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城市垃圾飞灰固化处理技术经验总结

精心整理

一、飞灰固化处理技术详解

1、?水泥固化法?(常用方法)

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。

水泥是最常见的危险废物固化剂,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,在一定的条件下,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。对垃圾焚烧飞灰进行稳定化处理的研究结果表明,无论是采用水洗、粉碎等飞灰前处理工艺,处理后的砌块均难以达到较高的强度。另外在研究飞灰中的重金属浸出时发现,由于飞灰中氯离子的影响,经固化后的砌块中铁、铜、锌等离子容易浸出而导致污染物超标。?

因此,尽管水泥固化处理飞灰具有工艺成熟、操作简单、处理成本低等优点,但由于垃圾焚烧飞灰中含有较高的氯离子,采用水泥固化法处理必须进行前处理,以减少氯离子对固化后砌块的机械性能以及后期重金属离子浸出等问题,这样在很大程度上提高了对飞灰处置场建设和运行的要求,造成成本增加,限制了该方法的应用。

2、石灰固化

石灰固化是指以石灰、粉煤灰、水泥窑灰以及熔矿炉炉渣等具有波索来反应(PozzolanicRe.action)的物质为固化基材而进行的危险废物固化或稳定化的操作。在适当的催化环境下进行波索来反应,将废物中的重金属成分吸附于所产生的胶体结晶中。石灰固化处理后的结构强度不如水泥固化,因而较少单独使用。另外还有沥青固化、塑性材料固化技术、自胶结固化、大型包胶等,但由于技术和经济局限性,很少应用于生活垃圾焚烧飞灰的处理。

3、?药剂稳定化法?(常用方法)

药剂稳定化技术以处理重金属废物为主,目前已经发展了多种重金属稳定化技术,如pH值控制技术、氧化,还原电势控制技术、沉淀技术、吸附技术和离子交换技术等。这类技术目前在垃圾焚烧飞灰稳定化处理方面应用较少,但是一个发展方向。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。对重金属螯合剂处理垃圾焚烧飞灰进行实验,并与Na2S和石灰处理等效果进行比较,结果表明,螯合剂投加量0.6%时,捕集飞灰中重金属的效率高达97%以上,为达到相同的稳定化效果,螯合剂的使用量要比无机稳定化药剂少得多。同时,通过l4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厂的环境下,其稳定性不受微生物活动的影响。?

目前,一般采用的稳定化药剂有:石膏、磷酸盐、漂白粉、硫化物(硫代硫酸钠、硫化钠)、高分子有机稳定剂、铁酸盐、粘土矿物等,磷酸盐处理飞灰后重金属Pb在pH值4~l3范围内浸出很小。

4、沥青固化

沥青固化作为热塑性材料固化技术的代表,是以沥青类材料作为固化剂,与飞灰在一定的温度下均匀混合,产生皂化反应,使有害物质包容在沥青中形成固化体,从而得到稳定。由于沥青属于憎水物质,完整的沥青固化体具有优良的防水性能。沥青还具有良好的黏结性和化学稳定性,而且对于大多数酸和碱有较高的耐腐蚀性。

5、?熔融固化技术(常用方法)

?(1)烧结法

烧结法是将待处理的危险废物与细小的玻璃质,如玻璃屑、玻璃熔融固化技术??粉混合,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,确保固体化的永久稳定。但该方法需充分结合化学稳定和熔融处理工艺才能降低垃圾焚烧飞灰对环境的危害。??

??(2)?熔融法

熔融法是在燃料炉内利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热到140O℃左右的高温,使飞灰熔融后经过一定的程序冷却变成熔渣,熔渣可作为建筑材料,实现飞灰减容化、无害化、资源化的目的。熔融固化需要将大量物料加温到熔点以上,无论采用电或其它燃料,需要的能源和费用都相当高。相对于其它处理技术,熔融固化的最大优点是可以得到高质量的建筑材料。??

