文献综述
1飞灰
1.1 飞灰简介
随着社会经济发展和城镇化进程加快,生活垃圾产生量持续增长,对我国生态环境、社会发展的影响日益加剧。生活垃圾处理技术中,垃圾焚烧发电技术因其具有减容显著和资源回收的特点,在我国得以迅速发展。飞灰是垃圾焚烧的必然产物,富集高浸出浓度的重金属、可溶盐和二噁英、呋喃等有机污染物,属于危险废物(《国家危险废物名录》编号HW18),产量占焚烧垃圾量的3%~5%[1, 2]。“十二五”期间,我国生活垃圾焚烧能力大幅提升,2015年垃圾焚烧能力高达8000 万吨,保守测算,生活垃圾焚烧飞灰产量约400 万吨。《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》(发改环资〔2016〕2851号)指出,“lsquo;十三五rsquo;期间,全国规划新增生活垃圾无害化处理能力50.97万吨/日,设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的比例达到50%,东部地区达到60%”[3-5]。可见,伴随垃圾焚烧处理能力的大幅提升,“十三五”期间飞灰产生量将继续大量增加。鉴于飞灰对生态环境、人体健康的不利影响,安全妥善处理飞灰已成为社会重点关注的议题之一。
飞灰一般具有含水率低、粒径小、形状不规则、孔隙率高及比表面积大等特点。其典型化学成分与水泥成分相似。飞灰成分主要以CaO、SiO2、Al2O3和 Fe2O3为主[6-7]。
1.2 飞灰的处理方法
国际上飞灰的处理方法主要有固化/稳定化技术,热处理技术和分离萃取技术。
① 水泥固化技术 在过去几十年间,水泥固化法的应用最广泛。通过固化包容手段,飞灰中重金属以氢氧化物或络合物的形式被包裹在经水化反应后生成的水化硅酸盐中,因其具有比表面积小和渗透性低的特点,从而可以达到降低飞灰浸出毒性的目的。水泥固化处理方法具有工艺设备成熟、操作简单、处理成本低、材料来源广等优点。其一般存在以下问题:水泥的加入容易导致处理后产物体积的增加;部分重金属(镉、六价铬、钼和锌等)的固化效果欠佳;无法实现二噁英类有机污染物的降解;固化所需水泥的生产易导致大量二氧化碳气体的排放,其有悖于相关的碳减排政策[6, 8-10]。
② 化学药剂稳定化技术 化学药剂稳定化是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。化学药剂稳定化处理飞灰不仅具有无害化、少增容或不增容等优点,还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与飞灰中危险成分之间的化学螯合作用得到强化,进而提高固化产物的长期稳定性,减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响[6, 9]。
③ 热处理技术 热处理技术一般是指在较高温度条件下实现飞灰中有机污染物(二噁英、呋喃等)的降解和重金属的稳定化。根据热处理温度的不同,一般可分为烧结(700~1100℃)、熔融/玻璃固化(1000~1400℃)。飞灰高温热处理技术一般具有减容、减量、操作简易、重金属稳定性高及二噁英分解彻底等优点但是由于该项技术能耗高、成本大,飞灰中重金属元素容易挥发分离形成二次飞灰且收集和分离回收困难,因此还不利于大规模推广,只能在一些发达国家有所应用[11, 12]。
