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摘要:随着垃圾焚烧处理技术日益广泛的应用,垃圾焚烧飞灰的稳定化处置和资源化利用成为一个亟待解决的问题。本文结合国内相关研究,本文对垃圾焚烧飞灰的稳定化处置和资源化利用技术分别进行了综合论述,展望了焚燒飞灰处理的未来研究方向。
关键词:生活垃圾;飞灰;稳定化;资源化
中图分类号： R124 文献标识码： A
1 前言
生活垃圾焚烧处理速度快，占地面积少，减量化和无害化效果显著，使得生活垃圾焚烧技术在城市生活垃圾处理处置中所占的比例也越来越高。在我国用地紧张的城市如深圳、上海、北京、常州等率先得到了应用，焚烧生活垃圾量已达13000t/d[ 1 ]。这些焚烧厂将产生焚烧垃圾5%-10%左右的焚烧飞灰。通常一个中等垃圾焚烧厂日处理能力约为2500t/d，年飞灰产量约为3万吨。垃圾飞灰处理成为我们必须面临的问题.目前,国内对垃圾焚烧产生的废物处理和资源化研究主要集中于焚烧炉渣上,对于飞灰处理利用的研究报道不多。本文探讨了飞灰的固化/稳定化处置以及资源化利用技术的研究发展方向。
2焚烧飞灰的稳定化处置
2.1水泥固化
水泥是一种最常用的危险废物稳定剂。该技术是将飞灰和水泥混凝土混合形成
固态,经水化反应后形成坚硬的水泥固化体,从而达到降低飞灰中危险成分浸出的效果[ 2 ] ,其基本原理在于通过固化包容,减少飞灰的表面积和降低其可渗透性,达到稳定化、无害化的目的。水泥固化因其设备、操作要求简单和固化费用相对较低而得到广泛应用。但水泥固化处理后的增容量大,而且若飞灰中含有阻碍水泥正常凝结的成分时,常会发生固化体强度低、有害物质浸出率高等问题。研究表明,水泥固化前将飞灰预洗,会大大增强固化体强度,降低固化体的浸出毒性[ 3 ] 。在水泥固化时加入EDTA,对固化体的浸出毒性几乎没有任何影响[ 4 ] 。
2.2化学药剂稳定化
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。用药剂稳定化技术处理危险废物,可以在实现废物无害化的同时达到废物少增容或不增容,从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性。根据废物中所含重金属的种类,可以采用的稳定化药剂有:石膏、磷酸盐、漂白粉、硫化物(硫代硫酸钠、硫化钠)和高分子有机稳定剂等。
化学药剂主要通过3种机理起作用:(1)对飞灰pH值进行调整,使重金属离子达到最小溶解度的范围;(2)根据所选化学药剂成分的不同,分别与重金属产生不同类型的化学反应,从而把重金属由固相浸取到液相中,降低飞灰中的重金属含量或者通过与飞灰中重金属生成不同的沉淀物而达去除重金属的目的;(3) 通过对特定重金属离子的吸附作用,达到去除重金属的效果[ 6 ] 。
2.3熔融固化
由于飞灰中的二噁英需要在很高温度下才能被完全分解,因此从安全角度出发,飞灰高温熔融玻璃化处理是目前国际上公认的最安全的处理方法。熔融固化技术是将待处理的危险废物与细小的玻璃质混合,在1 000～1 400 ℃高温熔融一段时间,通常为30 min左右,待飞灰的物理和化学状态改变后,降温使其固化,形成玻璃固化体,借助玻璃体的致密结晶结构,确保固化体永久稳定。熔融固化处理有很好的减重、减容效果, 1 500 ℃时,氯化物基本上都挥发出来,因此飞灰一般可以减重2 /3左右。同时熔融后重金属被牢固地束缚在SiO2 硅氧四面体组成的网络结构中,浸出率很低,可以满足目前的浸出标准。在1400℃左右,飞灰中的PCDDs/PCDFs可以被降解。
2.4进入填埋场进行最终处置
中国的《危险废物污染防治技术政策》(国家环保总局, 2001)中第9条对飞灰的规定:生活垃圾焚烧产生的飞灰必须单独收集,不得与生活垃圾、焚烧残渣等其它废物混合;不得与其它危险废物混合;不得在产生地长期贮存;不得进行简易处置及排放。生活垃圾焚烧飞灰在产生地必须进行必要的固化和稳定化处理之后方可运输。生活垃圾焚烧飞灰经过各种稳定化处理后,最终需进行安全填埋处置。
3焚烧飞灰的资源化利用
对垃圾焚烧飞灰进行某种资源化利用,需要考虑以下三个因素: (1)飞灰本身的物理化学性质是否适于采用该种资源化处置手段。(2)经过该种资源化处置后,所得的最终产品是否具有良好的性能,具备实用性、市场可行性和经济性。(3)该种资源化处置手段能否对飞灰起到稳定化作用,消除其对环境的危害。根据上述要求,目前国际上飞灰资源化处置的研究方向主要有以下几方面。
