垃圾焚燒飛灰成型新技術(shù)與設備研究

垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)作為垃圾減量化處理的有效方法之一，是將垃圾放在焚燒爐中進行燃燒，釋放出熱能，余熱回收可供熱或發(fā)電。煙氣凈化后排出，少量剩余殘渣排出填埋或作其他用途。焚燒處理技術(shù)特點是處理量大、減容性好、無害化徹底，且有熱能回收作用。因此，對生活垃圾實行焚燒處理是無害化、減量化和資源化的有效處理方式。世界各國普遍采用這種垃圾處理技術(shù)。隨著我國垃圾焚燒處理的迅猛發(fā)展，焚燒飛灰產(chǎn)量巨大，開發(fā)焚燒飛灰處理技術(shù)將成為近年來環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點之一。垃圾焚燒飛灰是指在垃圾焚燒廠的煙氣凈化系統(tǒng)（APC）中收集而得的殘余物，一般包括除塵器飛灰和吸收塔飛灰。飛灰中含有煙道灰、加入的化學藥劑及化學反應產(chǎn)物。焚燒飛灰作為一種高比表面積物質(zhì)，它不但富集大量的汞、鉛和鎘等有毒重金屬，而且也富集了大量的二噁英類物質(zhì)，是一種同時具有重金屬危害特性和環(huán)境持久性有機毒性無危害特性的雙料危險廢物，對人體健康和生態(tài)環(huán)境具有極大的危害性
但由于垃圾焚燒飛灰中含有較高濃度的二噁英和重金屬，屬于危險固體廢棄物，直接填埋會對周邊環(huán)境造成嚴重二次污染，因此，需要對垃圾焚燒飛灰進行無害化處理處置。
目前飛灰處理處置方法主要有：固化/穩(wěn)定化，包括水泥固化、瀝青固化、熔融固化、化學藥劑固化/穩(wěn)定化，固化體達到浸出標準后填埋或資源化利用；將重金屬提取，包括酸提取、堿提取、生物及生物制劑提取、高溫提取，提取后對重金屬可以進行資源化利用。本文研究了城市生活垃圾焚燒飛灰的成型特性及可加工機理，對利用擠壓設備對固化后飛灰成型工藝和設備進行了試用研究，形成了系列飛灰成型設備
1飛灰的物理、化學性質(zhì)
飛灰是含水率很低的細小塵粒，呈淺灰色粉末狀。一般所取灰樣的含水率為10%~23%，熱灼減率為34%~51%。飛灰的粒徑大小不均，是由顆粒物、反應產(chǎn)物、未反應產(chǎn)物和冷凝產(chǎn)物聚集而成的不規(guī)則物體，但總的來說，粒徑較小，基本在100μm以下，表面粗糙，呈多角質(zhì)狀（irregular angularity），孔隙率較高，比表面積較大，使Pb和Cd等易揮發(fā)性金屬易在其表面凝結(jié)富集。焚燒飛灰的主要化學成分如下：SiO224.5%，F(xiàn)e2O34.01%，Al2O37.42%，TiO20.62%，CaO33.37%，MgO2.72%，SO312.03%，CaO0.5%，Cl10.56%。從中可以看出，焚燒飛灰中的主要化學成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3。
2飛灰的重金屬含量及浸出毒性
固體廢物的浸出毒性是判別廢物是否有害的重要依據(jù)。我國某垃圾焚燒廠重金屬浸出毒性見表1，從表1中可以看出焚燒飛灰浸出液中Zn、Pb、Cd和Cr的濃度高于固體廢物浸出毒性鑒別標準。正是因為這一點使焚燒飛灰被普遍認為是一種危險廢物，必須對此進行穩(wěn)定化處理。
從表1中可以看出，焚燒飛灰中各種重金屬的含量大不相同，其中Zn、Pb、Cu、Cr和Cd等有害物質(zhì)濃度較高。這與焚燒溫度和各種重金屬物質(zhì)的蒸發(fā)點有關(guān)，蒸發(fā)點低于焚燒溫度的重金屬物質(zhì)全部能蒸發(fā)出來，進入煙氣。煙氣中的重金屬物質(zhì)，隨煙氣溫度的降低凝結(jié)成均勻的小顆粒并凝結(jié)于煙氣中的煙塵上，最后一起被煙氣除塵設備捕集下來形成焚燒飛灰。3垃圾焚燒飛灰的處理技術(shù)現(xiàn)狀
隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化水平和人民生活水平的不斷提高，城市垃圾產(chǎn)生量與日俱增。城市生活垃圾的基本處理方式有填埋、焚燒和堆肥。其中，焚燒法可使垃圾減容90%，減量75%，可以殺死所有的病原微生物和寄生蟲卵，產(chǎn)生的熱能可以回收利用，能夠最大限度地實現(xiàn)生活垃圾的減量化、無害化、資源化，而且占用土地資源最少。焚燒法對于持續(xù)、穩(wěn)定、安全、可靠地消納大量的城市生活垃圾，改善城市人的居住環(huán)境，保障經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，無疑起著重要作用。
然而，垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰中含有大量的有毒重金屬（Cr，Pb，Cu等），屬于國家規(guī)定的危險廢物，在進入危險廢物填埋場之前必須經(jīng)過穩(wěn)定化/固化處理。目前國內(nèi)垃圾焚燒飛灰處理技術(shù)普遍采用加螯合劑固化后進入填埋場分區(qū)填埋。
目前，國內(nèi)垃圾焚燒飛灰的處理技術(shù)是采用主要依賴有機或無機螯合劑固定重金屬，檢測合格后進入填埋場分區(qū)填埋。使用的設備及處置流程是強力攪拌、轉(zhuǎn)運、暫存等。在上述環(huán)節(jié)中，均存在少量的飛灰二次污染，尤其是飛灰的暫存、轉(zhuǎn)運等工作，由于飛灰中的水分丟失，到達填埋廠后不能隨時覆蓋，又會造成風吹擴散。為了實現(xiàn)垃圾焚燒全過程環(huán)境風險控制，研發(fā)和推廣飛灰成型技術(shù)與設備非常必要。
針對飛灰固化后成型，國內(nèi)規(guī)模較大的垃圾焚燒處理廠也在進行一些有益的嘗試。比如采用的噸袋包裝、大砌塊等方式。見下圖：

