解密：飛灰如何處置成資源？
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】近日，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)改委正式批復(fù)全國第一批區(qū)域性特殊危險廢物集中處置中心項目及其單位清單，海螺環(huán)保集團(tuán)有限公司（以下簡稱海螺集團(tuán)）全資子公司蕪湖海螺環(huán)保科技有限責(zé)任公司（以下簡稱蕪湖海螺）飛灰處置項目（含巢湖待建飛灰處置項目）位列其中。
入選的蕪湖海螺項目定位是重點類別區(qū)域處置中心，重點處置飛灰等特殊類別危險廢物。據(jù)了解，蕪湖海螺項目處置飛灰使用的基礎(chǔ)技術(shù)——飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)（第二代），由北京中科國潤環(huán)保科技有限公司（以下簡稱中科國潤）研發(fā)。
據(jù)悉，早在2019年，海螺集團(tuán)與北京中科國潤達(dá)成合作項目——安徽蕪湖海創(chuàng)飛灰資源化處置項目，采用飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)處置垃圾焚燒飛灰。這一技術(shù)在2019年入選生態(tài)環(huán)境部第一批《“無廢城市”建設(shè)試點先進(jìn)實用技術(shù)》目錄之后，如今，蕪湖海螺又再次以這一技術(shù)入選區(qū)域性特殊危險廢物（飛灰）集中處置中心項目。
記者了解到，目前，飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)已從一代更新迭代到了三代。那么，這項技術(shù)如何處置飛灰，三代技術(shù)能解決哪些行業(yè)痛點？本報記者采訪了中科國潤負(fù)責(zé)人及相關(guān)專家。
飛灰水洗后入窯，保障水泥品質(zhì)
眾所周知，飛灰相當(dāng)于垃圾中有害物質(zhì)的濃縮物，雖然含有二惡英及重金屬等有害物質(zhì)，不過利用得當(dāng)也是一種資源。因此，如何有效處置利用飛灰是行業(yè)探索攻克的一項課題。
據(jù)悉，通過水泥窯協(xié)同處置生活垃圾焚燒飛灰，可以有效去除飛灰中的二噁英，并將重金屬固化在水泥中，是除填埋之外生活垃圾焚燒飛灰處置的又一重要途徑。
近年來，不少地方出臺鼓勵飛灰資源化利用技術(shù)的政策。《浙江省危險廢物“趨零填埋”三年攻堅行動方案》中提出，要加強水洗飛灰、精制廢鹽等預(yù)處理產(chǎn)物的檢測和管理。
蕪湖海螺應(yīng)用的飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)中，水洗飛灰、蒸發(fā)制鹽是重要步驟。
飛灰中含有大量鉀、鈉和氯，這些物質(zhì)影響水泥生產(chǎn)工況條件。此外，水泥產(chǎn)品如果氯離子含量高，氯鹽會侵蝕鋼筋，影響建筑壽命。一般飛灰中的氯離子含量占比能達(dá)到20%以上，鉀和鈉占比能達(dá)到15%，通過水洗工藝可以將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化成鉀鹽鈉鹽變廢為寶。水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰提取鹽產(chǎn)品是經(jīng)濟(jì)循環(huán)、工業(yè)循環(huán)和產(chǎn)業(yè)鏈延伸，這種科技創(chuàng)新和商業(yè)模式方向值得推廣。中國水泥協(xié)會副秘書長李琛在接受本報記者采訪時說。
據(jù)介紹，我國對水泥的鉀、鈉、氯含量有嚴(yán)格規(guī)定。以氯含量為例，水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB175-2023中，氯離子含量要求為小于0.06%(質(zhì)量比)。通過水洗稀釋飛灰中的鉀、鈉和氯，可以提高飛灰作為水泥原料的添加比例。
