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危廢焚燒飛灰處理處置技術研究及進展
添加時間:2019-08-30
 

核心提示:隨著焚燒技術在危廢處理處置中的廣泛推廣和應用,危廢焚燒廠飛灰處理處置,即將成為當下和可預見的未來環境領域的研究熱點、焦點

隨著焚燒技術在危廢處理處置中的廣泛推廣和應用,危廢焚燒廠飛灰處理處置,即將成為當下和可預見的未來環境領域的研究熱點、焦點、難題,亟待引起足夠重視,特別是隨著“無廢社會”建設逐步深刻開展,該問題麵臨凸顯的風險。環保局備案,危廢倉庫建設標準,環保備案,上海危廢處理公司,廢礦物油的主要成分,環保網上備案怎麽辦理,危廢處理流程,一般固廢怎麽處理,一般工業固廢處理,一般工業固廢,一般工業固體廢物,工業固體廢物,一般固體廢物,工業固體廢物處理,一般固廢處理,生活垃圾轉運站運行維護技術規程,一般固廢,工業固體廢物,上海環保局官網,工業固廢

危廢焚燒產生的飛灰主要是因為危廢焚燒飛灰產量大, 同時飛灰中含有大量的重金屬元素、鹽類及高毒性當量的二噁英等有毒有害的汙染成分,位列《國家危險廢物名錄》HW18 類。因此飛灰必須按照危險廢物的標準進行處置,飛灰資源化利用之前必須經過無害化處置。2016年,我國危廢以焚燒方式處置量為 110萬噸,目前,危廢焚燒飛灰主要以固化安全填埋仍,但相對於正在以每年12%的速度飛速增長的危廢產量而言,安全填埋場有限的庫容顯得杯水車薪。因此探索安全、可靠的固化/穩定化飛灰處置技術的同時,也應該積極開發飛灰的資源化利用途徑和市場,變廢為 寶,徹底解決安全填埋的庫容壓力。該文通過對目前焚燒飛灰的處理處置技術的介紹和比較,主要包括化學處理法、固化/穩定化法、安全填埋法和資源化法,以期為危廢焚燒飛灰的處理處置提供借鑒。

危廢焚燒飛灰的性質和成分

危廢焚燒飛灰和城市垃圾焚燒飛灰同樣具有含水率低、形狀 不規則、孔隙率高、粒徑小及比表麵積大等特點,但危廢焚燒飛 灰中可溶性鹽的含量更高,化學成分分析見表 1。由焚燒灰成分分析可以看到,焚燒灰中主要成分為 Na、Ca、K、Cl、S、Si 等。

 

現有危廢焚燒飛灰處理技術線路

1、化學處理法

飛灰的化學處理法主要是用化學藥劑將重金屬元素提取出來,從而減少重金屬對環境造成的危害,重金屬的提取方法有酸提取、堿提取、生物製劑浸提、高溫提取及其他藥劑提取等。

采用酸提取可以將飛灰中的部分金屬提出從而作為資源進行利用,但由於危廢焚燒物成分複雜、焚燒條件不同,飛灰中各成分含量差異較大,處理條件難以把控。另外,飛灰中存在很多堿 性的金屬氧化物,因此一般為堿性。直接用酸進行浸提會消耗大量的酸,因此在用酸浸提之前一般要進行水洗預處理。

重金屬提取技術主要具有以下優點: (1)灰中的可溶鹽溶解於水中,提高了處理效果,增加了處理物的穩定性;(2)處理物中的可溶鹽較少,且形態為脫水濾餅狀,易於進行操作、搬運、填埋;(3)工藝簡單,可操作性強。但同時也存在著需要對可溶鹽和排水進行處理的弊端,一般隻用於重金屬濃度較高,有必要進行回收的情況。

2、固化/穩定化法

固化與穩定化技術是國際上處理有毒廢物的主要方法之一, 自20世紀80年代以來,該技術得到迅猛發展。固化/穩定化處理的目的,是使危險廢物中的所有汙染組分呈現化學惰性或被包容起來,以便運輸、利用和處置。由於垃圾焚燒飛灰中含有的重金屬具有不可降解性,若直接填埋或作建築用材,在自然環境下經曆風化、侵蝕後,飛灰中的重金屬很容易浸出來,對周圍的環境產生很大的影響。現行的固化/穩定化方法主要有:水泥固化、瀝青固 化、熔融固化、化學藥劑穩定化等。

