張曙光

摘 要：垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽，其中重金屬解毒、二噁英降解等工藝已經(jīng)成熟，影響資源化利用的關(guān)鍵因素在于氯離子的去除。本文采用燒結(jié)、水洗、燒結(jié)后水洗以及水洗后燒結(jié)等工藝對垃圾焚燒飛灰進(jìn)行預(yù)處理。結(jié)果顯示，燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)預(yù)處理工藝均可使的飛灰滿足建材GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》對氯離子的規(guī)定。同時，燒結(jié)后水洗更加節(jié)約水資源，且可減少過程中廢水的處理量，因而更具優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒飛灰； 氯離子； 燒結(jié)； 水洗

引言

隨著垃圾焚燒電廠的迅速增加，垃圾焚燒飛灰的安全處理處置問題亟待解決。垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽，目前國內(nèi)外廣泛采用穩(wěn)定固化預(yù)處理和填埋處置。但填埋場庫容有限，不能長期消納迅猛增長的垃圾焚燒飛灰，同時許多企業(yè)難以承受高昂的飛灰處理處置費用。因此，為節(jié)約土地資源并降低飛灰處理處置成本，很多國家和地區(qū)積極探索飛灰資源化利用的途徑。國內(nèi)外對飛灰資源化的研究主要致力于作建筑原材料方面，其典型代表是水泥和陶粒。日本已經(jīng)實現(xiàn)飛灰燒制水泥和陶粒的工業(yè)化，中國也進(jìn)行了探索和研究。污染物重金屬和二噁英可通過高溫處理實現(xiàn)無害化，目前主要存在的問題在于國內(nèi)飛灰中含有大量的氯離子，這對飛灰高溫處理過程和飛灰產(chǎn)品后續(xù)使用產(chǎn)生較大影響。

1.研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外去除飛灰中氯離子的主要方法有水洗和燒結(jié)。北京大學(xué)的李曉東以去離子水作為洗脫劑，實驗結(jié)果表明：水灰比是影響氯離子洗脫效果的最主要因素，在液固比為4時，水洗過程中約有93%的氯離子被洗脫而進(jìn)入水相，并且水洗飛灰經(jīng)燒結(jié)后其中的Pb、Cd、Ni的浸出濃度明顯降低，800℃下燒結(jié)水洗飛灰可以使其中的重金屬穩(wěn)定化，浸出濃度均低于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值[1]。凌永生等人發(fā)現(xiàn)水洗比應(yīng)控制在5：1到10：1左右，而CO2通氣量是飛灰水洗上清液中重金屬去除過程的主要影響因素，通氣量在1.4～1.5左右可以有效降低上清液pH值及重金屬濃度[2]。朱芬芬等人利用X射線衍射分析無機(jī)氯鹽的行為，發(fā)現(xiàn)主要的氯鹽主要有NaCl、KCl和CaCl2，通過兩次水洗、水固比3：1后1000℃燒結(jié)1h的預(yù)處理工藝能更高效更節(jié)能地去除飛灰中的氯化物，氯的減少率在94%以上[3]。鄭源格等人實驗表明通過水洗預(yù)處理可穩(wěn)定有效去除飛灰中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%以上的氯離子，消除了焚燒飛灰中氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高對水泥窯的損害[4]。于昕等人對水洗-酸浸穩(wěn)定化處理垃圾焚燒飛灰的效果進(jìn)行了研究，液固比為20時，水洗過程可以浸出60%以上的氯，47%以上的Na、K、Ca，18%以上的Pb[5]。羅智宇等人研究表明，液固比為3時可以除去飛灰中85% 以上的總氯；提高液固比還可提高氯的去除量。飛灰中的殘氯在高溫下大量揮發(fā)，剩余的氯穩(wěn)定在0.9%～1.7%[6]。鄒廬泉等人發(fā)現(xiàn)常溫水洗，水洗比例1：8，水洗次數(shù)2次，攪拌時間10min，沉淀時間10min。水洗預(yù)處理可以有效除去飛灰中氯離子和可溶的重金屬，實現(xiàn)了飛灰重金屬的溶出無害化[7]。

