危險廢物焚燒飛灰處理處置技術

　　1 危險廢物焚燒飛灰的來源及其危害

　　1.1飛灰的來源

　　危險廢物焚燒飛灰是焚燒爐尾氣處理過程中所產生的。飛灰的數量和特性因不同的焚燒廢物、焚燒工藝和焚燒設備而有所不同。圖1是典型回轉窯焚燒危險廢物過程中所產生飛灰。根據工序可以分為鍋爐灰、急冷塔灰、布袋灰等，其中比較典型的為布袋灰。

　　典型回轉窯焚燒工藝的焚燒飛灰一般占整個焚燒廢物的10 %左右，其鍋爐灰約占5 %，急冷塔飛灰約占15 %，布袋飛灰約占80 %。目前，危險廢物焚燒所產生的飛灰并沒有官方統計。僅東江環保股份有限公司每年產生的飛灰量約為2萬。

圖1 回轉窯焚燒工藝尾氣處理原則工藝流程

　　1.2飛灰的危害危險

　　廢物焚燒飛灰屬于危險廢物，其危害主要來自三個方面：(1)水溶性鹽，(2)重金屬，(3)二噁英。

　　1.2.1水溶性鹽

　　飛灰中含有大量水溶性鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽，其本身雖然沒有毒性，但是水溶性鹽的存在，會對飛灰的無害化、資源化處理造成極大的危害。在無害化填埋處置后，固化體中的水溶性鹽會慢慢浸出，一方面造成固化體崩塌，致使重金屬也會浸出；另一方面，可溶性鹽進入滲濾液中，會造成滲濾液處理難度增大，且得到雜鹽又無出路。在高溫固化過程中，雖然飛灰經過玻璃化后可以作為建筑材料，但是水溶性鹽作為氯化揮發試劑，在高溫玻璃化過程中，不僅嚴重影響重金屬的固化，而且會嚴重腐蝕設備和侵蝕耐火材料。因此，在無害化、資源化之前，一般要將飛灰中的水溶性鹽分離出來。

　　1.3.2重金屬

　　飛灰中含有大量的重金屬及其化合物，主要有Cr6+、Pb2+、Zn2+、Cu2+等。重金屬不僅嚴重污染土壤、水源等，而且對人體也有極大的毒性。對人體的危害主要表現為慢性中毒、腦病變、貧血、慢性腎衰竭和致癌等。

　　1.3.3二噁英

　　飛灰中含有二噁英類物質，主要包括多氯二苯并二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)，是一種劇毒物質，是氰化物的130倍，是砒霜的900倍，有“世紀之毒”之稱。

　　2 危險廢物焚燒飛灰的處理處置技術

　　目前飛灰的主要處理技術有：(1)常溫固化法，(2)水熱固化法，(3)高溫固化法。

　　2.1常溫固化法

　　常溫固化法就是在環境溫度下，利用穩定劑/固化劑將重金屬穩定化、固化后進行填埋處置。常溫固化法是目前飛灰處理的主要方法，也是目前唯一工業化的方法。常溫固化法有水泥固化法、石灰固化法和瀝青固化法，其中以水泥固化法為主。

　　常溫固化法的優點：

　　(1)成本較低，一般300~400元/噸；

　　(2)工藝簡單，易操作。

　　常溫固化法的缺點：

　　(1)增量較大，一般增量20 %~30 %；

　　(2)水溶性鹽會慢慢浸出，增加滲濾液處理難度和處理成本，且得到的雜鹽是危險廢物；

　　(3)隨著水溶性鹽的浸出，不僅造成固化體存在崩裂可能，而且也造成重金屬浸出而進入滲濾液中；

　　(4)二噁英只是固化，沒有焚毀，其危害依然存在。

　　2.2水熱固化法

　　水熱固化法是在高溫、高壓下對飛灰中的重金屬進行固化、二噁英進行氧化分解，最好進行填埋處置。水熱固化重金屬的原理是在高溫、高壓下，將飛灰中常規化合物(CaO、SiO2、Al2O3、MgO)合成類沸石礦物，利用沸石的離子吸附、離子交換和物理包裹將重金屬穩定和固化其中；在固化重金屬的同時，利用氧氣等氧化劑，在高溫、高壓下，將飛灰中二噁英氧化分解。該方法目前正處在實驗室研究階段。

　　水熱固化法的優點：

　　(1)重金屬固化率可以達到95 %；

　　(2)能夠分解大部分二噁英。

　　水熱固化法的缺點：

　　(1)需要高溫、高壓設備，且對設備材質的耐腐蝕性要求非常高；

　　(2)處理成本高；

　　(3)二噁英分解不徹底，一般為75 %~85 %；

　　(4)水溶性鹽沒有得到利用。

　　2.3高溫固化法

　　高溫固化法是在1000~1500℃的高溫下，將飛灰中大部分重金屬固化在玻璃渣網格中，同時二噁英被徹底焚毀，高溫化后的熔渣可以作為建材用料。由于無害化非常徹底，減量化在50 %以上，因此高溫固化法是目前飛灰處理處置的熱門領域。

