生活垃圾焚烧飞灰固化处理的工程实践
摘要：以广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂采用水泥固化工艺处理飞灰的工程实例，对固化前后的飞灰进行浸出毒性实验，同时采用不同配比的水泥进行固化工艺的条件实验。结果表明：飞灰原灰中的重金属浸出浓度超过我国危险废物鉴别标准，属于危险废物；当水泥的掺入比例为$4 33 时，飞灰的固化效果最佳。并结合飞灰的成分，建议对飞灰水泥固化体的长期安全性进行进一步研究。
关键词：垃圾焚烧飞灰,重金属,水泥固化,工程实践
焚烧因其良好的减容效果和能源回收利用等优点逐渐成为上海、广州等经济发达城市处理垃圾的首选技术，伴随而来的焚烧飞灰的安全处置也成为热点问题。焚烧飞灰因其含有较高浸出浓度的铅、镉等重金属，在进入最终处置之前必须经过稳定化/固化处理。近年来，国内许多高校如清华大学、同济大学等对飞灰特性及其处理技术展开了深入的研究，但这些研究大多数只局限于实验室和中试规模，而对于工程规模的相关报道则很少。
我们以广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂采用水泥固化工艺处理飞灰的工程实例，研究了水泥和飞灰的最佳配比、飞灰固化块的重金属浸出浓度及其长期安全性问题。
1 工程概况
广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂是国内惟一采用中温次高压参数的垃圾焚烧厂，位于白云区太和镇永兴村，自2006年年初投入使用以来，日处理能力1040t。焚烧尾气采用半干法+布袋除尘器的处理工艺，飞灰日产生量约45t，相当于垃圾焚烧量的4%-5%。
2 处理工艺
飞灰处理工艺流程见图1。首先将焚烧飞灰转移到固化站的飞灰塔中，通过螺旋给料机将其定量卸入搅拌机中，然后加入一定比例的水泥、固化剂，物料充分搅拌后，倒入定型模具中，料浆在干化区中固化48h后，用叉车将其吊进专用运输车，最后运往符合环保要求的处置场地暂存。
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3 材料及方法
工程所用水泥为市售32.5级硅酸盐水泥。进行条件实验时，向一定量的飞灰中加入不同比例的水泥和辅助材料，得到一系列的飞灰固化体样品，分别进行编号NO.1-NO.2如表1所示。固化体被送往某分析测试中心， 按照GB5086.1—1997固体废物浸出毒性浸出方法进行浸出毒性实验，检测指标包括Hg、Cd、Pb、Cr6+。
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4 处理结果与分析
4.1 原灰的浸出毒性
表2为原灰的浸出毒性实验结果。从表2可知：由于生活垃圾组分的不均匀性，垃圾中所含重金属在焚烧过程中的挥发程度也不相同，造成不同采样时间的样品所检测的结果也有很大的差别。但是，. 个飞灰样品浸出液中重金属浓度有一个特点， 除Cd外其余. 种都超出了GB5085.32—1996 危险废物浸出毒性鉴别标准的限值，按我国的法律规定，应属于危险废物的范畴。
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4.2 水泥添加比例的确定
图2为不同水泥飞灰比的重金属浸出浓度。从图2可知：当水泥与飞灰的比例为0.48时，4 种重金属的浸出浓度最低，但要保证飞灰固化处理后没有浸出毒性，且降低固化体的增容比，水泥的掺入比例为/- .. 时最佳，因此在实际生产中采取该配比。
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4.3 焚烧飞灰固化工艺的运行结果
自广州市李坑垃圾焚烧发电厂试运行1a以来，整个固化工艺简单、操作方便、运行费用低、处理效果良好。飞灰固化体取样频率为每天 1 次，表3给出了2006年9月1日至9月8日飞灰固化体的浸出实验结果。从表3可以看出，焚烧飞灰固化体浸出液中Hg、Cd、Pb、Cr6+的浓度均低于固体废物浸出毒性鉴别标准的限值，表明水泥对飞灰中的重金属起到很好的固定作用。固化过程中还发现：养护时间对飞灰固化体的固化效果也有一定的影响，随着养护时间的增加，固化体的抗压强度逐步提高，3天抗压强度为1 MPa，28天抗压强度更是远远高于固化体填埋所要求的抗压强度0.5MPa。
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4.4 水泥固化机理分析
对于水泥固化飞灰中重金属的机理，可能发生以下的综合作用：
1) 物理包胶作用。水泥水化产物（如C2S2H 凝胶）的孔隙极小，渗透性极低，能把污染物各个颗粒裹限于其中，致使其中污染物的滤出易达到环境所允许的范围。
2) 物理吸附。水泥水化产物的微孔数量多，其晶体颗粒极小，具有很大的表面积，能大量吸附重金属离子。
3) 复分解沉淀反应。飞灰与水泥的混合料浆碱性很强，能使许多重金属离子C2+d、Pb2+、Cr6+ 等) 在固化物的微孔隙中发生复分解沉淀反应，形成低溶解度的氢氧化物沉淀，从而阻止重金属污染物浸出。
4) 同晶置换作用。水泥水化产物为层状硅酸盐，许多重金属阳离子能替换其晶格中的Ca2+、Al3+、Si4+ ，从而被牢固地束缚。
5 飞灰固化体的长期安全性问题
经过成分分析，飞灰中氯盐含量较高，氯盐的大量存在对水泥固化有明显的干扰作用。另外，飞灰对水泥的硬化、抗压强度等方面也存在负面影响，这可能是飞灰的粒径分散度大、无机盐（氯化物，硫化物）以及碱性物质含量高所造成的；在飞灰水泥浆中发现一种类似于硅铝钒的物质，可以导致固化体的抗压强度大大降低。这些因素必将影响飞灰固化体长期性能稳定，对此还需要进行深入的研究。另外，采用水泥固化工艺势必大大增加处理产物的体积，造成最终处置场库容的浪费，因此应考虑应用新技术，如药剂稳定化处理技术，在不增加处理产物体积的情况下达到入场废物浸出毒性标准的要求。最后，由于飞灰产生量较大，应积极开展对其进行资源化利用的研究，使飞灰经处理后达到“零填埋”的目标。
6 结论及建议
1）飞灰样品中的重金属超出了危险废物浸出毒性鉴别标准的限值，属于危险废物。
2）广州市李坑焚烧发电厂飞灰处理工程的实施表明，水泥固化工艺处理飞灰具有工艺简单、操作方便、运行费用低、处理效果稳定的优点，对某些地区焚烧发电厂的飞灰处理具有重要的借鉴作用。
3）综合考虑飞灰产物的增容比和重金属的浸出浓度，水泥与飞灰的最佳比例为0.33。
4） 对飞灰固化体的长期稳定性及资源化利用还需要进一步研究。
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