生活垃圾焚烧飞灰稳定化和资源化处理初探

摘要：垃圾焚烧飞灰中含有较高浓度的铅、镉等重金属以及痕量级二恶瑛类等有机物，因此被列为危险废物。飞灰一般经适当的稳定化预处理后，才可进入危险废物填埋场填埋处置。文章简要介绍了几种垃圾焚烧飞灰的稳定化处理技术（水泥固化技术、熔融固化技术、化学药剂稳定化技术），以及飞灰的资源化处理技术，以期为飞灰处理技术的进一步研究作铺垫。
关键词；生活垃圾焚烧飞灰；重金属；稳定化；资源化
1概述
目前，许多城市尚未实现垃圾分类分倒，垃圾的成分复杂，水分高，热值不稳定，使得垃圾处理较困难。垃圾无害化处理已成为我国各级政府面临的重要问题，垃圾焚烧法以其减容效果好和能源回收率高，而逐渐成为垃圾减量化和资源化技术的研究方向。但焚烧过程中会产生一定数量的焚烧灰渣，根据垃圾组成和焚烧温度、时间的不同，以及污染治理措施的差异，残渣的量约占垃圾焚烧前总质量的25％左右，其中焚烧飞灰占4％左右。焚烧飞灰中含有较高浓度的铅、镉等重金属，以及痕量级二恶英类等有机物，《危险废物污染防治技术政策》（国家环保总局，2001）中，明确将焚烧飞灰列为危险废物。
生活垃圾焚烧飞灰是城市生活垃圾焚烧过程中一种必然的副产品，主要是不可燃的无机物以及未燃尽的无机物、可燃有机物；是焚烧炉产生的烟气经反应塔进行中和、净化后，掺以一定量的吸附剂，经高效除尘分离器分离后产生的。气灰主要成分有SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3和硫酸盐、钠盐、钾盐等化合物，还有Hg、Mn、Mg、Sn、Cd、Pb、Cr等重金属元素、以及痕量级二恶英类等有机物及其他种类污染物，属于危险废物。飞灰中化学组成取决于垃圾的组分、焚烧温度及烟气处理工艺等多种因素。飞灰的pH值在11.5左右，其形状不像粉煤灰那样由球形颗粒组成，大部分飞灰是由颗粒物、反应产物、未反应产物和冷凝产物聚集而成的形状不规则物体。粒径介于0.01～0.15μm范围内，密度最小值为0.8，最大值为1.09。飞灰的2/3以上化学物质是硅酸盐与钙。
由于生活垃圾成分的复杂性、多样性飞不均匀性，在整个焚烧过程中会发生许多不同的化学反应，所以在焚烧烟气中除了一定量的过剩空气和二氧化碳外，还含有对人体及环境有直接或间接危害的成分，根据烟气中污染物性质的不同，可将其分成以下几大类：颗粒物、酸性气体、重金属、有机污染物。
目前，焚烧飞灰均运至危险废物安全填埋场填埋。飞灰一般经适当的稳定化预处理后，才可进入危险废物填埋场填埋处置。
稳定化（Stabilization)技术是用化学方法降低废物的危险潜在性的技术，可将废物内含的污染组合分转化成难溶的、低迁移率的或低毒的物质状态，全过程无须改变废物的物理性质和原先特性。固化(Solidification)技术是将废物包封起来，形成固态物的技术，不强调污染组分和固化填加剂之间内在的化学反应。固化后的废物状态可能是块状体、泥土状、颗粒状或其他统称为“固体”的物理形状。稳定化／固化(S/S)或固体／稳定化（S/S）技术是废物与固化添加剂之间的化学反应或物理过程，污染物迁移被限制，是因减少外露表面积或低渗透性材料包封废物的表面。危险废物的稳定化／固化处理(S/S)添加剂材料，有水硬性水泥体系，有机聚合物和类似材料。但所有材料体系中，最广泛应用的还是水泥系列材料。
采用高效的化学药剂对含重金属废物进行无害化处理，已成为对含重金属废物包括飞灰稳定化处理领域的研究重点。化学药剂稳定化是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害组分转变为低溶解性、低迁移性及低毒性组分的过程，同时也可使废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置系统的总体效率。化学药剂稳定化处理危险废物技术，目前国外已有部分应用，我国也初步尝试在传统技术（水泥固化）沿用基础上，引用国外先进理念，研究化学药剂稳定化技术，以填补国内该领域的空白点。相关单位已进行了实验室规模的尝试。
本文简要介绍了几种飞灰的稳定化处理技术（水泥固化技术、熔融固化技术、化学药剂稳定化技术），以及飞灰的资源化处理技术，以期为飞灰处理技术的进一步研究作铺垫。
2稳定化处理技术
2.1水泥固化技术
水泥固化是将灰、水泥按一定比例混合，加入适量的水，使之固化的一种方法，其固化机理是在水泥水化的过程中，通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式，重金属最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体C-S-H表面，同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境，抑制了飞灰中重余属的渗滤。水泥固化飞灰技术是一种比较成熟的危险废物处理技术，在经济性和可操作方面具有明显的优势，但水泥的用量高，导致固化体增容率高，随着时间推移，固化体部分有毒物质可能会逐渐溶出，对环境存在长期的、潜在的威胁。
Hamermil的研究结果表明，飞灰对水泥的硬化、抗压强度等方面存在负面影响，这可能是飞灰的粒径分散度、无机盐（氯化物、硫化物）以及碱性物质含量高的缘故。蒋建国等发现经过水洗预处理，焚烧飞灰中的可溶性盐类大大减少，重金属浸出毒性有明显的降低，以飞灰原样制成固化体的抗压强度随养护时间的延长而降低。贺杏华等发现当飞灰掺量适当时，重金属物质的固化效果良好，重金属物质通过物理固封、替代、沉淀反应和吸附等形式可固化进水泥水化产物结构中。