那么，飛灰是如何被水洗的？
據(jù)中科國潤董事長李忠鋒介紹，垃圾焚燒飛灰通過密閉的罐車運到具有水泥窯協(xié)同處置危廢資格的水泥廠時，會通過氣體將其抽送到一個密閉儲倉，再計量加入一定水，對飛灰中的鉀、鈉和氯進(jìn)行溶解，飛灰變成泥漿后靜置分離為水和泥渣。此時的泥渣含水量高，仍含有一部分溶解的氯，所以要再次漂洗稀釋。
據(jù)悉，蕪湖海螺使用的飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)設(shè)備配有“三級逆流漂洗”設(shè)備，經(jīng)過三次水洗，泥渣中的鉀、鈉、氯被反復(fù)稀釋，含量大大降低，能夠達(dá)到水泥原料的要求。
值得注意的是，由于水洗液呈堿性，而在堿性水條件下，二噁英不溶于水、重金屬微溶或難容溶水，因此，經(jīng)過水洗分離后，這些物質(zhì)大部分還留在飛灰泥渣中，泥渣進(jìn)入水泥窯后，經(jīng)過1000多度的高溫焚燒，最終二噁英被焚燒清除，重金屬則根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)被固化到了水泥熟料中。至此，飛灰泥渣得以資源化利用。
進(jìn)一步分離飛灰，減少二噁英附著
飛灰泥渣被水泥窯處置后，留下了大量稀釋飛灰的水洗液。這些水洗液屬于濃鹽水，鉀、鈉、氯含量極高。處置這些濃鹽水也是水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰的重要一環(huán)。這其中又分為兩步，第一步要先解決水洗液中仍殘留的小部分飛灰；第二步要對鉀、鈉、氯進(jìn)行提取。
“飛灰的粒徑非常小，一般在幾微米到幾十微米。其中，30微米的占比約60%以上。這使得飛灰在靜置水池中，一方面不容易沉淀，要想分離飛灰，就要保證它有充足的沉淀時間；另一方面，粒徑小粘度會非常高，飛灰很容易掛壁，不會輕易沉淀到底部，這給飛灰提取帶來了困難。”中國中材國際工程股份有限公司研究總院總工程師、國家建材科教委水泥技術(shù)裝備專業(yè)委員會主任、教授級高工狄東仁告訴本報記者。
據(jù)悉，目前，國內(nèi)工業(yè)濃鹽水常用的一個處理辦法就是加入藥劑進(jìn)行絮凝，然后通過沉淀或過濾，將水中的固體物質(zhì)分離出來。
“但由于飛灰粒徑非常小，長時間沉淀后，通過較高轉(zhuǎn)速攪拌進(jìn)行分離，飛灰會從四周向上翻動，盡管能解決掛壁現(xiàn)象，但是水和飛灰又容易攪渾。另外，傳統(tǒng)的砂濾或者膜過濾也有問題。砂濾工藝有反洗流程，飛灰粒徑較小，會扎到砂里無法反洗出來；膜過濾工藝，則由于水洗液中含有鈣鎂離子和堅硬的飛灰顆粒，很容易污染破壞膜過濾層。”中科國潤正高級工程師趙小楠介紹說。
為解決這一問題，中科國潤自主研發(fā)了一套水洗液緩沉—穩(wěn)定一體化裝備，不僅實現(xiàn)了溢流含固率低于1%，低流含固率高于20%，極大提高了后續(xù)處理設(shè)備的運行效率。
“具體來說，上述一體化裝備，耦合了輻流沉淀池和豎流沉淀池的功能，加上多點布水，避免飛灰擾動，同時，給予飛灰五天左右的停留時間讓其沉降，然后采用刮泥機將底部的飛灰刮出來，再次投入到水泥窯中。”李忠鋒說，這一部分非常重要，因為水中這些飛灰顆粒，仍然附著一部分二噁英，如果去除不干凈，會影響下一步水洗液蒸發(fā)結(jié)晶過程產(chǎn)出的結(jié)晶鹽的品質(zhì)。
據(jù)了解，去除飛灰和其他雜質(zhì)之后的水洗液，被用來蒸發(fā)制鹽，蒸發(fā)過程中的冷凝水會再循環(huán)到前端去洗灰，這就形成了一個閉環(huán)，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)污水零排放。
水洗液蒸發(fā)制鹽，鹽制品利用有待探索
