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生活垃圾焚烧飞灰综合处置与利用研究进展

1. 生活垃圾焚烧飞灰处理现状

1.1 生活垃圾焚烧飞灰处理现状

1.1.1 飞灰产生率

• 我国生活垃圾焚烧飞灰量逐年增长，2022年飞灰产量接近590万吨。
• 垃圾焚烧处理产生大量飞灰，飞灰的无害化处理处置与资源化利用成为制约焚烧技术应用的关键。

1.1.2 飞灰基础特性

• 飞灰呈灰白色或深灰色，颗粒细小，比表面积大，含有无机氨盐、重金属、二噁英等物质。
• 重金属主要来自生活垃圾中的镉、铊、砷、铅、铬、锰、镍、锡、锑、铜、钴等元素。
• 二噁英类物质主要产生于垃圾焚烧和烟气净化过程中，主要截留在飞灰中。

2. 飞灰处置技术

2.1 固化和稳定化

2.1.1 水泥固化法

• 水泥固化法对重金属的稳定化效果显著，通过水泥水合反应生成大量碱性凝胶提高物料的碱度。
• 水泥固化法设备成熟、操作简单，但也存在局限性，如增加固化体体积和质量，对二噁英类有机污染物的降解效果有限。

2.1.2 重金属高分子螯合技术

• 高分子螯合剂与飞灰中的重金属离子形成稳定的配位键和离子键，生成难溶物质。
• 该技术具有不增容或极少增容、重金属浸出率低、稳定化程度高、对环境的危险性明显降低以及处理费用低等优点。

2.1.3 化学药剂稳定法

• 化学药剂稳定化技术通过添加化学药剂，将重金属转化为不溶于水、无机矿物质或高分子络合物等低毒性、低溶解性、低迁移性的物质。
• 该技术具有工艺成熟、操作简单、增容较小等优点，但也存在一定的局限性，如化学药剂的针对性和适应性以及成本。

2.2 热处理技术

2.2.1 烧结处理技术

• 烧结法在低于熔融温度（900-1000℃）的条件下，使飞灰粉末颗粒在晶格边界发生部分熔融，生成致密且坚硬的烧结体。
• 烧结体的品质与多种因素密切相关，包括飞灰的组分、颗粒的直径、烧结配伍组分、烧结时长、温度以及加热速率等。

2.2.2 熔融法

• 熔融法通过燃烧炉内的燃料或电力，将飞灰加热至1400°C的高温，使其达到熔融状态。
• 熔融后的炉渣具有广泛的应用前景，如路基材料、铺路石等，用于建筑行业。

2.2.3 玻璃化法

• 等离子体高温熔融技术能够在1200-1600℃的高温下熔融处理飞灰。
• 该技术能够将重金属彻底固化并转化为玻璃体，从而实现再生利用。

2.3 化学浸提

• 化学浸提通过特定的化学药剂进行提取，如盐酸、硝酸、硫酸和氢氧化钠等，以实现对重金属的有效回收和利用。

2.4 水热处理技术

2.4.1 水热萃取技术

• 水热萃取技术通过在飞灰中加入酸、碱或有机萃取剂溶液，在高温条件下将重金属从飞灰中提取出来。

2.4.2 水热稳定化技术

• 水热稳定化技术是利用飞灰中含有的Si、Al在碱性条件下水热合成沸石类矿物稳定飞灰中的重金属。

2.5 分离萃取技术

2.5.1 水洗法

• 水洗法利用水作为清洗溶剂来减少可溶性盐（如氯盐等）、碱和重金属含量，降低重金属渗滤毒性的同时，实现飞灰中可溶性物质的回收。

2.5.2 生物淋滤

• 生物浸提技术是利用生物产酸，将重金属从固相溶出而进入液相，再从液相加以回收。

2.5.3 化学浸提

• 化学浸提是通过飞灰与化学药剂反应使得飞灰中的重金属浸出到溶液中，再经过电化学等方法回收重金属。

2.5.4 电化学技术

• 电化学技术的目的在于去除飞灰中的重金属并将其回收，利用外电路阴极和阳极上发生的还原和氧化反应。

3. 协同处置技术

3.1 水洗—水泥窑协同处置技术

• 飞灰水洗液经过物理沉淀、化学沉淀以及多级过滤等多道严格的水处理流程后，滤液进入MVR（机械式蒸汽再压缩）蒸发结晶工艺设备，进行盐、水的高效分离。
• 飞灰通过密封管道气力输送至水泥窑尾的高温段，在1000°C的高温下进行熔融处理。

4. 资源化

4.1 飞灰再生制备陶粒

• 垃圾焚烧飞灰经过再生利用技术，可以被转化为再生陶粒产品，实现飞灰的无害化与资源化利用。
• 已开发出一种新型的回转窑技术，用于对飞灰进行高温熔融解毒处理。

4.2 飞灰制备陶瓷骨料

• 在利用垃圾飞灰为原料制备陶瓷骨料的过程中，成功促进了重金属离子与物料中的氧化硅、氧化铝等成分发生化学反应。
• 最终获得的陶瓷骨料制品由多种稳定的矿物晶粒和玻璃体复合而成，具备长久且可靠的安全性。