生活垃圾焚烧飞灰理化特性与污染毒性研究

生活垃圾焚烧飞灰理化特性与污染毒性研究

王红英

天津壹鸣环境科技股份有限公司 天津市 300392

摘要：本文对生活垃圾焚烧飞灰的理化特性和污染毒性进行了深入研究。通过对焚烧飞灰的化学成分、物理特性、重金属含量及其浸出毒性等方面的分析，探讨了飞灰对环境的潜在危害。同时，本文还介绍了当前主要的飞灰处理技术，并对其优缺点进行了评估。研究结果可为飞灰的无害化处理和资源化利用提供理论依据和技术支持。

关键词：生活垃圾焚烧飞灰；理化特性；污染毒性：处理技术

1引言

生活垃圾焚烧飞灰是市政生活垃圾焚烧过程中产生的固体颗粒物，这些颗粒物主要由烟气净化系统捕集和烟道及烟囱底部沉降的底灰组成。焚烧飞灰含水率很低，呈浅灰色粉末状，颗粒大小不均、结构复杂、性质多变，多以无定型态和多晶聚合体结构形式存在。飞灰中不仅含有CaO、SiO2、Al2O3等无机成分，还富集了Hg、Pb、Cd、Cu、Cr及Zn等重金属，以及具有很强危害性的二噁英和呋喃等有机污染物。这些污染物质可以通过污染水体、土壤，进而危害到动植物以及人体的健康。因此，对焚烧飞灰的理化特性和污染毒性进行深入研究，对于实现飞灰的无害化处理和资源化利用具有重要意义。

2生活垃圾焚烧飞灰的理化特性

2.1物理特性

焚烧飞灰的颗粒多呈棒状和角质状，比表面积和孔隙率都比较大，通常飞灰颗粒粒径小于100μm，且其表面粗糙。飞灰的化学成分主要包括Cl、Ca、K、Na、Si、Al、O等元素，主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。飞灰的含水量很低，一般在1%～5%之间，这使得飞灰易于处理和运输。

2.2化学特性

焚烧飞灰的化学成分复杂，不仅含有无机元素，还富集了多种重金属和有机污染物。重金属主要以气溶胶小颗粒和富集于飞灰颗粒表面的形式存在，而二噁英和呋喃等有机污染物则主要存在于飞灰的孔隙和表面。飞灰中的重金属和二噁英类物质具有较高的浸出毒性，易于通过水体和土壤污染环境和生物体。

3生活垃圾焚烧飞灰的污染毒性

3.1重金属污染

焚烧飞灰作为生活垃圾焚烧过程中的副产物，其重金属含量极高且浸出毒性显著，已成为环境领域的一大关注点。Pb（铅）、Cd（镉）、Cu（铜）、Cr（铬）及Zn（锌）等重金属元素在飞灰中大量富集，这些元素具有极高的生物可利用性和迁移性。一旦飞灰中的重金属被水浸出，将迅速渗透进入水体和土壤环境，进而通过食物链和生物积累效应，对生态环境和人体健康构成严重威胁。Pb和Cd等重金属具有显著的神经毒性和致癌性，长期暴露于这些重金属的环境中，人类和动物可能会出现脑病变、贫血等健康问题，甚至面临更高的致癌风险。此外，Cr和Cu等重金属虽然毒性相对较低，但在环境中的累积和迁移同样会对生物体造成不同程度的危害，影响生物的正常生长和繁殖。因此，对于焚烧飞灰中的重金属污染问题，必须采取科学有效的处理措施，以减少其对环境和人体的潜在危害。这包括但不限于固化/稳定化处理、高温熔融处理以及水泥窑协同处置等先进技术，以确保飞灰的安全处理和资源化利用。

3.2有机污染物污染

焚烧飞灰中不仅重金属含量令人担忧，其含有的二噁英和呋喃等有机污染物同样具有极高的毒性，对环境和人体健康构成严重威胁。这些物质已被世界卫生组织明确列为乙级致癌物质，其危害程度不容忽视。二噁英，作为一种无色无味的酯类型物质，具有极高的熔点和难溶于水的特性。然而，正是由于其难以降解和易于在生物体内积累的特性，使得二噁英成为了一种长期存在于环境中的潜在危害。长期接触二噁英，人体可能会遭受严重的健康损害，包括但不限于免疫系统受损、生殖系统异常以及癌症风险增加等。与此同时，呋喃同样具有神经毒性和致癌性，对人体健康构成直接威胁。呋喃的毒性作用主要体现在对神经系统的损害上，长期暴露可能导致神经系统功能紊乱，甚至引发神经性疾病。此外，呋喃的致癌性也使得其成为了一个不容忽视的环境污染物。因此，对于焚烧飞灰中的二噁英和呋喃等有机污染物，必须采取严格的处理措施，以确保其不会对人体健康和环境造成进一步危害。

