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垃圾焚烧飞灰无害化与资源化现状及发展趋势

时间:2018-02-13 13:24

来源:环保时间

作者:徐林智

城市生活垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧处理中的主要副产物,因其含有高含量重金属、二噁英等危害物,已成为垃圾焚烧行业发展亟需解决的难题。

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本文综述了当前垃圾焚烧飞灰传统无害化处理工艺及机理,分析了其资源化趋势,并介绍了几种新型处理方法,为提高垃圾焚烧处理过程中资源化利用的程度提供了参考。

1.引言

近年来,我国经济高速发展、城市化进程加速。人们生活水平提高的同时,也产生了大量的城市固体废弃物。2015年全国246个大中城市生活垃圾产生量高达18,564.0万t,而且仍有不断增加的趋势。

面对日益严峻的垃圾处理问题,传统的垃圾填埋处理方式,因其负面作用大已远远不能适应目前发展需要。

与此同时,垃圾焚烧发电技术处理速度快、占地面积小、减量化和无害化效率高、可回收能源等优点便突显出来。然而,飞灰作为垃圾焚烧发电过程中的副产物,含有高含量重金属及二噁英等各种有害物,若不能得到有效处理,会对自然环境及人体健康造成巨大影响。

国内外专家学者积极研究开发了多种垃圾焚烧飞灰的无害化及资源化处理方法,其中北京金隅琉璃河水泥公司已建成国内首条飞灰处置示范线,对飞灰进行资源化再利用。

欧美等国在飞灰熔融固化方面进展迅速,已经基本发展成工业应用规模,不仅有多种不同种类的熔融炉,更对熔渣的后续处理有充足的应用进展,形成一条完整的产业链。本文介绍了传统的飞灰无害化及资源化处理工艺,简述了几种新型处理工艺方法,并对其发展趋势进行了展望。

2.焚烧飞灰的主要特性及危害

垃圾焚烧飞灰产量与垃圾种类、焚烧条件、焚烧炉型和烟气处理工艺有关。一般占被焚烧垃圾量的3%~5%左右。呈深灰或灰白色,颗粒大小不均一,粒径一般小于300μm,其中以K、Na、Ca的氯化物为主体的可溶性盐含量为15%~25%,并含有各种重金属与二噁英等危害物。以浙江省温州市龙湾区某垃圾焚烧发电厂飞灰为例,其主要物质及重金属含量分别见表1与表2。

  表1.垃圾焚烧飞灰主要成分/%

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表2.垃圾焚烧飞灰中重金属含量/ppm

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焚烧飞灰中的重金属主要包括Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn等元素,重金属无法被自然降解,易在生物体内迁移累积,并通过食物链传递最终在人体内聚集,对人体健康产生极大的危害。

二噁英(PCDD/Fs)是多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的总称,极易吸附在粉尘颗粒上,故飞灰是垃圾焚烧系统中二噁英的主要排放源,通常占总排放量50%以上,最高可达90%。若其经皮肤、呼吸道、消化道等途径进入体内,可造成免疫力下降、内分泌紊乱等问题,是一种严重致癌物。因此,必须对焚烧飞灰中有害物质进行无害化处理。

3.焚烧飞灰无害化处理技术现状

垃圾焚烧飞灰无害化处理目的是固定所含的重金属,破坏或去除二噁英。一般包括水泥及其它介质固化技术、高温处理技术和化学药剂稳定化技术等。

3.1.介质固化技术

3.1.1.水泥固化

水泥固化处理技术是一种常用于危险固体废弃物的处理技术,也是目前最廉价、应用最广的焚烧飞灰处理技术之一。其主要通过将飞灰与水泥混合成型,使飞灰中重金属以氢氧化物或络合物的形式被包裹在经水化反应生成的硬化水泥块中,降低焚烧飞灰中有害物质的可渗透性,以达到无害化的目的。

Bie等研究了水泥固化飞灰后的浸出行为,探讨了水泥用量、浸出液pH值、振动浸出时间对重金属浸出量的影响。研究发现,飞灰被水泥固化后其以Pb和Cd为代表的重金属浸出率迅速下降,且在碱性条件下能进一步抑制浸出,图1为浸出时间64小时后原始飞灰与50%飞灰添加量的水泥样品的重金属浸出浓度的比较。

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图1.重金属浸出浓度比较

但飞灰的掺杂会使复合水泥块的抗折强度和抗压强度明显下降,而且还延滞了水泥的水化时间。为提高水泥固化效果,常威等在水泥固化垃圾焚烧飞灰时添加一定量的重金属螯合剂,在保证重金属固化效果的同时能够兼顾经济性与增容性。

研究表明,经过适当工艺,垃圾焚烧飞灰水泥固化技术能够满足重金属固化要求,填埋后不会对环境造成影响。但飞灰中的高含量氯化物会影响水泥品质,甚至损坏设备导致停产,且水泥固化技术主要针对飞灰中的重金属,对二噁英等有机危害物并没有较好的固化效果。

3.1.2.塑料固化

鉴于粉煤灰可作为塑料补强填料,有学者研究将垃圾焚烧飞灰作为塑料填料的可行性与工艺方法。Goh等将硅烷偶联剂或介孔二氧化硅胶体(CMS)改性过的垃圾焚烧飞灰作为填料与环氧树脂进行混合,研究发现水洗后的改性焚烧飞灰与聚合物基体相容性较好,其拉伸强度与弯曲强度与未添加焚烧飞灰的树脂相比也只是略有下降,且对重金属Zn、Cu、Cr和Cd固化效果好,64天后未检测到其浸出。

当前对于垃圾焚烧飞灰塑料固化的研究较少,但其固化效果优良、增容小,后续可利用方向较广泛,是一种前景较好的新型处理技术。

3.2.高温稳定技术

3.2.1.熔融法

编辑:刘影

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