生活垃圾焚燒爐渣及飛灰的安全性評(píng)價(jià)

生活垃圾焚燒爐渣及飛灰的安全性評(píng)價(jià)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化規(guī)模的擴(kuò)大和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)量逐年增加。高效的焚燒技術(shù)有利于緩解由城市垃圾造成的日益嚴(yán)重的環(huán)境污染。垃圾焚燒技術(shù)處理量大，使得垃圾的最終處置量降到最低，減少了垃圾填埋量，延長(zhǎng)了垃圾填埋場(chǎng)的使用年限；高溫焚燒起到了固化有害成分和殺毒滅菌的作用，焚燒設(shè)備產(chǎn)生的熱能可充分回收，用于供熱和發(fā)電，因此垃圾焚燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)生活垃圾的減量化、資源化的目標(biāo)。然而，垃圾焚燒不僅排放大量煙氣，還產(chǎn)生大量爐渣及飛灰。以一中等規(guī)模、日處理量在500T的垃圾焚燒廠為例，按70%的質(zhì)量減少率算，每天將排150T爐渣及飛灰，一年按300個(gè)運(yùn)行日計(jì)算，將排出45000T。隨著空氣污染控制(APC)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代垃圾焚燒電廠已能實(shí)現(xiàn)無害排放。世界衛(wèi)生組織已經(jīng)申明，現(xiàn)代穩(wěn)定運(yùn)行的垃圾焚燒電廠的排放煙氣不再被視為人類健康或環(huán)境的危險(xiǎn)物。然而，在垃圾焚燒爐渣及飛灰中富集了較高濃度的Hg、As、Cd、Ni、Cu、Cr、Pb、Zn、Mn、Co等危險(xiǎn)性重金屬，若直接排放或處理不當(dāng)，將帶來嚴(yán)重的二次污染。隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)垃圾焚燒爐渣及飛灰的放射性狀況也需進(jìn)一步了解，以確定其放射性污染的嚴(yán)重程度。因此，對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的爐渣飛灰必須進(jìn)行妥善處理。在爐渣及飛灰的處置技術(shù)中，不管是簡(jiǎn)單的填埋還是綜合利用，都需要對(duì)垃圾焚燒爐渣及飛灰進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，根據(jù)結(jié)果確定其最終的排放和利用。1.收集排放物：非燃料質(zhì)地的納米水城市生活垃圾焚燒(MWC)灰渣是從垃圾焚燒爐的爐排下和煙氣除塵器、余熱鍋爐等收集下來的排出物，主要是不可燃的無機(jī)物以及部分未燃盡的可燃有機(jī)物?；以闹饕煞质墙饘倩蚍墙饘俚难趸?，即俗稱的礦物質(zhì)，約為SiO根據(jù)其收集位置的不同，垃圾焚燒產(chǎn)生的灰渣主要可分為底灰和飛灰。1.1底灰和爐排渣底灰一般包括爐排渣(grateash)和爐排間掉落灰(gratesiftings)，有些焚燒廠也將鍋爐灰與爐排渣混合收集合并處理處置。底灰占了灰渣總量的80%左右(重量計(jì))，主要由熔渣、黑色及有色金屬、陶瓷碎片、玻璃和其它一些不可燃物質(zhì)及未燃有機(jī)物組成。爐排渣的可浸出重金屬(如Pb,Cd，和Hg等)和溶解鹽的濃度在各種灰渣中基本上是最低的，其物理化學(xué)和工程性質(zhì)與輕質(zhì)的天然骨料相似；爐排間掉落灰的細(xì)顆粒含量高，因而元素Pb和A1的含量較高；鍋爐灰的易揮發(fā)金屬(如Cd,Zn)的含量有時(shí)會(huì)比較高。