摘要：本文简要介绍了飞灰热处理的基本原理和主要技术特点，因其无害化和减容效果好，产品可做资源化利用而在飞灰处理上有较大潜力，但仍需对经济适用性和后续产品利用市场做进一步优化。
关键词：飞灰 烧结 熔融 生活垃圾 焚烧
1 引言
焚烧处理生活垃圾具有减容减重效果好，处理效率高；杀灭病毒、细菌，去除臭味；热量可用于供热或发电等优点。焚烧发电设施建设成本和单吨处理成本较高，设施占地面积较小，规模较大时占地面积远小于填埋场，适用于经济较发达、土地资源紧缺的地区。《中国城市建设统计年鉴2015》显示，2015年全国城市生活垃圾清运量约为1.91亿吨，处理量为1.88亿吨。截至2015年，共建设生活垃圾无害化处理厂（场）890座，其中焚烧厂220座。《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》提出，到2020年底，设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50%以上，其中东部地区达到60%以上。生活垃圾焚烧设施近年将会有较大规模的增加，二次废物产量亦将大大增加。而热处理法被认为是处理焚烧二次废物最有效途径之一。
2、飞灰的基本性质
飞灰指在烟气净化系统和热回收利用系统中收集而得的残余物，约占焚烧前生活垃圾总量的3%-5%左右。飞灰粒径常小于300μm、比表面积大、孔隙度高，具有较强的吸附性，能形成较大的不规则形状聚合体，同时具有较高的亲水性，吸附了烟气中大部分的有害物质，主要包括二噁英、呋喃等有毒有机化合物和Zn、Cu、Pb、Hg、Cd等重金属。飞灰的主要成分是K2ZnCl4、CaSO4、PbSO4、KAlSi3O8、CaAlSiO8等。因此我国环境保护标准规定垃圾焚烧飞灰为危险废物。[1,3,4]
3 飞灰热处理技术
热处理技术通过较高温度（常在700-1600℃间）使飞灰中的有机污染物降解、使飞灰中的重金属稳定化，减少飞灰中有害残渣的可渗出性，使飞灰变成可再利用的建筑材料。热处理过程中，高温可能会使挥发性金属如Zn、Pb、Cd、Cu蒸发，而As、Cr、Ni等非挥发性金属则会固化在热处理后的残渣中。除了金属自身特性外，飞灰的成分、添加剂、热处理温度、时间均会影响重金属的去除效率。飞灰中含氯较多或添加含氯添加剂会促使过程中形成金属氯化物，从而增加金属的挥发性。通常，较高的温度和较长的热处理时间会更好的去除金属，一旦温度过高超出熔化范围，则金属蒸发速率会下降，反而减缓去除效率。生活垃圾焚烧过程产生的二噁英、二苯并呋喃、多氯联苯、多环芳香烃等有机物的处理，和污染防治一直是如何公众关注的热点。热处理技术优于水泥、螯合剂等固化方式的其中一点是高温能破坏上述有机物的结构，使其降解，在有氧的条件下转化为二氧化碳和水。当温度达到1400℃时，超过99.9%的二噁英会降解。而通过铜化合物的催化，二苯并呋喃和多氯联苯在350-400℃的缺氧环境下降解率超过98%。热处理技术主要包括，主要包括烧结、熔融/玻璃化。[1,5,6]
3.1 烧结
烧结是将飞灰与细小粉末颗粒混合加热至低于熔点温度，通常在700-1200℃间，利用多孔固态颗粒的聚合力将大部分甚至全部气孔从晶体中排除，使颗粒间产生黏结，变成孔隙度较低、致密坚硬的烧结体。烧结体的品质主要受烧结温度、加温速率及烧结时间的影响，飞灰成分、颗粒大小形状、预处理方式及添加剂种类也会造成品质的变化。飞灰烧结前需要进行预处理，包括水洗、筛分碾磨、干燥和压实/造粒。水洗可去除飞灰中的金属氯化物，降低烧结所需温度和时间，减少耗能，同时提高烧结质量，但亦会增加污水处理量。通过烧结，生活垃圾的飞灰可制成混凝土骨料、瓷砖等建筑材料。
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3.2 熔融/玻璃化
熔融法一般指在1200-1600℃间，将飞灰熔成包含玻璃体和晶体的非匀质熔渣。玻璃化是将飞灰与玻璃化助熔剂或其他固体废物一起加热至1100-1500℃熔化成液体态，经快速冷形成均匀同质、稳定的玻璃体。玻璃化与熔融方法相似，区别在于玻璃化在熔融过程中加入助熔剂，所得产品均匀同质。熔融/玻璃化可减少飞灰约70%左右的体积。且通过添加不同的助熔剂可改变所得玻璃体的物化性质以适应建设公路、筑堤等不同的建筑材料需求。[1,3] 根据能量提供方式的不同，可将熔融炉分为燃料式熔融炉和电力式熔融炉。其中燃料式熔融炉有表面熔融炉、旋回流熔融炉、焦炭床熔融炉、回转熔融炉、内部熔融炉；电力式熔融炉有电弧式熔融炉、电阻式熔融炉、等离子日熔融炉、感应式熔融炉。电力式燃料式熔融炉适合用于自有发电系统的大型焚烧炉，而燃料式熔融炉则更适合没有发电系统的小型焚烧炉。[1,3]
4 发展现状
与水泥固化、化学稳定化处理等传统飞灰处理方式相比，热处理的无害化程度更高，减容效果显著、产品稳定性更好，可资源化利用程度更高，但热处理技术需通过燃料或电作为能源产生高温，能源消耗大，处理成本高，目前多在日本、欧洲等发达国家应用，国内工业化应用较少目前仍处于试验阶段。根据世界专利数据库——Thomson Innovation Database的调查显示，1983至2013年30年间日本、中国、美国在灰渣热处理技术方面的专利申请排名前三，而中国的专利申请主要集中2005-2013期间，且呈现快速增长趋势。[1]
5 结束语
飞灰的热处理技术因其无害化效果好、产品可资源化利用而被越来越多的关注和在全球范围内扩大使用，但目前我国目前在此领域仍处于试验阶段，技术参数和设备的本土化有带进一步深入研究。同时，热处理技术的经济适用性和产品后续的资源化利用市场需深入探索，促进其在我国的工业化应用。
参考文献
[1]Lindberg D, Molin C, Hupa M. Thermal treatment of solid residues from WtE units: A review.[J]. Waste Management, 2015, 37:82-94.
[2]熊祖鸿, 范根育, 鲁敏,等. 垃圾焚烧飞灰处置技术研究进展[J]. 化工进展, 2013, 32(7):1678-1684.
[3]IAWG (International Ash Working Group), Chandler, A.J., Eighmy, T.T., Hartlen, J.,Hjelmar, O., Kosson, D.S., Sawell, S.E., van der Sloot, H., Vehlow, J., 1997.Municipal Solid Waste Incinerator Residues. Studies in Environmental Science,67. Elsevier
[4]Quina M J, Bordado J C, Quinta-Ferreira R M. Treatment and use of air pollution control residues from MSW incineration: an overview.[J]. Waste Management, 2008, 28(11):2097-121.
[5]Nishida K, Nagayoshi Y, Ota H, et al. Melting and stone production using MSW incinerated ash[J]. Waste Management, 2001, 21(5):443.
论文作者:吴昕欣
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
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