生活垃圾焚燒飛灰固化處理的工程實(shí)踐

　　焚燒因其良好的減容效果和能源回收利用等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為上海、廣州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市處理垃圾的首選技術(shù)，伴隨而來(lái)的焚燒飛灰的安全處置也成為熱點(diǎn)問(wèn)題。焚燒飛灰因其含有較高浸出濃度的鉛、鎘等重金屬，在進(jìn)入最終處置之前必須經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化/固化處理。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多高校如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等對(duì)飛灰特性及其處理技術(shù)展開(kāi)了深入的研究，但這些研究大多數(shù)只局限于實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模，而對(duì)于工程規(guī)模的相關(guān)報(bào)道則很少。

　　我們以廣州市李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠采用水泥固化工藝處理飛灰的工程實(shí)例，研究了水泥和飛灰的最佳配比、飛灰固化塊的重金屬浸出濃度及其長(zhǎng)期安全性問(wèn)題。

　　1 工程概況
　　廣州市李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠是國(guó)內(nèi)惟一采用中溫次高壓參數(shù)的垃圾焚燒廠，位于白云區(qū)太和鎮(zhèn)永興村，自2006年年初投入使用以來(lái)，日處理能力1040t。焚燒尾氣采用半干法+布袋除塵器的處理工藝，飛灰日產(chǎn)生量約45t，相當(dāng)于垃圾焚燒量的4%-5%。

　　2 處理工藝
　　飛灰處理工藝流程見(jiàn)圖1。首先將焚燒飛灰轉(zhuǎn)移到固化站的飛灰塔中，通過(guò)螺旋給料機(jī)將其定量卸入攪拌機(jī)中，然后加入一定比例的水泥、固化劑，物料充分?jǐn)嚢韬螅谷攵ㄐ湍＞咧?，料漿在干化區(qū)中固化48h后，用叉車將其吊進(jìn)專用運(yùn)輸車，最后運(yùn)往符合環(huán)保要求的處置場(chǎng)地暫存。

　　3 材料及方法
　　工程所用水泥為市售32.5級(jí)硅酸鹽水泥。進(jìn)行條件實(shí)驗(yàn)時(shí)，向一定量的飛灰中加入不同比例的水泥和輔助材料，得到一系列的飛灰固化體樣品，分別進(jìn)行編號(hào)NO.1-NO.2如表1所示。固化體被送往某分析測(cè)試中心，按照GB5086.1—1997固體廢物浸出毒性浸出方法進(jìn)行浸出毒性實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)指標(biāo)包括Hg、Cd、Pb、Cr6⁺。

　　4 處理結(jié)果與分析
　　4.1 原灰的浸出毒性
　　表2為原灰的浸出毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表2可知：由于生活垃圾組分的不均勻性，垃圾中所含重金屬在焚燒過(guò)程中的揮發(fā)程度也不相同，造成不同采樣時(shí)間的樣品所檢測(cè)的結(jié)果也有很大的差別。但是，.個(gè)飛灰樣品浸出液中重金屬濃度有一個(gè)特點(diǎn)，除Cd外其余.種都超出了GB5085.32—1996危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)的限值，按我國(guó)的法律規(guī)定，應(yīng)屬于危險(xiǎn)廢物的范疇。

　　4.2 水泥添加比例的確定
　　圖2為不同水泥飛灰比的重金屬浸出濃度。從圖2可知：當(dāng)水泥與飛灰的比例為0.48時(shí)，4種重金屬的浸出濃度最低，但要保證飛灰固化處理后沒(méi)有浸出毒性，且降低固化體的增容比，水泥的摻入比例為/- ..時(shí)最佳，因此在實(shí)際生產(chǎn)中采取該配比。

