医疗废物焚烧残余物固化技术初探

医疗废物焚烧残余物主要有炉渣及飞灰，因其成份复杂，并且含有重金属等污染物质，如不加处理直接进行填埋，将对土壤及地下水环境造成潜在危害。因此，在填埋前，对其进行稳定化／固化处理，使之转化成无害或稳定的惰性固化体，做到固化体中有害物质的浸出率低，有一定的机械强度，能够进行土壤再生或填埋。 
1焚烧残余物 
1.1焚烧残余物的来源 
焚烧过程残余物主要来源于焚烧炉的炉渣，布袋除尘器产生的飞灰，急冷塔和吸收塔底部排灰，其温度约为150℃。 
1.2残余物产生量 
以一台10t/d医疗废物处置中心为例，其焚烧残余物产生量见表1。 
表1焚烧残余物产生量 


1.3残余物主要成份 
通过测定，医疗垃圾残余物主要成分见表2。 
表2医疗垃圾残余物主要成分（单位：mg/l） 


与《危险废物鉴别标准》GB5085-1996进行比较，医疗垃圾焚烧残余物的腐蚀性虽然在标准之内，但偏碱性，具有一定的腐蚀性。浸出物毒性指标大部分在标准之内，但毒性指标砷、汞分别超出标准值2.9、2.4倍。 
由以上分析可知，对医疗垃圾焚烧残余物的稳定化／固化处理势在必行。 
2稳定化／固化技术探讨 
2.1稳定化／固化的定义 
通常危险废物固化／稳定化的途径是：将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固化物质的晶格中去；或通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。稳定化：将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。稳定化一般可分为化学稳定化和物理稳定化。化学稳定化是通过化学反应使有毒物质变成不溶性化学物，使之在稳定的晶格内固定不动；物理稳定化是将污泥或半固体物质与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体，这种固体可以用运输机械送至处置场。实际操作中，这两种过程是同时发生的。固化：在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。固化的产物是结构完整的整块密实固体，这种固体可以方便的进行运输，而无需任何辅助容器。 
2.2稳定化／固化处理的基本要求 
2.2.1浸出率要求 
将有毒危险废物转变为固体形式的基本目的，是为了减少它在贮存或填埋处置过程中存在污染环境的潜在危害性。废物污染扩散的主要途径，是有毒有害物质溶解进入地表水或地下水环境中。因此，固化体在浸泡时的溶解性能，即浸出率，是鉴别固化体产品性能的最重要一项指标。它有助于预计各种类型固化体暴露在不同环境时的性能，可用以估计有毒危险废物的固化体在贮存或运输条件下与水接触所引起的危险性大小。 
2.2.2体积变化要求 
体积变化因数定义为固化／稳定化处理前后危险废物的体积比，即 

式中，CR为体积变化因数；V1为固化前危险废物体积；V2为固化后产品的体积。 
体积变化因数是鉴别固化方法好坏和衡量最终处置成本的一项重要指标，它的大小实际上取决于能掺入固化体中的盐量和可接受的有毒有害物质的水平。 
2.2.3抗压强度 
为能安全贮存，固化体必须具有起码的抗压强度，否则会出现破碎和散裂，从而增加暴露的表面和污染环境的可能性。 
对于一般的危险废物，经固化处理后得到的固化体，如进行处置或装桶贮存，对其抗压强度的要求较低，控制在0.1-0.5Mpa便可。 
2.3稳定化／固化工艺介绍 
目前，对有毒、有害废物进行稳定化和固化处理是经常使用的预处理方法之一。理想的固化产物应具有良好的机械性能和良好的抗渗透、抗浸出、抗冻融特性，以便进行最终处置或加以利用。目前，稳定化／固化的方法，可以分成以下三类： 
2.3.1包胶固化 
采用某种固化基材对废物进行包覆处理的方法。按照使用的基材又可分为水泥固化、石灰固化、热塑料固化和有机聚合物固化。 
2.3.2胶结固化 
该方法主要是利用废物本身的胶结活性进行固化处理的方法。 
2.3.3玻璃固化 
将废物与二氧化硅按一定比例混合并加热到较高温度，然后冷却成一种玻璃状固体、 
几种固化工艺的优缺点见表3。由表中对比分析结果可以看出，自胶结固化和玻璃固化法，由于投资和处理技术要求较高，使其在实际应用中具有很大的局限性。目前应用最多的是包胶固化，其中以水泥基固化法应用最广，其优点是所需的原料和添加剂价廉易得，工艺、设备简单，设备和运行费用较低。目前水泥基固化法已被广泛应用与电镀污泥、铬渣、汞渣、镉渣和铅渣的固化处理。