對水洗液進(jìn)行沉淀，分離出飛灰之后，就可以進(jìn)行第二步蒸發(fā)制鹽，主要制品是氯化鈉鹽和氯化鉀鹽。這也是第三代技術(shù)主要的應(yīng)用場景。
中國建筑材料科學(xué)研究總院環(huán)保所何捷教授說：“用水洗技術(shù)處置飛灰，最早源于日本，但日本技術(shù)沒有后面對飛灰水洗液提鹽這一步驟，一般對重金屬處置之后，就直接排海了，因此，成本比較低。”
事實上，蒸發(fā)制鹽經(jīng)濟(jì)性是行業(yè)面臨的難題。由于飛灰水洗液當(dāng)中鈣含量非常高，蒸發(fā)時容易結(jié)垢，需加入碳酸鈉形成碳酸鈣沉淀，降低水中的鈣離子。據(jù)介紹，每噸碳酸鈉價格約3000元，處置一噸飛灰需要碳酸鈉約150kg—180kg，整體來說，用量大，價格高。
為解決蒸發(fā)制鹽的成本高的問題，中科國潤的飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)（第三代），研發(fā)了“雙堿—多點加藥”技術(shù)，可在確保水洗液硬度去除效果（＜100mg/L）基礎(chǔ)上，大幅降低藥劑成本。
“所謂雙堿法，就是用硫酸鈉替代一部分碳酸鈉。硫酸鈉每噸價格500多元，與3000元一噸的碳酸鈉相比，價格大幅降低。硫酸鈉和碳酸鈉按照7：3的比例同時添加，既能降低水洗液硬度，也能降低藥劑成本。”李忠鋒說。
據(jù)悉，每噸飛灰大約可以提取25%左右的氯化鈉鹽，5%左右的氯化鉀鹽。氯化鈉鹽可以作為溶雪劑使用，在印染工業(yè)生產(chǎn)中也可使用；而氯化鉀是農(nóng)肥的原料，我國每年的鉀肥消耗量約1600多萬噸，國內(nèi)年產(chǎn)能或產(chǎn)量只有500多萬噸，大量都要靠進(jìn)口（氯化鉀是我國8種稀缺礦產(chǎn)資源之一）。
為更好地回收氯化鉀鹽，飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)（第三代）中，應(yīng)用了兩級強循式蒸發(fā)結(jié)晶工藝、分質(zhì)結(jié)晶和鉀鈉鹽分離數(shù)字化自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)飛灰中鉀鹽回收率高于80%。
本報記者了解到，近日，中科國潤飛灰水洗脫鹽工程化應(yīng)用技術(shù)第三代技術(shù)使用的“雙堿-多點加藥”技術(shù)，兩級強循式蒸發(fā)結(jié)晶工藝、分質(zhì)結(jié)晶和鉀鈉鹽分離數(shù)字化自動控制系統(tǒng)和水洗液緩沉一穩(wěn)定一體化裝備通過了相關(guān)專家的鑒定，中國建筑材料聯(lián)合會為其頒發(fā)了科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書。
目前，第三代技術(shù)已成功應(yīng)用于河北鼎星國潤飛灰水洗資源化處置項目。科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書中顯示，技術(shù)成果的推廣應(yīng)用有助于解決項目所在地及周邊地區(qū)的飛灰安全處置面臨的問題。以同樣應(yīng)用了第三代技術(shù)的安順臺泥中潤項目處置飛灰5萬噸/年為例，按照滿負(fù)荷運行計算，每年約替代石灰石生料3.5萬噸，可節(jié)約1260噸標(biāo)煤，減少二氧化碳排放量1.54萬噸，節(jié)省填埋土地一萬平方米，符合國家發(fā)展規(guī)劃，以及減少非可再生原料開采。
“但值得注意的是，目前，受安全性等因素的影響，飛灰水洗液蒸發(fā)制鹽產(chǎn)品的銷路不佳，未來，如何利用這些鹽產(chǎn)品，仍待行業(yè)探索。”中國建筑材料聯(lián)合會專家委員會委員、北京工業(yè)大學(xué)教授崔素萍說。
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