摘要：在生活垃圾焚燒處置過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的飛灰，飛灰中含有危害環(huán)境的有害元素，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，必須按危險(xiǎn)廢物處置。文章介紹了傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定化處理飛灰的工藝及應(yīng)用射流技術(shù)穩(wěn)定化處理飛灰的新工藝;對(duì)磷酸鹽固化劑的固化機(jī)理及配比進(jìn)行了分析;并對(duì)新老工藝的成本進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞:城市生活垃圾,焚燒,飛灰穩(wěn)定化,磷酸鹽,射流技術(shù)

1 引言

城市發(fā)展和人民群眾生活水平的不斷提高，使得城市生活垃圾大量地產(chǎn)生，以上海市為例，200年每天的城市生活垃圾量已超過1.6萬t，且以每年5%的速度增長。如何合理、有效的處置好生活垃圾，已成為人們普遍關(guān)注的環(huán)境和社會(huì)問題。垃圾焚燒處置可幫助我們達(dá)到生活垃圾減量化、無害化、資源化處理的目標(biāo)。在生活垃圾焚燒處置過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的固體廢物—爐渣、飛灰。其中飛灰是生活垃圾焚燒后對(duì)所產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行凈化過程中的產(chǎn)生物，含有污染環(huán)境的有害組分，因此，國家《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》中明確規(guī)定，生活垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰，需按危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理和處置。

飛灰內(nèi)含的可溶性重金屬在暫存或填埋過程中會(huì)溶入降水、地下水、地表水、滲瀝液中，因此，有可能污染水體環(huán)境。按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性》(5086.3-1996)中規(guī)定的方法，對(duì)上海御橋生活垃圾熱能電廠的飛灰進(jìn)行測(cè)定，飛灰樣本中的重金屬鉛(Pb)均超過鑒別標(biāo)準(zhǔn)值(> 3 mg/L)）1）。

飛灰進(jìn)行安全填埋前，必須要經(jīng)過穩(wěn)定化處理或固化處理，達(dá)標(biāo)后，方能進(jìn)行填埋。穩(wěn)定化/固化(S/S)方法是處理危險(xiǎn)廢物的重要手段�；瘜W(xué)藥劑穩(wěn)定化處理是化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)，使有毒有害組分轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑浴⒌瓦w移性及低毒性組分的過程，同時(shí)也可使廢物少增容或不增容。本文介紹了傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定化處理飛灰的工藝及應(yīng)用射流技術(shù)穩(wěn)定化處理飛灰的新工藝;對(duì)磷酸鹽固化劑的固化機(jī)理及配比進(jìn)行了分析;并對(duì)新老工藝的成本進(jìn)行了比較。

2 飛灰處理工藝

2.1傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定化處理工藝

上海御橋生活垃圾熱能電廠和上海江橋生活垃圾熱能電廠的飛灰，采用干法收集的方法，由飛灰專用運(yùn)輸車。運(yùn)送至上海固體廢物處理中心進(jìn)行安全填埋。一般采用水泥固化的方法，對(duì)飛灰中重金屬等有害物固化、穩(wěn)定，然后進(jìn)行填埋。具體的作業(yè)過程如下:飛灰由焚燒廠用專用罐車送至處置廠灰?guī)�，添加適量的水泥或藥劑，進(jìn)攪拌機(jī)加水予以攪拌，然后用輸送設(shè)備送至填埋坑攤平、壓實(shí)進(jìn)行填埋見圖1。

