生活垃圾爐渣資源化利用技術(shù)探討

王朝　楊洋

摘要：生活垃圾衛(wèi)生填埋日益緊張的情況下，焚燒處理逐漸成為主要方式，而焚燒產(chǎn)生的二次產(chǎn)物日益得到廣泛關(guān)注。本文重點(diǎn)探討了生活垃圾爐渣的基本特性及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并分析了生活垃圾爐渣資源化的主要利用手段。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒爐渣；資源化

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2016）04-0042-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.04.009

Abstract：Nowadays， intense instance of sanitary landfill of municipal solid waste （MSW） increasingly. Combustion has become one of the main MSWtreatment methods in China. However， the secondary products from MSW incinerator were getting concerned. The aim of this paper is to investigate the basic characteristics and environmental risks of MSW combustionash， meanwhile， the main methods for MSW combustionashutilizationare discussed.

Key words：Municipal solid waste； Combustion ash； Recycling

隨著我國(guó)居民生活水平的提高，城市固體廢物的產(chǎn)生量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)城市生活垃圾的清運(yùn)量高達(dá)1.78億噸，到2020年，我國(guó)生活垃圾年清運(yùn)量預(yù)計(jì)將高達(dá)2.15億噸。目前，城市生活垃圾的處理處置方式主要為衛(wèi)生填埋和焚燒。在日本、瑞士、丹麥等國(guó)家，生活垃圾焚燒比例高達(dá)70%[1]。而在我國(guó)，生活垃圾焚燒所占的比例呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。根據(jù)2013年我國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，浙江省、江蘇省垃圾焚燒分別占63%和58%。

焚燒爐渣是生活垃圾焚燒過(guò)程中的二次產(chǎn)物，主要包括爐排上殘留的焚燒殘?jiān)蛷臓t排間掉落的顆粒物，有時(shí)也包括鍋爐飛灰[2]。研究表明，焚燒1噸生活垃圾約產(chǎn)生0.2-0.25噸爐渣。目前，青島市生活垃圾年產(chǎn)量約為200萬(wàn)噸，如全部進(jìn)行焚燒處理，焚燒爐渣的年產(chǎn)生量約達(dá)到40～50萬(wàn)噸。焚燒爐渣作為一般固體廢物，若將其進(jìn)入一般工業(yè)或生活垃圾填埋場(chǎng)處置，將明顯增加填埋場(chǎng)庫(kù)容緊張的壓力。因此，如何實(shí)現(xiàn)生活垃圾焚燒爐渣的合理化、資源化利用是迫切解決的環(huán)境問(wèn)題之一。

本文重點(diǎn)探討了生活垃圾爐渣的基本特性及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，主要包括元素組成、鹽分和二噁英含量，并分析了生活垃圾爐渣資源化的主要利用手段。

1 爐渣的基本特性

生活垃圾焚燒爐渣一般由玻璃、熔渣、陶瓷和磚石碎片、石頭、鐵和其他金屬等組成，大體呈黑褐色，含水率一般為10.5%～19.0%，熱灼減率為1.4%～3.5%[3]。>20mm的焚燒爐渣大顆粒組分主要以陶瓷、磚塊和鐵為主，而<20mm的小顆粒焚燒爐渣組分則主要以熔渣和玻璃為主。焚燒爐渣中陶瓷、磚塊、玻璃和鐵主要是從垃圾中帶來(lái)，其存在會(huì)降低垃圾熱值，阻礙焚燒爐膛內(nèi)的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，大質(zhì)量磚塊和混凝土在進(jìn)料時(shí)還可能會(huì)損壞爐膛等。爐渣中鐵的總含量在 5%～8%，主要為鐵罐和少量的鐵絲、鐵釘和瓶蓋之類的物質(zhì)。去除鐵后的爐渣主要含熔渣、陶瓷碎片、磚石和玻璃，可燃物的總量小于0.5%，比較適合做材料利用。由于爐渣含鐵及有色金屬（主要為鋁），與酸性液體接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氫氣，在爐渣資源化利用時(shí)可能會(huì)造成膨脹等不利影響[1]。