3.1利用飞灰为主要原料制备建筑材料
3.1.1制备水泥
水泥是一种水硬性粉末状物质。水泥的制备通常是由石灰石、粘土以及一些含硅铝质的材料混合后,在高温(1540～1600 ℃)下煅烧而成。由于飞灰中含有大量的Al2O3、SiO2 以及CaO 等物质,飞灰还适用于制备低能水泥,也称硫铝酸钙水泥。这是一种能在低温下合成的特殊水泥,具备强度高、硬化快的特点。
3.1.2制备陶瓷
由于飞灰中含有大量的SiO2 ,且具备陶瓷生产的粒度,所以利用飞灰制备陶瓷也是飞灰资源化利用的一个重要方向。
3.1.3制备玻璃
在发达国家尤其是日本,玻璃化是处理垃圾飞灰的一种常见方法。飞灰在玻璃化过程中,有机组分和有毒物质被破坏,去毒率超过99. 9%,同时,重金属可能密封在硅酸盐基体中,或者蒸发或沉淀而分离。
3.2作路面替代骨料
飞灰经过预处理后(主要是洗去或稳定化其中的有害物质),可替代骨料中部分的砂子和水泥。在美国、日本及欧洲一些国家,采用飞灰或飞灰和炉渣混合物作为石油沥青铺装路面的替代骨料已有所应用。
3.3利用飞灰作为土壤改进剂
飞灰中富含植物生长所需的P和K元素,因此,有学者研究用其替代部分肥料投入土壤中,从而促进农作物的生长。在经过用飞灰改善过的土壤生长出来的植物,比没有改善过的大1.5～210倍,也比单独用P肥或K肥改善过的要大。除此之外, 由于飞灰中CaO含量较高,碱度高,可以用其替代石灰投加到酸度较高的土壤中,改善土壤性质。
3.4利用飞灰做污泥调节剂
来源于污水处理厂的污泥含水量极高(大于95%) ,需对其进行脱水处理。压滤脱水是常用的办法之一。但是废水中含有的少量油份会使得脱水困难。飞灰可以作为化学调节剂调节污泥结构,降低过滤阻力,加快压滤过程。
4结论
中国生活垃圾焚烧处理正得到越来越广泛的应用,焚烧产生的大量飞灰污染性强,必须妥善处理。可以从下列几个方面进行改进: (1）开发先进的焚烧炉,并加强对入炉垃圾的控制;（2）开发稳定效果好、处理成本低的化学稳定剂以减少垃圾焚烧飞灰中重金属的迁移; （3）开发安全可靠、能耗低效益好的资源化技术,资源化处理垃圾焚烧飞灰,变废为宝。
参考文献
[ 1 ] 张瑞娜,赵由才,许实. 生活垃圾焚烧飞灰的处理处置方法[ J ]. 苏州科技学院学报(工程技术版) , 2003, 16 (1) : 22.
[ 2 ] Masashi Kamon, Takeshi Katsumi, Youichi Sano. MSW Fly Ash Stabilized with CoalAsh for GeotechnicalApp lication[J].Journal of Hazardous Materials, 2000, 76 (2,3) : 265 - 283.
[ 3 ] Zhao Youcai, Song Lijie, Li Guojian. Chemical Stabilization of MSW Incinerator Fly Ashes [ J ]. Journal of HazardousMateri2als, 2002, 95 (1 - 2) : 47 - 63.
[ 4 ] Kosson D S, Kosson T T, van der Sloot H A. Evaluation of So2lidification /Stabilization Treatment Processes for Municipal Waste Combustion Residues ( Project Summary) [ R ] ( EPA /600 /SR - 93 /167) . Washington D. C: USEPA, 199311 - 8.
[ 5 ] Kuang Ye Chen, Paul Bishop, Jerry Isenburg. LeachingBoundary in Cement 2 based Waste Forms [ J ]. Journal of HarzardousMaterials, 1990, 30 (3) : 298 - 306.
[ 6 ] 罗春晖,刘振鸿,何琛. 城市生活垃圾焚烧飞灰的稳定化 技术[ J ]. 东华大学学报(自然科学版) , 2004, 30 (2) : 130.
