伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，大量的生活垃圾電廠建成，提供了人們生產(chǎn)、生活需要的電。但是由于大量的垃圾焚燒電廠的建立和運(yùn)行，垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰也呈逐年增長的趨勢，大量的飛灰?guī)砹孙w灰處理上的問題，如何能夠把這些有毒有害的飛灰進(jìn)行無害化的處理也就成了一個(gè)亟待解決的問題.飛灰中含有大量的有毒、有害物質(zhì)，其中重金屬有Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Hg等，還有二惡英等劇毒有機(jī)物。在特定的條件下飛灰中的這些重金屬和二惡英等會(huì)滲濾出來，造成水體和土壤的污染，對(duì)環(huán)境和人們的生活造成嚴(yán)重的影響，因此也受到了國內(nèi)外的普遍關(guān)注。我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中(GB18485-2001)己經(jīng)把飛灰列為危險(xiǎn)廢物。 
1飛灰的特性 
飛灰的組成成分主要有SiO2、P2O5、Al2O3等酸性氧化物和CaO、MgO、Fe2O3、CuO、TiO2、K2O、Na2O等堿性氧化物以及一些重金屬的氯化物。而飛灰的主要成分CaO、SiO2、Al2O3和Cl元素占總重量的90%左右。這些物質(zhì)的含量決定了飛灰的化學(xué)特性(成分)、物理特性(孔隙率、比表面積、熔點(diǎn))和結(jié)構(gòu)特性(晶相)以及滲率等特性。飛灰2/3以上的化學(xué)物質(zhì)是硅酸鹽和鈣，其它的化學(xué)物質(zhì)主要是鋁、鉀和鐵.而這些元素的分布跟各種不同的垃圾焚燒爐爐型、垃圾成分、燃燒工況等有很大的關(guān)系，其含量如表1所示。 
表1飛灰中重金屬的含量(g/kg) 

垃圾飛灰屬于國家危險(xiǎn)廢物，在有水以及有酸或者堿的條件下，飛灰中的重金屬就會(huì)滲出，造成污染.表2是飛灰的浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)。 
表2飛灰的浸出特性(mg/L) 

2飛灰的產(chǎn)生及處理 
垃圾焚燒爐在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的灰渣，其中灰渣的總量一般為燃燒前垃圾總量的5%～20%。隨著垃圾數(shù)量的逐年增多，垃圾焚燒所產(chǎn)生的飛灰也不斷增長，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，飛灰每年呈5%～10%的數(shù)量增長。垃圾焚燒不僅會(huì)產(chǎn)生大量的飛灰，而且還有大量的殘?jiān)?。殘?jiān)兴械闹亟饘贊B率比飛灰中的少。由于垃圾焚燒中的重金屬如Pb、Cd、Zn、Sb、Se等遷移到飛灰當(dāng)中，它已經(jīng)被列為危險(xiǎn)廢棄物，不能直接填埋。 
飛灰不能直接排放到大氣和土壤中，需要經(jīng)過處理后才能進(jìn)一步處理。處理的方法有：固化、熱處理、化學(xué)處理、提取、生物淋濾處理方法等。 
2.1固化 
廢物固化是用物理-化學(xué)方法將有害廢物摻合并包容在密實(shí)的惰性基材中，使其穩(wěn)定化的過程。 
對(duì)固化處理基本要求包括：①有害廢物經(jīng)固化處理后所形成的固化體應(yīng)具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性、抗干濕性、抗凍融性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度等，最好能作為資源加以利用，如作建筑基礎(chǔ)和路基材料等；②固化過程中材料和能量消耗要低，增容比(即所形成的固化體體積與被固化廢物的體積之比)要低；③固化工藝過程簡單、便于操作；④固化劑來源豐富、價(jià)廉易得；⑤處理費(fèi)用低。 
