城市生活垃圾焚烧灰渣的分析及处理

随着经济的发展，城市化规模的扩大及人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量呈逐年增加的趋势。高效的焚烧技术有利于缓解由城市垃圾造成的日益严重的环境污染。垃圾焚烧技术处理量大，使得垃圾的最终处置量降到最低，减少了垃圾填埋量，延长了垃圾填埋场的使用年限；高温焚烧起到了固化有害成分和杀毒灭菌的作用，焚烧设备产生的热能可充分回收，用于供热和发电，因此垃圾焚烧技术实现生活垃圾的减量化、资源化的目标。

然而，垃圾焚烧不仅排放大量烟气，还产生大量炉渣及飞灰。以一中等规模、日处理量在500T 的垃圾焚烧厂为例，按70%的质量减少率算，每天将排150T 炉渣及飞灰，一年按300个运行日计算，将排出45000T 。随着空气污染控制(APC)技术的发展，现代垃圾焚烧电厂已能实现无害排放。世界卫生组织已经申明，现代稳定运行的垃圾焚烧电厂的排放烟气不再被视为人类健康或环境的危险物。然而，在垃圾焚烧炉渣及飞灰中富集了较高浓度的Hg 、As 、Cd 、Ni 、Cu 、Cr 、Pb 、Zn 、Mn 、Co 等危险性重金属，若直接排放或处理不当，将带来严重的二次污染。随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，对垃圾焚烧炉渣及飞灰的放射性状况也需进一步了解，以确定其放射性污染的严重程度。因此，对垃圾焚烧产生的炉渣飞灰必须进行妥善处理。在炉渣及飞灰的处置技术中，不管是简单的填埋还是综合利用，都需要对垃圾焚烧炉渣及飞灰进行安全性评价，根据结果确定其最终的排放和利用。

1.焚烧灰渣的含量分析

城市生活垃圾焚烧(MWC)灰渣是从垃圾焚烧炉的炉排下和烟气除尘器、余热锅炉等收集下来的排出物，主要是不可燃的无机物以及部分未燃尽的可燃有机物。灰渣的主要成分是金属或非金属的氧化物，即俗称的矿物质，约为SiO 2；35%~40%，Al 2O 3；10%~20%，Fe 2O 3；5%~10%，CaO ；10%~20%，MgO 、Na 2O 、K 2O 各占1%~5%以及少量的Zn ，Cu ，Pb ，Cr 等金属及盐类。焚烧产生灰渣的简易示图如图1。

图1垃圾焚烧产生灰渣的简易示图

根据其收集位置的不同，垃圾焚烧产生的灰渣主要可分为底灰和飞灰。

1.1底灰(Bottom Ash 或Slag)

底灰一般包括炉排渣(grate ash)和炉排间掉落灰(grate siftings )，有些焚烧厂也将锅炉灰与炉排渣混合收集合并处理处置。底灰占了灰渣总量的80%左右(重量计)，主要由熔渣、黑色及有色金属、陶瓷碎片、玻璃和其它一些不可燃物质及未燃有机物组成。炉排渣的可浸出重金属(如Pb ，Cd ，和Hg 等)和溶解盐的浓度在各种灰渣中基本上是最低的，其物理化学和工程性质与轻质的天然骨料相似；炉排间掉落灰的细颗粒含量高，因而元素Pb 和A1的含量较高；锅炉灰的易挥发金属(如Cd ，Zn)的含量有时会比较高。

1.2飞灰(Fly Ash)

飞灰是指在烟气净化系统(APC)和热回收利用系统(如节热器、锅炉等)中收集而得的残余物，约占灰渣总量的20%左右，一般经旋风除尘器、静电除尘器或布袋除尘器所收集的中和反应物(如CaC12，CaSO 4等)及未完全反应的碱剂（如Ca(OH)2）。其中烟气净化系统的飞灰包括烟灰(在焚烧室内产生并排出，在加入化学药剂前被去除的颗粒物，如布袋除尘室飞灰)、加入的化学药剂及化学反应产物，其物理和化学性质随焚烧厂烟气净化系统的类型不同而有所变化。烟气净化系统飞灰的溶解盐含量很高(40%~60%，重量计)，可浸出重金属（Cd ，Pb ，Zn 和Hg 等)的浓度也比底灰要高，并且含有微量有机污染物(dioxin ，呋喃等)，因其所含的细颗粒较多，使之持水量高，易冻胀又难压实。

一般而言，生活垃圾焚烧灰渣(MWC)是由底灰（Bottom Ash 或Slag)及飞灰(Fly Ash 共同组成，是城市垃圾焚烧过程中一种必然的副产物。根据垃圾组成及焚烧工艺的不同，灰渣的数量一般为垃圾焚烧前总重量的5~30%。

