城市生活垃圾焚烧灰渣的资源化利用

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城市生活垃圾焚烧灰渣的资源化利用

章

摘要

骅!何品晶!

以国外城市生活垃圾焚烧灰渣资源化利用现状为基础\"讨论了灰渣利用的主要途径&

*石油沥青路面的替代骨料+,水泥或混凝土的替代骨料+-填埋场覆盖材料+.路堤/路基等的填充材料0已有的工程实践证明\"只要控制处理得当\"这些灰渣资源化利用可以不对人类健康和环境产生不利的影响0此外\"也对灰渣资源化利用在环境标准和工程性质要求方面的规定及其采取的处理方法作了简单的分析0底灰经预处理后资源化利用\"而飞灰经稳定化处理后填埋\"是今后比较适合我国国情的灰渣管理策略0

关键词

城市生活垃圾

焚烧灰渣

底灰

飞灰

资源化利用

GQKRQKLGSKTUQUNUOVW123245657:585;7:5<3<4=>3565?78@7A:2BA:5<3EAFHIJKLMNJ\"MOP\"X\"\\XVYQZ[JTUOT\\]OJU^OKU_‘OaYJ^JUQVKaIVVYVWbKcQ]VK^OKUJYXaQOKaO_bKLQKOO]QKLVKLRQ\"#$$$%#XdKQcO]TQUeIJKLIJQ

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q\"有些焚烧厂也将锅炉灰与炉排渣混合收TQWUQKLT

市生活垃圾处置压力\"近年来我国已有不少城市\"集处置0底灰占了灰渣总量的!重量${左右p

y\"z如上海p将有两座大型生活垃圾焚烧厂计q#$$#年底\"\"主要由熔渣/黑色及有色金属/陶瓷碎片/开始运行投产q/常州等\"开始或计划兴建大型生

’z

活垃圾焚烧厂y0焚烧可大大减少生活垃圾的量

为适应城市化发展需要和缓解日益增加的城

玻璃和其它一些不可燃物质及未燃有机物组成0飞和热回收利用系统灰是指在烟气净化系统pqoPr

如节热器/锅炉等q中收集而得的残余物\"约占p

灰渣总量的#${左右\"其中的oPr飞灰包括烟灰在焚烧室内产生并排出\"在加入化学药剂前被去p

除的颗粒物\"如布袋除尘室飞灰q/加入的化学药剂及化学反应产物\"其物理和化学性质随焚烧厂烟气净化系统的类型不同而有所变化0

炉排渣的可浸出重金属p如P/r/ML等qiZ

减少约%p${的体积q\"但仍有#${|}${的质量

#z

留在了灰渣当中y0如此大量灰渣的产生\"带来处置困难0为节省日益紧张的填埋场地\"降低灰渣的处置费用\"焚烧灰渣的资源化利用将是比较符合中国实际的一个可行方法0但目前我国的生活垃圾焚

}z烧厂较少y有关灰渣资源化利用的研究和实例不\"

多\"如何有效地利用这些灰渣而又不至于对生态环境造成不利影响\"是我们现在须要探讨的问题0~概述

城市生活垃圾焚烧pq灰渣根据其收集w[r位置的不同\"主要可分为底灰和飞灰0底灰一般包万方数据括炉排渣pq和炉排间掉落灰pL]JUOJTIL]JUO

!

同济大学固体废物处理与资源化研究所\"#$$$%#上海

收稿日期&#$$’(’’(#)

SHS

TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT和溶解盐的浓度在各种灰渣中基本上是最低的!其

#$

炉物理化学和工程性质与轻质的天然骨料相似\"%

环境卫生工程M22M年N月第D2卷第D期

目前在欧洲一些国家*如英国-德国-法国-荷兰-丹麦等0和加拿大!以及日本大部分的生活

排间掉落灰的细颗粒含量高!因而元素&’和()垃圾焚烧厂!其底灰和飞灰都是分别收集和处置

的含量较高%锅炉灰的易挥发金属*如+-0的的!我国也要求分别收集%而在美国!底灰和飞灰,./

\"1$

含量有时会比较高%(&+飞灰的溶解盐含量很高是混合收集和处置的!因此被称作混合灰渣;底灰是目前灰渣资源化利用的主要考虑对象!*1234523!重量计0!可浸出重金属*-&-+,’

\"5$

./和67等0的浓度也比底灰要高!并且含有微但也有一些例外;如在荷兰!有小部分飞灰被用作

#$

量有机污染物*-呋喃等0!因其所含的细颗沥青的细骨料\"%在美国!混合灰渣也被考虑资源,:8/

#$粒较多!使之持水量高!易冻胀又难压实\"因此!化利用;目前国际上灰渣的资源化利用途径主要;在目前!不含炉排间掉落灰和锅炉灰的底灰被认为有?@石油沥青路面的替代骨料%A水泥或混凝

