導(dǎo)語：城市垃圾焚燒底灰資源化處置綜述一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

焚燒作為一種新型城市固體垃圾處理技術(shù)，既能夠有效減少城市垃圾的體積和質(zhì)量，還能夠在垃圾焚燒過程中產(chǎn)生電能，因此被世界各國(guó)廣泛采用。多年實(shí)踐表明，城市垃圾焚燒處理比垃圾填埋、生化和堆肥處理技術(shù)更加優(yōu)越。垃圾焚燒后所產(chǎn)生的固體殘?jiān)?主要是底灰)約占原始垃圾質(zhì)量的25左右。隨著越來越多的垃圾采用焚燒處置，產(chǎn)生的大量固體殘?jiān)写谶M(jìn)一步處置。與原始垃圾相比，垃圾焚燒底灰(以下簡(jiǎn)稱焚燒底灰)中有毒元素的含量比一般土壤高10～100倍]。我國(guó)對(duì)焚燒底灰的處理主要采用填埋法和轉(zhuǎn)化低端建筑材料，如路基填充材料、填埋場(chǎng)的覆蓋層等，而焚燒底灰填埋正面臨著土地空間緊張和污染環(huán)境的問題_3]。自20世紀(jì)7O年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始研究和推進(jìn)焚燒底灰的無害化、資源化處理。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家(如瑞士、德國(guó)、荷蘭等)，焚燒底灰中部分重金屬和有機(jī)物的含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其控制標(biāo)準(zhǔn)，因而很多國(guó)家將焚燒底灰歸類為“危險(xiǎn)固體廢物”，并頒布了嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)控制焚燒底灰的最終處理，嚴(yán)禁直接填埋處置。如何利用焚燒底灰內(nèi)在資源特性，開展最優(yōu)的資源利用途徑是各國(guó)固體廢棄物資源化、無害化管理的研究重點(diǎn)。目前，世界多國(guó)均在積極開展利用焚燒底灰替代天然建筑材料的技術(shù)研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)工作，并已取得了較好的進(jìn)展。在一些歐洲國(guó)家，如丹麥和荷蘭等，將粒徑小于2mm的焚燒底灰用作瀝青的細(xì)骨料或經(jīng)處理后制備水泥的添加劑；將粒徑大于2mm的焚燒底灰經(jīng)過不同的物理分離技術(shù)處理后制備高等級(jí)公路的路基層面和基層材料，或?qū)⒎贌谆?、水、水泥及其他骨料按一定比例混合制備輕質(zhì)混凝土磚、空心磚等。工程測(cè)試表明，以焚燒底灰為骨料制備的磚類產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)混凝土磚的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)l_4；在美國(guó)，焚燒底灰被用作石油瀝青路面的骨料以及水泥或混凝土的替代骨料]。美國(guó)聯(lián)邦公路管理局已在休斯敦、華盛頓等地成功完成了6項(xiàng)以上含焚燒底灰的瀝青鋪裝示范工程，這些焚燒底灰被用于道路的粘結(jié)層、耐磨層或表層和基層_8]，經(jīng)過適當(dāng)處理的焚燒底灰較好地展示了作為高性能生態(tài)建筑材料的潛力。在我國(guó)，隨著大型城市垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，底灰的再生利用技術(shù)和新型產(chǎn)品也逐漸研究開發(fā)。焚燒底灰轉(zhuǎn)化為建筑材料的可行性受其產(chǎn)生來源和自身特性影響，不同地區(qū)產(chǎn)生的焚燒底灰具有較大差別，這將導(dǎo)致焚燒底灰在資源利用過程中出現(xiàn)不同程度的工程質(zhì)量或環(huán)境污染問題，從而影響焚燒底灰的資源化再生利用，也勢(shì)必降低焚燒底灰轉(zhuǎn)化為新型材料及更高級(jí)別再利用的潛在價(jià)值。筆者以我國(guó)較發(fā)達(dá)城市天津市的焚燒底灰為例，從不同粒徑范圍焚燒底灰顆粒的工程特性和環(huán)境特性著手，并結(jié)合天然建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，評(píng)價(jià)分析將焚燒底灰轉(zhuǎn)化為天然建筑材料的可行性，分析其應(yīng)用過程中出現(xiàn)質(zhì)量損傷的原因，并提出改善焚燒底灰工程性能的措施。