固化有利用水泥、瀝青、塑料、玻璃、石灰固化等多種方法，其中以水泥和石灰固化為主。固化處理是利用固化劑與垃圾焚燒飛灰混合后形成固化體，從而減少重金屬的溶出.水泥材料是近20年來歐美等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用最廣也是最重要的膠結(jié)料，美國環(huán)保局將此技術(shù)稱為處理有毒、有害廢物的最佳技術(shù)。因此工程中常采用水泥對(duì)焚燒飛灰進(jìn)行固化處理。飛灰被摻入水泥的基質(zhì)中后，在一定條件下，經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)作用，使污染物在廢物水泥基質(zhì)體系中的遷移率減小(如形成溶解性比金屬離子小得多的金屬氧化物)。有時(shí)，還添加一些輔料以增進(jìn)反應(yīng)過程，最終使粒狀的物料變成粘合的混凝土塊，從而使大量的廢物因固化而穩(wěn)定化。 
飛灰水泥固化的機(jī)理主要是在水泥的水化過程中，金屬可以通過吸附、化學(xué)吸收、沉降、離子交換、鈍化等多種方式與水泥發(fā)生反應(yīng)，最終以氫氧化物或絡(luò)合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸鹽膠體C-H-S表面上，同時(shí)水泥的加入也為重金屬提供了堿性環(huán)境，抑制了重金屬的滲濾。 
張巖以流化床飛灰固化城市垃圾焚燒飛灰，從而抑制了垃圾焚燒飛灰中有害重金屬的浸出，固化處理試驗(yàn)結(jié)果表明：燃煤流化床飛灰對(duì)垃圾焚燒飛灰中重金屬Ni、Cr、Pb、Cu、Zn的浸出有一定的抑制作用，而對(duì)Cd作用不大；隨著燃煤流化床飛灰摻混比例的增加以及固化體固化時(shí)間的延長，垃圾焚燒飛灰中重金屬浸出率有所減少，其中Ni、Cr、Cu的減少較為明顯。J Z Xu等人的研究以地聚物材料。(geopolymerisation)為主，是近年來國際上研究非?；钴S的材料之一，其中用地聚物材料固化飛灰中有毒的重金屬，研究表明其中的重金屬Cd、Cu、Pb、Cr能夠有效地固化在飛灰中，重金屬對(duì)飛灰與地聚物材料的終產(chǎn)物的化學(xué)和物理特性有很大的影響。 
水泥固化是一種比較成熟的飛灰處理技術(shù)，已經(jīng)有比較長的歷史。水泥固化的優(yōu)點(diǎn)是使用材料來源豐富，價(jià)廉易得；操作簡單，不需要特殊的設(shè)備，處理費(fèi)用低；被固化的廢渣不要求脫水和干燥；可在常溫下操作等.其缺點(diǎn)主要是石灰固化體增容比較大，水泥耗費(fèi)量大，固體易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對(duì)固化體表面進(jìn)行涂覆，并且飛灰中的二惡英并沒有從中脫除。 
2.2熱處理方法 
熱處理的方法從處理溫度上劃分可以分為燒結(jié)處理和熔融處理.燒結(jié)處理的方法的溫度一般在1000～1200℃之間，而熔融處理的溫度一般在1200～1400℃之間。 
燒結(jié)法是將待處理的危險(xiǎn)廢物與小的玻璃質(zhì)，如玻璃屑、玻璃粉混合，經(jīng)過混合造粒成型后，在1000～1200℃高溫熔融下形成玻璃固化體，借助玻璃體的致密結(jié)晶結(jié)構(gòu)，確保固化體的永久穩(wěn)定。飛灰可以用來燒結(jié)輕骨料，用作墻磚和地磚，用廢玻璃、焚燒灰渣、赤泥粘土按照一定比例混合，進(jìn)行篩選、調(diào)合、擠壓，然后在1000℃燒結(jié)成形。地磚和外墻磚一般是由硅石、長石、蠟石、瓷石及粘土作原料制成的。用垃圾焚燒產(chǎn)生的灰渣代替這些原料中的一部分，盡管質(zhì)量有所下降，但是可以使成本大大降低。還有試驗(yàn)表明，用垃圾焚燒灰渣和硅目粘土按1:1燒制，燒制方法是：將配比物裝入瓷制球模，濕粉全部通過200目網(wǎng)篩，經(jīng)過一次脫水和干燥，加水8%～10%，用油壓機(jī)壓擠成型，干燥后用電爐焙燒24h，保溫2h。燒結(jié)溫度也為1000℃，燒成后所得產(chǎn)品為褐色。 
G De Casa等指出，通過水洗、磨碎和燒結(jié)后可以制成陶瓷材料，這些材料有很好的物理特性和環(huán)保性，與熔融相比較能夠減少能量的消耗。研究表明燒結(jié)過程(可以使燒結(jié)溫度從1210℃降到1140℃)除了能夠降低能量的消耗外，還可以得到密度大的、燒結(jié)完全的微觀結(jié)構(gòu)，其中的重金屬也能夠很好地固化下來，對(duì)環(huán)境影響小. 