是最有利用价值的部分;

<国外灰渣的资源化利用情况

日本和欧洲=>+灰渣的资源化利用在美国-已有几十年的历史了;为了合理地处置日益增加的焚烧灰渣!减轻填埋场场地紧张的压力或省去昂贵的填埋费用!或为了解决本国天然骨料短缺的问题!很多国家在几十年前就开始从资源利用和环境影响两方面考虑!研究灰渣资源化利用的可行性!力求在经济成本与环境要求中找到最佳平衡点!为灰渣提供既能减少处理费用!又不至于对环境造成不利影响且又技术可行的管理策略;

土的替代骨料%B填埋场覆盖材料%C路堤-路

基等的填充材料等;如果考虑其利用位置!主要是被用作陆地水泥基及沥青基工程*如道路-停车场等0和海洋建筑工程*如人工暗礁-护岸等0;国外=>+灰渣资源化利用的情况见表D;E灰渣的资源化利用及其环境影响EFG石油沥青铺装路面的替代骨料=>+底灰或混合灰渣!经筛分-磁选等方式去除其中的黑色及有色金属并获得适宜的粒径后!可与其它骨料相混合!用作石油沥青铺面的混合物;这在美国-日本及欧洲一些国家均有使用;

1!#!H!I!J!D2$

表D国外=>+灰渣的产生与资源化利用情况\"

国名美国*M222年0加拿大*DJJN年0日本*DJJD年0荷兰*DJJ#年0丹麦*DJJN年0德国*DJJN年0法国*DJJ1年0瑞典*DJJ2年0瑞士*DJJD年0英国预计*M22#年0灰渣种类

产生量

5

*KD20L75222N22

M2#222DD525M2###22#2N222N22MD521N252

资源化利用率

*30发展中!无具体数值

22

OD22

用途

混合灰渣底灰飞灰底灰飞灰底灰PQ&飞灰OO

底灰

飞灰底灰飞灰底灰底灰飞灰底灰底灰飞灰

填埋场日覆盖与终场覆盖!沥青骨料!混凝土骨料!路基材料等

填料!路床-水泥砖及沥青的骨料等

道路的路基-路堤等的填充材料!混凝土与沥青的骨料

沥青中的细骨料

停车场-道路等的路基材料路基和声障等市政工程

在限定范围内!用于道路铺面!资源化利用十分有限

J#N2J225221#R2M5

I22

D2R

R

*DJJH年全部填埋0

ODJJM年

静电除尘器排灰OO

万方数据环境卫生工程>\"\">年O月第;\"卷第;期^#^

________________________________________________________________

用此砖建成>!X长+;#X宽+!X高的船库=在

;;<

的沥青铺装示范工程:炉$*$建成后的O\"个月中$研究者周期性地收集船库里-.//01234.5676869/

这些灰渣被分别用于道路的粘结层+耐磨层或表层的空气样品进行测定%颗粒态和气态GZ+IYYNTG和基层=试验结果发现$当灰渣用于粘结层或基层时$灰渣最佳含量不宜超过>\"?@用于表层时$不宜超过;A?=为避免灰渣会对沥青产生较高且不

挥发和半挥发有机物及挥发性’M等*并与+GIY&

周围大气样品做比较分析$与船库围墙接触的雨水样品及船库建成前后的土壤样品也被采集用以分

从!美国联邦公路管理局\"年代至#\"年代初$

%&’()*分别在休斯敦+华盛顿和费城等地$成功地完成了至少,项含混合灰渣%来自物质焚烧

灰渣%混合灰渣$>底灰*与硅酸盐水泥;\"\"8A\"8

混合$用传统制砖工艺将其制成标准空心砖$然后

均匀的吸附$其热灼减率%*不能大于;\"?=析其中的微量元素=结果表明P船库内的空气质量BCD

并且$示范工程的测试结果表明$只要处置得当$与周围大气相同@灰渣中的环境相关污染物能被有灰渣沥青利用并不会对环境造成危害=效地截留于水泥基质中@工程测试还表明该灰渣砖通过对底灰E沥青混合物渗滤液F.%年*的

;><

跟踪测试:$研究者发现即使用保守的方法估计当重金属浓度低于检测限时$以检测限值作为该%

重金属的浸出浓度*底灰中G$++HIJK3和其它成分的F.累计释放量也仍然是很低的=

研究者们也对某种用于沥青中的商品化灰渣

N-骨料%0L6792)MM29M.$美国工程材料公司制造$由去除黑色及有色金属后的底灰制成*利用的

与标准混凝土砖的抗压强度相当=

QRQ填埋场覆盖材料

混合灰渣用作填埋场覆盖材料是美国目前用

;\"<

的最多的资源化利用方式:=

由于填埋场地自身的有利卫生条件P含环境保护设施如防渗层及渗滤液回收系统等$灰渣因重金属浸出而对人类健康和环境的不利影响可以得到很好的控制@灰渣若用作填埋场覆盖材料$可不必进行筛选+磁选+粒径分配等预处理工艺=因此在经济上+环境上和技术上$灰渣用作填埋场覆盖材料均是一种非常好的选择=

