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伴随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，大量的生活垃圾电厂建成，提供了人们生产、生活需要的电。但是由于大量的垃圾焚烧电厂的建立和运行，垃圾焚烧产生的飞灰也呈逐年增长的趋势，大量的飞灰带来了飞灰处理上的问题，如何能够把这些有毒有害的飞灰进行无害化的处理也就成了一个亟待解决的问题.飞灰中含有大量的有毒、有害物质，其中重金属有Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Hg等，还有二恶英等剧毒有机物。在特定的条件下飞灰中的这些重金属和二恶英等会渗滤出来，造成水体和土壤的污染，对环境和人们的生活造成严重的影响，因此也受到了国内外的普遍关注。我国的相关标准中(GB18485-2001)己经把飞灰列为危险废物。
1飞灰的特性
飞灰的组成成分主要有SiO2、P2O5、Al2O3等酸性氧化物和CaO、MgO、Fe2O3、CuO、TiO2、K2O、Na2O等碱性氧化物以及一些重金属的氯化物。而飞灰的主要成分CaO、SiO2、Al2O3和Cl元素占总重量的90%左右。这些物质的含量决定了飞灰的化学特性(成分)、物理特性(孔隙率、比表面积、熔点)和结构特性(晶相)以及渗率等特性。飞灰2/3以上的化学物质是硅酸盐和钙，其它的化学物质主要是铝、钾和铁.而这些元素的分布跟各种不同的垃圾焚烧炉炉型、垃圾成分、燃烧工况等有很大的关系，其含量如表1所示。
表1飞灰中重金属的含量(g/kg) 
垃圾飞灰属于国家危险废物，在有水以及有酸或者碱的条件下，飞灰中的重金属就会渗出，造成污染.表2是飞灰的浸出毒性鉴别标准。
表2飞灰的浸出特性(mg/L) 
2飞灰的产生及处理
垃圾焚烧炉在运行中会产生大量的灰渣，其中灰渣的总量一般为燃烧前垃圾总量的5%～20%。随着垃圾数量的逐年增多，垃圾焚烧所产生的飞灰也不断增长，据有关数据显示，飞灰每年呈5%～10%的数量增长。垃圾焚烧不仅会产生大量的飞灰，而且还有大量的残渣。残渣中所含有的重金属渗率比飞灰中的少。由于垃圾焚烧中的重金属如Pb、Cd、Zn、Sb、Se等迁移到飞灰当中，它已经被列为危险废弃物，不能直接填埋。
飞灰不能直接排放到大气和土壤中，需要经过处理后才能进一步处理。处理的方法有：固化、热处理、化学处理、提取、生物淋滤处理方法等。
2.1固化
废物固化是用物理-化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的过程。
对固化处理基本要求包括：①有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等，最好能作为资源加以利用，如作建筑基础和路基材料等；②固化过程中材料和能量消耗要低，增容比(即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比)要低；③固化工艺过程简单、便于操作；④固化剂来源丰富、价廉易得；⑤处理费用低。
固化有利用水泥、沥青、塑料、玻璃、石灰固化等多种方法，其中以水泥和石灰固化为主。固化处理是利用固化剂与垃圾焚烧飞灰混合后形成固化体，从而减少重金属的溶出.水泥材料是近20年来欧美等发达国家应用最广也是最重要的胶结料，美国环保局将此技术称为处理有毒、有害废物的最佳技术。因此工程中常采用水泥对焚烧飞灰进行固化处理。飞灰被掺入水泥的基质中后，在一定条件下，经过一系列的物理、化学作用，使污染物在废物水泥基质体系中的迁移率减小(如形成溶解性比金属离子小得多的金属氧化物)。有时，还添加一些辅料以增进反应过程，最终使粒状的物料变成粘合的混凝土块，从而使大量的废物因固化而稳定化。
