＊朱立強(qiáng)

（上海市固體廢物處置有限公司 上海 201815）

醫(yī)療/危險(xiǎn)廢物焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的爐渣及飛灰。目前主要以填埋的方式處理該類焚燒殘余物。但是填埋需要大量土地，產(chǎn)生的滲濾液等物質(zhì)可能會(huì)對(duì)土壤及地下水造成污染，影響生態(tài)環(huán)境。因此，亟需探尋新的爐渣和飛灰減量化處理方式，對(duì)焚燒殘余物進(jìn)行資源化處理。

目前，針對(duì)焚燒殘余物主要的資源化處理技術(shù)包括水泥穩(wěn)定化、制磚、熔融玻璃化等。根據(jù)焚燒殘余物組分特性[1-2]，高溫熔融處理技術(shù)是一種對(duì)固體廢物進(jìn)行徹底無(wú)害化處理的方法，二噁英等有機(jī)物在1300～1500℃下焚毀，無(wú)機(jī)物熔融生成玻璃態(tài)熔渣，有害離子浸出濃度顯著降低[3]，可用于建筑材料（水泥、輕骨料、陶瓷等），達(dá)到焚燒殘余物減量化、無(wú)害化和資源化，有利于減少填埋量，提高環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

熔融玻璃化處理技術(shù)已在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)推廣應(yīng)用[4]，國(guó)內(nèi)眾多研究[5-9]也表明高溫熔融是處置焚燒殘余物的理想技術(shù)之一。但我國(guó)熔融玻璃化技術(shù)起步較晚，當(dāng)前眾多研究集中在等離子體熔融技術(shù)，對(duì)電阻式熔融的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)仍為空白。

本文基于上海某廠的高溫熔融灰渣處理線，開(kāi)展電阻式熔融爐處置焚燒灰渣可行性研究，分析熔融特性、玻璃化產(chǎn)物性能、生產(chǎn)工藝控制、熔融能耗，以期為“無(wú)廢城市”建設(shè)和焚燒殘余物資源化利用提供技術(shù)路線和實(shí)證依據(jù)。

1.項(xiàng)目概況

電阻式熔融裝備設(shè)計(jì)處置規(guī)模為50t/d，主要處置廠內(nèi)醫(yī)療及危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒線產(chǎn)生的灰渣。熔融裝置采用三相交流電阻爐，以電阻熱形式加熱物料至1400℃以上，形成熔漿。在高溫下熔融后經(jīng)出渣口流出，通過(guò)水淬急冷形成細(xì)小玻璃體。

2.材料與方法

(1)試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用焚燒殘余物樣品取自上海某危險(xiǎn)廢物焚燒廠內(nèi)1號(hào)回轉(zhuǎn)窯焚燒線2022—2023年間產(chǎn)生的醫(yī)療廢物焚燒爐渣。爐渣通過(guò)德國(guó)斯派克XEPOS型臺(tái)式X熒光光譜儀（XRF）進(jìn)行成分分析，主要組分含量為SiO2＞CaO＞Al2O3＞Fe2O3。不同批次樣品組分含量受醫(yī)療廢物來(lái)源組分影響，差異較大，詳見(jiàn)圖1。

圖1 醫(yī)療廢物爐渣組成特性/%

(2)樣品處理與方法

本試驗(yàn)樣品根據(jù)工藝流程，采用分批投料的方式投入熔融爐內(nèi)。通過(guò)恒定功率將熔體溫度控制在1400～1500℃的區(qū)間范圍內(nèi)冶煉約2h。后續(xù)批次分別加入1%～4%碳酸鈣調(diào)整熔體黏度。

當(dāng)樣品到達(dá)出渣條件，通過(guò)位于爐體下部的出渣口進(jìn)行出渣作業(yè)。每批次產(chǎn)物根據(jù)《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求》（GB/T 41015—2021）分別取樣，并進(jìn)行分析。

隨著熔融爐的持續(xù)運(yùn)行，爐渣內(nèi)含有的鐵元素會(huì)被還原并形成鐵水聚集在爐體下部。在爐體底部設(shè)置有出鐵口，需定期打開(kāi)出鐵口進(jìn)行出鐵。排放出的鐵水由專用的鐵水包存放，冷卻后進(jìn)行翻模并進(jìn)入后續(xù)處置環(huán)節(jié)，取樣進(jìn)行分析，見(jiàn)表1。

表1 樣品編號(hào)

(3)試驗(yàn)與分析檢測(cè)辦法

產(chǎn)生的玻璃體委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

①將爐渣、熔融玻璃體、鐵渣分別經(jīng)過(guò)消解后使用ICP檢測(cè)組分特征。

②按照《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求》（GB/T 41015—2021）要求檢測(cè)玻璃體的酸溶失率、有害物質(zhì)浸出濃度。玻璃體含量按（GB/T 18406—2017）附錄C規(guī)定的X射線衍射法測(cè)定其玻璃體含量。

③根據(jù)《固體廢物 二噁英類的測(cè)定素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法》（HJ 77.3—2008）檢測(cè)玻璃體殘留二噁英。

④參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）檢測(cè)玻璃體強(qiáng)度活性指數(shù)。