;A<

通过对专用混合灰渣填埋场渗滤液的分析:

预期生命周期及其对人类健康和环境的影响等进

;O<

行了综合风险评价:评价结果认为P只要采用适=

当的管理技术$该骨料沥青利用的所有风险均低于骨料中最有美国环保局认为的可接受风险目标值@

可能造成潜在危害的元素为G$但其危害程度也H低于实施中的健康标准@该骨料的沥青利用不会对人类和环境造成不可接受的影响=

QRS水泥混凝土的替代骨料

在美国和荷兰$底灰%或混合灰渣*被用作混

表明$渗滤液中的重金属浓度均低于毒性浸出测试%*最大允许浓度$灰渣样品中的>$O$!$#NIBG

*ENIYY毒性当量低于美国疾病控制中心%IYI

E,

推荐的居住区土壤限值%;[;\"*$且土样中的

E,

;[;\"*$土样中重金J6L\\63浓度也低于此限值%

凝土中的部分替代骨料=最常见的是将底灰+水+属浓度不超过背景值=但须引起注意的是$灰渣填

水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土砖$这在美埋场渗滤液中的溶解盐浓度较高$常高出饮用水标国已有商业化应用=

从;F#A年起$美国T8L3U02LLV大学海洋科学研究中心废物管理所%*开始评估稳定后(-D

:;W<

他-(I灰渣的各种海洋和陆地利用的可行性=

们在BL3MD/7.3JTL13J海底$用稳定后焚烧灰渣

准值几个数量级以上=因此$在将底灰用作填埋场因为底灰中的溶解盐含量较低$而飞灰覆盖材料%

则高出许多*时$须监测其渗滤液中的溶解盐情况=

灰渣运输+装载+卸载和覆盖时$易产生飘尘=因此研究者也对其做了分析测试和评估=他们认为$灰渣在运输+处理+贮存+装载和卸载过程中

;,<产生的飘尘不会危害操作工人的健康:=

制成的水泥砖建成了两座人工暗礁=在,.实验时

间里$研究表明并无有机或无机的有毒有害成分从焚烧灰渣水泥砖中渗出到环境中去=然后$他们进行了一系列的研究$评价-(I灰渣作为建筑用水泥替代骨料的可行性=结果他们用几个能源回收厂的焚烧灰渣制成了符合或超过美国材料试验标准的水泥砖$证明了灰渣建材利用的技术可%)TN-*行性=此外还做了一个用灰渣砖建造船库$(-D万方数据;W<的示范工程:在这个项目里$他们将O$A\"8-(I

QR]路基+路堤等的建筑填料

由于目前填埋库容的紧张+重新选址的困难和填埋费用的昂贵$以及天然骨料缺乏的压力$底灰用作停车场+道路等的建筑填料$成为欧洲目前灰渣资源化利用的主要途径之一$在美国也有一些示范工程应用=

底灰的稳定性好$密度低$其物理和工程性质

b6b

cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc与轻质的天然骨料相似!并且焚烧灰渣容易进行粒径分配!易制成商业化应用的产品!因此成为一种

部分环境和技术要求\"

目前的灰渣预处理技术主要有B筛选1调整粒适宜的建筑填料\"欧洲多年的工程实践经验表明!径范围<去除黑色金属!主要为铁$%:C%

这种灰渣资源化利用方式是成功的#去除有色金属<分选1\"!老化或风化:至2个月#&’(飞灰的资源化利用

上述几种灰渣资源化利用方式基本上是针对

降低溶解盐浸出浓度!改善其物理化学性质<1\"处理技术有B提取或回收!玻璃化5熔融等热处理法!

环境卫生工程7FF7年2月第:F卷第:期

底灰或是混合灰渣的\"飞灰一般经稳定化处理后!固化或稳定化1水泥固化5沥青固化5石灰稳定5

$!:6%

送至填埋场填埋\"但目前也有一些飞灰利用的尝化学药剂稳定法等<和蒸发结晶1去除DE等#<\"试\"如在荷兰!处理后)*+飞灰被用作沥青的细填料,已有大约$万-.+/飞灰在中试规模的试验

$%

中!被用于采矿业!用作矿坑填料和密封材料#飞\"灰利用后可能造成的环境影响!尚有待进一步研究与证实\"

