垃圾焚烧飞灰无害化与资源化现状及发展趋势

Bie等[7]研究了水泥固化飞灰后的浸出行为，探讨了水泥用量、浸出液pH值、振动浸出时间对重金属浸出量的影响。研究发现，飞灰被水泥固化后其以Pb和Cd为代表的重金属浸出率迅速下降，且在碱性条件下能进一步抑制浸出，图1为浸出时间64小时后原始飞灰与50%飞灰添加量的水泥样品的重金属浸出浓度的比较。

图1.重金属浸出浓度比较

但飞灰的掺杂会使复合水泥块的抗折强度和抗压强度明显下降，而且还延滞了水泥的水化时间。为提高水泥固化效果，常威等[8]在水泥固化垃圾焚烧飞灰时添加一定量的重金属螯合剂，在保证重金属固化效果的同时能够兼顾经济性与增容性。

研究表明，经过适当工艺，垃圾焚烧飞灰水泥固化技术能够满足重金属固化要求，填埋后不会对环境造成影响。但飞灰中的高含量氯化物会影响水泥品质，甚至损坏设备导致停产[9]，且水泥固化技术主要针对飞灰中的重金属，对二噁英等有机危害物并没有较好的固化效果。

3.1.2.塑料固化

鉴于粉煤灰可作为塑料补强填料，有学者研究将垃圾焚烧飞灰作为塑料填料的可行性与工艺方法。Goh等[10]将硅烷偶联剂或介孔二氧化硅胶体(CMS)改性过的垃圾焚烧飞灰作为填料与环氧树脂进行混合，研究发现水洗后的改性焚烧飞灰与聚合物基体相容性较好，其拉伸强度与弯曲强度与未添加焚烧飞灰的树脂相比也只是略有下降，且对重金属Zn、Cu、Cr和Cd固化效果好，64天后未检测到其浸出。

当前对于垃圾焚烧飞灰塑料固化的研究较少，但其固化效果优良、增容小，后续可利用方向较广泛，是一种前景较好的新型处理技术。

3.2.高温稳定技术

3.2.1.熔融法

熔融法是指在燃料炉内利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热到1200℃~1400℃左右，使其中残留的二噁英彻底分解，之后经过一定的程序冷却使飞灰变成熔渣。此时熔渣内的重金属已被固定，后续可作为高品质的建筑材料原料，实现飞灰减容化、无害化、资源化的目的。

张晓萱等]对飞灰进行1200℃熔融处理，其温度变化时熔渣中重金属的固定率见图2，并对其得到的炉渣进行浸出。实验表明，重金属浸出率已低于我国和美国的危险废物浸出毒性鉴别标准(TCLP)规定的危险废物的重金属和有机污染物的含量，不属于危险废物。

图2.不同重金属的固定率比较

在飞灰熔融过程中，不同的重金属元素其固化率并不一致，诸如Cu、Zn等元素在高温下易与飞灰中的SiO2、Al2O3反应生成高沸点的硅铝酸盐，抑制了重金属的挥发，提高其固化率，但Pb、Cd等易挥发的重金属元素，提高温度及添加剂对其固定率影响不大。而且熔融固化技术所需成本很高，因此多在经济发达的欧美、日本等国家应用。

3.2.2.烧结法

烧结法是将垃圾焚烧飞灰与玻璃质等各种添加物的混合物造粒后加热至1000℃~1100℃，使其中的二噁英彻底分解，并形成致密的玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，使飞灰中的重金属被固化稳定。烧结法得到的产品体积小、硬度高，重金属浸出率低，工艺简单，后续可作为混凝土骨料及其它建筑材料，是一种值得推广使用的垃圾焚烧飞灰处理工艺。

国内外有不少学者对烧结处理工艺及性能作了试验研究，李润东等研究烧结温度、时间及成型压力等条件对烧结体理化性质的影响，发现烧结温度的控制对烧结过程起到关键的作用。

在1080℃至1100℃范围内，烧结试体的抗压强度、烧失率、体积变化率和密度变化率都随着温度与时间的增加而增大，与此同时，成型压力越大，烧结试体的抗压强度和密度变化率越大，烧失率和体积变化率越小。Mangialardi发现，将飞灰预先经过水洗减少其中氯盐含量，烧结后可制得满足意大利对混凝土中粗集料强度要求的结晶体。

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