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垃圾焚烧飞灰的湿法预处理技术研究现状

更新时间:2009-03-28

前言

随着城市化和人民生活水平的日益提高,城市生活垃圾产量出现了持续的增长,并出现了垃圾组分的多元化趋势。传统的垃圾填埋占用大量的土地面积,并会导致地下水与大气等一系列的污染问题,堆肥处理则存在处理周期长、堆肥产物中重金属含量高的问题[1-2]。垃圾通过焚烧处理能够最大限度地实现垃圾无害化、稳定化、减量化和资源化的总体目标。我国在城市垃圾焚烧处理技术的研究及应用领域起步相对较晚,主要以卫生填埋、堆肥及原始的露天堆存方法为主,与其它处理方式相比,生活垃圾通过焚烧处理有显著的优势,但却不可避免的产生一系列的问题,由于垃圾成分的复杂性导致垃圾焚烧飞灰成分更为复杂,也具有更大的毒性,主要分为三个部分:重金属、二噁英及可溶性盐类。城市生活垃圾中混有废弃金属及电池等物质,导致焚烧产物飞灰中含有一定量的重金属。如果不加处理随意堆放,飞灰中的重金属很可能进入环境,污染土壤、危害水体,可经过土壤、水体等媒介进入生物链。关键是重金属不能被微生物分解且能在生物体内富集,并有可能形成一些毒性更强的化合物,最终对人类产生危害。因此,世界各国普遍将其列为危险废物,必须经过固化稳定化等方式处理[3-4]。面临诸多问题,生活垃圾焚烧飞灰合理的处理处置需求也日益明显。

1 飞灰的特性与危害

1.1 飞灰的理化特性

1.1.1 飞灰的物理特性

垃圾焚烧后会产生一定量的垃圾焚烧灰渣,飞灰是指在烟气净化系统收集而得的细颗粒物质,包括用化学药剂处理烟气时产生的飞灰,在灰渣中约占10%~20%。飞灰一般呈灰白色或深灰色,粒径小于300μm,大部分为1.0μm~30μm,含水率10%~23%,因其细颗粒较多,使之持水量高,易冻胀又难压实,飞灰热酌减率为34%~51%,颗粒形态多呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不规则形状[5]

1.1.2飞灰的化学特性

从元素组成来看Si、Ca、Al是飞灰的主要成分。此外,还含有少量的K、Na、Cl/Fe、Ti、Mg及微量元素Pb、Cr、Cd、Zn、Hg、Cu、Ni、As等。从化学组成上看,飞灰特别是烟气用中和剂消石灰处理的飞灰中主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3[6],这些成分按酸碱特性可大致分为酸性物质、碱性物质以及金属氯化物等盐类物质。从矿物组成上看,飞灰的矿物相组分为钙和硅的化合物以及碱/碱土金属的氯化物,也含有部分重金属的结晶相[7]。此外由于原料和焚烧方式不同,飞灰的成分也有较大差异。

1.2 飞灰的环境危害

生活垃圾焚烧飞灰主要因其重金属浸出毒性较大而被归为危险废物。生活垃圾焚烧飞灰中含有的Pb、Zn、Cd、Hg和Cr,比土壤中高出100多倍,是飞灰重金属污染的主要元素。在酸性或含盐量较高的环境中,浸出量会显著增加并造成污染。

(2)法制建设不健全,法制观念淡薄。尽管我国针对建筑市场的不正之风制定了一系列法律法规,但对一些违法行为缺乏相应的处罚条款,各方主体法制观念淡薄,一些单位和个人仍然知法犯法,有些人根本不学法、不守法,我行我素,胆子很大,没有丝毫规矩和约束,心存侥幸心理,以身试法。

飞灰中的溶解盐主要为Ca、Na、K的氯化物,质量分数高达20%以上,若处置不当可能造成地下水和附近水体的污染。而且氯化物的大量存在还会增加其它污染物的溶解性,如Zn和Pb在高离子强度和高氯化物含量下,溶解性会增加[8]

二噁英和呋喃类有机剧毒污染物也在飞灰载体中富集存在,二噁英具有不可逆的致畸、致癌、致突变毒性。它主要通过污染土壤、空气,进而进入植物,动物体内。二噁英具有极强的生物富集能力,最终在人体内可以达到较高的含量。因此灰中二噁英必须进行安全处置,一旦处理不当将严重威胁人类的健康。

