城市生活垃圾焚燒飛灰的處理與處置方法

龐瑞華，查甫更，金 蘇，汪 飛

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232000)

截止到2018年我國(guó)垃圾焚燒無(wú)害化處理廠已達(dá)到331座，處理量可達(dá)10184.9萬(wàn)噸/年[1]，占無(wú)害化處理總量的45.13%。飛灰作為垃圾焚燒副產(chǎn)物，因富含大量可浸出重金屬和痕量二噁英，已列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，《生活垃圾焚燒控制標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014)》規(guī)定生活垃圾焚燒飛灰應(yīng)按危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理，為避免飛灰對(duì)環(huán)境的潛在危害，必須進(jìn)行穩(wěn)定化、無(wú)害化處置。飛灰的組成與生活垃圾的組成關(guān)系密切，其主要元素有Si、Ca、Al、Fe等，所含重金屬量差異顯著，占飛灰總量的0.5%～3.0%，其中Zn、Pb、Cu、Cr含量較高[2]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)垃圾焚燒飛灰采用的處理與處置方法主要有水泥/藥劑穩(wěn)定化技術(shù)；熱處理技術(shù)；生物/化學(xué)提取技術(shù)和安全填埋。綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)飛灰處理與處置方法進(jìn)行概述。

1 水泥/藥劑穩(wěn)定化技術(shù)

1.1 水泥固化技術(shù)

水泥固化技術(shù)是將廢物和水泥混合，經(jīng)水化反應(yīng)后形成堅(jiān)硬的水泥固化體，從而達(dá)到降低廢物中危險(xiǎn)成分浸出的目的。水泥固化法具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、材料來(lái)源廣泛、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但水泥固化后增容比達(dá)1.5～2.0[3]，不利于后期填埋，而且氯會(huì)影響鉻、鋁等金屬在固化產(chǎn)物中的保留能力，導(dǎo)致這些金屬浸出[4]。

1.2 藥劑穩(wěn)定化法

藥劑穩(wěn)定化法是指利用化學(xué)穩(wěn)定劑與飛灰中的有毒有害物質(zhì)(主要是重金屬離子)反應(yīng)，生成沉淀或交聯(lián)穩(wěn)定的絡(luò)合物，以降低其溶解性和遷移性的技術(shù)[5]。藥劑穩(wěn)定化法處理后，飛灰增容增重比小，重金屬穩(wěn)定，不易被酸再次浸出，是處理重金屬含量高的固體廢物的最佳技術(shù)之一[6]。藥劑穩(wěn)定化法的關(guān)鍵是穩(wěn)定劑的選取，常用的穩(wěn)定劑可分為無(wú)機(jī)藥劑和有機(jī)藥劑兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)藥劑主要有：磷酸鹽[7]和硫化物等，然而無(wú)機(jī)藥劑通常只針對(duì)一種重金屬具有穩(wěn)定作用。有機(jī)螯合劑利用高分子鏈上的官能團(tuán)與重金屬離子通過(guò)價(jià)鍵絡(luò)合形成交聯(lián)的穩(wěn)定化合物，無(wú)害化程度普遍高于無(wú)機(jī)藥劑[9]。有機(jī)藥劑與飛灰中重金屬結(jié)合改變其重金屬形態(tài)分布，即使在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下也能避免滲出，但會(huì)產(chǎn)生高濃度無(wú)機(jī)鹽廢水且飛灰仍是散狀，比表面積大，二噁英有可能溶出[11]。

由于單一無(wú)機(jī)藥劑很難達(dá)到理想的處理效果，有機(jī)藥劑價(jià)格高等缺點(diǎn)，現(xiàn)階段，多元復(fù)配藥劑以及固化/穩(wěn)定化技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。王金波等[12]對(duì)無(wú)機(jī)藥劑、有機(jī)藥劑以及無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合藥劑分別進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)單一的有機(jī)或無(wú)機(jī)藥劑并不能滿足處理要求，而有機(jī)-無(wú)機(jī)藥劑組合均能達(dá)到生活垃圾填埋場(chǎng)浸出毒性的要求。劉彥博[13]對(duì)水泥固化以及水泥-TMT藥劑聯(lián)合處理進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，添加TMT藥劑固化實(shí)驗(yàn)組的重金屬的浸出濃度遠(yuǎn)低于未添加藥劑的實(shí)驗(yàn)組，且固化養(yǎng)護(hù)28天后，添加藥劑的實(shí)驗(yàn)組Pb的浸出濃度為0 mg/L。

