摘要：垃圾焚燒飛灰中含有較高濃度的鉛、鎘鎬等重金屬，以及痕量級二惡英類等有機物，因此被列為危險廢物。飛灰一般經適當?shù)姆€(wěn)定化預處理后，才可進入危險廢物填埋場填埋處置。文章簡要介紹了幾種垃圾焚燒飛灰的穩(wěn)定化處理技術(水泥固化技術、熔融固化技術、化學藥劑穩(wěn)定化技術)，以及飛灰的資源化處理技術，以期為飛灰處理技術的進一步研究作鋪墊。

關鍵詞:生活垃圾焚燒飛灰，重金屬，穩(wěn)定化，資源化


1 概述

目前，許多城市尚未實現(xiàn)垃圾分類分倒，垃圾的成分復雜，水分高，熱值不穩(wěn)定，使得垃圾處理較困難。垃圾無害化處理已成為我國各級政府面臨的重要問題，垃圾焚燒法以其減容效果好和能源回收率高，而逐漸成為垃圾減量化和資源化技術的研究方向。

但焚燒過程中會產生一定數(shù)量的焚燒灰渣，根據垃圾組成和焚燒溫度、時間的不同，以及污染治理措施的差異，殘渣的量約占垃圾焚燒前總質量的25%左右，其中焚燒飛灰占4%左右。焚燒飛灰中含有較高濃度的鉛、福等重金屬，以及痕量級二pc哄類等有機物，《危險廢物污染防治技術政策》(國家環(huán)?？偩?，2001)中，明確將焚燒飛灰列為危險廢物。

生活垃圾焚燒飛灰是城市生活垃圾焚燒過程中一種必然的副產品，主要是不可燃的無機物以及未燃盡的無機物、可燃有機物;是焚燒爐產生的煙氣經反應塔進行中和、凈化后，摻以一定量的吸附劑，經高效除塵分離器分離后產生的。飛灰主要成分有SiO2,CaO,Al203,Fe203和硫酸鹽、鈉鹽、鉀鹽等化合物，還有Hg,Mn,Mg,Sn,Cd,Pb,Cr等重金屬元素、以及痕量級二惡英類等有機物及其他種類污染物，屬于危險廢物。飛灰中化學組成取決于垃圾的組分、焚燒溫度及煙氣處理工藝等多種因素。飛灰的pH值在11.5左右，其形狀不像粉煤灰那樣由球形顆粒組成，大部分飛灰是由顆粒物、反應產物、未反應產物和冷凝產物聚集而成的形狀不規(guī)則物體。粒徑介于0.01-0.15 um范圍內，密度最小值為0.8，最大值為1.09。飛灰的2/3以上化學物質是硅酸鹽與鈣。

由于生活垃圾成分的復雜性、多樣性、不均勻性，在整個焚燒過程中會發(fā)生許多不同的化學反應，所以在焚燒煙氣中除了一定量的過?？諝夂投趸纪?，還含有對人體及環(huán)境有直接或間接危害的成分，根據煙氣中污染物性質的不同，可將其分成以下幾大類:顆粒物、酸性氣體、重金屬、有機污染物。

目前，焚燒飛灰均運至危險廢物安全填埋場填埋。飛灰一般經適當?shù)姆€(wěn)定化預處理后，才可進人危險廢物填埋場填埋處置。

穩(wěn)定化((Stabilization)技術是用化學方法降低廢物的危險潛在性的技術，可將廢物內含的污染組合分轉化成難溶的、低遷移率的或低毒的物質狀態(tài)，全過程無須改變廢物的物理性質和原先特性。固化(Solidification)技術是將廢物包封起來，形成固態(tài)物的技術，不強調污染組分和固化填加劑之間內在的化學反應。固化后的廢物狀態(tài)可能是塊狀體、泥土狀、顆粒狀或其他統(tǒng)稱為“固體”的物理形狀。穩(wěn)定化/固化(S/S)或固體/穩(wěn)定化(S/S)技術是廢物與固化添加劑之間的化學反應或物理過程，污染物遷移被限制，是因減少外露表面積或低滲透性材料包封廢物的表面。危險廢物的穩(wěn)定化/固化處理(S/S)添加劑材料，有水硬性水泥體系，有機聚合物和類似材料。但所有材料體系中，最廣泛應用的還是水泥系列材料。

采用高效的化學藥劑對含重金屬廢物進行無害化處理，已成為對含重金屬廢物包括飛灰穩(wěn)定化處理領域的研究重點?；瘜W藥劑穩(wěn)定化是利用化學藥劑通過化學反應使有毒有害組分轉變?yōu)榈腿芙庑浴⒌瓦w移性及低毒性組分的過程，同時也可使廢物少增容或不增容，從而提高危險廢物處理處置系統(tǒng)的總體效率?；瘜W藥劑穩(wěn)定化處理危險廢物技術，目前國外已有部分應用，我國也初步嘗試在傳統(tǒng)技術(水泥固化)沿用基礎上，引用國外先進理念，研究化學藥劑穩(wěn)定化技術，以填補國內該領域的空白點。相關單位已進行了實驗室規(guī)模的嘗試。

