技術分享|焚燒飛灰處理技術現狀與展望研究
1.2凝石穩定化法
凝石是將具有火山灰活性的固體廢棄物,包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油頁巖渣、預處理過的尾礦、黃河砂、城市建筑垃圾以及天然火山灰等硅鋁質物料,加入少量或不加水泥熟料,再配入1%~5%的成巖劑,分別磨細再混勻而成的。
垃圾焚燒飛灰在凝石成巖劑中的加入量為1%~l0%,這樣就得到了l0~100倍的稀釋。成巖劑在凝石膠凝材料中的加入量為1%~5%,這樣飛灰就得到了200~10000倍的稀釋。該技術初步研究的結果表明:凝石對垃圾焚燒飛灰中重金屬物質的處理效果良好。當焚燒飛灰的摻加量為1%~5%時,凝石中的重金屬得到了有效處理,滲濾結果均符合固體廢棄物浸出毒性鑒別標準,該技術被認為在固體廢棄物資源化利用方面非常有應用前景。
1.3藥劑穩定化法
藥劑穩定化技術以處理重金屬廢物為主,目前已經發展了多種重金屬穩定化技術,如pH值控制技術、氧化,還原電勢控制技術、沉淀技術、吸附技術和離子交換技術等。這類技術目前在垃圾焚燒飛灰穩定化處理方面應用較少,但是一個發展方向。尤其是藥劑穩定化與其它穩定化方法相比具有工藝簡單、穩定效果好、費用低廉等優點。
目前發展較快的螯合型有機重金屬穩定化藥劑,對包括垃圾焚燒飛灰在內的多種重金屬污染物的穩定化處理效果已經得到試驗證明。對重金屬螯合劑處理垃圾焚燒飛灰進行實驗,并與Na2S和石灰處理等效果進行比較,結果表明,螯合劑投加量0.6%時,捕集飛灰中重金屬的效率高達97%以上,為達到相同的穩定化效果,螯合劑的使用量要比無機穩定化藥劑少得多。同時,通過l4個月的微生物影響實驗表明,重金屬螯合劑穩定化產物在填埋廠的環境下,其穩定性不受微生物活動的影響。
目前,一般采用的穩定化藥劑有:石膏、磷酸鹽、漂白粉、硫化物(硫代硫酸鈉、硫化鈉)、高分子有機穩定劑、鐵酸鹽、粘土礦物等,磷酸鹽處理飛灰后重金屬Pb在pH值4~l3范圍內浸出很小。
1.4瀝青固化法
瀝青固化作為熱塑性材料固化技術的代表,是以瀝青類材料作為固化劑,與飛灰在一定的溫度下均勻混合,產生皂化反應,使有害物質包容在瀝青中形成固化體,從而得到穩定。由于瀝青屬于憎水物質,完整的瀝青固化體具有優良的防水性能。瀝青還具有良好的黏結性和化學穩定性,而且對于大多數酸和堿有較高的耐腐蝕性。
1.5熔融固化法
經加熱熔融,焚燒飛灰中的二噁英等有機污染物會發生高溫分解,再將熔渣快速冷卻形成致密且穩定的玻璃體,從而有效控制重金屬的浸出。此外,根據生產需要,可以將熔渣制成建筑材料或作為玻璃、陶瓷等生產行業的原料,實現灰渣的資源化利用。
目前發達國家已經研究出2種成熟的熔融技術:
(1)燒結法:是將待處理的危險廢物與細小的玻璃質,如玻璃屑、玻璃粉混合造粒成型后,在1000~1100℃高溫下熔融形成玻璃固化體,以借助玻璃體的致密結晶結構,確保固化體的永久穩定。但該方法需充分結合化學穩定和熔融處理工藝,才能降低垃圾焚燒飛灰對環境的危害。
(2)熔融法:是在燃料爐內,利用燃料或電能將垃圾焚燒飛灰加熱到l400℃左右,使飛灰熔融后經過一定的程序冷卻變成熔渣,然后將熔渣作為建筑材料,以實現飛灰減容化、無害化、資源化。相對于其他處理技術,熔融固化的最大優點是可以得到高質量的建筑材料。
1.6燒制陶粒技術
專利CN1830885利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法中提出了一種利用垃圾焚燒飛灰為原料的陶粒及其制備方法。其原料組成為:非灰20%~80%,其余為黏土。這些原料經配料、造粒、高溫煅燒后即可制成陶粒產品。所需高溫煅燒的燒結溫度為l000~1400℃。此專利將飛灰作為陶粒原料再生利用,實現了對固體廢棄物飛灰的無害化、資源化處理,避免了二次污染,減少了資源浪費。
1.7地聚物固化技術(新型方法)
地聚物是一種以水玻璃和氫氧化鈉等采用一定的工藝激發偏高嶺土、工業廢渣等含鋁硅酸鹽物質制得的新材料。地聚物有單硅鋁、雙硅鋁和三硅鋁三種結構,利于固定重金屬。地聚物的特殊結構可以把飛灰中的金屬和其他毒性物質分割包圍在環狀分子之間結合形成密閉的空腔內或被吸附而包容在聚合體中,達到固化效果。地聚物原材料豐富,價格低廉,生產能耗只及陶瓷的1/20,鋼的1/70,塑料的1/150,污染物排放量低,受到歐、美、日等國家的重視。在其它條件相同時,地聚物固化飛灰后固化體的抗壓強度比水泥固化后高,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更低。
2、濕式化學處理法
