生活垃圾焚烧飞灰的处理

苏 蓉

(闽西职业技术学院，福建 龙岩 364000)



生活垃圾焚烧飞灰的处理

苏 蓉

(闽西职业技术学院，福建 龙岩 364000)

目前我国生活垃圾焚烧飞灰处理主要分为固化/稳定化再填埋和资源化利用。常用的固化/稳定化方法主要有水泥固化、化学药剂固化/稳定化、水热法等。飞灰处理后的资源化利用主要表现在3个方面：建筑材料、岩土工程用材料与其他行业，由于受到工程技术、长期稳定性、产品出路、处理成本等方面限制，距大规模工程化应用还有一段距离。

垃圾焚烧；飞灰；处理处置

随着我国城市经济的快速发展，城镇化的加速，城市生活垃圾产量也快速增多。由生活垃圾引起的环境污染问题也越来越严重，不仅威胁到我们的身体健康，影响正常的生活环境，而且成为制约我国经济社会可持续发展的核心问题。据统计，2014年，我国城市生活垃圾产生量16816.1万吨。目前，我国大部分城市的生活垃圾处理主要是以填埋的处理方式，这占用了大量的土地资源。随着民众环保意识的提高，对城市环境的要求也越来越高，垃圾填埋变得不再经济和安全，因此生活垃圾焚烧处理被越来越多的城市采用。

截止到2014年底，我国城市共建成生活垃圾焚烧设施187座，总焚烧规模达18.5万吨/日，占无害化处理能力的34.8%。因此，焚烧处理模式将成为我国生活垃圾处理的发展趋势。焚烧可使垃圾减容90%左右，但垃圾焚烧过程中会产生占垃圾总量3%～5%的飞灰，此飞灰同时富集了大量的重金属和二恶英，Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Hg和Cr等多种重金属的浸出水平达到危险废物的鉴别标准，严重毒害环境，若处理方式不合适，重金属会发生转化迁移，导致空气、土壤及地下水的污染。由于垃圾焚烧飞灰中的重金属和二恶英等在自然界很难降解，飞灰被世界各国列为危险废物，必须进行无害化处置后才能进一步的安全填埋或者资源化利用。因此，当前急需解决的环境和社会问题就是如何安全有效地处置垃圾焚烧飞灰。

1 国外生活垃圾焚烧后飞灰处理现状

由于不同垃圾焚烧的飞灰性质有差异，一些发达国家从本国国情出发，采用不同的无害化和资源化利用对焚烧飞灰进行处理。例如，德国采用飞灰淋洗工艺对垃圾焚烧飞灰进行处理，将其中50%以上的飞灰进行了回收利用，储存于地下矿井，如盐岩矿等，部分采用了固化处理，作为路基或声障等建筑材料。法国和葡萄牙利用水硬性粘结料固化后，存放于特定填埋场。英国也是将其固化后，存放于特定填埋场。瑞士由于钟表业的出口量大幅度增加，国内矿产资源的缺乏，以及国际金属价格的持续上涨，因此对于垃圾焚烧后灰渣中金属回收备受重视。瑞士每年处理的垃圾大约355万吨，产生80万吨左右的底渣和大约8万吨的飞灰，大约40%飞灰经过酸洗后采用电化学技术进行重金属Cu、Zn、Pb、Cd等回收处理。美国将飞灰与底灰混合后送至单一填埋场填埋，部分采用固化处理，作为浸青材料、混凝土骨料等。而加拿大将飞灰处理后送至危险废物填埋场填埋。日本由于人多地少，其垃圾焚烧后的飞灰在处理前先采用熔融、水泥、化学药剂、分离萃取等进行固化稳定，作为填料、路堤等填充料，还用作混凝土和浸青骨料，而熔渣作为修路材料水泥固化及稳定后送至填埋场[1-2]。

