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2.2飞灰热处理

2.2.1飞灰的熔融处理

垃圾焚烧灰渣熔融处理是无害化和资源化的一项处理技术。根据热源熔融炉可分为利用燃料燃烧和电热两种方式，即表面熔融炉、电弧熔融炉、等离子体熔融炉等。KatsunoriNishida[15]等人在ChibaPrefecture和KamagayaCity进行实验,采用高于1450℃的高温熔融工艺处理垃圾焚烧飞灰。结果表明:（1）超过99.9%的二恶英在高温熔融过程中被分解；（2）熔融后的经检测，飞灰中所含的沸点较低的重金属盐类转移到气体中并以熔融飞灰的形式捕集下来，其余的金属则转移到玻璃熔渣中,大大降低了重金属的浸出特性，完全符合日本的标准；(3)熔融物质的机械强度达到日本对同类材料的要求。灰渣经熔融处理后，密度大大增加，灰渣减容可达2/3以上，并且可以回收灰渣中的金属，而且稳定的熔渣可作为路基材料、混凝土骨料、沥青骨料等，达到有效利用的目的。

M.Takaoba[16]通过对淤泥焚烧底渣熔融小规模实验研究，发现熔渣中重金属因元素的不同而具有不同的特点，熔渣中Cd、Pb、Zn和Cu这四种元素的含量随碱性氧化物与酸性氧化物含量比的增加而增加，而Ni、Cr随气氛的变化而变化显著。M.Takaoba在污水污泥灰渣熔融过程重金属的迁移特性研究过程中，发现CaO有利于抑制熔融过程中飞灰中易挥发性金属的挥发,并将其固化在稳定的熔渣中,降低了废气的处理费用。S.Sakai[17]等在对城市垃圾焚烧飞灰及底渣进行熔融实验时,研究了熔融过程中重金属的迁移特性。结果表明,飞灰中的重金属在熔融后,根据挥发温度将重新分布。高挥发点金属，如Al、Ca、Zn、Ni、Mn转移到熔渣中,低挥发温度的金属，如Cd、Pb转移到飞灰和熔融炉废气中。Boccaccini.A.R[18]和Romero.M[19]的研究表明加入添加剂可实现MSW飞灰玻璃化。

高温处理法具有减容率高、熔渣性质稳定、无重金属等溶出的优点，已受到广泛的关注，国外已研究出多种垃圾焚烧飞灰处理的高温熔融炉，并已在日本和欧洲有少量使用。但采用高温熔融工艺需要消耗大量的能源，同时由于其中的Pb、Cd、Zn等易挥发重金属元素需进行后续严格的烟气处理，故处理成本很高，只能在经济发达国家应用。

2.2.2飞灰的烧结处理

烧结法是将待处理的危险废物与细小的玻璃质(如玻璃屑、玻璃粉)经混合造粒成型后，在1000℃-1100℃高温熔融下形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保固化体的永久稳定。与熔融处理相比，烧结法消耗的热量低；与水泥固定相比，所得的产品体积小、硬度高、重金属的渗滤低。这种方法既可以减小飞灰的毒性，又可以将烧结产品作为结构材料进行资源化利用，如做混凝土代替骨料、路基、堤坝等。

KuenShengWang[20]以及T.Mangialardi[21]等人经过研究发现：飞灰经烧结处理后，可以作为结构材料进行资源化利用。KuenShengWang指出，在1120℃-1140℃之间对飞灰进行烧结处理，随烧结温度的增加，烧结产品的硬度增加。另一方面，硬度随烧失量的增加而减少，烧结处理后飞灰产生一种像陶瓷一样的固体，重金属被固定或封闭在飞灰内，其渗滤减少；在不同的烧结温度下，重金属的渗滤与其自身及其在烧结过程中所形成的化合物的类型有关，Pb的渗滤随烧结温度的增加而增加，而Cd表现出下降的趋势；Cr在初始阶段随烧结温度的增加而增加，在1120℃时达到最高，在1140℃后呈减小的趋势。这一点与其它研究结果有所不同。

KuenShengWang[22]等人研究表明,在烧结过程中Cr会以三价的形式在烧结残渣中富集，而且随着烧结温度的升高和时间的延长，三价铬的富集将会越来越严重，这样会对烧结法处理飞灰带来一定的影响。为解决这个问题，KuenShengWang等人[23]采用水洗的方法对垃圾焚烧飞灰进行前处理，在水洗过程中有超过65%的Cl和超过50%的主要元素如Na、K、Ca以及超过30%的Cr会进入液相。这样,会增加污水的处理成本。Iretskaya[24]等人在研究重金属的浸出机理中得出结论：应充分结合化学稳定和熔融处理工艺，以降低垃圾焚烧飞灰对环境的危害。

2.3药剂稳定化法

药剂稳定化技术以处理重金属废物为主，与其它稳定化方法相比具有工艺简单、稳定效果好、费用低廉等优点，一般可分为有机药剂和无机药剂两种。

有机药类是以螯合型药剂为主，即用一种水溶性的螯合高分子,与重金属离子反应形成不溶于水的高分子络合物,使灰中的重金属固定下来。蒋建国等[25、26]对利用重金属螯合剂处理垃圾焚烧飞灰的工艺及处理效果进行了实验研究，并与Na2S和石灰处理等效果进行了比较，结果表明：螯合剂投加量为0.6%时，捕集飞灰中重金属的效率高达97%以上。与无机稳定化药剂相比，为达到相同稳定化效果，螯合剂的使用量要少得多。同时，14个月的微生物影响实验表明，重金属螯合剂稳定化产物在填埋场环境下，其稳定性不受微生物活动的影响。

G.Marruzzo[27]等人研究了用Ca(OH)2(2%)和多胺类添加剂来固定MSW飞灰。结果表明，Ca(OH)2水合物的加入,使得混合物的抗压强度随时间的增加而增加。

无机类药剂主要利用磷酸类药剂与灰中的Si、Al、Ca等反应生成结合力很强的羟基磷石灰矿物，迫使有害金属进入这种矿物结构中，使其渗滤大大减小。

3垃圾焚烧飞灰处理展望

从人的健康和环境保护的角度出发，垃圾焚烧所产生的飞灰必须进行妥善的处理。目前，日本明确规定垃圾焚烧飞灰必须经过水泥固化法、溶剂萃取法、熔融固化法、化学药剂法四种方法之一进行降毒性处理，达到填埋标准后方可进行填埋[28]。

目前，我国还在发展传统的城市垃圾焚烧技术。随着社会的发展和人们环境意识的提高，未来垃圾焚烧飞灰的处理发展方向应该是随污染物排放标准的提高，无害化程度要进一步提高，同时应尽可能减少处理和控制二次污染物的运行费用。现在西方一些发达国家已在研究开发现代生态型焚烧技术，即通过改进焚烧工艺来使垃圾中的重金属尽可能蒸发到烟道气中，被烟道除尘器捕集形成飞灰，而炉渣中的重金属含量得以减少，使得综合处理费用大大降低。今后，我们也应针对我国国情和城市垃圾的特点，逐步开展生态型垃圾焚烧技术的研究工作，以填补这方面的空白。

原标题：垃圾焚烧飞灰处理技术研究与应用

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