圖1 飛灰進(jìn)行安全處置工藝示意

該工藝作業(yè)過程主要是將飛灰與固化劑或藥劑按一定比例充分?jǐn)嚢�，以穩(wěn)定飛灰中的有害物。

2.2 應(yīng)用射流技術(shù)穩(wěn)定化處理飛灰的新工藝

新的飛灰穩(wěn)定化處置工藝，將焚燒廠飛灰裝人飛灰槽罐車后，直接運(yùn)輸至填埋坑，用車載空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，通過管道將飛灰送人專門設(shè)計(jì)的混合器，混合器的另一人口連接藥劑液管道，化學(xué)藥劑由液壓泵提供一定的壓力，灰、液經(jīng)混合器噴射而出，利用兩者速度差，產(chǎn)生吸附作用，以達(dá)到充分混合目的，混合料直接進(jìn)人填埋坑，然后進(jìn)行攤平、壓實(shí)作業(yè)見圖2

圖2 飛灰安全處置新工藝示意

新工藝應(yīng)用射流技術(shù)。通常大射流一般是無固壁約束的自由湍流。這種湍流射流通過邊界上活躍的湍流混合將周圍流體卷吸進(jìn)來，不斷擴(kuò)大并流向下游。據(jù)此，在新工藝中設(shè)計(jì)了一種全新的用于液、灰混合的噴射器。

新飛灰穩(wěn)定化處置工藝的實(shí)施過程，需解決以下關(guān)鍵的技術(shù)問題:(1)灰、液比及其調(diào)節(jié)措施;(2)均勻性問題;(3)揚(yáng)塵的控制。

由于進(jìn)填埋坑的飛灰需要控制一定的含水量，一方面，是防止揚(yáng)塵需要，另一方面，是要控制滲瀝液出現(xiàn)，還要考慮使藥劑與飛灰充分混合、反應(yīng)。經(jīng)試驗(yàn)，藥劑量確定為飛灰量的35%左右。在有條件的情況下，采用自動(dòng)跟蹤、調(diào)節(jié)藥劑量是較為理想的措施。經(jīng)試驗(yàn)，采用“灰、液差速、兩相交叉”原理設(shè)計(jì)混合噴射器。飛灰通過輸料管進(jìn)人噴射器，噴射器中心裝有輸液管道，管道底部連接一特殊噴頭，飛灰在通過灰管出口時(shí)，因管徑的變化降低了速度，被高速噴出液流所產(chǎn)生負(fù)壓吸引，產(chǎn)生混合效應(yīng)，同時(shí)由于對(duì)灰、液的兩者流向設(shè)計(jì)了一定的相交，由呈霧狀的液體包裹了飛灰，以達(dá)到充分混合及控制揚(yáng)灰的效果。

3 磷酸鹽固化劑的固化機(jī)理及其配比 

穩(wěn)定化/固化工藝穩(wěn)定的重金屬元素為Pb。飛灰中的Pb存在狀態(tài)以可溶性PbC03和Pb(OH)₂及PbCl₂為主，難溶性Pb以Pb,PbO,PbSi0₃,PbSO₄,PbS狀態(tài)存在。

為促進(jìn)飛灰中的重金屬溶解，筆者采集的全部飛灰樣品中Pb的浸出液pH值均大于12。難溶態(tài)Pb可與OH反應(yīng)生成溶解性的絡(luò)離子。

3.1 用磷酸鹽固化飛灰的機(jī)理[1]

通過硫化物和磷酸鹽類化學(xué)藥劑的試驗(yàn)，本研究選用磷酸鹽穩(wěn)定化處理飛灰。磷酸鹽類化學(xué)藥劑一般用來固化被污染土壤中的化學(xué)污染組分(Chemical Fixation)和焚燒殘?jiān)⒌V冶廢物、含重金屬廢物與混合廢物。重金屬Pb,Cd,Zn,Cu的磷酸鹽溶解度比其他鹽都要低很多。

飛灰中的Pb與磷酸鹽的反應(yīng)機(jī)理為:

其生成物的溶解性可參考磷酸鉛礦的資料報(bào)道[2]， 見表1。

表1 磷酸鹽的溶解度

磷酸鹽穩(wěn)定化處理可用液態(tài)或固態(tài)的化學(xué)試劑，液態(tài)磷酸鹽處理速度快，固態(tài)磷酸鹽可緩慢釋放磷酸根，并可長久地提供磷酸根。液態(tài)包括磷酸和可溶性磷酸鹽的水溶液。固態(tài)包括天然磷酸鹽礦石和鈣磷灰石。

