焚烧残渣

焚烧残渣是指在垃圾焚烧过程中产生的炉渣、漏渣、锅炉灰和飞灰的总称。 [1]

焚烧过程产生的残渣一般为无机物质，主要是金属氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐以及硅酸盐。大量的残渣特别是其中含有重金属化合物的残渣，对环境会造成很大危害。许多国家对焚烧残渣都是进行填埋或固化填埋处理。由于土地资源有限，并且残渣中含有可利用的物质，发达国家早已将焚烧残渣作为资源开发利用。

1000℃以下焚烧炉或热分解炉产生的残渣是通常所说的焚烧残渣；1500℃高温焚烧炉排出的熔融状态的残渣叫烧结残渣。两者的性质因焚烧温度不同而不同，回收利用方式也不同。

美国矿山局从城市垃圾焚烧得到的残渣中回收铁、非铁金属和玻璃；前苏联研究用感应射频共振法从垃圾焚烧残渣中分离回收导电性的黑色和有色金属，用光度分选法得到玻璃和陶瓷；而日本采用向焚烧残渣中添加水溶性高分子添加剂，在压缩机中压缩、成形，制成砌砖，已建成日处理30吨焚烧残渣的工厂。

近几年，在我国有研究利用污泥焚烧残渣制备水处理药剂。据报道，某市污水处理厂污泥焚烧残渣是以Fe2O3和CaSO4为主的无机矿物质。选用以盐酸为主、硫酸为辅的混酸体系(二者体积比7%～13%)，在反应温度为110～120℃、反应时间为2.5h、液固比大于2.0mL/g的情况下，1kg污泥焚烧残渣能制备得到酸度较小、含铁量略大于28g/L的水处理药剂10L，该药剂能应用于该市污水处理厂的生化处理出水，从而实现了污泥焚烧残渣的循环利用。

混合焚烧残渣还可用作填埋场的覆盖材料，是美国目前用得最多的资源化利用方法。填埋场的覆盖层由5个部分组成，其中基础层对整个覆盖系统起着支撑、稳定的作用，其材料为土壤、砂砾，甚至可以为一些坚固的垃圾，如建筑垃圾等。焚烧残渣经筛选后可以作为其材料。由于填埋场自身存在有利的卫生条件，如含环保设施防渗层及渗滤液回收系统，可使残渣中因重金属浸出而对人体健康和环境的不利影响得到很好的控制。残渣细化后的粒径分布广，可经过筛选、磁选、粒径分配等预处理工艺来满足不同层次的需求，同时由于具有来源广泛、透水性强、运输费用低等优点，无论从环境上、技术上或经济上考虑，焚烧残渣作为基础层材料均是一种非常好的选择。此外，还有采用焚烧法从焚烧残渣中回收有价金属，如用焚烧法从废彩色相纸中回收银。

我国国内天然骨料短缺，而烧结残渣如砂石一样密度高、硬度大，重金属溶出量少，可作混凝土的粗骨料和轻量混凝土中的粗骨料及建筑材料用，可实现烧结残渣的资源化利用，这也是符合我国国情的一个切实可行的方法。将残渣掺在黏土中可制红砖，将粗碎的残渣与砂和水泥按比例适当混合可制成混凝土砌块和混凝土板，加压成形、蒸汽养护得到成品。经筛分后的炉渣一般可以利用作为建筑材料。可以制成建筑材料的轻骨料、地砖、墙砖。在替代传统的建筑填料方面更具有较大的潜力市场。 [2]

焚烧炉渣是指自炉床尾端排出的不可燃物，一般为无机物质，它们主要是金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐以及硅酸盐，另含有较大型的铁铝容器及其他金属等可直接回收的物质，其组成成分多为酸性盐，重金属方面Cu、Pb、Zn之含量亦较高，至于其粒径，若去除磁性金属不燃物（约20%～25%），25mm以上者约占5%～10%，5～25mm者约占40%～45%，其余5mm以下者约占35%～40%。垃圾焚烧处理厂的炉渣产量，与垃圾的种类、焚烧工艺设备条件有关。炉渣内的未燃组分限制在3%～5%以内（即热灼减量为3%～5%）。

因为炉渣中的重金属含量较多，如Pb、Zn、Fe、Cr等，有超出溶出标准的趋势，而被认定为有害物质。实践证明。城市生活垃圾焚烧处理后的炉渣危害性极低，根据深圳市政环卫综合处理厂的多年跟踪分析，其关键指标的数值规定在标准范围之内，经适当处理后，可以认定为无害物。当然，如果焚烧处理的垃圾种类变化较大时，如含可燃的工业垃圾、其他特殊垃圾等，重金属的含量亦会有较大的波动，不排除超标的可能性。 [3]

飞灰是由除尘器等捕集的烟气中的颗粒物质。飞灰的化学组成一半以上的物质是硅酸盐和钙，其他的化学物质主要是铝、铁、钾等。

飞灰主要成分为垃圾燃烧后产生的无机物和重金属等，当烟气净化采用干式或半干式反应法时，另含有一些反应生成物(如CaCl2、CaSO4)和部分未完全反应的Ca(OH)2等物质。从物理化学性质方面来看，飞灰具有以下特性：颗粒较小；大部分为圆柱状、环状、碎海绵状，表面有结晶物沉淀；亲水性高，具吸水能力；孔隙率高，透水性大。表面积大。热灼减量高，约为14%左右；呈碱性，pH值大于11。在重金属含量与分布及其溶出特性方面，许多相关的研究报告均指出飞灰中含有浓度较高的重金属，其中以Cd、Cr、Pb、Hg、Sb、Zn、Cu等浓度相对较高。易超过危险废物毒性浸出标准。飞灰中重金属含量的多少与垃圾中重金属成分、焚烧炉操作状部及烟气净化装置之集尘特性有很大关系。