[ 7 ] ChandlerA J, Eighmy T T, Hartlen J, et al. Municipal Solid Waste Incinerator Residues [M ]. The Netherlands: Elsevier Science B V, 19971450 - 472.
关键词:生活垃圾;飞灰;稳定化;资源化
中图分类号： R124 文献标识码： A
1 前言
生活垃圾焚烧处理速度快，占地面积少，减量化和无害化效果显著，使得生活垃圾焚烧技术在城市生活垃圾处理处置中所占的比例也越来越高。在我国用地紧张的城市如深圳、上海、北京、常州等率先得到了应用，焚烧生活垃圾量已达13000t/d[ 1 ]。这些焚烧厂将产生焚烧垃圾5%-10%左右的焚烧飞灰。通常一个中等垃圾焚烧厂日处理能力约为2500t/d，年飞灰产量约为3万吨。垃圾飞灰处理成为我们必须面临的问题.目前,国内对垃圾焚烧产生的废物处理和资源化研究主要集中于焚烧炉渣上,对于飞灰处理利用的研究报道不多。本文探讨了飞灰的固化/稳定化处置以及资源化利用技术的研究发展方向。
2焚烧飞灰的稳定化处置
2.1水泥固化
水泥是一种最常用的危险废物稳定剂。该技术是将飞灰和水泥混凝土混合形成
固态,经水化反应后形成坚硬的水泥固化体,从而达到降低飞灰中危险成分浸出的效果[ 2 ] ,其基本原理在于通过固化包容,减少飞灰的表面积和降低其可渗透性,达到稳定化、无害化的目的。水泥固化因其设备、操作要求简单和固化费用相对较低而得到广泛应用。但水泥固化处理后的增容量大,而且若飞灰中含有阻碍水泥正常凝结的成分时,常会发生固化体强度低、有害物质浸出率高等问题。研究表明,水泥固化前将飞灰预洗,会大大增强固化体强度,降低固化体的浸出毒性[ 3 ] 。在水泥固化时加入EDTA,对固化体的浸出毒性几乎没有任何影响[ 4 ] 。
2.2化学药剂稳定化
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。用药剂稳定化技术处理危险废物,可以在实现废物无害化的同时达到废物少增容或不增容,从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性。根据废物中所含重金属的种类,可以采用的稳定化药剂有:石膏、磷酸盐、漂白粉、硫化物(硫代硫酸钠、硫化钠)和高分子有机稳定剂等。
化学药剂主要通过3种机理起作用:(1)对飞灰pH值进行调整,使重金属离子达到最小溶解度的范围;(2)根据所选化学药剂成分的不同,分别与重金属产生不同类型的化学反应,从而把重金属由固相浸取到液相中,降低飞灰中的重金属含量或者通过与飞灰中重金属生成不同的沉淀物而达去除重金属的目的;(3) 通过对特定重金属离子的吸附作用,达到去除重金属的效果[ 6 ] 。
2.3熔融固化
由于飞灰中的二噁英需要在很高温度下才能被完全分解,因此从安全角度出发,飞灰高温熔融玻璃化处理是目前国际上公认的最安全的处理方法。熔融固化技术是将待处理的危险废物与细小的玻璃质混合,在1 000～1 400 ℃高温熔融一段时间,通常为30 min左右,待飞灰的物理和化学状态改变后,降温使其固化,形成玻璃固化体,借助玻璃体的致密结晶结构,确保固化体永久稳定。熔融固化处理有很好的减重、减容效果, 1 500 ℃时,氯化物基本上都挥发出来,因此飞灰一般可以减重2 /3左右。同时熔融后重金属被牢固地束缚在SiO2 硅氧四面体组成的网络结构中,浸出率很低,可以满足目前的浸出标准。在1400℃左右,飞灰中的PCDDs/PCDFs可以被降解。
2.4进入填埋场进行最终处置
中国的《危险废物污染防治技术政策》(国家环保总局, 2001)中第9条对飞灰的规定:生活垃圾焚烧产生的飞灰必须单独收集,不得与生活垃圾、焚烧残渣等其它废物混合;不得与其它危险废物混合;不得在产生地长期贮存;不得进行简易处置及排放。生活垃圾焚烧飞灰在产生地必须进行必要的固化和稳定化处理之后方可运输。生活垃圾焚烧飞灰经过各种稳定化处理后,最终需进行安全填埋处置。
3焚烧飞灰的资源化利用
对垃圾焚烧飞灰进行某种资源化利用,需要考虑以下三个因素: (1)飞灰本身的物理化学性质是否适于采用该种资源化处置手段。(2)经过该种资源化处置后,所得的最终产品是否具有良好的性能,具备实用性、市场可行性和经济性。(3)该种资源化处置手段能否对飞灰起到稳定化作用,消除其对环境的危害。根据上述要求,目前国际上飞灰资源化处置的研究方向主要有以下几方面。
3.1利用飞灰为主要原料制备建筑材料
3.1.1制备水泥
