危险废物焚烧飞灰中重金属的稳定化处理研究

农丽霞

（广西科清环境服务有限公司，广西 北海 536000）

大力推进危险废物焚烧飞灰的资源化和无害化处理，可以降低重金属含量，改善区域生态环境[1-2]。目前普遍采用硫化物、磷酸盐和螯合剂等对危险废物焚烧飞灰进行固化处理[3-5]。本文结合危险废物焚烧飞灰中重金属的特性，分析焚烧飞灰中重金属的稳定化处理方法，以有效处理重金属，降低环境污染。

1 危险废物焚烧飞灰中重金属的特性

根据自身特性，危险废物高温燃烧后会产生30%～35%的固体残余物，其中25%～30%为底层渣，约5%为飞灰。危险废物焚烧飞灰中，重金属含量极低，尤其是易挥发性金属汞、铅、镉、锌的含量更低，对人体无害且易溶于水的金属镍、铬、铜的含量也较低[6-8]。但是，其中的重金属具有挥发性，在烟气、飞灰和底灰中迁移和转化。铅、镉、汞等重金属具有高毒性，它们可对动植物和环境造成严重危害。此类物质在飞灰中通常以离子或溶解态存在，具有一定的迁移性。它们可以通过水体、土壤或空气的运动而迁移，造成污染扩散。重金属在飞灰中的稳定性不同，某些重金属可能较稳定，而部分重金属可能比较容易释放或转化为其他形式。这取决于焚烧温度、氧化还原条件和其他化学反应。飞灰中的重金属具有一定的吸附性，可以吸附在固体颗粒表面，也可以与其他物质形成络合物[9-11]。除此之外，重金属在生物体内有一定的累积性。当动物摄入含有重金属的食物或水时，它会逐渐积累在体内，导致慢性中毒。

2 危险废物焚烧飞灰中重金属的稳定化处理方法

2.1 水泥固化法

水泥固化法主要是将粉煤灰和水泥按照一定配比搅拌均匀，并加入适量水进行养护，以达到预期养护效果。它是一种常见焚烧飞灰处理技术，具有费用低廉、操作简便等优点[12-13]。除了水泥、石灰、高炉渣等水硬性胶凝材料外，国内外还常使用磷酸盐、硫酸亚铁等固化剂，它们可以与重金属发生反应，生成稳定的、不溶于水的物质，起到加固作用。水泥是常用的固化剂。水泥浆的养护机制是利用其中的金属元素，通过吸附、沉淀、离子交换和钝化等作用，使其以羟基或配合物的形式存在于水泥土中，并在其表面生成具有一定碱性的物质，从而阻止重金属的渗透。

粉煤灰可用于制备胶凝材料，飞灰对胶凝材料的硅酸钙硬化起到延缓作用，粉煤灰用量增加，胶凝材料的硬化程度降低。医用废物燃烧飞灰不仅含有大量氯化物、硫化物和碱金属，还含有较多的硅、铝、铁等元素。水泥可用于医用废物燃烧飞灰固化。掺入0.5%时，混凝土的固化性能几乎没有受到任何影响；加入5%后，则延缓混凝土的硬化过程，其中砷的作用最为明显。在适当的粉煤灰配比下，采用水泥养护方式，硬化体可以获得较高的抗压强度，具有较小的金属渗透性。粉煤灰对水化过程有较大影响，其掺量通常控制在20%～30%，粉煤灰用量较大。

2.2 水洗预处理法

飞灰含有大量重金属、氯化物和碱性物质等副产物，这些会延缓水化进程，导致飞灰掺量大幅降低（小于20%）。可通过清洗飞灰来有效去除碱性物质、可溶性硫酸根和氯离子，并采用水泥固化来加快凝结硬化[14]，可将粉煤灰掺量增加至75%～90%，硬化体的最低强度为0.6～1.4 MPa，能够满足填埋需求。虽然飞灰的清洗工序增多，但水泥量减少，投资成本仅为原来工艺的50%～65%。飞灰中NaCl 含量很低，可以采用石灰高效固化飞灰，并将其用于道路铺设。生活废弃物含有较高的塑胶成分，导致燃烧灰渣含有较多的盐分，对混凝土和石灰的固化产生不利影响。

