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发达国家相比还存在较大的差距，远远不能满足我国危险废物处理工作的实际需要。
2.2生活垃圾焚烧厂飞灰
随着焚烧处理的迅猛发展，焚烧飞灰产量巨大。到2001年底。全国运行和在建的焚烧处理装置超过13，150t/d，按照焚烧飞灰量是焚烧垃圾量的3%估算，每年垃圾焚烧将产生飞灰14万t，而且近几年我国焚烧处理规模以5%的速度递增。预计在2006年我国生活垃圾焚烧处理比例将达到5%，将导致垃圾焚烧飞灰量的快速增加，所以开发适宜的焚烧飞灰处理技术将成为近年来环保领域研究的热点之一。
焚烧飞灰作为一种高比表面物质，它不但富集大量的汞、镉、铅等有毒重金属，而且也富集了大量的二恶英类物质，是一种同时具有重金属危害特性和环境持久性有机毒物危害特性的双料危险废物，对人体健康和生态环境具有极大的危害性。
焚烧飞灰的处理主要包括高温处理、水泥固化处理和湿式化学处理三种。高温处理包括烧结和熔融两种方式。烧结和熔融技术都源于材料领域，烧结从宏观方面来讲，是在高温作用下，固体颗粒获得扩散能量，将大部分甚至全部气孔从晶体中排除，在低于熔点温度下变成致密的烧结体并符合材料特性的要求;烧结温度通常发生在主要成分绝对熔融温度的1/2—1/之间。熔融是在高于飞灰熔点的温度下，飞灰中固体颗粒发生熔融相变，成为液态溶渣，然后经过快速冷却形成致密的玻璃态溶渣，将重金属固化在网络中实现稳定化目的。玻璃态溶渣可以作为建筑材料达到资源化作用。高温处理可以分解破坏绝大部分二恶英类有机污染物并将大部分重金属固化在固体中实现稳定化。相对于水泥固化和化学处理而言，高温处理运行非适中，减量显著，减量可达1/2～1/3，稳定性高，并可实现资源化利用。
欧美发达国家生活垃圾焚烧飞灰中碱金属氯化物含量较低，研究主要集中在利用水泥窑煅烧将飞灰固化作为建筑材料。而日本、韩国等亚洲国家由于生活垃圾塑料类物质含量较高，焚烧飞灰中氯化物，尤其是碱金属氯化物含量较高，水泥固化得到的固化体强度和浸水性较差，重金属的长期固定效果差，因此，在日韩国家，研究主要集中在高温处理，尤其是在熔融玻璃化方面。
2.3含重金属的废物
由于在各类危险废物中，重金属废物占有很大的比例，它们以各种各样的方式危害环境。在处理中，除了一部分可回收利用外，其于大部分都需要进行稳定化处理，以达到无害化的目的。有些冶金行业固体废物由于含有可浸出的重金属等污染物质，不能直接排放环境，在最终环境无害化处置前也应进行固化预处理。常规的技术种类(如应用最多的水泥固化或石灰固化法)很多，但在用于重金属废物处理时都有局限性，特别是受PH值变化的影响，当PH值较低时，重金属废物处理时都有局限性，特别是受PH值变化的影响，当PH值较低时，重金属离子会再溶出，没有达到长期稳定化的目的，在最终处置时，将会产生二次污染，增加水泥石灰等固然可以提高稳定性和降低浸出率，但处理费用和固化后的体积也随之增加。
固化稳定剂在国外已有广泛应用，如美国Chongx公司稳定技术不仅可处理无机物也可以处理一些有机物;可处理固态废物也可以处理液态废物。该技术早在1976年就获专利。台湾采用“超水泥固化剂(M.S.K)”也是在水泥中加稳定剂，比应用一般水泥费用要节约250%。国外已有一种流动处理危险废物车，配备仪器和稳定剂及搅拌器，定期赴厂矿。将其需处理的危险污泥等就地处理。
近年来，应用合成的重金属螯合剂在处理重金属废物方面，取得了明显的进展。这些螯合剂一般是高分子链上有二硫代羧基官能团以离子键和共价键的形式捕集废物中的重金属离子，生成的稳定化的产物是一种空间网状的高分子螯合物，可以实现废物处理时少增容或不增容，从而提高处理系统的效率和经济合理性。要注意的是，固化剂的选择和配方应根据每种污泥或废渣所含的重金属化学成分的不同来选择，不能干篇一律的采用同一配方。
我国对贫杂矿的利用极其有限，此外，对某些金属原矿中伴生的其它金属矿物或有用成分全部回收起来，因此，在被丢弃的固体废物中常常还有许多一定含量的金属矿物，由于淋溶产生的重金属离子对水体和土壤都造成了严重污染，严重破坏了生态环境。目前这是环境保护研究中的一个重要课题。
重金属稳定飞灰工艺流程
焚烧飞灰的处理方法，是采用螯合树脂作为重金属稳定剂和粘合剂，推荐配比(重量比)：
飞灰：螯合剂：水=100：3：25
该方法包括以下步骤：
1 ) 根据最终处置条件和污染控制标准确定螯合剂剂量;根据焚烧飞灰的粉体性质及捏合要求的强度特性确定需水量，一般需水量为飞灰量的25%;
2 ) 根据确定的螯合剂剂量和需水量稀释螯合剂溶液，所得的稀释溶液浓度为4%~20%;
3 ) 将该稀释溶液与焚烧飞灰在反应捏合机中反应1~3分钟，反应后的混合料即为稳定化产物,直接运往生活垃圾填埋场进行填埋处置。
本工艺处理焚烧飞灰，废物增容率小，一般不超过2%，节约了填埋库容，降低了处理成本。稳定化产品无需特殊养护，力学性能满足填埋场处理要求。重金属和二噁英被稳定后在填埋场中不会再次溶出，安全无风险，完全满足现行《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中所规定的生活垃圾焚烧飞灰稳定化处理的入场要求，彻底解决目前焚烧飞灰无处消纳的难题。
<编辑.陈众>
关注微信
