垃圾焚燒飛灰特性及資源化利用研究進展

垃圾發(fā)電網(wǎng)訊:摘要：生活垃圾焚燒飛灰含有重金屬等有毒物質屬于危險廢物，且其產(chǎn)生量約為垃圾焚燒量的3%~5%，因此焚燒飛灰的資源化妥善處置利用成為亟待解決的問題。本文針對垃圾焚燒飛灰的組成特性進行歸納總結，同時綜述了生活垃圾焚燒飛灰在道路工程中資源化利用的現(xiàn)狀。

0 引言

城市生活垃圾焚燒法具有最大限度的減量化、無害化、資源化等優(yōu)勢，在我國城市中的應用日益遞增，并逐漸成為優(yōu)先推薦的生活垃圾處理方式，同時由于垃圾焚燒技術興起所帶來的焚燒殘留物的分量也逐漸增大，焚燒后產(chǎn)生的灰渣約占原生垃圾質量的20%~30 %[1]。而垃圾焚燒的殘留物根據(jù)在垃圾焚燒系統(tǒng)中收集的位置不同分為底灰與飛灰，其中底灰主要是垃圾經(jīng)焚燒之后在爐床上收集到的殘留物；飛灰主要是在垃圾焚燒爐中煙氣凈化系統(tǒng)中收集到的細顆粒粉末物質，約占垃圾焚燒殘留物總量的10%~20%，同時焚燒飛灰中含有可浸出重金屬以及二噁英類等難以自然降解的有毒物質，屬于危險廢物。因此，焚燒飛灰的資源化妥善處置利用成為亟待解決的問題。

1 生活垃圾焚燒飛灰特性研究

城市生活垃圾焚燒飛灰是在煙氣凈化裝置收集的細顆粒物質，一般呈灰色或深灰色，飛灰顆粒分布較均勻，粒徑小于300μm，主要范圍在54μm-74μm之間。焚燒飛灰的表面粗糙，且多以不規(guī)則顆粒物形態(tài)存在，有球形狀、針狀、片狀以及一些不規(guī)則凝聚狀，同時飛灰凝聚力較大，大顆粒上吸附了粒徑更小的顆粒物，大小顆粒物附著結合較為緊密，堆積成團，顆粒性并不明顯[2]。

科研人員利用XRF和XRD分析檢測飛灰的主要化學成分，結果表明，飛灰主要由CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3等重金屬氧化物組成，屬于SiO2-Al2O3-金屬氧化物體系。為進一步分析飛灰中的元素成分，研究人員通過研究均發(fā)現(xiàn)，飛灰的主要組成元素為Si、Ca、Al、Mg，此外還含有少量Zn、 Pb、Cu、Cr、Ni 等重金屬元素。而飛灰中各重金屬含量差異很大，其中Zn、Pb、Cu、Cr 和 Cd等含量較高。同時研究發(fā)現(xiàn)對于不同重金屬的主要化學形態(tài)相差較大，焚燒飛灰中的Cr、Ni、Zn、Mn相對比較穩(wěn)定，其他元素如Cd、Cu和Pb的不穩(wěn)定態(tài)所占比例很高，尤其是Cd，其不穩(wěn)定態(tài)占了絕大多數(shù)。

2 生活垃圾焚燒飛灰資源化利用

垃圾焚燒飛灰的主要組成成分是CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3等重金屬氧化物組成，屬于SiO2-Al2O3-金屬氧化物體系，且飛灰年產(chǎn)量可觀，具有資源化利用的巨大潛能。目前，很多國外學者研究飛灰資源化利用的可行性。

2.1 焚燒飛灰在水泥中的應用

起初科研人員將焚燒飛灰摻入水泥漿和砂漿中進行實驗研究，研究表明焚燒飛灰增加了砂漿凝結時間，在水泥砂漿中摻入飛灰（相對于水泥質量而言，最高可達15％），可在7、28和90天后提高其強度。超過15％，焚燒飛灰會導致強度略有下降，這可能部分是由于水泥漿和焚燒飛灰之間的粘結力弱。