　　4.3 焚燒飛灰固化工藝的運(yùn)行結(jié)果
　　自廣州市李坑垃圾焚燒發(fā)電廠試運(yùn)行1a以來(lái)，整個(gè)固化工藝簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果良好。飛灰固化體取樣頻率為每天1次，表3給出了2006年9月1日至9月8日飛灰固化體的浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表3可以看出，焚燒飛灰固化體浸出液中Hg、Cd、Pb、Cr6+的濃度均低于固體廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)的限值，表明水泥對(duì)飛灰中的重金屬起到很好的固定作用。固化過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)：養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)飛灰固化體的固化效果也有一定的影響，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，固化體的抗壓強(qiáng)度逐步提高，3天抗壓強(qiáng)度為1 MPa，28天抗壓強(qiáng)度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固化體填埋所要求的抗壓強(qiáng)度0.5MPa。

　　4.4水泥固化機(jī)理分析
　　對(duì)于水泥固化飛灰中重金屬的機(jī)理，可能發(fā)生以下的綜合作用：
　　1)物理包膠作用。水泥水化產(chǎn)物(如C₂S₂H凝膠)的孔隙極小，滲透性極低，能把污染物各個(gè)顆粒裹限于其中，致使其中污染物的濾出易達(dá)到環(huán)境所允許的范圍。

　　2)物理吸附。水泥水化產(chǎn)物的微孔數(shù)量多，其晶體顆粒極小，具有很大的表面積，能大量吸附重金屬離子。

　　3)復(fù)分解沉淀反應(yīng)。飛灰與水泥的混合料漿堿性很強(qiáng)，能使許多重金屬離子Cd²⁺、Pb²⁺、Cr⁶⁺等)在固化物的微孔隙中發(fā)生復(fù)分解沉淀反應(yīng)，形成低溶解度的氫氧化物沉淀，從而阻止重金屬污染物浸出。

　　4)同晶置換作用。水泥水化產(chǎn)物為層狀硅酸鹽，許多重金屬陽(yáng)離子能替換其晶格中的Ca²⁺、Al³⁺、Si⁴⁺，從而被牢固地束縛。

　　5 飛灰固化體的長(zhǎng)期安全性問(wèn)題
　　經(jīng)過(guò)成分分析，飛灰中氯鹽含量較高，氯鹽的大量存在對(duì)水泥固化有明顯的干擾作用。另外，飛灰對(duì)水泥的硬化、抗壓強(qiáng)度等方面也存在負(fù)面影響，這可能是飛灰的粒徑分散度大、無(wú)機(jī)鹽(氯化物，硫化物)以及堿性物質(zhì)含量高所造成的；在飛灰水泥漿中發(fā)現(xiàn)一種類似于硅鋁釩的物質(zhì)，可以導(dǎo)致固化體的抗壓強(qiáng)度大大降低。這些因素必將影響飛灰固化體長(zhǎng)期性能穩(wěn)定，對(duì)此還需要進(jìn)行深入的研究。另外，采用水泥固化工藝勢(shì)必大大增加處理產(chǎn)物的體積，造成最終處置場(chǎng)庫(kù)容的浪費(fèi)，因此應(yīng)考慮應(yīng)用新技術(shù)，如藥劑穩(wěn)定化處理技術(shù)，在不增加處理產(chǎn)物體積的情況下達(dá)到入場(chǎng)廢物浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)的要求。最后，由于飛灰產(chǎn)生量較大，應(yīng)積極開(kāi)展對(duì)其進(jìn)行資源化利用的研究，使飛灰經(jīng)處理后達(dá)到“零填埋”的目標(biāo)。

　　6 結(jié)論及建議
　　1)飛灰樣品中的重金屬超出了危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)的限值，屬于危險(xiǎn)廢物。

　　2)廣州市李坑焚燒發(fā)電廠飛灰處理工程的實(shí)施表明，水泥固化工藝處理飛灰具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)某些地區(qū)焚燒發(fā)電廠的飛灰處理具有重要的借鑒作用。

　　3)綜合考慮飛灰產(chǎn)物的增容比和重金屬的浸出濃度，水泥與飛灰的最佳比例為0.33。

　　4)對(duì)飛灰固化體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及資源化利用還需要進(jìn)一步研究。