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深圳市己建或在建的生活垃圾焚烧厂采用的焚烧方式和烟气净化工艺比较相似(混合焚烧，机械炉排，石灰+活性炭半干法烟气净化工艺)，目前在建和建成的城市生活垃圾焚烧能力己达4875t/d，预计2009年达到7000t/d，己成为深圳市生活垃圾处理的主流技术，本工程以深圳市政环卫综合处理厂产生的焚烧飞灰性质进行相关的研究和分析。
一、 焚烧飞灰基本物理性质
焚烧飞灰是含水率极低的微细粉末状尘粒，呈浅灰或土黄色，一般含水率在10%以下，在潮湿气氛下飞灰由于吸水含水率会有所升高，热灼减率为3.0～10%。
1、密度
焚烧飞灰的堆积密度一般在0.5～1.0g/cm范围内，特别易受含水率的影响，含水较高时密度增高，流化床飞灰密度较高。振实密度为0.8～1.2g/cm，真密
度一般大于2.8～3.2g/cm。
2、表面积和空隙度 焚烧飞灰具有颗粒小，比表面积大的特点，实验测定的焚烧飞灰比表面积为4.8～13.7cm2/g。焚烧飞灰的空隙度较大，一般在30～50%范围内。
3、径分布
粒径<50µm 的飞灰的质量累积频率大于50%，说明在捕集到的飞灰中小颗粒比例较大。重金属在烟气净化过程中主要通过吸附作用附着在飞灰表面，飞灰中小颗粒多，表面积大，利于重金属的吸附。焚烧飞灰的大部分质量集中在粒径20～125µm。
4、飞灰成份
飞灰成份分析是确定飞灰处理技术路线的必备数据之一。根据分析结果，可对飞灰的基本特性(重金属浸出特性、热处理特性、凝硬特性等)进行预测，为确定处理工艺提供依据。
表1焚烧飞灰成份分析表
从表1 可以看出，焚烧飞灰的主要元素有Ca、Cl、Si、S、Al、K、Na、Fe、P等。另外，焚烧飞灰中Pb、Zn、Cu、Cr等重金属含量也较高。
圾焚烧飞灰中的氯含量较高，这主要和垃圾中的厨余和塑料有关，而氯含量较高对飞灰的热处理不利，氯的挥发会加速对设备的腐蚀。氯含量较高也会导致飞灰中的重金属更易浸出。
焚烧飞灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3含量之和是表征飞灰凝硬特性的重要指标之一。由于焚烧飞灰中含有较多量的CaO和Cl，使得飞灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3总量较低，凝硬特性较差。另外，Cl的大量存在也使得飞灰用作建材较难实现。
5、酸中和容量
从飞灰的元素分析可以看出，飞灰中的Ca、Na、K、Al等碱性物质含量较高，使得飞灰具有很大的酸中和容量(ANC)。飞灰的ANC 含量可以抵抗环境中的酸性物质，只有当酸性物质将ANC 逐渐破坏后，飞灰中的重金属才会浸出。
二、工程特性
1、粉体工程特性
飞灰的平均粒径主要集中在20～125µm，比表面积在4.8～13.7cm/g，属于流动性较差的中细粒度散料粉体。休止角为31～42°，抹刀角为49.5～58.5°。同时，飞灰的吸湿性可以达到40%，其物料表现为易于吸潮结块、团聚和架桥。因此，在飞灰干料的貯藏和加料送料系统中应当通过措施加以避免。飞灰的分散性可达到16～36%，表明飞灰干料易于扬尘，操作时应尽量采取密闭操作。飞灰的滑动角为29～37°，且此参数会随含水量的变化而改变。
2、热处理特性
焚烧飞灰的熔融特征温度是选择热处理工艺参数的重要依据。在氧化性气氛下焚烧飞灰熔融点的三个特征温度(即变形温度DT、软化温度ST和流动温度FT)见表2。
表2 焚烧飞灰熔点的特征温度点
（2）二恶英类 垃圾焚烧飞灰除存在重金属类污染物外，还含有相当多的二恶英类污染物，见表3。
表3焚烧飞灰中的二恶英类污染物水平(ng-TEQ/g)
三、技术方案
1、处理技术现状
（1）国外
欧美发达国家生活垃圾焚烧飞灰中碱金属氯化物含量较低，研究主要集中在利用水泥窑煅烧将飞灰固化作为建筑材料，而韩国等亚洲国家由于生活垃圾中塑料类物质含量较高，焚烧飞灰中氯化物，尤其是碱金属氯化物含量高，水泥固化法得到的固化体强度与浸持久性较差，重金属的长期固定效果差，因此，研究主要集中在高温处理，尤其是熔融玻璃化方面。日本在法律上规定，焚烧厂必须对焚烧飞灰采取水泥固化法、溶剂萃取法、熔融固化法、化学药剂处理等4种处理方法之一进行焚烧飞灰降毒性处理，满足填埋标准之后，才可将飞灰进行再利用或填埋处置。
