水泥窯共處置垃圾焚燒飛灰的預(yù)處理技術(shù)研究

固廢網(wǎng)訊:摘要：水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰是指把經(jīng)過(guò)預(yù)處理的飛灰作為原料投加到水泥生產(chǎn)過(guò)程中，替代了部分水泥原料的同時(shí)，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(duì)水泥生產(chǎn)工藝造成影響，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理?；诖耍疚闹饕獙?duì)水泥窯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(wú)害化處置方式主要分為填埋、焚燒和堆肥等，而我國(guó)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(jià)的上升，城市環(huán)境要求的不斷提高以及公眾環(huán)保意識(shí)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(lái)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(guó)，對(duì)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(duì)垃圾焚燒飛灰分別收集、貯存和運(yùn)輸，并按危險(xiǎn)廢物處理。在環(huán)發(fā)[2001]199號(hào)《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》第9.3條中對(duì)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(xiǎn)廢物不能與其他類型的廢物混合，且不得在產(chǎn)生地長(zhǎng)期貯存，不得進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)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(duì)重金屬的提取等。其中水泥固化成本相對(duì)較低，對(duì)飛灰中化學(xué)性質(zhì)的變動(dòng)具有相當(dāng)?shù)某惺芰?，且技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單；熔融固化可以實(shí)現(xiàn)二惡英的分解，且不會(huì)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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)于飛灰的消耗較少，不能對(duì)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(xiǎn)廢物，對(duì)其進(jìn)行綜合利用必須要滿足無(wú)害化的前提，處置過(guò)程不能帶來(lái)二次污染。近年來(lái)國(guó)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(shí)，節(jié)約了部分水泥生產(chǎn)原料，并且整個(gè)過(guò)程不會(huì)對(duì)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(guò)程中的優(yōu)勢(shì)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(shì)

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(shí)，不會(huì)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(gè)溫度要高于危險(xiǎn)廢物焚燒要求的1100℃。

有研究表明，當(dāng)物料在超過(guò)1100℃的區(qū)域內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8s時(shí)，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(shí)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(duì)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(guò)程中極易對(duì)土壤和地下水造成污染，而經(jīng)過(guò)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(guò)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(gè)過(guò)程也不會(huì)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(guó)水泥行業(yè)的一個(gè)主要水泥品種，并且得到市場(chǎng)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(shí)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(guó)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(guó)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(duì)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(shí)，Cl-的洗脫率變化趨于平穩(wěn)，在水洗時(shí)間10min、水洗溫度50℃、水洗1次時(shí)，Cl-的去除率達(dá)93.71%以上。馬保國(guó)等人在不同水洗條件下對(duì)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(huì)造成飛灰中鈣質(zhì)與硅質(zhì)的流失，并通過(guò)試驗(yàn)確定當(dāng)水灰比為10∶1水洗時(shí)間為10min時(shí)，飛灰中的Cl-含量降至0.76%，水洗效果相對(duì)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(méi)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(duì)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(shí)，水洗時(shí)間為10min時(shí)，水洗1次，飛灰中Cl-的洗脫率高達(dá)93%以上。水洗時(shí)間、溫度以及水洗步驟對(duì)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(yǔ)

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(huì)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(huì)的重視，降低因垃圾焚燒飛灰填埋而造成的潛在的危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)飛灰真正的資源化利用。

參考文獻(xiàn)：

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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