垃圾焚烧飞灰理化特性及其稳定化研究

论文总字数：19068字

摘 要

本文针对南京市生活垃圾焚烧飞灰的理化特性进行试验并对其稳定化进行研究。结果表明；焚烧飞灰的粒径在0～250μm之间，其中﹤150μm的颗粒百分比多于90%，即飞灰颗粒粒径较小；垃圾焚烧飞灰的含水率均值在1.5%，需注意其会产生扬尘等二次污染；焚烧飞灰中的六种典型重金属Cd的含量为80.4ppm，Pb的含量为1410ppm，Ni的含量为42.0ppm，Cu的含量为364ppm，Zn的含量为2160ppm，总汞的含量为19.4ppm；浸出试验中垃圾焚烧飞灰中的Pb含量普遍高于生活垃圾填埋污染控制标准所规定的限值；针对垃圾焚烧飞灰中的重金属选择合适的螯合剂与固化剂，并提出了固化过程优化与固化体的性能研究的试验方法。最终，使固化后的垃圾焚烧飞灰符合《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）的要求，进行安全填埋。

关键词：城市生活垃圾，焚烧飞灰,理化特性 ,固化稳定化

Physical and chemical properties of MSW fly ash

and stabilization

03212705 Fuyi

Supervised by Zengsu

Abstract：When treat urban living garbage, due to the advantages of solid waste incineration treatment with reduction 、harmless and recycle , the technology is widely used. As a result, the treatment and disposal of incineration fly ash has become a big problem.

In this paper, based on the incineration fly ash of Nanjing city life garbage, we did some experiment and research on its physical and chemical characteristics and the stabilization analysis. The results show that; The particle size of fly ash is in the range of 0 ~ 250μm, and the particle size﹤ 150μm percentage more than 90%, that is to say ,the fly ash particle size is small; The experiment of moisture content showed that the mean of the moisture content of MSW fly ash is 1.5%, so it’s need to be noticed when transport in order to prevent dusting; we took experiment to determine the concentration of the six kinds of typical heavy metal in the incineration fly ash, the result is that the content of Cd is 80.4 ppm, the content of Pb is 1410 ppm, the content of Ni is 42.0 ppm, the content of Cu is 364 ppm, the content of Zn is 2160 ppm, the content of total mercury is 19.4 ppm.;Through leaching experiment, the Pb content of MSW fly ash is too high, Finally, choose the suitable chelating agent and curing agent, and make the incineration fly ash conform to he "standard of living garbage landfill pollution control" (GB16889-2008), and be dumped safety.

Key word: MSW(Municipal Solid Waste) , incineration fly ash, physical and chemical properties , stabilization

目 录

1、绪论 1

1.1引言 1

1.2南京市城市生活垃圾特点 2

1.3焚烧飞灰固化稳定化技术 3

1.4螯合剂的选择与螯合试验确定 4

1.5研究目的 5

2、飞灰处理工艺 6

2.1垃圾焚烧工艺 6

2.2废气处理工艺 6

2.3飞灰产生与去除 9

3、飞灰的理化特性分析 10

3.1飞灰的粒度分布 10

3.2含水率测定 12

3.3飞灰的腐蚀性的测定 13

4、飞灰中重金属的检测 14

4.1飞灰浸出毒性检测 14

4.2飞灰消煮过程确定 16

4.3飞灰中重金属离子检测 16

5、结论 19

致 谢 20

垃圾焚烧飞灰理化特性及稳定化研究

1、绪论

1.1引言

《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中规定城市生活垃圾是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。生活垃圾一般分为厨余垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和其它垃圾[^[1]]。

现阶段，我国城市生活垃圾的无害化技术可以分为三类，即卫生填埋、堆肥处理、焚烧处理[^[2]]。

1）卫生填埋

填埋法是指在科学地选择填埋场地，对垃圾填埋并防止其污染及危害环境，尤其是地下水污染[^[3]]。这种技术是当今世界各国主要的垃圾处理方式，并且操作简单，技术较成熟，适用范围广，处理量大，费用低且无二次污染[^[4]]；

2）焚烧处理

焚烧法是指在焚烧炉中，垃圾中的可燃物与氧气充分反应并进行燃烧的过程，焚烧处理的优点是迅速缩小垃圾体积并实现减容[^[5]]；

3）堆肥处理

堆肥法是将生活垃圾中的可降解的有机物用微生物进行分解、腐熟转变为腐殖质，作为有机肥料用于农田，这种方法成本低，并且可以变废为宝，实现资源循环再生[^[6]]。

由《2015年中国环境状况公报》显示：2015年，全国设市城市的生活垃圾清运总量为1.92亿吨，其中无害化处理量达1.80亿吨，无害化处理率达93.7%。

卫生填埋处理量为1.15亿吨，占63.9%；焚烧处理量为0.61亿吨，占33.9%；其他处理方式占2.2%。其中，生活垃圾焚烧处理设施无害化处理能力为21.6万吨/日，占总处理能力的32.3%。

对比往年的处理处置情况，焚烧处理能力进一步增加，其中，焚烧技术的主要优点如下：

1）焚烧技术较成熟，焚烧系统采用DCS控制，二次污染较小。

2）无害化彻底：高温燃烧可以使生活垃圾中有害物质得到完全的分解；若烟气处理系统比较完善，则可以较好地处理烟气中污染物，使其含量达到环保部门要求[^[7]]。

3）减容效果好：可以使垃圾体积减少80%～90%；使垃圾的重量减少70%以上。

4）有利于资源的再利用：燃烧产生的热量可用于供热或发电；

5）综合效果好：由于其占地面积小且污染较低，所以可靠近城市建设焚烧厂，选址相对容易。

因此，在缺乏卫生填埋场地资源的地区，但垃圾热值达所需条件，并且具备一定的经济条件时，可采用焚烧处理技术[^[8]]。与此同时，生活垃圾焚烧飞灰的产生数量也迅速增加，其如何处置仍然是一大难题。

