電廠垃圾焚燒飛灰如何處理——重金屬螯合劑
垃圾焚燒飛灰對環境的影響
垃圾焚燒飛灰是生活垃圾焚燒后在熱回收利用系統、煙氣凈化系統收集的物質。飛灰的產量與垃圾種類、焚燒條件、焚燒爐型及煙氣處理工藝有關，一般約占垃圾焚燒量的3％～5％左右。分析表明：垃圾焚燒飛灰并不是化學惰性物質，其中有含量較高的能被水浸出的Cd、Pb、Zn、Cr等多種有害重金屬物質和鹽類，若處理不當，將會造成重金屬遷移，污染地下水、土壤及空氣。檢驗結果表明，垃圾焚燒爐會使周邊區域內大氣中的重金屬污染增加20％左右。同時，飛灰中的二惡英也是潛在的重要環境污染物。由于垃圾焚燒飛灰中的重金屬和二惡英等難于自然降解，因此其對環境的影響十分嚴重。如何安全有效地處置垃圾焚燒飛灰即成為急需解決的環境和社會問題。
2 飛灰處理技術現狀
國內外對飛灰中重金屬特性研究結構表明；具有高沸點的重金屬在燃燒過程中易均勻凝結，從而形成飛灰的核心，而高溫下易揮發的重金屬會隨著溫度下降凝結在飛灰的表面，飛灰中重金屬隨飛灰的粒徑減少而增加。飛灰中重金屬浸出毒性與飛灰的粒徑、表面積、pH 值有關，主要依賴飛灰中重金屬存在的形態。Ca(OH)2對Cd、Zn、Cr的溶出有較強的抑制作用，但對Pb有促溶作用。研究認為1000℃高溫中加入CaCl2熔融飛灰3h以上，可以降低飛灰中的重金屬含量，并使飛灰中重金屬的溶出率降低；然而Al和Cr加熱處理后，Al的浸出反而增加，主要因為加熱處理飛灰后， 的形態由鋁硅酸鹽態轉變為可溶性的鋁鐵氧化物，Cr的情況也是如此。研究表明在垃圾焚燒中使用活性炭粉末除塵時，焚燒排放尾氣中的二惡英濃度比未加活性炭時降低了54％，這說明大量的二惡英轉移到了飛灰中。因此，隨著國家大　氣排放標準的嚴格實施，垃圾焚燒產生的二惡英類將主要進入飛灰，從而使飛灰的污染控制顯得更加重要。
根據垃圾成分的不同，目前國內外對垃圾焚燒飛灰通常采用的處理方法有：①經過適當處理按危險廢物填埋。但處理成本較高；②固化與穩定化。主要有水泥固化、瀝青固化、熔融固化、化學藥劑固化穩定化等。經過固化的飛灰，如符合浸出毒性標準的要求，則可以按普通廢物填埋處理。其主要作用是使飛灰中的重金屬及其污染組分呈現化學惰性或被包容起來，以便運輸和處理，并可降低污染物的毒性和減少其向生態圈的遷移率；③將重金屬與飛灰分離，分別進行資源化處理、如酸提取、堿提取、生物提取等。本文主要對固化與穩定化進行分析。
2．1 固化與穩定化法
固化與穩定化技術是國際上處理有毒廢物的主要方法之一，而水泥基材料是近2O年來歐美等發達國家應用最廣也是最重要的膠結料。 　　
2．1．1 水泥固化法
固化處理是利用固化劑與垃圾焚燒飛灰混合后形成固化體，從而減少重金屬的溶出。水泥是最常見的危險廢物固化劑，因此工程中常采用水泥對焚燒飛灰進行固化處理。飛灰被摻入水泥的基質中后，在一定的條件下，經過一系列的物理、化學作用，使污染物在廢物水泥基質體系中的遷移率減小(如形成溶解性比金屬離子小得多的金屬氧化物)。有時，還添加一些輔料以增進反應過程，最終使粒狀的物料變成粘合的混凝土塊。從而使大量的廢物因固化而穩定化。對垃圾焚燒飛灰進行穩定化處理的研究結果表明，無論是采用水洗、粉碎等飛灰前處理工藝，處理后的砌塊均難以達到較高的強度。另外在研究飛灰中的重金屬浸出時發現，由于飛灰中氯離子的影響，經固化后的砌塊中鐵、銅、鋅等離子容易浸出而導致污染物超標。
