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我国垃圾焚烧发电飞灰处理现状及技术选择张 海 元 【中国光大国际环保能源(济南)有限公司，济南 251402】 摘 要：分析了我国城市生活垃圾焚烧飞灰的现状，在分析了中国城市生活垃圾焚烧飞灰特性的基础上，提出了不同的飞灰处理技术，对发展适合我国城市生活垃圾焚烧飞灰处理技术的选用提出了建议。 关键词：城市生活垃圾焚烧；焚烧飞灰；处理技术；建议 OurcountrygarbageincinerationpowerflyashprocessingstatusandtechnicaloptionsZhanghaiyuan【Chinaeverbrightinternationalenvironmentalprotectionenergy(jinan)Co.,LTD,jinan251402】Pickto:AnalysisofourcitylifeofMSWflyash,ontheanalysisofthepresentsituationofChineseurbanlifeofMSWflyashcharacteristics,theauthorputsforwarddifferentflyashprocessingtechnology,suitabletoChina'sdevelopmentofcitylifeofMSWflyashtheselectionoftreatmenttechnologyareproposed.Keywords:Citylifewasteincineration;Theflyashburned;Processingtechnology;suggest一、概述：垃圾焚烧飞灰垃圾焚烧发电技术作为垃圾减量化处理的有效方法之一，是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收可供热或发电。烟气净化后排出，少量剩余残渣排出填埋或作其他用途。焚烧处理技术特点是处理量大、减容性好、无害化彻底，且有热能回收作用。因此，对生活垃圾实行焚烧处理是无害化、减量化和资源化的有效处理方式。世界各国普遍采用这种垃圾处理技术。随着我国垃圾焚烧处理的迅猛发展，焚烧飞灰产量巨大，开发焚烧飞灰处理技术将成为近年来环保领域研究的热点之一。但由于垃圾焚烧飞灰中含有较高浓度的二恶英和重金属，属于危险固体废弃物，直接填埋会对周边环境造成严重二次污染，因此，需要对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理处置。目前飞灰处理处置方法主要有：固化/稳定化，包括水泥固化、沥青固化、熔融固化、化学药剂固化/稳定化，固化体达到浸出标准后填埋或资源化利用;将重金属提取，包括酸提取、碱提取、生物及生物制剂提取、高温提取，提取后对重金属可以进行资源化利用。垃圾焚烧飞灰是指在垃圾焚烧厂的烟气净化系统(APC)中收集而得的残余物，一般包括除尘器飞灰和吸收塔飞灰。飞灰中含有烟道灰、加入的化学药剂及化学反应产物。焚烧飞灰作为一种高比表面积物质，它不但富集大量的汞、铅和镉等有毒重金属，而且也富集了大量的二恶英类物质，是一种同时具有重金属危害特性和环境持久性有机毒性无危害特性的双料危险废物，对人体健康和生态环境具有极大的危害性。二、飞灰物理、化学性质飞灰是含水率很低的细小尘粒，呈浅灰色粉末状。一般所取灰样的含水率为10%~23%，热灼减率为34%~51%。飞灰的粒径大小不均，是由颗粒物、反应产物、未反应产物和冷凝产物聚集而成的不规则物体，但总的来说，粒径较小，基本在100μm以下，表面粗糙，呈多角质状(irregularangularity)，孔隙率较高，比表面积较大，使Pb和Cd等易挥发性金属易在其表面凝结富集。焚烧飞灰的主要化学成分如下：SiO224.5%，Fe2O34.01%，Al2O37.42%，TiO20.62%，CaO33.37%，MgO2.72%，SO312.03%，CaO0.5%，Cl10.56%。从中可以看出，焚烧飞灰中的主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3。