（环境工程专业论文）城市生活垃圾焚烧飞灰性质及其重金属稳定化技术研究.pdf

摘要 摘要 本文以上海2 座大型城市生活垃圾焚烧发电厂为依托，对飞灰性质进行长 期、系统分析研究，据此确定飞灰的主要污染特性和关键影响因素，并结合焚 烧厂炉前垃圾组分中重金属源特征，探讨操作条件对飞灰毒害性的影响，最后 在此基础上确定了飞灰的重金属化学药剂稳定化处理工艺。研究主要结论如下： 1 ) 飞灰具有含水率低( o 0 8 1 1 5 ) 、质轻( 0 6 4 6 1 0 3 - 4 ) 7 7 6 x 1 0 3k g m 3 ) 、 渗透系数大( 8 7 1 x 1 0 5 - 1 1 6 x 1 0 4c m s ) 、吸水性强的特点，粒径呈正态分布趋势。 含水率2 0 时，飞灰的压缩系数达到最小值，承载力最大，干密度亦最大。飞灰 加水后( 2 0 ) 孔隙率减小，出现大量中孔，放热比较强烈，在加水后第6 分钟 达到最大放热速率，累积放热量可达至l j 5 1j g ( 2 4h ) 。 2 ) 飞灰的主要组成元素( 含量大于1 ，干重) 为s i 、灿、c a 、c i 、n a 、k 、 m g 、f e 、c 、s 和o 。与国外飞灰相比，n a 的含量高，而重金属元素 h g 含量高， a s 、c d 、n i 、p b 和z n 总量较低。飞灰中的全盐量高达1 1 6 屯6 7 ，主要为c a 、 n a 和k 的氯化物。飞灰的二恶英毒性当量浓度为0 7 3 4 4 6n gt e q g ，二恶英类 化合物具有相似的分布规律，对毒性当量浓度贡献率最大的是2 ，3 ，4 ，7 ，8 p e c d f ( 2 9 3 3 ) ，其次是l ，2 ，3 ，7 ，8 p e c d d ( 2 1 v 2 6 ) 。 3 ) 飞灰中重金属p b 、h g 、c d 和z n 是主要污染元素，p b 和h g 浸出浓度超过 危险废物鉴别标准限值，属危险废物，其中p b 是重点污染元素。可浸出的p b 和 z n 主要以酸溶态形式存在，而c d 主要以酸溶态和离子交换态形式存在，水溶态 的重金属含量较小。除n i 和c r 夕l ，重金属含量随飞灰粒径减小呈增大趋势，c r 、 n i 、z n 、h g 和p b 浸出量呈逐渐增大趋势。浸出柱实验浸出液中各种重金属的浓 度均随浸取剂与飞灰比值( 硝) 增大而减小，并在l s 2 后趋于稳定，释放能力 由强到弱为：c d n i c u p b z n c r 。 4 ) 受飞灰自身性质影响，混合方式( 翻转和水平振荡) 、静置时间和浸取 剂离子强度对飞灰重金属的浸出影响不明显；加大l s 对飞灰中p b 、n i 和c d 的浸 出仅起稀释作用，而c u 、z n 、c r 和h g 在l s 1 0 时 被稀释；浸取剂一对各元素的浸出性影响程度为p b = z n c u c d n i c r a s h g ； 摘要 在中低酸浓度时，乙酸浸出液中重金属浓度高于硝酸浸出液，而在 o 2m o l l 的 酸浸取液中，硝酸浸出液中重金属( 除h g # l ) 浓度大于乙酸浸出液。浸出实验 表明，p h 值在飞灰重金属浸出过程中起关键作用。 5 ) 炉前垃圾组分含量最高的是厨余和塑料。重金属源分析表明：a s 、c d 、 c r 、c u 、h g 、n i 、p b 和z n 来源于厨余的量超过5 0 ，来源于塑料的量超过1 3 ， c d 、n i 、p b 和z n 来源于渣石的量超过6 ，a s 来源于玻璃的量超过1 4 ，h g 来源 于纸类的量超过7 。a s 、n i 、c r 、c u 和z n 主要分布在炉渣中，c d 和h g 主要分 布在飞灰中，p b 贝t j 介于两者之间。避免厨余垃圾在收集、转运过程中的交叉污 染，同时在处理处置前，提高垃圾组分中塑料、渣石以及金属的分拣率，有利 于控制飞灰中的重金属污染。通过调节垃圾在贮坑中的停留时间控制垃圾的含 水率，维持垃圾在一定的温度( 8 5 0 - 1 0 0 0 ) 下稳定燃烧，优化石灰等药剂 的投加量是改善飞灰污染特性的主要可行措施。 6 ) 研究所确定的“两元药剂稳定化技术”参数为：先投加药剂a ，投加量为 8 ，投加方式为a + 水+ 飞灰；然后投加药剂b ，投加量为2 ，投加方式为直 接加入后固固混合；最后投加药剂c ，投加量为0 2 ，投加方式为c + 水+ 飞灰 混合物，各次加药后混合时间均为8m i n 左右。稳定化后飞灰养护8h 。稳定化后 产物增容比低于1 1 5 。中试实验表明，两元药剂稳定化技术可以充分满足重金属 稳定化要求，每吨飞灰所需稳定化药剂费用约为2 2 5 元。p h s t a t 浸出测试和 m i n t e q a 2 计算表明，磷酸盐稳定化可使p b 在很大的p h 值( 3 1 2 ) 范围内保持 很低的浸出浓度。 