王 栋1 梁 勇1 马刚平1 赵 涛1 田明阳1 孟立滨2(1.首钢环境产业有限公司，北京 100041； 2.北京首钢资源综合利用科技开发公司，北京 100041) 摘要：我国生活垃圾清运量已经超过1.8亿t/a。焚烧处理作为减量化的有效手段，已经在全国范围内普遍推广。生活垃圾焚烧后会产生焚烧量20%～25%的炉渣。国内焚烧发电项目全部投产后，预计每年将产生超过2 000万t炉渣。炉渣的及时稳定消纳成为保证生活垃圾焚烧发电项目顺利运行的关键。目前，国内对炉渣的处理主要采取湿法方式，在水的冲击作用下，实现铁、铜、锌等有价金属的回收，分选后的炉渣制备再生砌块。但湿法处理存在铝流失、水耗高、占地面积大、污泥污水产量大、再生砌块易开裂等问题，所以探索新型炉渣处理工艺技术迫在眉睫。 关键词：生活垃圾；焚烧； 炉渣；湿法处理 0 引 言随着我国城市化进程的加快，城市生活垃圾产生量迅速增加。2015年我国生活垃圾清运量已经超过1.8亿t，超过200多个城市出现“垃圾围城”的现象，土地资源被大量占用。有效解决生活垃圾污染问题，实现城市生活垃圾的无害化处理和综合利用，是城市居民和政府面临的重大问题。 对生活垃圾进行焚烧处理，可实现生活垃圾的减量化、无害化、资源化，解决生活垃圾处理的难题。目前，生活垃圾焚烧发电项目在国内广泛推广，近几年呈现井喷式建设现象。到2015年底，国内投产、在建、签约的生活垃圾焚烧发电项目共计330座，焚烧生活垃圾能力超过30万t/d[1]。 目前北京市常住人口超过2 100万人，每天产生生活垃圾超过2.1万t，生活垃圾处理已经成为北京市亟需解决的问题。北京市投产、在建的生活垃圾焚烧发电项目超过10个，总处理规模超过1.6万t/d。目前已投产的有2个，包括首钢鲁家山生物质能源项目和朝阳区高安屯垃圾焚烧发电项目，日处理规模分别为3 000，1 600 t/d。 生活垃圾焚烧后会产生焚烧量20%～25%的炉渣，随着国内生活垃圾焚烧发电项目逐步投产，炉渣的产生量迅猛增长。北京市投产、在建生活垃圾焚烧项目预计每年产生炉渣150万t，若国内生活垃圾焚烧项目全部投产，预计每年产生炉渣2 000万t。目前炉渣处置主要以填埋为主，但随着炉渣产量的增长，直接填埋会侵占大量填埋场库容。近些年，人们对炉渣进行简单湿式处理，选出炉渣中夹杂的有价金属铁和铜锌，对分选后的炉渣压制生产再生砌块[2-4]。但湿法处理存在一定的问题，本文通过对炉渣湿法处理工艺技术进行剖析，以期为实现炉渣的及时稳定消纳提供参考。 1 生活垃圾焚烧炉渣理化性能炉渣的化学成分以Si、Ca、Al为主，浸出毒性低于GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》要求，放射性低于GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求。根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》明确规定：焚烧炉渣按一般固体废弃物处理。通过对炉渣中未燃尽杂物的分离、有价金属的分选回收，对炉渣尾渣进行资源化利用和稳定消纳[5-7]。 生活垃圾焚烧炉渣呈黑褐色，多孔轻质，堆积密度为1.1～1.3 g/cm3，主要成分以熔渣为主，夹杂部分玻璃、陶瓷、砖石、金属物以及未燃尽杂物等不均匀混合物[5]。首钢鲁家山生物质能源项目投产后，每年产生炉渣超过20万t。炉渣中熔渣比例超过80%，玻璃、陶瓷、砖石比例超过10%，块状废铁和磁性铁粉的比例超过5%，有色金属的比例为3‰～5‰，其余为未燃尽杂物。炉渣粒径分布较均匀，超过85%的炉渣粒径在0～50 mm，具备制备资源化产品的级配要求。 2 生活垃圾焚烧炉渣湿法处理工艺技术剖析炉渣中含有一定量的未燃尽杂物和铁、铝、铜、锌等有价金属。对炉渣中未燃尽杂物进行分离，对有价金属进行分选是炉渣处理的两个主要环节。目前，国内生活垃圾焚烧炉渣主要采取湿法进行处理，处理工艺基本相似：通过人工拣选分离炉渣中的杂物；在水力条件下，将物料进行破碎后通过磁选机分选出金属铁，通过重选设备选出炉渣中的有色金属；分选后的炉渣尾渣通过简单摊晒后，制备各种再生产品。 2.1 湿法处理原理 湿法处理的原理为重选，由于炉渣中的熔渣、玻璃、陶瓷等非金属物质的密度为1.2～2.7 g/cm3间，铁、铜、锌等金属的密度为7～9 g/cm3，两类物质存在较大的比重差。在水的冲击作用下，通过重力分选设备，实现炉渣中金属与非金属材料之间的分离，选出炉渣中的铁、铜、锌等金属。选出金属后的尾渣，制备免烧砌块或无机混合料，实现对生活垃圾焚烧炉渣的消纳[8-9]。 