飛灰造粒技術(shù)與設備鮮有報道，我們在充分市場調(diào)研技術(shù)上確定研發(fā)飛灰成型的造粒技術(shù)與系列設備。
幾種成型技術(shù)與設備優(yōu)缺點對比表：

在研發(fā)造粒設備過程中，我們分別通過使用成型設備結(jié)構(gòu)、飛灰中水分及螯合劑摻比、擠壓力、擠壓速度等方面入手，收集成型率和連續(xù)運行不堵塞試驗數(shù)據(jù)，通過實驗對比數(shù)據(jù)，以成型60*30mm扁圓形顆粒成功率最高，且方便堆放與運輸。飛灰螯合劑加入不能超過3%，水分30%最佳；擠壓力與球的硬度相關(guān)，為了提高成球率，壓縮比60∽70%。成型模具表面采用特殊高分子不沾灰材料處理，確保在連續(xù)生產(chǎn)過程中不沾灰、不堵塞。
為了實現(xiàn)飛灰運輸過程中的安全，要求球團具有一定的強度，經(jīng)過對比和測試，球團經(jīng)過24小時后，由于水分的散失和擠壓力的原因，變得異常堅硬，不會產(chǎn)生破碎。

成型后堆放以前的堆放狀態(tài)

4結(jié)束語
我國現(xiàn)有垃圾焚燒廠含有重金屬、二噁英等的垃圾焚燒灰，堆存或簡單處理極易造成嚴重的環(huán)境污染，應發(fā)展適宜的焚燒灰成型處理配套設施。
由于中國的生活垃圾未進行分類收集的，垃圾焚燒灰與國外有一定的區(qū)別，不能直接引進外國技術(shù)，應結(jié)合垃圾焚燒灰的組成、生活垃圾處理規(guī)模、能量來源、建設投資費、運行費用、操作復雜性等方面來綜合考慮，使用符合中國國情的飛灰處置技術(shù)與裝備，做到安全、經(jīng)濟、實用、可靠。（作者單位：光大國際環(huán)保能源濰坊有限公司，262737）