城市垃圾焚燒飛灰資源化利用前景分析
隨著中國經濟的持續高速增長，人民生活水平迅速提高，城市化進程也在不斷加快。但同時也面臨著日趨嚴重的環境問題，特別是城市垃圾的處理。城市生活垃圾問題已經成為中國最嚴重的公害之一。及時清理和處理城市垃圾，是建設優美、整潔、文明的現代化城市不可缺少的條件。如何解決垃圾問題，已引起全社會的高度重視。
垃圾的處理主要有填埋、堆肥、焚燒等方式。衛生填埋是從傳統的廢物堆填發展起來的最終處置技術，是應用最早最廣泛的一項技術。填埋處理需占用大量的土地資源，這對于部分城市尤其是沿海地區，已無法找到可供填埋的土地，而且垃圾產生的滲濾液容易對地下水源造成污染。歐盟立法規定，有機碳含量高于3%的生活垃圾禁止填埋；堆肥就是把生活垃圾中可生物降解的有機物在控制條件下進行生物分解，并使之穩定化、無害化，用作土地改良劑。相對于填埋而言，堆肥實現了垃圾資源化利用，其經濟和社會效益較好。但是也存在不足之處，首先堆肥對廢物的種類和性質有一定要求，堆肥處理往往又受到產品銷路的影響。而近些年來，我國城市生活垃圾的構成有了明顯的變化，垃圾中有機質及可燃垃圾成分逐年增加，垃圾熱值有明顯提高，且垃圾焚燒處理具備處理速度快、垃圾儲存周期短、余熱可回收利用、占地面積小等特點，垃圾焚燒處理在國內得到了迅速發展，自1988年深圳投運的國內第一座垃圾焚燒電廠后，北京、上海、天津、杭州、珠海等多數城市都建設了垃圾焚燒電廠，尤其是經濟發達、土地資源少的沿海地區。
1垃圾焚燒飛灰的主要組成分析
隨著垃圾焚燒事業在國內的迅速發展，垃圾飛灰的產量也呈明顯增加的趨勢。生活垃圾焚燒處理后產生的固體殘渣大約占垃圾重量的30%～35%，其中底渣占 25%～30%，其余是飛灰，占5%左右[2]，而流化床焚燒爐產生的灰渣量高得多。垃圾焚燒產生的底渣一般被認為是沒有毒害的。由于垃圾組分比較復雜，垃圾中所含有的重金屬污染物在焚燒過程中發生遷移和轉化，使飛灰中富集了較高濃度的重金屬等污染物。若將飛灰直接進行填埋或處理不當，在自然環境下由于酸雨等因素的作用，酸性環境下重金屬將逐漸滲濾出來，重新進入環境，污染地下水源而危害人類，因此被視為危險廢棄物，必須進行適當處理后再資源化利用。從垃圾飛灰的構成來看，兩種焚燒爐型在飛灰基本構成和有毒污染物含量上存在一定的差異，即流化床飛灰中Si、Al、Fe氧化物的含量都較高，這主要是由于摻煤混燒時煤中此類元素含量高造成的，而Ca在兩種飛灰中的含量都很高，這是由于為減少酸性氣體排放在尾部煙道噴鈣造成的。飛灰中二惡英和重金屬含量表明，流化床飛灰中二惡英與重金屬的含量明顯低于爐排爐飛灰，其飛灰的毒性遠較爐排爐飛灰低，這與焚燒方式有主要的關系。
表1中給出國內兩種典型的垃圾焚燒爐產生飛灰的構成及污染物含量情況。
表1不同類型焚燒爐飛灰特性 |
另外兩種飛灰樣品中二惡英、呋喃總量含量情況表明，采用流化床焚燒方式飛灰中二惡英的含量明顯低于爐排式焚燒爐飛灰。
2垃圾的無害化處理及資源化利用分析
2.1作為路基或建筑材料
垃圾飛灰與燃煤飛灰在組成上極為相近，與水混合后自身存在一定的凝硬特性，垃圾飛灰與水泥混合，不僅產生一定的硬度滿足路基材料的需求，同時水泥的水化產物及堿性環境還可以抑制重金屬的滲濾，滿足環保的要求，因此可以用垃圾飛灰作為路基、堤壩、建筑材料及瀝青細骨料。實驗中分別采用爐排爐和流化床兩種垃圾焚燒爐飛灰并與水泥、水在一定比例下充分混合均勻，制成試件在一定條件下養護4周，測試試件的強度，并利用TCLP1311測試其重金屬的滲濾特性。實驗分，試驗結果見表2。
表2 飛灰固化物滲濾特性（mg/L）  |
由試驗看出，水泥對重金屬的固化效果是很明顯的，尤其是對Pb、Zn、Cu。水泥固定的機理是：在水泥的水化過程中，金屬可以通過吸附、化學吸收、沉降、離子交換、鈍化等多種方式與水泥發生反應，最終以氫氧化物或絡合物的形式，停留在水泥水化形成的水化硅酸鹽膠體C-S-H表面上，同時水泥的加入也為重金屬提供了堿性環境，抑制了重金屬的滲濾。
