導 讀
隨著焚燒技術在危廢處理處置中的廣泛推廣和應用，危廢焚燒廠飛灰處理處置，即將成為當下和可預見的未來環(huán)境領域的研究熱點、焦點、難題，亟待引起足夠重視，特別是隨著“無廢社會”建設逐步深刻開展，該問題面臨凸顯的風險。
——《廣東化工》
危廢焚燒產生的飛灰主要是因為危廢焚燒飛灰產量大， 同時飛灰中含有大量的重金屬元素、鹽類及高毒性當量的二噁英等有毒有害的污染成分，位列《國家危險廢物名錄》HW18 類。因此飛灰必須按照危險廢物的標準進行處置，飛灰資源化利用之前必須經過無害化處置。2016年，我國危廢以焚燒方式處置量為 110萬噸，目前，危廢焚燒飛灰主要以固化安全填埋仍，但相對于正在以每年12%的速度飛速增長的危廢產量而言，安全填埋場有限的庫容顯得杯水車薪。因此探索安全、可靠的固化/穩(wěn)定化飛灰處置技術的同時，也應該積極開發(fā)飛灰的資源化利用途徑和市場，變廢為 寶，徹底解決安全填埋的庫容壓力。該文通過對目前焚燒飛灰的處理處置技術的介紹和比較，主要包括化學處理法、固化/穩(wěn)定化法、安全填埋法和資源化法，以期為危廢焚燒飛灰的處理處置提供借鑒。
危廢焚燒飛灰的性質和成分
危廢焚燒飛灰和城市垃圾焚燒飛灰同樣具有含水率低、形狀 不規(guī)則、孔隙率高、粒徑小及比表面積大等特點，但危廢焚燒飛 灰中可溶性鹽的含量更高，化學成分分析見表 1。由焚燒灰成分分析可以看到，焚燒灰中主要成分為 Na、Ca、K、Cl、S、Si 等。 兩種不同類型的飛灰形態(tài)如圖 1、圖 2 所示。
現有危廢焚燒飛灰處理技術線路
1、化學處理法
飛灰的化學處理法主要是用化學藥劑將重金屬元素提取出來，從而減少重金屬對環(huán)境造成的危害，重金屬的提取方法有酸提取、堿提取、生物制劑浸提、高溫提取及其他藥劑提取等。
采用酸提取可以將飛灰中的部分金屬提出從而作為資源進行利用，但由于危廢焚燒物成分復雜、焚燒條件不同，飛灰中各成分含量差異較大，處理條件難以把控。另外，飛灰中存在很多堿 性的金屬氧化物，因此一般為堿性。直接用酸進行浸提會消耗大量的酸，因此在用酸浸提之前一般要進行水洗預處理。
重金屬提取技術主要具有以下優(yōu)點： (1)灰中的可溶鹽溶解于水中，提高了處理效果，增加了處理物的穩(wěn)定性；(2)處理物中的可溶鹽較少，且形態(tài)為脫水濾餅狀，易于進行操作、搬運、填埋； (3)工藝簡單，可操作性強。 但同時也存在著需要對可溶鹽和排水進行處理的弊端，一般只用于重金屬濃度較高，有必要進行回收的情況。
2、固化/穩(wěn)定化法
固化與穩(wěn)定化技術是國際上處理有毒廢物的主要方法之一， 自20世紀80年代以來，該技術得到迅猛發(fā)展。固化/穩(wěn)定化處理的目的，是使危險廢物中的所有污染組分呈現化學惰性或被包容起來，以便運輸、利用和處置。由于垃圾焚燒飛灰中含有的重金屬具有不可降解性，若直接填埋或作建筑用材，在自然環(huán)境下經歷風化、侵蝕后，飛灰中的重金屬很容易浸出來，對周圍的環(huán)境產生很大的影響。現行的固化/穩(wěn)定化方法主要有：水泥固化、瀝青固 化、熔融固化、化學藥劑穩(wěn)定化等。
（1）水泥固化技術
固化/穩(wěn)定化是利用固化劑與垃圾焚燒飛灰混合后形成固化體，從而達到降低廢物中危險成分浸出的目的。膠凝材料水泥是 常見的危險廢物固化劑，因此常采用水泥對焚燒飛灰進行固化處理。飛灰被摻入水泥的基質中后，在一定的條件下。經過一系列的物理、化學作用，形成溶解性更小的金屬氧化物，使污染物在廢物水泥基質體系中的遷移率減小。為改善固化條件，提高固化體的性能，固化過程中需視廢物的性質和對產品質量的要求摻入適量的添加劑。
關于水泥固化技術的機理，一般認為水泥固化有害物質是把有害物質封閉在固化體內，通過水泥中粉末狀的硅酸鈣水化物膠體對有害物質的吸附包容，并逐漸硬化性化固化體，而將有害物質束縛達到廢物穩(wěn)定化、無害化目的的。
