浙江大学危险废物熔融玻璃化技术介绍

浙江大学热能工程研究所教授、常务副所长蒋旭光26日出席全国危险废物熔融处理技术与标准研讨会，并就浙江大学危险废物熔融玻璃化技术做了简要介绍。

蒋旭光称，由于熔融处理技术要加热到1000℃以上，处理成本非常高，而我国危险废物的产生量一年比一年多，已经达到3900万吨，但在处理率方面，我国同国外发达国家仍然存在差距。

蒋旭光表示，所谓熔融化、玻璃化，一定要把处置后的重金属，二噁英在加热过程中破坏掉，但重金属如果没有变成玻璃态，仍然有可能进入环境中。其温度范围，熔融化所需的能量、代价是较高。垃圾焚烧中的飞灰含量非常大，约有几百万吨。无论燃料式和电热式都要花费较大代价。

蒋旭光介绍，国内做了一些基础研究，如：溶渣理化特性、重金属浸出以及灰渣熔融特性和机理等，熔融作用效果显而易见，大大减少浸出毒物的含量，绝大部分低于现有分析手段的极限值。通过熔融前后对比分析，熔融后都可以达到浸出标准，最重要的重金属基本可以达标。通过DSC，TGA等基础对比分析，在400-500℃、600-700℃时，会出现由飞灰组分发生多晶转变造成吸热效应。只有温度大于1100℃时，熔融才会有效。

另一方面，蒋旭光表示，减容、减重效果也比较明显，在1400℃的情况下，减容达到70%左右，减容比达到2/3以上，可以减少填埋时对土地的负担。

蒋旭光称，危险废物熔融前后主要元素没有变，实现了结晶化，硅和钙的形态发生很大的变化，飞灰中，杂乱的物质会变成硅酸盐和铝酸盐，硅氧的熔融结构是主体结构。二氧化硅、硫酸钠熔融后都变成氧化钙等结晶状留存。

迫于熔融高温度、高成本的压力，蒋旭光称，曾经试图加入一些添加剂，设法降低一些熔融温度，降低运行成本。在添加氧化钙，二氧化硅后，发现飞灰中碱性氧化物和酸性氧化物的含量比，添加剂对飞灰熔点的影响与飞灰的碱度相关，在某个碱度临界值，飞灰的熔点迎来极小值。熔融过程中，重金属的迁移主要影响因素是：重金属的挥发性——可以分为难挥发、易挥发几种，熔融气氛、熔融温度、碱度以及添加剂。其他因素包括空气冷却，氯元素的含量等。添加氧化钙和二氧化硅后，重金属熔融率普遍得到提高。

在熔融后产物的资源化利用研究中，蒋旭光介绍，主要包括水泥路面砖、微晶玻璃、混凝土等建材。国内熔融的应用中，比较典型的是上海有一台离子体无氧热解高危垃圾炉。国外主要做了灰渣熔融特性，重金属的迁移以及二噁英分解特性、资源化利用和工程应用。

蒋旭光介绍，国外在20世纪后期做的一些危废处置厂，采用等离子体高温得到的均质玻璃化产物，耗能更高，温度达到4000-7000℃，稳定程度更高。大部分低沸点的重金属在1000-1100℃就融化了，挥发量达到98%-100%。而高沸点的重金属，如Mn、Cr等转移到溶渣中，降低重金属的挥发。国外有人曾尝试加一些氯化钙、氧化钙等氢氧化物，降低氯含量，水洗是一种较为有效的办法。

另外，蒋旭光称，在熔融过程中，二噁英分解特性在国内也做得比较多，结论是：高于800℃情况下，热处理过程对二噁英均有良好的销毁效果。将焚烧灰渣熔融后再结晶，其性质非常稳定，对二噁英的脱除率达99.9%。

谈及资源化利用，蒋旭光认为，若能达到建筑材料的目标，路基材料、混凝土骨料、路面砖、玻璃-陶瓷等都是高质化应用较好的路径。

蒋旭光介绍了国外一些工业资源化利用的情况，这之中，欧盟废物名录明确规定所产生的玻璃态残渣是一般固体废物，不作为危险废物进行管理。目前是危废的飞灰，如若作为一般废物来管理，后续处理将会非常简单。他称，欧盟已经有一半的危险废物焚烧处理设施采用高温熔渣处置技术。美国有1/3焚烧处置厂采用高温熔渣处置技术。日本把生活垃圾残渣、普通废物焚烧进行二次处理，减少填埋量。

蒋旭光举例，等离子体熔融气化技术在日本已经有十余年的商业运行经验，等离子项目非常高效，能耗仅为2%-5%。国外比较好的是加拿大的普拉斯科能源集团公司，处理量约为400吨/天，2008年建成，还可以用于发电，且发电量比较可观。

最后，蒋旭光介绍了浙江大学的相关工作。他称， 浙江大学从1997年开始，首先开展了垃圾焚烧飞灰熔融的出相关研究，因为飞灰熔融特别适合做熔融，本身就已经是无机物，含量高。

研究中，首先做了BSC，熔融过程二噁英分解特性，温度1400℃以上的话，分解率非常高。重金属的迁移影响有：铅锌受温度影响比较少，温度对Cr、Cd、Cu影响显著。采用等离子体熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃时，需要添加添加剂，包括氧化钙，二氧化硅，要调解它的成分。玻璃是硅的重要组成成分，在硫化床飞灰等试验后，得出不同结果：二氧化硅对晶核形成没有明显影响，太多反而不利，而氧化钙对晶体影响不大，在一定程度上可促进形成，有利于晶体析出。不同添加剂对吸热的影响，从差热分析结果上看，最佳核化温度是800℃，不仅熔融温度降低，成本能够相应下降，更利于资源化利用。最佳核化时间为两个小时，化学分析产成的微晶玻璃和微晶化热处理对重金属浸出的特性，得出原始飞灰毒性浸出特性得到明显改善。

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