1.2回用灰渣c(diǎn)ac1飛灰是指在煙氣凈化系統(tǒng)(APC)和熱回收利用系統(tǒng)(如節(jié)熱器、鍋爐等)中收集而得的殘余物，約占灰渣總量的20%左右，一般經(jīng)旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器或布袋除塵器所收集的中和反應(yīng)物(如CaC1一般而言，生活垃圾焚燒灰渣(MWC)是由底灰（BottomAsh或Slag)及飛灰(FlyAsh共同組成，是城市垃圾焚燒過程中一種必然的副產(chǎn)物。根據(jù)垃圾組成及焚燒工藝的不同，灰渣的數(shù)量一般為垃圾焚燒前總重量的5～30%。2.飛灰的成分和產(chǎn)量垃圾焚燒灰渣成分及產(chǎn)量與垃圾種類、焚燒爐型式、焚燒條件有關(guān)。垃圾的種類隨區(qū)域和季節(jié)的變化而變化，南北方的垃圾是有些差別的，它主要取決于城市的經(jīng)濟(jì)和生活水平；同一城市不同地點(diǎn)的垃圾成分有些差異，甚至可能大于不同城市的同類區(qū)域的垃圾，如北京的中心商業(yè)區(qū)的垃圾與城鄉(xiāng)結(jié)合部的垃圾的差異，往往大于北京中心商業(yè)區(qū)與深圳中心商業(yè)區(qū)的垃圾成分的差異；不同季節(jié)垃圾成分也有差異，其主要是水分和不可燃質(zhì)的變化，其他以干燥可燃質(zhì)為基準(zhǔn)的成分差異較小。焚燒爐型的不同，灰渣的成分和產(chǎn)量也有差別。一般而言，飛灰中低熔點(diǎn)的成分略多，其高熔點(diǎn)成分(SiO嚴(yán)格控制一下焚燒條件可以控制二噁英的產(chǎn)生，具體的方式有：(1)為使垃圾中原有的得以分解，需提高爐內(nèi)燃燒溫度，并延長(zhǎng)煙氣在燃燒高溫區(qū)的停留時(shí)間。當(dāng)垃圾熱值很低時(shí)，可采用投助燃油等方法，使?fàn)t內(nèi)燃燒區(qū)溫度高于900℃；煙氣在高溫區(qū)停留至少2s以上。(2)使燃燒煙氣盡快排出爐膛，這樣可以縮短煙氣在低溫區(qū)（300～400℃）的停留時(shí)間，避免重新生成二噁英。(3)焚燒爐應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不要經(jīng)常停爐，可大大降低二噁英的排放量。清除飛灰顆粒物的常用設(shè)備有布袋除塵器、電除塵器等。其中電除塵器具有除塵效率高（可達(dá)99.5%以上）、脫除重金屬效果好等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)粒徑1μm以下的顆粒物吸收效果不如布袋除塵器好。布袋除塵器中布置有豎直掛在管板上的管狀布袋，積灰在布袋外側(cè)積累，需定期從布袋外側(cè)用脈沖壓縮空氣噴射來清潔布袋。布袋除塵器對(duì)微小粒徑煙塵、重金屬（汞除外），特別是二噁英及呋喃類物質(zhì)具有較好的去除效果。3.飛灰的預(yù)處理各種灰渣中含有大量重金屬，在飛灰中，其重金屬含量特別高?！渡罾贌廴究刂茦?biāo)準(zhǔn)》（GBM3—2000）中規(guī)定：“垃圾焚燒爐渣與除塵設(shè)備收集的焚燒飛灰應(yīng)分別收集、貯存和運(yùn)輸；垃圾焚燒爐渣按一般固體廢物處理，焚燒飛灰應(yīng)按危險(xiǎn)廢物處理，其他尾氣凈化裝置排放的團(tuán)體廢物按《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》（GB5085.3）判斷是否屬于危險(xiǎn)廢物，如屬于危險(xiǎn)廢物，則按危險(xiǎn)廢物處理。