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,只能在经济发达的国家应用。

6、凝石稳定化法

目前凝石技术体系已趋于成熟。凝石的生产是利用具有火山灰活性的固体废弃物,包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油页岩渣、预处理过的尾矿、黄河砂、城市建筑垃圾、以及天然火山灰等硅铝质物料,加入少量或不加水泥熟料,再配入1%-5%的成岩剂,经分别磨细再混匀或一起混磨工艺制备而成的,能够在许多场合替代水泥的硅铝基胶凝材料。凝石是基于仿地成岩原理制备而成的硅铝基胶凝材料。

目前凝石在中国已经形成几十条生产线和数百万t/a的生产规模。现在凝石技术体系推广应用的基本模式是:凝石成岩剂由区域性工厂集中生产。将生产好的凝石成岩剂运往凝石胶凝材料生产工厂。在凝石胶凝材料生产厂内将1%-5%的凝石成岩剂与上述固体废弃物磨细后的微粒一起混磨均匀,加入少量或不加水泥熟料,就得到了凝石胶凝材料。垃圾焚烧飞灰在凝石成岩剂中的加入量为

1%-10%,这样垃圾焚烧飞灰在成岩剂中就得到了10-100倍的稀释。成岩剂在凝石胶凝材料中的加入量为1%-5%,这样垃圾焚烧飞灰在凝石胶凝材料中就得到了200-10000倍的稀释。

该技术初步研究的结果表明,凝石对垃圾焚烧飞灰中重金属物质的处理效果良好,当飞灰的掺加量为1%-5%时,重金属在凝石中得到了有效处理,其渗滤的结果均符合固体废弃物浸出毒性鉴别标准,其浸出液中的各重金属浓度都远远低于城市污水排放的标准,对环境不会造成危害。该技术被认为是固体废弃物资源化利用方面非常有前途的。

7、烧制陶粒技术

该方法所见报道甚少,但是在专利CN1830885《利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法》中提到一种利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法,其原料组成及质量分数为:飞灰20%-80%,其余为黏土;经配料、造粒、高温煅烧制成陶粒产品;所述高温煅烧的烧结温度为1000-1400℃。此发明将危险废弃物垃圾焚烧飞灰作为陶粒原料再生利用,实现了对固体废弃物飞灰无害化、资源化处理,避免了二次污染,减少了资源浪费,既可安全处置垃圾焚烧飞灰,又经济、可行地利用城市垃圾焚烧飞灰制备陶粒产品,也减少了陶粒工业对天然原料的需求量。

8、地聚物固化技术(新型方法)

地聚物是一种以水玻璃和氢氧化钠等采用一定的工艺激发偏高岭土、工业废渣等含铝硅酸盐物质制得的新材料。地聚物有单硅铝、双硅铝和三硅铝三种结构,利于固定重金属。地聚物的特殊结构可以把飞灰中的金属和其他毒性物质分割包围在环状分子之间结合形成密闭的空腔内或被吸附而包容在聚合体中,达到固化效果。且地聚物原材料丰富,价格低廉,生产能耗只及陶瓷的1/20,钢的1/70,塑料的1/150,污染物排放量低,受到欧、美、日等国家的重视。金漫彤等对利用地聚物固化垃圾焚烧飞灰的工艺及处理效果进行了实验研究,并与水泥处理飞灰的效果进行了比较,在其它条件相同时,地聚物固化飞灰后固化体的抗压强度比水泥固化后高,且表现出早期抗压强度高的特点,固化体中重金属浸出毒性更低。

二、垃圾焚烧厂飞灰处理技术的发展展望

首先,需要着重发展工艺简单,稳定效果良好且投资经费相对较少的化学药剂稳定化飞灰处理技术,这是我国今后飞灰处理技术的一个发展方向,能够很好的解决问题;

其次,在发展的过程中需要积极的借鉴国外的先进经验,并结合我国的具体实际研制出符合我国垃圾焚烧厂飞灰处理的特殊技术,实现自主知识产权,是飞灰的处理技术实现产业化,最大限度的发挥其经济效益和社会效益;

最后,随着技术的发展,有望实现对飞灰的重复利用,由于燃烧飞灰的主要化学成分和高炉矿渣以及粉煤灰等很相近,因此燃烧飞灰具有一定的利用价值,能够通过技术手段将其研发成为一种辅助性的胶凝材料,实现对飞灰处理工作的进一步提升,这样能够实现资源的重复利用,提高利用率,也能够降低环境的污染,节约成本的投入,是飞灰处理工作今后的趋势。

三、分灰固化处理技术比较

城市垃圾飞灰固化处理技术经验总结