水泥固化處理飛灰具有工藝成熟、處理成本低、操作簡單、不需要特殊的設備、原材料來源豐富、可在常溫下操作、被固化的廢渣不要求脫水和干燥等優(yōu)點。用水泥穩(wěn)定化的主要缺點是對于一定的污染物較為靈敏，會由于某些污染物的存在而推遲固化時間，甚至影響終的硬結效果。
（2）瀝青固化技術
瀝青固化是以瀝青為固化劑與飛灰在一定的溫度、配比、堿度及攪拌作用下產生皂化反應，使有害物質均勻地包裹在瀝青中，形成固化體。瀝青具有良好的化學穩(wěn)定性、粘結性與一定的彈性和塑性，對大多數酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性。瀝青固化 操作有兩種：一是將瀝青加熱，利用在高溫下可以變成熔融膠粘性液體將飛灰摻合、包覆在瀝青中，冷卻后即形成瀝青固化體； 二是利用乳化劑將瀝青乳化，用乳化瀝青和飛灰混合，然后破乳、 脫水，即完成廢物的瀝青固化處理，此法可以在室溫下完成。瀝青固化體的性能指標包括在水中的浸出率、輻照穩(wěn)定性和化學穩(wěn) 定性，它們主要由瀝青種類、飛灰加入量、飛灰的組分和殘余水分等的影響。
（3）熔融固化技術
熔融固化技術也稱之為玻璃化技術，該技術是在燃料爐內利用燃料或電將飛灰加熱到1400℃左右的高溫，使其中的二惡英等有機污染物高溫分解，熔渣快速冷卻形成玻璃固化體，借助玻璃體的致密結晶結構，從而確保固化體的穩(wěn)定。熔融固化技術不僅可以控制污染，而且熔融后灰渣致密，減容效果也非常顯著。 此外，根據需要可以將熔渣制成建筑材料或作為陶瓷、玻璃等生 產行業(yè)的原料，實現灰渣的資源化利用。
熔融固化的大優(yōu)點是可以得到高質量的建筑材料，同時具有減容率高、熔渣性質穩(wěn)定、無重金屬等溶出的優(yōu)點，國外已研究出多種焚燒飛灰處理的高溫熔融爐，并已在日本和歐洲有少量應用。其缺點是需要消耗大量的能源，同時由于其中的Pb、Cd、 Zn等易揮發(fā)重金屬元素需進行后續(xù)嚴格的煙氣處理，故處理成本較高。
（4）化學藥劑穩(wěn)定化技術
化學藥劑穩(wěn)定化是利用化學藥劑通過化學反應使有毒有害物質轉變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性物質的過程。用藥劑穩(wěn)定化技術處理焚燒飛灰，可以在實現無害化的同時，達到少增容或不增容，從而提高焚燒飛灰處理、處置系統的總體效率和經濟性。
化學藥劑穩(wěn)定化技術以處理重金屬廢物為主。到目前為止， 已發(fā)展了許多重金屬穩(wěn)定化技術，如pH值控制技術，氧化/還原電 勢控制技術，沉淀技術，吸附技術，離子交換技術等。目前發(fā)展較快的螯合型有機重金屬穩(wěn)定化藥劑，對多種重金屬污染物的穩(wěn)定化處理效果已經得到試驗證明，但其長期穩(wěn)定性如何，還有待于進一步考察。另外，螯合劑的價格比較昂貴，對二惡英的穩(wěn)定作用不明顯，飛灰處理后的脫水濾液需要進行二次，限制了它 的廣泛應用。因而應用廣、絡合能力強的新型螯合劑的開發(fā)也是今后的一個研究方向，對螯合劑的穩(wěn)定性、水溶性、安全性等方面也應做進一步的研究。
（5）礦物聚合材固化穩(wěn)定化技術
礦物聚合材是一種以水玻璃和氫氧化鈉等采用一定的工藝激發(fā)偏高嶺土、工業(yè)廢渣等含鋁硅酸鹽物質制得的新材料。
在堿性條件下，通過解聚、形成凝膠體并再聚合形成，分子鏈由 Si、O、Al 等以共價鍵或離子鍵連接而成，有單硅鋁、雙硅鋁以及三硅鋁三種結構，對重金屬有較強的固定作用。礦物聚合 材兼有有機高聚物、陶瓷、水泥的特點，有耐腐蝕、耐高溫、低滲透、有效固定重金屬等優(yōu)點，其生產能耗只及陶瓷的1/20，鋼的 1/70，塑料的 1/150，而且污染物排放量降低，加上其原材料豐富，價格低廉，因此，受到了包括歐、美、日等國家的重視，國外政府把它作為高技術材料，投入大量人力物力進行研究開發(fā)。
由于礦物聚合材有以上的諸多優(yōu)點，金漫彤等人對利用礦物聚合材固化焚燒飛灰的工藝及處理效果進行了實驗研究，并與水泥處理飛灰的效果進行了比較，結果表明，在其它條件相同時，礦物聚合材固化飛灰后固化體的抗壓強度比水泥固化效果高，且表現出早期抗壓強度高的特點，固化體中重金屬浸出毒性的效果更好。