根据《中华人民共和国固体废物污染防治法》、《国家危险废物名录》，危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物[^[9]]。

而因为生活垃圾焚烧后的飞灰中含有不少重金属，如铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、铬（Cr）、镍（Ni）、汞（Hg）、镉（Cd）等[^[10]]，这些金属的离子状态都为阳离子，在通过浸出试验后，会出现一种或多种离子的超标现象，所以焚烧飞灰属于危险废物。

生活垃圾焚烧飞灰会造成以下危害：

1）污染地下水，污染时间长且容易富集；

2）残留土壤中会使土壤富重金属化；

3）影响农作业的生长发育，重者导致基因突变；

4）易经由生物链进入人体，严重威胁人类健康。

此外，二噁英（PCDDS）和呋喃（PCDFS）等有机污染物也是飞灰中的特征污染物。它们是由苯环与氧、氯等组成的芳香族有机化合物，被认为是能致癌、致畸形、影响生殖机能的微量污染物，这些有毒有害的污染物对地下水体、周围环境和人的身体健康都存在潜在的危险。

我国在2000年的《生活垃圾填埋污染控制》标准中已明确将生活垃圾焚烧飞灰定义为危险废物[^[11]]，但由于危险废物填埋处理能力有限，以及危险废物填埋成本较高，实际上难以全面满足。故在2008年颁布的国家标准《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）中指出生活垃圾焚烧飞灰在其过稳定化固化处理后达到生活垃圾卫生填埋场入场控制标准，就可进行卫生填埋处置。

1.2南京市城市生活垃圾特点

南京市生活垃圾主要来源于城市居民家庭、城市商业、餐饮业、服务业、旅游业、旅馆业、市政环境卫生业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业等单位[^[12]]。主要特点为有机物含量高并且成分较复杂。

而南京市生活垃圾理化特性如下所述：

1）南京市生活垃圾中含水率在57.45%～70.26%范围内，年度典型值为62%。南京市气候潮湿，居民瓜果消费量高，并且受气候和居民生活习惯的影响，南京市垃圾含水率普遍较高。但是通过垃圾中转站压缩和垃圾渗沥液导排措施，进炉垃圾中的含水率还是略有降低，当转运时采用压缩式转运车，则进终处理场所垃圾的含水率基本在55%以下。

2）生活垃圾在干基的状态下，其中的可燃分占73.45%，可燃分主要有碳、氢、氧、氮、硫、氯6种元素；灰分占26.55%，灰分含量较少与南京市燃气普及率较高、居民文明程度高、城市卫生环境好有关。

3）南京市生活垃圾低位热值在2450～5350kJ/kg范围内波动，波动幅度较大，年度典型值为4090kJ/kg。

4）南京市生活垃圾特性与季节的变化交替呈显著相关，特别是6月份的梅雨季节，垃圾含水率达全年高，低位热值则为全年低，而夏季垃圾含水率上升显著的重要原因表现在夏季果类垃圾的投放量直线上升。

1.3焚烧飞灰固化稳定化技术

1.3.1熔融固化技术

熔融固化技术主要有两种处理方法：烧结法和高温熔融法。

1）烧结法

将生活垃圾焚烧飞灰与细小的玻璃质，如玻璃屑、玻璃粉混合，经造粒成型后，在1000～1100℃高温下熔融[^[13]]。通常在30min左右（熔融时间视飞灰性质的不同而定），待飞灰的物理和化学状态改变后，降温使其固化，形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保固体化的永久稳定^[[14]]。

但是烧结法的装置比较复杂，而且高温环境需要提供热能，处理费用较高。另外，也存在熔融过程中重金属氯化物挥发的问题。

2）高温熔融法

在燃料炉内利用燃料或电力将垃圾焚烧飞灰加热到1400℃左右的高温，使飞灰熔融后经过一定的程序冷却变成熔渣，熔渣可作为建筑材料，以实现飞灰减容化、资源化、无害化的目的^[[15]]。

熔融固化技术的优点有：熔渣性质稳定，基本没有重金属溶出且减容率高等，但是该工艺的使用需要消耗大量能源，并且对于飞灰中易挥发重金属元素如Cd、Pb、Zn等需进行一系列的严格的烟气净化，处理成本很高^[[16]]。

1.3.2水泥固化技术

水泥是目前常用的一种主要固化基材，水泥固化是将飞灰、水泥按一定比例混合，并加人适量的水，使之固化的一种方法^[[17]]。有时，还可以适当地添加一些辅助材料等以加快或巩固反应过程，从而令大量的废物稳定化。

目前，水泥固化技术是最为常用的处理危险废物的固化技术，它具有处理成本低、材料来源广泛、设备工艺简单、固化产物强度高等优点。

水泥固化技术也存在不足，如加入的水泥量大，飞灰在处理后的增容明显，固化后的产物占用填埋场库容较大，而且固化后，飞灰中的二噁英并没有被去除，当固化体受到酸性介质浸蚀时，固化体中的重金属仍有较大的可能向环境释放[^[18]]。另外，对于焚烧飞灰中的某些特征重金属，水泥的固化效果并不明显，导致固化后的产物难以满足生活垃圾卫生填埋场的入场标准。

1.3.3化学药剂稳定化技术

采用高效的化学稳定药剂对飞灰进行螯合处理已成为处置重金属废物的新方向[^[19]]。

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