摘要：水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰是指把經(jīng)過預(yù)處理的飛灰作為原料投加到水泥生產(chǎn)過程中，替代了部分水泥原料的同時，有效去除了飛灰中富集的二惡英等有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)了飛灰的資源化處置。由于飛灰中含有大量的Cl-和重金屬元素，為了避免對水泥生產(chǎn)工藝造成影響，必須對其進(jìn)行預(yù)處理?；诖耍疚闹饕獙λ喔G共處置垃圾焚燒飛灰的預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：水泥窯共處置；垃圾焚燒飛灰；預(yù)處理技術(shù)

1 前言

目前，生活垃圾無害化處置方式主要分為填埋、焚燒和堆肥等，而我國的垃圾處理采用的是填埋為主，焚燒和堆肥為輔的策略，這將占用大量的土地資源．隨著地價的上升，城市環(huán)境要求的不斷提高以及公眾環(huán)保意識與訴求的日益高漲，垃圾填埋變得不再經(jīng)濟(jì)和安全，越來越多的城市開始考慮垃圾焚燒處理．

2 垃圾焚燒飛灰的處置方法和現(xiàn)狀

在我國，對于垃圾焚燒飛灰處置有著相當(dāng)嚴(yán)格的規(guī)定。在GB18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中要求對垃圾焚燒飛灰分別收集、貯存和運(yùn)輸，并按危險廢物處理。在環(huán)發(fā)[2001]199號《危險廢物污染防治技術(shù)政策》第9.3條中對生活垃圾焚燒飛灰的收集與處置做出了明確的規(guī)定，要求此類危險廢物不能與其他類型的廢物混合，且不得在產(chǎn)生地長期貯存，不得進(jìn)行簡易處置，必須進(jìn)行必要的固化和穩(wěn)定化處理之后方可運(yùn)輸，這大大提高了垃圾焚燒飛灰的處置難度。

目前，對于垃圾焚燒飛灰常用的處置方法包括穩(wěn)定化技術(shù)和資源化利用技術(shù)。其中穩(wěn)定化技術(shù)主要包括水泥固化、熔融固化、化學(xué)穩(wěn)定化、酸和其他溶劑對重金屬的提取等。其中水泥固化成本相對較低，對飛灰中化學(xué)性質(zhì)的變動具有相當(dāng)?shù)某惺芰?，且技術(shù)成熟，設(shè)備簡單；熔融固化可以實(shí)現(xiàn)二惡英的分解，且不會產(chǎn)生重金屬溶出現(xiàn)象；化學(xué)藥劑穩(wěn)定化以及酸和其他溶劑對重金屬的提取方法能夠在不改變飛灰的物理狀態(tài)的條件下，降低部分投資運(yùn)行成本，同樣也不會產(chǎn)生重金屬溶出。飛灰資源化利用的途徑包括制作建筑材料，如陶瓷和玻璃等；用于路基或者筑壩，主要是代替部分砂作為填充層，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，但極易對土壤和地下水造成污染；飛灰中由于含有一定的K、P和Cu等元素，因此，還能用于治理酸性較強(qiáng)的土壤。

除此之外，飛灰還能用于污泥的調(diào)節(jié)和脫水，取代粉煤灰用于煙氣凈化，用作脫硫劑等。但是，這些處置技術(shù)對于飛灰的消耗較少，不能對飛灰的處置起到根本性的改觀，且極易造成土壤和地下水的污染。焚燒飛灰作為危險廢物，對其進(jìn)行綜合利用必須要滿足無害化的前提，處置過程不能帶來二次污染。近年來國際上新興的水泥窯協(xié)同處置技術(shù)，在利用水泥窯高溫環(huán)境將飛灰穩(wěn)定脫毒的同時，節(jié)約了部分水泥生產(chǎn)原料，并且整個過程不會對生產(chǎn)系統(tǒng)和水泥熟料產(chǎn)品產(chǎn)生影響，該項(xiàng)技術(shù)已逐步成為焚燒飛灰資源化利用新的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

3 垃圾焚燒飛灰在水泥窯協(xié)同處置過程中的優(yōu)勢和預(yù)處理技術(shù)

3.1 水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰的主要優(yōu)勢

1）替代了部分原料

由于垃圾焚燒飛灰的主要成分與水泥生產(chǎn)所需的原料相差不多，因此能夠用于替代部分原料燒制水泥熟料。垃圾焚燒飛灰的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3、K2O和Na2O，其中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.13%~35.56%之間，其次是SO3和SiO2，這使得在生料的成分調(diào)配上比較容易，可以實(shí)現(xiàn)部分原料的替代。有研究人員將焚燒飛灰直接摻入已經(jīng)按生產(chǎn)率值配好的水泥生料中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)焚燒飛灰替代原料比例低于5%時，不會影響熟料的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。

2）能夠有效去除二惡英等有機(jī)污染物

水泥窯內(nèi)溫度較高，其火焰溫度在1700~1900℃，大型預(yù)分解窯可高達(dá)2100℃，物料溫度也達(dá)到1450℃，這個溫度要高于危險廢物焚燒要求的1100℃。

