生活垃圾焚燒飛灰特性及重金屬螯合穩定/水泥固化處理研究

文_姜微 中節能（象山）環保能源有限公司

1 我國的生活垃圾焚燒處理現狀

生活垃圾無害化處理技術中，垃圾焚燒發電技術最具代表性，具有資源利用率高、節省土地資源和減容大的優勢特點，是生活垃圾處理的首選技術。但是，生活垃圾焚燒會產生飛灰和副產物，如果處理不當，直接填埋會誘發土壤和水體污染，重金屬超標。為了提升社會民眾對生活垃圾焚燒技術的正確認知，在2010年確定了發展生活垃圾焚燒處理技術的重要性，相關爭議聲音大大減弱，逐步推動生活垃圾焚燒規范化發展。

2 生活垃圾焚燒飛灰處理方法

生活垃圾焚燒會產生飛灰，還會產生煙塵顆粒物、酸性氣體、二噁英以及重金屬揮發產物等污染物，加劇環境二次污染。煙氣凈化系統中對酸性氣體凈化處理，會產生鹽類物質，二噁英和重金屬揮發物則附著在煙塵顆粒上。生活垃圾焚燒的飛灰，是煙氣凈化后的殘留物，其中包含二噁英和重金屬等污染物，相較于底灰濃度更高，對環境危害性更大。因此，需要對飛灰預處理后方可進行下一個環節。

2.1 固化處理

固化處理方法是為了保證物質性質穩定，通過一定的物理和化學方法對其進行處理，借助惰性材料密封有害物質。常見的固化材料以水泥為主，還有石灰、玻璃和瀝青等材料。在一定條件下通過減少有害固化廢物形成氫氧化物，減少其遷移率和滲透性，進而實現無害化處理。水泥固化處理飛灰，借助水泥水化作用促使重金屬吸收和沉降，將其封存在水泥中。此方式具有成本低、操作簡單的優勢，但增容大，飛灰中的二噁英物質無法完全去除。

2.2 高溫處理法

此種方法在處理生活垃圾焚燒的飛灰中，包括熔融處理和燒結處理，前者控制處理溫度在1200～1400℃范圍內，后者溫度則控制在1000～1200℃范圍內。生活垃圾經過高溫焚燒處理后，會形成致密結晶穩固的玻璃固化體，實現重金屬固化。在飛灰熔融處理過程中，垃圾飛灰加熱溫度到1400℃時冷卻，通過氣體散發，其中包含很多有害物質，無機物熔融為玻璃質熔渣。此種方法優勢表現在處理后的飛灰減容大，可以實現反應產物資源綜合開發和利用，將其中有害物質充分去除。但同時，此方法成本高，處理濃度較大，極大的影響飛灰處理效果。

2.3 藥劑和水泥協同穩定法

藥劑和水泥協同穩定結合，其優勢鮮明，依據配合比設計均勻攪拌混合，實現重金屬離子穩定化反應，充分吸附鉛、鎘、鋅等有害物質，借助水泥實現飛灰包容和固化處理，確保飛灰處理穩定。此種方法運行成本較低，可以實現飛灰穩定化產物增容，并且全過程操作簡單、便捷。但同時，此種方式重金屬穩定性不強，固化強度有所欠缺，還有待進一步與優化改進。

3 生活垃圾焚燒飛灰特性

3.1 含水率

生活垃圾焚燒飛灰是經過煙氣凈化系統和排放裝置后得到，通過飛灰收集后篩選，但是收集過程中會有枝葉和砂礫等物質混入其中。結合實驗分析，飛灰含水率大概在0.09%～30.24%范圍內，多數飛灰含水率不超過10%，表明高溫焚燒中飛灰水分蒸發較為完全。伴隨著擱置時間延長，飛灰數量將會隨之升高，主要是從周圍環境中所汲取水分。

3.2 飛灰表面形態

一般情況下，飛灰表面有灰色、灰白色、深灰色和棕色，多數飛灰顏色趨近于灰色，飛灰顏色變化同自身特性，以及凈化過程中的石灰投加量因素聯系密切，焚燒效率較高的飛灰為白色，燃燒效率偏低的飛灰則表現為灰黑色。

3.3 pH值

飛灰pH值大約為9～12之間，是由于生活垃圾焚燒飛灰中含有大量重金屬、酸性氣體以及含鈣化合物，焚燒產生的金屬氧化物以及碳酸鹽物質，一定程度上會增強飛灰堿性特點。另外，飛灰中的堿金屬元素受到酸性溶液影響，這些堿金屬化合物會形成pH緩沖體系，具有相應的酸中和能力。

3.4 主要成分

飛灰中的主要成分包括SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3等，同時飛灰中也要少量的鹽類物質。飛灰中當屬CaO含量最高，是由于垃圾焚燒發電主要是借助石灰凈化吸收煙氣酸性氣體導致，飛灰具有一定水硬性特點。飛灰的礦物構成多數為重金屬物質。

4 穩定固化焚燒飛灰工藝

4.1 水泥固化處理

4.1.1 水泥固化機理

硅酸鹽水泥中包括鐵鋁酸四鈣、硅酸三鈣以及硅酸二鈣等物質，還有少量的石膏和礦物質。水泥遇水后，C2S和C3S同水發生水花反應，會產生C-S-H，并且會析出Ca（OH）2，C2A和是高反應，會產生低硫型氯酸鈣和鈣礬石等物質，反應公式如下。水泥中成分多樣，并非是同一時間水化，因此時間會影響到抗壓強度，伴隨著時間延長，抗壓強度隨之升高，加快氯酸鹽的水化速度。

4.1.2 水泥固化對重金屬的處理效果

水泥添加量不同，對飛灰的重金屬物質處理效果有所不同。飛灰中的Cu、Cd、Ni、Pb和Zn等重金屬物質，水泥固化處理后，飛灰中的Cu、Cd、Pb和Zn等重金屬物質浸出濃度下降明顯，其中Cd和Zn、Pb重金屬物質進出濃度下降趨勢最為明顯。由此看來，水泥添加量越多，飛灰浸出毒性越小，通過加入水泥可以高效處理Zn重金屬物質，具有較強的固化效果。

4.1.3 飛灰固化處理后抗壓強度

飛灰經過固化處理后，需要占用一定土地資源堆積放置，因此底層固化體需要具備較強的支撐力，才可以維持這一狀態不變，抗壓強度不足，固化體會破碎、坍塌，進而影響到最終的固化效果。

4.2 螯合劑協同水泥固化/穩定化

如果水泥添加量保持恒定，加入的螯合劑用量越多，飛灰處理效果越高，其中當屬DTC和水泥協同穩定效果最佳。選擇硫化鈉和DTC配置形成的螯合劑，具有復合性質，協同水泥處理生活垃圾產生的飛灰物質，動態調整復合螯合劑用量，最終所取得的飛灰處理效果也是不盡相同的。需要注意的是，單一螯合穩定與水泥固化處理的飛灰，即便可以對飛灰重金屬物質起到穩定/固化作用，但浸出濃度并不符合填埋處理標準。因此，可以選擇藥劑對重金屬螯合作用和水泥水化產物包裹作用下，實現飛灰中重金屬物質穩定固化處理，充分發揮螯合劑協同水泥固化/穩定化優勢作用，切實處理飛灰處理效果。

5 結語

生活垃圾焚燒會產生大量的飛灰，其中含有一定的有毒有害物質，需要選擇最佳的處理方法，通過螯合劑協同水泥固化/穩定化處理方法，確保處理后的飛灰符合填埋標準，實現垃圾無害化處理。