(1)水泥固化技術 固化/穩定化是利用固化劑與垃圾焚燒飛灰混合後形成固化體,從而達到降低廢物中危險成分浸出的目的。膠凝材料水泥是 常見的危險廢物固化劑,因此常采用水泥對焚燒飛灰進行固化處理。飛灰被摻入水泥的基質中後,在一定的條件下。經過一係列的物理、化學作用,形成溶解性更小的金屬氧化物,使汙染物在廢物水泥基質體係中的遷移率減小。為改善固化條件,提高固化體的性能,固化過程中需視廢物的性質和對產品質量的要求摻入適量的添加劑。

關於水泥固化技術的機理,一般認為水泥固化有害物質是把有害物質封閉在固化體內,通過水泥中粉末狀的矽酸鈣水化物膠體對有害物質的吸附包容,並逐漸硬化性化固化體,而將有害物質束縛達到廢物穩定化、無害化目的的。

水泥固化處理飛灰具有工藝成熟、處理成本低、操作簡單、不需要特殊的設備、原材料來源豐富、可在常溫下操作、被固化的廢渣不要求脫水和幹燥等優點。用水泥穩定化的主要缺點是對於一定的汙染物較為靈敏,會由於某些汙染物的存在而推遲固化時間,甚至影響終的硬結效果。

(2)瀝青固化技術 瀝青固化是以瀝青為固化劑與飛灰在一定的溫度、配比、堿度及攪拌作用下產生皂化反應,使有害物質均勻地包裹在瀝青中,形成固化體。瀝青具有良好的化學穩定性、粘結性與一定的彈性和塑性,對大多數酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性。瀝青固化 操作有兩種:一是將瀝青加熱,利用在高溫下可以變成熔融膠粘性液體將飛灰摻合、包覆在瀝青中,冷卻後即形成瀝青固化體;二是利用乳化劑將瀝青乳化,用乳化瀝青和飛灰混合,然後破乳、 脫水,即完成廢物的瀝青固化處理,此法可以在室溫下完成。瀝青固化體的性能指標包括在水中的浸出率、輻照穩定性和化學穩 定性,它們主要由瀝青種類、飛灰加入量、飛灰的組分和殘餘水分等的影響。

(3)熔融固化技術 熔融固化技術也稱之為玻璃化技術,該技術是在燃料爐內利用燃料或電將飛灰加熱到1400℃左右的高溫,使其中的二惡英等有機汙染物高溫分解,熔渣快速冷卻形成玻璃固化體,借助玻璃體的致密結晶結構,從而確保固化體的穩定。熔融固化技術不僅可以控製汙染,而且熔融後灰渣致密,減容效果也非常顯著。此外,根據需要可以將熔渣製成建築材料或作為陶瓷、玻璃等生 產行業的原料,實現灰渣的資源化利用。

熔融固化的大優點是可以得到高質量的建築材料,同時具有減容率高、熔渣性質穩定、無重金屬等溶出的優點,國外已研究出多種焚燒飛灰處理的高溫熔融爐,並已在日本和歐洲有少量應用。其缺點是需要消耗大量的能源,同時由於其中的Pb、Cd、 Zn等易揮發重金屬元素需進行後續嚴格的煙氣處理,故處理成本較高。

(4)化學藥劑穩定化技術 化學藥劑穩定化是利用化學藥劑通過化學反應使有毒有害物質轉變為低溶解性、低遷移性及低毒性物質的過程。用藥劑穩定化技術處理焚燒飛灰,可以在實現無害化的同時,達到少增容或不增容,從而提高焚燒飛灰處理、處置係統的總體效率和經濟性。

化學藥劑穩定化技術以處理重金屬廢物為主。到目前為止, 已發展了許多重金屬穩定化技術,如pH值控製技術,氧化/還原電 勢控製技術,沉澱技術,吸附技術,離子交換技術等。目前發展較快的螯合型有機重金屬穩定化藥劑,對多種重金屬汙染物的穩定化處理效果已經得到試驗證明,但其長期穩定性如何,還有待於進一步考察。另外,螯合劑的價格比較昂貴,對二惡英的穩定作用不明顯,飛灰處理後的脫水濾液需要進行二次,限製了它 的廣泛應用。因而應用廣、絡合能力強的新型螯合劑的開發也是今後的一個研究方向,對螯合劑的穩定性、水溶性、安全性等方麵也應做進一步的研究。

(5)礦物聚合材固化穩定化技術 礦物聚合材是一種以水玻璃和氫氧化鈉等采用一定的工藝激發偏高嶺土、工業廢渣等含鋁矽酸鹽物質製得的新材料。

在堿性條件下,通過解聚、形成凝膠體並再聚合形成,分子鏈由 Si、O、Al 等以共價鍵或離子鍵連接而成,有單矽鋁、雙矽鋁以及三矽鋁三種結構,對重金屬有較強的固定作用。礦物聚合 材兼有有機高聚物、陶瓷、水泥的特點,有耐腐蝕、耐高溫、低滲透、有效固定重金屬等優點,其生產能耗隻及陶瓷的1/20,鋼的 1/70,塑料的 1/150,而且汙染物排放量降低,加上其原材料豐富,價格低廉,因此,受到了包括歐、美、日等國家的重視,國外政府把它作為高技術材料,投入大量人力物力進行研究開發。