1實(shí)驗(yàn)部分

1．1原材料

焚燒底灰樣品取自天津某城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠。由于焚燒底灰物理成分的復(fù)雜多樣性，為確保樣品分析數(shù)據(jù)的可靠性和代表性，樣品的采集方法按照《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》和《固體廢棄物實(shí)驗(yàn)分析評(píng)價(jià)手冊(cè)》中的標(biāo)準(zhǔn)方法執(zhí)行。連續(xù)4d間斷采集500kg底灰樣品混合均勻，從樣品堆積體的不同點(diǎn)、不同深度處選取大約20個(gè)取樣點(diǎn)，共取100kg實(shí)驗(yàn)用樣品，再次混合均勻后進(jìn)行磁性分離清除焚燒底灰中大塊的黑色磁性金屬，將處理后的焚燒底灰樣品進(jìn)行分析測(cè)試。

1．2分析與測(cè)試方法

焚燒底灰樣品化學(xué)元素分析：為對(duì)焚燒底灰粗、細(xì)顆粒分別進(jìn)行化學(xué)特性分析，利用2、6mm標(biāo)準(zhǔn)篩將焚燒底灰進(jìn)行分離，獲得O～2、2～6、>6mm3種粒徑范圍的顆粒；利用101型電熱恒溫干燥箱在105℃下干燥12h；采用X熒光光譜(XRF)分析儀對(duì)3種粒徑的焚燒底灰顆粒進(jìn)行元素成分分析，每次分析的樣品質(zhì)量為2～4g，且樣品顆粒需研磨至粒徑小于150p．m。焚燒底灰有機(jī)質(zhì)分析：將Mg焚燒底灰樣品在5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的稀鹽酸溶液中浸泡20min以上，過濾去水后先后在150、500。C的電熱恒溫干燥箱中放置5h，記錄2次干燥后的質(zhì)量分別為M和M2，則焚燒底灰樣品的有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(M一M2)／MX100。焚燒底灰及其再生材料的環(huán)境影響評(píng)價(jià)：根據(jù)《危險(xiǎn)廢物浸出標(biāo)準(zhǔn)》(GB5086．1—1997)，采用旋轉(zhuǎn)式浸出法口1_測(cè)定焚燒底灰及其再生材料浸出液中重金屬的含量。將100g焚燒底灰樣品加入到裝有l(wèi)000mL去離子水的白色標(biāo)準(zhǔn)塑料瓶中，在往復(fù)式水平振蕩器上連續(xù)振動(dòng)，24h為一個(gè)浸出測(cè)試周期，將取得的浸出液樣品經(jīng)離心分離取上清液，分析重金屬和氯的含量。參照《原子吸收光譜分析法通則》(GB／T15337-2008)，采用原子分光光度法測(cè)定浸出液中的重金屬元素和氯離子的含量…]。焚燒底灰顆粒粒徑級(jí)配分布：將焚燒底灰分別過28、20、16、10、6、4、2、1mm標(biāo)準(zhǔn)篩，分析焚燒底灰的粒徑分布規(guī)律。焚燒底灰顆粒的礦物特征：采用掃描式電子顯微鏡(SEM)測(cè)定不同粒徑焚燒底灰顆粒的礦物結(jié)構(gòu)。砂當(dāng)量、密度、吸水性：根據(jù)西班牙建筑材料測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(NLT111／1987，NLT108／1991)，測(cè)定焚燒底灰的砂當(dāng)量、密度及吸水性。焚燒底灰再生建筑材料工程性能分析：將處理前后的焚燒底灰顆粒(其中粒徑小于2mm的焚燒底灰以天然砂子取代)與天然水泥、水按照2O：5：3(質(zhì)量比)混合澆筑成0．3m×0．2m×0．2m的混凝土平板試件。試件成型方法參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB／T50081-2002)。試件成型3d后，放入相對(duì)濕度大于7O、溫度25℃左右的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。依據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)}(GBJ1O7—87)，對(duì)養(yǎng)護(hù)后的試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，取試件3處強(qiáng)度的算術(shù)平均值作為試件強(qiáng)度值。檢查試件的裂縫情況，采用photo—Mi—crpgraph微觀成像儀、SEM、XRF分析裂縫及其兩側(cè)材料特性。利用天然礦石骨料制備大小相同的混凝土平板試件，對(duì)比其與焚燒底灰再生混凝土平板試件的工程性能。