飛灰濕式化學處理法包括加酸萃取法、煙氣中和碳酸化法等。該工藝將飛灰中的重金屬(如酸、堿等)提取后,再將剩余飛灰和重金屬分別進行資源化利用。該工藝運行成本較低,可回收重金屬和鹽類。
研究表明:飛灰經過磷酸洗滌后,Zn的溶出率由水洗時的l12.65mg/kg降低至2mg/kg,且未檢出Pb的溶出,固留在灰樣中重金屬的殘留態和有機態的比例都有不同程度的提高。由此可見,磷酸洗滌不但能有效抑制重金屬的溶出,還有助于改善重金屬的化學穩定性和飛灰的熱穩定性。研究還指出,由于大多數有害離子的浸出率較低,對安全填埋影響不大,也可作為建材、筑路材料。
采用濕式化學處理法提取飛灰中的重金屬,主要具有以下優點:
(1)飛灰中的可溶鹽溶解于水中,提高了處理效果,增加了處理物的穩定性;
(2)處理物中的可溶鹽較少,且形態為脫水濾餅狀,易于操作、搬運、填埋;
(3)工藝簡單,可操作性強,但也存在需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下,目前很少應用。
3、膜蒸餾技術
膜蒸餾技術已在國內研究了近30年,一直沒有工業化運用起來,其中根本的一個原因就是沒有合適的“膜”。PTFE高能膜蒸餾技術成功運用到垃圾飛灰脫鹽預處理、高鹽廢水處理、物料濃縮分離、高難廢水處理等領域。在垃圾飛灰膜蒸餾濃縮系統脫鹽預處理中可以將飛灰水洗后的溶液濃縮至近飽和前(30%)的任意濃度,可靈活控制濃縮量,處理時還不受鹽分濃度的影響。溶液經過膜蒸餾系統的濃縮,產出的水質達到蒸餾水標準可回用水洗飛灰;除此之外,該系統可利用80度以上廢熱,太陽能,工廠熱煙氣,熱水,設備余熱,間斷式蒸汽或地熱等廉價低品位能源。”而飛灰經過水洗處理產生的沉淀物則送至水泥窖做水泥骨料,確保了飛灰的多重循環利用,實現飛灰處理的無害化、減量化、資源化。
由于垃圾飛灰水洗之后的溶液含鹽率的不確定性(含鹽率常在8%左右,也會極少出現8%以下),無法采用常規超濾、反滲透工藝。而利用膜蒸餾系統幾乎不受鹽分濃度的影響,可直接進入膜蒸餾系統將高鹽廢水濃縮至近飽和狀態。再將近飽和高鹽廢水進行兩級雜鹽的分離后鹽結晶,產生氯化鈉純度在90%以上可作為工業鹽資源化利用。
采用膜蒸餾方案進行處理,使得水洗后的飛灰進入水泥窯焚燒去除二噁英后可直接作為水泥骨料資源化利用,飛灰中的鹽進入水中,最后結晶出工業鹽也可資源化利用。水洗后的溶液利用水泥窯200多度的煙道尾氣余熱進行換熱達到80度的工作水溫,進入膜蒸餾系統循環濃縮,可使溶液濃縮至近飽和狀態,從而降低大量的系統運行能耗,降低飛灰的處置成本。
膜蒸餾濃縮系統在現有的垃圾飛灰水泥窯協同處置工藝上進行了改進和創新。在能耗方面進行了優化,減少了運營成本,完善了雜鹽分離技術,使最后結晶出工業鹽資源化利用。
4、安全填埋法
安全填埋法是將垃圾焚燒飛灰在現場進行簡單處理后,送入安全填埋場進行填埋的方法,是目前處理垃圾焚燒飛灰最安全可靠的手段之一,但安全填埋場的建設和運行費用較高,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此方法的應用。
5、其他
國外曾研究在焚燒飛灰中加入SiO,MgO,TiO,制造玻璃,并將其進一步轉化為玻璃陶瓷制品,作為建筑材料。
隨著經濟的發展和人們環保意識的提高,對于未來垃圾焚燒飛灰的處理應該是隨污染物排放標準的提高,無害化程度也進一步提高,同時盡可能減少處理和控制二次污染物的運行費用。
展望
基于中國城市垃圾焚燒飛灰的性質和處理特性,焚燒飛灰的處理與利用技術必須從資源化利用和環境影響兩方面加以考慮,既要考慮焚燒飛灰資源化利用的可行性,在經濟成本與環境保護中找到最佳平衡點,又要使焚燒飛灰處理產物的環境特性達到所限定的標準。結合我國實際情況,垃圾焚燒飛灰處理的發展方向應該包括以下3個方面:
(1)開發先進的焚燒爐,并加強對入爐垃圾的控制;
(2)開發穩定效果好、處理成本低的化學穩定劑以減少垃圾焚燒飛灰中的重金屬遷移;
(3)開發安全可靠、能耗低、效益好的資源化技術,資源化處理垃圾焚燒飛灰,變廢為寶。
國外通常將醫療垃圾消毒處理后和生活垃圾一起進行焚燒,但因我國生活垃圾未進行分類收集,垃圾焚燒灰組成與國外有一定的區別,不能直接引進國外技術。因此,必須結合垃圾焚燒飛灰的組分、生活垃圾的處理規模、能量來源、建設投資費、運行費用、操作復雜性、金屬回收以及產物利用等多方面的因素,綜合考慮,真正做到垃圾焚燒飛灰處理的安全、經濟、實用、可靠。
責任編輯:任我行
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