垃圾焚烧飞灰处理技术综述

摘要：介绍了垃圾焚烧飞灰的处理技术，并就飞灰的处理原理、各项技术的优点和缺点以及目前的应用现状进行了讨论。
关键词：焚烧飞灰；固化；重金属；二恶英
0概述
随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的产量与日俱增，由此带来的环境污染问题也日益严重，不仅严重影响城市环境质量，而且传染疾病，对大气、土壤、水体等造成危害[1]。城市固体生活垃圾来源与成分相当复杂，因而处理十分麻烦，研究人员经过长期的研究和实践，形成了多种方法和途径。目前普遍使用的有填埋法、堆肥法以及热化学(焚烧、热解、气化)处理等技术。焚烧法具有处理速度快、垃圾减容减重比大、可回收利用热能等优点，近年来在国内得到了迅速推广及应用。但是焚烧处理产生的飞灰富集了有害的Pb、Zn、Cr等重金属以及二恶英，属于危险废物，必须进行特殊处理。
目前，飞灰常用的处理处置方法主要有固化/稳定化技术、高温处理技术及飞灰中的重金属资源化技术。固化/稳定化技术包括水泥固化、沥青固化、化学药剂稳定化等；高温处理技术包括烧结与熔融/玻璃化等，然后送专门填埋场安全填埋或资源化利用；提取飞灰中的重金属，包括酸浸取、生物及生物制剂提取、高温提取等，然后将提取的重金属资源化利用[2]。下面就各项技术原理、优缺点、实用性及其研究与发展动态作一简述。
1固化/稳定化技术
固化/稳定化技术是目前国际上处置重金属废弃物和其它非金属危险废弃物的重要手段，是指通过物理-化学方法将有害物质固定或包容在惰性固化基材中的一种无害化处理过程。其目的是使废物中的污染组分呈现化学惰性或被包容起来，使其在运输与处置的过程中更加安全。
水泥固化技术是一种最常用的危险废物固化技术，水泥固化的基本原理在于通过固化包容减少有害固化废物的渗出率，达到稳定化、无害化的目的。水泥固化具有工艺设备简单、操作方便、材料来源广、价格便宜、固化产生物强度高等优点，因此被世界许多国家采用。但传统的水泥固化技术增容比较大，给后续的运输与处理带来困难，也大大地提高了处置费用，并需要大量的填埋场地。另外，如果废物中含有阻碍水泥正常凝结的成分时，常会发生固化体强度低、有害物质浸出率高、难以再生利用等问题。
LombardiF等[3]曾就水泥固化产品中重金属的浸出性进行研究，结果表明固化后的重金属有较好的稳定性；同时对飞灰和水泥的质量比(0.25～1.50)进行了分析，指出飞灰和水泥质量比提高时，会导致产品强度降低。
MangialardiT等[4]以波特兰水泥作为骨料，对垃圾焚烧飞灰进行稳定化处理的研究结果表明，无论是否采用水洗、粉碎等飞灰前处理工艺，处理后的砌块均难以达到较高的强度。Macakova等[5]在Slovakia采用以镁冶炼工艺的残渣生产的水泥进行飞灰稳定化实验，结果经美国环保署检验程序检测证明，采用这种方式对飞灰进行稳定化处理，砌块的机械强度不高，但飞灰中重金属的浸出毒性检测指标符合美国环保署的标准。
施惠生等[6]在研究垃圾焚烧飞灰与矿物掺合料的复合中发现，在宏观上表现出复合胶凝效应，不仅能提高固化体的力学性能，而且对重金属的固化也十分有利。李卓然等[7]利用粘土矿物研究了其对飞灰中Pb2+的影响。认为利用沸石等非金属矿物可以固定飞灰中的重金属Pb2+。但所有矿物固定重金属比较单一，不能对所有重金属元素固定，总体效果不好。
金漫彤等[8]对利用土壤聚合物固化飞灰进行了研究。认为用土聚物固化重金属既有通过化学键结合，又有物理的包容和吸附，所得的固化体的抗压强度比较好，有良好的稳定性，固化体的重金属浸出浓度远远小于国家控制标准，有较好的利用前景。
化学药剂稳定法是利用化学药剂将重金属离子变成不溶于水的高分子络合物或者是无机矿物质。药剂一般分为有机药剂和无机药剂，有机药剂主要以螯合型药剂为主，无机药剂主要是Na2S和磷酸类药剂。MarrazzoG等[9]用螯合剂对重金属进行了固化研究。用药剂稳定化来处理焚烧飞灰，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。
2高温处理技术
高温处理技术是目前唯一能够破坏二恶英和其它有毒有机化合物的飞灰处理技术，可分为熔融分离、玻璃固化和烧结。
2.1熔融分离技术
熔融分离是将飞灰加热到熔融温度(1，200～1，400℃)，熔融后低沸点的重金属及盐类将蒸发至气相，由排气集尘系统收集，难挥发重金属因密度大一部分沉在熔炉的底部分离，可回收利用；另一部分则残留于熔渣中。熔渣淬火后形成玻璃态物质，可作为建材使用[10～12]。飞灰熔融处理技术在日本应用最广，目前大约有4%灰渣采用熔融法处理。单纯的飞灰熔融技术虽然能够取得一定的减容固化效果，但由于所得玻璃态材料的硬度、热性能等较差，从而限制了其在建筑材料等领域的应用，通常只能用于路基材料、水泥混凝土的混合材料或再次送入填埋场填埋，附加值较低[12]；熔融过程中又会产生少量高浓度的熔融炉飞灰(其Cd和Pb浓度是熔融前的5～10倍)[13]；飞灰熔融的费用也非常高，在全球难以推广。