2 飞灰的湿法预处理

2.1 湿法预处理的原理与分类

湿法处理具有成本低廉、处置后资源化利用效果好特点,是一种有效的飞灰稳定化技术,已受到愈来愈多的关注。目前关于湿法预处理的工艺有很多,按性质,大致可分为化学法、物理法和生物法3种。

目前国内外研究的湿法预处理中化学法占绝大部分。在湿法预处理研究中,常用处理工艺有水洗-酸浸预处理、磷酸盐预处理、亚铁盐预处理、硫化物预处理、螯合剂预处理等。

湿法预处理是实现垃圾焚烧飞灰无害化和资源化利用的一项有效处理技术,焚烧飞灰经过湿法预处理后,飞灰中的重金属通过浸出、沉淀、吸收等作用或被去除,或被稳定,大大降低了重金属的浸出特性;氯盐等其他有资源化有害成分也通过水洗药剂处理被溶出。

化学法是湿法预处理方法中研究报道最多的方法,根据所用药剂可分为中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、氧化还原法等。其主要原理是通过水洗浸出,利用化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。常用的如磷酸盐处理方法基于不溶性金属磷酸盐的生成。亚铁盐处理法主要机理是利用Fe2O3晶体的生成将重金属稳定在晶格之内,采用硫化钠、硫代硫酸钠和硫脲等处理生活垃圾焚烧厂的飞灰时,主要是利用他们与重金属生成硫化物,从而稳定飞灰中重金属。湿法预处理可以去除飞灰中的可溶盐、重金属等,进而提高产物的稳定性,减少最终处置产物对环境的影响。

2.1.2 物理法

2.1.3 生物法

常用物理法包括萃取法、吸附法、离子交换法和反渗透法。萃取法利用萃取剂和飞灰中的重金属发生络合反应将其从水相被萃取到有机相,然后在碱性条件下被反萃到水相。萃取法有较好的处置效果,但溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大,使这种方法有一定的局限性。吸附法是应用多孔材料吸附作用,传统吸附剂是活性碳和磺化煤等。近年来人们逐渐开发出更具吸附能力的材料,如凹凸棒石、硅藻土、矿渣和树脂等。离子交换是靠交换剂本身自由移动的离子与飞灰中的离子通过离子交换来实现的。推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力,离子交换法可多次吸附交换,再生循环,而且去除率并不降低。反渗透法是一种膜分离技术,依靠的是一种半透膜,这种半透膜能使溶剂通过,选择性的让溶质通过。利用反渗透法处置飞灰具有较好的效果且可循环利用。

目前湿法预处理多采用添加一定量的药剂来改善预处理的效果,采用不同的药剂的处理效果往往各有侧重点。大量研究表明亚铁盐对氯盐有着得很好的促溶作用,磷酸盐对重金属的高温挥发稳定效果突出,而螯合剂的添加除了解毒作用还能使飞灰活性得到提高。罗智宇等[10]在研究中发现,亚铁盐是很好的促溶剂,加入量20g/kg,L/S=3时,1h内氯的溶出比例高达93.73%,比不加时去除率增加近10%,并且有利于废水中重金属的稳定和去除。仉博等[12]的研究表明磷酸盐水洗预处理不仅对飞灰中重金属在常温下具有稳定作用还能抑制重金属的高温挥发作用,高温下预处理后飞灰中重金属Cd,Pb,Zn的挥发率分别由未处理参比样的97.2%,94.3%和79.3%降低至10.2%,23.5%和13.5%,均小于25%,可溶氯也低于1.00%,满足作为水泥原料予以资源化利用的要求。张后虎等[13]研究了ACS1、ACS2两种螯合型表面活性剂水洗预处理对垃圾焚烧飞灰改性活化和对重金属的稳定螯合效果,试验发现,螯合型表面活性剂除对飞灰中重金属具有较强的束缚能力外,还能对飞灰有较强的活化效果,其中ACS1改性飞灰时,活化指数可以高达96.49%。

韩语是韩国文化的一部分,韩国文化的传播与交流离不开韩语。韩语是韩国文化传播、交流以及发展的主要媒介,人们往往通过学习韩语来对韩国文化进行掌握与了解,从而认识韩国这个国家。

生物法主要是利用某些植物、菌类、藻类和微生物产酸、絮凝、吸附、分解等作用,实现飞灰中的有害物质的去除。生物法与物理法和化学法相比的一个重要优点是可以有效分解二噁英,而不需要借助高温。随着生物工程和遗传学的发展,生物法的发展前景非常广阔。