通過以上對各種固化/穩(wěn)定化方法的對比可以看出，理想的飛灰固化/穩(wěn)定化處理方法應該可以滿足以下要求：(1)有害廢物經固化處理后所形成的固化體應具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性、抗干濕性、抗凍融性及足夠的機械強度等， 好能作為資源加以利用，如作建筑基礎和路基材料等； (2)固化過程中材料和能量消耗要低，增容、增重比低； (3)固化工藝過程簡單、便于操作； (4)固化劑來源豐富、價廉易得； (5)處理費用低。
3、安全填埋法
安全填埋法是將焚燒飛灰在現場進行簡單處理后，送入安全填埋場填埋處理的方法，這是目前焚燒飛灰處理安全可靠的手段之一。但安全填埋場的建設和運行費用居高不下，垃圾焚燒處理廠難以承受，同時也不能達到減容化和資源化的目的，因此今后會逐漸減少該方法的應用。
4、資源化
近年來隨著焚燒規(guī)模的不斷擴大，飛灰的產量也不斷增加， 若僅僅通過固化/穩(wěn)定化處理抑制有毒重金屬離子的危害，勢必將造成大量資源的浪費，因此部分研究者、實踐者已開展了將垃圾焚燒飛灰資源化利用的相關研究并取得了一定的成果。
飛灰的主要成分屬于CaO-SiO2-A12O3-Fe2O3體系，與常用的 摻合料高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料組分非常接近，因此不少學者、研究者、實踐者展開用飛灰取代部分膠凝材料的研究及應用。日本太平洋水泥公司從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略角度出發(fā)，早開始利用城市垃圾焚燒飛灰代替生料粉配料，在高溫下燒制生態(tài)水泥熟料，并于 2001年4月投入商業(yè)生產。水泥工業(yè)處理飛灰有其得天獨厚的優(yōu) 勢，一方面水泥工業(yè)利用廢棄物規(guī)模大、適用范圍寬和效果好， 同時減輕了水泥工業(yè)對資源與能源巨大需求的壓力，實現了廢棄物的資源化利用；另一方面飛灰中二噁英在高溫爐內可被徹底破壞，重金屬以化學鍵合的方式固化到熟料中，重金屬離子固化率高，避免飛灰制品使用過程中二次污染。
近年來也有將飛灰用作路基材料的研究報道，主要是用飛灰代替部分細集料作為填充層，或摻入水泥中替代部分水泥生成水泥固化體作為道路支撐層，該技術不僅實現飛灰的資源化利用， 而且減少建筑工業(yè)對天然骨料的需求。
另外，垃圾焚燒飛灰中含有大量的易溶鹽類物質和重金屬元素，這些組分與合適的粘土進行配合可以用來燒制陶粒，不僅能夠被穩(wěn)定地固化到陶粒的硅鋁網絡玻璃體中，還能在粘土的熔化階段起到助熔作用，使熔體粘度變化對溫度的敏感性降低，起到降低燒成溫度、節(jié)能降耗，提高成品率，提高陶粒產品質量的多重作用。垃圾焚燒飛灰中的二噁英類物質則可以在陶粒燒成的高溫度段徹底分解。
關于飛灰的資源化研究，還有其它的研究報道，但大多數還 僅限于實驗室研究階段，如用來制備吸附劑、土壤改良劑、玻璃、 陶瓷等制品，但飛灰的資源化必將成為未來的發(fā)展趨勢。
隨著經濟的發(fā)展和人們環(huán)境意識的提高，對于未來焚燒飛灰的處理處置應該是隨污染物排放標準的提高，無害化/資源化程度要進一步提高，同時應盡可能減少處理和控制二次污染物的運行費用。 結合我國的實際情況，危廢焚燒飛灰處理的發(fā)展方向應該包括以下3 個方面：
①開發(fā)先進的焚燒爐，并加強對入爐廢物的控制；
②開發(fā)穩(wěn)定效果好、處理成本低的化學穩(wěn)定劑以減少垃圾焚燒飛灰中重金屬的遷移；
③開發(fā)并積極推廣應用安全可靠、能耗低效益好的資源化技術，資源化處理處置危廢焚燒飛灰。
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