飞灰的毒性浸出试验数据变化范围较大，来自不同垃圾焚烧厂的飞灰有相当大差别。同一垃圾焚烧厂的不同试样其检测数据也有较大的波动。但许多针对飞灰重金属特性的研究均指出，飞灰中部分重金属浸出毒性超标，其中最易超标的为铅，其次为汞、六价铬、锌等。按照《危险废物鉴别标准》的规定，固体废物浸出液成分中，只要任一种有害成分的浓度超过鉴别标准，则该废物为具有浸出毒性的危险废物。我国2001年颁布的《危险废物污染防治技术政策》已明确将生活垃圾焚烧飞灰列为特殊危险废物，并规定必须安全处置。 [3]

焚烧残渣的分选是主要利用灰渣各组分物理特性之间的差异进行处理。其方法较多，较常见的有筛分、重力分选、磁选、磁流体分选等。

结合分选好的焚烧残渣成分分析，残渣浸出无毒性可直接处理，如果有毒，则需按危险废物处理，常用的处理方法有固化和填埋。固化方法常见的有水泥固化、沥青固化及塑料固化、玻璃固化、石灰固化等，也有一些其他的固化方法。固化后一般均需进行后处理，如卫生填埋、地下处置(费用较高，一般不用)等。对残渣直接进行卫生填埋处理，需考虑填埋场地、防渗处理等等因素。 [3]

垃圾焚烧飞灰的传统处理方法是与底灰混合再运至垃圾填埋场与生垃圾共同填埋。目前垃圾焚烧飞灰已被多数国家和地区认定为有害危险废物，直接填埋方法已不能采用。现行飞灰处理方法主要有安全填埋、高温处理、固化与稳定化处理、湿式化学处理等四大类处理法。主要处理方法简单介绍如下：

固化处理是利用固化剂与含大量重金属的除尘器飞灰混合后形成固化体，从而减少有害物质溶出的处理方法。依据固化剂的不同，固化处理可分为水泥固化、沥青固化、塑料固化、石灰固化和其他固化等。工程实践中使用较多的为水泥固化，其具有工艺成熟、操作简单、处理成本低等优点。固化处理的缺点有：由于有结合剂加入，飞灰增容比大；因飞灰含有氯盐，长期仍有溶出趋势；固化体强度低，难以再利用。

稳定化处理是利用化学药剂与飞灰混合或反应使有害物质稳定的处理方法。比较成熟的技术是将液体整合剂加入飞灰中与重金属反应，效率可高达97%以上。其优点为减容率高(一般可达1/2～1/3)，处理后飞灰稳定性高。其缺点为因螯合剂价格高从而使处理成本高。

飞灰湿式化学处理法又可分为加酸萃取法和烟气中和碳酸化法。化学法的最大优点为建设成本和运行操作成本低，可回收重金属和盐类。但在处理过程中产生的废水、废气和污泥需另作处理，目前应用实例较少。

③安全填埋法

安全填埋法是指将飞灰在现场作简单处理后送入安全填埋场直接填埋的方法，安全填埋因设有防止地质滑动、沉陷及水土保持等措施，是目前最安全可靠的飞灰处理方法。我国深圳等城市已建设安全填埋场，可以接纳垃圾焚烧飞灰。但安全填埋场的建设造价高，致使飞灰接收处理收费高，垃圾焚烧处理厂难以承受。另外，安全填埋法不能达到飞灰处理减容化和资源化的目标。

④高温处理法

高温处理法又可分为烧结法和熔融法。烧结时常添加玻璃粉，其工艺原理是先将飞灰筛分后研制成细粉，与玻璃粉混合，加适量的水，造粒后以600～1000℃的高温烧结固体，从而形成物化性质稳定且硬度大的物质。

熔融法是将飞灰送入燃烧炉内，利用燃料或电力加热到高温，使飞灰中高含量无机物质变成熔渣，熔渣可作为土木建筑材料使用，从而实现飞灰的减量化、无害化和资源化。因飞灰中有含钙之反应和未反应物，提高了熔渣的钙矽比，加热温度需达到1400～1600℃方可达到熔融的目的，故该方法能源消耗大。

高温处理法在欧洲和日本有少量的工程实绩，其优点可总结为：减容率高，一般可达1/2～1/3；熔渣可再生利用；熔渣品质稳定，无重金属溶出；可完全分解二嗯英及其他有机污染物。其缺点有：高温燃烧时会产生含有易挥发的Pb、Cd、Zn等重金属的废气，需设置后续烟气处理装置；工艺复杂，占地面积大；能源消耗大，处理成本高。

高温处理法虽处理费用较高，但因稳定化程度高，品质均匀，可达致无害化、稳定化和资源化的目标。已受到越来越多的关注。国外现已研制出多种可用于垃圾焚烧飞灰处理的高温熔融炉。 [3]

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