从以上那些发达国家对垃圾焚烧飞灰的处理来看，其主要处理方法有：安全填埋法、固化与稳定化法、熔融法以及其它处理方法(化学浸提法、电磁分离法)等。

2 国内生活垃圾焚烧后飞灰处理现状

近十年来，我国垃圾焚烧产业快速发展，设施数量和处理能力逐年增长。但对于焚烧后飞灰的无害化和资源化处理还未得到足够重视，缺乏有自主知识产权的、符合国情的飞灰处理工艺和设备。在经济较好的地区，主要采用固化处理后进入安全填埋场填埋，很小部分进行资源化利用。而在一些经济较落后的地区，一般采用堆存或运往垃圾填埋场填埋。甚至有些地区在技术不成熟情况下，盲目对飞灰进行再利用，这存在二次污染环境的潜在危险。虽然至今为止，国内对飞灰处理技术进行了研究和探索，并取得了一定的突破，但总体来讲，飞灰处理技术还处于研究阶段，未到达技术成熟产业化的阶段。

目前，我国垃圾焚烧飞灰处理的主要方法有两种，一是固化/稳定化再填埋另一是资源化利用。

2.1 固化/稳定化

生活垃圾焚烧飞灰在进入填埋场进行安全填埋前，必须进行无害化处理即必要的固化/稳定化，然后才可进行运输和后续处理处置。目前，水泥固化、化学药剂固化/稳定化、水热法等是焚烧飞灰的固定/稳定化的主要方法。

2.1.1 水泥固化

水泥是最常用固化剂,该法是把飞灰按比例和水泥基质混合,然后加入适量的水,在一定条件下,经过物理、化学作用,最终变成粘合的混凝土块, 从而使飞灰固化稳定，同时水泥的加入改变了飞灰的pH值，形成了碱性环境,抑制了重金属的析出。

刘彦博等对天津市双港垃圾焚烧厂的布袋飞灰采用水泥固化工艺进行处理，结果表明水泥的掺入量和养护时间对飞灰的固化效果有很大的影响，当水泥的掺入比例为15%时，7 d的抗压强度为0.225 MPa，大于0.2 MPa，表明已经满足飞灰固化的力学要求，且随着养护时间的增加，固化体的抗压强度逐步提高， 28 d时的抗压强度完全满足于固化体填埋所要求的抗压强度[3]。但是飞灰水泥固化效果的长期性仍然不明确，需要进一步研究。文章还指出，在只采用硅酸盐水泥固化处理飞灰的条件下，水泥的加入量需控制在35%左右，才能达到生活垃圾填埋场重金属污染控制要求[3]。

该方法是传统的飞灰处理方法,成本低,处理简单。最主要的缺陷是处理后增容，而且Cd、Cr5+、Mo和Zn等金属很难被稳定。若飞灰中含有特殊的盐类，则会阻碍水泥的正常凝结，降低固化体的强度，导致有害物质浸出率高，甚至可能造成固化体开裂。若能预先清洗飞灰，则可以大幅度降低水泥的掺入量，提高固化体强度，同时降低固化体的重金属浸出毒性，或者采取水泥固化与化学药剂稳定化相结合的方法处理。

兰永辉等[4]按飞灰1000 g(81.25%)+硫酸110 mL(150.70 g，12.25%)+磷酸80 g (6.50%)硫酸进行预处理试验，结果表明：经过预处理后的飞灰能够达到危险废物安全填埋的标准。

刘彦博等[3]采用水泥固化和为TMT重金属捕捉剂稳定化对天津市双港垃圾焚烧厂的布袋飞灰进行处理，TMT重金属捕捉剂添加比为3%、水泥掺量仅为15%时，飞灰固化体即可满足垃圾填埋场入场控制标准。姜玲玲等[5]也采用水泥固化+螯合剂相结合的处理工艺,该工艺具有简单、固化和稳定化效果显著等优点。可见，在进行水泥固化时，加入一定量的稳定剂，提高了稳定效果，达到双重稳定，同时减少了水泥的用量及增容比。当然，还要考虑到稳定剂费用、水泥掺量减少费用、填埋场容积节约和填埋场建设费减少等费用，从经济可行性进行验证。

2.1.2 化学药剂固化/稳定化

化学药剂稳定化是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。常用的稳定剂主要有无机类、有机螯合剂和复合化学药剂，无机类有：磷酸盐、漂白粉、石膏、硫化钠、硫代硫酸钠等。有机螯合剂种类很多，比如EDTA连接聚体、二硫代氨基甲酸盐、巯基胺盐、多聚磷酸及其盐类和壳聚糖衍生物等。复合化学药剂主要是将无机类和有机螯合剂按一定比例混合制备成。