关键词：城市生活垃圾焚烧；飞灰；性质；重金属；源分析；稳定化 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec h a r a c t e r i s t i c so fa i rp o l l u t i o nc o n t r o l ( a p c ) r e s i d u e sf r o mt w om u n i c i p a l s o l i dw a s t e ( m s w ) i n c i n e r a t i o np l a n t si ns h a n g h a iw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yf o ra l o n gt i m e t h em a i np o l l u t i o nc o n t a m i n a n t si nt h ea p c r e s i d u e sa n dt h e i ri n f l u e n c i n g f a c t o r sw e r es t u d i e d t h ei n f l u e n c et ot h ep o i s o no fa p cr e s i d u e sw a sd i s c u s s e d b a s e do nt h eh e a v ym e t a l sd i s t r i b u t i o ni nt h ei n c i n e r a t e dm s w a n dt h e n , o p t i m a l s t a b i l i z a t i o np r o c e s sw a si n v e s t i g a t e dw h i c hc o u l de f f e c t i v e l yi m m o b i l i z eh e a v y m e t a l s t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h i ss t u d yw e r e 嬲f o l l o w s 1 ) 1 h ea p cr e s i d u e sa r eo fl o ww a t e rc o n t e n t ( 0 0 8 , - - - 1 15 ) ，a n db u l kd e n s i t y ( 0 6 4 6 x 1 0 3 q ) 7 7 6 x 1 0 3k g m 3 ) ，h i g hp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t ( 8 7 1 x 1 0 5 - 1 1 6 1 0 。4 e r a s ) a n dm o i s t u r ea b s o r p t i o n t h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no ft h ea p cr e s i d u e s s h o w st h el o g a r i t h m i cn o r m a ld i s t r i b u t i o n 缸e n d t h ec o m p a c t i n gf a c t o rr e a c h e st h e m i n i m u mv a l u ew h e nt h ew a t e rc o n t e n ti s2 0 ，w h i c hm e a n st h eb e s tb e a rc a p a c i t y m e a n w h i l e ，d r yd e n s i t ya t t a i n sm a x i m u mv a l u e w h e nw a t e ri sa d d e dt ot h ea p c r e s i d u e s ，t h et o t a lp o r o s i t yd e c r e a s e sa n dt h em i d d l ep o r es t r u c t u r eo c c u r s f u r t h e r m o r e ，i tp r o d u c e sm u c hh e a t t h eh e a tr e l e a s er a t er e a c h e st ot h em a x i m u mi n 6m i n u t e sa n dt h ea c c u m u l a t i v eq u a n t i t yo fh e a tw i t h i n2 4 hi sa b o u t51j g 2 ) 1 1 1 ea p cr e s i d u e s ( 1 ) a r em a i n l yc o m p o s e do fs i ，a 1 ，c a , c i ，n a , km g ， f e ，c ，sa n do 1 1 l e i rn aa n dh gc o n t e n t sa r er e l a t i v e l yh i g h , c o m p a r e d 诚t l lt h ea s h f r o ms i m i l a ra p c s y s t e m so ff o r e i g nm s w