2 熱處理技術(shù)

2.1 熔融固化技術(shù)

熔融固化技術(shù)是指在1200 ℃以上的高溫下，對(duì)固體廢物進(jìn)行熔融，生成熔融爐渣，使廢物中的有害物質(zhì)穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)熔融后，飛灰中的二噁英等有機(jī)污染物受熱分解；飛灰中所含的沸點(diǎn)較低的重金屬鹽類(lèi)，少部分發(fā)生氣化現(xiàn)象，大部分則轉(zhuǎn)移到玻璃態(tài)熔渣中，極大地降低了重金屬溶出的可能性[14]。熔融固化技術(shù)的固化效果好，熔渣可重復(fù)利用，但能量消耗巨大，且熔融過(guò)程中，飛灰中的重金屬及無(wú)機(jī)鹽易揮發(fā)使得后續(xù)處理困難[15]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)當(dāng)CaO/SiO2降低，易揮發(fā)重金屬如Pb、Cd的固定率呈上升趨勢(shì)[16]。周宇等[17]發(fā)現(xiàn)較高的氯含量會(huì)加劇重金屬的揮發(fā)，而惰性氣體能夠抑制金屬氯化物的揮發(fā)。

2.2 水熱處理技術(shù)

水熱處理技術(shù)即于水熱條件下利用Al、Si源在堿性條件下合成硅鋁酸鹽礦物，將重金屬穩(wěn)定與礦物中[18]。水熱處理不僅能夠在較低的溫度(150～200 ℃)下固化飛灰，而且可以大量處理飛灰[19]。王宇峰等[20]發(fā)現(xiàn)水熱反應(yīng)后的醫(yī)療垃圾焚燒飛灰中的重屬形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，飛灰浸出液中的重金屬降低了90%。

3 生物/化學(xué)提取技術(shù)

生物/化學(xué)提取技術(shù)是利用生物淋濾法或化學(xué)提取法將重金屬?gòu)娘w灰中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)重金屬的回收和飛灰的資源化利用。生物淋濾技術(shù)是指利用自然界中一些微生物的直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用，產(chǎn)生氧化、還原、絡(luò)合、吸附或溶解作用，將固相中某些不相溶成分分離浸提出來(lái)的一種技術(shù)[21]。張瑞昌等[22]用利用硫氧化和硫還原菌淋濾飛灰后，飛灰中Cu、Zn和Cd的去除率分別達(dá)到47.3%、72.9%和75.8%。

化學(xué)提取法是通過(guò)加入特定的化學(xué)藥劑將飛灰中的重金屬提取出來(lái)，從而達(dá)到回收的目的。常用的浸提劑有：硝酸、鹽酸、硫酸以及螯合劑等。灰分性質(zhì)、pH和液固比是影響飛灰中重金屬提取的重要因素[23]。林濤[24]等分析比較了鹽酸、硫酸和硝酸對(duì)飛灰中重金屬的浸出率及浸出濃度的影響，確定鹽酸為最佳浸提劑，浸出厚飛灰中重金屬濃度都低于《生活垃圾填埋場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)》。

4 安全填埋法

安全填埋法是將垃圾焚燒飛灰簡(jiǎn)單處理達(dá)到填埋場(chǎng)要求后送入安全填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋。何品晶[25]發(fā)現(xiàn)含水率在20%時(shí)，有利于安全填埋。安全填埋法簡(jiǎn)單易行，但并不能促進(jìn)飛灰資源化利用，而安全填埋場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用也居高不下，安全填埋法已不是最佳的飛灰處理方法。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，我國(guó)對(duì)生活垃圾焚燒飛灰中重金屬的研究集中在傳統(tǒng)的重金屬處理方法，雖然傳統(tǒng)重金屬處理方法應(yīng)用廣泛，但是對(duì)于處理后飛灰資源化問(wèn)題、浸出液中重金屬處理方法以及不同重金屬浸出條件難統(tǒng)一等問(wèn)題尚未有解決辦法，且研究規(guī)模以實(shí)驗(yàn)室和小型反應(yīng)器為主。新型重金屬處理技術(shù)如水熱處理技術(shù)雖然可以大規(guī)模處理飛灰，但是存在能耗高、不經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題，很難大規(guī)模投入使用。因此，研究新型有效、經(jīng)濟(jì)節(jié)能，適合我國(guó)國(guó)情的重金屬處理技術(shù)成為未來(lái)研究重點(diǎn)。