垃圾焚烧飞灰无害化与资源化现状及发展趋势

3.2.3.热等离子体技术

热等离子体技术是一种近年来在工业中广泛应用的新技术，也可以应用于垃圾焚烧飞灰的处理。等离子体废物处理系统主要由进料系统、等离子体主反应腔、金属/玻璃体收集系统、热能回收利用系统、尾气净化处理系统、二次燃烧室、自动控制系统等构成。

其主要工作流程如下：进料系统将废物输进等离子体主反应腔，然后在主反应腔中经历等离子体气化/玻璃化过程，其中金属和玻璃体经金属玻璃体收集系统得到收集，如果存在二次燃烧室气体进入二次燃烧室，然后气体进入尾气处理系统，最后排放的气体达到标准。如果有能量回收利用系统，气体可通过能量回收利用。

与传统的热处理技术相比，热等离子体技术具有更高的温度和能量密度，可以实现飞灰的玻璃化，抑制重金属迁徙。同时能够完全的破除有毒有害废物，不会造成二次污染。

目前，日本美国已有部分公司在等离子体处理垃圾焚烧飞灰技术上已经实现商业化运转水平，并能将焚烧飞灰生产的玻璃体进一步转化为建筑材料。

3.3.化学稳定化处理技术

化学稳定化处理技术通过添加化学药剂使有毒有害物质发生化学反应转变为低溶解性、低迁移性或低毒性物质。一般采用的稳定化药剂有：石膏、磷酸盐、漂白粉、硫化物(硫代硫酸钠、硫化钠)、高分子有机稳定剂、铁酸盐、粘土矿物等。

目前飞灰化学稳定化技术包括pH值控制技术，氧化/还原电势控制技术，沉淀技术，吸附技术，离子交换技术等。另外有螯合型重金属稳定化药剂，以其螯合效果显著，稳定性好而受到学者关注。

蒋建国等利用多胺与二硫化碳生成二硫代氨基甲酸或其盐处理垃圾焚烧飞灰，并与Na2S和石灰处理飞灰的效果进行了比较，结果表明，在0.6%投加量时，重金属螯合剂对飞灰中的主要重金属Pb、Cd、Zn和Cr的捕集效果都在95%以上，远高于无机药剂Na2S和石灰，同时能够有效拓宽飞灰中主要重金属Pb和Cd达到填埋标准的pH值的范围，使得稳定化产物在环境pH值改变的情况下能长期稳定存在，二次污染的潜在威胁大为降低。

徐颖等研究发现二丙基二硫代磷酸铵(ADD)螯合剂能将江苏某垃圾焚烧发电厂飞灰中的Pb、Zn和Cd的稳定化率分别达到95.6%、85.5%和93.4%，且受pH影响较小，图3为1.5%添加量条件下各螯合剂对重金属固化率的比较。

图3.不同螯合剂对重金属固定率的比较

化学稳定化处理技术相比于其它处理方法，具有节能、效果好而费用适中的优点。但是，由于该方法通常是在常温下进行，对二噁英没有分解和破坏效果，处理后的飞灰只能用于填埋，后续无法进行合适的资源化开发，是对垃圾焚烧飞灰资源的一种浪费。

3.4.水热处理技术

水热条件下水分子一般具有运动加速、离子积常数增加及扩散系数增大等特点，水热处理技术即于水热条件下利用飞灰中的Al、Si源或外加Al、Si源在碱性条件下合成硅铝酸盐矿物，将重金属稳定于矿物中。对于重金属的稳定化可选择较低的水热条件。

金剑利用水热法处理垃圾焚烧飞灰，发现Al、Si元素含量、反应温度和反应时间的提高对重金属稳定化效果起促进作用，最终趋于平稳；水热过程中液固比、碱性物质添加量、初始重金属浓度对于稳定化效果的影响具有波动性。Xie等研究发现在533k的温度条件下的水热反应中添加0.1%碳酰肼，可有效控制垃圾焚烧飞灰中二噁英的毒性，同时添加硫酸亚铁有利于提高重金属的稳定性。

3.5.生物/化学提取技术

提取技术是指将重金属从飞灰中分离出来，实现重金属的回收，同时使飞灰成为普通废物或建筑材料进行资源化利用。提取方法主要包括生物淋滤和化学浸提。生物淋滤法是指通过特定微生物(细菌或真菌)的直接作用或是其新陈代谢过程产生的氧化、还原、络合等间接作用，将重金属溶出的一种湿法冶金方法。

生物淋滤的菌种很多，包括有硫杆菌属、铁氧化钩端螺旋菌、硫化杆菌属、酸菌属、嗜酸菌属等，其中广为使用的菌属包括氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和铁氧化钩端螺旋菌。Ishigaki等研究发现多菌种共同作用更有利于重金属的溶浸，一定条件下Cd和Cr的溶出率高达100%。因为共培养方式有利于加快细菌的生长速度及增加体系的酸度，而且多菌种并存时各菌种可以相互弥补各自的缺点。

化学浸提法一般是通过加入特定的化学药剂将易溶性重金属提取出来，达到回收利用的目的。常用的试剂包括HCl、HNO3、H2SO4、NaOH、NH3和螯合剂等。其中HCl、HNO3可提取几乎所有的金属，H2SO4能溶解除Ca、Pb以外的大部分金属。碱可选择性地提取两性金属如Zn、Pb。螯合剂能与飞灰中重金属反应生成可溶性配合物以达到提取重金属的目的。但限于目前技术成本，生物/化学提取技术无法大规模开展实际应用。

延伸阅读：

低碳环保冷结砖技术破解垃圾焚烧飞灰处置难题

生活垃圾焚烧飞灰的物理化学特性

浅谈飞灰熔融使用纯氧燃烧技术的发展前景

垃圾焚烧发电飞灰处理现状及技术选择