水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰的預處理技術研究
發布時間：2019-02-19 00:12:18發布作者：鄭礦機器
摘要：水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰是指把經過預處理的飛灰作為原料投加到水泥生產過程中，替代了部分水泥原料的同時，有效去除了飛灰中富集的二惡英等有機污染物，實現了飛灰的資源化處置。由于飛灰中含有大量的Cl-和重金屬元素，為了避免對水泥生產工藝造成影響，必須對其進行預處理。基于此，本文主要對水泥窯共處置垃圾焚燒飛灰的預處理技術進行分析探討。
1、前言
目前，生活垃圾無害化處置方式主要分為填埋、焚燒和堆肥等，而我國的垃圾處理采用的是填埋為主，焚燒和堆肥為輔的策略，這將占用大量的土地資源。隨著地價的上升，城市環境要求的不斷提高以及公眾環保意識與訴求的日益高漲，垃圾填埋變得不再經濟和安全，越來越多的城市開始考慮垃圾焚燒處理。
2、垃圾焚燒飛灰的處置方法和現狀
在我國，對于垃圾焚燒飛灰處置有著相當嚴格的規定。在GB18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》中要求對垃圾焚燒飛灰分別收集、貯存和運輸，并按危險廢物處理。在環發[2001]199號《危險廢物污染防治技術政策》*9.3條中對生活垃圾焚燒飛灰的收集與處置做出了明確的規定，要求此類危險廢物不能與其他類型的廢物混合，且不得在產生地長期貯存，不得進行簡易處置，必須進行必要的固化和穩定化處理之后方可運輸，這大大提高了垃圾焚燒飛灰的處置難度。
目前，對于垃圾焚燒飛灰常用的處置方法包括穩定化技術和資源化利用技術。其中穩定化技術主要包括水泥固化、熔融固化、化學穩定化、酸和其他溶劑對重金屬的提取等。其中水泥固化成本相對較低，對飛灰中化學性質的變動具有相當的承受力，且技術成熟，設備簡單；熔融固化可以實現二惡英的分解，且不會產生重金屬溶出現象；化學藥劑穩定化以及酸和其他溶劑對重金屬的提取方法能夠在不改變飛灰的物理狀態的條件下，降低部分投資運行成本，同樣也不會產生重金屬溶出。飛灰資源化利用的途徑包括制作建筑材料，如陶瓷和玻璃等；用于路基或者筑壩，主要是代替部分砂作為填充層，或摻入水泥中替代部分水泥生成水泥固化體作為道路支撐層，但*易對土壤和地下水造成污染；飛灰中由于含有一定的K、P和Cu等元素，因此，還能用于治理酸性較強的土壤。
除此之外，飛灰還能用于污泥的調節和脫水，取代粉煤灰用于煙氣凈化，用作脫硫劑等。但是，這些處置技術對于飛灰的消耗較少，不能對飛灰的處置起到根本性的改觀，且*易造成土壤和地下水的污染。焚燒飛灰作為危險廢物，對其進行綜合利用必須要滿足無害化的前提，處置過程不能帶來二次污染。近年來國際上新興的水泥窯協同處置技術，在利用水泥窯高溫環境將飛灰穩定脫毒的同時，節約了部分水泥生產原料，并且整個過程不會對生產系統和水泥熟料產品產生影響，該項技術已逐步成為焚燒飛灰資源化利用新的重點發展方向之一。
3、垃圾焚燒飛灰在水泥窯協同處置過程中的優勢和預處理技術
3.1、水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰的主要優勢
1）替代了部分原料
由于垃圾焚燒飛灰的主要成分與水泥生產所需的原料相差不多，因此能夠用于替代部分原料燒制水泥熟料。垃圾焚燒飛灰的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、SO3、K2O和Na2O，其中CaO的質量分數13.13%~35.56%之間，其次是SO3和SiO2，這使得在生料的成分調配上比較容易，可以實現部分原料的替代。有研究人員將焚燒飛灰直接摻入已經按生產率值配好的水泥生料中，發現當焚燒飛灰替代原料比例低于5%時，不會影響熟料的抗壓強度指標。