因此，盡管水泥固化處理飛灰具有工藝成熟、操作簡單、處理成本低等優點，但由于垃圾焚燒飛灰中含有較高的氯離子，采用水泥固化法處理必須進行前處理，以減少氯離子對固化后砌塊的機械性能以及后期重金屬離子浸出等問題，這樣在很大程度上提高了對飛灰處置場建設和運行的要求，造成成本增加，限制了該方法的應用。
2．1．2 藥劑穩定化法
藥劑穩定化技術以處理重金屬廢物為主，目前已經發展了多種重金屬穩定化技術，如pH值控制技術、氧化，還原電勢控制技術、沉淀技術、吸附技術和離子交換技術等。這類技術目前在垃圾焚燒飛灰穩定化處理方面應用較少，但是一個發展方向。尤其是藥劑穩定化與其它穩定化方法相比具有工藝簡單、穩定效果好、費用低廉等優點。目前發展較快的螯合型有機重金屬穩定化藥劑，對包括垃圾焚燒飛灰在內的多種重金屬污染物的穩定化處理效果已經得到試驗證明。對重金屬螯合劑處理垃圾焚燒飛灰進行實驗，并與Na2S和石灰處理等效果進行比較，結果表明，螯合劑投加量0.6％時，捕集飛灰中重金屬的效率高達97％以上，為達到相同的穩定化效果，螯合劑的使用量要比無機穩定化藥劑少得多。同時，通過l4個月的微生物影響實驗表明，重金屬螯合劑穩定化產物在填埋廠的環境下，其穩定性不受微生物活動的影響。
目前，一般采用的穩定化藥劑有：石膏、磷酸鹽、漂白粉、硫化物(硫代硫酸鈉、硫化鈉)、高分子有機穩定劑、鐵酸鹽、粘土礦物等，磷酸鹽處理飛灰后重金屬Pb在pH值4～l3范圍內浸出很小。
2．1．3 熔融固化技術
(1)燒結法。燒結法是將待處理的危險廢物與細小的玻璃質，如玻璃屑、玻璃粉混合，經混合造粒成型后，在1000～1100℃高溫熔融下形成玻璃固化體，借助玻璃體的致密結晶結構，確保固體化的永久穩定。但該方法需充分結合化學穩定和熔融處理工藝才能降低垃圾焚燒飛灰對環境的危害。
(2) 熔融法。熔融法是在燃料爐內利用燃料或電將垃圾焚燒飛灰加熱到140O℃左右的高溫，使飛灰熔融后經過一定的程序冷卻變成熔渣，熔渣可作為建筑材料，實現飛灰減容化、無害化、資源化的目的。熔融固化需要將大量物料加溫到熔點以上，無論采用電或其它燃料，需要的能源和費用都相當高。相對于其它處理技術，熔融固化的最大優點是可以得到高質量的建筑材料。
高溫處理法具有減容率高、熔渣性質穩定、無重金屬等溶出的優點，已受到廣泛的關注，國外已研究出多種垃圾焚燒飛灰處理的高溫熔融爐，并已在日本和歐洲有少量使用。但采用高溫熔融工藝需要消耗大量的能源，同時由于其中的Pb、Cd、Zn等易揮發重金屬元素需進行后續嚴格的煙氣處理，故處理成本很高，只能在經濟發達的國家應用。
2．2 濕式化學處理法
飛灰濕式化學處理法有加酸萃取和煙氣中和碳酸化法等，該工藝運行成本較低，可回收重金屬和鹽類，但產生的廢水、廢氣和污泥需要進行必要的處理。目前很少應用。
2．3 安全填埋法