3.2 磷酸鹽的配比實(shí)驗(yàn)

2005年2月-3月，筆者先使用不同劑量的NaS9H2O或Na3PO4對(duì)飛灰進(jìn)行了穩(wěn)定化處理，然后測(cè)試Pb浸出濃度。通過試驗(yàn)，決定采用2種配比量的Pb₃(PO₄)₂，對(duì)飛灰樣本進(jìn)行穩(wěn)定化試驗(yàn)。2005年4月-7月，共處理了12批飛灰試樣，結(jié)果見表2。

表2 測(cè)試結(jié)果（2）

由表2可見，穩(wěn)定化處理后樣本的浸出毒性測(cè)試結(jié)果配比C要優(yōu)于配比B。對(duì)照《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定“危險(xiǎn)廢物入場(chǎng)填埋控制限值Pb<5mg/l,;配比C超標(biāo)樣本1個(gè)，配比B超標(biāo)樣本2個(gè)。

1)浸出液Pb含量采用雙硫粽分光光度法;2) K為飛灰穩(wěn)定化處理前Pb浸出濃度,B,C分別為采用Na3PO4的B配比、C配比對(duì)飛灰進(jìn)行Na3PO4穩(wěn)定化處理后的Pb浸出濃度。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的樣本，送上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)，重金屬浸出毒性降低效果明顯，且其結(jié)果隨藥劑量變化呈正相關(guān)變化見表3。

表3 檢測(cè)結(jié)果1) （mg/L)

由于《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》要求穩(wěn)定化處理達(dá)標(biāo)后，方能進(jìn)人填埋作業(yè)。按慣例從穩(wěn)定化處理作業(yè)起至分析測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)至少要3d時(shí)間。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理、隔日攤鋪填埋保證質(zhì)量的前提，必須配備持續(xù)的飛灰穩(wěn)定化處理試驗(yàn)研究。根據(jù)不同時(shí)間、不同季節(jié)的生活垃圾飛灰重金屬組分變化情況提出相應(yīng)的磷酸鹽配比量。此外，現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定化處理和安全管理相結(jié)合的處置工藝僅限于生活垃圾飛灰處理。

4 新老工藝的成本比較

新工藝采用了由飛灰運(yùn)輸車直接將飛灰卸人填埋坑的方法，簡化了傳統(tǒng)工藝中多個(gè)必須的工藝環(huán)節(jié)，減少了設(shè)備、設(shè)施的投人，降低了運(yùn)行成本，新工藝與傳統(tǒng)工藝在同樣達(dá)到穩(wěn)定化要求情況下，其成本對(duì)比見表4

傳統(tǒng)工藝在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于工序相對(duì)繁多，機(jī)械設(shè)施也多，相應(yīng)的各類故障等影響正常生產(chǎn)的因數(shù)相對(duì)較多，而新工藝簡化了工藝環(huán)節(jié)，具有技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。本技術(shù)已被常熟市生活垃圾焚燒發(fā)電廠配套的飛灰安全填埋場(chǎng)試用。

表4  2種工藝成本比較(倍數(shù)比)

5 結(jié)論

 新工藝以磷酸鹽穩(wěn)定化處理飛灰，使飛灰內(nèi)含的重金屬組分顯示超常的穩(wěn)定性和水不溶性，清除了重金屬重新溶出對(duì)環(huán)境的危害。新工藝的技術(shù)系統(tǒng)簡單，運(yùn)行成本低，相對(duì)于水泥固化技術(shù)Pb的溶出率小、穩(wěn)定性好。新工藝的應(yīng)用，將大大降低焚燒飛灰對(duì)環(huán)境的污染。
   
參考文獻(xiàn)

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