垃圾焚烧飞灰的固定化技术综述

[摘要]分析了垃圾焚烧飞灰的理化性质，归纳出目前飞灰固定化处理的主要方式：水泥固化、沥青固化、飞灰热处理、化学药剂固化，提出适合我国垃圾焚烧飞灰无害化处理的途径和方法。
[关键词]垃圾焚烧；飞灰；固定化
[中图分类号]X705[文献标识码]A[文章编号]1005-6270（2012）01-0104-03
0前言
　　随着城市建设的飞速发展和经济、人口的日益增长，我国城市生活的垃圾排放量也急剧增加。目前处理城市垃圾的主要方法有：填埋法、堆肥法、分类处理法、焚烧法等，其中填埋或露天堆弃方式，占用大量土地，同时垃圾中有害成分对大气、土壤及水源造成严重污染，不仅破坏生态环境，也严重危害人体健康；堆肥处理方法，对垃圾要进行分拣、分类，要求垃圾的有机含量要高而且不能减量化，仍需占用大量土地；而垃圾的焚烧处理方法可使垃圾高温灭菌达到无害化，可使垃圾减容90%、减量75%[1]，使所占用的土地面积大为减少，符合减容减量化的要求；同时，垃圾焚烧余热还可供热、发电，达到资源再利用的目的。在我国深圳、上海、北京等一些用地紧张的城市已率先得到了应用并迅速发展。
　　然而垃圾成分的复杂性导致在焚烧过程中，产生许多问题：易形成烟尘颗粒物、酸性气体、二恶英和具有不可降解性及在生物体内的富集效应，决定了其将长期存在并对生态环境构成极大潜在威胁的重金属等二次污染物。因此，如何安全有效地处置垃圾焚烧飞灰成为当前急需解决的环境和社会问题。
1垃圾焚烧飞灰
1.1垃圾焚烧飞灰的来源及分类
1.1.1垃圾焚烧飞灰的来源
　　焚烧处理方法可使垃圾减容90%、减量75%，我国将焚烧灰渣分为炉渣和飞灰。炉渣是指燃烧后剩余在炉床上的产物，而飞灰是指在烟气净化系统收集而得到的残余物：包括烟灰、注入的吸附剂、烟道气的冷凝产物与反应产物。
1.1.2飞灰成分的分类
　　飞灰中成分可以按酸碱特性的不同大致分为3类，主要包括SiO2、Al2O3、P2O5等酸性物质和CaO、Fe2O3、CuO、TiO2、K2O、Na2O等碱性物质以及金属氯化物等盐类物质。3类成分的大致分布对飞灰的熔融特性、技术选择、处理效果等有重要影响。酸性氧化物通常使飞灰熔点升高，增加熔融处理的难度，而碱性氧化物则使灰熔点降低。氯化物则会阻碍水泥水化过程，它不仅会增加固化体中重金属的可溶性，而且使得飞灰中的二恶英很难通过水泥固化或化学药剂处理实现分解破坏。
1.2垃圾焚烧飞灰的理化性质
　　垃圾焚烧飞灰是指在垃圾焚烧厂的烟气净化系统中收集而得的残余物，一般包括除尘器飞灰和吸收塔飞灰或洗涤塔污水污泥。飞灰中含有烟道灰、加入的化学药剂及化学反应产物，焚烧飞灰比表面积很高，不但富集大量的Hg、Pb、Cd等有毒重金属，还富集大量的二恶类物质，是一种同时具有重金属危害特性和环境持久有机毒性危害特性的双料危险废物，对人体健康和生态环境具有极大的危害性。
1.2.1飞灰的物理性质
　　垃圾焚烧飞灰是含水率很低的细小尘粒，呈浅灰色粉末状，是由颗粒物、反应产物、未反应产物和冷凝产物聚集而成的不规则物体，粒径较小，表面粗糙，呈多角质状，孔隙率较高，比表面积较大，这使Pb和Cd等易挥发性金属易在其表面凝结富集[2]。
1.2.2飞灰化学组成
　　垃圾焚烧飞灰中的主要化学成分是CaO、SiO2、AL2O3、和Fe2O3。
1.2.3飞灰矿物组成
　　焚烧飞灰的矿物组成较复杂，主要为SiO2、Al2SiO5、NaCl、KCl、CaAl2、Si2O8、Zn2SiO4、CaCO3和CaSO4，还有少量的CaO、Ca2Al2、SiO7、PbO、Cu2CrO4等物质，飞灰的活性较强[3]。
1.2.4飞灰的水溶性盐
　　飞灰中溶解盐的含量高达18%～22%，主要为Ca、Na和K的氯化物，处置时不仅有可能污染地下水和附近水体，氯化物的大量存在还会增加其它某些污染物的溶解性，如Pb和Zn，而且不利于飞灰的固化或熔融处理[3]。
1.2.5重金属含量及浸出毒性
　　固体废物的浸出毒性是判别废物是否有害的重要依据。焚烧飞灰中各种重金属的含量大不相同，其中Zn，Pb，Cu，Cr，Cd等有害物质浓度较高，其浸出液中Zn、Pb、Cd、Cr的浓度高于固体废物浸出毒性鉴别标准。因此，焚烧飞灰被认为一种危险废物，必须对其进行稳定化处理[4]。
　　焚烧飞灰中的重金属大部分是以难溶性金属物的形式存在的，溶态的重金属含量较少，可浸出的Pb和Zn主要以酸溶态形式存在，而Cd主要以酸溶态和离子交换态形式存在，说明在酸性条件下，飞灰的重金属浸出毒性会大大增加[5]。
1.3垃圾焚烧飞灰的危害
　　生活垃圾焚烧处理后产生的固体残渣大约占垃圾重量的30%～35%，其中底渣占25%～30%，其余是飞灰，占5%左右[6]。垃圾焚烧飞灰不是化学惰性物质，其中有含量较高的能被水浸出的Cd、Pb、Zn、Cr等多种有害重金属物质和盐类。若处理不当，将会造成重金属迁移，污染地下水、土壤及空气。同时，飞灰中的二恶英也是潜在的重要环境污染物。由于垃圾焚烧飞灰中的重金属和二恶英等难于自然降解，因此其对环境的影响十分严重。在烟气净化系统和热回收利用系统中收集而得的残余物，含有较高浸出浓度的铅和铬等重金属属于危险废物；另外，还含有高毒性有机废物（如二氧化物、呋喃和多环芳烃等），因此使其更具有毒性[7]。