2.2 湿法预处理的研究现状

2.1.1 化学法

第一,教育费用的附加安排超出其使用范围,根据有关规定,教育费用附加适用范围是改善中小学办学条件和基本教育教学设施,资金的具体使用顺序是先房后设备。但是从发展实际情况来看,教育附加费用大多被应用到岗位津贴、采暖费和奖励费中。第二,教育费用附加计划编订不细致,随机性较大。教育附加费用的申报缺乏可行性论断,且费用的立项依据、项目时限、项目执行等内容存在打捆现象。

在湿法预处理垃圾焚烧飞灰时,不同的参数和外界条件对处理的效果影响差别很大。罗智宇等[10]研究了不同的参数和外界条件下垃圾焚烧飞灰水洗预处理过程去氯效果,研究表明液固比、过程水水质对飞灰中氯及氯盐溶出均有影响,在液固比(L/S)为3除去飞灰中85%以上的总氯具有较高的效率,提高液固比还可提高氯的去除量,使用纯水比河水的溶出效率高一倍。邹庐泉等[11]比较了10~80℃温度范围下及增加水洗次数对去除重金属和氯的效果的影响,研究发现,提高温度对水洗预处理的效果增加不明显。常温下,采用液固比L/S=8时,水洗次数2次,搅拌时间10min,沉淀时间10min后飞灰的重金属浸出即可低于美国环保局制定的毒性浸出程序标准。

为了解当代大学生古建筑文化认知现状, 2018年1月11日至1月15日,在太原理工大学在校大学生中做了一次问卷调查。本次调查回收问卷598份,有效回收率100%。其中男生412人,女生186人;共产党员36人,共青团员551人,民主党派1人,群众10人;本科生545人,研究生53人;学生生源华北地区398人,东北地区36人,华东地区39人,中南地区28人,西南地区34人,西北地区40人,华南地区32人,符合我校生源特征。

于昕等[9]研究了水洗-酸浸预处理对飞灰重金属的稳定化作用,结果表明:采用液固比L/S=20时,水洗过程可以浸出60%以上的Cl,47%以上的Na、K、Ca,18%以上的Pb,水洗后,重金属以残留态存在为主,其稳定性显著提高。

基于单一药剂预处理的局限性,药剂配伍稳定飞灰是目前湿法预处理工艺一个重要的研究方向,所谓的药剂配伍就是用2种或2种以上的化学药剂对飞灰进行稳定化。一般而言,采用药剂配伍对飞灰进行预处理往往较使用单一药剂具有更好的稳定化效果,且药剂的投加顺序与比例至关重要,这可能是由于不同的药剂之间,不同药剂与其它药剂与飞灰反应的产物之间相互作用的关系。刘元元等[14],提出了一种药剂配伍稳定化工艺,采用Na2S、EDTA二钠、NaH2PO4的进行配伍,比单独使用一种药剂效果要好,且当投加顺序为Na2S、EDTA二钠、NaH2PO4,比例为(Na2S∶EDTA二钠∶NaH2PO4为2∶1∶2)具有最佳的处置效果。

3 湿法预处理飞灰的资源化利用

1.3.4 统计学方法 数据用SPSS 16.0软件处理,计数资料采用频数(n)和率(%)表示,采用χ2检验,P<0.05为差异有统计学意义。

3.1 用作辅助性胶凝材料

蒋建国等[15]考察了水洗预处理对焚烧飞灰组成及其胶凝活性的影响,结果表明,经过水洗预处理,焚烧飞灰中经过预处理后,焚烧飞灰中的氯盐、Na2O、K2O等几种盐类明显减少,游离氧化钙也通过水洗得到了有效去除,掺飞灰水泥固化块体积安定性也得到了改善,固化块的强度得到了一定提高,未处理飞灰在添加60%水泥养护28天后,其抗压强度仅为35MPa,而经水洗预处理的飞灰水泥固化快强度可达42.5MPa提高了约20%。重金属毒性得到显著降低,其中Pb浸出浓度比原灰所制的固化块降低了11%。

3.2 用作混凝土骨料

Aubert[16]将飞灰预处理后作为骨料在混凝土中加以应用,并将该处理方法命名Revasol方法。Aubert按3个步骤,先后对焚烧飞灰进行水洗去除可溶性盐、磷酸化稳定重金属和煅烧处理去除有机物。处理后的飞灰可被当作混凝土的骨料使用。研究表明,混凝土的强度并没有因为飞灰的加入而降低。重金属毒性显著降低,因此具有潜在的使用价值。Aubert还采用Na2CO3对飞灰进行了预处理。该方法更好地去除了飞灰中的金属铝以及硫酸盐,其中金属铝的存在被认为是水泥固化飞灰后产生膨胀的主要原因。结果表明,采用Na2CO3处理过的飞灰在与水泥混合时,比用Revasol方法处理过的飞灰水灰比要大,但是由于消除了膨胀,力学强度有了较大提高。

