冯国宝
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摘要:随着社会的不断发展与进步，生活垃圾的处置问题日趋严峻。垃圾焚烧发电，是当下较为常见也较为行之有效的生活垃圾处理方法。但由于工艺流程及技术限制等原因，垃圾焚烧发电常伴随着一些有害物质的生成。本文将从主要污染物之一----飞灰的构成成分、性质特点等方面入手，分析当前垃圾焚烧发电厂的飞灰处理工艺，结合目前生产实际，做出比较与优缺点的判断。
关键词: 垃圾焚烧；飞灰；二噁英；重金属
引言
随着我国进入改革开放新时期，可持续发展与环境保护成为了各级政府持续关注的焦点问题，对于生活垃圾的无害化与资源化处理就是其中一项重点工作。据研究显示，中国每年的垃圾增长量超过10%，就目前国情来看，处理基数与增长量如此巨大的垃圾的最好方式就是垃圾焚烧发电。如何解决焚烧过程中所产生的污染物，防止二次污染，是人们当前面对的又一大问题。
一、垃圾焚烧发电厂的主要污染物
1、飞灰
飞灰主要指在垃圾焚烧发电过程中，热回用系统（如节热器）与烟气净化系统（如除尘器）内收集的燃烧残余物。飞灰实际上是由一个个细小的颗粒组成，这些小颗粒吸水性强，吸附性强，聚合度高，吸收了烟气中绝大多数的有害物质，是垃圾焚烧发电厂诸多污染物中污染性最大的。
2、炉渣
严格意义上讲，炉渣并不算污染物，炉渣是沉聚在炉底不可燃烧物质的混合物。但是，1吨生活垃圾焚烧会产生其重量20%以上的炉渣，如果不妥善处置，仍然会对环境造成破环。
3、渗滤液
渗滤液主要是在垃圾储存过程中产生的液体，其成分复杂，酸性较高，是仅次于飞灰的第二大污染物。
4、有害气体
有害气体的释放主要包含三个过程，一是在产生渗滤液的同时，一些酸性气体同样会散发至大气当中；二是在焚烧过程中，氯化氢气体与硫化物也会排放到空气中；三是在垃圾的运输与装卸过程，含氮物质与含硫物质散发的恶臭一样会对环境造成污染。
二、飞灰的污染与危害
飞灰中的主要污染成份包含两种：二噁英和重金属。
1、二噁英
二噁英是二噁英类化合物的总称，无色无味，难溶于水，易溶于有机溶剂。飞灰中的二噁英的产生过程主要有两种：一是垃圾在焚烧过程中，含氯物质在低于800℃的环境下，未能充分燃烧，生成中间产物氯苯，而氯苯是合成二噁英的前体，通过氯苯进一步生成二噁英；二是含氯物质在重金属离子（如铜、钴）的催化作用下，直接生成二噁英。二噁英在大气中难以降解，生物吸入体内后会引起内分泌失调，甚至造成精神类疾病。
2、重金属
生活垃圾中的重金属主要来源于一些电子产品与蓄电池，主要包含锌、铅、汞、镍等。一些重金属沸点较高，在垃圾焚烧过程中容易保持均匀凝结状态，通过燃烧进一步生成了飞灰的内核。其余沸点较低重金属通过蒸发燃烧的形式，凝结在这些沸点较高的重金属表面，形成了飞灰的外部结构。虽然飞灰中重金属所表现出的毒性与其吸附积大小、颗粒大小、PH数值有直接关系，但其对于水源、土壤的破坏力，对地表及地下生态环境的污染度仍然极高。
3、飞灰的储运
由于飞灰中存在着二噁英与重金属两种污染物，所以飞灰的储存和运输需要严格按照危险固体废弃物相关管理要求进行。用于运输飞灰的车辆必须有防止泄露的措施，装卸人员需有相关资质，装卸过程中要严格按照相关规定执行必须的个人保护。飞灰的储存场所需要装有除尘器，现场放置应急处置卡，公司相关人员需要明确应急处置方案。
三、飞灰中二噁英的处理工艺
对于飞灰中二噁英的处理，垃圾焚烧发电厂应主要在燃烧反应工艺流程方面加以控制，减少合成原料、切断形成途径或破坏其反应条件都可以减少二噁英的产生。目前，各垃圾焚烧发电厂主要通过燃烧前、燃烧中、燃烧后三个阶段的技术手段，减少二噁英的产生。
1、燃烧前对燃料进行预处理
氯元素是合成二噁英的必需元素，因此在燃烧前将含氯元素较高的物质从燃料中分拣出来，如：橡胶制品、聚氯乙烯塑料制品等，通过其他手段降解处理而非焚烧，从源头上降低氯元素含量，减少二噁英的反应原料，降低二噁英生成量。
2、燃烧中控制反应温度，保持充分燃烧
二噁英虽然在焚烧反应中生成，但是却在超过800℃的环境中以较快的速度分解。因此，控制好炉内温度，将温度保持在850℃以上，是最有效的控制处理二噁英的方法，同时，还需在炉内适当增加湍流，延长气体在温度较高地区停留的时间。除此之外，炉内还需控制好空气进气量与燃料的比例，保证空气与燃料充分混合后进行燃烧，也可以减少含氯物质燃烧不充分的现象发生，降低二噁英产生的数量，切断其形成途径。
3、燃烧中加入反应干扰剂
