李一，吴汕，唐晓飞，张军，周祯丽

（重庆盎瑞悦科技有限公司，重庆 400000）

垃圾焚烧飞灰主要是指垃圾焚烧厂烟气净化处理过程中收集得到固体废弃物[1]，其危害特性主要在于含有大量重金属、二噁英等有毒物质，管理不当可导致重大环境风险问题。根据《国家危险废物名录》，垃圾焚烧飞灰被归类为HW18的危险废物。目前，我国飞灰处理方式主要是以螯合固化卫生填埋为主，受制于土地及环保政策，该方式终将被取代，而近些年来飞灰建材化利用也引起了广泛的关注与研究。

1 垃圾焚烧飞灰的致毒原因分析

1.1 二噁英

二噁英是一类性质非常稳定的亲脂性剧毒固体化合物，其对土壤环境亲和，易在生物体中积累，具有很高的持久性和累积性，经食物链的放大可对人类健康造成严重的危害。二噁英类物质是一类三环芳香族有机物，其毒性与氯原子的取代位置有关，毒性最强的是2,3,7,8四氯代二苯并对二噁英（见图1），其毒性相当于砒霜的900倍，具有较高的致癌、致畸、致突作用。国际癌症中心已将二噁英列为人类一级致癌物。

图1 2,3,7,8四氯代二苯-并-对二噁英

1.2 重金属

垃圾焚烧飞灰中所含重金属主要有铅、镉、铬、铜、锌等，相关研究表明这些重金属主要以可交换态和碳酸盐结合态的形态存在，在环境中遇水浸沥，或酸性条件下很容易被浸出，如此将对自然环境和人体健康产生深远的影响[2-6]。

2 垃圾焚烧飞灰高温处理技术

高温处理技术具有减容率高、熔渣性质稳定等优点，垃圾焚烧飞灰经高温处理，二噁英等有机污染物被彻底分解，重金属被熔融固化[7]。高温处理技术包括烧结法、熔融法[2,8-9]。

高温烧结是将危险废物与玻璃质等助溶物质配混、造粒成型后，在 1 000～1 100 ℃的温度条件下形成烧结体，从而实现重金属等有害物质的固化稳定，降低垃圾焚烧飞灰对环境的危害[8]。

高温熔融是指利用燃料能或电能将垃圾焚烧飞灰加热到1 300 ℃左右的高温，使其熔融后经冷却形成玻璃体熔渣，从而实现垃圾焚烧飞灰的无害化、稳定化，还可将残渣进行资源化利用制作建材[8]。

3 高温焚烧处理技术

3.1 二噁英去除机理

垃圾焚烧飞灰中二噁英的形成机理被认为主要是飞灰中的残碳同有机或无机氯在250～400 ℃的低温下，经过飞灰中含有的某些重金属（如铜、铁）等的催化作用而生成。

研究认为，二噁英在850 ℃以上高温、停留时间大于2 s的条件下就会完全被分解，但当温度下降，满足生成条件时，二噁英将重新生成。

根据二噁英主要由碳、氢、氧和氯等元素构成的分子机构特性，高温焚烧处理方法采用二次复合球预处理技术，将飞灰、碳粉（生物质炭或煤）、吸氯剂（含一定硅、钙、镁的物料）按比配混均匀，通过二次成球系统制成粒径合适的复合球团。飞灰球团在焚烧过程的高温作用下（1 100～1 300 ℃），其中的二噁英被分解，产生的氯被吸氯剂吸收反应，从而破坏了在低温条件下二噁英再次合成的物质条件，实现垃圾焚烧飞灰二噁英的彻底去除。

