生活垃圾焚烧飞灰处置途径分析

生活垃圾焚烧飞灰处置途径分析

金洲

安徽海螺川崎节能设备制造有限公司 安徽芜湖 241070

摘要：随着我国社会经济不断发展，生活垃圾的合理处理处置成为社会发展的重要问题之一，焚烧作为一种有效、减容、热能利用的处置方式，在国内广泛推广应用，截止2018年底，生活垃圾焚烧处理规模已经达到10185万吨/年，占总处理量的45.1%。生活垃圾焚烧厂的数量、规模逐年增加，产生大量富集重金属、可溶性氯盐、二噁英等持久性有机污染物的焚烧飞灰。飞灰的无害化处置、资源化利用也成为重点关注问题。

关键词：生活垃圾；焚烧；飞灰；处置途径

1飞灰性质

生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧设施的烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，被列入《国家危险废物名录》（2021版），类别HW18焚烧处置残渣，废物代码772-002-18。飞灰一般呈灰白色或深灰色，颗粒细小（粒径一般在1-150μm），比表面积大（3-18m²/g），主要成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、Na₂O、K₂O等氧化物、重金属的氯化物，其中氯元素平均含量在17.99-23.7%，同时含有二噁英持久性有机污染物。

2飞灰处理处置途径

2.1高温热处理法

高温热处理方法是高温处理飞灰，分解固化飞灰中的有害有机物，如：二噁英和重金属，达到对环境没有威胁和资源化应用的技术手段。该技术可分为低温烧结法、高温熔融法以及熔融玻璃化法。熔融处置飞灰是当前比较超前、高效的处置技术。目前，已经有很多关于飞灰烧结制备轻骨料、陶粒的研究。低温烧结法是在温度为900～1100℃下，飞灰中的固体颗粒发生化学反应而聚集成团。该过程中，颗粒质检的空隙逐渐减少，飞灰中的除Pb以外的大部分重金属形成氧化物，达到国标的浸出浓度。高温熔融/玻璃化法是将飞灰在1100～1500℃下熔融，玻璃化法是将添加剂和飞灰混合，温度较高于熔融温度。在此过程中，飞灰在高温下分解，形成的炉渣作为原材料用于制作建筑材料。烟气则被送入预热器进行加热后冷却，过滤，固化灰渣，最终达到尾气排放标准。飞灰熔融固化技术在美国、日本、德国等发达国家已经形成工业化应用，还根据焚烧温度不同设计并构造了相应的熔融炉，并研究后期熔融后的残渣用于制造建材并进行建设使用。Park等将飞灰和TiO2、ZnO等晶核剂混合经熔融固化得到基础玻璃，再经过热处理、核化、晶化，制成了微晶玻璃，这种材料工业前景非常好且经济价值高。直流热等离子熔融技术是在温度5000℃的等离子反应器中进行气化/玻璃化，进入金属/玻璃收集系统进行收集，在通过热能回收利用系统，尾气净化处理系统，二次燃烧室，自动控制系统，将尾气实现达标排放，能量进行二次回收。早在1992年日本TAKUMA公司采用石墨电极等离子体熔融炉来处置飞灰和炉渣，到1998年处理规模达到了25t。日本三菱公司利用等离子体技术处置飞灰的研究有很大的进展，逐渐商业化。英国Tetnmics公司利用直流电极等离子体熔融技术处理焚烧飞灰，取得了重要成果，现已成为世界上处理焚烧飞灰技术的主要供应商。该技术已在日本、美国、英国等发达国家实现商业化，并将飞灰产生的玻璃体用于建筑材料。热处理方法对重金属和二噁英的处理效果都很好，可有效固定重金属，可减容化，资源化利用价值较高。但缺点是整个过程中能源消耗大，二次飞灰中重金属含量高，二噁英存在二次生成，容易形成二次污染。目前，可以优化的方案有以下处理方法一是将熔融盐处理；二是通过二次飞灰循环；三是增加含氧量，增加处置温度，减少热量损失。

