浏览次
垃圾焚烧因其良好的减容效果和能源回收利用等优点逐渐成为上海、广州等经济发达城市处理垃圾的首选技术，焚烧飞灰的安全处置也成为伴随而来的热点问题。焚烧飞灰因其含有较高浸出浓度的铅、镉等重金属，在进入最终处置之前必须经过稳定似/固化处理。近年来，国内许多高校如清华大学、同济大学等对飞灰特性及其处理技术展开了深入的研究，但这些研究大多数只局限于实验室和中试规模，而对于工程规模的相关报道则较少。
本文以李坑生活垃圾焚烧发电厂采用螯合剂稳定化固化处理飞灰的工程实例，研究了飞灰固化体的重金属浸出浓度、螯合剂的作用机理及未来的发展趋势。
2工程概况
广州李坑生活垃圾焚烧发电厂是国内唯一采用中温次高压参数的垃圾焚烧厂，位于白云区太和镇永兴村，自2006年年初投入使用以来，日均处理能力1040吨。焚烧尾气采用半干法＋布袋除尘器的处理工艺，飞灰日产生量约为45吨，相当于垃圾量的4-5%。
3常用飞灰处理技术比较
目前国内外对焚烧飞灰固化稳定化的常用方法有以下几种：(1)水泥固化法；(2)熔融固化技术；(3)药剂稳定化处理技术。
以上几种技术的比较见表1：
表1飞灰处理技术的优缺点比较表
由于我国生活垃圾中塑料类物质含量较高，焚烧飞灰中氯化物，尤其是碱金属氯化物含量较高，单独采用水泥或石灰固化时，其固化体的强度与浸水持久性较差。因此，在实际工程应用中拟采用药剂稳定化的技术为主，辅以水泥进行定型化，可以大大提高产物的稳定性和节省水泥的用量。
4处理工艺
飞灰处理工艺见图1。该工艺流程是：首先将焚烧飞灰转移到专用搅拌装置中，加入一定配比的螯合剂溶液，与飞灰中重金属充分反应后，再加入一定量的水泥浆，对产物进行定型化；取样进行浸出毒性检测，若检测结果达标，将料浆倒入模具中，然后转移至干化区中进行拆模固化；若检测不达标，则破碎后重新加入搅拌装置中进行处理；经固化养护48小时后，进行抗压强度测试，若达到填埋场的强度要求，则用叉车将其吊进专用运输车，最后运往符合环保要求的处置场地进行暂存；若不达标，则需要在固化装置中继续添加水泥进行强化，直至检测达到要求为止。
图1飞灰水泥固化工艺图
5材料及方法
工程所用螯合剂为DTC类螯合剂，是一类以硫为配位原子的长链有机物，鳌合剂通过配位键结合重金属，参与配位的硫原子来源于同一螯合剂分子或不同螯合剂分子，从而形成空间网状结构，对重金属的捕集作用强于无机药剂。
进行条件实验时，向一定量的飞灰中加入不同比例的螯合剂溶液，得到一系列的飞灰固化体样品，分别进行编号。固化体被送往某分析测试中心，根据《危险废物鉴别浸出毒性鉴别》标准(GB5085.3-2007)进行浸出毒性实验，重点检测指标包括Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr6+。
6处理结果与分析
6.1原灰的浸出毒性
表1为原灰的浸出毒性实验结果，从表1中可以看到，三个飞灰样品浸出液中重金属，除Cd2+之外，其余三种重金属的浓度都超出了《危险废物鉴别浸出毒性鉴别》标准(GB5085.3-2007），应属于危险废物的范畴。
表2原灰的检测结果（单位：mg/L)
6.2螯合剂添加比例的确定
经实验研究，当螯合剂与飞灰的比例为1%-2%时，重金属的浸出浓度达到最低，为保证飞灰稳定化处理后没有浸出毒性，螯合剂的加入比例为2%，因此在实际生产中采取该配比。
6.3焚烧飞灰固化工艺的运行结果
自广州市李坑垃圾焚烧发电厂试运行以来，经过一年多的生产运行，整个固化工艺简单、操作方便、处理效果良好。飞灰稳定化产物取样频率为每天一次，浸出实验结果（见表3)表明，焚烧飞灰稳定化产物浸出液中无机重金属元素的浓度均低于危险废物浸出毒性鉴别标准，表明螯合剂对飞灰中的重金属起到很好的稳定化作用。对固化产物进行抗压强度结果表明：养护时间对飞灰固化体的固化效果也有一定的影响，随着养护时间的增加，固化体的抗压强度逐步提高，3d抗压强度为1MPa，28d抗压强度更是远远高于固化体填埋所要求的抗压强度值0.5MPa。
表3飞灰稳定化产物的浸出毒性结果（单位mg/L)
6.4螯合剂作用机理分析
对于螯合剂重金属的机理，主要发生以下的螯合反应：
从反应式可以看出，多聚有机硫类螯合剂中的硫离子作为配位离子与重金属离子发生反应，生成一配位化合物，该稳定化产物中重金属的活动性显著降低，从而降低或消除了焚烧飞灰的环境风险。
7存在的问题分析
经过成分分析，飞灰中氯盐含量较高，氯盐的大量存在对稳定化产物在填埋场区域内的形态稳定存在负面影响，这可能是飞灰的粒径分散度、无机盐（氯化物，硫化物）以及碱性物质含量高所造成的；在飞灰水泥浆中发现一种类似于硅铝钒的物质，可以导致固化体的抗压强度大大降低[7]。这些问题必将影响到飞灰产物长期稳定性，对此还需要进行深入的研究。最后，由于飞灰产量较大，且飞灰本身具有硅铝酸盐结构，可以作为矿产材料的替代品，但由于飞灰中含有重金属，因此应积极开展对重金属的高效经济分离技术，将飞灰基质和重金属分别进行资源化利用的研究，使飞灰经处理后达到“零填埋”的目标。
8结论及建议
(1)飞灰样品中的重金属超出了危险废物浸出毒性鉴别标准，属于危险废物。
(2)广州市李坑焚烧发电厂飞灰处理工程的实践表明，螯合剂稳定化工艺处理飞灰具有工艺简单、操作方便、处理效果稳定的优点，对某些地区焚烧发电厂的飞灰处理具有重要的借鉴作用。
(3)为保证重金属的浸出浓度达标，螯合剂飞灰的最佳比例为0.2。
(4)对飞灰稳定化产物的长期稳定性及资源化利用还需要