（2）国内目前，我国对生活垃圾焚烧飞灰采用的处理技术可分三大类，具体见表4。
表4 焚烧飞灰处理方法及其应用评述
本工程采用螯合剂处理生活垃圾焚烧飞灰，技术方案为属稳定化/固化中的药剂稳定法，由于稳定化/固化是目前我国生活垃圾焚烧飞灰最现实的处理技术，因而选择与稳定化/固化技术中其它方案进行比较。
2、技术方案比较
稳定化/固化技术中不同的方案，各有其特殊的物理、化学特性及最佳适用对象。由于稳定化/固化技术方案实际上属于浓度控制技术，因此，选择的技术方案应促使生活垃圾焚烧飞灰中的重金属等以尽可能小的速率溶出。本工程技术方案与应用最多的水泥固化、熔融固化比较见表5。
表5技术方案比较
由表5可见，采用熔融固化处理焚烧飞灰效果最好，但要求的设备和费用高，使用范围有限。采用水泥固化主要缺陷是处理增容大，重金属难被稳定，固化体强度难于恒久保证。因而，采用螯合剂处理技术方案则相对较好。另外，虽然螯合剂对二恶英的稳定作用较小，但由于二恶英具有水溶性极低、脂溶性高的特点，通过水体直接危害人类健康的风险较低，人体直接从环境中(水、大气和土壤)摄取二恶英的可能性也较小。二恶英的传播主要是通过在生物体内聚积后经过食物链被摄入人体。因此，将螯合剂处理后的焚烧飞灰置于单独填埋单元(含渗滤液收集系统和底衬)并对其进行适当的控制时(禁止附近居民食入填埋场附近食物)，二恶英对四周环境和人类健康的危害是可控制的。
四、螯合剂选择
按螯合剂在水中的溶解度可以分为两大类，具体详见表6。
表6螯合剂类别及其特点
本工程选用硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate，DTC)螯合剂，属螯合捕收剂，这类螯合剂具有较长的分子链，它与重金属反应形成的上述螯合结构，在反应过程中三维生长，最终形成稳定的空间交联网状结构，从而表现出对重金属的稳定化效果,可以和重金属离子形成高稳定性的螯合物。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
一、 焚烧飞灰基本物理性质
焚烧飞灰是含水率极低的微细粉末状尘粒，呈浅灰或土黄色，一般含水率在10%以下，在潮湿气氛下飞灰由于吸水含水率会有所升高，热灼减率为3.0～10%。
1、密度
焚烧飞灰的堆积密度一般在0.5～1.0g/cm范围内，特别易受含水率的影响，含水较高时密度增高，流化床飞灰密度较高。振实密度为0.8～1.2g/cm，真密
度一般大于2.8～3.2g/cm。
2、表面积和空隙度 焚烧飞灰具有颗粒小，比表面积大的特点，实验测定的焚烧飞灰比表面积为4.8～13.7cm2/g。焚烧飞灰的空隙度较大，一般在30～50%范围内。
3、径分布
粒径<50µm 的飞灰的质量累积频率大于50%，说明在捕集到的飞灰中小颗粒比例较大。重金属在烟气净化过程中主要通过吸附作用附着在飞灰表面，飞灰中小颗粒多，表面积大，利于重金属的吸附。焚烧飞灰的大部分质量集中在粒径20～125µm。
4、飞灰成份
飞灰成份分析是确定飞灰处理技术路线的必备数据之一。根据分析结果，可对飞灰的基本特性(重金属浸出特性、热处理特性、凝硬特性等)进行预测，为确定处理工艺提供依据。
表1焚烧飞灰成份分析表
从表1 可以看出，焚烧飞灰的主要元素有Ca、Cl、Si、S、Al、K、Na、Fe、P等。另外，焚烧飞灰中Pb、Zn、Cu、Cr等重金属含量也较高。
圾焚烧飞灰中的氯含量较高，这主要和垃圾中的厨余和塑料有关，而氯含量较高对飞灰的热处理不利，氯的挥发会加速对设备的腐蚀。氯含量较高也会导致飞灰中的重金属更易浸出。