隨后科研人員將重心轉移至水泥混凝土，起初研究人員對進行水洗處理后的飛灰摻入水泥混凝土，并從硬化混凝土的抗壓強度、耐久性、浸出毒性評價水洗飛灰制備混凝土的效果，結果表明添加水洗灰制備的混凝土不會導致混凝土強度的下降，同時混凝土的重金屬浸出毒性滿足環(huán)境安全要求。而一些學者通過研究飛灰替代混凝土中部分傳統(tǒng)的骨料，結果發(fā)現(xiàn)飛灰的加入對輕骨料混凝土的強度影響不大，同時浸出試驗結果比危險廢物鑒別標準（GB/T5083.3-2007）和填埋標準（GB16889-2008）中的有害成分的濃度限值低得多。為確定飛灰添加量對水泥抗壓強度的影響，有學者通過研究發(fā)現(xiàn)，當飛灰的添加量不超過10%時，水泥凝固后的抗壓強度不會有明顯改變。但飛灰的添加量增加到10%~15%時，水泥的初凝、終凝時間有很大的變化。為比較飛灰在不同類型水泥下的效果，科研人員利用飛灰替代硫鋁酸鹽水泥的部分原料，結果表明水泥原料中飛灰的添加比例最大可達30%，且水泥水化反應形成的固化體所有重金屬元素的浸出毒性都低于浸出標準的限定值。

2.2 焚燒飛灰在瀝青中的應用狀況

近年來對飛灰替代礦粉生產(chǎn)瀝青混合料的研究成為飛灰資源化處置研究的重點。將飛灰替代部分AC-20混凝土中的細集料，結果表明摻量為15％的飛灰可用于瀝青道路表面層，且摻量20%的飛灰可用于瀝青道路下面層，滿足瀝青混合料路用性能的相關要求，同時隨著飛灰摻量的增加，瀝青混合料中最佳瀝青含量顯著增加。

在瀝青可實現(xiàn)飛灰較好固化的基礎上，科研人員將表面處理過的飛灰與填料和偶聯(lián)劑結合形成復合飛灰改性劑（CFAM）摻入瀝青混合料中，研究水分損傷的狀況。結果表明，CFAM瀝青混合料在凍融過程中具有較高的間接抗拉強度和抗拉強度比，具有良好的水分敏感性。此外，經(jīng)過特殊的濕損傷處理后，CFAM改性瀝青混合料具有更好的剛度模量、抗永久變形能力和疲勞壽命。結果表明，CFAM能有效提高瀝青混合料的水分敏感性。為確定飛灰摻量，喬建剛等

[3]為探索生活垃圾焚燒飛灰作為填料對瀝青混合料路用性能的影響，將焚燒飛灰水洗預處理后測試技術指標，并以與AC-20C型瀝青混合料進行配合比設計，通過改變飛灰添加量，研究不同飛灰摻量下瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和抗水損害性能，并分析其影響原因。結果表明：飛灰的篩分、密度、親水系數(shù)和塑性指數(shù)等指標滿足瀝青混合料用填料技術要求，且飛灰作為填料具有顆粒小、比表面積大、堿性強等優(yōu)點。飛灰的添加提高了瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，降低了低溫抗裂性。當飛灰摻量為2.5%時，瀝青混合料仍保有良好的高溫，低溫和水穩(wěn)定性，能滿足交通道路的使用要求，而達3.0%時，飛灰瀝青混合料的低溫破壞應變已不能滿足規(guī)范要求。

結語

（1）垃圾焚燒飛灰主要由CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3等重金屬氧化物組成，屬于SiO2-Al2O3-金屬氧化物體系，同時還含有少量Zn、Pb、Cu、Cr、Ni 等重金屬元素。而飛灰中Zn、Pb、Cu、Cr 和 Cd等含量較高。

（2）摻入低于15%垃圾焚燒飛灰的水泥砂漿，可提高強度；對于水泥混凝土，當飛灰的添加量不超過10%時，水泥凝固后的抗壓強度不會有明顯改變。但飛灰的添加量增加到10%~15%時，水泥的初凝、終凝時間有很大的變化。

（3）焚燒飛灰的添加可提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，降低了低溫抗裂性。當飛灰摻量為2.5%時，瀝青混合料仍保有良好的高溫、低溫和水穩(wěn)定性，能滿足交通道路的使用要求。