安全填埋法是將垃圾焚燒飛灰在現場進行簡單處理后，送入安全填埋場填埋處理的方法，這是目前垃圾焚燒飛灰處理最安全可靠的手段之一。但安全填埋場的建設和運行費用居高不下，垃圾焚燒處理廠難以承受，同時也不能達到減容化和資源化的目的，因此今后會逐漸減少這種方法的應用。

由于長期缺乏科學的管理體系和配套的處置技術，如前所述，相當部分廢物未經處理處于堆存或直接排入環境，造成嚴重的環境污染。
在危險廢物處理處置技術方面，我國已經掌握了一些行之有效的處理處置手段，如物理化學法、固化法及高溫焚燒等，其中，穩定化／固化在區域性集中管理系統中占重要的地位，因為經其它無害化、減量化處理的廢物，都要全部或部分地經過穩定化／固化處理后，才能進行最終的處置或綜合利用。目前已經應用和正在開發的穩定化／固化技術有水泥固化、石灰固化、溶融固化、熱塑性固化、自膠結固化、化學藥劑穩定化等，其中水泥固化工藝簡單、成本低，是最常用的危險廢物穩定劑。但由于應用規模較小和資金不足等方面和原因，在成套設備制造質量和生產能力方面和發達國家相比還存在較大的差距，遠遠不能滿足我國危險廢物處理工作的實際需要。
2.2生活垃圾焚燒廠飛灰
隨著焚燒處理的迅猛發展，焚燒飛灰產量巨大。到2001年底。全國運行和在建的焚燒處理裝置超過13，150t／d，按照焚燒飛灰量是焚燒垃圾量的3％估算，每年垃圾焚燒將產生飛灰14萬t，而且近幾年我國焚燒處理規模以5％的速度遞增。預計在2006年我國生活垃圾焚燒處理比例將達到5％，將導致垃圾焚燒飛灰量的快速增加，所以開發適宜的焚燒飛灰處理技術將成為近年來環保領域研究的熱點之一。
焚燒飛灰作為一種高比表面物質，它不但富集大量的汞、鎘、鉛等有毒重金屬，而且也富集了大量的二惡英類物質，是一種同時具有重金屬危害特性和環境持久性有機毒物危害特性的雙料危險廢物，對人體健康和生態環境具有極大的危害性。
焚燒飛灰的處理主要包括高溫處理、水泥固化處理和濕式化學處理三種。高溫處理包括燒結和熔融兩種方式。燒結和熔融技術都源于材料領域，燒結從宏觀方面來講，是在高溫作用下，固體顆粒獲得擴散能量，將大部分甚至全部氣孔從晶體中排除，在低于熔點溫度下變成致密的燒結體并符合材料特性的要求；燒結溫度通常發生在主要成分絕對熔融溫度的1／2—1／之間。熔融是在高于飛灰熔點的溫度下，飛灰中固體顆粒發生熔融相變，成為液態溶渣，然后經過快速冷卻形成致密的玻璃態溶渣，將重金屬固化在網絡中實現穩定化目的。玻璃態溶渣可以作為建筑材料達到資源化作用。高溫處理可以分解破壞絕大部分二惡英類有機污染物并將大部分重金屬固化在固體中實現穩定化。相對于水泥固化和化學處理而言，高溫處理運行非適中，減量顯著，減量可達1／2～1／3，穩定性高，并可實現資源化利用。
歐美發達國家生活垃圾焚燒飛灰中堿金屬氯化物含量較低，研究主要集中在利用水泥窯煅燒將飛灰固化作為建筑材料。而日本、韓國等亞洲國家由于生活垃圾塑料類物質含量較高，焚燒飛灰中氯化物，尤其是堿金屬氯化物含量較高，水泥固化得到的固化體強度和浸水性較差，重金屬的長期固定效果差，因此，在日韓國家，研究主要集中在高溫處理，尤其是在熔融玻璃化方面。