2結(jié)果與討論

2．1焚燒底灰化學(xué)成分

焚燒底灰的化學(xué)成分對(duì)其理化特性及各種再生處理技術(shù)的適應(yīng)性、處理費(fèi)用和效果均有重要影響。XRF分析表明，焚燒底灰主要由Si、Ca、K、Na、C1、Fe、Mg等主要元素以及Pb、Cr、Zn、Cu、Ni、Mn、Cd等微量元素組成。表1給出了原始焚燒底灰和3種不同粒徑焚燒底灰的化學(xué)元素成分含量。從原始焚燒底灰的化學(xué)分析結(jié)果可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1的主要元素包括A1、Si、Ca、Fe和K，而微量元素中Zn和Mn的含量較高，其余常見的重金屬元素如Cu、Pb、Cr、Ni等含量較低。同發(fā)達(dá)國(guó)家的焚燒底灰相比，我國(guó)焚燒底灰中主要元素含量相對(duì)較高，而微量重金屬元素含量相對(duì)較低，尤其Pb、Cu、Cr等元素在發(fā)達(dá)國(guó)家的焚燒底灰中含量是本研究所測(cè)的5～15倍[】。有研究表明，焚燒底灰中的重金屬趨向于富集在尺寸較小的底灰顆粒上，而本研究所測(cè)焚燒底灰中，僅Zn、Cu含量隨著底灰粒徑的增加而減少，其余重金屬元素并未證實(shí)這一規(guī)律。焚燒底灰中的有機(jī)質(zhì)主要是由于垃圾不完全燃燒造成的，2～6nlm焚燒底灰顆粒中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，再生利用過程中需考慮其對(duì)再生建筑材料使用性能的影響。表1城市生活垃圾焚燒底灰的化學(xué)成分”Table1Chemicalcompositionofmunicipalsolidwasteincinerationbottomash注：百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2．2焚燒底灰浸出特性分析

筆者對(duì)3種不同粒徑的焚燒底灰樣品進(jìn)行浸出特性分析，結(jié)果見表2。由表2可見，重金屬(如Cu和Zn)的最高浸出濃度出現(xiàn)在2～6mm的焚燒底灰樣品中，說明該尺寸的焚燒底灰顆粒具有一定程度的毒性浸出風(fēng)險(xiǎn)，但與《危險(xiǎn)廢物鑒別技術(shù)規(guī)范》(HJ／T298-2007)中規(guī)定的金屬浸出濃度限值相比仍很低。為進(jìn)一步考察焚燒底灰再生建筑材料是否具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)2～6mm的焚燒底灰與普通水泥混合制備的0．3m×0．2m×0．213．混凝土平板試件進(jìn)行毒性浸出測(cè)試，結(jié)果見表3。從浸出液分析結(jié)果可以看出，Cu和Zn的浸出濃度大大降低，這可能是由于水泥固化降低了重金屬的浸出速率。從HJ／T298—2OO7中對(duì)重金屬浸出濃度限值來看，以焚燒底灰為骨料制備的混凝土平板試件沒有環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。但不可忽視的是，隨著城市生活水平的提高，生活垃圾組分越來越復(fù)雜，將包含更多含有重金屬的垃圾組分，這些重金屬將隨著焚燒過程進(jìn)入焚燒底灰中，因此未來仍需要跟蹤監(jiān)測(cè)我國(guó)垃圾焚燒底灰的環(huán)境問題。另外，原始焚燒底灰及其制備的混凝土平板試件的浸出液都屬于高堿性，說明焚燒底灰具有較高的堿度，這會(huì)對(duì)再生建筑材料的工程性能產(chǎn)生一定影響。因此，焚燒底灰再利用前表2焚燒底灰浸出液pH及微量元素浸出濃度Table2pHvaluesandconcentrationsoftraceelementsfromincinerationbottomash表32"-6mm焚燒底灰及其混凝應(yīng)采取有效措施降低其堿度，如采用長(zhǎng)期風(fēng)化或加速風(fēng)化等手段。

2．3粒徑分布分析

焚燒底灰顆粒的尺寸分布是衡量其作為建筑材料應(yīng)用潛力的關(guān)鍵因素之一。圖1比較了焚燒底灰顆粒與普通粗、細(xì)建筑骨料的粒徑級(jí)配分布，可以看出它們具有相似的粒徑分布規(guī)律，焚燒底灰顆粒的粒徑范圍包含了粗、細(xì)建筑骨料的粒徑范圍。

2．4密度和吸水性

表4給出了3種粒徑范圍焚燒底灰的平均密度和吸水率。普通建筑材料的平均密度為2650～2700kg／m。，焚燒底灰中粒徑大于6ITlm的粗顆粒的平均密度與普通建筑材料比較接近，而粒徑小于2mm的細(xì)顆粒相對(duì)屬于輕質(zhì)材料。就顆粒的吸水率而言，普通建筑材料的吸水率小于3，焚燒底灰中粗顆粒的多孔性高、表面積較大，因此吸水性能相對(duì)較強(qiáng)，在工程應(yīng)用中需更多考慮該參數(shù)。表4焚燒底灰的平均密度和吸水率Table4Densityandhydroscopicityofbottomash