據了解，國外垃圾焚燒底渣資源化利用的比例較高[13]，而垃圾飛灰利用比例較小，此項內容還在進一步研究中。
2.2水泥制作材料
水泥是CaCO3與黏土混合物與其它材料混合經高溫煅燒成水泥塊，再研磨成粉末而成。垃圾飛灰組成中含有一定量的水泥制作材料，如Ca、Si、Al（對于 Si、Al流化床飛灰較爐排爐飛灰中高），因此，若利用垃圾飛灰取代部分水泥制作時所需的CaCO3，不僅可以減少由于CaCO3煅燒時所消耗的能量，同時還可以減少CaCO3分解而釋放的CO2。
試驗中對垃圾飛灰熱處理時重金屬的蒸發特性進行了分析，結果發現飛灰熱處理時，重金屬的蒸發率較高，尤其在900℃以上，而試驗研究同樣發現1000℃以上，飛灰中二惡英的分解率在90%以上。由此看來，利用垃圾飛灰制作水泥其毒性大大減小，但應做好對蒸發物的回收，減小熱處理過程中的二次污染，同時回收物可以進一步提存再利用。
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圖 飛灰中重金屬的蒸發特性
2.3吸附劑
G.Marruzzo[16] 研究指出，可以利用垃圾飛灰制作人造沸石，作為離子交換劑制作純凈水，但由于垃圾飛灰成分復雜，制作的費用很高，目前處理研究階段。另外，Matsuda 等人指出燃煤飛灰經Ca(OH)2溶液處理后可作為脫硫劑脫除煙氣中產生的SO2及其它酸性氣體。
而垃圾飛灰與燃煤飛灰有極相似的物理化學組成，垃圾焚燒飛灰與燃煤飛灰類似，都具有顆粒小（主要集中在40～300μm）、比表面積大的特點，這些為垃圾飛灰作為吸附及煙氣脫硫劑提供了必要的物理條件，而國內垃圾焚燒過程中為穩定燃燒摻入一定的煤進行混燒，這樣使飛灰中硅、鋁等氧化物的含量增加，更有利于產品品質的提高。垃圾焚燒飛灰與 Ca(OH)2溶液混合后，飛灰中含有的SiO2迅速溶出并與Ca離子反應生成水化硅酸鈣（CSH），生成的CSH在飛灰及Ca(OH)2表面沉積，使最終形成的飛灰顆粒表面積增加，顆粒內部空隙率加大，因CSH對SO2有很好的吸附作用，飛灰比表面積的增加使其吸附效果進一步增強。
另有文獻指出，由于垃圾飛灰中含有農作物生長所必需的K、P、Cu等元素，可以利用少量飛灰替代化肥來改善土壤。
3結束語
為了合理地處置日益增加的焚燒殘余物，減輕填埋場場地緊張的壓力或省去昂貴的填埋費用，美國、日本和歐洲的許多國家在幾十年前就開始從資源利用和環境影響兩方面考慮，研究殘余物的資源化利用的可行性，力求在經濟成本與環境要求中找到最佳平衡點。
目前在歐洲一些國家（如英國、德國、荷蘭等）和加拿大以及日本大多數垃圾焚燒廠，其底灰和飛灰都是分別收集和處理，我國也要求分別收集。由于底灰的物理和工程性質與輕質的天然骨料相似，并且容易進行粒徑分配，易制成商業化應用的產品，因此使之成為一種適宜的建筑填料，而飛灰的資源化利用率很低。大多數國家處理飛灰仍然采用填埋的處理方法，但是由于可用的填埋場地越來越少，并且利用填埋法處理飛灰會給環境帶來較大的危害，因此，目前很多國家開始研究飛灰的資源化利用途徑。
由于我國垃圾焚燒處理技術起步較晚，因此對于垃圾焚燒殘余物的處理一直還未引起重視。我國大部分垃圾焚燒廠對于殘余物的處理都是簡單地進行填埋，這樣不僅對環境造成了嚴重的污染，而且也是一種資源的浪費。國內有關垃圾飛灰資源化利用的研究才剛剛起步。上海御橋生活垃圾焚燒廠研究利用垃圾焚燒飛灰制作微晶玻璃，來實現垃圾飛灰的資源化再利用。為了減少對于環境的污染和緩解填埋場地的緊張狀況，同時可以減少資源的浪費，我國的科學工作者應當吸取國外垃圾焚燒殘余物資源化利用的成功經驗，對于我國的垃圾焚燒殘余物進行合理的利用，開發出適合我國國情的垃圾焚燒殘余物處理技術，盡快制定出垃圾焚燒殘余物利用的相關措施和技術規定。針對國內不同類型垃圾焚燒爐產生飛灰的理化特性，在飛灰的資源化利用時，應根據具體情況做出不同的處理措施。
參考文獻略
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