飞灰水泥固化的机理主要是在水泥的水化过程中，金属可以通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式与水泥发生反应，最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体C-H-S表面上，同时水泥的加入也为重金属提供了碱性环境，抑制了重金属的渗滤。
张岩以流化床飞灰固化城市垃圾焚烧飞灰，从而抑制了垃圾焚烧飞灰中有害重金属的浸出，固化处理试验结果表明：燃煤流化床飞灰对垃圾焚烧飞灰中重金属Ni、Cr、Pb、Cu、Zn的浸出有一定的抑制作用，而对Cd作用不大；随着燃煤流化床飞灰掺混比例的增加以及固化体固化时间的延长，垃圾焚烧飞灰中重金属浸出率有所减少，其中Ni、Cr、Cu的减少较为明显。J Z Xu等人的研究以地聚物材料。(geopolymerisation)为主，是近年来国际上研究非常活跃的材料之一，其中用地聚物材料固化飞灰中有毒的重金属，研究表明其中的重金属Cd、Cu、Pb、Cr能够有效地固化在飞灰中，重金属对飞灰与地聚物材料的终产物的化学和物理特性有很大的影响。
水泥固化是一种比较成熟的飞灰处理技术，已经有比较长的历史。水泥固化的优点是使用材料来源丰富，价廉易得；操作简单，不需要特殊的设备，处理费用低；被固化的废渣不要求脱水和干燥；可在常温下操作等.其缺点主要是石灰固化体增容比较大，水泥耗费量大，固体易受酸性介质浸蚀，需对固化体表面进行涂覆，并且飞灰中的二恶英并没有从中脱除。
2.2热处理方法
热处理的方法从处理温度上划分可以分为烧结处理和熔融处理.烧结处理的方法的温度一般在1000～1200℃之间，而熔融处理的温度一般在1200～1400℃之间。
烧结法是将待处理的危险废物与小的玻璃质，如玻璃屑、玻璃粉混合，经过混合造粒成型后，在1000～1200℃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。飞灰可以用来烧结轻骨料，用作墙砖和地砖，用废玻璃、焚烧灰渣、赤泥粘土按照一定比例混合，进行筛选、调合、挤压，然后在1000℃烧结成形。地砖和外墙砖一般是由硅石、长石、蜡石、瓷石及粘土作原料制成的。用垃圾焚烧产生的灰渣代替这些原料中的一部分，尽管质量有所下降，但是可以使成本大大降低。还有试验表明，用垃圾焚烧灰渣和硅目粘土按1:1烧制，烧制方法是：将配比物装入瓷制球模，湿粉全部通过200目网筛，经过一次脱水和干燥，加水8%～10%，用油压机压挤成型，干燥后用电炉焙烧24h，保温2h。烧结温度也为1000℃，烧成后所得产品为褐色。
G De Casa等指出，通过水洗、磨碎和烧结后可以制成陶瓷材料，这些材料有很好的物理特性和环保性，与熔融相比较能够减少能量的消耗。研究表明烧结过程(可以使烧结温度从1210℃降到1140℃)除了能够降低能量的消耗外，还可以得到密度大的、烧结完全的微观结构，其中的重金属也能够很好地固化下来，对环境影响小.
飞灰熔融处理时，飞灰中有机物发生热分解、燃烧及气化，而无机物则熔融形成玻璃质熔渣。经熔融处理后，飞灰中的二恶英等有机物受热分解被破坏，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.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。
飞灰熔融炉有燃料式和电力式，其中燃料式又包括：表面熔融炉、内部熔融炉、焦炭熔融炉和回转式熔融炉；电力式中包括：电弧熔融炉、等离子体熔融炉和电热式熔融炉.
