垃圾焚烧中飞灰的处理与处置研究

引言

垃圾焚烧法究其本质是一种高温处理技术,用过剩的空气在焚烧炉内燃烧氧化需要处理的有机废物垃圾,使垃圾中的有毒有害物质在高温中被分解、氧化,从而降低垃圾中的有害物质含量,但是在垃圾焚烧处理过程中,会产生一定量的硫化物和碳化物,会严重污染空气。同时,燃烧产生的飞灰是重金属和二嗯英的主要来源之一,重金属会通过雨水浸泡流入土壤和地下水中,不仅污染环境,还会危害人们的健康。因此,要积极做好垃圾焚烧中飞灰的处理与处置工作。近年来,随着垃圾分类的推行,进一步加强了垃圾燃烧的处理效果,使更多重金属富集到了飞灰中,从而降低底渣中的重金属含量,所以更加需要做好飞灰的无害处理工作。

1飞灰的来源及成分

通常飞灰是在垃圾焚烧的过程中出现,指的是那些由净烟系统收集和沉淀的物质。最近几年,国内的垃圾处理率得到了大幅提升,全年的垃圾焚烧处理量高达2亿t左右。一般垃圾焚烧的飞灰量是以进入焚烧炉中垃圾量的3%计算,全年需要净化的燃烧飞灰量高达600多万t。飞灰中的主要成分有铅、铬、汞等重金属,同时盐离子等物质的含量也很高,很容易溶解在雨水中。另外,由于垃圾焚烧飞灰中存在很多有害物质,因此要妥善储存和处理飞灰,以降低垃圾焚烧对人类和环境造成的危害。

2飞灰的理化性质

观察垃圾焚烧中飞灰的物理性质可以发现,飞灰一般呈白色或深灰色,粒径大小在1～150um。飞灰由氧化钙、氧化硫、氧化碳以及一些重金属氧化物组成。如果不能有效处理飞灰,会造成严重的二次污染。因此,在进行垃圾处理工作时,要尽可能降低飞灰中的有毒物质,减少污染物质的迁移,减轻垃圾焚烧中飞灰对环境造成的污染。飞灰处理十分复杂,需要运用一定的技术手段,使飞灰达到国家标准和规定后,才能进行后续的填埋处理工作。现阶段常用的飞灰处理方法有固化稳定化法、分离萃取法和热处理法等。

3飞灰的处理与处置技术

3.1飞灰处理的固化稳定化法

垃圾焚烧中飞灰的固化稳定化处理通常包括水泥固化、熔融固化和化学药剂处理等。水泥固化技术指的是利用水泥、添加剂和危险飞灰废物、水进行混合,经过一定时间的固化养护,从而形成结实坚硬的固化物质,最大限度地降低飞灰中重金属物质的渗出。这个技术的基本反应原理是利用水泥的水化反应,降低飞灰的比表面积,减少有害物质发生渗透的概率,最终真正实现飞灰的稳定、无害处理。水泥固化技术的优点是原材料简单易得,工艺设备操作方便,固化条件较低,是现阶段垃圾焚烧飞灰处理比较常用的一种技术。它的缺点是由于固化形成的物质具有较大的分子空隙,所以在处理一些重金属时,效果不够理想,最终导致形成的处理物达不到国家填埋标准,影响垃圾焚烧飞灰的处理效果。

熔融固化法也叫玻璃化技术。这项技术使用的主要工艺设备是高温电弧炉,利用高温把待处理的飞灰进行熔融处理,最终形成玻璃状硅酸盐,阻碍有害易溶物质的溶出。这项技术的反应原理是通过熔融处理,减少垃圾焚烧中飞灰的体积,对重金属的固定处理更加有效,进而保证重金属的稳定保存。近年来熔融工艺在一些发达国家中的应用和发展比较好,它的优点是工艺稳定、安全,缺点是耗能较大、设备投资较高。