i n c i n e r a t i o np l a n t s w h i l et h ec o n t e n to f a s ，c 也n i ，p ba n dz ni sr e l a t i v e l yl o w t h ec o n t e n to fs o l u b l es a l t si nt h ea p c r e s i d u e si s11 6 2 6 7 ，m a i n l ya sc h l o r i d e so fc a , n aa n dk t h et o x i c i t y e q u i v a l e n c eq u a n t i t y ( t e q ) o fd i o x i n si s o 7 3 4 4 6n gt e q g t h o u g ht h et e q c o n c e n t r a t i o no fd i o x i n si nt h ea s hv a r i e sw i t ht i m e ，s i m i l a rd i s t r i b u t i o ni sf o u n d t h e t e qc o n c e n t r a t i o ni sm a i n l yc o n t r i b u t e db y2 ，3 ，4 ，7 ，8 一p e c d f ( 2 9 一3 3 ) a n d 1 ，2 ，3 ，7 ，8 一p e c d d ( 21 之6 ) 3 ) t h ea p cr e s i d u e sa r ec l a s s i f i e da sh a z a r d o u si nt h a tt h e i rp ba n dh g l e a c h i n gt o x i c i t y ( b yc h i n e s en a t i o n a ls t a n d a r dt e s tm e t h o d - h o r i z o n t a lv i b r a t i o n n 1 a b s t r a c t e x t r a c t i o np r o c e d u r ea n du se p at e s tm e t h o d - t o x i c i t yc h a r a c t e r i s t i cl e a c h i n g p r o c e d u r e ) e x c e e dt h el i r n i tv a l u e ss e tf o rh a z a r d o u sw a s t e b a s e do nt h el e a c h i n g t o x i c i t ya n da v a i l a b i l i t yt e s t s ，p b ，h g , c d ，a n dz na r et h em a i nh e a v ym e t a l so f c x ) n c e mi nt h ea p cr e s i d u e sw h i c hm a yd og r e a th a r mt ot h ee n v i r o n m e n t , e s p e c i a l l y f o rp b l e a c h a b l ep ba n dz na r em a i n l ya c i ds o l u b l e w h i l el e a c h a b l ec di sm a i n l y c o m p o s e do fe x c h a n g e a b l ea n da c i ds o l u b l ec d , t h u se a s i l yl e a c h i n gf r o mt h e r e s i d u e sa n dc a u s i n gp o l l u t i o nu n d e ra c i dc o n d i t i o n s n l ec o n t e n t so fw a t e r - s o l u b l e h e a v ym e t a l sa r el o w c o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l s ，e x c e p tn ia n dc r , i n c r e a s e w i t ht h ed e c l i n eo f p a r t i c l es i z eo ft h ea p cr e s i d u e s ，s od ot h el e a c h a b i l i t yo fc r ，n i ， z n ，h ga n dp b i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si nt h e l e a c h a t ed e c r e a s es h a r p l yw i t hl i q u i dt os o l i d ( l s ) r a t i oi n c r e a s ei nc o l u m nt e s t s ，a n d t h i st r e n di se s p e c i a l l yo b v i o u sw h e nl sr a t i oi sl e s st h a n2 b a s e do nt h es e q u e n t i a l e x t r a c t i o np r o c e d u r ef o rt h ea p cr e s i d u e s ，t h el e a c h i n ga b i l i t yo fh e a v ym e t a l si s c d n i c u p b z n c r 4 ) m i x i n gm o d e ( r o t a r ya g i t a t i o na n dh o r i z o n t a lv i b r a t i o n ) ，l e a c h i n gt i m ea n d i o n i cs t r e n g t ho ft h el e a c h a n th a v en oe v i d e n te f f e c to nh e a v ym e t a l sl e a c h i n gd u et o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fa p c r e s i d u e s l e a c h i n gb e h a v i o ro fh e a v ym e t a l sv a r i e sw i t h l sr a t i oa n dl e a c h a t ep h f o rp b ，n ia n dc d ，t h e i rc o n c e n t r a t i o n si nt h ee l u t e d e c r e a s e 研t l lt h el sr a t i od u et od i l u t i o n , s od oc u , z n ，c ra n dh gu n d e rh i g hl s r a t i o ( 10 ) w k l et h el sr a t i oi sl e s st h a n10 ，t h el e a c h i n gc o n c e n t r a t i o n so fc u , z n , c ra n dh gc h a n g el i a l e w h e ni - i + c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e s ，t h el e a c h i n gr a t i oo f h e a v y m e t a l si n c r e a s e so b v i o u s l yw i t ht h eo r d e ro fp b = z n c u c d n i c r a s h g 1 1 l e c o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si no r g a n i ca c i dl e a c h a t e sa r eh i g h e rt h a nt h a ti n i n o r g a n i ca c i dl e a c h a t e sw h e nt h ea c i dc o n c e n t r a t i o ni sl o w , b u tw h e nt h ea c i d c o n c e n t r a t i o ni sm o r et h a n0 2m o l l ，t h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l s ( e x c e p th 曲i n i n o r g a n i ca c i di sh i g h e rt h a nt h a ti no r g a n i ca c i d 5 ) n l ef o o dw a s t ea n dp l a s t i cw a s t ei st h em a i nc o m p o n e n ti nt h em s w ：i ti s c o n c l u d e dt h a t ，t h ef o o dw a s t ec o n t a i n sm o r et h a n5 0 o f a s ，c d ，c r , c u , h g ，n i ，p b a n dz ni nt h em s w ：a n dt h ep l a s t i cw a s t ec o n t a i n sm o r et h a n13 o ft h e s eh e a v y m e t a l s 1 1 l ec e r a m i cd e b r i sa n ds t o n e sc o n t a