摘要：在生活垃圾焚燒處置過程中，會產(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)國家有關規(guī)定，必須按危險廢物處置。文章介紹了傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定化處理飛灰的工藝及應用射流技術穩(wěn)定化處理飛灰的新工藝;對磷酸鹽固化劑的固化機理及配比進行了分析;并對新老工藝的成本進行了比較。

關鍵詞:城市生活垃圾,焚燒,飛灰穩(wěn)定化,磷酸鹽,射流技術

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，已成為人們普遍關注的環(huán)境和社會問題。垃圾焚燒處置可幫助我們達到生活垃圾減量化、無害化、資源化處理的目標。在生活垃圾焚燒處置過程中，會產(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所產(chǎn)生的煙氣進行凈化過程中的產(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準》和《危險廢物污染防治技術政策》中明確規(guī)定，生活垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰，需按危險廢物進行管理和處置。

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《危險廢物鑒別標準-浸出毒性》(5086.3-1996)中規(guī)定的方法，對上海御橋生活垃圾熱能電廠的飛灰進行測定，飛灰樣本中的重金屬鉛(Pb)均超過鑒別標準值(> 3 mg/L)）1）。

飛灰進行安全填埋前，必須要經(jīng)過穩(wěn)定化處理或固化處理，達標后，方能進行填埋。穩(wěn)定化/固化(S/S)方法是處理危險廢物的重要手段。化學藥劑穩(wěn)定化處理是化學藥劑通過化學反應，使有毒有害組分轉變?yōu)榈腿芙庑?、低遷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。本文介紹了傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定化處理飛灰的工藝及應用射流技術穩(wěn)定化處理飛灰的新工藝;對磷酸鹽固化劑的固化機理及配比進行了分析;并對新老工藝的成本進行了比較。

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，由飛灰專用運輸車。運送至上海固體廢物處理中心進行安全填埋。一般采用水泥固化的方法，對飛灰中重金屬等有害物固化、穩(wěn)定，然后進行填埋。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)欤砑舆m量的水泥或藥劑，進攪拌機加水予以攪拌，然后用輸送設備送至填埋坑攤平、壓實進行填埋見圖1。

圖1 飛灰進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攪拌，以穩(wěn)定飛灰中的有害物。

2.2 應用射流技術穩(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，直接運輸至填埋坑，用車載空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣，通過管道將飛灰送人專門設計的混合器，混合器的另一人口連接藥劑液管道，化學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，以達到充分混合目的，混合料直接進人填埋坑，然后進行攤平、壓實作業(yè)見圖2

圖2 飛灰安全處置新工藝示意

新工藝應用射流技術。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來，不斷擴大并流向下游。據(jù)此，在新工藝中設計了一種全新的用于液、灰混合的噴射器。

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

由于進填埋坑的飛灰需要控制一定的含水量，一方面，是防止揚塵需要，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。經(jīng)試驗，藥劑量確定為飛灰量的35%左右。在有條件的情況下，采用自動跟蹤、調(diào)節(jié)藥劑量是較為理想的措施。經(jīng)試驗，采用“灰、液差速、兩相交叉”原理設計混合噴射器。飛灰通過輸料管進人噴射器，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，因管徑的變化降低了速度，被高速噴出液流所產(chǎn)生負壓吸引，產(chǎn)生混合效應，同時由于對灰、液的兩者流向設計了一定的相交，由呈霧狀的液體包裹了飛灰，以達到充分混合及控制揚灰的效果。

3 磷酸鹽固化劑的固化機理及其配比 

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反應生成溶解性的絡離子。

3.1 用磷酸鹽固化飛灰的機理[1]

通過硫化物和磷酸鹽類化學藥劑的試驗，本研究選用磷酸鹽穩(wěn)定化處理飛灰。磷酸鹽類化學藥劑一般用來固化被污染土壤中的化學污染組分(Chemical Fixation)和焚燒殘渣、礦冶廢物、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與磷酸鹽的反應機理為:

其生成物的溶解性可參考磷酸鉛礦的資料報道[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 磷酸鹽的配比實驗

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

表2 測試結果（2）

由表2可見，穩(wěn)定化處理后樣本的浸出毒性測試結果配比C要優(yōu)于配比B。對照《危險廢物填埋污染控制標準》規(guī)定“危險廢物入場填埋控制限值Pb<5mg/l,;配比C超標樣本1個，配比B超標樣本2個。

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配比對飛灰進行Na3PO4穩(wěn)定化處理后的Pb浸出濃度。

3.3 現(xiàn)場應用

現(xiàn)場試驗的樣本，送上海市環(huán)境監(jiān)測中心檢測，重金屬浸出毒性降低效果明顯，且其結果隨藥劑量變化呈正相關變化見表3。

表3 檢測結果1) （mg/L)

由于《危險廢物填埋污染控制標準》要求穩(wěn)定化處理達標后，方能進人填埋作業(yè)。按慣例從穩(wěn)定化處理作業(yè)起至分析測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)至少要3d時間。在進行現(xiàn)場處理、隔日攤鋪填埋保證質量的前提，必須配備持續(xù)的飛灰穩(wěn)定化處理試驗研究。根據(jù)不同時間、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的磷酸鹽配比量。此外，現(xiàn)場穩(wěn)定化處理和安全管理相結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)工藝中多個必須的工藝環(huán)節(jié)，減少了設備、設施的投人，降低了運行成本，新工藝與傳統(tǒng)工藝在同樣達到穩(wěn)定化要求情況下，其成本對比見表4

傳統(tǒng)工藝在實際運轉過程中，由于工序相對繁多，機械設施也多，相應的各類故障等影響正常生產(chǎn)的因數(shù)相對較多，而新工藝簡化了工藝環(huán)節(jié)，具有技術上、經(jīng)濟上的優(yōu)勢。本技術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試用。

表4  2種工藝成本比較(倍數(shù)比)

5 結論

 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環(huán)境的危害。新工藝的技術系統(tǒng)簡單，運行成本低，相對于水泥固化技術Pb的溶出率小、穩(wěn)定性好。新工藝的應用，將大大降低焚燒飛灰對環(huán)境的污染。
   
參考文獻

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