3.3 用作高温烧结制品

陈德珍等[17]在垃圾焚烧飞灰进行熔融玻璃化之前,先用磷酸盐或绿矾溶液对飞灰进行洗涤,研究这种化学稳定化预处理对飞灰玻璃固化效果的影响。结果表明当使用磷酸盐溶液或磷酸盐与绿矾(FeSO4·7H2O)溶液一起对飞灰进行预处理、并且磷酸盐用量达2g磷/kg干灰时,对飞灰的熔融玻璃化有良好的促进效果,经过预处理后的飞灰通过玻璃化过程可实现对所检测的Pb、Hg、As、Cd、Cr,5种重金属的全部稳定化,并且在熔融过程中烟尘的产生和重金属的挥发得到有效抑制。Casa等[18]指出,通过水洗、磨碎和烧结后可以制成陶瓷材料,这些材料有很好的物理特性和环保性,与熔融相比较能够减少能量的消耗。研究表明烧结过程(可以使烧结温度从1210℃降到1140℃)除了能够降低能量的消耗外,还可以得到密度大的、烧结完全的微观结构,其中的重金属也能够很好地固化下来,对环境影响小。

3.4其他方面

预处理飞灰还被用于其他土木工程材料,包括用作烧制水泥、沥青骨料、覆盖土、道路免烧砖等。此外预处理飞灰还被用于农业、工业等方向,如预处理飞灰研制农业肥料、污泥调理剂、工业吸附剂等方面的研究也有报导,并取得了令人满意的效果。

除了翻译观念的转换,还可以从他的文献中了解到:影响翻译翻译活动动的因素是多种多样的,但是我们应该承认“任何一种翻译活动,都受到一定的动机所驱动,都为着一定的目的去进行。”[3]这和“目的论”有一定的共同之处,它们普遍认为译文取决于翻译的目的,至于目的到底是什么,要根据翻译当时的社会历史文化背景,以及译者本身想要达到的目的去思考。

5结论与展望

随着焚烧技术的应用,越来越多的城市已建或正在建设生活垃圾焚烧厂,飞灰的处理已成为急需解决的问题。通过预处理的手段,使飞灰的无害化和资源化的共同实现,是飞灰处置的发展趋势。湿法预处理垃圾焚烧飞灰可以大大提高飞灰的安全性和资源化效率。但就目前而言,湿法预处理飞灰也有其缺陷:除了生物法外,其它湿法预处理方法对于二噁英等有机物污染物的去除效用甚微;垃圾飞灰成分复杂,具有多样和差异性,很难找到一种适合各种垃圾飞灰的湿法处理工艺,而且,湿法预处理后废水中污染物含量很高,且排放前还需要进一步处理。

公元前17世纪,Ahmes草纸书上记录着古埃及人使用符号将整体的一部分记作单位分数[12].Ahmes草纸书中涉及许多分配现实世界食物的问题,均属于从“部分事物”与“事物整体”视角描述分数的最早期应用[13].为了分辨、表述清楚“部分事物”与“事物整体”间的关系,也就成为了分数概念逐步形成的动力源泉.这种事物间的整体和部分的关系,被Park等[11]称为“fractional quantity”,可将其翻译为“分数量”.而“fractional quantity”这一概念在缺乏算术的古代,又自然而然地被区别于常见的整数.

基于湿法处理飞灰中的有机污染物,国外展开了大量研究,并取得了大量的研究成果。而我国对这方面的研究十分有限,还仅仅集中在重金属的解毒和可溶盐的去除方面,预处理后的有机污染物的去除仍依赖高温处理,且国内关于湿法预处理飞灰的研究缺乏系统性、整体性,重复性研究、验证性研究多,造成了浪费,也不利研究水平的提高。今后的研究有必要加强对基础性、理论性研究成果的突破。并建立湿法预处理垃圾焚烧飞灰资源化具体实施标准、规范等,为最终实现垃圾焚烧飞灰资源化零填埋的管理要求打下坚实的基础。

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马楠,周晓玲,蔺万峰,哈志宏,温丽萍
《江西化工》 2018年第02期
《江西化工》2018年第02期文献

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