2.3含重金屬的廢物
由于在各類危險廢物中，重金屬廢物占有很大的比例，它們以各種各樣的方式危害環境。在處理中，除了一部分可回收利用外，其于大部分都需要進行穩定化處理，以達到無害化的目的。有些冶金行業固體廢物由于含有可浸出的重金屬等污染物質，不能直接排放環境，在最終環境無害化處置前也應進行固化預處理。常規的技術種類(如應用最多的水泥固化或石灰固化法)很多，但在用于重金屬廢物處理時都有局限性，特別是受PH值變化的影響，當PH值較低時，重金屬廢物處理時都有局限性，特別是受PH值變化的影響，當PH值較低時，重金屬離子會再溶出，沒有達到長期穩定化的目的，在最終處置時，將會產生二次污染，增加水泥石灰等固然可以提高穩定性和降低浸出率，但處理費用和固化后的體積也隨之增加。
固化穩定劑在國外已有廣泛應用，如美國Chongx公司穩定技術不僅可處理無機物也可以處理一些有機物；可處理固態廢物也可以處理液態廢物。該技術早在1976年就獲專利。臺灣采用“超水泥固化劑(M.S.K)”也是在水泥中加穩定劑，比應用一般水泥費用要節約250％。國外已有一種流動處理危險廢物車，配備儀器和穩定劑及攪拌器，定期赴廠礦。將其需處理的危險污泥等就地處理。
近年來，應用合成的重金屬螯合劑在處理重金屬廢物方面，取得了明顯的進展。這些螯合劑一般是高分子鏈上有二硫代羧基官能團以離子鍵和共價鍵的形式捕集廢物中的重金屬離子，生成的穩定化的產物是一種空間網狀的高分子螯合物，可以實現廢物處理時少增容或不增容，從而提高處理系統的效率和經濟合理性。要注意的是，固化劑的選擇和配方應根據每種污泥或廢渣所含的重金屬化學成分的不同來選擇，不能干篇一律的采用同一配方。
我國對貧雜礦的利用極其有限，此外，對某些金屬原礦中伴生的其它金屬礦物或有用成分全部回收起來，因此，在被丟棄的固體廢物中常常還有許多一定含量的金屬礦物，由于淋溶產生的重金屬離子對水體和土壤都造成了嚴重污染，嚴重破壞了生態環境。目前這是環境保護研究中的一個重要課題。


重金屬穩定飛灰工藝流程
焚燒飛灰的處理方法，是采用螯合樹脂作為重金屬穩定劑和粘合劑，推薦配比（重量比）：
飛灰：螯合劑：水=100：3：25
該方法包括以下步驟：
1 ） 根據最終處置條件和污染控制標準確定螯合劑劑量；根據焚燒飛灰的粉體性質及捏合要求的強度特性確定需水量，一般需水量為飛灰量的25%；
2 ） 根據確定的螯合劑劑量和需水量稀釋螯合劑溶液，所得的稀釋溶液濃度為4%~20%；
3 ） 將該稀釋溶液與焚燒飛灰在反應捏合機中反應1~3分鐘，反應后的混合料即為穩定化產物,直接運往生活垃圾填埋場進行填埋處置。
本工藝處理焚燒飛灰，廢物增容率小，一般不超過2%，節約了填埋庫容，降低了處理成本。穩定化產品無需特殊養護，力學性能滿足填埋場處理要求。重金屬和二噁英被穩定后在填埋場中不會再次溶出，安全無風險，完全滿足現行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008）中所規定的生活垃圾焚燒飛灰穩定化處理的入場要求，徹底解決目前焚燒飛灰無處消納的難題。