垃圾焚燒飛灰處理技術研究進展

劉緒紅，李 超

（山西省生態環境研究中心，太原 030009）

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垃圾焚燒飛灰處理技術研究進展

劉緒紅，李 超

（山西省生態環境研究中心，太原 030009）

摘 要：垃圾焚燒飛灰是公認的危險廢物，其處理處置技術的研究已成為環境領域的熱點。綜述了垃圾焚燒飛灰處理領域國內外的研究現狀和發展趨勢，對垃圾焚燒飛灰無害化處理和資源化利用技術的研究提供了參考。

關鍵詞：垃圾焚燒飛灰；處理技術；無害化；資源化

隨著社會的發展和人民生活水平的提高，我國生活垃圾的產量以每年8%～10%的速度快速增長。2013年全國僅261個大、中城市生活垃圾產生量就高達16，148.81萬噸［1］。目前，我國垃圾處理的方式主要有衛生填埋、高溫堆肥和焚燒等。其中，焚燒處理由于減量化效果好和資源利用率高等優勢已成為垃圾處理的主流工藝之一。截至2014年底，國內運行的生活垃圾焚燒廠有199座，處理能力可達18.9萬噸/日［2］。但是，生活垃圾焚燒后會產生相當于原垃圾質量3%～20%的焚燒飛灰，并且飛灰在經過煙道時其表面不但會富集高濃度的重金屬，如Pb、Hg、Zn、Cd等，還會吸附焚燒過程中產生的劇毒、強致癌物質二英，對環境具有嚴重毒害作用，是國內外明確規定的危險廢物。因此，如何處置基數龐大、增速極快、危害性極高的垃圾焚燒飛灰成為了亟需解決的重要課題。

本文對飛灰處置技術的研究現狀及發展趨勢進行了介紹，重點就各種處理技術的優勢及存在的問題作了對比分析，為實際生產中垃圾焚燒飛灰處置方案的比選提供了技術參考。

1 垃圾焚燒預處理技術

垃圾焚燒飛灰處理處置技術主要有固化穩定化、水泥窯協同處置、高溫熔融、水熱處理等。由于我國垃圾焚燒飛灰中的氯元素含量較高，采用上述技術直接進行處理，不僅會影響重金屬的固化效果，還可能腐蝕水泥窯設備，降低水泥產品的性能，因此在垃圾焚燒飛灰處理處置前必須進行預處理。

通常采用水洗和酸洗等方式脫除垃圾焚燒飛灰中高含量的氯元素及可溶性鹽。通過預處理，可明顯縮短固化體的凝結時間，提高固化體的抗壓強度，降低固化體系的膨脹率，提高飛灰固化穩定化效果［3］。馬保國［4］等對比了水、磷酸和硫酸對焚燒飛灰的預處理效果，結果顯示可將原灰中氯元素含量由7.41%分別降至0.46%、0.76% 和0.64%。由此可見，水洗預處理效果優于酸洗，而且水洗過程中能降低飛灰中鈣質的流失，避免引入大量的P和S等雜質元素。研究還發現，水洗過程中的最佳液固比為10 ∶ 1，水洗時間為10min。

然而，水洗預處理在除氯的同時會脫除垃圾焚燒飛灰中部分可溶性重金屬，因此水洗液中含有較高濃度的可溶性氯鹽和重金屬離子，直接排放會污染環境。通常需要先對水洗液進行沉淀處理以去除超標重金屬，然后利用結晶的方式對水洗液中高含量的氯化物進行回收利用。

2 固化/穩定化處理技術

2.1 固化技術

垃圾焚燒飛灰固化是將水泥、瀝青等黏結性材料和飛灰混合，利用其水化或固化作用將重金屬離子包裹進堅硬的固化體，達到阻止重金屬離子浸出的目的。宋旭艷等［5］對飛灰固化體系、固化配比、固化體強度及安全性等方面進行了研究，結果顯示：水泥-飛灰固化體系應用范圍最廣，當摻入水泥質量在40%時，固化體養護28天后的抗壓強度可達10.6MPa，達到建筑材料的抗壓強度要求（10MPa以上），并且隨著水泥添加量的增加，固化體的強度持續升高。另外，通過預處理或添加工業廢渣、礦渣等輔料的方式也可以增強固化體的環境安全性和抗壓性能。

