生活垃圾焚烧飞灰无害化处理及资源化利用研究

来源：《科学与技术》程熠晴

· 摘  要 ·

随着人们生活水平的不断提高，城市垃圾产量不断提升，并且以每年8%至10%的速度高速增长。我国发展低碳经济、加强环境保护，将垃圾焚烧处置并对其焚烧过程中产生的飞灰进一步无害化处理及资源化利用已是大势所趋。分析垃圾焚烧飞灰的基础特性，并在此基础上对飞灰的无害化处理方法以及资源化利用措施进行深入研究，促进城市垃圾无害化、减量化、资源化，帮助我国“无废城市”建设目标达成，具有重要的价值和意义。

引    言

城市生活垃圾焚烧法具有最大限度的实现减量化、无害化、资源化等优势，在我国城市中的应用日益递增，并逐渐成为优先推荐的生活垃圾处理方式。垃圾焚烧技术兴起所带来的焚烧残留物量也逐渐增大，焚烧后产生的灰渣约占原生垃圾质量的20%~30%。而垃圾焚烧的残留物根据在垃圾焚烧系统中收集的位置不同分为底灰与飞灰，其中底灰主要是垃圾经焚烧之后在炉床上收集到的残留物；飞灰主要是在垃圾焚烧炉中烟气净化系统中收集到的细颗粒粉末物质，约占垃圾焚烧残留物总量的10%~20%，同时焚烧飞灰中含有可浸出重金属以及二噁英类等难以自然降解的有毒物质，属于危险废物。因此，焚烧飞灰的无害化处理及资源化利用至关重要。

1.飞灰的基础特性

根据国际灰工作组的定义，飞灰主要包括烟气净化系统飞灰和锅炉飞灰。了解垃圾焚烧飞灰的理化特性对其无害化处置和资源化利用很有必要。垃圾焚烧飞灰是呈灰白色或深灰色的细小粉末，一般呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不定形状态，具有含水率低、颗粒粒径大小不一、孔隙率高及比表面积大的特点。因烟气脱硫脱硝过程中喷射有大量的消石灰等碱性物质导致飞灰具有很高的酸缓冲能力和腐蚀性。飞灰的理化性质随焚烧厂原料、焚烧方式以及烟气净化系统的不同而发生变化。课题组对流化床飞灰和炉排炉飞灰主要成分进行了分析，结果见表1.1。

表 1.1 飞灰的基本成分分析

从元素组成角度看，流化床飞灰主要含有Ca、Si、Al、Cl、Fe 等成分，炉排炉飞灰的主要成分是以Ca、Cl、Na、K 等为主，炉排炉飞灰的氯含量大约是流化床飞灰的4倍。从物质组成的角度分析，流化床飞灰主要以SiO2、MgO、Fe2O3、氯盐（NaCl、KCl、CaCl2）等为主，而炉排炉飞灰则以氯盐、CaCO3为主。

2.飞灰的处理方法

2.1化学处理

飞灰的稳定可以采用化学稳定的方式，将飞灰与某些化学药剂混合，使其溶解度低，毒性低。化学药剂可以降低飞灰中的重金属含量，抑制飞灰中的重金属溶解。其中常用的是有机和无机两类。有机药剂以乙二胺四醋酸为主，而无机药剂则以硫脲为主。在有机药剂的作用下，pH值会发生变化，金属会出现不同程度的沉淀，而且有些重金属还会与有机药剂中的某些元素相结合，从而降低飞灰中的重金属含量。无机药剂可以在飞灰的表面形成一层新的保护膜，防止飞灰中的重金属溶解，但如果温度太高，飞灰中的重金属就会被分解。此时，可以用硫脲等物质来控制可溶性的重金属，使其不溶于水，从而保证了重金属的不溶解。采用化学方法对飞灰进行处理，得到的飞灰中重金属的浸出率基本满足要求，但由于许多极端条件下，飞灰的处理效果不能满足要求。因此，在实际应用中，要针对飞灰中的重金属含量，选用不同的化学药剂。

2.2高温处理

飞灰的高温处理，就是将飞灰烧成玻璃状，将飞灰中的有毒物质熔化。由于温度过高，重金属会被束缚在硅片的网格中，从而使其处于一种稳定的状态。在不同的加热速度和粒径情况下，熔化效果相差很大，在高温条件下，粒径越大，产生的机械性能越好。许多金属的蒸发量很大，而且二氧化硅的晶格对重金属有很大的束缚作用。目前我国对飞灰的熔化特性的研究还比较晚，还没有足够的经验，所以目前的研究重点是飞灰的物理、化学性能。而对于飞灰熔渣的性质，以及飞灰熔化过程中所产生的废气，几乎没有太多的记载。

