我国垃圾焚烧发电飞灰处理现状及技术选择 (1)

我国垃圾焚烧发电飞灰处理现状及技术选择

张 海 元

【中国光大国际环保能源(济南)有限公司，济南 251402】

摘 要：分析了我国城市生活垃圾焚烧飞灰的现状，在分析了中国城市生活垃圾焚烧飞灰特性的基础上，提出了不同的飞灰处理技术，对发展适合我国城市生活垃圾焚烧飞灰处理技术的选用提出了建议。

关键词：城市生活垃圾焚烧；焚烧飞灰；处理技术；建议

Our country garbage incineration power fly ash processing

status and technical options

Zhang hai yuan

【China everbright international environmental protection energy (jinan) Co., LTD, jinan 251402】

Pick to: Analysis of our city life of MSW fly ash, on the analysis of the present situation of Chinese urban life of MSW fly ash characteristics, the author puts forward different fly ash processing technology, suitable to China's development of city life of MSW fly ash the selection of treatment technology are proposed.

Keywords: City life waste incineration; The fly ash burned; Processing technology; suggest

一、概述：垃圾焚烧飞灰

垃圾焚烧发电技术作为垃圾减量化处理的有效方法之一，是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收可供热或发电。烟气净化后排出，少量剩余残渣排出填埋或作其他用途。焚烧处理技术特点是处理量大、减容性好、无害化彻底，且有热能回收作用。因此，对生活垃圾实行焚烧处理是无害化、减量化和资源化的有效处理方式。世界各国普遍采用这种垃圾处理技术。随着我国垃圾焚烧处理的迅猛发展，焚烧飞灰产量巨大，开发焚烧飞灰处理技术将成为近年来环保领域研究的热点之一。但由于垃圾焚烧飞灰中含有较高浓度的二恶英和重金属，属于危险固体废弃物，直接填埋会对周边环境造成严重二次污染，因此，需要对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理处置。

目前飞灰处理处置方法主要有：固化/稳定化，包括水泥固化、沥青固化、熔融固化、化学药剂固化/稳定化，固化体达到浸出标准后填埋或资源化利用;将重金属提

取，包括酸提取、碱提取、生物及生物制剂提取、高温提取，提取后对重金属可以进行资源化利用。

垃圾焚烧飞灰是指在垃圾焚烧厂的烟气净化系统(APC)中收集而得的残余物，一般包括除尘器飞灰和吸收塔飞灰。飞灰中含有烟道灰、加入的化学药剂及化学反应产物。焚烧飞灰作为一种高比表面积物质，它不但富集大量的汞、铅和镉等有毒重金属，而且也富集了大量的二恶英类物质，是一种同时具有重金属危害特性和环境持久性有机毒性无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。

二、飞灰物理、化学性质

飞灰是含水率很低的细小尘粒，呈浅灰色粉末状。一般所取灰样的含水率为10% ~23%，热灼减率为34% ~51%。飞灰的粒径大小不均，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，但总的来说，粒径较小，基本在100μm以下，表面粗糙，呈多角质状( irregular angularity)，孔隙率较高，比表面积较大，使Pb和Cd等易挥发性金属易在其表面凝结富集。焚烧飞灰的主要化学成分如下：SiO2 24.5%，Fe2O3 4.01%，Al2O3 7.42%，TiO2 0.62%，CaO3 3.37%，MgO 2.72%， SO3 12.03%，CaO 0.5%，Cl 10.56%。从中可以看出，焚烧飞灰中的主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3。

如图1是飞灰的电镜扫描图。可以发现，飞灰的粒径较小，颗粒表面凹凸不平，比表面积大。

图1 飞灰的电镜扫描图

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。我国某垃圾焚烧厂重金属浸出毒性见表1，从表1中可以看出焚烧飞灰浸出液中Zn、Pb、Cd和Cr的浓度高于固体废物浸出毒性鉴别标准。正是因为这一点使焚烧飞灰被普遍认为是一种危险废物，必须对此进行稳定化处理。