4生活垃圾焚烧飞灰的处理技术

4.1固化/稳定化处理

固化/稳定化处理是焚烧飞灰处理的主要方法之一。该方法通过物理或化学反应，将飞灰中的重金属、二噁英类、氯盐等一种或几种物质进行一定程度的去除或抑制其可浸出性，使处理后的飞灰满足后续利用或处置要求。常用的固化/稳定化处理方法包括水泥固化、石灰固化、化学药剂稳定化等。水泥固化是将飞灰与水泥混合，通过水合反应形成大量的硅酸钙水合物，将重金属和其他有毒物质转化为氯氧化物或络合物，并封闭在硅酸钙水合物胶体内，逐渐硬化形成固化体。水泥固化体的稳定性可降低飞灰的浸出毒性，但处理后的固化体体积较大，增加了处理和处置成本。石灰固化则是利用石灰与飞灰中的酸性物质反应，生成难溶性的金属氢氧化物沉淀，从而降低飞灰的浸出毒性。石灰固化方法简单易行，但固化体的强度较低，易受到外界环境的侵蚀。化学药剂稳定化则是利用化学药剂与飞灰中的有毒有害物发生反应，将其转化为低溶解度、低流动性和低毒性的物质。化学稳定技术的显著优点是可以在无害情况下尽可能少甚至不增加体积。常用的化学药剂包括无机药剂和有机药剂，如石膏、漂白粉、磷酸盐、铁氧体、硅酸盐、硫化物（硫代硫酸钠、硫化钠）等无机药剂，以及螯合剂等有机药剂。

4.2高温熔融处理

高温熔融处理是将焚烧飞灰在高温下熔融，使飞灰中的重金属和二噁英类物质得到分解和固化，形成致密玻璃体产物。高温熔融处理方法包括烧结法和熔融法两种。烧结法需要在1000～1100℃的温度下将飞灰中的气孔从晶体中排除，形成致密坚硬的烧结体；熔融法则需要在1400℃的高温下将飞灰完全熔融，再经过水淬等急冷处理，形成致密玻璃体产物。高温熔融处理技术能够有效地处理飞灰中的重金属和二噁英类物质，但能源消耗较大，处理成本较高。

4.3水泥窑协同处置

水泥窑协同处置技术作为一种创新的生活垃圾焚烧飞灰处理方法，凭借其高温环境优势，在飞灰无害化与资源化利用方面展现出巨大潜力。该技术通过水泥窑的高温条件，有效分解和固化飞灰中的重金属和二噁英类物质，降低了这些有害物质的生物可利用性和环境迁移性。水泥窑协同处置不仅操作简单，而且处理效率高，能够大规模处理飞灰，满足日益增长的环保需求。同时，该技术还实现了飞灰的资源化利用，将其转化为水泥生产的原料之一，有助于节约资源和减少废弃物排放。然而，水泥窑协同处置技术也面临一些挑战。飞灰中氯化物等可溶性盐的大量富集可能导致水泥窑腐蚀、堵塞以及重金属挥发等问题，影响水泥质量和飞灰处理效果。因此，在应用该技术时，需要采取一系列措施来减少飞灰中可溶性盐的含量，如预处理飞灰以降低其氯含量，或优化水泥窑操作参数以减少腐蚀和堵塞风险。

5结语

本文通过对生活垃圾焚烧飞灰的理化特性和污染毒性的深入研究，揭示了飞灰对环境的潜在危害。同时，本文还介绍了当前主要的飞灰处理技术，并对其优缺点进行了评估。研究结果表明，焚烧飞灰具有复杂的理化特性和较高的污染毒性，对环境和人体健康构成威胁。因此，必须采取有效的处理技术对飞灰进行无害化处理和资源化利用。未来，随着环保意识的提高和技术的不断进步，生活垃圾焚烧飞灰的处理技术将得到进一步发展。一方面，需要继续研究和完善现有的固化/稳定化、高温熔融、水泥窑协同处置等技术，提高其处理效率和降低成本；另一方面，需要积极探索新的飞灰处理技术，如生物处理、湿法化学处理等，以实现飞灰的无害化和资源化利用。同时，还需要加强飞灰处理技术的标准化和规范化管理，确保飞灰处理过程的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]袁玲, 施惠生, 岳鹏. 垃圾焚烧飞灰胶凝活性初探[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2003, (12): 1444-1448.

[2]施惠生, 阚黎黎, 许碧莞. 垃圾焚烧飞灰早期胶凝活性激发研究[J]. 水泥技术, 2009, (1): 18-22.

[3]徐林智, 孙青, 张俭, 严俊, 吴坤, 潘方珍, 盛嘉伟. 垃圾焚烧飞灰无害化与资源化现状及发展趋势[J]. 环境保护前沿, 2017, 7(5): 414-422.