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垃圾焚烧飞灰无害化与资源化现状及发展趋势

北极星环保网来源:环境保护前沿 徐林智2018/2/13 10:05:55我要投稿
所属行业: 固废处理  关键词:垃圾焚烧 生活垃圾 二噁英

以上是几种常见的垃圾焚烧飞灰无害化处理技术,其优缺点见表3。

表3.各种垃圾焚烧飞灰无害化处理方法比较

飞灰处理技术

4.飞灰的资源化技术

4.1.用作建筑材料

4.1.1.用作水泥制备

由于垃圾焚烧飞灰中含有大量的SiO2、Al2O3和CaO等物质,与火山灰材料十分类似,且与水混合后自身存在一定的凝硬特性,在水泥窑生产水泥熟料的过程中添加一定量的焚烧飞灰,可在不降低成品各项品质的前提下,制备出符合生产要求的水泥。

此外水泥窑内烧成温度高达1450℃,物料停留时间长,重金属以化学方式固化到熟料中,二噁英也可被彻底破坏。另外,若利用飞灰部分取代水泥生产制作中的CaCO3,不仅可以减少CaCO3煅烧时所消耗的能量,也可减少CaCO3分解时所产生的CO2,达到保护环境的目的。

早在1997年,日本秩父小野田公司就以城市垃圾焚烧飞灰和下水道污泥等为主要原料生产出了高强度水泥,并建成了世界上第一座生态水泥厂,2001年日本太平洋水泥株式会社建成了世界上第一条利用垃圾焚烧飞灰生产普通硅酸盐水泥生产线,现如今更有不少国家和地区将水泥厂和垃圾处理厂联合起来、互相协作。

4.1.2.用作陶粒制备

陶粒是一种人造轻质骨料,以其轻质、高强的优点在建筑领域代替天然的碎石、河沙等材料,获得了广泛的应用。利用垃圾焚烧飞灰与其他生料混合配比,可制得合格的陶粒。其生产流程如图4所示:

飞灰处理技术

图4.陶粒添加焚烧飞灰生产流程

陶粒生产过程中,垃圾焚烧飞灰被加热至1050℃左右,与其他生料在回转窑中混合煅烧,形成生料球,之后迅速冷却形成陶粒。飞灰中的二噁英在1000℃以上高温下被迅速分解,同时其中存在的重金属如Pb、Cr、Cd等在煅烧时会在料球中熔融固化,冷却后被陶粒的釉质外壳包裹,不易浸出。

4.1.3.用作沥青玛蹄脂制备

Xue等研究利用飞灰部分替代沥青玛蹄脂中的轻集料或细砂的可行性,测试包括马歇尔稳定度、水敏性、弹性模量、疲劳及车辙。结果表明,添加飞灰后其所有测试指标均优于沥青混合料。TCLP测试其对环境的影响,结果表面沥青是一种能有效稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的固化剂。

4.2.用作吸附材料

垃圾焚烧飞灰普遍具有粒径小,比表面积大的特点,这为利用飞灰制备吸附材料提供了必要的物理条件。Yang研究发现,对城市焚烧飞灰进行水热法处理可以制备具有一定沸石结构的类沸石材料,并且改变水热釜中NaOH溶液的浓度可以制备得如钙沸石、菱沸石等不同结构的类沸石材料。虽然水溶液含有高浓度的重金属元素需要进一步处理,但最终合成产物中Cd、Pb等重金属浸出浓度远低于环保局标准。

李夫振等研究了垃圾焚烧飞灰对亚甲基蓝的吸附能力,研究了飞灰粒径、用量、温度、pH和初始浓度等因素对吸附效果的影响,对亚甲基蓝最高吸附率可达99.46%。吸附上清液中除了Pb外,其余重金属含量均低于浸出毒性的限定值。

4.3.用作土壤改良剂

飞灰中含有大量的磷和钾元素,这是植物生长所需的肥料,此外飞灰中含有的CaO可以调节土壤酸碱性,具有改善土壤的能力,因此飞灰作为土壤改良剂方面具有一定的潜力。但飞灰中的重金属渗透到环境中,容易通过物质循环聚集到动植物体内,危害环境及人体健康,另一方面飞灰中的高浓度可溶解氯盐易导致植物脱水死亡。

5.总结与展望

我国对于垃圾焚烧飞灰无害化及资源化再利用研究的起步较晚,许多新型技术仍处在研究阶段。传统的飞灰无害化技术相对研究较多,但其中仍有不少缺陷难以克服:水泥固化填埋处理增容量大,高温处理技术成本高,化学药剂稳定化并没有彻底分解破坏二噁英,仍有潜在危害等。

此外,利用飞灰生产的水泥陶粒等建材的资源化技术也因为地域制约和污染物去除效果的质疑而只能小范围应用,无法在国内大范围推广。因此,开发一种或几种新型有效,符合我国相关国情的垃圾焚烧飞灰处理技术的期望变得越发迫切。

同时,新型的焚烧飞灰资源化技术越来越受到各国学者的关注和研究,诸如水热处理技术,热等离子体技术等,以其节能,高效,固化效果好,后续处理用途广等因素而受到欢迎。虽然尚未能投入实际应用,但随着相关研究的深入与开发,相信会研发越来越多的焚烧飞灰处理工艺,在国内及国际得到更广泛的发展与应用。

延伸阅读:

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