電弧爐熔融醫療垃圾焚燒灰的實驗研究
摘要:利用處理量為2 kg的直流電弧爐對醫療垃圾焚燒的底灰、底灰與布袋飛灰的混合灰分別進行熔融實驗研究，并比較了熔融前后灰和熔渣的化學成分、物相、微觀形貌、浸出毒性及重金屬殘留率. 結果表明，底灰主要由復雜的硅酸鹽晶體組成，布袋飛灰含有大量的硬石膏(CaSO4)、氯化鈉(NaCl)晶體，熔融后兩種熔渣均為無定形非晶態的玻璃熔巖. 底灰、混合灰熔融后減容率分別達到78%和80.5%；熔融前布袋飛灰浸出液中Pb, Cd, Zn濃度遠超過危險廢物填埋限值，熔融后的熔渣中重金屬固化在Si-O網格中，滲瀝液中濃度極低，完全符合環保要求. 熔融后2種熔渣中Pb, Cd, Zn的殘留率較低，而且混合灰熔渣中重金屬殘留率均低于底灰熔渣.
關鍵詞:醫療垃圾,焚燒灰,熔融,電弧爐,重金屬
1 前言
醫療垃圾集中焚燒處理能減容、減量、消毒滅菌，“非典”之后，該處理方式在國內得到大力推廣. 醫療垃圾經焚燒后將產生約30%的底灰和3%的飛灰[1]，這些灰(尤其是飛灰)中含有相當量的重金屬和二惡英等污染成分，與生活垃圾焚燒灰相比，其成分更加復雜，二惡英含量[2]、重金屬毒性和急性毒性都更高[3]. 目前，我國對醫療垃圾焚燒灰主要采用填埋處理，對部分超過危險廢物填埋標準的飛灰進行水泥固化處理，這兩種處理方式均不能保證重金屬的長期安全性，而且不能消除二惡英等有機毒物，醫療垃圾焚燒帶來的新的環境問題亟待解決.
熔融是近年來發展的新技術，它減容顯著，能徹底分解灰中的二惡英，并使重金屬蒸發或固定在熔渣Si-O網格中，產生的熔渣還可作為陶瓷、路基、水泥的原料，在減容化、無害化、資源利用方面具有明顯的優勢. 目前，我國垃圾焚燒灰熔融技術尚處于機理研究階段，僅陳德珍等[4]、李潤東等[5]用高溫電阻爐分別進行了幾克級、幾十克級生活垃圾焚燒飛灰的熔融實驗研究. 日本等發達國家已開發了多種垃圾焚燒灰熔融技術[6]，如電弧爐熔融技術[7]、等離子體爐熔融技術[8]、反射面爐熔融技術[9]及旋轉面爐熔融技術[10]. 上述技術中，因電弧爐具有電弧溫度高、電熱轉變能力大、電熱效率高、爐內氣氛和爐子操作容易控制等優點[11]，電弧爐熔融技術在國外頗受青睞，但其核心技術一直處于保密階段，因此，開發適合我國國情的垃圾焚燒灰電弧爐熔融技術具有重要意義.
利用我國成熟的冶金電弧爐工藝設備進行垃圾焚燒灰熔融處理，既可縮短熔融技術的研發周期，又可節省投資與運行費用，具有顯著的環保和經濟效益. 本工作利用處理量為2 kg 的直流電弧爐對醫療垃圾焚燒底灰(Bottom Ash, BA)、底灰與布袋飛灰(Fly Ash, FA)的混合灰進行熔融中試實驗研究，并采用XRF, XRD, SEM和AAS 等儀器設備對焚燒灰和熔渣進行理化特性分析，以詳細了解電弧爐熔融對焚燒灰成分、物質結構和結晶相及重金屬遷移的影響.
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