3.結(jié)果與分析

(1)組分特征

12月焚燒爐渣1#、12月焚燒爐渣熔融玻璃體2#、鐵渣7#經(jīng)消解后，通過(guò)ICP檢測(cè)濃度，見(jiàn)表2。結(jié)果顯示玻璃體中硅、鋁、鈣的含量顯著大于爐渣中含量，硅、鋁、鈣是形成玻璃體的主要成分。鈉、鉀、鎂、鋇等堿（土）金屬在玻璃體中有不同程度的富集，摻雜在非晶態(tài)網(wǎng)格中。鐵、銅、鉻、鎳大量富集在鐵渣中，主要由于爐渣中的金屬氧化物在熔融狀態(tài)下和石墨電極反應(yīng)，還原分質(zhì)進(jìn)入熔融爐下層的鐵水池中。

表2 部分元素組分含量（mg/kg）

(2)達(dá)標(biāo)性分析

①玻璃體含量。圖2為12月醫(yī)療廢物焚燒爐渣熔融玻璃化產(chǎn)物2#掃描電鏡圖，結(jié)果顯示玻璃化產(chǎn)物表面為比較光滑的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，圓孔為水淬沖擊后的氣孔，主導(dǎo)為無(wú)定性玻璃體。

圖2 2#熔融玻璃化產(chǎn)物SEM圖

將2#～6#玻璃化產(chǎn)物磨成粉末，按通過(guò)X射線衍射法測(cè)定玻璃體含量均大于99%，滿足GB/T 41015—2021玻璃體含量大于等于85%要求。

②酸溶失率。表3為12月焚燒爐渣熔融玻璃體2#和分別添加1%、2%、3%、4%后的熔融玻璃體酸溶失率。所有玻璃體的酸溶失率均小于0.2%，遠(yuǎn)優(yōu)于GB/T 41015—2021中3%要求，且與碳酸鈣添加量無(wú)顯著關(guān)系。

表3 熔融玻璃化產(chǎn)物酸溶失率（%）

③有害物質(zhì)浸出濃度。表4為12月焚燒爐渣熔融玻璃體2#和分別添加1%、2%、3%、4%后的熔融玻璃體水浸出和酸浸出有害物質(zhì)濃度。所有指標(biāo)均滿足GB/T 41015—2021。鋇、錳、鋅和氟化物為主要易浸出物質(zhì)，其他重金屬被有效穩(wěn)定固化在玻璃體內(nèi)部。

表4 熔融玻璃化產(chǎn)物有害物質(zhì)浸出濃度（mg/L）

④其他指標(biāo)。根據(jù)上文提到的檢查方法分別對(duì)12月焚燒爐渣熔融玻璃體2#進(jìn)行殘留二噁英檢測(cè)和抗壓強(qiáng)度、活性指數(shù)檢測(cè)。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 熔融玻璃化產(chǎn)物無(wú)害化和資源化潛力

熔融玻璃體的二噁英類化合物含量?jī)H為0.074ng-TEQ/kg，遠(yuǎn)低于《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 1134—2020）“處理產(chǎn)物中二噁英類殘留的總量應(yīng)不超過(guò)50ng-TEQ/kg”要求，爐渣中的二噁英成分經(jīng)過(guò)高溫熔融后已基本被完全分解，殘留量低，實(shí)現(xiàn)焚燒殘余物的無(wú)害化處置。

熔融玻璃體強(qiáng)度活性指數(shù)為64%，接近F類、C類粉煤灰（≥70%），具有用于水泥和混凝土的資源化潛力。

(3)熔融爐運(yùn)行電費(fèi)成本分析

在熔融爐連續(xù)試運(yùn)行期間，每小時(shí)處置量約2噸。通過(guò)熔融爐整體的耗電量進(jìn)行計(jì)量，電阻式熔融爐處理焚燒殘余物的噸電耗為850kWh，與30t/d的等離子式熔融爐900kWh噸電耗相比[10]，電阻式熔融具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。

4.結(jié)論

（1）醫(yī)療廢物焚燒殘余物經(jīng)過(guò)電阻式熔融爐1400～1500℃熔融處置2h后，水淬產(chǎn)生的玻璃化產(chǎn)物玻璃體含量大于99%、酸溶失率低于1%、有害物質(zhì)浸出濃度遠(yuǎn)低于GB/T 41015—2021的標(biāo)準(zhǔn)要求、二噁英類殘留量小于0.1ng-TEQ/kg，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處置。

（2）醫(yī)療廢物焚燒殘余物熔融過(guò)程中，鐵、銅、鉻、鎳被還原分質(zhì)，大量富集在鐵渣中，可實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的回收利用；熔融玻璃化產(chǎn)物強(qiáng)度活性指數(shù)大于60%，具備調(diào)整改性后用于水泥和混凝土的資源化潛力。

（3）通過(guò)三相交流式電阻爐進(jìn)行醫(yī)療廢物/危險(xiǎn)廢物焚燒殘余物的熔融處置具有工藝可行性，每小時(shí)處置量約2噸，噸熔融電耗約850kWh，與等離子體熔融技術(shù)相比具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。