　　高溫固化法根據溫度又可以分為燒結法(1000~1200℃)和熔融法(1300~1500℃)。由于高溫熔融法比燒結法減量化更大(65 %以上)，且熔融渣可以作為高檔微晶板材、巖棉的原料，因此高溫熔融法是飛灰減量化、無害化、高價值化研究的重點。

　　熔融法的設備根據熱源又可分為兩大類：燃料式熔融爐和電熱式熔融爐。燃料式熔融爐主要有：表面熔融爐、內部熔融爐、焦炭床熔融爐、旋流熔融爐等。電熱式熔爐主要有：電弧熔融爐、電阻熔融爐、電感熔融爐、等離子體熔融爐等。

　　在眾多熔融爐中，等離子體熔融爐的優點較為突出：

　　(1)溫度高、能量密度高，熱量集中，傳熱效率高；

　　(2)啟動速度快，反應速度快，達到穩定狀態速度快；

　　(3)氣流量小，所產生煙氣量小，尾氣處理成本低；

　　(4)熔融氛圍(氧化、還原、惰性三種氛圍)可靈活調節。

　　當然，等離子體熔融爐也有明顯的不足：

　　(1)電能耗高；(2)噴槍壽命短；(3)投資較大。

　　3 危險廢物焚燒飛灰處理處置存在的主要問題

　　垃圾焚燒飛灰處理存在的問題主要體現在三個方面：(1)水溶性鹽的潛在危害仍未消除，并且未得到有效利用；(2)重金屬污染依舊存在，二次飛灰仍需填埋處理；(3)二噁英焚毀不徹底，劇毒性、致癌性危害依然存在；(4)資源化比例不高、價值化不高。

　　3.1水溶性鹽的潛在危害仍未消除

　　飛灰中的水溶性鹽主要為氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣等，目前的處理工藝都存在三個問題。(1)在固化填埋后，水溶性鹽會進入滲濾液中，不僅增加滲濾液處理成本，且得到的鹽泥無出路，若鹽泥在進行填埋處理，會造成惡性循環。(2)在高溫熱處理過程中水溶性鹽存在諸多危害：一是水溶性鹽本身會揮發，造成二次飛灰量大；二是水溶性鹽起到氯化揮發的作用，將重金屬帶入二次飛灰中；三是嚴重腐蝕設備和侵蝕耐火材料。

　　3.2重金屬的潛在污染依舊存在

　　目前飛灰的處理處置工藝，其重金屬污染依然存在。(1)在常溫穩定化/固化填埋中，水溶性鹽會導致固化體開裂而導致重金屬會浸出。(2)在高溫熱處理過程中，煙氣量比較大，不僅二次飛灰量大而造成重金屬含量低，難以資源化綜合利用，只能填埋處置。

　　3.3二噁英的毒性依舊存在

　　飛灰中的二噁英種類繁多，其毒性當量很大，一般在500~25000 ng I-TEQ/kg。飛灰中的二噁英除物理高溫能徹底焚毀處理之外，其它紫外光解法、濕熱氧化法、機械化學降解法等都不徹底。而高溫焚毀法目前還在實驗室研究階段，并且在后續尾氣處理過程中，二噁英仍然會生成。

　　3.4資源化比例不高、價值化不高

　　資源化比例不高主要體現在：(1)水溶性鹽未有效回收利用，(2)飛灰仍然以填埋為主，(3)高溫固化過程中，二次飛灰中重金屬含量低，仍然需要填埋處置。資源化價值不高主要體現在飛灰玻璃化熔渣僅僅作為價值低的路基材料。

　　3.5現有的填埋處置不能滿足新的入場要求

　　目前，固化填埋是危險廢物焚燒飛灰的唯一出路，但是由于飛灰中水溶性鹽一般在30 %左右，將不能滿足新版《危險廢物填埋污染控制標準》(GB18598-2019)中水溶性鹽必須小于10 %的入場要求(該標準將于2020年6月1日起實施)。新標標的實施，飛灰中水溶性鹽的資源化綜合勢在必行，其研究也是刻不容緩。

　　4 結語

　　固化填埋是目前危險廢物焚燒飛灰的唯一出路，但是隨著新版的實施，將不能滿足新的入場要求；而現有的處理處置技術都不能全部解決目前飛灰存在的問題。從長遠的角度看，同時實現飛灰的減量化、無害化和高價值化是其處理處置技術的發展方向。