i nm o r et h a n6 o fc d ，n i ，p ba n dz n i v a b s t r a c t t h ea si ng l a s sc o n t r i b u t e st oo v e r1 4 o fa si nm s wa n dh gi np a p e r sc o n t r i b u t e s t oo v e r7 t h ef a t eo fh e a v ym e t a l si nm s w d u r i n gi n c i n e r a t i o ni sc a l c u l a t e db a s e d o nn l a s sb a l a n c e ：t h ea s ，n i ，c r , c ua n dz na r em a i n l yr e t a i n e di nb o t t o ma s ha n dt h e c da n dh ga r em a i n l yr e l e a s e dt of l u eg a sa n dt h e nc a p t u r e di na p cr e s i d u e s ，w h i l e t h ep be x i s t sb o t hi nb o t t o ma s ha n da p cr e s i d u e s f r o mt h ev i e w p o i n to fp o l l u t i o n c o n t r o l ，p a c k a g i n go ff o o dw a s t ei sb e n e f i c i a lt oa v o i di n t e r c r o s sp o l l u t i o n 州t l ld u s t a n dd e b r i sd u r i n gc o l l e c t i o na n dt r a n s p o r t a t i o n a n di n c r e a s i n gt h es o r p t i o nr a t eo f p l a s t i c s ，d e b r i sa n dm e t a l si si nf a v o ro fp o l l u t i o nc o n t r o lo fi n c i n e r a t i o nr e s i d u e s b y a d j u s t i n gt h er e t e n t i o nt i m eo fm s w i nr e f u s es t o r a g ep i tt oc o n t r o lm s ww a t e r c o n t e n t , k e e p i n gs t a b l ei n c i n e r a t i o na t8 5 0 c - 1 0 0 0 ca n do p t i m i z i n gt h ea d d i t i v e s d o s e ，p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f a p c r e s i d u e sc o u l db ei m p r o v e d 6 ) t h eo p t i m a l t e c h n i c a l p a r a m e t e r so f “c o m b i n e dc h e m i c a ls t a b i l i z a t i o n p r o c e s s ”a r ed e t e r m i n e d ：f n s ta d dt h ed o s a g eo fr e a g e n ta i s8 ，t h ea d d i n gs e q u e n c e i sa + w a t e r + a p cr e s i d u e s ；t h e na d dt h ed o s a g eo fr e a g e n tbi s2 ，t h er e a g e n ta n d t h ea s hi sd i r e c t l ym i x e d ；a tl a s ta d dt h ed o s a g eo fr e a g e n tci so 2 ，a n dt h ea d d i n g m o d ei sc + w a t e r + a p cr e s i d u e s e a c hm i x i n gt i m ei sa b o u t8m i n u t e s ；t h em i x e d r e s i d u e sa r ec u r e df o r8h o u r s r e s u l ts h o w st h a tt h ev o l u m eo ft h et r e a t e dp r o d u c t i n c r e a s e sl e s st h a n15 t h ep i l o te x p e r i m e n tp r