CHJung等指出熔融炉处理飞灰时会产生底渣和二次飞灰，熔融炉飞灰中重金属的分布主要是取决于重金属的挥发，给料中的氯含量对Cu的挥发有很大影响，对Pb的影响不大，而Zn的含量主要由炉内的氧化还原气氛决定.重金属在熔融炉二次飞灰中聚集率如下：
As：3.3～25.3；Cd：1.5～9.1；Cu：4.8～8.8；Pb：3.8～15.1；Sb：1.0～4.0；Se：1.8～2.2；Sn：3.7～25.5；Zn：5.2～6.1。
给料中需处理的飞灰中的一部分易挥发的重金属在熔融过程中挥发出来，不易挥发的重金属熔融后固化在熔渣中。
Shin-ichiSakai等等指出，熔融处理技术使得燃烧器产生的残渣、底灰和飞灰能够稳定化、无害化.熔融处理后的熔渣可以再次成为有用的资源.熔融处理过程中，PCDDs/PCDFs能够有效地被分解。
姜永海等人综述了焚烧垃圾飞灰主要成分对飞灰熔融玻璃化影响及其作用机理，并选择了一些添加剂进行熔融效果的比较，为有效控制熔融过程、降低运行成本提供了依据。试验表明，飞灰中添加一定量的CaO可以降低飞灰的熔点，能够促进飞灰的熔融，同时也有利于抑制熔融过程中Zn、Cd、Pb等挥发性金属的挥发，增强金属固化效果。添加了SiO2和Al2O3的飞灰有利于实现飞灰熔融/玻璃化，熔熔渣显示了良好的物理性能和金属固化性能.而在飞灰中加入Cl元素，会造成烟气量的增大，增加烟气处理的负荷，同时也不利于将原灰中更多的金属留在玻璃体中，使飞灰中的重金属挥发出来.
烧结处理与熔融处理相比消耗的热量低，与水泥固化相比，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，比如作为混凝土代替骨料、路基、堤坝等。
2.3化学稳定化处理
化学稳定化处理是利用化学药剂把飞灰中的有毒有害的物质转变成低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。化学药剂处理分为有机药剂和无机药剂。飞灰的化学药剂处理主要是处理飞灰中的重金属。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.罗宇等指出，药剂稳定化技术以处理重金属废物为主，到目前为止，已发展了许多重金属稳定化技术，如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。这类技术目前在垃圾焚烧飞灰稳定化处理方面应用较少，是一个发展方向。尤其是药剂稳定化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。目前发展较快的螯合型有机重金属稳定化药剂，对包括垃圾焚烧飞灰在内的多种重金属污染物的稳定化处理效果已经得到试验证明。
Zhao Youcai等研究表明NaOH、EDTA、Na2S、硫脲中有些能够有效地稳定飞灰中的重金属，有的却没有什么效果。用化学稳定剂来处理危险废物，根据废物中的重金属的种类还可以采用的化学稳定剂有：石膏、漂白粉、磷酸盐、硫化物(硫带硫酸钠、硫化钠)和高分子有机稳定剂等.化学稳定剂的机理主要有3条：
(1)对飞灰的pH值进行调节，使重金属离子达到最小溶解度的目的
(2)根据所选的化学剂的不同，分别与重金属离子发生不同的反应，从而把重金属从固相浸取到液相中，降低飞灰中的重金属含量或者通过生成不同的重金属的沉淀物达到去除重金属的目的。
(3)通过对特定重金属离子的吸附作用达到去除重金属的目的。杨志泉等人对Zhao Youcai所研究的化学药剂对飞灰的稳定化处理总结得到如表3所示。
表3几种稳定化处理方法的比较
2.4飞灰中重金属的提取方法
飞灰中的重金属提取的方法主要有：酸提取、碱提取、高温提取、生物浸提和其他药剂提取等。重金属提取可以将飞灰中的部分金属提出，从而使飞灰进入普通填埋场或作为建筑资源进行回收利用。
酸提取碱提取可以将飞灰中的部分重金属浸出，从而进入垃圾填埋场或成为建筑资源进一步利用.但是由于垃圾焚烧成分、燃烧工况等的不同，飞灰中的重金属含量有很大不同，酸提取的作用明显不一样.酸的提取对大多数重金属作用较明显，碱的提取作用只对少数重金属有作用。
高温重金属的提取其实就是利用在高温下重金属的一些化合物从飞灰中挥发出来，使飞灰达到无害化的目的。
生物提取的方法是利用淄体皂甙浸提，处理后的飞灰进行浸出试验后，浸出液中的重金属离子浓度很低，可以达到填埋标准。
其他提取方法，如EDTA法是提取重金属的一种方法，同时它也是属于化学药剂稳定处理方法中的一种，还有利用腐植酸提取等方法。
K.J.Hong1等人研究了EDTA、NTA、DTPA在20℃，IS=0.1时处理的结果，如表4所示。
表4几种重金属提取方法结果的比较
其中a表示在25℃，IS=0.1的情况，na表示不可得到。
2.5生物淋滤法
这种方法是利用一些生物学上特殊的杆菌将飞灰中的重金属溶解出来，然后再对处理后的产物加以回收利用。它是属于生物提取方法中的一种。
生物淋滤法是国际上近年兴起的一项非常有前景的金属浸提技术。与化学浸提法相比，它具有反应温和、耗酸少、运行成本较低的优点。它的主要原理是利用化能自养型的嗜酸性硫杆菌，如氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)与氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)的生物产酸作用，将难溶性的重金属从固相溶出而进入液相成为可溶性的金属离子，再采用适宜方法从液相中加以回收。生物淋滤技术的关键之一是高效微生物菌株的分离筛选与驯化.