王金波等[6]用硫化钠、磷酸二氢钠和有机线性含硫聚合物DTC-2作为复合化学药剂，在3.0%用量的条件下处理飞灰中的重金属，满足生活垃圾填埋场污染控制标准对重金属的浸出毒性要求，且成本低。

2.1.3 水热法固化

水热法固化是指在水热条件下利用飞灰中的Al、Si 源或外加Al、Si 源在碱性条件下合成硅铝酸盐矿物，将重金属稳定于矿物中,同时实现二恶英的降解。马晓军[7]进行了水热法稳定流化床飞灰中重金属和降解二恶英的实验和理论研究，结果表明：在反应温度150 ℃，NaOH浓度0.5 mol/L，液固比4:1 (mL/g)，反应时间12 h下，重金属的稳定化效率超过了95%；所有水热法处理后飞灰中重金属浸出浓度均低于我国填埋场标准。

采用水热法对飞灰中的进行重金属稳定化和二恶英降解后，飞灰还可作为吸附剂和酸中和剂使用，具有一定的利用价值。因此，水热法是飞灰处理的发展方向。

2.2 资源化利用

飞灰作为危险废物,想对其进行资源化利用，必须考虑到对环境的影响。目前，飞灰处理处置后的产品资源化利用途径主要表现在3个方面：建筑材料、岩土工程用材料与其他行业。

2.2.1 建筑材料

由于飞灰中含有CaO、SiO2、Fe2O3和Al2O3，其组成成分与水泥生产的原料相似，因此，作为替代生产水泥的原料，飞灰可用于生产水泥。郭晓潞等[8]利用城市垃圾焚烧飞灰制复合阿利尼特水泥，研究表明：将阿利尼特水泥熟料80%+石膏5%+MSWI飞灰15%混合在一起，制备成复合阿利尼特水泥，其水化速度快，具有成为一种快硬水泥的潜能。

由于飞灰含有似水泥类物质，因此可以将其制备成混凝土及骨料。鲁刘磊等[9]利用垃圾焚烧飞灰制备超高强混凝土，研究表明，其工作性能良好，且由飞灰制备的超高强混凝土的重金属重金属浸出量均低于国家标准，并不影响使用环境的安全。

蔡可兵[10]以飞灰和废玻璃为主要原料,通过加入发泡剂和改性剂,采用最优化的原料配比和焙烧工艺制备玻璃陶粒，研究表明，其理化性能好,易于再生,它能实现飞灰和废玻璃两种工业固体废弃物的资源化、减量化和无害化处置。

飞灰成分类与沥青混凝土中细骨料相类似，因而可以按一定比例掺入沥青混凝土中。薛永杰等[11]通过大量试验证明，飞灰可以应用于沥青混凝土中。关于由此材料构成的路面对于生态环境的长期影响还要进一步研究。

2.2.2 岩土工程用材料

飞灰和水泥混合而成的材料可以达到路基材料的要求，并且水泥的加入使其水化产物和碱度增大，减少重金属的渗滤，可以达到环保要求，因此可将飞灰作为一种路基材料。

由于飞灰具有快速凝结和硬化的性质，因此可以代替部分石灰和水泥用于构筑堤坝。当飞灰用于堤坝建设时，因其密度比堤坝中其它填充物质小，可以起到减轻地基沉降的作用。但是，飞灰在使用前，一定要先进行预水洗，以免污染止对土壤和地下水。

2.2.3 其他行业

由于飞灰中含有植物养分所需要的钾和磷，因此可以作为化肥替代品。同时，也可以代替石灰作为土壤酸碱度的调节剂。但是不管飞灰是作肥料还是土壤调节剂，其加入量一定要严格控制，并且要考虑重金属和盐类的影响，否则会造成植物或土壤过量的养分和污染物。因此，飞灰在农业领域的应用需进一步地研究。