2.3水泥固化

飞灰可以通过水泥、砂等材料和水的混合，在一定的比例下进行搅拌，从而实现固化。由于飞灰中含有高含量的氯离子，会严重阻碍后期的水泥硬化，因此，飞灰在进行水泥硬化时，必须先进行水洗，除去飞灰中的可溶性盐。由于水泥浆液具有较高的pH值，因此，重金属极有可能与氢氧化物发生反应，从而形成钙盐。当水泥浆进行结构强化时，锌将代替钙，生成含锌、钙的氧化物，而铅主要出现在水泥熟料的表面。由于铅的化学成分多为非溶解物质，因而具有较低的表面能，因此对水泥的水化作用具有一定的抑制作用。飞灰中的重金属离子可以降低水泥的凝固速度，而氯离子又可以加速水泥的凝固，当二者结合在一起时，水泥的凝固时间就不会发生太大的改变。结果表明，将飞灰按一定比例加入水泥，固化后的泥浆中重金属的浸出量就不会对环境产生危害。同时，随着时间的推移，土壤中的重金属含量也逐渐降低。目前，国外对水泥的固化研究取得了显著成效，取得了较大的进步。

3.飞灰资源利用措施

3.1运用于建筑材料

由于垃圾焚烧飞灰的主要成分与水泥生产所需的原料很相近，因此可用于替代部分原料来烧制水泥熟料。将飞灰直接掺入水泥中替代部分水泥生成水泥固化体，在熟料煅烧过程中，将重金属固化在水泥熟料中，有效阻止了飞灰中重金属的溶出，整个过程无灰渣产生，避免了二次污染的产生。掺杂了飞灰的矿渣硅酸盐水泥已经成为我国水泥行业的主要水泥品种之一，获得了市场认可，不仅将纯粹采用煅烧或熔融工艺的高能源消耗避免了，还可降低飞灰的处理费用，日益短缺的水泥生产原材料也因飞灰的加入实现了部分代替。在水泥回转窑的高温煅烧过程中，会产生堵塞、设备腐蚀等问题。因此，在水泥制品的制造过程中，必须对飞灰进行有效的水洗，有效地减少飞灰中的金属和氯化物，从而达到既能保证混凝土的品质，又能达到环保的目的。

3.2岩土工程利用

飞灰是一种与火山灰相似的物质，可以用作沥青路面的一些细集料。大量试验证明飞灰在沥青混凝土中的应用，既能有效地降低能耗，又能有效地减少物料的浪费，节约土地资源。目前有关沥青路使用飞灰对环境的影响以及对人类健康的危害还没有得到充分地证实。

在路基物料中可以充分利用飞灰。掺入水泥后，既能达到地基工程的强度要求，又能有效地阻止金属的渗入。飞灰的组成可以替代水泥和沙子，可以起到填充层的支撑作用。但在实际操作中，应严格按照有关规范和配方，并依据实际情况，按照施工工艺的需要，确保不会对地下水和土壤造成二次污染。

飞灰也可用于筑坝的建筑材料。堤坝的主体材料是黏土和岩石，如果添加了石灰，不但可以将垃圾焚烧后的废物进行再利用，还可以减少土壤的可塑性，从而增强大坝的强度和韧性，从而保证大坝的稳定性。在实际应用中，要特别注意对飞灰进行预清洗，以达到防止土壤及地下水能量流失的目的。

3.3农业利用

在垃圾的灰烬中，包含了诸如钾这样的元素，可以帮助庄稼生长。所以在实际种植的时候，可以选用少量的飞灰作为肥料，通过这种措施可以有效地改善土壤的生态。同时，根据不同的作物种类和土壤的酸碱度，可以合理地混合飞灰。它不但可以有效地将飞灰用于农业生产，而且可以改善土壤环境，有助于提高我国农业的技术水平。但在利用飞灰的过程中，应注意其重金属含量和盐类的作用。要充分利用飞灰代替肥料，必须进行合理的配比和深入的研究。

3.4用于吸附剂

生活垃圾燃烧后，会产生一种类似于粉煤灰和天然沸石的飞灰，它的表面含有大量的氧化铝、氧化硅等矿物，被称为人造沸石。

3.5污泥调理剂

通过对飞灰的具体分析，发现采用飞灰可以有效地减小淤泥的比阻力，同时，经过这种转化，可以克服污泥脱水的负面影响。这样可以加快污泥过滤和脱水的速度，尽管这样会增加滤池中的金属成分，但也能达到相应的要求。

结束语

垃圾焚烧飞灰特性复杂，危害严重。飞灰处理方法的选择应在保证无害化的前提下，考虑资源的综合利用，从而达到将环境风险降至最低的目的。根据具体情况，采取有针对性的处置措施是我国生活垃圾焚烧飞灰处置的现实选择。

END