2.2 工艺流程 生活垃圾焚烧炉渣湿法处理工艺主要包括除杂、除铁、破碎、有色金属分选、贵金属分选、资源化处理等环节。主要流程如下：炉渣经铲车上料至带格栅的上料斗，未燃尽杂物通过人工清理避免进入分选线；进入料斗的物料，通过皮带输送，经过人工拣选及跨带式磁选机磁选，选出大块废铁；选铁后的物料进入锤式破碎机进行破碎，经过磁滚筒将磁性粉选出；分选后的物料进入跳汰机进行重力分选，跳汰机底层的重介质进入摇床进行提纯除杂，选出重质有色金属；跳汰机上层的尾渣进入滚筒筛，筛出尾渣中夹杂的杂物，经过沉淀池沉淀后，得到较纯净的尾渣；跳汰机中间部位的重质混合物经过锤式破碎机破碎后，利用磁滚筒选出磁性粉，进入摇床进行提纯除杂，选出重质有色金属；对于分选出的重质有色金属，通过人工拣选，选出部分金、银等贵金属；分选后的尾渣经过简单摊晒后，制备再生产品。湿法分选工艺流程详见图1。 2.3 主要设备 生活垃圾焚烧炉渣湿法处理流程的主要设备包括跨带式磁选机、锤式破碎机、滚筒筛、湿式磁选机、跳汰机和摇床。 锤式破碎机主要是依靠锤头冲击实现物料破碎。电机带动转子作高速旋转，高速回转的锤头冲击、剪切撕裂物料致物料破碎。同时，物料自身的重力使物料从高速旋转的锤头冲向腔体内筛网，大于筛孔尺寸的物料阻留在筛网上，继续受锤头的打击和研磨，直到破碎至所需出料粒度后，通过筛网排出机外。 跳汰机在工作过程中，通过橡胶隔膜做上下往复运动，造成水的上下鼓动。水流通过筛网进入跳汰室，在水向上冲击下，使炉渣呈松散状态，比重较大的金属因局部压强及沉淀速度较大而进入底层，比重小的非金属物质则转移到上层。当水流回落，液面下降时，比重较大的细小金属颗粒通过筛网流出跳汰室，并从跳汰机底部精矿口排出。在水的往复作用下，重质金属逐渐在跳汰室中沉积，需定期停机进行人工清理、收集。  图1 炉渣湿法分选工艺流程 Fig.1 Wet separation process for MSW incineration slag 摇床主要对跳汰机精矿口排出的细颗粒金属混合物以及经破碎后的细颗粒金属混合物进行精选。摇床台面不断做上下往复振动，在水流的持续冲击作用下，重质金属和熔渣在运动过程中会在台面形成不同的排线，从而实现对金属混合物的除渣提纯。 2.4 存在的问题 1)有色金属铝流失。 在湿法处理过程中，密度差别越大，分离效果越好。由表1所示：金属铝的比重较小(2.7 g/cm3)，与熔渣、玻璃、陶瓷等接近，无法以重选分离，导致金属铝流失。然而，金属铝是炉渣中除金属铁以外比例最高的金属，其流失量非常可观。 表1 炉渣中主要物质的密度 Table 1 Density of main components in MSW incineration slag g/cm3  渣石子砂玻璃陶瓷铝铁锌铜银金1.22.22.32.52.72.77.87.18.910.519.3 2)水耗高。 湿法处理需将炉渣配制成浆液，整个过程用水量大，循环水用量是炉渣分选量的4倍。处理过程中，循环水池中水的自然蒸发、沉淀洗砂后炉渣的自然摊晒，均会损失数量可观的水资源。此外，北方地区冬季因结冰有4个月无法正常生产，而若配备供暖设施，则生产成本增加。 3)占地面积大。 炉渣湿法处理需配置庞大的水循环系统，建设多级沉淀池，占地面积大。此外，炉渣经分选后，需进行堆存、晾晒、控水后，才能进行资源化处理，堆存、晾晒占用大量土地资源。 4)污泥、污水产生量大，二次污染严重。 炉渣经水冲洗后的浸出液，pH值超过12，总硬度很高。浸出液进入循环水池放置一段时间后，会出现水体表面盐碱结壳现象，处理难度及成本极高。炉渣在冲刷过程中，溶解盐被洗出并迁移。其中氯离子会对设备造成腐蚀，影响设备使用寿命；一部分重质金属和溶解氯盐也会在循环水池中沉淀到污泥中，难以去除，且污泥产生量大，处理难度大。国外已将此部分污泥作为危险废物交由第三方处理[8]。污水和污泥的产生，导致作业环境较差，二次污染严重。 5)再生砌块出现开裂现象。 由于湿法处理无法将金属铝选出，后续建材产品在应用过程中，金属铝可能发生化学反应释放氢气，导致建材出现开裂现象。 3 生活垃圾焚烧炉渣处理工艺技术展望随着生活垃圾焚烧发电项目的逐渐实施，生活垃圾焚烧后产生大量炉渣的消纳处置成为亟需解决的问题。在当前大力提倡建设环境友好型、资源节约型社会的背景下，现有生活垃圾焚烧炉渣湿法处理工艺存在的问题必定限制其继续发展。探索新型炉渣处理工艺，实现炉渣的清洁、环保、高效、集约处理，真正解决生活垃圾的无害化、减量化、资源化处理难题，对于提升生活垃圾焚烧发电项目的循环经济水平具有重要意义。 参考文献： [1] “十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划[G]. 