焚烧灰渣的处理方法

焚烧灰渣包括垃圾焚烧炉的炉排、密相区排出炉渣以及烟气除尘器等中收集下来的飞灰，主要是不可燃的无机物以及部分未燃尽的可燃有机物。焚烧灰渣是城市垃圾焚烧过程中一种必然的副产物。根据垃圾成分的不同，灰渣的数量一般为垃圾焚烧前总重量的5%～20%。灰渣特别是飞灰中由于含有一定量的有害物质，尤其是重金属，若未经处理直接排放，将会污染土壤和地下水源，对环境造成危害。另一方面，由于灰渣中含有一定数量的铁、铜、锌、铬等金属物质，有些具有回收利用价值，故又可作为一种资源予以利用。焚烧灰渣的处理是城市垃圾焚烧工艺的一个必不可少的组成部分。

焚烧灰渣可分为两部分：一部分是飞灰，是由除尘器等捕集下来的烟气中的颗粒物；另一部分是炉渣，是从炉排或者密相区排出的焚烧炉渣。

为了更好地处理和利用焚烧灰渣（包括飞灰和炉渣），有必要先了解一下它们的特性。

1.灰渣的物理化学特性

南洋理工大学环境工程实验室对垃圾焚烧炉的飞灰和水冷熔渣的物理化学性质进行了分析测定，此处的水冷熔渣是指经水冷却后炉渣中通过5mm筛的细粒部分。水冷熔渣的形状通常是不规则的、带棱角的蜂窝状颗粒，表面多为玻璃质，而飞灰主要是细小球形颗粒。水冷熔渣和飞灰的尺寸分布分别如图4-31和图4-32所示。由图可知，水冷熔渣的颗粒尺寸是由0.074mm到5mm，其中71%是砂子大小（0.074～2mm）的颗粒，27%是砾石大小（＞2mm）的颗粒，2%是煤粉大小（0.002～0.074mm）的颗粒。

图4-31　水冷熔渣的颗粒分布图［14］

表4-19为飞灰和水冷熔渣的物理和化学性质，同时列出了砂子的典型值以供比较。由表4-19可知，飞灰和水冷熔渣的当量粒径分别为0.01mm和0.2mm，它们的均匀系数分别是4.76和3.88，级配系数分别是1.44和1.68，表明这两种物质很难被分级。飞灰和水冷熔渣的热灼减率分别为15%和2.7%，表明水冷熔渣的有机成分很低，这主要是因为在水洗过程中粘附在炉渣颗粒上的未燃物质被洗掉的缘故，而垃圾焚烧过程中有大量细小的有机物质未被燃尽，这些细小颗粒在烟气中为除尘器捕集下来，所以飞灰中的有机成分相对较高。另外，飞灰和水冷熔渣都呈碱性，pH值分别是11.4和10.8。

图4-32　飞灰的颗粒分布图［14］

表4-19　飞灰和水冷熔渣的性质［14］

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表4-20为飞灰和水冷熔渣的化学组成，从表4-20可以看出飞灰中2/3以上的化学物质是硅酸盐和钙，其它的化学物质主要是铝、铁和钾。水冷熔渣中2/3以上的化学物质是硅酸盐和铁，其它的化学成分主要是铝和钙，锌、铅、镍、铬和镉这些重金属在飞灰和水冷熔渣中都只以微量形式存在。

表4-20　飞灰和水冷熔渣的化学组成［14］

Amalendu Bagchi等人还对美国威斯康辛州Sheboygan垃圾焚烧炉的炉渣和飞灰进行了浸出毒性试验，结果如表4-21所示。试验表明，在垃圾焚烧炉灰渣的浸出液中含有高浓度的铝、硼、镉、氯化物、铅和硫化物。另外，在威斯康辛州W aukesha市和美国另外一些州的垃圾焚烧炉也得到同样的结果。灰渣中由于存在大量的铅和镉等重金属而成为有害物质，若处理不当，将会对环境造成很大危害。在我国，飞灰为法定危险废物，必须妥善处置。

表4-21　Sheboygan市焚烧炉飞灰和炉渣浸出试验结果［14］

2.焚烧灰渣的土木工程特性

焚烧灰渣回收利用的一个重要途径是做建材，因而有必要了解其土木工程特性。为了研究焚烧灰渣在土木工程方面应用的可能性，南洋理工大学环境工程实验室对飞灰和水冷熔渣的土木工程特性进行了试验。试验按照英国标准委员会制定的“BS1377”（1975）方法进行，用烘箱把飞灰和水冷熔渣烘干后测定了它们的密度、渗透度和强度，结果见表4-22。表4-22中也列出砂子的各个典型值以供比较。从表4-22中数据可以看出，水冷熔渣和飞灰密度的最大值和最小值比砂子都低，水冷熔渣密度最大值为1.54g/cm3，为砂子密度最大值的81%，这可能是由于焚烧过程中形成的颗粒表面为玻璃质、蜂窝状的特性造成的。飞灰的最大密度是1.09g/cm3，仅占砂子最大密度的57%，这可能是由于飞灰是一些相对且大小均匀的空心球形颗粒造成的。

表4-22　飞灰和水冷熔渣的性质［14］

水冷熔渣排水比较通畅，与砂子具有相同数量级的渗透率。松散堆置时（干密度为1.17g/cm3）渗透率为8.8×10－4m/s，被压实后（干密度为1.54g/cm3）渗透率为3.3×10－5m/s。虽然飞灰的渗透率比水冷熔渣要小一些，松散堆置时（密度为0.81g/cm3）渗透率为3.0×10－4m/s，被压实后（密度为1.09g/cm3）渗透率为1.4×10－5m/s，但对同样大小的飞灰和水冷熔渣来说水流却更易通过飞灰，这可能是由于飞灰颗粒大小均匀且为球形的缘故。可知水冷熔渣的摩擦角高达46.5，主要是其不规则形状和粗糙表面造成的。飞灰的摩擦角为36.5°，视凝聚力为43k Pa，表明飞灰由于颗粒间连锁作用形成的内摩擦力而达到最大抗剪切强度。