生活垃圾焚烧炉渣性质及处置技术

1、生活垃圾焚烧炉渣性质(1)炉渣的物理性能生活垃圾焚烧炉渣是生活垃圾焚烧的副产物，包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物，呈黑褐色，原炉渣有刺激性气味，经过处理后气味减弱。

未经处理的焚烧炉渣主要由灰渣、碎玻璃和砖块、陶瓷碎片、木屑，以及少量碎布条、塑料、金属制品等物质组成。

碎玻璃、陶瓷碎片等主要来自于工程中的建筑垃圾，但只要其粒径大小不超过5mm，就不会影响炉渣多孔砖的整体性能。

金属制品主要来自于人们的生活用品，如易拉罐、钉子、铁罐等，并且其中的单质铁会氧化，产生锈蚀，影响砖的性能。

布条、塑料等物质是由于生活垃圾在焚烧过程中燃烧不够充分而未能去除。

炉渣中还含有极少量的有色金属，在公路基层应用过程中可能会由于和碱反应产生H2而破坏路面，大颗粒金属可能会损坏施工设备，对施工的危害较大，应尽可能地除去；炉渣中的可燃物含量较低，5mm以上颗粒中的可燃物含量在0.06~1.34%。

可燃物的存在不利于资源化利用，如影响应用时路面的长期稳定性，影响无机结合料与炉渣的结合，而降低材料强度。

因此，该将这些物质尽量去除。

经过预处理的炉渣只含有少量的碎玻璃、砖块和陶瓷碎片，布条、塑料等有机物几乎全部去除。

由于炉渣主要物理组分质地坚硬，因而作为集料使用时能保证一定的强度。

(2)炉渣的含水率、热灼减率、堆积密度、吸水率由于水淬降温排渣作用，炉渣的含水率约为12.0%~18.9%，随着堆积时间、天气等因素上下波动；炉渣热灼减率反映垃圾的焚烧效果，一般较低，为1.57%~3.16%；炉渣堆积密度在1150kg/m3～1350kg/m3之间，吸水率为37%左右。

说明炉渣是一种多孔的轻质材料，强度不高。

(3)炉渣的粒径分布炉渣粒径分布较均匀，主要集中在2~50mm的范围内(占60.8%~7.68%)，小于0.074mm的颗粒含量在0.06%~1.36%。

基本符合道路建材中集料的级配要求。

(4)炉渣化学成分预处理后的炉渣主要化学成分及含量为：硅35%～50%、钙7%～15%、铝3.5%～7.0%、铁3.0%～6.0%、钠2.5%～8.0%、钾1.3%～3.0%、磷0.7%～3.0%，不同地点、不同批次的炉渣主要化学组成接近，由此可认为预处理后的炉渣的化学成分相对比较稳定。

(5)炉渣矿物组成对预处理后的炉渣取样进行X衍射，X衍射结果显示，炉渣的主要矿物为石英（Quartz）、钙长石（Anorthite）、斜方沸石（Gismondine），其他的矿物峰比较弱，含量很少。

各矿物衍射峰均比较尖锐，说明结晶程度较高，且石英、钙长石、斜方沸石的水化活性都不高，据此初步判断炉渣的活性不高。

炉渣表面很粗糙，呈不规则角状，孔隙率较高，孔隙直径也比较大。

炉渣部分位置晶体生长良好，要为棒状、针状和粒状晶体，但是发育不是很均匀，可能是因为焚烧过程中温度和空气分布不均，停留时间不同以及炉渣组分复杂的缘故。

(6)炉渣的轻漂物含量炉渣的轻漂物含量进过测试，炉渣轻漂物含量为0.1%～0.2%，满足GB/T25032-2010《生活垃圾焚烧炉渣集料》中轻漂物含量不大于0.2%的技术要求。

以轻漂物含量高的炉渣为原料生产的制品，其质量必然受到负面影响，因为这些轻漂物不仅增加了需水量，造成了更多空隙，还影响界面的粘结力。

轻漂物含量与发电厂煅烧制度以及炉渣预处理工艺有关。

(7)炉渣毒性浸出炉渣的有害物质浸出（铅、镍、镉、铬、砷、汞、氰化物）含量远低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》安全浓度限量标准值，可认为炉渣不属于有毒废物。

(8)炉渣的放射性对炉渣进行放射性检测，其检测结果为：内照射指数IRa在0.30～0.39之间，外照射指数Ir在0.63～0.68之间。

参照GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量标准》的要求，当材料的内照射指数、外照射指数均小于1.0时，可用于民用、公用建筑的主体结构。

(9)炉渣二恶英含量参照HJ77.3-2008《固体废物二恶英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》，随机抽取炉渣进行检测，二恶英总含量为1.706×10ng/kg，远低于GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中对二恶英含量3.0×103ng/kg的要求。

2、污泥焚烧底灰的理化性质及再利用技术环保工程成套有限公司的王少波等人通过对两种不同的污泥焚烧底灰的粒径、抗剪、压缩固结性、渗透性以及重金属含量等理化性质进行了研究，并将其与原生污泥性质进行对比，分析焚烧处理对污泥理化性质的影响，并进一步根据焚烧底灰性质，探索其再利用途径。

结果表明污泥焚烧底灰属于砂土，且抗剪强度较污泥焚烧前有明显增大，可达76．23～80．03kPa，金属含量有所超标，但重金属浸出量均小于相应标准限定值，可进行路基材料、CO2 捕集、填海造陆等再利用。