焚燒爐渣形貌呈不規(guī)則蜂窩狀，表面多為玻璃質(zhì)[4]。焚燒爐渣顆粒大小在0.074mm～5mm之間，其中大部分（約71%）是砂子大小（0.074mm～2mm）的顆粒，小部分是（約27%）是礫石大小（>2mm）的顆粒，其余是（約2%）煤粉大小（0.002mm～0.074mm）的顆粒。

焚燒爐渣主要由硅和鐵元素組成，含量分別占42.5%和24.3%，其次是分別占18.8%和7.4%的鋁和鈣。相比上述常量而言，爐渣中鋅、鉛、鎳和鉻等重金屬物質(zhì)則都以微量形式存在。與焚燒飛灰不同的是，爐渣中的揮發(fā)性重金屬（鎘、汞和鉛）含量比較低，其他重金屬含量（銀、鈷和鎳）與飛灰相似或高于飛灰（如砷、銅、鉻和錳）[2]。此外，對(duì)爐渣進(jìn)行重金屬形態(tài)分析可知，焚燒爐渣中高毒重金屬，如鉻、鎘、砷、鋅、鉛等，基本以殘?jiān)鼞B(tài)形態(tài)為主，不穩(wěn)定形態(tài)，如可交換態(tài)、弱酸提取態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)等含量均較低，這與焚燒飛灰相差較大。研究表明，焚燒飛灰中鎘、鉛、鎳等高毒重金屬含量較高，且主要以不穩(wěn)定形態(tài)存在，潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高，因此，焚燒飛灰被國(guó)家環(huán)保局列為危險(xiǎn)廢物。

除重金屬外，二噁英也是焚燒爐渣中的有毒有害物質(zhì)。二噁英類物質(zhì)具有高毒性、致癌性、致突變性，在環(huán)境中的衰減時(shí)間短。研究表明，2，3，7，8-TCDD類物質(zhì)再人體內(nèi)的衰減時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5～10年，平均為7年。二噁英在焚燒爐渣中的存在也成為爐渣資源化利用的潛在風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。楊志軍等[5]分別采集了3 種生活垃圾焚燒爐的飛灰或爐渣樣品。研究結(jié)果表明，機(jī)械爐排焚燒爐飛灰中二噁英最多，總含量為319ng/g，毒性當(dāng)量為6.7ngI-TEQ/g；氣化熔融焚燒爐的熔融爐渣中二噁英很少，總含量為38.7pg/g，僅為機(jī)械爐排焚燒爐飛灰中的萬(wàn)分之一，其毒性當(dāng)量也較低。從上述研究結(jié)果可以看出，焚燒爐渣的二噁英類污染物的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飛灰，其毒性較低。焚燒爐渣在后續(xù)處理處置和資源化利用過(guò)程中二噁英類物質(zhì)潛在風(fēng)險(xiǎn)較低。

鹽分也是焚燒爐渣中潛在的有害物質(zhì)之一。在焚燒爐渣資源化利用過(guò)程中，溶解性鹽分含量會(huì)有所影響。例如，當(dāng)爐渣作為混凝土材料時(shí)，鹽分過(guò)高時(shí)會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。研究表明，生活垃圾焚燒爐渣中溶解性鹽分含量較低，僅為總含鹽量的0.8%～1.0%。可見，焚燒爐渣資源化利用時(shí)因溶解性鹽而造成的二次污染行為的風(fēng)險(xiǎn)較低[6]。此外，焚燒爐渣初始pH值在11.5以上，能有效抑制重金屬的浸出。

