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來源：《科學(xué)與技術(shù)》程熠晴

· 摘要 ·

隨著人們生活水平的不斷提高，城市垃圾產(chǎn)量不斷提升，并且以每年8%至10%的速度高速增長。我國發(fā)展低碳經(jīng)濟、加強環(huán)境保護，將垃圾焚燒處置并對其焚燒過程中產(chǎn)生的飛灰進一步無害化處理及資源化利用已是大勢所趨。分析垃圾焚燒飛灰的基礎(chǔ)特性，并在此基礎(chǔ)上對飛灰的無害化處理方法以及資源化利用措施進行深入研究，促進城市垃圾無害化、減量化、資源化，幫助我國“無廢城市”建設(shè)目標達成，具有重要的價值和意義。

引言

城市生活垃圾焚燒法具有最大限度的實現(xiàn)減量化、無害化、資源化等優(yōu)勢，在我國城市中的應(yīng)用日益遞增，并逐漸成為優(yōu)先推薦的生活垃圾處理方式。垃圾焚燒技術(shù)興起所帶來的焚燒殘留物量也逐漸增大，焚燒后產(chǎn)生的灰渣約占原生垃圾質(zhì)量的20%~30%。而垃圾焚燒的殘留物根據(jù)在垃圾焚燒系統(tǒng)中收集的位置不同分為底灰與飛灰，其中底灰主要是垃圾經(jīng)焚燒之后在爐床上收集到的殘留物；飛灰主要是在垃圾焚燒爐中煙氣凈化系統(tǒng)中收集到的細顆粒粉末物質(zhì)，約占垃圾焚燒殘留物總量的10%~20%，同時焚燒飛灰中含有可浸出重金屬以及二噁英類等難以自然降解的有毒物質(zhì)，屬于危險廢物。因此，焚燒飛灰的無害化處理及資源化利用至關(guān)重要。

1.飛灰的基礎(chǔ)特性

根據(jù)國際灰工作組的定義，飛灰主要包括煙氣凈化系統(tǒng)飛灰和鍋爐飛灰。了解垃圾焚燒飛灰的理化特性對其無害化處置和資源化利用很有必要。垃圾焚燒飛灰是呈灰白色或深灰色的細小粉末，一般呈棒狀、多角質(zhì)狀、棉絮狀、球狀等不定形狀態(tài)，具有含水率低、顆粒粒徑大小不一、孔隙率高及比表面積大的特點。因煙氣脫硫脫硝過程中噴射有大量的消石灰等堿性物質(zhì)導(dǎo)致飛灰具有很高的酸緩沖能力和腐蝕性。飛灰的理化性質(zhì)隨焚燒廠原料、焚燒方式以及煙氣凈化系統(tǒng)的不同而發(fā)生變化。課題組對流化床飛灰和爐排爐飛灰主要成分進行了分析，結(jié)果見表1.1。

表 1.1 飛灰的基本成分分析

從元素組成角度看，流化床飛灰主要含有Ca、Si、Al、Cl、Fe 等成分，爐排爐飛灰的主要成分是以Ca、Cl、Na、K 等為主，爐排爐飛灰的氯含量大約是流化床飛灰的4倍。從物質(zhì)組成的角度分析，流化床飛灰主要以SiO2、MgO、Fe2O3、氯鹽（NaCl、KCl、CaCl2）等為主，而爐排爐飛灰則以氯鹽、CaCO3為主。

2.飛灰的處理方法

2.1化學(xué)處理

飛灰的穩(wěn)定可以采用化學(xué)穩(wěn)定的方式，將飛灰與某些化學(xué)藥劑混合，使其溶解度低，毒性低。化學(xué)藥劑可以降低飛灰中的重金屬含量，抑制飛灰中的重金屬溶解。其中常用的是有機和無機兩類。有機藥劑以乙二胺四醋酸為主，而無機藥劑則以硫脲為主。在有機藥劑的作用下，pH值會發(fā)生變化，金屬會出現(xiàn)不同程度的沉淀，而且有些重金屬還會與有機藥劑中的某些元素相結(jié)合，從而降低飛灰中的重金屬含量。無機藥劑可以在飛灰的表面形成一層新的保護膜，防止飛灰中的重金屬溶解，但如果溫度太高，飛灰中的重金屬就會被分解。此時，可以用硫脲等物質(zhì)來控制可溶性的重金屬，使其不溶于水，從而保證了重金屬的不溶解。采用化學(xué)方法對飛灰進行處理，得到的飛灰中重金屬的浸出率基本滿足要求，但由于許多極端條件下，飛灰的處理效果不能滿足要求。因此，在實際應(yīng)用中，要針對飛灰中的重金屬含量，選用不同的化學(xué)藥劑。

2.2高溫處理

飛灰的高溫處理，就是將飛灰燒成玻璃狀，將飛灰中的有毒物質(zhì)熔化。由于溫度過高，重金屬會被束縛在硅片的網(wǎng)格中，從而使其處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)。在不同的加熱速度和粒徑情況下，熔化效果相差很大，在高溫條件下，粒徑越大，產(chǎn)生的機械性能越好。許多金屬的蒸發(fā)量很大，而且二氧化硅的晶格對重金屬有很大的束縛作用。目前我國對飛灰的熔化特性的研究還比較晚，還沒有足夠的經(jīng)驗，所以目前的研究重點是飛灰的物理、化學(xué)性能。而對于飛灰熔渣的性質(zhì)，以及飛灰熔化過程中所產(chǎn)生的廢氣，幾乎沒有太多的記載。