在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下，爐渣屬于無毒無害的廢物，可以鋪路、填坑、堆放等。然而必須引起重視的是，一些小型垃圾焚燒爐由于焚燒溫度偏低，或垃圾熱值偏低，使底灰含有一定量的未燃盡有機(jī)廢物。另外，隨著生活垃圾中重金屬含量的增加，底灰中的重金屬含量有可能相應(yīng)增加，致使底灰有可能成為危險(xiǎn)廢物。針對(duì)底灰物質(zhì)組成多樣復(fù)雜、毒性小的特點(diǎn)，為了達(dá)到各得其所、物盡其用的目的，同濟(jì)大學(xué)趙由才等人建議選定這樣一條處理工藝：首先采用人工分選方法選出底灰中一些比較大的石頭、磚塊、陶瓷碎片和玻璃碎片等物，這些物質(zhì)沒有什么毒性，可直接丟棄或用作路基；然后用磁選分選出底灰中有回收利用價(jià)值的鐵質(zhì)金屬；接著灰渣通過錘式破碎機(jī)，在此過程中，一些大的熔融塊被破碎成小粒度熔渣；最后，底灰通過一滾筒篩，可得到三個(gè)粒度范圍的組分，一是粒度比較大的塑料、木頭、布等物，可再被送入垃圾焚燒爐燃燒，一是粒度最小的灰分，由于其P、K含量較高，可用作農(nóng)肥，剩下的就是介于二者之間的熔渣，可直接送入垃圾填埋場(chǎng)填埋或用作路基、建筑材料。具體的工藝流程如圖2所示。這種工藝在國(guó)外是有例可循的。美國(guó)約克鎮(zhèn)附近建有一個(gè)廠，年處理灰渣規(guī)模為18萬噸/年，總投資680萬美元，全廠共35人，分三班工作：兩班生產(chǎn)，一班維修。每天運(yùn)行16小時(shí)，維修8小時(shí)。從兩個(gè)垃圾焚燒廠將排出的爐渣運(yùn)來，路程約1.5～2小時(shí)。灰渣經(jīng)過一整套分選設(shè)備分選后，每月可分選出鋼制美元（1美元以下的零錢）約1萬美元；金屬罐制品、黑色金屬分大、中、?。ㄊ蹆r(jià)不同）；非金屬制品（約3%），如整卷報(bào)紙等未燒透者，再送去焚燒廠燒，大部分為灰渣。此廠經(jīng)濟(jì)收入為焚燒廠每運(yùn)來一噸灰渣收20美元，廢金屬可賣錢，灰渣作為筑路的材料，每噸賣10美元。另外還有政府補(bǔ)助費(fèi)。目前，飛灰處理處置的常用方法有如下兩種。(1)固定穩(wěn)定化，包括水泥固化、瀝青固化、熔融固化、化學(xué)藥劑固化穩(wěn)定化等。經(jīng)過固定穩(wěn)定化處理后產(chǎn)物，如滿足浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)或者資源化利用標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)入普通填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置或進(jìn)行資源化利用。(2)將飛灰中重金屬提取，如酸提取、堿提取、生物及生物制劑提取以及高溫提取等，提取后的重金屬可以進(jìn)行資源化利用。上述處理方法中的大部分已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于生活垃圾焚燒廠的飛灰，并取得一定的處理效果。在生活垃圾焚燒飛灰的固化穩(wěn)定化方面應(yīng)用最多的為水泥固化、熔融固化和藥劑穩(wěn)定化。使用水泥固化與瀝青固化處理時(shí)，所需材料費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用較低，操作簡(jiǎn)單；但廢物中若含有特殊的鹽類，會(huì)造成固化破裂，有機(jī)物的分解易造成裂縫，增加滲透性，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且氯含量的增加會(huì)促使重金屬滲出。