国办发〔2012〕23号. [2] 易伟，沈金健，杨海根. 生活垃圾焚烧炉渣制免烧砖初步研究[J]. 科技创新导报,2008(14): 193-195. [3] 蔡辉，张争兵. 生活垃圾焚烧炉渣的综合利用[J]. 砖瓦,2002(4):53-54. [4] 邓福生，乔玮. 深圳市生活垃圾焚烧炉渣免烧砖试验研究[J]. 环境卫生工程,2010,18(3):29-31. [5] GB/T 25032—2010 生活垃圾焚烧炉渣集料[S]. [6] 何品晶，宋立群，张骅，等. 垃圾焚烧炉渣的性质及其利用前景[J]. 中国环境科学,2003,23(4):395-398. [7] 阮仁勇.生活垃圾焚烧炉渣资源化利用的研究与实践[J]. 上海建设科技,2009(1):58-60. [8] 邵启超，谢迎洪，汪浩. 生活垃圾焚烧炉渣湿法与干法处理工艺比较[J]. 中国资源综合利用,2014, 32(12): 28-31. [9] 宗达，王子钊，孔芹. 湿法炉渣处理技术探讨[J]. 绿色科技, 2015 (12): 223-225. TECHNOLOGICAL ANALYSIS ON WET TREATMENT PROCESS OF MSW INCINERATION SLAG WANG Dong1, LIANG Yong1, MA Gang-Ping1, ZHAO Tao1, TIAN Ming-Yang1, MENG Li-Bin2 (1.Shougang Environmental Industry Co., Ltd, Beijing 100041, China;2.Comprehensive Utilization of Resources and Technology Development Company, Shougang Group, Beijing 100041, China) Abstract：Huge amount of municipal solid waste was generated daily in China. The delivering quantity exceeded 180 million t/a. Incineration, as an effective mean to reduce MSW, widely spread across China. Incineration slag accounts for 20%～25% of the whole weight of the original waste. When domestic MSW incineration projects put into production, the amount of slag is expected to exceed 20 million t/a. The disposal of slag timely and stably will become a key factor of running of MSW incineration projects. At present, wet process was the mainstream method for MSW incineration slag. Under the impact of water, the valuable metal materials such as iron, copper, zinc can be recycled; while the separated slag can be made into block. Wet process has the disadvantages like aluminum erosion, high water consumption, land occupation, production of sewage sludge, and product defect. New improvement technologies are highly needed. Keywords：municipal solid waste; incineration；slag; wet proces *北京市科委“生活垃圾焚烧炉渣资源化利用干法分选工艺研究及示范项目”。 收稿日期：2016-04-29 DOI：10.13205/j.hjgc.201702028 |
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