2.3水泥固化

飛灰可以通過水泥、砂等材料和水的混合，在一定的比例下進行攪拌，從而實現(xiàn)固化。由于飛灰中含有高含量的氯離子，會嚴重阻礙后期的水泥硬化，因此，飛灰在進行水泥硬化時，必須先進行水洗，除去飛灰中的可溶性鹽。由于水泥漿液具有較高的pH值，因此，重金屬極有可能與氫氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而形成鈣鹽。當水泥漿進行結(jié)構(gòu)強化時，鋅將代替鈣，生成含鋅、鈣的氧化物，而鉛主要出現(xiàn)在水泥熟料的表面。由于鉛的化學(xué)成分多為非溶解物質(zhì)，因而具有較低的表面能，因此對水泥的水化作用具有一定的抑制作用。飛灰中的重金屬離子可以降低水泥的凝固速度，而氯離子又可以加速水泥的凝固，當二者結(jié)合在一起時，水泥的凝固時間就不會發(fā)生太大的改變。結(jié)果表明，將飛灰按一定比例加入水泥，固化后的泥漿中重金屬的浸出量就不會對環(huán)境產(chǎn)生危害。同時，隨著時間的推移，土壤中的重金屬含量也逐漸降低。目前，國外對水泥的固化研究取得了顯著成效，取得了較大的進步。

3.飛灰資源利用措施

3.1運用于建筑材料

由于垃圾焚燒飛灰的主要成分與水泥生產(chǎn)所需的原料很相近，因此可用于替代部分原料來燒制水泥熟料。將飛灰直接摻入水泥中替代部分水泥生成水泥固化體，在熟料煅燒過程中，將重金屬固化在水泥熟料中，有效阻止了飛灰中重金屬的溶出，整個過程無灰渣產(chǎn)生，避免了二次污染的產(chǎn)生。摻雜了飛灰的礦渣硅酸鹽水泥已經(jīng)成為我國水泥行業(yè)的主要水泥品種之一，獲得了市場認可，不僅將純粹采用煅燒或熔融工藝的高能源消耗避免了，還可降低飛灰的處理費用，日益短缺的水泥生產(chǎn)原材料也因飛灰的加入實現(xiàn)了部分代替。在水泥回轉(zhuǎn)窯的高溫煅燒過程中，會產(chǎn)生堵塞、設(shè)備腐蝕等問題。因此，在水泥制品的制造過程中，必須對飛灰進行有效的水洗，有效地減少飛灰中的金屬和氯化物，從而達到既能保證混凝土的品質(zhì)，又能達到環(huán)保的目的。

3.2巖土工程利用

飛灰是一種與火山灰相似的物質(zhì)，可以用作瀝青路面的一些細集料。大量試驗證明飛灰在瀝青混凝土中的應(yīng)用，既能有效地降低能耗，又能有效地減少物料的浪費，節(jié)約土地資源。目前有關(guān)瀝青路使用飛灰對環(huán)境的影響以及對人類健康的危害還沒有得到充分地證實。

在路基物料中可以充分利用飛灰。摻入水泥后，既能達到地基工程的強度要求，又能有效地阻止金屬的滲入。飛灰的組成可以替代水泥和沙子，可以起到填充層的支撐作用。但在實際操作中，應(yīng)嚴格按照有關(guān)規(guī)范和配方，并依據(jù)實際情況，按照施工工藝的需要，確保不會對地下水和土壤造成二次污染。

飛灰也可用于筑壩的建筑材料。堤壩的主體材料是黏土和巖石，如果添加了石灰，不但可以將垃圾焚燒后的廢物進行再利用，還可以減少土壤的可塑性，從而增強大壩的強度和韌性，從而保證大壩的穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中，要特別注意對飛灰進行預(yù)清洗，以達到防止土壤及地下水能量流失的目的。

3.3農(nóng)業(yè)利用

在垃圾的灰燼中，包含了諸如鉀這樣的元素，可以幫助莊稼生長。所以在實際種植的時候，可以選用少量的飛灰作為肥料，通過這種措施可以有效地改善土壤的生態(tài)。同時，根據(jù)不同的作物種類和土壤的酸堿度，可以合理地混合飛灰。它不但可以有效地將飛灰用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且可以改善土壤環(huán)境，有助于提高我國農(nóng)業(yè)的技術(shù)水平。但在利用飛灰的過程中，應(yīng)注意其重金屬含量和鹽類的作用。要充分利用飛灰代替肥料，必須進行合理的配比和深入的研究。

3.4用于吸附劑

生活垃圾燃燒后，會產(chǎn)生一種類似于粉煤灰和天然沸石的飛灰，它的表面含有大量的氧化鋁、氧化硅等礦物，被稱為人造沸石。

3.5污泥調(diào)理劑

通過對飛灰的具體分析，發(fā)現(xiàn)采用飛灰可以有效地減小淤泥的比阻力，同時，經(jīng)過這種轉(zhuǎn)化，可以克服污泥脫水的負面影響。這樣可以加快污泥過濾和脫水的速度，盡管這樣會增加濾池中的金屬成分，但也能達到相應(yīng)的要求。

結(jié)束語

垃圾焚燒飛灰特性復(fù)雜，危害嚴重。飛灰處理方法的選擇應(yīng)在保證無害化的前提下，考慮資源的綜合利用，從而達到將環(huán)境風(fēng)險降至最低的目的。根據(jù)具體情況，采取有針對性的處置措施是我國生活垃圾焚燒飛灰處置的現(xiàn)實選擇。

END

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