2．5顆粒微觀形態(tài)

在相同的測(cè)試條件下，不同粒徑焚燒底灰的(a)2-6mmSEM圖見圖2。從圖2可以看出，焚燒底灰的礦物形態(tài)具有多孔性、無規(guī)則性等特點(diǎn)，主要是由于焚燒室不均勻的送風(fēng)、不均勻的焚燒溫度以及垃圾在焚燒爐內(nèi)不同的停留時(shí)間造成的。較高的多孑L性為有毒物質(zhì)的浸出提供了活性空問，同時(shí)對(duì)焚燒底灰在應(yīng)用過程中的吸附性和抗壓強(qiáng)度有一定影響，這在再生利用過程中應(yīng)加以考慮。

2．6砂當(dāng)量

根據(jù)NLT111／1987測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，焚燒底灰細(xì)顆粒(粒徑小于2mrn)的砂當(dāng)量是25。中等程度的路基材料要求砂當(dāng)量大于28，輕程度的路基材料要求砂當(dāng)量大于23。由此可見，焚燒底灰中的細(xì)顆粒不能滿足中等程度的路基材料砂當(dāng)量要求，但符合輕程度的路基材料砂當(dāng)量要求。

2．7壓實(shí)性

原始焚燒底灰的壓實(shí)性測(cè)試結(jié)果見表5。多次測(cè)量的最大密度為1．46g／cm。，相應(yīng)的修正濕度是131。根據(jù)NLT108／1991要求，普通建筑材料測(cè)試的最大密度至少為1．45g／cm。，因此焚燒底灰的壓實(shí)性測(cè)試結(jié)果和普通建筑材料的壓實(shí)性需求一致。表5壓實(shí)性測(cè)試結(jié)果Table5Resultsofcompaction

2．8焚燒底灰再生混凝土平板試件的特性

由于焚燒底灰中包含未燃盡有機(jī)質(zhì)、玻璃碎片、廢舊金屬渣等雜質(zhì)成分，導(dǎo)致其再生利用過程中，這些雜質(zhì)易隨周圍環(huán)境特性發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)化，使再生的建筑材料產(chǎn)生起泡、裂縫等損傷現(xiàn)象；同時(shí)，由于焚燒底灰屬于多孔材料，其抗壓強(qiáng)度較低，容易造成再生建筑材料裂斷等現(xiàn)象。對(duì)焚燒底灰再生混凝土平板試件進(jìn)行損傷情況檢查，發(fā)現(xiàn)平板上出現(xiàn)幾條裂縫，采用photo-Micro—graph成像儀對(duì)裂縫處取橫截面拋光后進(jìn)行測(cè)試，還發(fā)現(xiàn)了多條微小裂紋(見圖3)，利用SEM、XRF對(duì)裂縫處材料的成分進(jìn)行分析(見圖4、圖5)，發(fā)現(xiàn)該裂縫處含有金屬Al和玻璃凝膠，玻璃凝膠成分分析見圖6，主要包含Si、Ca、Na、K。圖3混凝土平板試件內(nèi)部微觀裂縫Fig．3Microscopiccrackinginconcretespecimen圖4裂縫處的金屬AIFig．4A1incrackofconcretespecimenbySEM圖5裂縫橫截面處的玻璃凝膠Fig．5Glassgelincrackofconcretespecimen由于生活垃圾中含有鋁制品包裝廢棄物，在高溫焚燒過程中Al表面氧化生成致密的氧化物而阻止了內(nèi)部Al繼續(xù)氧化rl引。研究表明，65～200mm厚度的鋁箔包裝制品在850℃下焚燒后，85％左右的A1停留在底灰中，10左右進(jìn)入到飛灰中¨1引。在堿性環(huán)境中，焚燒底灰再生材料包含的金屬Al發(fā)•46•圖6裂縫處XRF分析的玻璃凝膠成分Fig．6GlasscomponentsincrackofconcretespecimenbyXRF生如下反應(yīng)：Al+OH一+H2O—AI(OH)3+H2十(1)AI(OH)。+OH～+HO一[Al(OH)]一(2)[Al(OH)]一一Al(OH)。+OH一(3)[Al(OH)]一+Ca+OH一一Ca。EAI(OH)](4)Al在堿性條件下生成Al(OH)。，兩性的Al(OH)。溶于水，且在pH>10的強(qiáng)堿性溶液中不能形成純化層，因此Al(OH)。與水放熱反應(yīng)生成[AI(OH)]一；若環(huán)境pH降至9～10，[AI(OH)]一再次分解出Al(OH)。，當(dāng)Al(OH)。低于溶度積時(shí)產(chǎn)生凝膠體沉淀；同時(shí)，根據(jù)化學(xué)方程式(4)，[-AI(OH)]一和Ca抖在堿性環(huán)境中產(chǎn)生新的沉淀物Ca。[-AI(OH)]，這些沉淀物是導(dǎo)致再生混凝土平板試件體積增加而產(chǎn)生裂縫的原因之一。通過進(jìn)行裂縫橫截面處微觀掃描，發(fā)現(xiàn)了幾處玻璃凝膠。這是由于焚燒底灰顆粒中的玻璃成分在堿性環(huán)境中發(fā)生腐蝕性化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了堿硅酸鹽凝膠(見式(5))。