o v e st h a tt h ec o m b i n e dc h e m i c a l s t a b i l i z a t i o np r o c e s sc a ne f f e c t i v e l yi m m o b i l i z eh e a v ym e t a l s ，a n dt h er e a g e n tc o s ti s a b o u t2 2 5r m bp e rt o no fa p cr e s i d u e s t h ep h - s t a tt e s ta n dm i n t e q a 2c o u n t s h o wt h a tp h o s p h a t es t a b i l i z a t i o nc o u l do b t a i nv e r yl o w e rl e a c h i n gc o n t e n to fp bi na 诵d ep h r a n g e ( 3 - 1 2 ) k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls o l i d w a s t ei n c i n e r a t i o n ；a i rp o l l u t i o nc o n t r o lr e s i d u e s ； c h a r a c t e r i s t i c s ；h e a v ym e t a l s ；s o u r c ea n a l y s i s ；s t a b i l i z a t i o n v - 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：冯取 伽年乡月凇日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在5 年解密后适用本 授权书。 指导教师签名： 二弼年弓月g e l 学位论文作者签名：溺 加6 年多月瑚e l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的博士学位论文城市生活垃圾焚烧飞灰 性质及其重金属稳定化技术研究，是本人在导师指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研 究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 签名：獗滁 ? 6 年罗月2 8 日 第1 章研究背景 第1 章研究背景 快速增加的生活垃圾，给城市环境管理带来了巨大的压力。生活垃圾焚烧 发电技术以其占地面积小，减量化、无害化和资源化( 回收能源) 效果好等特 点，近年来在我国越来越受到关注，成为一些经济较发达的大中城市主要生活 垃圾处理方式之一。 焚烧处理生活垃圾具有十分显著的减量化效果，可使城市生活垃圾体积减 少9 0 ，质量减少7 0 8 0 ，但是仍然会产生约占垃圾质量2 0 3 0 的焚烧 灰渣和5 0 旷2 8 的沥滤液【l j 。在焚烧烟气达标排放的前提下，沥滤液和焚烧灰渣 构成生活垃圾焚烧厂的主要衍生污染物。 焚烧垃圾中的污染元素，如重金属和无机盐，堆置过程中会发生迁移，一 部分进入贮坑沥滤液中。对于沥滤液，国外多采用雾化喷入炉膛燃烧蒸发的方 法进行处理，但这是建立在其垃圾含水率低、低位热值远高于垃圾自持燃烧限 值前提下的1 2 1 。上海浦东生活垃圾焚烧发电厂和上海江桥生活垃圾焚烧厂建厂初 期，沥滤液外运到黎明填埋场进行合并处理，目前两厂均已开始建设沥滤液厂 内处理设施，其中上海浦东生活垃圾焚烧发电厂沥滤液处理系统已经开始试运 行。 我国将焚烧灰渣分为炉渣和飞灰 3 1 ，分别收集。焚烧炉渣是指从燃烧室底部， 主要是从炉排中排出的物质，包括炉排渣和炉排间掉落灰。炉渣的可浸出重金 属、水溶性盐分以及二恶英类有机污染物的含量很低 4 1 ，属于一般废物，其物理 化学和工程性质亦与轻质的天然骨料相似，具有较好的资源化利用潜力【5 】。 上海浦东生活垃圾焚烧发电厂和上海江桥生活垃圾焚烧厂飞灰是指在烟气 净化系统( a i rp o l l u t i o nc o n t r o ls y s t e m ，a p c ) 中收集而得的残余物，约占焚烧垃 圾量的2 q ，包括烟气中的悬浮颗粒物、烟道气的冷凝产物、注入的吸附剂 ( 活性炭) 、反应塔中的反应产物以及过量的反应物( k i 灰) 【6 】。 飞灰中可浸出重金属【7 8 1 、有害有机物 9 a 0 1 ( 二恶英、呋喃等) 和水溶性盐分 洲的含量较高，对环境的危害较大，属于危险废物。 国外与飞灰相关的管理法规也大多依托于各种固体废物管理体系。一般是 通过一定的标准测试，对其类别进行鉴定，依据其类别划分将其纳入某种固体 废物的管理体系，或按危险废物处理，或按一般废物处理处置或资源化利用【1 2 1 。 