如图1是飞灰的电镜扫描图。可以发现，飞灰的粒径较小，颗粒表面凹凸不平，比表面积大。图1飞灰的电镜扫描图重金属含量及浸出毒性固体废物的浸出毒性是判别废物是否有害的重要依据。我国某垃圾焚烧厂重金属浸出毒性见表1，从表1中可以看出焚烧飞灰浸出液中Zn、Pb、Cd和Cr的浓度高于固体废物浸出毒性鉴别标准。正是因为这一点使焚烧飞灰被普遍认为是一种危险废物，必须对此进行稳定化处理。从表1中可以看出，焚烧飞灰中各种重金属的含量大不相同，其中Zn、Pb、Cu、Cr和Cd等有害物质浓度较高。这与焚烧温度和各种重金属物质的蒸发点有关，蒸发点低于焚烧温度的重金属物质全部能蒸发出来，进入烟气。烟气中的重金属物质，随烟气温度的降低凝结成均匀的小颗粒并凝结于烟气中的烟尘上，昀后一起被烟气除尘设备捕集下来形成焚烧飞灰。表1垃圾焚烧飞灰的浸出毒性与重金属含量飞灰中水溶态的重金属含量较少，可浸出的Pb和Zn主要以酸溶态形式存在，而Cd主要以酸溶态和离子交换态形式存在，说明在酸性条件下，飞灰的重金属浸出毒性会大大增加。三、垃圾焚烧飞灰的处理技术现状随着我国经济的高速发展，城市化水平和人民生活水平的不断提高，城市垃圾产生量与日俱增。城市生活垃圾的基本处理方式有填埋、焚烧和堆肥。其中，焚烧法可使垃圾减容90%，减量75%，可以杀死所有的病原微生物和寄生虫卵，产生的热能可以回收利用，能够昀大限度地实现生活垃圾的减量化、无害化、资源化，而且占用土地资源昀少。焚烧法对于持续、稳定、安全、可靠地消纳大量的城市生活垃圾，改善城市人的居住环境，保障经济可持续发展，无疑起着重要作用。然而，垃圾焚烧产生的飞灰中含有大量的有毒重金属(Cr，Pb，Cu等)，属于国家规定的危险废物，在进入危险废物填埋场之前必须经过稳定化/固化处理。目前所使用的垃圾焚烧飞灰资源化处理技术有以下几种：一、固化与稳定化法固化与稳定化技术是国际上处理有毒废物的主要方法之一，而胶凝材料是目前应用昀广也是昀重要的固化稳定化材料。国外已经开展过垃圾焚烧灰作为水泥混凝土集料或混合材的研究，也报道了运用热处理技术把垃圾焚烧灰资源化的方法。A水泥固化法固化处理是利用固化剂与垃圾焚烧飞灰混合后形成固化体，从而减少重金属的溶出。水泥是昀常见的危险废物固化剂，因此工程中常采用水泥对焚烧飞灰进行固化处理。飞灰被掺入水泥的基质中后，在一定的条件下，经过一系列的物理、化学作用，使污染物在废物水泥基质体系中的迁移率减小(如形成溶解性比金属离子小得多的金属氧化物)。有时，还添加一些辅料以增进反应过程，昀终使粉粒状的物料变成坚固的混凝土块，从而使大量的废物因固化而稳定化。对垃圾焚烧飞灰进行稳定化处理的研究结果表明，无论是采用水洗还是粉碎等飞灰前处理工艺，处理后的砌块均难以达到较高的强度。另外在研究飞灰中的重金属浸出时发现，由于飞灰中氯离子的影响，经固化后的砌块中铁、铜、锌等离子容易浸出而导致污染物超标。Hamernik和Frantz等研究了垃圾衍生燃料垃圾飞灰作为辅助材料代替水泥加入混凝土，当用垃圾飞灰代替45%的水泥时的耐压强度与原来的相当。对于重金属及氯化物含量高的飞灰若作为水泥替代材料时应作适当处理，如水洗或加入添加剂。有研究指出垃圾焚烧飞灰与矿渣等材料复合，可改善水泥的后期强度。从强度发展趋势看，垃圾焚烧灰与其他混合材的复合，在一定程度上改善了单掺垃圾焚烧灰水泥后期强度增长缓慢的情况。垃圾焚烧灰与矿渣或低钙粉煤灰复合能改善水泥后期强度，尤其与矿渣复合的作用非常显著。因此，尽管水泥固化处理飞灰具有工艺成熟、操作简单、处理成本低等优点，但由于垃圾焚烧飞灰中含有较高的氯离子，采用水泥固化法处理必须进行前处理，以减少氯离子对固化后砌块的机械性能影响以及后期重金属离子浸出等问题，这样在很大程度上提高了对飞灰处置场建设和运行的要求，造成成本增加，限制了该方法的应用。B凝石稳定化法目前凝石技术体系已趋于成熟。凝石的生产是利用具有火山灰活性的固体废弃物，包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油页岩渣、预处理过的尾矿、黄河砂、城市建筑垃圾、以及天然火山灰等硅铝质物料，加入少量或不加水泥熟料，再配入1%-5%的成岩剂，经分别磨细再混匀或一起混磨工艺制备而成的，能够在许多场合替代水泥的硅铝基胶凝材料。