2）能夠有效去除二惡英等有機污染物
水泥窯內溫度較高，其火焰溫度在1700~1900℃，大型預分解窯可高達2100℃，物料溫度也達到1450℃，這個溫度要高于危險廢物焚燒要求的1100℃。
有研究表明，當物料在超過1100℃的區域內停留時間長達8s時，有害成分焚毀率可達99.99%以上，二惡英和呋喃類有機物能夠得到徹底分解，同時由于水泥窯煙氣在200~450℃區域冷卻較快，很大程度上降低了這類物質的再次合成。
3）減少酸性有害氣體的排放
水泥窯中的堿性氣氛有利于酸性氣體的吸附，特別是穩定性強的含Cl-有機物，對SO2、HCl和HF有較強的中和作用，有效抑制酸性物質的排放，便于尾氣的凈化。
4）將重金屬的污染程度降至*低
將垃圾飛灰直接摻入水泥中替代部分水泥生成水泥固化體，在使用過程中*易對土壤和地下水造成污染，而經過水泥窯的強氧化氣氛后，可以有效避免重金屬在還原性氣氛下揮發，并且在熟料煅燒過程中，重金屬能夠固化在水泥熟料中，有效阻止了飛灰中重金屬的溶出，整個過程也不會產生灰渣，避免二次污染的產生，窯灰的回用和煙氣的循環能使重金屬多次固化，有效避免了污染的擴散。摻雜了飛灰的礦渣硅酸鹽水泥已經成為我國水泥行業的一個主要水泥品種，并且得到市場的認可，不僅避免了純粹采用煅燒或熔融工藝的高能源消耗，降低了飛灰的處理費用，同時飛灰的加入也代替了日益短缺的水泥生產原材料。
5）降低飛灰處置成本
采用水泥窯協同處置焚燒飛灰不需要建設成套的處理設備和煙氣凈化設施，只需要在現有工藝基礎上進行一定程度的調整，這大大降低了飛灰的處置成本。
3.2、垃圾焚燒飛灰水洗預處理技術
我國大部分地區垃圾焚燒飛灰中Cl-的含量在7.41%~15.21%之間，若直接作為水泥工業原料，*易引起窯系統結圈、結球和預熱器堵料等事故，影響設備運轉率和水泥熟料質量。另外，在我國GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》標準中增加了“水泥生產中允許加入≤0.5%的助磨劑和水泥中的氯離子含量必須≤0.06%”，因此在進行協同處置前，必須對飛灰中Cl-含量進行控制，大量的研究表明，水洗預處理技術能夠很好地去除飛灰中的Cl-。
研究者在水洗焚燒飛灰中Cl-的研究中發現，當水灰比為8∶1時，Cl-的洗脫率變化趨于平穩，在水洗時間10min、水洗溫度50℃、水洗1次時，Cl-的去除率達93.71%以上。馬保國等人在不同水洗條件下對垃圾焚燒Cl-和硫的去除效果進行了比較，結果表明，采用水洗的方式既能有效去除飛灰中Cl-雜質又不會造成飛灰中鈣質與硅質的流失，并通過試驗確定當水灰比為10∶1水洗時間為10min時，飛灰中的Cl-含量降至0.76%，水洗效果相對經濟，隨著水灰比增大到20∶1和30∶1，飛灰中的Cl-含量分別下降至0.71%和0.68%，沒有發生明顯變化。
研究者等研究了不同水灰比水洗條件下對焚燒飛灰中Cl-洗脫效率的影響，其結果表明，當水灰比大于4∶1時，水洗時間為10min時，水洗1次，飛灰中Cl-的洗脫率高達93%以上。水洗時間、溫度以及水洗步驟對于飛灰中Cl-的洗脫效果影響較小，而水灰比是影響飛灰中Cl-洗脫效果的*主要因素。水洗飛灰經燒結后其中的Pb、Cd和Ni的浸出濃度明顯降低，并且在800℃燒結溫度下各項重金屬浸出濃度都能達到相應的控制標準。
4、結語
水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰不僅實現了垃圾焚燒飛灰資源化處置的目的，而且替代部分水泥原料，具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益。為了能夠進一步推廣垃圾焚燒飛灰的水泥窯協同處置技術的應用，不僅需要降低飛灰水洗廢水的處置成本，而且也需要引起全社會的重視，降低因垃圾焚燒飛灰填埋而造成的潛在的危險，實現飛灰真正的資源化利用。（資料來源：基層建設 作者：王桂鵬）