2.影响垃圾焚烧灰渣成分及含量的因素垃圾焚烧灰渣成分及产量与垃圾种类、焚烧炉型式、焚烧条件有关。垃圾的种类随区域和季节的变化而变化，南北方的垃圾是有些差别的，它主要取决于城市的经济和生活水平；同一城市不同地点的垃圾成分有些差异，甚至可能大于不同城市的同类区域的垃圾，如北京的中心商业区的垃圾与城乡结合部的垃圾的差异，往往大于北京中心商业区与深圳中心商业区的垃圾成分的差异；不同季节垃圾成分也有差异，其主要是水分和不可燃质的变化，其他以干燥可燃质为基准的成分差异较小。

焚烧炉型的不同，灰渣的成分和产量也有差别。一般而言，飞灰中低熔点的成分略多，其高熔点成分(SiO 2等)略低于底灰，但流化床的烟气流速明显高于炉排炉等固定床焚烧炉，致使一些原本应留在底灰中的灰分转移到飞灰中，宏观表现就是流化床焚烧炉飞灰高于炉排炉飞灰量，流化床焚烧炉飞灰可达原垃圾质量的15%~20%，而炉排炉飞灰量通常为3%~5%，微观表现即为流化床焚烧炉飞灰中SiO 2等高熔点的成分比炉排炉中多。机械炉排焚烧炉焚烧飞灰中含有大量重金属及有机类污染物，一般这些危险废物需进行固化处理后填埋；流化床焚烧炉飞灰量大，但单位质量飞灰中重金属及有机类污染量非常低，便于飞灰的综合利用。

严格控制一下焚烧条件可以控制二噁英的产生，具体的方式有：(1)为使垃圾中原有的得以分解，需提高炉内燃烧温度，并延长烟气在燃烧高温区的停留时间。当垃圾热值很低时，可采用投助燃油等方法，使炉内燃烧区温度高于900℃；烟气在高温区停留至少2s 以上。

(2)使燃烧烟气尽快排出炉膛，这样可以缩短烟气在低温区（300～400℃）的停留时间，避免重新生成二噁英。

(3)焚烧炉应连续稳定运行，不要经常停炉，可大大降低二噁英的排放量。

清除飞灰颗粒物的常用设备有布袋除尘器、电除尘器等。其中电除尘器具有除尘效率高（可达99.5%以上）、脱除重金属效果好等优点，但对粒径1μm 以下的颗粒物吸收效果不如布袋除尘器好。布袋除尘器中布置有竖直挂在管板上的管状布袋，积灰在布袋外侧积累，需定期从布袋外侧用脉冲压缩空气喷射来清洁布袋。布袋除尘器对微小粒径烟尘、重金属（汞除外），特别是二噁英及呋喃类物质具有较好的去除效果。

3.灰渣的处理技术探讨

各种灰渣中含有大量重金属，在飞灰中，其重金属含量特别高。《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GBM3—2000）中规定：“垃圾焚烧炉渣与除尘设备收集的焚烧飞灰应分别收集、贮存和运输；垃圾焚烧炉渣按一般固体废物处理，焚烧飞灰应按危险废物处理，其他尾气净化装置排放的团体废物按《危险废物鉴别标准》（GB5085.3）判断是否属于危险废物，如属于危险废物，则按危险废物处理。在我国现行标准下，炉渣属于无毒无害的废物，可以铺路、填坑、堆放等。然而必须引起重视的是，一些小型垃圾焚烧炉由于焚烧温度偏低，或垃圾热值偏低，使底灰含有一定量的未燃尽有机废物。另外，随着生活垃圾中重金属含量的增加，底灰中的重金属含量有可能相应增加，致使底灰有可能成为危险废物。

针对底灰物质组成多样复杂、毒性小的特点，为了达到各得其所、物尽其用的目的，同济大学赵由才等人建议选定这样一条处理工艺：首先采用人工分选方法选出底灰中一些比较大的石头、砖块、陶瓷碎片和玻璃碎片等物，这些物质没有什么毒性，可直接丢弃或用作路基；然后用磁选分选出底灰中有回收利用价值的铁质金属；接着灰渣通过锤式破碎机，在此过程中，一些大的熔融块被破碎成小粒度熔渣；最后，底灰通过一滚筒筛，可得到三个粒度范围的组分，一是粒度比较大的塑料、木头、布等物，可再被送入垃圾焚烧炉燃烧，一是粒度最小的灰分，由于其P 、K 含量较高，可用作农肥，剩下的就是介于二者之间的熔渣，可直接送入垃圾填埋场填埋或用作路基、建筑材料。具体的工艺流程如图2所示。

处理灰渣规模为工作：设备分选后，分类收集处理技术。［关键词］飞灰底灰重金属二噁英熔融固化