0灰渣利用的规定及相应的处理措施

灰渣的资源化利用已被证实是可行的!但由于灰渣中也含有一些有毒有害的污染物!如重金属

除对灰渣进行处理以提高其利用价值外!对其利用的环境条件也有所\"如丹麦!灰渣用于铺装路面或广场时!要求利用地距离饮用水源大于7FG并高于最高地下水位!灰渣层最大平均厚度

不超过:G!最大厚度不得超过7G\"

此外!通过改进焚烧设施!优化焚烧控制条件!提高完全燃烧条件!也可降低底灰中的有机污染物的含量!并提高有害元素在焚烧炉不同物流中的分

主要来自生活垃圾\"通过焚烧!家庭垃圾中2123离程度,通过将飞灰5底灰分类收集和炉排渣与炉

#:;%

的+也5673的/$3的*5排间掉落灰分开收集以回收利用炉排渣等方式!48和94迁移至飞灰中<5呋喃等!直接利用可能会对人类健康和环8=>?=@

境造成不利影响,并且未经处理的灰渣不一定能满足建筑材料所规定的技术要求!因此!灰渣在利用前!须进行预处理!有时还须进行固化或稳定化处主要为飞灰<理1!满足一定要求后方可利用\"表7A表$列出了国外灰渣资源化利用前需满足的

重金属+4/8

LGEMNE干固体

填埋O级!填埋P级!LL自左至右为B<的限值Q.R.1SRTUGS@V-S-TG=@=V-TUVLLL荷兰有关灰渣利用重金属9级的限值

$%

表2德国底灰资源化利用需满足的条件#

可有利于灰渣的资源化利用\"

(结束语

目前国际上灰渣的资源化利用途径主要有BH石油沥青路面的替代骨料,I水泥或混凝土的替代骨料,J填埋场覆盖材料,K路堤5路基等的填充材料等\"已有的研究和工程实践表明!灰渣的

德国LL

LLL荷兰19;!:$%

表7欧洲国家5美国和日本的灰渣利用规定的重金属限值#

丹麦L2FFF:F

法国L:F:

F’7F’F$

美国$’F:’F

日本F’2F’2

:F’:

F’F$F’FF$

F’F9F’FF9

粒径范围1GG1ZF’F[2压实密度1M含水率为::3A:C3<1

质量比<溶解物1质量比<1QWX

13<13<

Z$

Z7

YDCA:7

冻融测试1质量比<

13<

F’$AC’$

$%

表9美国弗罗里达州底灰资源化利用需满足的条件#

利用方式沥青铺面骨料混凝土骨料建筑填料

粒径范围1\\G<1Z[F含水率13<]:$

]:$:[A:;

质量比<113]2

]2]$

膨胀

在:[3含水率下老化2个月以防止膨胀

产D7

去除黑色及有色金属以防止D7产生

$!;%

表$丹麦底灰资源化利用需满足的条件#

利用方式路基填料

粒径范围1GG<]$F1ZF’F;$含水率13<:;A7$

质量比<1QWX

13YDa6

1:3浓度<

碱度1Ma:’$

膨胀堆放

:个月

万方数据环境卫生工程())(年Q月第#)卷第#期q#)q

rrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr

资源化利用是可行的!并且只要管理得当!可以做到不对环境造成危害\"当然!灰渣在资源化利用前!需满足一定的环境要求和技术要求\"

底灰经预处理后进行资源化利用!飞灰经稳定化处理后填埋!是目前比较适合我国经济条件与环境要求的灰渣管理策略\"

参考文献

#张益$我国生活垃圾处理技术的现状和展望%’$环境卫生工&程!()))*(+,-#.-/

(01!6$>3722134573:5;11<=>!?@ABCDEEFF:17GBH1:92<@C7<@131HG13<7C@373<:9;97298I:@3AI<@;@J7<@137388@2F127;1H’$&CI3@G@F7;K72<9G1CLI2<@13:92@8I92%&1I:37;1H=7J7:81I2!#NNO!/P*#.Q+,/Q.PRM7<9:@7;2

Q林丰$城市生活垃圾焚烧炉可行性方案的分析研究%’$环境&保护!#NNN*#)+,#Q.#R

/S@$MI,2;92TT3@G@F7;21;@8K72<9G1CLI2<@1372B<7<91HRT!?!=7!9$MIB738;9:>&@ABCDEE:<;V3&<7;3@G@F7;21;@8%$E,?K72<9@3G@39:7<1::92@8I92M’B9W9O0@$T87>!W1C7Z![C787EB9C@G7;2F9G@7<@13738;97GB@3A’$S7F:1F9:<@921H9;9C93<2@3CI3@G@F7;@3G@39:7<1:72B92%&2<9!#NNO!#O*R.O+,R(P.RQOM737A9C93<

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冯肃伟赵爱华黄兴华冯振华

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