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    生活垃圾焚燒飛灰固化處理的工程實踐

    2010-06-24 00:00

      焚燒因其良好的減容效果和能源回收利用等優(yōu)點逐漸成為上海、廣州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市處理垃圾的首選技術(shù),伴隨而來的焚燒飛灰的安全處置也成為熱點問題。焚燒飛灰因其含有較高浸出濃度的鉛、鎘等重金屬,在進(jìn)入最終處置之前必須經(jīng)過穩(wěn)定化/固化處理。近年來,國內(nèi)許多高校如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等對飛灰特性及其處理技術(shù)展開了深入的研究,但這些研究大多數(shù)只局限于實驗室和中試規(guī)模,而對于工程規(guī)模的相關(guān)報道則很少。

      我們以廣州市李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠采用水泥固化工藝處理飛灰的工程實例,研究了水泥和飛灰的最佳配比、飛灰固化塊的重金屬浸出濃度及其長期安全性問題。

      1 工程概況
      
    廣州市李坑生活垃圾焚燒發(fā)電廠是國內(nèi)惟一采用中溫次高壓參數(shù)的垃圾焚燒廠,位于白云區(qū)太和鎮(zhèn)永興村,自2006年年初投入使用以來,日處理能力1040t。焚燒尾氣采用半干法+布袋除塵器的處理工藝,飛灰日產(chǎn)生量約45t,相當(dāng)于垃圾焚燒量的4%-5%。

      2 處理工藝
      
    飛灰處理工藝流程見圖1。首先將焚燒飛灰轉(zhuǎn)移到固化站的飛灰塔中,通過螺旋給料機(jī)將其定量卸入攪拌機(jī)中,然后加入一定比例的水泥、固化劑,物料充分?jǐn)嚢韬螅谷攵ㄐ湍>咧?,料漿在干化區(qū)中固化48h后,用叉車將其吊進(jìn)專用運輸車,最后運往符合環(huán)保要求的處置場地暫存。

      3 材料及方法
      
    工程所用水泥為市售32.5級硅酸鹽水泥。進(jìn)行條件實驗時,向一定量的飛灰中加入不同比例的水泥和輔助材料,得到一系列的飛灰固化體樣品,分別進(jìn)行編號NO.1-NO.2如表1所示。固化體被送往某分析測試中心,按照GB5086.1—1997固體廢物浸出毒性浸出方法進(jìn)行浸出毒性實驗,檢測指標(biāo)包括Hg、Cd、Pb、Cr6+。

      4 處理結(jié)果與分析
      
    4.1 原灰的浸出毒性
      
    表2為原灰的浸出毒性實驗結(jié)果。從表2可知:由于生活垃圾組分的不均勻性,垃圾中所含重金屬在焚燒過程中的揮發(fā)程度也不相同,造成不同采樣時間的樣品所檢測的結(jié)果也有很大的差別。但是,.個飛灰樣品浸出液中重金屬濃度有一個特點,除Cd外其余.種都超出了GB5085.32—1996危險廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)的限值,按我國的法律規(guī)定,應(yīng)屬于危險廢物的范疇。

      4.2 水泥添加比例的確定
      
    圖2為不同水泥飛灰比的重金屬浸出濃度。從圖2可知:當(dāng)水泥與飛灰的比例為0.48時,4種重金屬的浸出濃度最低,但要保證飛灰固化處理后沒有浸出毒性,且降低固化體的增容比,水泥的摻入比例為/- ..時最佳,因此在實際生產(chǎn)中采取該配比。

      4.3 焚燒飛灰固化工藝的運行結(jié)果
      
    自廣州市李坑垃圾焚燒發(fā)電廠試運行1a以來,整個固化工藝簡單、操作方便、運行費用低、處理效果良好。飛灰固化體取樣頻率為每天1次,表3給出了2006年9月1日至9月8日飛灰固化體的浸出實驗結(jié)果。從表3可以看出,焚燒飛灰固化體浸出液中Hg、Cd、Pb、Cr6+的濃度均低于固體廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)的限值,表明水泥對飛灰中的重金屬起到很好的固定作用。固化過程中還發(fā)現(xiàn):養(yǎng)護(hù)時間對飛灰固化體的固化效果也有一定的影響,隨著養(yǎng)護(hù)時間的增加,固化體的抗壓強(qiáng)度逐步提高,3天抗壓強(qiáng)度為1 MPa,28天抗壓強(qiáng)度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固化體填埋所要求的抗壓強(qiáng)度0.5MPa。

      4.4水泥固化機(jī)理分析
      
    對于水泥固化飛灰中重金屬的機(jī)理,可能發(fā)生以下的綜合作用:
      
    1)物理包膠作用。水泥水化產(chǎn)物(如C2S2H凝膠)的孔隙極小,滲透性極低,能把污染物各個顆粒裹限于其中,致使其中污染物的濾出易達(dá)到環(huán)境所允許的范圍。

      2)物理吸附。水泥水化產(chǎn)物的微孔數(shù)量多,其晶體顆粒極小,具有很大的表面積,能大量吸附重金屬離子。

      3)復(fù)分解沉淀反應(yīng)。飛灰與水泥的混合料漿堿性很強(qiáng),能使許多重金屬離子Cd2+、Pb2+、Cr6+等)在固化物的微孔隙中發(fā)生復(fù)分解沉淀反應(yīng),形成低溶解度的氫氧化物沉淀,從而阻止重金屬污染物浸出。

      4)同晶置換作用。水泥水化產(chǎn)物為層狀硅酸鹽,許多重金屬陽離子能替換其晶格中的Ca2+、Al3+、Si4+,從而被牢固地束縛。

      5 飛灰固化體的長期安全性問題
      
    經(jīng)過成分分析,飛灰中氯鹽含量較高,氯鹽的大量存在對水泥固化有明顯的干擾作用。另外,飛灰對水泥的硬化、抗壓強(qiáng)度等方面也存在負(fù)面影響,這可能是飛灰的粒徑分散度大、無機(jī)鹽(氯化物,硫化物)以及堿性物質(zhì)含量高所造成的;在飛灰水泥漿中發(fā)現(xiàn)一種類似于硅鋁釩的物質(zhì),可以導(dǎo)致固化體的抗壓強(qiáng)度大大降低。這些因素必將影響飛灰固化體長期性能穩(wěn)定,對此還需要進(jìn)行深入的研究。另外,采用水泥固化工藝勢必大大增加處理產(chǎn)物的體積,造成最終處置場庫容的浪費,因此應(yīng)考慮應(yīng)用新技術(shù),如藥劑穩(wěn)定化處理技術(shù),在不增加處理產(chǎn)物體積的情況下達(dá)到入場廢物浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)的要求。最后,由于飛灰產(chǎn)生量較大,應(yīng)積極開展對其進(jìn)行資源化利用的研究,使飛灰經(jīng)處理后達(dá)到“零填埋”的目標(biāo)。

      6 結(jié)論及建議
      
    1)飛灰樣品中的重金屬超出了危險廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)的限值,屬于危險廢物。

      2)廣州市李坑焚燒發(fā)電廠飛灰處理工程的實施表明,水泥固化工藝處理飛灰具有工藝簡單、操作方便、運行費用低、處理效果穩(wěn)定的優(yōu)點,對某些地區(qū)焚燒發(fā)電廠的飛灰處理具有重要的借鑒作用。

      3)綜合考慮飛灰產(chǎn)物的增容比和重金屬的浸出濃度,水泥與飛灰的最佳比例為0.33。

      4)對飛灰固化體的長期穩(wěn)定性及資源化利用還需要進(jìn)一步研究。

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