飛灰的難“鹽”之隱

文章導讀 

目前人們處理垃圾焚燒飛灰,大多數人只關注重金屬、二噁英,而很少有人關注飛灰中超過20%的可溶性氯鹽。當前重金屬解毒、二噁英降解技術已經成熟,所以飛灰處置的難題是氯離子的去除。在飛灰處理之前進行“水洗脫氯”預處理,是目前飛灰中氯離子去除的最佳途徑。只有提前進行預處理才能使飛灰的最終處理更無害、更徹底、更資源化。

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飛灰經“水洗脫氯”后的鹽是一種很重要的資源

    飛灰中脫鹽的目的及鹽的來源

中國生活垃圾的焚燒處理比例在逐年上升,根據《十三五城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》,十三五期間,城市生活垃圾焚燒能力占無害化總能力比例達到50%,東部地區達到60%,特別是當二噁英控制問題得以解決之后,隨著大城市的迅速發展,以及能源危機,焚燒技術得到了越來越多的采用,但是其產物焚燒飛灰是危險廢棄物(HW18),目前的一些處理技術在處理飛灰上,由于沒有進行預處理提前脫鹽,在實際處理效果上總會面臨各種不足,很大程度上影響了飛灰的處置。

一直以來垃圾焚燒的二次污染產物——焚燒飛灰是個令政府和專家頭疼的難題。儲存、填埋、燒結等處理手段陸續發展,隨著可持續性發展需要的提出,資源化利用為建筑材料也受到越來越多的重視,但是飛灰中高濃度的無機氯鹽不僅會降低資源化產品的質量,而且會破壞生產過程,另外,無機氯鹽也會對飛灰處置的其他技術有不利影響。無機氯鹽還可作為資源化利用,所以研究焚燒飛灰中的無機氯鹽的資源化、無害化利用,對焚燒飛灰處置非常重要。

根據國內外文獻報道及對垃圾焚燒飛灰樣品分析數據的統計分析,垃圾焚燒飛灰中存在大量的易溶性鹽,主要以KCl、NaCl、MgCl2、ZnCl2、CaCl2的形式存在,易溶鹽的質量分數一般為15%-30%,大部分集中在20%以上。一般城市垃圾焚燒發電廠進場垃圾含有40%-75%的廚余垃圾及20%左右的塑料,兩種成分是生活垃圾的主要組分,因此飛灰中溶解鹽的質量分數往往較高,尤其是氯鹽,多的高達37.3%。高濃度的氯化物使飛灰處置時存在污染水體,增加重金屬等污染物浸出的風險,如Pb和Zn,而且無機氯鹽還會對飛灰固化/穩定化的效果及資源化利用過程帶來困難,因此飛灰中氯鹽的危害不容忽視。垃圾焚燒飛灰富含重金屬、二噁英和氯鹽,其中重金屬解毒、二噁英降解等工藝已經成熟,影響資源化利用的關鍵在于氯離子的去除。

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垃圾焚燒廠產生了大量富含可溶性鹽的飛灰

鹽對飛灰主流處置方式的影響

目前飛灰處置的幾種主流方式都沒有把脫鹽作為處置前提,結果造成處置不徹底,處置效率低,二次污染,降低資源化產品的質量,影響飛灰處置資源化水平。

方式一:藥劑螯和固化填埋——現在大量的飛灰填埋在垃圾填埋廠中,不但占用了大量的土地,而且經過長時間的填埋,飛灰中的重金屬、二噁英、可溶性鹽極有可能發生轉移,進入垃圾滲濾液中。尤其是可溶性鹽,螯合劑無法對鹽進行螯和固化,導致飛灰中的鹽很容易浸出到垃圾滲濾液中。然而目前處理垃圾滲濾液的普遍方法為厭氧-好氧-超濾-納濾-反滲透等,由于滲濾液中的鹽含量過高,此時的滲濾液由“高COD難降解”有機廢水變為“高鹽、高硬、高COD、難降解綜合廢水”,這時“厭氧-好氧”將會失去原有的效果,處理垃圾滲濾液將更加困難。如果在垃圾滲濾液中進行脫鹽,也沒有任何意義。一方面垃圾滲濾液中有很多有機物污染物、揮發性污染物和各種各樣的雜質,在這中脫鹽,將會導致所提的鹽為“廢鹽”,沒有任何利用價值;另一方面在這垃圾滲濾液中脫鹽的成本很高,不適合脫鹽。 

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垃圾填埋場大量占用土地、滲濾液很難處理 

方式二:熔融/燒結制建材——如果沒有預先脫鹽,在熔融/燒結過程中產生的煙氣里會含有大量的堿土金屬鹽酸鹽,并且伴隨大量的二次飛灰,造成二次污染。處理難度極大,也會導致建材中的氯含量超標,達不到相關國家標準。

方式三:水泥窯煅燒處置制水泥——水泥窯煅燒處置可以處理飛灰中的重金屬、二噁英、但無法處理飛灰中的鹽。如果沒有提前脫鹽,會導致水泥窯中氯的含量過高,不僅會造成水泥窯結皮、堵塞,影響正常水泥的生產,而且生產出來的水泥是不符合國家標準的水泥,不能正常使用。