飛灰熔融處理時(shí)，飛灰中有機(jī)物發(fā)生熱分解、燃燒及氣化，而無機(jī)物則熔融形成玻璃質(zhì)熔渣。經(jīng)熔融處理后，飛灰中的二惡英等有機(jī)物受熱分解被破壞，飛灰中所含的沸點(diǎn)較低的重金屬鹽類轉(zhuǎn)移到氣體中，并以熔融飛灰的形式捕集下來，其余的金屬則轉(zhuǎn)移到玻璃熔渣中，大大降低了重金屬的浸出特性.灰渣經(jīng)熔融處理后，密度大大增加，灰渣減容可達(dá)2/3以上，并且可以回收灰渣中的金屬，而且穩(wěn)定的熔渣可作為路基材料、混凝土骨料、瀝青骨料等，達(dá)到有效利用的目的。 
飛灰熔融爐有燃料式和電力式，其中燃料式又包括：表面熔融爐、內(nèi)部熔融爐、焦炭熔融爐和回轉(zhuǎn)式熔融爐；電力式中包括：電弧熔融爐、等離子體熔融爐和電熱式熔融爐. 
CHJung等指出熔融爐處理飛灰時(shí)會(huì)產(chǎn)生底渣和二次飛灰，熔融爐飛灰中重金屬的分布主要是取決于重金屬的揮發(fā)，給料中的氯含量對(duì)Cu的揮發(fā)有很大影響，對(duì)Pb的影響不大，而Zn的含量主要由爐內(nèi)的氧化還原氣氛決定.重金屬在熔融爐二次飛灰中聚集率如下： 
As：3.3～25.3；Cd：1.5～9.1；Cu：4.8～8.8；Pb：3.8～15.1；Sb：1.0～4.0；Se：1.8～2.2；Sn：3.7～25.5；Zn：5.2～6.1。 
給料中需處理的飛灰中的一部分易揮發(fā)的重金屬在熔融過程中揮發(fā)出來，不易揮發(fā)的重金屬熔融后固化在熔渣中。 
Shin-ichiSakai等等指出，熔融處理技術(shù)使得燃燒器產(chǎn)生的殘?jiān)?、底灰和飛灰能夠穩(wěn)定化、無害化.熔融處理后的熔渣可以再次成為有用的資源.熔融處理過程中，PCDDs/PCDFs能夠有效地被分解。 
姜永海等人綜述了焚燒垃圾飛灰主要成分對(duì)飛灰熔融玻璃化影響及其作用機(jī)理，并選擇了一些添加劑進(jìn)行熔融效果的比較，為有效控制熔融過程、降低運(yùn)行成本提供了依據(jù)。試驗(yàn)表明，飛灰中添加一定量的CaO可以降低飛灰的熔點(diǎn)，能夠促進(jìn)飛灰的熔融，同時(shí)也有利于抑制熔融過程中Zn、Cd、Pb等揮發(fā)性金屬的揮發(fā)，增強(qiáng)金屬固化效果。添加了SiO2和Al2O3的飛灰有利于實(shí)現(xiàn)飛灰熔融/玻璃化，熔熔渣顯示了良好的物理性能和金屬固化性能.而在飛灰中加入Cl元素，會(huì)造成煙氣量的增大，增加煙氣處理的負(fù)荷，同時(shí)也不利于將原灰中更多的金屬留在玻璃體中，使飛灰中的重金屬揮發(fā)出來. 