由于飛灰固化的設備簡單、操作方便、處理成本低，目前已是國內外主要的飛灰處理方法之一。英國、法國、葡萄牙等發達國家主要采用水硬性黏結材料固化垃圾焚燒飛灰。但固化法需要消耗大量水泥，處理后的增容、增重大，最終填埋體積會增加1.5～2.0倍，質量約增加30%，且無法解決二英等有機物的污染問題。

2.2 穩定化技術

飛灰穩定化技術是通過穩定化藥劑與垃圾焚燒飛灰中易滲濾的重金屬反應，生成難溶、穩定、低毒性物質。穩定化技術的關鍵是穩定化藥劑的選擇，日本在高分子螯合劑研發技術方面相對成熟，并且有法律明確要求垃圾焚燒飛灰必須經過藥劑穩定化處理后才能進行填埋處置，我國也在著力開發新型的重金屬螯合劑。目前，市場上常用的穩定化藥劑有硫化物、磷酸鹽、石灰等無機類藥劑和有機磷酸鹽、有機硫藥劑、殼聚糖衍生物等有機類藥劑。較無機藥劑，有機類藥劑的穩定化效果較好，但成本較高，而且不同螯合劑對重金屬的選擇性也不同，因此生產中常采用藥劑復配的方式處理飛灰中的重金屬。陳善平等［6］采用無機磷藥劑和有機硫系藥劑組合處理垃圾焚燒飛灰，在保證重金屬穩定化效果的基礎上，可減少穩定化藥劑的使用量，降低穩定化成本。

與固化技術相比，飛灰穩定化技術具有化學藥劑用量少、幾乎不會增加飛灰質量的優點，但是很難找到一種普遍適用的飛灰穩定化藥劑，而且處理后飛灰直接填埋的長期環境安全性還需進一步驗證。

2.3 固化穩定化技術

固化穩定化技術即先采用螯合劑對飛灰中的重金屬進行穩定化處理，然后再利用水泥等材料對飛灰進行固化處理。采用穩定化和固定化協同作用的方式處理垃圾焚燒飛灰可減少固化穩定化藥劑的用量，降低飛灰處置成本，因此已成為我國工程化應用的主要飛灰處理技術之一。劉彥博［7］等研究了先穩定化后固化的處理方法，結果表明當穩定化藥劑添加量為3%、水泥添加量降至15%時，處理后的焚燒飛灰即可達到填埋場的浸出毒性要求。此外，預處理技術與固化穩定化技術結合后可降低50%左右的處理成本，使飛灰處理更加經濟。

3 水泥窯協同處置技術

水泥窯協同處置是將垃圾焚燒飛灰在窯爐中煅燒，從而將有害的重金屬固化在水泥熟料中。該方法運行成本低、沒有灰渣二次處理而引起的污染問題、可徹底消除二英等有機物污染，實現了飛灰減量化、無害化和資源化處理。此外，由于飛灰部分替代石灰石可降低煅燒過程的消耗，減少了CO2的排放。

1997年日本［8］率先以城市垃圾焚燒飛灰為主要原料生產出了高強度水泥，拉開了水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰的工業化之路。我國利用水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰的技術起步較晚，2012年金隅琉璃河水泥公司建成了國內首條無害化處置城市垃圾焚燒飛灰的示范線，飛灰年處理能力達3萬噸［9］。由于我國飛灰中的氯元素含量較高，因此進窯協同處置前一般需要進行脫氯處理，而且在水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰的過程中，易揮發的重金屬及化合物會進入煙氣中，需對其進行檢測和控制，防止對大氣造成污染。