2.2水泥窖协同处置

飞灰水泥窖协同处置技术是目前常见的一种焚烧飞灰资源化利用技术。飞灰由于其化学成分与水泥类似，因此将飞灰作为生产水泥的原材料。研究表明利用水泥窖协同处置过程中，飞灰经过高温（1800～2200℃）二噁英等有机物将会彻底分解，重金属物质也将固化在水泥熟料当中，并且CaO可与高氯飞灰产生的HCl反应，抑制了酸性有害气体HCl的排放。目前，该工艺方法已在国内工业化，代表厂家是北京金隅玻璃河水泥厂。具体工艺流程是飞灰原料仓进入水洗罐进行预处理，降低飞灰中的高盐度，防止腐蚀水泥窖。进入卧螺离心机，分离后固体进入烘干机，烘干，进入料仓，进入窖尾（850～900℃），生成水泥产品。另一部分液体经过物理沉降池，反应罐、化学沉淀池，过滤罐MVR蒸发结晶后产出工业用盐。水泥窖协同处置对重金属和二噁英的处理效果都很好，能耗较低，没有二次污染，可将彻底处置飞灰，从而资源化利用。缺点就是在窖中氯化物容易挥发，在窖尾处放生凝结堵塞，因此在窖内之前首先水洗预处理。该方法也有效促进了水泥行业绿色环保转型发展，为社会和环境作出贡献。

2.3水热法

水热法是将飞灰溶于水，在高温高压下，加入含有Si、Al等物质与飞灰中的Al和Si发生反应生成不同类型的沸石（硅酸盐），沸石的结构是架状，中间有很多的空隙，所以沸石的吸附性和离子交换能力非常强，重金属有效的固定其中。水热法能量消耗低，处理效率相对来说较高，对重金属的稳定效果好，二噁英的降解较高，但是对处理设备要求高，产生的水热废液还需要处理，成本高，经水热法处理后的飞灰二噁英和重金属都被合理抑制，可填埋也可资源化处理，但是水热法要求设备严格，产生的废液处置难度大，并且对炉排炉飞灰中重金属固化能力不佳，当前还需要不断的探索研发。

2.4机械化学方法

机械化学方法是通过碰撞、剪切、压缩和摩擦等机械外力激活、加快颗粒物发生物理变化和化学改变，飞灰中Cu、Pb和Cr等重金属被固化。很多研究表明，加入添加剂有助于固定重金属以及增强二噁英的降解。CaO由于价格低和添加效果好是最常用的添加剂。机械化学法处理过的飞灰粒径变小、孔隙减少，比表面积增大，整个过程能量消耗低，从而有益于飞灰的资源化利用。但是对炉排炉飞灰处理效果不好，对飞灰的选择性有一定的要求。

2.5直接资源化处置

飞灰与火山灰的性能有点相似，经过脱除、水洗重金属等有毒物质进行预处理后方可代替一定量的水泥用于建筑材料、路基和堤坝、制造混凝土实心砖，从而实现资源化应用。飞灰还可以用作催化剂（生物质制氢）、土地肥料、污泥调理剂、稳定剂、吸附剂以及其他物质的填充料和生产原材料。但如果飞灰不经处理直接资源化利用的话，二噁英、重金属等有机毒物不能有效控制，对环境存在潜在的危险，因此飞灰的直接资源化利用不环保也不科学。

3结语

综上所述，由于我国飞灰高氯及高危险特性，飞灰的利用处置需要综合考虑环境风险、经济可行及社会影响。目前飞灰处置利用技术应用和管理存在诸多问题，应从源头上强化垃圾分类，在过程中重点开发先进的焚烧技术、研发新的固化、稳定化药剂、研究新的利用处置途径和创新管理模式等，在经济成本和环境保护中寻找最佳平衡点。随着技术和管理的不断发展进步，充分发掘飞灰无害化、资源化利用潜力。

参考文献

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