水泥是一种水硬性粉末状物质。水泥的制备通常是由石灰石、粘土以及一些含硅铝质的材料混合后,在高温(1540～1600 ℃)下煅烧而成。由于飞灰中含有大量的Al2O3、SiO2 以及CaO 等物质,飞灰还适用于制备低能水泥,也称硫铝酸钙水泥。这是一种能在低温下合成的特殊水泥,具备强度高、硬化快的特点。
3.1.2制备陶瓷
由于飞灰中含有大量的SiO2 ,且具备陶瓷生产的粒度,所以利用飞灰制备陶瓷也是飞灰资源化利用的一个重要方向。
3.1.3制备玻璃
在发达国家尤其是日本,玻璃化是处理垃圾飞灰的一种常见方法。飞灰在玻璃化过程中,有机组分和有毒物质被破坏,去毒率超过99. 9%,同时,重金属可能密封在硅酸盐基体中,或者蒸发或沉淀而分离。
3.2作路面替代骨料
飞灰经过预处理后(主要是洗去或稳定化其中的有害物质),可替代骨料中部分的砂子和水泥。在美国、日本及欧洲一些国家,采用飞灰或飞灰和炉渣混合物作为石油沥青铺装路面的替代骨料已有所应用。
3.3利用飞灰作为土壤改进剂
飞灰中富含植物生长所需的P和K元素,因此,有学者研究用其替代部分肥料投入土壤中,从而促进农作物的生长。在经过用飞灰改善过的土壤生长出来的植物,比没有改善过的大1.5～210倍,也比单独用P肥或K肥改善过的要大。除此之外, 由于飞灰中CaO含量较高,碱度高,可以用其替代石灰投加到酸度较高的土壤中,改善土壤性质。
3.4利用飞灰做污泥调节剂
来源于污水处理厂的污泥含水量极高(大于95%) ,需对其进行脱水处理。压滤脱水是常用的办法之一。但是废水中含有的少量油份会使得脱水困难。飞灰可以作为化学调节剂调节污泥结构,降低过滤阻力,加快压滤过程。
4结论
中国生活垃圾焚烧处理正得到越来越广泛的应用,焚烧产生的大量飞灰污染性强,必须妥善处理。可以从下列几个方面进行改进: (1）开发先进的焚烧炉,并加强对入炉垃圾的控制;（2）开发稳定效果好、处理成本低的化学稳定剂以减少垃圾焚烧飞灰中重金属的迁移; （3）开发安全可靠、能耗低效益好的资源化技术,资源化处理垃圾焚烧飞灰,变废为宝。
参考文献
[ 1 ] 张瑞娜,赵由才,许实. 生活垃圾焚烧飞灰的处理处置方法[ J ]. 苏州科技学院学报(工程技术版) , 2003, 16 (1) : 22.
[ 2 ] Masashi Kamon, Takeshi Katsumi, Youichi Sano. MSW Fly Ash Stabilized with CoalAsh for GeotechnicalApp lication[J].Journal of Hazardous Materials, 2000, 76 (2,3) : 265 - 283.
[ 3 ] Zhao Youcai, Song Lijie, Li Guojian. Chemical Stabilization of MSW Incinerator Fly Ashes [ J ]. Journal of HazardousMateri2als, 2002, 95 (1 - 2) : 47 - 63.
[ 4 ] Kosson D S, Kosson T T, van der Sloot H A. Evaluation of So2lidification /Stabilization Treatment Processes for Municipal Waste Combustion Residues ( Project Summary) [ R ] ( EPA /600 /SR - 93 /167) . Washington D. C: USEPA, 199311 - 8.
[ 5 ] Kuang Ye Chen, Paul Bishop, Jerry Isenburg. LeachingBoundary in Cement 2 based Waste Forms [ J ]. Journal of HarzardousMaterials, 1990, 30 (3) : 298 - 306.
[ 6 ] 罗春晖,刘振鸿,何琛. 城市生活垃圾焚烧飞灰的稳定化 技术[ J ]. 东华大学学报(自然科学版) , 2004, 30 (2) : 130.
[ 7 ] ChandlerA J, Eighmy T T, Hartlen J, et al. Municipal Solid Waste Incinerator Residues [M ]. The Netherlands: Elsevier Science B V, 19971450 - 472.