从表1中可以看出，焚烧飞灰中各种重金属的含量大不相同，其中Zn、Pb、Cu、Cr和Cd等有害物质浓度较高。这与焚烧温度和各种重金属物质的蒸发点有关，蒸发点低于焚烧温度的重金属物质全部能蒸发出来，进入烟气。烟气中的重金属物质，随烟气温度的降低凝结成均匀的小颗粒并凝结于烟气中的烟尘上，最后一起被烟气除尘设备捕集下来形成焚烧飞灰。

表1 垃圾焚烧飞灰的浸出毒性与重金属含量

飞灰中水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。

三、垃圾焚烧飞灰的处理技术现状

随着我国经济的高速发展，城市化水平和人民生活水平的不断提高，城市垃圾产生量与日俱增。城市生活垃圾的基本处理方式有填埋、焚烧和堆肥。其中，焚烧法可使垃圾减容90%，减量75%，可以杀死所有的病原微生物和寄生虫卵，产生的热能可以回收利用，能够最大限度地实现生活垃圾的减量化、无害化、资源化，而

且占用土地资源最少。焚烧法对于持续、稳定、安全、可靠地消纳大量的城市生活垃圾，改善城市人的居住环境，保障经济可持续发展，无疑起着重要作用。

然而，垃圾焚烧产生的飞灰中含有大量的有毒重金属(Cr，Pb，Cu等)，属于国家规定的危险废物，在进入危险废物填埋场之前必须经过稳定化/固化处理。目前所使用的垃圾焚烧飞灰资源化处理技术有以下几种：

一、固化与稳定化法

固化与稳定化技术是国际上处理有毒废物的主要方法之一，而胶凝材料是目前应用最广也是最重要的固化稳定化材料。国外已经开展过垃圾焚烧灰作为水泥混凝土集料或混合材的研究，也报道了运用热处理技术把垃圾焚烧灰资源化的方法。

A水泥固化法

固化处理是利用固化剂与垃圾焚烧飞灰混合后形成固化体，从而减少重金属的溶出。水泥是最常见的危险废物固化剂，因此工程中常采用水泥对焚烧飞灰进行固化处理。飞灰被掺入水泥的基质中后，在一定的条件下，经过一系列的物理、化学作用，使污染物在废物水泥基质体系中的迁移率减小(如形成溶解性比金属离子小得多的金属氧化物)。

有时，还添加一些辅料以增进反应过程，最终使粉粒状的物料变成坚固的混凝土块，从而使大量的废物因固化而稳定化。对垃圾焚烧飞灰进行稳定化处理的研究结果表明，无论是采用水洗还是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。另外在研究飞灰中的重金属浸出时发现，由于飞灰中氯离子的影响，经固化后的砌块中铁、铜、锌等离子容易浸出而导致污染物超标。

Hamernik和Frantz等研究了垃圾衍生燃料垃圾飞灰作为辅助材料代替水泥加入混凝土，当用垃圾飞灰代替45%的水泥时的耐压强度与原来的相当。对于重金属及氯化物含量高的飞灰若作为水泥替代材料时应作适当处理，如水洗或加入添加剂。

有研究指出垃圾焚烧飞灰与矿渣等材料复合，可改善水泥的后期强度。从强度发展趋势看，垃圾焚烧灰与其他混合材的复合，在一定程度上改善了单掺垃圾焚烧灰水泥后期强度增长缓慢的情况。垃圾焚烧灰与矿渣或低钙粉煤灰复合能改善水泥后期强度，尤其与矿渣复合的作用非常显著。

因此，尽管水泥固化处理飞灰具有工艺成熟、操作简单、处理成本低等优点，但由于垃圾焚烧飞灰中含有较高的氯离子，采用水泥固化法处理必须进行前处理，