3焚燒底灰工程性能改善對(duì)策初探

焚燒底灰中金屬、玻璃等雜質(zhì)成分和其多孔性可以導(dǎo)致再生混凝土材料損傷。因而，有必要通過凈化處理技術(shù)去除焚燒底灰中的雜質(zhì)成分，提高其抗壓強(qiáng)度等工程性能，以改善焚燒底灰再生材料的工程質(zhì)量。取相同來源的焚燒底灰樣品約5Okg，進(jìn)行不同物理分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于焚燒底灰細(xì)顆粒中的有機(jī)質(zhì)可通過逆流水洗篩分的方法去除；而細(xì)顆粒中的金屬Al由于顆粒粒徑小、可識(shí)別度低，利用物理方法難以高效分離出去，故使用低濃度的氫氧化鈉溶液進(jìn)行浸泡處理，將處理后的焚燒底灰在空氣中自然風(fēng)化以降低其弱堿性能；焚燒底灰粗顆粒中的有機(jī)質(zhì)、金屬Al可以通過人工揀選(較粗顆粒)和渦流磁選去除；利用人工揀選去除焚燒底灰中直徑大于6mrn的玻璃殘?jiān)w粒，利用Opto-me—chanical光學(xué)機(jī)械分離2～6mii1焚燒底灰中玻璃殘?jiān)粚⒘⑹饺~輪機(jī)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)化整形與風(fēng)力除塵技術(shù)結(jié)合，使粗顆粒在高速旋轉(zhuǎn)過程中解體、撞擊、破碎而磨平表面，改善顆粒由于多孔性而影響強(qiáng)度的問題，增強(qiáng)顆粒堅(jiān)固性和棱角效應(yīng)，同時(shí)使輕質(zhì)顆粒和未燃盡有機(jī)物被淘汰，而通過風(fēng)力分級(jí)再次將細(xì)顆粒中有機(jī)物清除，并除去其中的極細(xì)塵粒。對(duì)凈化處理后的焚燒底灰再次進(jìn)行篩分，并對(duì)不同粒徑底灰的物理特性進(jìn)行分析，與原始焚燒底灰相應(yīng)組分相比，焚燒底灰中的有機(jī)質(zhì)、玻璃、金屬A1含量均明顯降低(見表6)。

4結(jié)論

(1)通過對(duì)焚燒底灰進(jìn)行工程特性表征和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可以看出焚燒底灰具有再生轉(zhuǎn)化為建筑材料的潛在價(jià)值。然而焚燒底灰再生應(yīng)用開發(fā)新材料過程中，應(yīng)考慮焚燒底灰有機(jī)質(zhì)含量高、顆粒多孔性、吸水率較高、壓實(shí)強(qiáng)度不能滿足高等級(jí)建筑材料性能要求等特殊性能。

(2)不同粒徑焚燒底灰的重金屬浸出濃度均低于HJ／T298—2OO7中規(guī)定的金屬浸出濃度限值，因而其再生利用不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，并可節(jié)約填埋的土地資源，使焚燒底灰的出路問題得到實(shí)質(zhì)性解決；還可以緩解建筑材料越來越大的需求量對(duì)天然資源造成的壓力。

(3)焚燒底灰中的玻璃碎片、金屬、有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)在堿性環(huán)境中通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新的物質(zhì)，因此其再生的建筑材料容易產(chǎn)生起泡、裂縫等損傷現(xiàn)象。在焚燒底灰再生利用前，需針對(duì)焚燒底灰中粗細(xì)顆粒的特點(diǎn)，選用適合的處理方式進(jìn)行凈化處理以去除底灰中的雜質(zhì)，改善再生建筑材料的工程性能。

(4)通過凈化處理技術(shù)，焚燒底灰中有機(jī)質(zhì)、玻璃及Al的含量明顯降低，焚燒底灰的多孔率降低了22，其制備的混凝土平板試件壓實(shí)強(qiáng)度顯著提高。