化学药剂法,顾名思义指的是在垃圾焚烧飞灰中加入一定的化学药剂来实现污染物的处理,把其中的有害物质由高污染物质转变成低污染物质。由于化学药剂处理方法不会导致飞灰体积增加,所以大大提升了飞灰无害处理的效率,降低由于处理不合格而进行二次处理所带来的经计损失。但是,由于不同垃圾中存在的重金属和污染物种类、形态不同,所以不能仅用一种化学药剂处理全部有害物质,在垃圾飞灰处理中具有一定的局限性。

3.2飞灰处理的分离萃取法

垃圾焚烧中飞灰的分离萃取法主要分为水洗法、电化学法以及超临界流体萃取法。其中水洗法指的是利用不同物质在水溶剂中的溶解度不同进行飞灰的分离,通过去掉溶水层的方法去除有害物质。比如,利用水洗法可以去除飞灰中的可溶性氯化物,不仅可以做好固化稳定化处理的前期处理工作,还能最大限度降低重金属含量,提升固化体质量,为后期的资源化处理打好基础。由于水洗法处理飞灰时会用到水溶剂,导致在处理过程中容易浸出一定的重金属,如果不做好后期处理工作,就会对水体和环境造成二次污染,因此在进行水洗法处理飞灰时要注意后期的水溶液处理工作。

通常来说,电化学技术的本质是利用电势差使污染物发生氧化还原反应、电解反应以及微电解反应,它们同时发生或交替发生,最终降低飞灰中的重金属含量。飞灰中的重金属离子在电化学反应时,会在两极发生氧化反应和还原反应,然后形成沉淀物,最后把飞灰中的重金属提出并回收。这种处理技术与其他方法相比较,不需要加入过多的化学试剂和药品,分离处理效果更好,分离效率较高。同时,后期处理过程更加简单,管理便捷,工艺设备简单、占地面积小,产生的污泥量也比较低。该技术的缺点是在操作过程中会使用过多的电能,能源消耗较高,投入成本过大。

超临界流体萃取法是一种技术含量较高的飞灰处理技术,整个处理过程是在超临界状态下进行,利用流体流动压力和温度差的变化使混合物的溶解度产生变化,最终把混合物从液体状态和固体状态中分离出来,实现有害物质的提纯。所以超临界流体萃取法可以广泛用于固体废物的分离和液体处理中,可以通过改变分离过程中的压力、温度等条件,实现提升流体流量的目的,也可以通过加入适当的夹带剂,提升萃取效率。超临界流体萃取法的缺点是,由于超临界条件很难掌控,所以使用难度较高,同时又缺乏经济实惠、安全可靠的分离溶剂,所以生产效率低,能量消耗高,需要大量的投入资金支持。

3.3飞灰的热处理方法

垃圾焚烧中飞灰的热处理方法分为两种:一种是烧结法,另一种是熔融法。烧结法指的是利用高温条件,把烧结物质中的气孔通过飞火排出,最终形成烧结物的垃圾焚烧飞灰处理工艺。由于烧结体具有细腻、致密的结构,所以相应的抗压强度不高,更加符合建筑材料的使用性能要求。但是,由于飞灰烧结过程中会进行高温干燥处理,所以容易使易挥发的污染物从烧结体中分离出来,形成严重的二次污染。

熔融法主要是通过高温作用,将飞灰融化形成结构致密的玻璃状体,把飞灰中的重金属固定在玻璃状体中,会大大降低飞灰的体积和重量,使得熔融后的熔渣具有更高的机械强度。同时,该方法可以降低飞灰中的重金属含量,最终减轻重金属的毒性,有效降解飞灰中的有机污染物。但是,熔融法在操作过程中能耗较高,会造成有机物的二次污染。

4结语

综上所述,垃圾焚烧中的飞灰处理与处置对于环境保护来说十分重要。在现阶段国内使用的垃圾焚烧飞灰处理与处置方法中,水泥固化法和熔融固化法是未来飞灰处理的主要发展方向。