從以上幾種飛灰主流的處置方式可以看出,若想資源化、無害化的處置飛灰,就必須先脫氯,只有使飛灰中的氯降低到可控范圍內,才能明顯改善水泥固化、水泥窯協同處置、燒結/熔融等方法的處置效果,也為后續產品的大規模資源化利用(如水泥、輕骨料等)提供希望,才能解決垃圾焚燒飛灰這個難題,實現飛灰處置工業化。 “三級逆流漂洗”-最先進的飛灰水洗脫鹽技術 目前提取飛灰中的鹽,最效的方法為“水洗脫鹽”。

北京大學的李曉東以去離子水作為洗脫劑,實驗結果表明:水灰比是影響氯離子洗脫效果的最主要因素,在液固比為4時,水洗過程中約有93%的氯離子被洗脫而進入水相;朱芬芬等人利用X射線衍射分析無機氯鹽的行為,發現的氯鹽主要有NaCl、KCl和CaCl2,通過兩次水洗、水固比3:1后1000℃燒結1h的預處理工藝能更高效更節能地去除飛灰中的氯化物,氯的減少率在94%以上;鄭源格等人實驗表明通過水洗預處理可穩定有效去除飛灰中質量分數為90%以上的氯離子,消除了焚燒飛灰中氯質量分數過高對水泥窯的損害;鄒廬泉等人發現常溫水洗,水洗比例1:8,水洗次數2次,攪拌時間10min,沉淀時間10min,水洗預處理可以有效除去飛灰中氯離子和可溶性重金屬等。

在理論基礎上,北京中科國潤環??萍加邢薰鹃_發出的“三級逆流漂洗”這套專利系統,可實現飛灰的高效脫鹽,可以將飛灰中的氯離子由20%降到0.5%以下,并致力于“用最少的水,洗出最干凈的灰”。且這套系統全程水洗無揚塵,在全程堿性條件下,降低了重金屬及二噁英的溶出;這套系統是目前水洗脫鹽的最好選擇;相對于國外的技術,這套系統也是領先的,獨特的“三級逆流漂洗”,可使水灰比降到3-4:1,具有水洗效率高、用水量小、污水零排放等優點,極大的節約了水資源。

國內首條水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰示范線采用這套系統,進行飛灰預處理“水洗脫氯”,利用水灰比為3-4:1,洗滌次數3次,可使飛灰中的氯離子下降到0.5%以下,為后續飛灰的入窯煅燒提供可能,不會對水泥窯及水泥熟料產生影響,實現飛灰處置的資源化、無害化、減量化;實現飛灰處置工業化。

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水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰實現了飛灰處置工業化

飛灰脫鹽的經濟效益

飛灰的脫鹽不僅對焚燒飛灰處置的資源化、無害化、減量化起到重要作用,而且對我國的可持續發展、危廢的資源化利用起到關鍵的作用。目前全國的飛灰產量為400萬噸,若能提取其中的可溶性鹽,則約有工業級鉀鹽40萬噸、工業級鈉鹽80萬噸,若按2020年1000萬噸飛灰算,可提取工業級鉀鹽100萬噸、工業級鈉鹽200萬噸。我國的鉀鹽資源嚴重短缺,被國土資源部列為8種大宗緊缺礦產之一,保障國內鉀鹽資源的安全就是保障我國的糧食安全。按照鉀肥含氯化鉀62%以上的標準計算,2016年飛灰中鉀肥的量占全國鉀肥年進口量10%以上,2020年將達到26%以上,為我國鉀鹽匱乏的局面提供了重要的解決途徑,這也符合循環經濟的發展方向。 飛灰脫鹽的環境效益 脫鹽是為了保護生態環境,也是為我國的環境事業做出貢獻。只有飛灰經過預處理脫鹽后,才能使飛灰處置的更徹底、更有效、更環保,才能保證我們生存的這片土地不被飛灰所污染,防止飛灰中大量的可溶性鹽滲入土壤、地下水,給環境和人類健康造成巨大威脅。 飛灰脫鹽的社會效益 飛灰中的鹽來源于生產、生活,若沒有被資源化應用,將會危害土壤、地下水及人體健康。如果提前進行水洗脫氯,使飛灰中的鹽在生產、生活中達到一種循環,讓其回歸資源化的道路,也就沒有了難“鹽”之隱。這樣也解決了飛灰中鹽對社會的危害,使飛灰成為一種資源,讓飛灰更好的“服務”于社會。

“為了飛灰不再成為大地之殤”,我們在行動。保護生態環境,實現飛灰的無害化、減量化、資源化綜合再利用,其根本在于怎樣有效脫鹽,怎么使飛灰中的鹽降低到標準之下,這也符合循環經濟的發展方向,符合“十三五”及及“京津冀一體化”的有關規劃,而且能夠進一步解決困擾多年的生活垃圾飛灰處理問題,實現社會效益、環境效益和經濟效益的有效統一。