燒結(jié)處理與熔融處理相比消耗的熱量低，與水泥固化相比，所得的產(chǎn)品體積小、硬度高、重金屬的滲濾低，這種方法既可以減小飛灰的毒性，又可以將燒結(jié)產(chǎn)品作為結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行資源化利用，比如作為混凝土代替骨料、路基、堤壩等。 
2.3化學(xué)穩(wěn)定化處理 
化學(xué)穩(wěn)定化處理是利用化學(xué)藥劑把飛灰中的有毒有害的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成低溶解性、低遷移性及低毒性物質(zhì)的過程?；瘜W(xué)藥劑處理分為有機(jī)藥劑和無機(jī)藥劑。飛灰的化學(xué)藥劑處理主要是處理飛灰中的重金屬。有機(jī)藥類是以螯合型藥劑為主，即用一種水溶性的螯合高分子，與重金屬離子反應(yīng)形成不溶于水的高分子絡(luò)合物，使灰中的重金屬固定下來.羅宇等指出，藥劑穩(wěn)定化技術(shù)以處理重金屬廢物為主，到目前為止，已發(fā)展了許多重金屬穩(wěn)定化技術(shù)，如pH值控制技術(shù)、氧化/還原電勢控制技術(shù)、沉淀技術(shù)、吸附技術(shù)、離子交換技術(shù)等。這類技術(shù)目前在垃圾焚燒飛灰穩(wěn)定化處理方面應(yīng)用較少，是一個(gè)發(fā)展方向。尤其是藥劑穩(wěn)定化與其它穩(wěn)定化方法相比具有工藝簡單、穩(wěn)定效果好、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前發(fā)展較快的螯合型有機(jī)重金屬穩(wěn)定化藥劑，對(duì)包括垃圾焚燒飛灰在內(nèi)的多種重金屬污染物的穩(wěn)定化處理效果已經(jīng)得到試驗(yàn)證明。 
Zhao Youcai等研究表明NaOH、EDTA、Na2S、硫脲中有些能夠有效地穩(wěn)定飛灰中的重金屬，有的卻沒有什么效果。用化學(xué)穩(wěn)定劑來處理危險(xiǎn)廢物，根據(jù)廢物中的重金屬的種類還可以采用的化學(xué)穩(wěn)定劑有：石膏、漂白粉、磷酸鹽、硫化物(硫帶硫酸鈉、硫化鈉)和高分子有機(jī)穩(wěn)定劑等.化學(xué)穩(wěn)定劑的機(jī)理主要有3條： 
(1)對(duì)飛灰的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使重金屬離子達(dá)到最小溶解度的目的 
(2)根據(jù)所選的化學(xué)劑的不同，分別與重金屬離子發(fā)生不同的反應(yīng)，從而把重金屬從固相浸取到液相中，降低飛灰中的重金屬含量或者通過生成不同的重金屬的沉淀物達(dá)到去除重金屬的目的。 
(3)通過對(duì)特定重金屬離子的吸附作用達(dá)到去除重金屬的目的。楊志泉等人對(duì)Zhao Youcai所研究的化學(xué)藥劑對(duì)飛灰的穩(wěn)定化處理總結(jié)得到如表3所示。 
表3幾種穩(wěn)定化處理方法的比較 


2.4飛灰中重金屬的提取方法 
飛灰中的重金屬提取的方法主要有：酸提取、堿提取、高溫提取、生物浸提和其他藥劑提取等。重金屬提取可以將飛灰中的部分金屬提出，從而使飛灰進(jìn)入普通填埋場或作為建筑資源進(jìn)行回收利用。 
酸提取堿提取可以將飛灰中的部分重金屬浸出，從而進(jìn)入垃圾填埋場或成為建筑資源進(jìn)一步利用.但是由于垃圾焚燒成分、燃燒工況等的不同，飛灰中的重金屬含量有很大不同，酸提取的作用明顯不一樣.酸的提取對(duì)大多數(shù)重金屬作用較明顯，堿的提取作用只對(duì)少數(shù)重金屬有作用。 
高溫重金屬的提取其實(shí)就是利用在高溫下重金屬的一些化合物從飛灰中揮發(fā)出來，使飛灰達(dá)到無害化的目的。 
生物提取的方法是利用淄體皂甙浸提，處理后的飛灰進(jìn)行浸出試驗(yàn)后，浸出液中的重金屬離子濃度很低，可以達(dá)到填埋標(biāo)準(zhǔn)。 
其他提取方法，如EDTA法是提取重金屬的一種方法，同時(shí)它也是屬于化學(xué)藥劑穩(wěn)定處理方法中的一種，還有利用腐植酸提取等方法。 
K.J.Hong1等人研究了EDTA、NTA、DTPA在20℃，IS=0.1時(shí)處理的結(jié)果，如表4所示。 
表4幾種重金屬提取方法結(jié)果的比較 


其中a表示在25℃，IS=0.1的情況，na表示不可得到。 
2.5生物淋濾法 
這種方法是利用一些生物學(xué)上特殊的桿菌將飛灰中的重金屬溶解出來，然后再對(duì)處理后的產(chǎn)物加以回收利用。它是屬于生物提取方法中的一種。 
生物淋濾法是國際上近年興起的一項(xiàng)非常有前景的金屬浸提技術(shù)。與化學(xué)浸提法相比，它具有反應(yīng)溫和、耗酸少、運(yùn)行成本較低的優(yōu)點(diǎn)。它的主要原理是利用化能自養(yǎng)型的嗜酸性硫桿菌，如氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)與氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans)的生物產(chǎn)酸作用，將難溶性的重金屬從固相溶出而進(jìn)入液相成為可溶性的金屬離子，再采用適宜方法從液相中加以回收。生物淋濾技術(shù)的關(guān)鍵之一是高效微生物菌株的分離篩選與馴化. 