第1 章研究背景 我国生活垃圾焚烧污染控制标准( g b1 8 4 8 5 2 0 0 1 ) 【1 3 】明确规定飞灰按 危险废物处理，其浸出毒性还可依据危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别( g b 5 0 8 5 3 1 9 9 6 ) 1 1 4 进行判别，浸出方法采用固体废物浸出毒性浸出方法( g b 5 0 8 6 1 5 0 8 6 2 1 9 9 7 ) i l s , 1 6 1 。 随着城市生活垃圾焚烧处理量的日益增大，如何对垃圾焚烧过程中所产生 的飞灰进行适宜的处理处置已成为迫切需要解决的问题。 由于烟气净化系统飞灰中含有从烟气中截流的重金属、二恶英等有毒有害 物质，极少能够被资源化利用i l7 1 ，国外绝大多数直接运往危险废物填埋场填埋 或经过稳定化处理，达到常规填埋场进场要求后运往常规填埋场填埋【1 8 , 1 9 。 在我国，危险废物污染防治技术政策( 环发 2 0 0 1 1 9 9 号) 中规定，生活 垃圾焚烧飞灰必须单独收集，不得与生活垃圾、焚烧残渣等其它废物混合，也 不得与其它危险废物混合；不得在产生地长期贮存，不得进行简易处置，不得 排放，必须在产生地进行必要的固化和稳定化处理之后方可运输，运输需使用 专用运输工具( 须密闭) ；须进行安全填埋处置。但根据2 0 0 5 年1 1 月国家环境 保护总局危险废物鉴别标准( 征求意见稿) 提出，如果某种特定的危险废物 经处理后满足其专用污染控制标准，在该标准规定的条件下可以不按照危险废 物进行管理，这就为飞灰经稳定化无害化处理达到相关管理要求后，可不必进 入危险废物填埋场进行填埋提供了法律依据。 飞灰作为危险废物，需要对其从产生到处置的全过程进行管理，如通过优 化焚烧条件改善飞灰性质，利用稳定化固化处理技术去除其中的污染物或降低 污染物的迁移性，在收运和处置过程中采取措施抑制污染物的扩散，并建立起 完善的监测和应急体系，力求将其环境风险降至最低。 飞灰管理的关键性技术是其稳定化无害化处理。传统的水泥固化工艺增容 量大，削弱了焚烧对固体废物的减量化作用，因此，研究开发新的增容量小、 处理效果好、经济可行的飞灰稳定化处理方法，是目前国内外飞灰稳定化研究 的主流发展方向。飞灰的稳定化工艺选择应基于对其性质的深入了解，及对各 种稳定化方法的综合分析比较，以适应我国垃圾焚烧飞灰管理的需要。 在国家建设部2 0 0 3 年科学技术项目计划科技攻关项目“上海浦东生活垃 圾焚烧厂灰渣特性分析与利用技术 和上海市科学技术委员会2 0 0 3 年度重点项 目“垃圾焚烧灰渣的资源化再生循环利用成套技术与工程示范 资助下，本论 文对城市生活垃圾焚烧飞灰性质及其重金属稳定化技术进行了研究。 第2 章文献综述 第2 章文献综述 2 1 飞灰性质研究概况 国外研究者已对生活垃圾焚烧飞灰的性质进行了长期研究，积累了大量的 污染特性监测数据，对生活垃圾焚烧飞灰的主要特征进行了多角度的论述，为 飞灰的处理处置提供了依据，也为我国垃圾焚烧飞灰性质研究和处理处置提示 了方向。 2 1 1飞灰的工程和化学特性 生活垃圾焚烧厂产生的烟气净化系统飞灰( 简称飞灰) 的工程性质和化学 性质，随垃圾组成、焚烧条件和焚烧厂烟气净化系统的类型和操作条件不同而 不同。飞灰通常是含水率较低的细小颗粒，颜色从白色到灰色和黑色不等，依 其组成而定，颗粒细小，持水量较高，易冻胀且难于压实。干法和半干法除尘 工艺捕集的飞灰具有很强的吸湿性，会逐渐从大气中吸收水分，其平衡含水率 受到贮存环境空气湿度的影响 7 1 。 飞灰富含重金属等污染物【2 们，其中重金属主要来自所焚烧的生活垃圾。这 些重金属多以单质和氯化物等可溶态存在【2 1 捌，可能会随着流经飞灰的液体发生 迁移，污染周围环境。 飞灰中的水溶性盐分一部分由垃圾带入，包括垃圾本身含有的盐分以及焚 烧过程中转化而成的盐分；另一部分是在烟气净化系统中产生的，包括烟气中 的酸性气体( h c i 、s o s 和n o x 等) 与碱性添加剂的反应产物，以及过量的添加 剂。飞灰中水溶性盐分主要包括钾、钠、钙等金属阳离子以及氢氧根、硫酸根、 氯离子等【l l 】。在稳定化处理时，飞灰中高含量的n a c l 不利于飞灰的固化处理。 在填埋场中，渗滤液中高浓度的钙离子会导致渗滤液收集和处理系统的结垢和 堵塞【2 3 l 。 此外，二恶英类化合物也是飞灰中的重要污染物。从1 9 7 7 年人们首次在城 市生活垃圾焚烧烟气中检测到二恶英类化合物后1 2 训，焚烧过程中的二恶英污染 问题逐渐受到重视，烟气排放控制标准日趋严格。随着烟气净化系统二恶英去 除效率的改善，只有很小一部分排放至大气( 小于焚烧厂二恶英总排放量的 第2 章文献综述 o 3 【1 0 1 ) ，烟气中绝大部分的二恶英被净化系统截留在飞灰中。 作为目前世界上已发现的毒性最强的化合物，飞灰中二恶英的性质及其污 染控制受到人们的广泛关注 2 5 , 2 6 】。广义上二恶英包括多氯代二苯并呋喃 ( p c d f s ) 、多氯代二苯并- 对- 二恶英( p c d d s ) 和多氯联苯( p c b s ) 。其中，p c d f s 有1 3 5 种异构体，p c d d s 有7 5 种异构体，p c b s 有2 0 9 种异构体。