使用化學(xué)藥劑費(fèi)用高，對(duì)二噁英和溶解鹽的穩(wěn)定作用較小，而熔融處理在以上幾種方法中是最好的，它雖然所需能源和費(fèi)用很高，但相對(duì)于其它處理技術(shù)，其最大優(yōu)勢(shì)是可以得到高質(zhì)量的建筑材料，同時(shí)它還有較好的減重和減容的效果及熔渣性質(zhì)穩(wěn)定、無重金屬溶出的優(yōu)點(diǎn)。因此，熔融固化將成為飛灰處理的最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。熔融固化是在高溫（1300℃以上）狀況下，飛灰中有機(jī)物發(fā)生熱分解、燃燒及氣化，而無機(jī)物則熔融形成玻璃質(zhì)熔渣經(jīng)過熔融處理，飛灰中的二噁英等有機(jī)污染物受熱分解破壞。飛灰中所含的沸點(diǎn)較低的重金屬鹽類，少部分發(fā)生氣化現(xiàn)象，大部分則轉(zhuǎn)移到玻璃態(tài)熔渣中，大大降低了浸出可能性?；以?jīng)過熔融后，密度大大增加，灰渣減容可達(dá)1/2以上，并且可以回收灰渣中的金屬，而且穩(wěn)定的熔渣可作為路基材料，達(dá)到有效利用的目的。3.1力式兩大類別，分別進(jìn)行力式兩大類，分別實(shí)行力式兩大類，組成符合力式兩大類型目前已成功地研制出多種類型的熔融爐，并投入到實(shí)際運(yùn)用中根據(jù)使用能源的不同，主要可分為燃料式與電力式兩大類，如表1所示。燃料式熔融爐主要是利用燃料燃燒放熱使灰渣熔融，經(jīng)該爐處理后灰渣中二噁英等有機(jī)物在高溫下分解率達(dá)90%以上，垃圾焚燒灰渣的減容率達(dá)到40%左右，但相對(duì)于電力式熔融爐來說能耗較大，若是在爐內(nèi)能添加一些木屑等物質(zhì)，將能減小能耗，由于在處理過程中使用了燃料，尾氣排放中NO3.2熔渣金屬殘留于熔渣灰渣熔融處理的原理主要是灰渣中的有機(jī)物在熔融溫度(1000～1500℃)下熱解或燃燒，無機(jī)物則形成熔渣，低沸點(diǎn)的重金屬及鹽類將蒸發(fā)成氣相，由排氣集塵系統(tǒng)收集，而Fe、Ni、Cu等有價(jià)金屬則還原成金屬熔液，可回收再利用，其它重金屬則殘留于熔渣中。由于灰渣中含有SiO3.2.1熔渣和熔熔氣中尾氣的分布灰渣(特別是飛灰)中的堿金屬等無機(jī)鹽在熔融過程中會(huì)重新分布到熔渣和熔爐的尾氣中。例如，Si、Al和Ca等高沸點(diǎn)的金屬主要固化在熔渣的網(wǎng)狀晶格(CaO—SiO3.2.2率焚燒爐飛灰中含有較高濃度的二噁英，而經(jīng)熔融處理含量很低，分解率達(dá)到99%以上。這是因?yàn)槎f英的分解溫度為800℃以上，由于在熔融爐內(nèi)溫度一般都在1000℃以上，有的甚至達(dá)到1700℃，因此熔融爐內(nèi)高溫產(chǎn)生的熱量，打斷苯環(huán)，使二噁英分解為CO4.熔融法處理灰渣技術(shù)垃圾焚燒過程產(chǎn)生的灰渣中重金屬與二噁英等有毒物質(zhì)的濃度較高，因此灰渣無害化處理主要就是重金屬的固定與二噁英的去除。水泥固定和化學(xué)穩(wěn)定化不能除去灰渣中含有的二噁英，而且還分別增重40%和10%，處理后生成物的再利用也存在一定的局限性；而熔融法可去除灰渣中絕大部分的二噁英并且灰渣中的重金屬可以固定在熔渣中，尾氣經(jīng)過二次集塵和水洗之后，可以直接排放到大氣中。但是利用熔融法處理灰渣也存在幾個(gè)問題，比如由于運(yùn)行溫