凝石是基于仿地成岩原理制备而成的硅铝基胶凝材料。目前凝石在中国已经形成几十条生产线和数百万t/a的生产规模。现在凝石技术体系推广应用的基本模式是：凝石成岩剂由区域性工厂集中生产。将生产好的凝石成岩剂运往凝石胶凝材料生产工厂。在凝石胶凝材料生产厂内将1%-5%的凝石成岩剂与上述固体废弃物磨细后的微粒一起混磨均匀，加入少量或不加水泥熟料，就得到了凝石胶凝材料。垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中的加入量为1%-10%，这样垃圾焚烧飞灰在成岩剂中就得到了10-100倍的稀释。成岩剂在凝石胶凝材料中的加入量为1%-5%，这样垃圾焚烧飞灰在凝石胶凝材料中就得到了200-10000倍的稀释。该技术初步研究的结果表明，凝石对垃圾焚烧飞灰中重金属物质的处理效果良好，当飞灰的掺加量为1%-5%时，重金属在凝石中得到了有效处理，其渗滤的结果均符合固体废弃物浸出毒性鉴别标准，其浸出液中的各重金属浓度都远远低于城市污水排放的标准，对环境不会造成危害。该技术被认为是固体废弃物资源化利用方面非常有前途的。C熔融固化技术飞灰经加热熔融，使其中的二恶英等有机污染物高温分解，熔渣快速冷却形成致密而稳定的玻璃体，从而有效地控制重金属的浸出。熔融处理不仅可以控制污染，而且熔融使灰渣变得致密，减容效果非常显著。此外，根据不同需要可以将熔渣制成建筑材料或作为玻璃、陶瓷等生产行业的原料，实现灰渣的资源化利用。研究表明，灰渣熔融后仅由于密度增加就可减容70%左右，如果再考虑到熔渣综合利用，对于填埋负担而言，可以达到1/20的减容比。正是由于灰渣熔融的上述优势，熔融技术在发达国家迅速发展。许多学者对垃圾焚烧飞灰的熔融进行了大量的试验研究。(1)烧结法。烧结法是将待处理的危险废物与细小的玻璃质，如玻璃屑、玻璃粉混合，经混合造粒成型后，在1000-1100℃高温熔融下形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保固体化的永久稳定。但该方法需充分结合化学稳定和熔融处理工艺才能降低垃圾焚烧飞灰对环境的危害。(2)熔融法。熔融法是在燃料炉内利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热到1400℃左右的高温，使飞灰熔融后经过一定的程序冷却变成熔渣，熔渣可作为建筑材料，实现飞灰减容化、无害化、资源化的目的。熔融固化需要将大量物料加温到熔点以上，无论采用电或其他燃料，需要的能源和费用都相当高。相对于其他处理技术，熔融固化的昀大优点是可以得到高质量的建筑材料。高温处理法具有减容率高、熔渣性质稳定、无重金属等溶出的优点，已受到广泛的关注，国外已研究出多种垃圾焚烧飞灰处理的高温熔融炉，并已在日本和欧洲有少量使用。但采用高温熔融工艺需要消耗大量的能源，同时由于其中的Pb、Cd、Zn等易挥发重金属元素需进行后续严格的烟气处理，故处理成本很高，只能在经济发达的国家应用。D烧制陶粒技术该方法所见报道甚少，但是在专利CN1830885《利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法》中提到一种利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法，其原料组成及质量分数为：飞灰20%-80%，其余为黏土;经配料、造粒、高温煅烧制成陶粒产品;所述高温煅烧的烧结温度为1000-1400℃。此发明将危险废弃物垃圾焚烧飞灰作为陶粒原料再生利用，实现了对固体废弃物飞灰无害化、资源化处理，避免了二次污染，减少了资源浪费，既可安全处置垃圾焚烧飞灰，又经济、可行地利用城市垃圾焚烧飞灰制备陶粒产品，也减少了陶粒工业对天然原料的需求量。二、湿式化学处理法飞灰湿式化学处理法有加酸萃取和烟气中和碳酸化法等，该工艺运行成本较低，可回收重金属和盐类。将飞灰中的重金属提取：酸提取、碱提取、生物及生物制剂提取等。经过重金属提取后的飞灰和重金属可以分别进行资源化利用。聂永丰的研究指出：磷酸洗涤后Zn的溶出率由水洗时的112.65mg/kg降低至2mg/kg左右，Pb的溶出浓度未检出，固