2 爐渣資源化利用的主要途徑

2.1 生產(chǎn)水泥

焚燒爐渣可以與硅酸鹽熟料、礦渣、石膏等原料一起，混勻后制成水泥。有研究表明，焚燒爐渣用量在15%～50%，硅酸鹽熟料為1%～50%，礦渣為5%～50%，石膏為4%～8%時(shí)，所制的水泥物理性能均能滿足水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3183-2003）要求，同時(shí)有害重金屬溶出濃度也能滿足GB3838-2002地表水V類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，爐渣用作水泥混合材時(shí)，使水泥磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量略有下降，但對(duì)生產(chǎn)影響不大水泥的安定性均合格。此外，利用水泥窯爐處置垃圾焚燒爐渣制水泥時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣中二噁英、鉛、鎘、汞、二氧化硫、氮氧化物及粉塵濃度等污染物的含量或濃度均低于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值，所生產(chǎn)水泥的物理性質(zhì)、鋼筋的腐蝕性能、干縮性能、破碎溶出、重金屬離子溶出等方面也能滿足要求，不會(huì)對(duì)土壤、水和大氣環(huán)境帶來(lái)潛在危害[7]。

2.2 制免燒磚

焚燒爐渣可作為主要原料生產(chǎn)免燒磚。由于焚燒爐渣不具備火山灰活性，可選擇水泥、石灰、石膏和激發(fā)劑等原材料制備免燒磚。焚燒爐渣的主要礦物形態(tài)為二氧化硅、氧化鈣和三氧化二鋁，其中二氧化硅和三氧化二鋁能與水泥發(fā)生水化作用，與熟石灰發(fā)生二次水化反應(yīng)。石膏屬于一種硫酸鹽激發(fā)劑，用來(lái)激發(fā)爐渣的活性。石灰的主要作用是能有效氧化鈣與硅質(zhì)材料發(fā)生反應(yīng)，生成含水硅酸鹽凝膠及結(jié)晶連生體，從而提高早期強(qiáng)度[8，9]。生活垃圾焚燒爐渣免燒墻體磚的制作方法，包括爐渣的預(yù)處理、爐渣的球磨、爐渣的篩分、粉料的制備、壓制成型和自然養(yǎng)護(hù)的過(guò)程。

目前，國(guó)家大力推廣和應(yīng)用新型墻材，而焚燒爐渣制免燒墻體磚一種環(huán)保材料，焚燒垃圾制免燒墻體磚的應(yīng)用不僅可以將大量生活垃圾焚燒爐渣得到利用，節(jié)約資源，能源、節(jié)約各項(xiàng)建設(shè)費(fèi)用，考慮將磚廠建在生活垃圾焚燒發(fā)電廠附近，運(yùn)輸量減少，從而為建筑工程帶來(lái)多項(xiàng)節(jié)約。因此，該生產(chǎn)線的產(chǎn)品有廣闊的應(yīng)用前景和良好的銷售市場(chǎng)。此舉也推進(jìn)了“兩會(huì)”提出的“節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)”的策略。

2.3 其他

焚燒爐渣是經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的產(chǎn)物，一般具有較高的比表面積，同時(shí)含有多種礦物質(zhì)，如二氧化硅和三氧化二鋁等，這些都有利于制備沸石材料[4]。這些沸石材料可被工業(yè)應(yīng)用作為吸附劑，吸附溶液中不同的離子和分子。譚巍等[10]研究了生活垃圾焚燒飛灰用于制瀝青路面的適用性。此外，爐渣中含有植物生長(zhǎng)所需的磷和鉀元素，因此有學(xué)者研究用其替代部分肥料投入土壤中，從而促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)灰渣改良過(guò)的土壤種植出來(lái)的植物比未改良土壤的大1.5～2倍，也比單獨(dú)用P肥或K肥改良過(guò)的要大。除此之外，由于灰渣中氧化鈣含量較高，可以利用其高堿度替代石灰投加到酸度較高的土壤中，改良土壤條件。

參考文獻(xiàn)

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[10]譚巍，李菁若，季煒等.城市生活垃圾焚燒飛灰在瀝青混合料中的應(yīng)用[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2016，4：14-21.

收稿日期：2016-07-26

作者簡(jiǎn)介：王朝（1983-），男，工程師，主要從事建筑工程質(zhì)量檢測(cè).