有研究表明，當(dāng)物料在超過1100℃的區(qū)域內(nèi)停留時間長達(dá)8s時，有害成分焚毀率可達(dá)99.99%以上，二惡英和呋喃類有機(jī)物能夠得到徹底分解，同時由于水泥窯煙氣在200~450℃區(qū)域冷卻較快，很大程度上降低了這類物質(zhì)的再次合成。

3）減少酸性有害氣體的排放

水泥窯中的堿性氣氛有利于酸性氣體的吸附，特別是穩(wěn)定性強(qiáng)的含Cl-有機(jī)物，對SO2、HCl和HF有較強(qiáng)的中和作用，有效抑制酸性物質(zhì)的排放，便于尾氣的凈化。

4）將重金屬的污染程度降至最低

將垃圾飛灰直接摻入水泥中替代部分水泥生成水泥固化體，在使用過程中極易對土壤和地下水造成污染，而經(jīng)過水泥窯的強(qiáng)氧化氣氛后，可以有效避免重金屬在還原性氣氛下?lián)]發(fā)，并且在熟料煅燒過程中，重金屬能夠固化在水泥熟料中，有效阻止了飛灰中重金屬的溶出，整個過程也不會產(chǎn)生灰渣，避免二次污染的產(chǎn)生，窯灰的回用和煙氣的循環(huán)能使重金屬多次固化，有效避免了污染的擴(kuò)散。摻雜了飛灰的礦渣硅酸鹽水泥已經(jīng)成為我國水泥行業(yè)的一個主要水泥品種，并且得到市場的認(rèn)可，不僅避免了純粹采用煅燒或熔融工藝的高能源消耗，降低了飛灰的處理費(fèi)用，同時飛灰的加入也代替了日益短缺的水泥生產(chǎn)原材料。

5）降低飛灰處置成本

采用水泥窯協(xié)同處置焚燒飛灰不需要建設(shè)成套的處理設(shè)備和煙氣凈化設(shè)施，只需要在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行一定程度的調(diào)整，這大大降低了飛灰的處置成本。

3.2 垃圾焚燒飛灰水洗預(yù)處理技術(shù)

我國大部分地區(qū)垃圾焚燒飛灰中Cl-的含量在7.41%~15.21%之間，若直接作為水泥工業(yè)原料，極易引起窯系統(tǒng)結(jié)圈、結(jié)球和預(yù)熱器堵料等事故，影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和水泥熟料質(zhì)量。另外，在我國GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)中增加了“水泥生產(chǎn)中允許加入≤0.5%的助磨劑和水泥中的氯離子含量必須≤0.06%”，因此在進(jìn)行協(xié)同處置前，必須對飛灰中Cl-含量進(jìn)行控制，大量的研究表明，水洗預(yù)處理技術(shù)能夠很好地去除飛灰中的Cl-。

研究者在水洗焚燒飛灰中Cl-的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水灰比為8∶1時，Cl-的洗脫率變化趨于平穩(wěn)，在水洗時間10min、水洗溫度50℃、水洗1次時，Cl-的去除率達(dá)93.71%以上。馬保國等人在不同水洗條件下對垃圾焚燒Cl-和硫的去除效果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，采用水洗的方式既能有效去除飛灰中Cl-雜質(zhì)又不會造成飛灰中鈣質(zhì)與硅質(zhì)的流失，并通過試驗(yàn)確定當(dāng)水灰比為10∶1水洗時間為10min時，飛灰中的Cl-含量降至0.76%，水洗效果相對經(jīng)濟(jì)，隨著水灰比增大到20∶1和30∶1，飛灰中的Cl-含量分別下降至0.71%和0.68%，沒有發(fā)生明顯變化。

研究者等研究了不同水灰比水洗條件下對焚燒飛灰中Cl-洗脫效率的影響，其結(jié)果表明，當(dāng)水灰比大于4∶1時，水洗時間為10min時，水洗1次，飛灰中Cl-的洗脫率高達(dá)93%以上。水洗時間、溫度以及水洗步驟對于飛灰中Cl-的洗脫效果影響較小，而水灰比是影響飛灰中Cl-洗脫效果的最主要因素。水洗飛灰經(jīng)燒結(jié)后其中的Pb、Cd和Ni的浸出濃度明顯降低，并且在800℃燒結(jié)溫度下各項(xiàng)重金屬浸出濃度都能達(dá)到相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰不僅實(shí)現(xiàn)了垃圾焚燒飛灰資源化處置的目的，而且替代部分水泥原料，具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。為了能夠進(jìn)一步推廣垃圾焚燒飛灰的水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的應(yīng)用，不僅需要降低飛灰水洗廢水的處置成本，而且也需要引起全社會的重視，降低因垃圾焚燒飛灰填埋而造成的潛在的危險，實(shí)現(xiàn)飛灰真正的資源化利用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]馬曉軍．水熱法處理生活垃圾焚燒飛灰中重金屬和二噁英的研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2013．

作者單位：鞍山市奧鞍耐火材料有限責(zé)任公司

原標(biāo)題:水泥窯共處置垃圾焚燒飛灰的預(yù)處理技術(shù)研究

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