城市垃圾焚烧飞灰处理技术及其在水泥生产中资源化利用

摘要：分析了城市垃圾处理技术的现状和发展趋势；介绍了城市垃圾焚烧飞灰处理技术的发展和资源化利用的紧迫性；阐述了水泥生产中资源化利用垃圾焚烧飞灰的可行性和前景；回顾了国内外水泥生产协同处理固体废物技术的发展历程，并提出了目前亟需解决的一些关键技术。在广泛研究的基础上，明确指出了水泥生产中资源化利用垃圾焚烧飞灰是实现焚烧飞灰资源化利用和无害化处理的重要途径。
关键词：城市垃圾；垃圾焚烧飞灰；水泥生产；资源化；无害化
0引言
随着经济的高速发展，人民生活水平迅速提高，我国城市固体废物产生量急剧增加。1987年全国城市生活垃圾清运量仅5398万t，到1997年猛增至1.2亿t，2002年我国城市垃圾已达1.5亿t以上，并以每年8％～10％的增长率增加Ⅲ。预计到2010年，我国城市生活垃圾的年排放量将高达2.1亿t。急剧增加的城市垃圾的排放已成为制约经济发展的重要因素，对人类的生存环境也构成了威胁，如何经济有效地治理这些垃圾，防止污染，也日益成为全社会关注的迫切需要解决的热点问题。
1城市生活垃圾处理技术现状
目前对于城市生活垃圾的处理已由过去的简单清除、野外堆放和露天简易填埋等初级处理方式渐渐提高到堆肥发酵、卫生填埋、焚烧发电和资源化等高级处理方式。随着可用垃圾填埋场地的减少、填埋成本的提高，以及堆肥受市场影响且堆肥质量不理想，使得垃圾焚烧越来越受到重视。焚烧能减少垃圾90％以上的体积，还可将垃圾中贮存的化学能转变为热能或其它形式的能量进行回收，具有处理速度快、占地面积小、减量化和无害化效率高等优点。国外垃圾焚烧发展较早，目前世界年焚烧处理量达1.3亿t。日本、丹麦垃圾焚烧的比例分别高达95％、56％。
焚烧法处理固体废物尤其是城市生活垃圾因其高效快捷、减容显著、能源利用率高等优点在全世界得到广泛的应用，预计将成为城市垃圾的主要处理方式之一。近年来，我国建设现代化大型生活垃圾焚烧厂的发展速度很快，城市生活垃圾焚烧总容量已超过15000t／d。“十五”期间建设各类焚烧炉50多座，“十一五”期间规划中的焚烧炉有80多座，此外还有相当数量的生活垃圾焚烧发电厂正在酝酿之中。根据对我国垃圾成分变化的分析，国家有关部门已明确，垃圾焚烧将成为城市垃圾的主要处理方式之一。
2焚烧飞灰的化学成分及危害性
垃圾焚烧会产生一定量的垃圾焚烧灰渣，其中在热回收系统、烟气净化系统收集的物质，即垃圾焚烧飞灰，往往占到被焚烧垃圾量的3％-5％，甚至10％～15％。表1和表2是上海浦东御桥垃圾焚烧厂的焚烧飞灰的分析结果。
表1垃圾焚烧飞灰化学组成％

表2垃圾焚烧飞灰中重金属元素含量mg／kg

从表1可知，垃圾焚烧飞灰的主要化学成分是SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3，以及大量的Cl-、SO3和碱等。从表2可知，垃圾焚烧飞灰还含有较高浓度的能被水浸出的可溶性Cd、Pb、Cu、Zn、Cr等多种有害重金属物质。此外，二恶英和呋喃等有机污染物也将在飞灰载体中富集存在，这些有毒有害污染物的存在对地下水体、周围生态环境和人体健康构成了潜在的生态与健康风险。
3焚烧飞灰处理技术发展现状与趋势
3.1城市垃圾焚烧飞灰处理的紧迫性
随着越来越多的垃圾焚烧厂的建成与投入使用，我国垃圾焚烧飞灰的排放量也将越来越巨大。《国家危险废物名录》已将垃圾焚烧飞灰规定为编号为HWl8的危险废物，国家环境保护总局在2001年颁布的《危险废物污染防止技术政策》也对焚烧飞灰的处置问题作了相应的规定：不得在产生地长期贮存；不得进行简易处置及排放。生活垃圾焚烧飞灰在产生地必须进行必要的固化和稳定化处理之后方可运输。生活垃圾焚烧飞灰须进入安全填埋厂进行安全填埋处置。但垃圾焚烧飞灰的填埋占用土地，且安全填埋处理的费用很高，厂址难寻，目前我国只有深圳、沈阳、上海等几个城市建设了符合技术规范的危险废物填埋厂，同时已建危险废物填埋场的填埋能力和使用期限都十分有限，也不完全排除有造成二次污染的潜在可能性。这些问题已经成为影响垃圾焚烧技术推广的重要因素。因此，研究开发适宜的焚烧飞灰处理技术已成为近年来的热点之一。
3.2国际上焚烧飞灰处理技术发展现状
国际上现有的焚烧飞灰处理技术主要包括固化／稳定化处理、湿式化学处理与高温处理三种。
固化／稳定化技术是国际上目前处置重金属废物和其他非金属危险废物的重要手段，其目的是使危险废物中的所有污染组分呈化学惰性或被包容起来，以便运输、利用和处置。水泥固化技术是一种最常用的危险废物固化技术，其基本原理在于通过固化、包容，减少有害固化废物的表面积和降低其可渗透性，达到稳定化、无害化的目的，美国环保局曾将此技术称为处理有毒有害废物的最佳技术。但传统的水泥固化技术在处理含水率较高的废物时，需要使用大量水泥，致使废物增容比较大，给后续的运输与处理带来困难，也大大提高了处置费用，并需要大量的填埋场地。湿式化学处理是利用化学药剂通过化学反应，使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。药剂稳定化处理具有处理过程简单、设备投资低、最终处理量少的优点，但是会产生高浓度无机盐废水，需要进一步处理。由于焚烧飞灰组分及重金属形态的复杂性，以及对反应机理缺乏起码的认识，因此很难找到一种普遍适用的化学稳定剂，也是该技术至今没有进入规模化应用的原因之一。高温处理包括熔融和烧结两种方式，高温可以对焚烧飞灰中的二恶英类有害物质进行彻底分解破坏，其分解率可高达99.9％。熔融可使飞灰中固体颗粒发生熔融相变，成为液态熔渣，然后经快速冷却形成致密的玻璃态熔渣，将重金属固化在网格中实现稳定化目的。