本文簡要介紹了幾種飛灰的穩(wěn)定化處理技術(水泥固化技術、熔融固化技術、化學藥劑穩(wěn)定化技術)，以及飛灰的資源化處理技術，以期為飛灰處理技術的進一步研究作鋪墊。

2 穩(wěn)定化處理技術

2.1 水泥固化技術

水泥固化是將灰、水泥按一定比例混合，加人適量的水，使之固化的一種方法，其固化機理是在水泥水化的過程中，通過吸附、化學吸收、沉降、離子交換、鈍化等多種方式，重金屬最終以氫氧化物或絡合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸鹽膠體C-S-H表面，同時水泥的加人也為重金屬提供了堿性環(huán)境，抑制了飛灰中重金屬的滲濾。水泥固化飛灰技術是一種比較成熟的危險廢物處理技術，在經濟性和可操作方面具有明顯的優(yōu)勢，但水泥的用量高，導致固化體增容率高，隨著時間推移，固化體部分有毒物質可能會逐漸溶出，對環(huán)境存在長期的、潛在的威脅。

Hamermil的研究結果表明，飛灰對水泥的硬化、抗壓強度等方面存在負面影響，這可能是飛灰的粒徑分散度、無機鹽(氯化物、硫化物)以及堿性物質含量高的緣故。蔣建國等發(fā)現(xiàn)經過水洗預處理，焚燒飛灰中的可溶性鹽類大大減少，重金屬浸出毒性有明顯的降低，以飛灰原樣制成固化體的抗壓強度隨養(yǎng)護時間的延長而降低。賀杏華等發(fā)現(xiàn)當飛灰摻量適當時，重金屬物質的固化效果良好，重金屬物質通過物理固封、替代、沉淀反應和吸附等形式可固化進水泥水化產物結構中。

2.2 熔融固化技術

熔融固化技術主要是將飛灰和細小的玻璃質混和，經混合造粒成型后，在1 000一1 400℃高溫下熔融，通常30min左右(熔融時間視飛灰性質的不同而定)，待飛灰的物理和化學狀態(tài)改變后，降溫使其固化，形成玻璃固化體，借助玻璃體的致密結晶結構，確保重金屬的穩(wěn)定。熔融固化技術對殘渣的減容率高，固化效果好，但是致命缺點是部分有毒物質會揮發(fā)出來，必須采取尾氣處理措施。所以，其系統(tǒng)較復雜，運行成本高。

Takaoba M等通過對淤泥焚燒底渣1 400 ℃熔融中試實驗研究發(fā)現(xiàn):沸點較低的金屬如Cd、 Pb的鹽類物質易轉移到氣體中，必須采取進一步尾氣處理措施，這樣會使系統(tǒng)復雜化，從而提高了運行成本。陳德珍等的研究表明，受熱溫度越高、時間越長，飛灰減量越大，低溫玻璃態(tài)物質對重全屬鉛和福具有較好的固化效果、而對汞及砷的固化效果尚不確定。

2.3 化學藥劑穩(wěn)定化技術

化學穩(wěn)定化技術是利用化學藥劑，經過化學反應使有毒有害物質轉變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性物質的過程。常用的穩(wěn)定劑為無機物和有機物。無機物主要有Na2 S及磷酸類藥劑，有機藥劑主要是鰲合高分子物質，將飛灰與帶有絡合基的不溶性藥劑進行混合，飛灰中易溶性金屬(Cd、 Pb等)同藥劑中的絡合基反應后，形成穩(wěn)定性絡合物，進而固定在飛灰中，以此達到降低飛灰中有害成分浸出的可能性。用上述這些藥劑處理飛灰，一般都可達到較好的效果，此方法具有處理過程簡單，設備投資少等優(yōu)點，但會產生高濃度無機鹽廢水，需要進一步處理。另外，填埋場或經處理后飛灰的再利用的環(huán)境條件與飛灰固化穩(wěn)定化時的條件相差很大，因此，一些長期的環(huán)境效應還有待于長期的監(jiān)測數(shù)據和研究結果的驗證。由于飛灰組分及重金屬存在形態(tài)的復雜性，目前很難找到一種普遍適用的價格低廉的化學穩(wěn)定劑，還需要做大量的試驗研究工作。