2.4稳定化／固化工艺的选择 
水泥基固化工艺非常适合处理各种含重金属的废物，同时具有固化体强度、耐热性和耐久性好等优点，而且水泥固化法有很长的废弃物固化历史，工艺成熟，操作方便，原料来源广泛，同时焚烧后的灰和渣本身活性很好，甚至可以直接制造水泥，并且根据混凝土制造的经验，水泥在形成混凝土时，体积会缩小1.6倍，所以利用水泥固化灰渣不会产生太大的增容，采用水泥固化法处理灰渣是合适的。 
表3各种固化方法优缺点一览表 

2.5水泥固化的工艺过程 
将有医疗垃圾焚烧残余物、水泥和其他添加剂一起与水混合，经过一定的养护时间而形成坚硬的固化体。影响水泥固化的因素很多，为在各种组分之间得到良好的匹配性能，在固化操作中需要严格控制以下的各种条件。 
2.5.1pH值 
因为大部分金属离子的溶解度与PH值有关，对于金属离子的固定，pH值有显著的影响。当PH值较高时，许多金属离子将形成氢氧化物沉淀，而且PH值高时，水中的CO2-3浓度也高，有利于生成碳酸盐沉淀。应该注意的是，pH值过高，会形成带负电荷的羟基络合物，溶解度反而升高。 
2.5.2水、水泥和废物的量比 
水分过小则无法保证水泥的充分水合作用；水分过大，则会出现泌水现象，影响固化块的强度。水泥与废物之间的量比应用试验方法确定，主要是因为在废物中往往存在妨碍水合作用的成份，它们的干扰程度是难以估计的。 
2.5.3凝固时间 
为确保水泥废物混合浆料能够在混合以后有足够的时间进行输送、装桶或者浇注，必须适当控制初凝和终凝的时间。通常设置的初凝时间大于2小时，终凝时间在48小时以内。凝结时间的控制是通过加入促凝剂（偏铝酸、氯化钙、氢氧化铁等无机盐）、缓凝剂（有机物、泥沙、硼酸钠等）来完成的。 
2.5.4其他添加剂 
为使固化体达到良好的性能，还经常加入其他成分。例如，过多的硫酸盐会由于生成水化硫酸铝钙而导致固化体的膨胀和破裂，如加入适当数量的沸石或蛭石，即可消耗一定的硫酸或硫酸盐。为减小有害物质的浸出速率，也需要加入某些添加剂，例如。可加入少量硫化物以有效地固定重金属离子等。 
2.5.5固化块的成型工艺 
主要目的是达到预定的机械强度。并非在所有的情况下均要求固化块达到一定的强度，例如，对最终的稳定化产物进行填埋或贮存时，就无须提出强度要求。但当准备利用废物处理后的固化块作为建筑材料时，达到预定强度的要求就变得十分重要，通常需要处理到10Mpa以上的指标。 
3结果及讨论 
3.1固化效果 
以水泥为基本材料的固化技术最适用于无机类型的废物，尤其是含有重金属的医疗垃圾焚烧残余物，由于水泥所具有的较高pH值，使得几乎所有的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式被固定在固化体中。实践证明，铅、铜、锌、锡、镉及其它有毒物质均可得到很好的固定。 
3.2对固化的水泥标准规格要求 
(1）石灰饱和度（LSF）应不大于1.02，不小于0.66。 
(2）不溶性残渣（在稀酸中）不应超过1.5%。 
(3）MgO的含量不应超过4.0％。 
(4）水泥中总硫的允许含量（以SO3计），不应超过如下数值： 
当铝酸三钙含量≤7%时，含硫量≥2.5%；当铝酸三钙含量≥7%时，含硫量≥3.0％。 
(5）烧损不应超过3.0%。