3.2 重金属解毒机理

垃圾焚烧飞灰中的镉、铅、六价铬等重金属毒性强且很容易浸出，只有降低这类重金属的浸出性才能实现飞灰的重金属解毒。

玻璃态构成物具有类质同象本领，以硅酸盐玻璃为例，在结晶硅酸盐中起关键作用的Si4+离子，能被很多重金属离子如Fe3+、As4+等所同象置换（同象置换是指性质类似的原子、离子、离子团、配离子等在晶体构造中相互置换而形成一种矿物或物相的现象），且同象置换往往是大幅度的，在骨架型结构中Si4+甚至有一半被置换。所以重金属离子可以通过置换替代Si4+插入晶格中去，牢牢地嵌在Si-O网格构造中，而宏观的无定型态增加了玻璃态物质的流动性，从而促进了同象置换发生的可能性。同时，玻璃态物质具有良好的热稳定性，且对各种侵蚀性介质都有很高的化学稳定性，所以包含于玻璃中的金属元素非常稳定，浸出的可能性非常小。

高温焚烧处理技术通过将飞灰制成复合球团，在 1 100～1 300 ℃的高温条件下，飞灰中的重金属在助熔剂的作用下被固化于烧结形成的玻璃态构成物中，从而不再具有浸出毒性，使资源化利用成为可能。

3.3 焚烧原理分析

高温焚烧处理方法与目前高温等离子熔融方式不同的是，采用的是一种冶金行业的设备，通过改型升级作为飞灰的焚烧处理设备，其主要的焚烧原理是蓄热焚烧，并结合其前处理工序——二次物料复合成球技术，将飞灰制作成粒径8～12 mm的二次物料复合球团，再送入焚烧设备进行高温焚烧处理。

3.3.1 焚烧过程分析

（1）反应过程主要是添加含C原料作为焚烧燃料，以C的燃烧提供反应所需的热量。（2）整个燃烧过程中，料层可分为燃尽层、燃烧层、干燥层、预热层和生料层。燃烧层温度最高，可达到1100～1 300 ℃，在该层垃圾焚烧飞灰中的重金属被熔融，二噁英被彻底分解去除。（3）飞灰复合球团按一定料层厚度均匀布料在焚烧装置中，在（1 200±50）℃的点火温度下，球团料层的表层被点燃，经3～5 min的点火作用，形成厚度近5 cm的燃烧层。同时，在抽风机作用下，料层形成一定的负压，飞灰复合球团料层从表层逐渐燃烧至底层，直至全部料层燃尽。

3.3.2 焚烧过程的自动蓄热现象

高温焚烧处理技术的物料燃烧过程特点是：从料层的表层开始进行，飞灰复合球中的碳经点火器点燃形成的燃烧层在抽风作用下逐步向下推进，直至料层底部，完成全部料层的焚烧。燃烧过程中，由于物料燃烧层产生的热烟气在负压抽风作用下被抽入下层物料，因此热量被下层物料吸收，从而实现对下层物料的干燥、预热，随着焚烧过程的进行，燃烧层与下层物料之间逐渐形成一个动态且相对稳定的热平衡过程。

4 高温焚烧处理技术检测数据

高温焚烧处理技术经过了系列试验，对原始飞灰中的二噁英和重金属浸出进行检测，同时也对焚烧后残渣的二噁英含量和重金属浸出毒性进行了检测分析。数据的分析方式是以送检第三方资质单位进行分析。其中重金属浸出毒性的检测分别按照GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》-硫酸硝酸法和GB16889-2008《生活垃圾填埋场控制标准》-醋酸缓冲溶液法进行分析，结果如表1、表2所示（注：表1及表2所列检测结果均是在试验过程中的样品按检测标准分析得出）。

处理后垃圾飞灰重金属浸出毒性检测达到GB5085.3《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》和GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》标准要求。对原灰中严重超标的铅、锌、铜、镉的去除率均高达99.5%以上，二噁英去除率达到98.45%，解毒较为彻底。

表1 浸出毒性检测报告汇总表（硫酸硝酸法）

5 结论

试验结果表明高温焚烧处理技术具有工程应用的可行性，同时还需对无害化后的残渣进行进一步的资源化利用研究，考虑到现行国家法规的要求，需要在工程应用后，进行相关的验证工作，取得豁免许可，才能最终突破垃圾飞灰的处置问题。

表2 浸出毒性检测报告汇总表（醋酸缓冲溶液法）