4 其它處理處置技術

水熱處理技術是一項新興技術，是指在堿性環境下，向飛灰中添加一定量的硅源、鋁源，在一定溫度、壓力下發生晶化形成沸石等礦物相，利用礦物相對重金屬的離子交換、吸附、沉淀等物理化學作用實現飛灰的無害化處理。馬曉軍［10］等通過優化合成體系配比和工藝，利用飛灰合成了方鈉石礦物，可使處理后的飛灰完全達到填埋場入場標準，并且殘留液也達到《污水綜合排放標準》（GB8978-96）的要求。研究發現，利用飛灰合成的沸石具有一定的離子交換能力，這表明飛灰合成的沸石具有很好的資源化利用價值。

“以廢制廢”技術是飛灰處理處置技術發展的一個新趨勢。將工業生產中產生的廢水、廢氣、固體廢物等與垃圾焚燒飛灰協同處理，可同時實現無害化，達到雙贏的目的。印染廢水、礦山酸性廢水、煙道氣酸性溶液、垃圾滲濾液等均可用于生活垃圾焚燒飛灰的協同處置中，污泥、礦渣等固體廢物也能與垃圾焚燒飛灰進行共處置，實現變廢為寶、資源化再利用［11］。

5 結語

目前，飛灰處置技術呈現多樣化的發展趨勢，其中固化穩定化技術較為成熟，水泥窯協同處置技術正在普及，高溫熔融技術等的研究動態不斷更新，“以廢制廢”處理垃圾焚燒飛灰等新的發展方向也不斷涌現，而且各種技術分別具有不同的優缺點。在實際工程生產中，應根據當地飛灰的特點和實際情況，充分考慮經濟性、可行性和環境友好性等多方面的因素來確定垃圾焚燒飛灰的處理處置方案。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國環境保護部.2014年全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報［N］.中國環境報，2015-01-05（2）.

［2］ 中國環境保護產業協會城市生活垃圾處理專業委員會.城市生活垃圾處理行業2014年發展綜述［J］.中國環保產業，2015（11）：15-23.

［3］ 宋旭艷，韓靜云，郜志海，等.垃圾垃圾焚燒飛灰的酸處理及其固化效果研究［J］.非金屬礦，2015，38（4）：5-8.

［4］ 馬保國，蘇華偉，李相國，等.城市垃圾焚燒飛灰預處理技術研究［J］.武漢理工大學學報，2013，35（4）：22-26.

［5］ 宋旭艷，韓靜云，呂正勇，等.預處理飛灰與水泥的固化效果研究［J］.混凝土與水泥制品，2013（11）：86-88.

［6］ 陳善平，張益，趙愛華，等.一種復合藥劑處理垃圾焚燒飛灰的方法［P］.中國，201110221125.3，2012-04-18.

［7］ 劉彥博，商平，劉漢橋，等.垃圾垃圾焚燒飛灰固化/穩定化實驗研究［J］.環境衛生工程，2010，18（2）：15-18.

［8］ 韓仲琦.日本水泥生態化技術的研究與開發［J］.中國水泥，2003（7）：27-30.

［9］ 崔素萍，劉宇，李琛.水泥工業協同處置與綠色轉型評價［J］.中國水泥，2015 （11）：54-59

［10］ 馬曉軍.水熱法處理生活垃圾垃圾焚燒飛灰中重金屬和二英的研究［D］.杭州：2013.

［11］ 張海英.一種用生活垃圾垃圾焚燒飛灰與磷礦尾礦制成的燒結磚及其制備方法［P］.中國，201210249741.4，2012-07-19.

中圖分類號：X701

文獻標志碼：A

文章編號：1006-5377（2016）06-0049-03

Research Development of Fly Ash Treatment Technology of Refuse Incineration

LIU Xu-hong， LI Chao
（Shanxi Research Center for Eco-environmental Sciences， Taiyuan 030009， China）

Abstract：The paper summarizes the latest research status and development trend on fly ash treatment technology of refuse incineration abroad and at home， so as to provide references for the research on the fly ash harmless treatment and resource utilization of refuse incineration.

Keywords：fly ash of refuse incineration； treatment technology； harmless treatment； recycling utilization