水电之家讯：焚烧处理是解决日益增长生活垃圾的有效方法,垃圾焚烧产生的飞灰因含有大量的重金属等污染物而属危险废物。介绍了近年来国内外对焚烧垃圾飞灰处理、处置的方法及其研究进展,并对未来垃圾焚烧飞灰处理的发展方向做出了展望。
关键词：环境工程学；垃圾焚烧；飞灰；稳定化处理技术
人类正面临着环境与发展地挑战，目前全世界每天产生的城市生活垃圾（MSW）达2700万吨之多[1]，垃圾问题已成为举世瞩目的主要环境问题。目前我国的垃圾处理采用以填埋为主，堆肥、焚烧为辅的措施,这将占用大量的土地资源。随着垃圾处理技术的发展，具有处理速度快、占地面积小、减量化和无害化效率高，并可回收能源等优点的焚烧处理技术，在一些经济水平较高、垃圾热值高、土地资源有限的城市，将逐渐得到应用。然而，垃圾焚烧所产生的飞灰对环境将产生影响，本文主要介绍国内外对此类飞灰进行处理、处置的方法及其稳定化处理技术。
1垃圾焚烧飞灰特性
生活垃圾焚烧处理后产生的固体残渣大约占垃圾重量的30%-35%，其中底灰占25%-30%，其余是飞灰,占5%左右[2]。飞灰是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。垃圾焚烧产生的底灰中重金属含量较少,尤其挥发性金属如：Pb、Zn、Hg、Cd含量更少,主要是一些亲岩性的金属如：Ni、Cr、Cu等,通常被认为是没有毒害的，可作为原材料进行再利用。如丹麦、荷兰垃圾焚烧底灰90%以上用作停车场、堤坝、路基等的填充材料及混凝土与沥青的骨料，德国和法国分别有60%和45%的焚烧底灰用作路基和市政工程[3]材料。分析表明：垃圾焚烧飞灰并不是化学惰性物质，其中含有能被水浸出的Cd、Pb、Zn、Cr等多种有害重金属物质和盐类。若将焚烧飞灰直接进行填埋或处理不当，在自然环境下由于酸雨等因素的作用，酸性环境下重金属将逐渐渗滤出来，重新进入环境，污染地下水源而危害人类[4]。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。
国内外对飞灰中重金属特性的研究结果表明：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[5]。表1列出了危险废弃物浸出毒性鉴别标准。
表1危险废弃物重金属浸出毒性鉴别标准[6]
2垃圾焚烧飞灰的处理方法
目前国内外对垃圾焚烧飞灰通常采用的处理方法有：(1)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，如满足浸出毒性标准，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它污染组分呈现化学惰性或被包容起来，以便运输和处置，并可降低污染物的毒性和减少其向生态圈的迁移率。(2)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。(3)经过适当处置按危险废物填埋,但处理成本高。上述飞灰处理方法的大部分已经实际应用于生活垃圾焚烧厂，并取得一定效果。本文主要针对固化与稳定化进行分析。
2.1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，一般通过把飞灰、水泥按一定比例混合,加入适量的水，使之固化，从而减少重金属的溶出[7]。该方法是传统的飞灰处理方法，成本低，处理简单。国外在飞灰固化上采用的固定剂除了不同的水硬性的粘合剂(水泥、石灰、高炉渣)外，还用磷酸盐、硫酸亚铁等作为稳定剂，它们能够与重金属反应产生稳定的、不溶于水的化合物，将重金属固定下来。水泥是最常用的危险废物固化剂,因此工程中常采用水泥对焚烧飞灰进行固化处理。
水泥固化的机理：在水泥的水化过程中，金属通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式与水泥发生反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体C-S-H表面，同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境，抑制了重金属的渗滤。
水泥固化方法在一定飞灰掺和比例下是可行的，具备一定的抗压强度，金属渗滤低。然而由于飞灰的副作用，影响水泥的正常水化过程，为达到一定的强度,使飞灰的掺和量受到限制，一般在20%～30%之间，水泥的消耗量大。为了减少水泥的消耗量，降低飞灰水泥固化的成本，国外许多研究工作者从不同的角度，对垃圾焚烧飞灰的水泥固化进行了深入的研究。
Polettini[8]研究了在水泥固化过程中加入Na2SiO3或CaCl2添加剂来减少飞灰对水泥硬化的影响，试验表明对于Si、Al含量高，Na、K含量低的电除尘飞灰,当掺和量在30%时，所得到的混合物的初凝与终凝时间几乎与水泥相似(372min,472min)；当飞灰含量高达50%时，水泥的硬化过程在允许范围内有所延迟。
QianJueshi[9]和KraiwoodKiattikomol[10]研究了飞灰细度及添加剂对混合物强度的影响，采用细飞灰并且加入添加剂对混合物硬度有明显的提高。
袁玲等[11]在研究垃圾焚烧飞灰与矿物掺合料的复合中发现，在宏观上表现出复合胶凝效应，不仅能提高固化体的力学性能，而且对重金属的固化也十分有利。
T.Mangialardi[12]研究指出飞灰经水洗后大部分碱性物质、可溶的硫酸盐及氯化物从飞灰中脱除,用水泥固定时,可大大缩短水泥的凝硬过程,提高飞灰掺和量到75%-90%,所得到的混合物硬度最低值0.6MPa-1.4MPa之间,满足工程填埋的要求。
有学者指出，可以利用燃煤流化床飞灰(FCA)固定垃圾焚烧飞灰。MasashiKamon[13]研究了用燃煤流化床飞灰(FCA)与水泥相结合来固定含盐量
较高的MSW飞灰，因FCA内含有大量的未燃尽碳、石灰、石膏,而石灰、石膏恰好是在飞灰固化过程中促进硬度提高的成分，以飞灰、水泥、FCA及少量添加剂Al2(SO4)3和Ca(OH)2在不同的掺和比例下进行研究。结果表明：用水泥固定时，只是在碱性环境下对重金属的渗滤产生抑制作用，但因飞灰的加入对水泥的硬化产生影响，因此飞灰的掺和量很低；用FCA作为固定剂时,混合物的强度及耐浸泡能力都增强，然而无法抑制早期阶段Cd的渗滤；使用复合固定剂(FCA+水泥)时，从重金属的渗滤到混合物的硬度都能够满足要求。
但Iretskaya等[14]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的影响等问题。
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