周顺桂等人通过接种氧化硫硫杆菌和序批式培养试验，研究了不同浓度表面活性剂Tween-80对飞灰生物淋滤过程中重金属溶出的影响。Tween-80的作用表现为：低质量浓度促进，高质量浓度抑制，最佳质量浓度约为1.5g/L。ρ(Tween-80)为1.5g/L时可显著提高元素硫的生物氧化速率，加速飞灰浆液的酸化，从而提高飞灰中重金属的溶出(去除)率。结果表明：在常规的飞灰生物淋滤处理中添加1.5g/L的Tween-80，经过15d的淋滤，Cd、Zn、Cu与Pb的去除率最高分别达到87.1%、81.8%、72.3%与31.9%;而不加Tween-80的对照组，4种重金属的去除率分别为84.0%、74.4%、67.5%与27.1%。
2.6电渗析法
电渗析法是一种电化学辅助分离的方法，它的原理是在电场的作用下，阴、阳离子交换膜对各个间隔区飞灰电解液中阴、阳离子的选择透过性，并与飞灰中的重金属离子发生交换，使溶液中的阴阳离子发生迁移，通过交换达到去除飞灰中的重金属。
Anne Juul Pedersen等人研究了利用柠檬酸铵作为辅助药剂下的电渗析法对重金属脱除的情况.实验结果表明，75g飞灰加柠檬酸铵经电渗析处理后，Cd的脱除率达到86%，Pb达到20%，Zn达到62%，Cu达到81%，Cr达到44%。Celia Ferreira等人指出，电渗析方法的处理效果与化学添加剂、处理的电流、处理的时间有关系，实验飞灰中的重金属虽然能够被有效脱除，但是电渗析的方法还存在许多不确定的因素，有待进一步的研究.
3无害化处理技术展望
上面已经介绍了飞灰处理的方法，主要还是固化、熔融、化学药剂、提取这4种方法，但是每一种方法都有缺点，因此我们需要进一步研究如何处理好这些飞灰。垃圾飞灰的处理技术发展方向应该包括以下几个方面：
(1)控制垃圾总量。随着垃圾焚烧数量减少，由其产生的垃圾焚烧飞灰必定随之减少，飞灰产生的污染也就减小。
(2)从源头上进行控制.垃圾飞灰中的重金属与垃圾成分密切相关，因此在垃圾进行焚烧处理前做好垃圾分拣和分选工作.
(3)开发新型的燃烧技术。垃圾飞灰中的污染物与燃烧技术有很大关系，可以发展新型燃烧技术使垃圾飞灰中污染物减少。
(4)研究发展新型的飞灰无害化处理技术。传统的飞灰无害化处理技术都有一定的缺陷，需要我们探索新的无害化处理技术。比如开发稳定效果好、处理费用低的化学药剂；开发低温度的熔融处理技术；降低飞灰中重金属提取成本等。
参考文献略