所用的原生污泥、污泥加煤焚烧底灰、污泥不加煤焚烧底灰的样品来源如下。

(1)原生污泥，为上海某污水处理厂污泥经105℃烘干后的产物；(2)污泥加煤焚烧底灰(以下简称为加煤底灰)，为未烘干的原生污泥与矿化垃圾筛上物、木屑、M1脱水剂、煤粉以100∶10∶5∶5∶20(w/w)混合后在20℃下自然风干5d，然后制成的污泥燃料经900℃焚烧1h后产生的残余物;(3)污泥不加煤底灰(以下简称为不加煤底灰)，同(2)，只是在污泥燃料配比中取消了煤粉的添加。

其中，原生污泥稍有气味，颜色近似于土黄色；而加煤底灰和不加煤底灰则均由粉状物和烧结物组成，无明显气味，底灰中烧结物质地坚硬，并呈疏松多孔的状态；粉状物则较为疏松，渗透性好，类似于砂土。

加煤底灰颜色较黑，而不加煤底灰颜色偏黄。

(1)粒径分布加煤底灰粒径大于2mm的颗粒比率为36.%，而不加煤底灰的为25%，根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-94)和《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)关于土的分类规定可知，两种底灰均属于砂土中的砾砂。

(2)抗剪强度加煤底灰和不加煤底灰的抗剪强度明显高于原生污泥，在垂直压力为50kPa 的情况下，原生污泥的抗剪强度仅为39.4，而加煤底灰和不加煤底灰的抗剪强度则分别达80.3和76.3kPa。

由在相似的含水率条件下，原生污泥的凝聚力和内摩擦角分别仅为17.19kPa和24°，而加煤底灰和不加煤底灰的凝聚力和内摩擦角则比原生污泥有明显增大，分别达到43.93kPa、35.97°和42.98kPa、33.76°，因此相应的施工允许坡度也分别提高到了29.17°和27.21°，由此可知污泥经焚烧处理后，抗剪性质较原生污泥能有明显增强。

(3)渗透系数渗透系数是根据100kPa固结压力下的渗透时间而得到。

渗透系数由大到小的顺序为不加煤底灰＞原生污泥＞加煤底灰。

由此可知不加煤底灰最为疏松，透水效果较高；而加煤底灰的颗粒更为致密，颗粒间的空隙更小，从而透水性较差。

(4)压缩固结性质压缩系数、压缩模量Es及压缩指数Cc可作为反映试样的压缩性大小的指标，利用这3种指标表征土样的可压缩性。

在100～200kPa压力变化下，不加煤底灰和加煤底灰近似于中压缩土，而原生污泥则趋近于高压缩土。

即污泥经焚烧处理后，压缩固结性质会较原生污泥有所降低。

(5)重金属含量原生污泥的重金属含量明显高于加煤底灰和不加煤底灰，且相对于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)的三级标准，即能够保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值，原生污泥的重金属浓度除As外，Zn、Cd、Ni、Cr、Cu均严重超标，其中Zn、Cd超标最为严重，超标率分别为392．6%和300%，而Ni、Cr、Cu则分别超标9%、62.7%和47.3%。

原生污泥在燃烧过程中，底灰和烟气间发生了重金属的分配，部分重金属转移至烟气中，但由于原生污泥重金属本底值较高，故底灰类物质中的重金属含量普遍未达到土壤环境质量三级标准的要求。

Zn、Cd、Cr、Cu均超标，其中加煤底灰和不加煤底灰的Zn分别超标270.2%和284.4%、Cd均超标200%。

Cr和Cu 则较为接近标准值，其中加煤底灰Cr超标8.33%，而Cu未超标，不加煤底灰的Cr和Cu则分别超标20.7%和9.5%。

(6)重金属浸出量根据《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中的相关标准方法测定，可知各试样重金属浸出浓度均小于鉴别标准值。

因此仅就重金属浸出毒性来讲，不加煤底灰、加煤底灰、原生污泥均不属于危险废物。

(7)污泥焚烧底灰的再利用途径对于污泥焚烧底灰的再利用途径传统的方法主要是用作建材，如制砖、作为水泥原料和路基等。

近年来，亦有报道利用垃圾焚烧底灰捕集酸性气体，如利用垃圾焚烧底灰作为填料吸收CO2气体，吸收量可达到12.5L/kg(干基底灰)，且达到吸附平衡后，底灰pH可由11.8降至8.2，Pb、Cr、Cd的浸出浓度明显降低。

分析其用作路基土以及CO2捕集材料的可行性。

根据污泥焚烧底灰的理化性质及《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)中对于路基土的相关标准可知：(1)加煤底灰粒径大于2mm的颗粒比率为36．5%，而不加煤底灰的为25%，属于砂土中的砾砂，为理想的路基材料；(2)不加煤底灰的渗透性较好，达到2.7×10-5cm/s，十分适用于冰冻地区的路基和浸水部分的路堤等，加煤底灰的渗透性虽差，排水性能不好，但亦可用于干旱地区的路基及路堤等；(3)不加煤底灰及加煤底灰的凝聚力及内摩擦角均较大，允许坡度分别达到了29.7°和27.12°，远大于泥土的允许坡度，符合标准中最大边坡倾角的要求。

因此，加煤和不加煤底灰理论上可以用作路床土和边坡等路基材料。

然而，对于确定底灰适用的具体路基类型，则需对污泥焚烧底灰进行进一步的填料最小强度CBＲ的测试。

污泥焚烧底灰与垃圾焚烧底灰具有类似的性质，如呈碱性，pH接近11，有利于CO2等酸性气体的吸收；结构疏松，具备多孔性，有助于CO2的吸收转化。

因此，利用污泥焚烧底灰吸收CO2等酸性气体可能与利用垃圾焚烧底灰具有类似结果。

而且与垃圾焚烧底灰相比，污泥焚烧底灰的重金属含量较少，这使得经过吸收CO2后，污泥底灰重金属的浸出性可能会更低，从而有利于扩大污泥焚烧底灰的利用范围，达到以废治废的目的。