张国卿初步建立了城市污水污泥与焚烧飞灰协同共处置的应用理论体系，开展了污泥飞灰协同共处置资源化制备水泥熟料的产业化工程示范应用。研究表明，污泥与预处理焚烧飞灰协同处置可以明显降低重金属的浸出毒性；利用石洞口焚烧飞灰水洗预处理生产的焚烧飞灰、污泥焚烧飞灰混合物(干基比污泥:焚烧飞灰=1:3)分别按3%的比例代替水泥原料石灰石，制备的水泥熟料抗压强度高于水泥厂生产质量控制要求[12]。

飞灰还具有高比表面积，以及含有SiO2和Al2O3等矿物质，因此可用于合成人工沸石，用来吸附工业废水中重金属例子和农业废水中的氨离子，或者吸取不同溶解态的离子和分子。由于在合成过程中会产生高浓度重金属残留物，一定要预先控制。

3 结 语

虽然近些年许多城市生活垃圾采用焚烧处理，但飞灰的处理还是要慎重考虑。目前，大部分的飞灰还是采取化学药剂稳定化后，进入填埋场进行填埋处置。因为各地生活垃圾性质、焚烧工艺及净化工艺的不同，需要针对性地选择化学稳定剂，同时还要进一步深入研究和探讨稳定化后飞灰填埋的长期安全性。此外，为了环境和经济的可持续发展，应着重研究焚烧飞灰的资源化利用，在环境要求和经济成本中找到平衡点，开发出合符我国城市生活垃圾焚烧飞灰处理处置的技术，那么距离大规模工程化应用也就不远了。

[1] MARGARIDA J Q,JOAO C B,ROSA M, et al. Treatment and use of air pollution control residues from MSW incineration: An overview[J].Waste Management,2008,28(11):2097-2121.

[2] MICHAEL E B,CARL V,DOMINIK S, et al. An LCA model for waste incineration enhanced with new techonologies for metal recovery and application to the case of Switzerland[J]. Waste Management,2014,34(2):378-389.

[3] 刘彦博,商平,刘汉桥,等.垃圾焚烧飞灰固化/稳定化实验研究[J].环境卫生工程,2010,18(2):15-18.

[4] 兰永辉,方益民,陈浩,等.生活垃圾焚烧飞灰稳定固化的预处理研究[J].广东化工,2013(11):133-134.

[5] 姜玲玲,党文达,钟红春,等.生活垃圾焚烧厂飞灰无害化处理技术的应用[J].环境卫生工程,2013,21(5):45-46,48.

[6] 王金波,秦瑞香,袁茂林,等.复合化学螯合药剂稳定垃圾焚烧飞灰中的重金属[J].化学研究与应用,2013(10):1397-1402.

[7] 马晓军.水热法处理生活垃圾焚烧飞灰中重金属和二恶英的研究[D].杭州:浙江大学,2013.

[8] 郭晓潞,施惠生,吴凯.城市垃圾焚烧飞灰制复合阿利尼特水泥的试验研究[J].新型建筑材料,2013(9):4-7.

[9] 鲁刘磊,欧阳东,徐畏婷,等.垃圾焚烧飞灰制备超高强混凝土[J].混凝土,2010(12):107-110.

[10]蔡可兵.垃圾焚烧飞灰与废弃玻璃综合利用制备玻璃陶粒研究[D].湖南:湖南农业大学,2012.

[11]王威,吴宁.城市生活垃圾焚烧飞灰资源化利用的研究状况[J].北方环境.2013,25(7):27-28.

[12]张国卿.城市污泥与垃圾焚烧飞灰协同共处置及资源化利用探究[D].上海:上海大学,2014.

Fly Ash Processing in Living Garbage Incineration

SURong

(Minxi Vocational and Technical College, Fujian Longyan 364000, China)

At present, Chinese domestic waste incineration fly ash treatment consists of landfill for solidification/stabilization and resource utilization. The solidification/stabilization method mainly includes cement solidification, chemical solidification/stabilization and hydrothermal method. The main performance of resource utilization of fly ash treated in 3 aspects: building materials, materials and other industries for geotechnical engineering. Due to engineering technology, long-term stability, product outlet and limit processing costs, it is still a long distance to large-scale engineering applications.

waste incineration; fly ash; disposal

X799 3

A

1001-9677(2016)024-0104-03