在垃圾焚烧过程中加入一定量的反应干扰剂，可以有效抑制二噁英的产生。目前国内垃圾焚烧发电厂主要使用的反应干扰剂主要是氨气，氨气与氯元素有着非常良好的亲和能力，其亲和力远高于上文中提到的二噁英前体——氯苯，降低了氯苯进一步反应的几率。同时，氨气还可以与担任二噁英合成反应催化剂的重金属离子进行反应，降低其催化活性，从而在二噁英的两个生成途径中同时破坏反应条件，减少二噁英的产生。
4、燃烧后控制烟气温度
研究表明，二噁英在300℃左右会达到最高的生成速率，所以对垃圾焚烧发电烟气采用急冷技术，可以破坏其反应条件，有效减少二噁英高速产生阶段的时间，降低其反应速率。一般来说，急冷技术的冷却速率越大，二噁英的生成量越小，对于二噁英的处理也越好。
四、飞灰中重金属的处理工艺
对于飞灰中重金属物质的处理工艺，垃圾焚烧发电厂主要在燃烧后所收集到物质的处置方法方面进行。目前，国内各垃圾焚烧发电厂主要采用了熔融固化法、螯合剂稳定法、水泥固化法、湿式化学处理法、填埋法共计五个方法。
1、熔融固化法
熔融固化法是飞灰固化技术中一种行之有效的处理工艺，根据其处理温度与加料的不同，可以分为烧结法与熔融法两种。
（1）烧结法。在使用烧结法处理飞灰时，需加入一定量的微小颗粒玻璃质物质，将飞灰与玻璃质进行混合后在1100℃高温下煅烧，形成玻璃固化体，利用玻璃内部紧密的分子结构，包裹住重金属，防止其外泄。烧结法的主要缺点在于整个过程需要的工艺要求过高，对于玻璃质物质的加入量有严格的要求，需要充分考虑整个过程的稳定性，因此目前较少使用。
（2）熔融法。熔融法处理飞灰只需要直接将飞灰加热至1400℃，使飞灰达到一种熔融的状态，随后逐渐冷却，形成熔渣，熔渣是一种高质量建筑材料，这是实现飞灰资源化再利用的有效手段。熔融法的缺点在于加热温度过高导致成本骤增，同时，部分低熔点的重金属挥发会造成后续烟气处理的成本增加，因此不适合我国垃圾焚烧发电厂使用。
2、螯合剂稳定法
螯合作用是指金属等中心元素与外围多齿配体结合而成，生成具有环状结构配合物的过程。螯合作用生成的物质叫做螯合物，螯合物由于其环状结构的特点，稳定性较高，一般螯合物的环数越高，其结构越稳定，采用加入螯合剂与飞灰中重金属进行反应的处理工艺叫做螯合剂稳定法。
目前垃圾焚烧发电厂使用的螯合剂主要有两种，DTC类和TMT类，这两种螯合剂都可以有效捕捉飞灰中的重金属。在螯合反应中，由飞灰中的重金术离子或基团担任中心，有机多齿结构担任外围，进一步形成稳定的、可聚集的螯合物，使重金属离子失效，污染性大大降低。经研究，螯合稳定剂法可以使飞灰中的重金属离子处理率达到97%以上，同时，与其他无机稳定剂相比较，螯合剂不仅使用量大大降低，还能抵抗微生物环境带来的影响。螯合稳定剂法是目前国内最先进、最常用、最有效的飞灰处理工艺，因此环保部门已经明确垃圾焚烧发电厂飞灰处理必须严格按照螯合工艺进行。
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3、水泥固化法
水泥是飞灰处理中最常用的固化剂。将飞灰与水泥基质混合后，经过凝结等物理变化与氧化等化学变化，重金属在已经固化的水泥中迁移率降低，增加其稳定性。该工艺流程简单、成本较低、操作性强，但是需要在固化反应前处置飞灰中的氯离子，否则将降低固化后的机械性能，减少重金属的稳定性。因此，使用水泥固化法需同时增加去氯工艺，这在一定程度上限制了该方法的大范围使用。
4、湿式化学处理法
飞灰湿式化学处理法目前常采用加酸萃取的方式，主要提取的是飞灰中的重金属物质，提取剩余物质中的有害物质浸出率大大降低，稳定性较强，完全达到了作为建材的标准。同时，提取液中含有飞灰中的可溶盐与重金属，可以进行进一步的提取与回收，达到了重金属的资源化利用。该方法工艺简单，但存在着后续污水处理、萃取过程中产生有毒气体等“三废”问题，因此目前只有在飞灰中重金属含量较多的情况下使用。
5、填埋法
由于目前我国的固体危险废弃物填埋场仍然较少，其库容有限，而垃圾焚烧发电所产生的飞灰却很多，因此提出了生活垃圾焚烧飞灰的处置豁免，即允许垃圾发电厂将经过处理并达到国家相关标准要求的飞灰填入到生活垃圾填埋场中，因此填埋法一般在螯合剂稳定法和水泥固化法后使用，属于最后一道处理工艺。
结论
垃圾焚烧电厂主要污染物飞灰的处理，需要从二噁英与重金属两个角度进行。对于二噁英，需要在其燃烧前、燃烧中、燃烧后三个阶段采用预处理、控制反应温度、加入反应干扰剂、控制烟气温度四个工艺控制其生成。对于重金属，应该使用螯合剂稳定法、水泥固化法或两种方法相结合的方式进行处理，处理后的物质可以采用填埋法妥善填埋；当重金属较多时，可以采用湿式化学处理法，当可以不考虑成本因素是，则熔融固化法是最优飞灰处理工艺。
参考文献
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