采用硫化鈉、硫代硫酸鈉和硫脈等對生活垃圾焚燒廠的飛灰進行處理時，主要是利用它們與重金屬生成硫化物沉淀，從而穩(wěn)定飛灰中重金屬。如常州市采用硫化鈉和硫脈對生活垃圾焚燒廠飛灰進行穩(wěn)定化處理時發(fā)現(xiàn)，在達到相同的穩(wěn)定效果時硫化鈉的最佳用量為硫脈的2倍。但目前硫脈的市場價格很高，在實際應用時還要考慮到經濟性的問題。使用Na2S為藥劑的研究發(fā)現(xiàn)，隨著Na2S投加量的增大，浸出液中Pb和Cd的濃度逐漸降低，表明飛灰的穩(wěn)定化效果越來越好，用Na2S來處理飛灰的最佳投加比例為Na2S 9H20:飛灰=1 :20。

磷酸鹽處理飛灰方法是基于不溶性金屬磷酸鹽的生成(如:Pb5(PO4)3Cl,Cd3(PO4)2等)，從而進行生活垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化的一種方法。用磷酸鹽化學試劑進行飛灰的穩(wěn)定化處理，可用液態(tài)或固態(tài)的磷酸鹽試劑，液態(tài)磷酸鹽處理速度快，固態(tài)磷酸鹽可緩慢并長久地釋放磷酸根。上海寰保渣業(yè)處置有限公司發(fā)明的一種新型飛灰穩(wěn)定化處理方法，無需機械攪拌，無需配備儲存?zhèn)}庫、穩(wěn)定化車間，采用氣、液相互混合的方式，氣體輸送飛灰，與化學藥劑(磷酸鹽)混合反應后，直接進人填埋坑進行穩(wěn)定化處置。

3 資源化處理

目前，國家對于飛灰處置的原則是，通過無害化、穩(wěn)定化處置后，使得飛灰中滲出液毒性符合標準后，最終予以填埋。但實際情況是，幾乎所有城市在安全填埋場的選址上存在很大困難;焚燒飛灰采用填埋方式，占地較大，且其重金屬溶出對環(huán)境和人體健康的長期效應尤待考證研究。

無害化、減量化、資源化是固體廢棄物處理處置的原則和目標，而固體廢棄物的資源化利用是我們所追求的。進行資源化利用時，除需滿足浸出毒性標準，還需滿足材料應用的其他物理化學性質要求，如:抗壓強度、長期化學浸出行為和物理完整性等。飛灰資源化利用是垃圾焚燒處置項目能持久推廣的必然要求。

從上海有關方面的進展情況看，對飛灰進行資源化利用已不單純是一種設想，而是有了實質性的進展，其主要方向是為微晶玻璃、水泥及涂料等提供原料，各項指標均較理想，尤其是將飛灰經適當處置后，作為水泥原料，是相當理想的一種利用方案，無論是市場前景還是技術、經濟性都較為樂觀。

宋玉等利用上海御橋垃圾焚燒廠的焚燒飛灰為主要原料，通過添加SiO2 , Al203 , NaOH組分，在實驗室研制成功了以硅灰石為主晶相的微晶玻璃，該體系微晶玻璃制備的最佳工藝條件為:熔融溫度1 500 ℃，熔融時間1h，核化溫度1.5h，晶化溫度為1 150-1 1800℃，晶化時間為2d。研究結果表明，硅灰石為主晶相的微晶玻璃對Pb、 Cr和Cd重金屬具有很強的穩(wěn)定束縛能力。

Ange Nzihou的研究結果表明:經過化學穩(wěn)定和熱處理后的飛灰浸出毒性和其它物理化學性質均滿足建筑材料的使用要求，可用于堤壩、路基等的填充材料及混凝土與瀝青的骨料。此外Eighmy Tlml等也對類似的方法進行了多次試驗研究，取得了令人滿意的效果。

4 結語

越來越多的城市已建或正在建設生活垃圾焚燒廠，飛灰的處理已成為急需解決的問題。傳統(tǒng)的水泥固化技術雖然效果很好，但增容量很多，且存在長期穩(wěn)定性問題。熔融固化技術減容率高，但耗能高，成本大?；瘜W藥劑穩(wěn)定化技術處理飛灰，不僅增容小，而且設備簡單，但其長期的環(huán)境效應尚需長期監(jiān)測和晶玻璃、水泥等提供原料，目前國內的研究還非常有限。

無害化和資源化的共同實現(xiàn)，是飛灰處置的發(fā)展趨勢。采用組合工藝處理垃圾焚燒飛灰是對其無害化處理和資源化利用的一種很好的途徑，在國外已經得到比較廣泛的應用，我國在這方面的研究剛剛起步，我們應在利用國外先進成果的基礎上，結合我國的國情和城市生活垃圾的特點，進行飛灰處理處置的研究，探索對不同的垃圾焚燒飛灰，以及針對不同的處理要求，選用合適的組合工藝處理。


參考文獻（略）

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