生活垃圾焚燒飛灰固化處理的工程實踐
摘要：以廣州市李坑生活垃圾焚燒發電廠采用水泥固化工藝處理飛灰的工程實例，對固化前后的飛灰進行浸出毒性實驗，同時采用不同配比的水泥進行固化工藝的條件實驗。結果表明：飛灰原灰中的重金屬浸出濃度超過我國危險廢物鑒別標準，屬于危險廢物；當水泥的摻入比例為$4 33 時，飛灰的固化效果最佳。并結合飛灰的成分，建議對飛灰水泥固化體的長期安全性進行進一步研究。
關鍵詞：垃圾焚燒飛灰,重金屬,水泥固化,工程實踐
焚燒因其良好的減容效果和能源回收利用等優點逐漸成為上海、廣州等經濟發達城市處理垃圾的首選技術，伴隨而來的焚燒飛灰的安全處置也成為熱點問題。焚燒飛灰因其含有較高浸出濃度的鉛、鎘等重金屬，在進入最終處置之前必須經過穩定化/固化處理。近年來，國內許多高校如清華大學、同濟大學等對飛灰特性及其處理技術展開了深入的研究，但這些研究大多數只局限于實驗室和中試規模，而對于工程規模的相關報道則很少。
我們以廣州市李坑生活垃圾焚燒發電廠采用水泥固化工藝處理飛灰的工程實例，研究了水泥和飛灰的最佳配比、飛灰固化塊的重金屬浸出濃度及其長期安全性問題。
1 工程概況
廣州市李坑生活垃圾焚燒發電廠是國內惟一采用中溫次高壓參數的垃圾焚燒廠，位于白云區太和鎮永興村，自2006年年初投入使用以來，日處理能力1040t。焚燒尾氣采用半干法+布袋除塵器的處理工藝，飛灰日產生量約45t，相當于垃圾焚燒量的4%-5%。
2 處理工藝
飛灰處理工藝流程見圖1。首先將焚燒飛灰轉移到固化站的飛灰塔中，通過螺旋給料機將其定量卸入攪拌機中，然后加入一定比例的水泥、固化劑，物料充分攪拌后，倒入定型模具中，料漿在干化區中固化48h后，用叉車將其吊進專用運輸車，最后運往符合環保要求的處置場地暫存。
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3 材料及方法
工程所用水泥為市售32.5級硅酸鹽水泥。進行條件實驗時，向一定量的飛灰中加入不同比例的水泥和輔助材料，得到一系列的飛灰固化體樣品，分別進行編號NO.1-NO.2如表1所示。固化體被送往某分析測試中心， 按照GB5086.1—1997固體廢物浸出毒性浸出方法進行浸出毒性實驗，檢測指標包括Hg、Cd、Pb、Cr6+。
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4 處理結果與分析
4.1 原灰的浸出毒性
表2為原灰的浸出毒性實驗結果。從表2可知：由于生活垃圾組分的不均勻性，垃圾中所含重金屬在焚燒過程中的揮發程度也不相同，造成不同采樣時間的樣品所檢測的結果也有很大的差別。但是，. 個飛灰樣品浸出液中重金屬濃度有一個特點， 除Cd外其余. 種都超出了GB5085.32—1996 危險廢物浸出毒性鑒別標準的限值，按我國的法律規定，應屬于危險廢物的范疇。
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4.2 水泥添加比例的確定
圖2為不同水泥飛灰比的重金屬浸出濃度。從圖2可知：當水泥與飛灰的比例為0.48時，4 種重金屬的浸出濃度最低，但要保證飛灰固化處理后沒有浸出毒性，且降低固化體的增容比，水泥的摻入比例為/- .. 時最佳，因此在實際生產中采取該配比。
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4.3 焚燒飛灰固化工藝的運行結果
自廣州市李坑垃圾焚燒發電廠試運行1a以來，整個固化工藝簡單、操作方便、運行費用低、處理效果良好。飛灰固化體取樣頻率為每天 1 次，表3給出了2006年9月1日至9月8日飛灰固化體的浸出實驗結果。從表3可以看出，焚燒飛灰固化體浸出液中Hg、Cd、Pb、Cr6+的濃度均低于固體廢物浸出毒性鑒別標準的限值，表明水泥對飛灰中的重金屬起到很好的固定作用。固化過程中還發現：養護時間對飛灰固化體的固化效果也有一定的影響，隨著養護時間的增加，固化體的抗壓強度逐步提高，3天抗壓強度為1 MPa，28天抗壓強度更是遠遠高于固化體填埋所要求的抗壓強度0.5MPa。
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4.4 水泥固化機理分析
對于水泥固化飛灰中重金屬的機理，可能發生以下的綜合作用：
1) 物理包膠作用。水泥水化產物（如C2S2H 凝膠）的孔隙極小，滲透性極低，能把污染物各個顆粒裹限于其中，致使其中污染物的濾出易達到環境所允許的范圍。
2) 物理吸附。水泥水化產物的微孔數量多，其晶體顆粒極小，具有很大的表面積，能大量吸附重金屬離子。
3) 復分解沉淀反應。飛灰與水泥的混合料漿堿性很強，能使許多重金屬離子C2+d、Pb2+、Cr6+ 等) 在固化物的微孔隙中發生復分解沉淀反應，形成低溶解度的氫氧化物沉淀，從而阻止重金屬污染物浸出。
4) 同晶置換作用。水泥水化產物為層狀硅酸鹽，許多重金屬陽離子能替換其晶格中的Ca2+、Al3+、Si4+ ，從而被牢固地束縛。
5 飛灰固化體的長期安全性問題
經過成分分析，飛灰中氯鹽含量較高，氯鹽的大量存在對水泥固化有明顯的干擾作用。另外，飛灰對水泥的硬化、抗壓強度等方面也存在負面影響，這可能是飛灰的粒徑分散度大、無機鹽（氯化物，硫化物）以及堿性物質含量高所造成的；在飛灰水泥漿中發現一種類似于硅鋁釩的物質，可以導致固化體的抗壓強度大大降低。這些因素必將影響飛灰固化體長期性能穩定，對此還需要進行深入的研究。另外，采用水泥固化工藝勢必大大增加處理產物的體積，造成最終處置場庫容的浪費，因此應考慮應用新技術，如藥劑穩定化處理技術，在不增加處理產物體積的情況下達到入場廢物浸出毒性標準的要求。最后，由于飛灰產生量較大，應積極開展對其進行資源化利用的研究，使飛灰經處理后達到“零填埋”的目標。
6 結論及建議
1）飛灰樣品中的重金屬超出了危險廢物浸出毒性鑒別標準的限值，屬于危險廢物。
2）廣州市李坑焚燒發電廠飛灰處理工程的實施表明，水泥固化工藝處理飛灰具有工藝簡單、操作方便、運行費用低、處理效果穩定的優點，對某些地區焚燒發電廠的飛灰處理具有重要的借鑒作用。
3）綜合考慮飛灰產物的增容比和重金屬的浸出濃度，水泥與飛灰的最佳比例為0.33。
4） 對飛灰固化體的長期穩定性及資源化利用還需要進一步研究。
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