垃圾焚烧发电厂飞灰处理技术

l 垃圾焚烧飞灰对环境的影响

垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧后在热回收利用系统、烟气净化系统收集的物质。飞灰的产量与垃圾种类、焚烧条件、焚烧炉型及烟气处理工艺有关,一般约占垃圾焚烧量的3%~5%左右。分析表明:垃圾焚烧飞灰并不是化学惰性物质,其中有含量较高的能被水浸出的Cd、Pb、Zn、Cr等多种有害重金属物质和盐类,若处理不当,将会造成重金属迁移,污染地下水、土壤及空气。检验结果表明,垃圾焚烧炉会使周边区域内大气中的重金属污染增加20%左右。同时,飞灰中的二恶英也是潜在的重

要环境污染物。由于垃圾焚烧飞灰中的重金属和二恶英等难于自然降解,因此其对环境的影响十分严重。如何安全有效地处置垃圾焚烧飞灰即成为急需解决的环境和社会问题。

2 飞灰处理技术现状

国内外对飞灰中重金属特性研究结构表明;具有高沸点的重金属在燃烧过程中易均匀凝结,从而形成飞灰的核心,而高温下易挥发的重金属会随着温度下降凝结在飞灰的表面,飞灰中重金属随飞灰的粒径减少而增加。飞灰中重金属浸出毒性与飞灰的粒径、表面积、pH 值有关,主要依赖飞灰中重金属存在的形态。Ca(OH)2对Cd、Zn、Cr的溶出有较强的抑制作用,但对Pb有促溶作用。研究认为1000℃高温中加入CaCl2熔融飞灰3h以上,可以降低飞灰中的重金属含量,并使飞灰中重金属的溶出率降低;然而Al和Cr加热处理后,Al的浸出反而增加,主要因为加热处理飞灰后,的形态由铝硅酸盐态转变为可溶性的铝铁氧化物,Cr 的情况也是如此。研究表明在垃圾焚烧中使用活性炭粉末除尘时,焚烧排放尾气中的二恶英浓度比未加活性炭时降低了54%,这说明大量的二恶英转移到了飞灰中。因此,随着国家大气排放标准的严格实施,垃圾焚烧产生的二恶英类将主

要进入飞灰,从而使飞灰的污染控制显得更加重要。

根据垃圾成分的不同,目前国内外对垃圾焚烧飞灰通常采用的处理方法有:①

经过适当处理按危险废物填埋。但处理成本较高;②固化与稳定化。主要有水泥固

化、沥青固化、熔融固化、化学药剂固化稳定化等。经过固化的飞灰,如符合浸出毒性标准的要求,则可以按普通废物填埋处理。其主要作用是使飞灰中的重金属及其污染组分呈现化学惰性或被包容起来,以便运输和处理,并可降低污染物的毒性和减少其向生态圈的迁移率;③将重金属与飞灰分离,分别进行资源化处理、如酸提取、碱提取、生物提取等。本文主要对固化与稳定化进行分析。

2.1 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,而水泥基材料是近2O年来欧美等发达国家应用最广也是最重要的胶结料。

2.1.1 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,最终使粒状的物料变成粘合的混凝土块。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、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。

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,以减少氯离子对固化后砌块的机械性能以及后期重金属离子浸出等问题,这样在很大程度上提高了对飞灰处置场建设和运行的要求,造成成本增加,限制了该方法的应用。

2.1.2 药剂稳定化法

药剂稳定化技术以处理重金属废物为主,目前已经发展了多种重金属稳定化技术,如pH值控制技术、氧化,还原电势控制技术、沉淀技术、吸附技术和离子交换技术等。这类技术目前在垃圾焚烧飞灰稳定化处理方面应用较少,但是一个发展方向。尤其是药剂稳定化与其它稳定化方法相比具有工艺简单、稳定效果好、费用低廉等优点。目前发展较快的螯合型有机重金属稳定化药剂,对包括垃圾焚烧飞灰在内的多种重金属污染物的稳定化处理效果已经得到试验证明。对重金属螯合剂处理垃圾焚烧飞灰进行实验,并与Na2S和石灰处理等效果进行比较,结果表明,螯合剂投加量0.6%时,捕集飞灰中重金属的效率高达97%以上,为达到相同的稳定化效果,螯合剂的使用量要比无机稳定化药剂少得多。同时,通过l4个月的微生物影响实验表明,重金属螯合剂稳定化产物在填埋厂的环境下,其稳定性不受微生物活动的影响。

目前,一般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)、高分子有机稳定剂、铁酸盐、粘土矿物等,磷酸盐处理飞灰后重金属Pb在pH值4~l3范围内浸出很小。

2.1.3 熔融固化技术

(1)烧结法。烧结法是将待处理的危险废物与细小的玻璃质,如玻璃屑、玻璃

粉混合,经混合造粒成型后,在1000~1100℃高温熔融下形成玻璃固化体,借助玻璃体的致密结晶结构,确保固体化的永久稳定。但该方法需充分结合化学稳定和熔融处理工艺才能降低垃圾焚烧飞灰对环境的危害。

(2) 熔融法。熔融法是在燃料炉内利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热到

140O℃左右的高温,使飞灰熔融后经过一定的程序冷却变成熔渣,熔渣可作为建筑材料,实现飞灰减容化、无害化、资源化的目的。熔融固化需要将大量物料加温到熔点以上,无论采用电或其它燃料,需要的能源和费用都相当高。相对于其它处理技术,熔融固化的最大优点是可以得到高质量的建筑材料。

高温处理法具有减容率高、熔渣性质稳定、无重金属等溶出的优点,已受到广泛的关注,国外已研究出多种垃圾焚烧飞灰处理的高温熔融炉,并已在日本和欧洲有少量使用。但采用高温熔融工艺需要消耗大量的能源,同时由于其中的Pb、Cd、Zn 等易挥发重金属元素需进行后续严格的烟气处理,故处理成本很高,只能在经济发达的国家应用。

2.2 湿式化学处理法

飞灰湿式化学处理法有加酸萃取和烟气中和碳酸化法等,该工艺运行成本较低,可回收重金属和盐类,但产生的废水、废气和污泥需要进行必要的处理。目前很少应用。

2.3 安全填埋法

安全填埋法是将垃圾焚烧飞灰在现场进行简单处理后,送入安全填埋场填埋处理的方法,这是目前垃圾焚烧飞灰处理最安全可靠的手段之一。但安全填埋场的建设和运行费用居高不下,垃圾焚烧处理厂难以承受,同时也不能达到减容化和资源化的目的,因此今后会逐渐减少这种方法的应用。

由于长期缺乏科学的管理体系和配套的处置技术,如前所述,相当部分废物未

经处理处于堆存或直接排入环境,造成严重的环境污染。

在危险废物处理处置技术方面,我国已经掌握了一些行之有效的处理处置手段,如物理化学法、固化法及高温焚烧等,其中,稳定化/固化在区域性集中管理系统中占重要的地位,因为经其它无害化、减量化处理的废物,都要全部或部分地经过稳定化/固化处理后,才能进行最终的处置或综合利用。目前已经应用和正在开发的稳定化/固化技术有水泥固化、石灰固化、溶融固化、热塑性固化、自胶结固化、化学药剂稳定化等,其中水泥固化工艺简单、成本低,是最常用的危险废物稳定剂。但由于应用规模较小和资金不足等方面和原因,在成套设备制造质量和生产能力方面和