2.3 热处理法

热处理法是一种废物利用方法[15]，用于处理城市生活垃圾。根据加热源的不同，它可以分为燃料熔炉法和电加热法。1 200～1 400 ℃的高温下，飞灰中的有机质会发生热分解、燃烧和气化，无机物质则会熔化成微晶炉渣。高温条件下，二噁英等有机污染物会被高温裂解，易挥发的重金属盐类会转化为烟气和灰渣，部分重金属会转化为玻璃渣，从而显著影响重金属的溶出性能。熔化处理后，废物的比重大幅提高，灰渣体积减少超过2/3，同时飞灰中的重金属得到回收。热处理法可以将废物用作路基材料、混凝土骨料和沥青骨料等，实现资源高效利用。

由于组分的不同，熔渣的重金属含量存在差异。随着镉、铅、锌和铜含量的增加，其比例就会增加，而镍和铬的含量则随周围环境的改变而改变。熔点较高的金属镉和铅易熔化并进入飞灰中，而锌、铬、锰等重金属熔化后仍然存在于炉渣中。热处理后，飞灰中的重金属按照挥发温度进行再分配。具有高挥发点的金属铝、钙、锌、镍和锰被转移到炉渣中，而较容易挥发的金属镉和铅被转移到飞灰或熔炉尾气中。在熔化过程中，垃圾焚烧飞灰适量添加CaO，可以达到玻璃化状态。添加CaO 可以有效地控制飞灰中的挥发性金属，使其固定在炉渣中，从而降低尾气治理成本[16]。虽然熔渣的镉、锌、铅和铜含量不受熔体氛围影响，但随着飞灰中碱金属的增加，熔渣中这些元素的含量也会增加。熔渣中镍和铬的含量受反应气氛的影响较大，与碱金属含量关系较小。

2.4 化学药剂法

化学药剂法可以用于飞灰中重金属的稳定化处理，它可以分为两类，即有机物法和无机物法。其中，有机物法利用具有螯合基团的大分子与飞灰中的重金属发生作用，生成不溶于水的大分子配合物，以钝化飞灰中的重金属。飞灰与固化剂混合，形成固体。常用的固化剂包括水泥、石灰和硅酸盐等，它们能够与重金属发生化学反应，形成稳定的化合物。固化后，飞灰可以用于制造建筑材料。二硫化碳与多胺、聚乙烯亚胺等络合剂可以用于制备新型络合剂。利用重金属络合剂对飞灰进行处理，可以在不增加容量的情况下实现较好的治理效果，并且可以减少络合剂的使用量，实现飞灰的稳定处置，无须扩容或只需少量扩容。Ca(OH)2及聚胺可用于垃圾焚烧飞灰固化。添加有机助剂后，短期（14 d）内垃圾焚烧飞灰的抗压强度比无添加时明显提高。有机助剂还能吸附大气中的CO2，促进Ca(OH)2的炭化。无机助剂与粉煤灰中的硅、铝、钙等反应，形成具有较高结合强度的羟基磷石膏，将重金属引入其中，极大地降低粉煤灰的渗透性。

2.5 烧结处理法

与传统的稳定化处理工艺相比，烧结处理法能耗更少，产物粒径更小，硬度更高，重金属渗透率更低。烧结产物可用作建筑材料，绿色环保。粉煤灰中碱或氯含量较高，水洗后进行高温烧结。水洗后，飞灰中的硅、铝含量较高，可显著提高制品的性能。此外，洗涤后飞灰的重金属含量较高，在高温条件下，随着温度的升高，重金属的挥发更为显著。一般情况下，飞灰高温烧结后，其抗压强度随着飞灰粒径的减小而增加，但在800 ℃以上有所降低。低温条件下，Cr 以难溶性Cr2O3为主，高温条件下转变为易溶态K2CrO4。粉体高温处理后，其烧结产物具有一定的硬度和渗透性能，适用于制备水泥基材料。

3 结语

危险废物焚烧飞灰含有铅、镉、汞等重金属，如果不经过处理直接排放到环境中，会对土壤、水和空气造成严重的污染。焚烧飞灰需要进行稳定化处理，以保护区域生态环境。稳定化处理方法有水泥固化法、水洗预处理法、热处理法、化学药剂法和烧结处理法。稳定化处理可以将飞灰中的重金属转化为难溶的稳定形式，减少其毒性和迁移性，从而降低环境污染。