周順桂等人通過接種氧化硫硫桿菌和序批式培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了不同濃度表面活性劑Tween-80對(duì)飛灰生物淋濾過程中重金屬溶出的影響。Tween-80的作用表現(xiàn)為：低質(zhì)量濃度促進(jìn)，高質(zhì)量濃度抑制，最佳質(zhì)量濃度約為1.5g/L。ρ(Tween-80)為1.5g/L時(shí)可顯著提高元素硫的生物氧化速率，加速飛灰漿液的酸化，從而提高飛灰中重金屬的溶出(去除)率。結(jié)果表明：在常規(guī)的飛灰生物淋濾處理中添加1.5g/L的Tween-80，經(jīng)過15d的淋濾，Cd、Zn、Cu與Pb的去除率最高分別達(dá)到87.1%、81.8%、72.3%與31.9%;而不加Tween-80的對(duì)照組，4種重金屬的去除率分別為84.0%、74.4%、67.5%與27.1%。 
2.6電滲析法 
電滲析法是一種電化學(xué)輔助分離的方法，它的原理是在電場的作用下，陰、陽離子交換膜對(duì)各個(gè)間隔區(qū)飛灰電解液中陰、陽離子的選擇透過性，并與飛灰中的重金屬離子發(fā)生交換，使溶液中的陰陽離子發(fā)生遷移，通過交換達(dá)到去除飛灰中的重金屬。 
Anne Juul Pedersen等人研究了利用檸檬酸銨作為輔助藥劑下的電滲析法對(duì)重金屬脫除的情況.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，75g飛灰加檸檬酸銨經(jīng)電滲析處理后，Cd的脫除率達(dá)到86%，Pb達(dá)到20%，Zn達(dá)到62%，Cu達(dá)到81%，Cr達(dá)到44%。Celia Ferreira等人指出，電滲析方法的處理效果與化學(xué)添加劑、處理的電流、處理的時(shí)間有關(guān)系，實(shí)驗(yàn)飛灰中的重金屬雖然能夠被有效脫除，但是電滲析的方法還存在許多不確定的因素，有待進(jìn)一步的研究. 
3無害化處理技術(shù)展望 
上面已經(jīng)介紹了飛灰處理的方法，主要還是固化、熔融、化學(xué)藥劑、提取這4種方法，但是每一種方法都有缺點(diǎn)，因此我們需要進(jìn)一步研究如何處理好這些飛灰。垃圾飛灰的處理技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面： 
(1)控制垃圾總量。隨著垃圾焚燒數(shù)量減少，由其產(chǎn)生的垃圾焚燒飛灰必定隨之減少，飛灰產(chǎn)生的污染也就減小。 
(2)從源頭上進(jìn)行控制.垃圾飛灰中的重金屬與垃圾成分密切相關(guān)，因此在垃圾進(jìn)行焚燒處理前做好垃圾分揀和分選工作. 
(3)開發(fā)新型的燃燒技術(shù)。垃圾飛灰中的污染物與燃燒技術(shù)有很大關(guān)系，可以發(fā)展新型燃燒技術(shù)使垃圾飛灰中污染物減少。 
(4)研究發(fā)展新型的飛灰無害化處理技術(shù)。傳統(tǒng)的飛灰無害化處理技術(shù)都有一定的缺陷，需要我們探索新的無害化處理技術(shù)。比如開發(fā)穩(wěn)定效果好、處理費(fèi)用低的化學(xué)藥劑；開發(fā)低溫度的熔融處理技術(shù)；降低飛灰中重金屬提取成本等。 
參考文獻(xiàn)略