焚烧飞灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3含量之和是表征飞灰凝硬特性的重要指标之一。由于焚烧飞灰中含有较多量的CaO和Cl，使得飞灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3总量较低，凝硬特性较差。另外，Cl的大量存在也使得飞灰用作建材较难实现。
5、酸中和容量
从飞灰的元素分析可以看出，飞灰中的Ca、Na、K、Al等碱性物质含量较高，使得飞灰具有很大的酸中和容量(ANC)。飞灰的ANC 含量可以抵抗环境中的酸性物质，只有当酸性物质将ANC 逐渐破坏后，飞灰中的重金属才会浸出。
二、工程特性
1、粉体工程特性
飞灰的平均粒径主要集中在20～125µm，比表面积在4.8～13.7cm/g，属于流动性较差的中细粒度散料粉体。休止角为31～42°，抹刀角为49.5～58.5°。同时，飞灰的吸湿性可以达到40%，其物料表现为易于吸潮结块、团聚和架桥。因此，在飞灰干料的貯藏和加料送料系统中应当通过措施加以避免。飞灰的分散性可达到16～36%，表明飞灰干料易于扬尘，操作时应尽量采取密闭操作。飞灰的滑动角为29～37°，且此参数会随含水量的变化而改变。
2、热处理特性
焚烧飞灰的熔融特征温度是选择热处理工艺参数的重要依据。在氧化性气氛下焚烧飞灰熔融点的三个特征温度(即变形温度DT、软化温度ST和流动温度FT)见表2。
表2 焚烧飞灰熔点的特征温度点
（2）二恶英类 垃圾焚烧飞灰除存在重金属类污染物外，还含有相当多的二恶英类污染物，见表3。
表3焚烧飞灰中的二恶英类污染物水平(ng-TEQ/g)
三、技术方案
1、处理技术现状
（1）国外
欧美发达国家生活垃圾焚烧飞灰中碱金属氯化物含量较低，研究主要集中在利用水泥窑煅烧将飞灰固化作为建筑材料，而韩国等亚洲国家由于生活垃圾中塑料类物质含量较高，焚烧飞灰中氯化物，尤其是碱金属氯化物含量高，水泥固化法得到的固化体强度与浸持久性较差，重金属的长期固定效果差，因此，研究主要集中在高温处理，尤其是熔融玻璃化方面。日本在法律上规定，焚烧厂必须对焚烧飞灰采取水泥固化法、溶剂萃取法、熔融固化法、化学药剂处理等4种处理方法之一进行焚烧飞灰降毒性处理，满足填埋标准之后，才可将飞灰进行再利用或填埋处置。
（2）国内目前，我国对生活垃圾焚烧飞灰采用的处理技术可分三大类，具体见表4。
表4 焚烧飞灰处理方法及其应用评述
本工程采用螯合剂处理生活垃圾焚烧飞灰，技术方案为属稳定化/固化中的药剂稳定法，由于稳定化/固化是目前我国生活垃圾焚烧飞灰最现实的处理技术，因而选择与稳定化/固化技术中其它方案进行比较。
2、技术方案比较
稳定化/固化技术中不同的方案，各有其特殊的物理、化学特性及最佳适用对象。由于稳定化/固化技术方案实际上属于浓度控制技术，因此，选择的技术方案应促使生活垃圾焚烧飞灰中的重金属等以尽可能小的速率溶出。本工程技术方案与应用最多的水泥固化、熔融固化比较见表5。
表5技术方案比较
由表5可见，采用熔融固化处理焚烧飞灰效果最好，但要求的设备和费用高，使用范围有限。采用水泥固化主要缺陷是处理增容大，重金属难被稳定，固化体强度难于恒久保证。因而，采用螯合剂处理技术方案则相对较好。另外，虽然螯合剂对二恶英的稳定作用较小，但由于二恶英具有水溶性极低、脂溶性高的特点，通过水体直接危害人类健康的风险较低，人体直接从环境中(水、大气和土壤)摄取二恶英的可能性也较小。二恶英的传播主要是通过在生物体内聚积后经过食物链被摄入人体。因此，将螯合剂处理后的焚烧飞灰置于单独填埋单元(含渗滤液收集系统和底衬)并对其进行适当的控制时(禁止附近居民食入填埋场附近食物)，二恶英对四周环境和人类健康的危害是可控制的。
四、螯合剂选择
按螯合剂在水中的溶解度可以分为两大类，具体详见表6。
表6螯合剂类别及其特点
本工程选用硫代氨基甲酸盐(dithiocarbamate，DTC)螯合剂，属螯合捕收剂，这类螯合剂具有较长的分子链，它与重金属反应形成的上述螯合结构，在反应过程中三维生长，最终形成稳定的空间交联网状结构，从而表现出对重金属的稳定化效果,可以和重金属离子形成高稳定性的螯合物。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。