二恶英类化 合物毒性随氯原子的位置和数目的不同而存在差异，含有个氯原子的二恶 英无明显毒性；含有4 8 个氯原子并且在2 ，3 ，7 ，8 位置上有氯原子取代的二恶英 才具有毒性，共有1 7 种，其中以2 ，3 ，7 ，8 t c d d 和1 ，2 ，3 ，7 ，8 p e c d d 毒性最强。 飞灰中二恶英毒性不仅与二恶英类化合物的含量有关，还与其的毒性当量有关。 飞灰中的二恶英类物质，主要是在垃圾焚烧和烟气净化过程中产生【2 7 1 。在 现代化的垃圾焚烧发电厂中，可通过设置先进、完善和可靠的成套自动控制系 统，确保垃圾焚烧和烟气净化工艺得以良好运行，使二恶英类物质的生成得到 有效控制【2 8 】。二恶英类物质具有水溶性低、脂溶性高的特点，其传播主要是通 过在生物体内聚积后经过食物链被摄入人体【2 9 】，因此在只有雨水流过的飞灰单 独填埋场中，二恶英的迁移性较低。目前的研究主要集中于二恶英的形成机理 和控制措施 3 0 , 3 1 】，在我国生活垃圾焚烧发电厂实际运行过程中，尚缺乏飞灰中二 恶英污染状况的长期监测数据。 2 1 2飞灰浸出性质 在飞灰的贮存、运输和处理处置过程中，雨水、地表水、地下水或海水等 液体的入渗，都会使飞灰中的污染物( 特别是重金属) 随着液体的渗出发生迁 移，对周围环境造成危害。根据我国危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别【h 】和 危险废物填埋污染控制标准【3 2 l ，飞灰的重金属浸出毒性超标( p b 、h g 超过国家 危险废物鉴别标准限值) ，属于危险废物【3 3 1 。对飞灰中重金属迁移规律的研究是 控制其环境影响的基础。根据多孔性物质中可溶性物质的释放受浓度梯度影响 和溶液中参与平衡的化学平衡以及沉淀溶解反应1 3 4 , 3 5 】，对于给定的化学元素， 发展了m i n t e q a 2 3 6 1 、a n s 和g l e a m s 等模型进行理论分析 3 7 , 3 8 ，这一研究 通常通过浸出实验进行。 浸出实验是通过模拟特定的环境条件，使固体废物与浸取剂接触，评价废 物潜在毒性的一种实验方法【3 9 j 。 国内外相关重金属浸出测试方法有： 第2 章文献综述 令危险废物浸出毒性浸出方法标准翻转法浸出程序( g b 5 0 8 6 1 1 9 9 7 ) 危险废物浸出毒性浸出方法标准水平振荡法浸出程序 ( g b 5 0 8 6 2 19 9 7 ) 毒性提取程i 葶e p ( e x t r a c t i o np r o c e d u r e ) ( u s e p a 方法1 3 1 0 ) 毒性浸出程序_ t c l p ( t o x i c i t yc h a r a c t e r i s t i cl e a c h i n gp r o c e d u r e ) ( u s e p a 方法1 3 1 1 ) ： 令加利福尼亚废物提取实验0 a lw e t ( e a l i f o m i aw a s t ee x t r a c t i o nt e s t ) ( u s e p a 方法6 0 2 0 ) 、人工合成雨水浸出程序s p l p ( s y n t h e t i cp r e c i p i t a t i o nl e a c h i n g p r o c e d u r e ) ( u s e p a 方法1 31 2 ) 有效浸出测试一a l t ( t h e a v a i l a b i l i t yl e a c ht e s t ) ( n e n7 3 4 1 ) p h s t a t 浸出实验 浸出柱实验( c o l u m nt e s t ) ( n 】巳n7 3 4 3 ) 酸中和能力a n c ( a c i dn e u t r a l i z a t i o nc a p a c i t y ) 今蒸馏水浸出测试( d i s t i l l e dw a t e rl e a c ht e s t ) 多级提取程序m e p ( m u l t i p l ee x t r a c t i o np a c k a g e ) ( u s e p a 方法 1 3 2 0 ) 浸出影响因素包括【4 0 4 1 j ：固相物质的性质、浸取剂的性质、固液接触方式、 接触时间和液固比等；另外，试样的制备也会对浸出结果产生影响。 在浸出实验中，各种操作条件往往对应于某些特定的环境条件，选择相应 的浸出方法有助于了解污染物在特定情况下的迁移行为。浸出实验中常用的浸 取剂有3 种：蒸馏水、有机酸和硫酸硝酸混合溶液。在单独陆地填埋处置的情 况下，下渗的雨水成分与纯水相似，故常以蒸馏水模拟；而对于混有大量有机 物质的填埋处理情况下，渗滤液中含有大量的有机酸( 有机物降解的必然产物， 多为乙酸) ，故常以有机酸模拟；至于硫酸硝酸混合溶液，则是用于模拟堆存时 受到酸雨侵蚀的情况。 国内常用的固体废物浸出实验方法为危险废物水平振荡浸出程序 ( g b 5 0 8 6 2 1 9 9 7 ) ；而国际上对于焚烧厂飞灰中重金属的浸出测试则多采用毒性 浸出程序( t c l p ) 。其它方法则各有偏重，如：酸中和能力实验是用来确定废物 的( 酸