由於礦物聚合材有以上的諸多優點,金漫彤等人對利用礦物聚合材固化焚燒飛灰的工藝及處理效果進行了實驗研究,並與水泥處理飛灰的效果進行了比較,結果表明,在其它條件相同時,礦物聚合材固化飛灰後固化體的抗壓強度比水泥固化效果高,且表現出早期抗壓強度高的特點,固化體中重金屬浸出毒性的效果更好。

通過以上對各種固化/穩定化方法的對比可以看出,理想的飛灰固化/穩定化處理方法應該可以滿足以下要求:(1)有害廢物經固化處理後所形成的固化體應具有良好的抗滲透性、抗浸出性、抗幹濕性、抗凍融性及足夠的機械強度等, 好能作為資源加以利用,如作建築基礎和路基材料等;(2)固化過程中材料和能量消耗要低,增容、增重比低;(3)固化工藝過程簡單、便於操作;(4)固化劑來源豐富、價廉易得;(5)處理費用低。

3、安全填埋法

安全填埋法是將焚燒飛灰在現場進行簡單處理後,送入安全填埋場填埋處理的方法,這是目前焚燒飛灰處理安全可靠的手段之一。但安全填埋場的建設和運行費用居高不下,垃圾焚燒處理廠難以承受,同時也不能達到減容化和資源化的目的,因此今後會逐漸減少該方法的應用。

4、資源化

近年來隨著焚燒規模的不斷擴大,飛灰的產量也不斷增加, 若僅僅通過固化/穩定化處理抑製有毒重金屬離子的危害,勢必將造成大量資源的浪費,因此部分研究者、實踐者已開展了將垃圾焚燒飛灰資源化利用的相關研究並取得了一定的成果。

飛灰的主要成分屬於CaO-SiO2-A12O3-Fe2O3體係,與常用的摻合料高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料組分非常接近,因此不少學者、研究者、實踐者展開用飛灰取代部分膠凝材料的研究及應用。日本太平洋水泥公司從可持續發展的戰略角度出發,早開始利用城市垃圾焚燒飛灰代替生料粉配料,在高溫下燒製生態水泥熟料,並於 2001年4月投入商業生產。水泥工業處理飛灰有其得天獨厚的優 勢,一方麵水泥工業利用廢棄物規模大、適用範圍寬和效果好, 同時減輕了水泥工業對資源與能源巨大需求的壓力,實現了廢棄物的資源化利用;另一方麵飛灰中二噁英在高溫爐內可被徹底破壞,重金屬以化學鍵合的方式固化到熟料中,重金屬離子固化率高,避免飛灰製品使用過程中二次汙染。

近年來也有將飛灰用作路基材料的研究報道,主要是用飛灰代替部分細集料作為填充層,或摻入水泥中替代部分水泥生成水泥固化體作為道路支撐層,該技術不僅實現飛灰的資源化利用, 而且減少建築工業對天然骨料的需求。

另外,垃圾焚燒飛灰中含有大量的易溶鹽類物質和重金屬元素,這些組分與合適的粘土進行配合可以用來燒製陶粒,不僅能夠被穩定地固化到陶粒的矽鋁網絡玻璃體中,還能在粘土的熔化階段起到助熔作用,使熔體粘度變化對溫度的敏感性降低,起到降低燒成溫度、節能降耗,提高成品率,提高陶粒產品質量的多重作用。垃圾焚燒飛灰中的二噁英類物質則可以在陶粒燒成的高溫度段徹底分解。

關於飛灰的資源化研究,還有其它的研究報道,但大多數還 僅限於實驗室研究階段,如用來製備吸附劑、土壤改良劑、玻璃、 陶瓷等製品,但飛灰的資源化必將成為未來的發展趨勢。

 

主要研究結論

隨著經濟的發展和人們環境意識的提高,對於未來焚燒飛灰的處理處置應該是隨汙染物排放標準的提高,無害化/資源化程度要進一步提高,同時應盡可能減少處理和控製二次汙染物的運行費用。結合我國的實際情況,危廢焚燒飛灰處理的發展方向應該包括以下3 個方麵:①開發先進的焚燒爐,並加強對入爐廢物的控製;②開發穩定效果好、處理成本低的化學穩定劑以減少垃圾焚燒飛灰中重金屬的遷移;③開發並積極推廣應用安全可靠、能耗低效益好的資源化技術,資源化處理處置危廢焚燒飛灰。
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