以上研究為國內(nèi)垃圾焚燒飛灰脫氯奠定了基礎(chǔ)，為使飛灰產(chǎn)品進(jìn)一步滿足準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定氯離子含量≤0.02%的要求，本文擬采用水洗和燒結(jié)兩種方式對飛灰聯(lián)合處理，實現(xiàn)飛灰的深度脫氯。

2.實驗方法

2.1材料

實驗中所用1號和2號飛灰分別取自天津某垃圾焚燒發(fā)電廠和江蘇垃圾焚燒發(fā)電廠，均在布袋除塵系統(tǒng)灰斗出口處收集，取樣日期分別為2013.09.29和2013.09.17。所取飛灰呈灰白色粉末，可通過100目篩，105℃烘干2h后測定含水率分別為1.98%和2.12%。

2.2實驗方法

2.2.1燒結(jié)方法

飛灰燒結(jié)溫度一般處于800℃～1200℃之間，先將馬弗爐升到指定溫度800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃，然后稱取天津飛灰10g，精確稱量到0.01g，倒入100ml陶瓷坩堝中，燒結(jié)至恒重，以兩次稱量差值<0.02g為恒重，恒重后用坩堝鉗夾出坩堝，蓋上坩堝蓋，放在干燥器中冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移到樣品袋中密封保存。飛灰若板結(jié)在坩堝中，需取出后研磨過篩至直徑1mm以下粉末，再裝袋封存。

2.2.2水洗方法

室溫下用固液比為1：3的去離子水水洗，攪拌15min，靜置10min后用布氏漏斗和2層定性濾紙抽濾，抽濾后棄去水洗液，水洗后飛灰放入烘箱105℃烘干至恒重，裝袋封存。

2.3氯離子檢測方法

采用GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》標(biāo)準(zhǔn)方法：稱取約0.5g試樣置于250ml錐形瓶中，加入50ml蒸餾水，放置2h后，每隔5min搖動1次共三次，使氯鹽充分溶解，抽濾使濾液澄清，向清液中加入1ml鉻酸鉀指示劑，用0.05mol/L和0.005mol/L標(biāo)準(zhǔn)硝酸銀溶液滴定至呈現(xiàn)磚紅色。

3.結(jié)果與分析

3.1天津飛灰“燒結(jié)”、“水洗+燒結(jié)”實驗

從表1中可以看出，天津飛灰直接燒結(jié)后，氯離子含量隨溫度升高迅速降低，這是由于金屬氯化物的熔點和沸點相對較低，溫度越高揮發(fā)越快。當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時燒結(jié)至恒重，此時飛灰中氯離子含量為0.415%，可見在燒結(jié)溫度范圍內(nèi)直接燒結(jié)無法達(dá)到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求。

室溫下經(jīng)固液比1：3水洗后，飛灰中的氯離子可降低至3.21%。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，結(jié)果顯示隨著燒結(jié)溫度的升高，氯離子降低效果顯著。當(dāng)溫度升至1200℃時燒結(jié)至恒重，此時飛灰中氯離子達(dá)到0.019%，完全滿足建材化利用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求。

3.2江蘇飛灰“燒結(jié)后水洗”、“水洗后燒結(jié)”實驗

此次試驗專門設(shè)計了燒結(jié)和水洗順序?qū)β入x子的影響。結(jié)果表明，條件相同的情況下，燒結(jié)后水洗比水洗后燒結(jié)的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個溫度下燒結(jié)后水洗都比水洗后燒結(jié)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，1200℃燒結(jié)至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，且燒結(jié)后水洗效果更加明顯。

由于燒結(jié)過程飛灰中的氯離子大量揮發(fā)，使得燒結(jié)殘渣中的氯離子含量降低約35%左右，若達(dá)到和水洗后燒結(jié)同樣的效果，該過程可節(jié)約用水30%左右。由此可見，燒結(jié)后水洗這一預(yù)處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優(yōu)勢，一方面可以節(jié)約洗過過程的水資源，另一方面減少了過程中廢水的處理量。

4.結(jié)論

①單獨水洗或單獨燒結(jié)均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達(dá)到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，兩種處理方式聯(lián)合操作則可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

②燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)采用不同的組合順序，結(jié)果顯示，達(dá)到同樣的效果采用燒結(jié)后水洗可節(jié)約用水30%左右，因此燒結(jié)后水洗工藝組合優(yōu)勢更加明顯。

參考文獻(xiàn)

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[2] 凌永生、金宜英、聶永豐.焚燒飛灰水泥窯煅燒資源化水洗預(yù)處理實驗研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2012，38 （4）：1-5

[3] 朱芬芬、高岡昌輝、大下和徹.焚燒飛灰預(yù)處理工藝及其無機(jī)氯鹽的行為研究[J].環(huán)境科學(xué)，2013，34 （6）：2473-2478

[4] 鄭元格、沈東升.固體廢物焚燒飛灰水泥窯協(xié)同處置的試驗研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報，2011.38 （5）：562-569

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[7] 鄒廬泉、李娜、洪瑞金.濕法預(yù)處理對垃圾焚燒飛灰中氯離子及重金屬的去除研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010.31 （38）：17627-17659

3.2江蘇飛灰“燒結(jié)后水洗”、“水洗后燒結(jié)”實驗

此次試驗專門設(shè)計了燒結(jié)和水洗順序?qū)β入x子的影響。結(jié)果表明，條件相同的情況下，燒結(jié)后水洗比水洗后燒結(jié)的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個溫度下燒結(jié)后水洗都比水洗后燒結(jié)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，1200℃燒結(jié)至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，且燒結(jié)后水洗效果更加明顯。

由于燒結(jié)過程飛灰中的氯離子大量揮發(fā)，使得燒結(jié)殘渣中的氯離子含量降低約35%左右，若達(dá)到和水洗后燒結(jié)同樣的效果，該過程可節(jié)約用水30%左右。由此可見，燒結(jié)后水洗這一預(yù)處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優(yōu)勢，一方面可以節(jié)約洗過過程的水資源，另一方面減少了過程中廢水的處理量。

4.結(jié)論

①單獨水洗或單獨燒結(jié)均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達(dá)到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，兩種處理方式聯(lián)合操作則可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

②燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)采用不同的組合順序，結(jié)果顯示，達(dá)到同樣的效果采用燒結(jié)后水洗可節(jié)約用水30%左右，因此燒結(jié)后水洗工藝組合優(yōu)勢更加明顯。

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3.2江蘇飛灰“燒結(jié)后水洗”、“水洗后燒結(jié)”實驗

此次試驗專門設(shè)計了燒結(jié)和水洗順序?qū)β入x子的影響。結(jié)果表明，條件相同的情況下，燒結(jié)后水洗比水洗后燒結(jié)的處理順序效果要好。800℃、1000℃、1200℃三個溫度下燒結(jié)后水洗都比水洗后燒結(jié)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，1200℃燒結(jié)至恒重后水洗可使氯離子降低到0.011%。燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)兩種方式均可以使飛灰滿足建材化利用的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，且燒結(jié)后水洗效果更加明顯。

由于燒結(jié)過程飛灰中的氯離子大量揮發(fā)，使得燒結(jié)殘渣中的氯離子含量降低約35%左右，若達(dá)到和水洗后燒結(jié)同樣的效果，該過程可節(jié)約用水30%左右。由此可見，燒結(jié)后水洗這一預(yù)處理工藝在飛灰資源化方面具有顯著的優(yōu)勢，一方面可以節(jié)約洗過過程的水資源，另一方面減少了過程中廢水的處理量。

4.結(jié)論

①單獨水洗或單獨燒結(jié)均不能使垃圾焚燒飛灰中的氯離子含量達(dá)到GB/T 17431.1-2010《輕集料及其試驗方法 第1部分：輕集料》規(guī)定要求，兩種處理方式聯(lián)合操作則可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；

②燒結(jié)后水洗、水洗后燒結(jié)采用不同的組合順序，結(jié)果顯示，達(dá)到同樣的效果采用燒結(jié)后水洗可節(jié)約用水30%左右，因此燒結(jié)后水洗工藝組合優(yōu)勢更加明顯。

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