爐渣是生活垃圾焚燒的副產(chǎn)物，包括爐排上殘留的焚燒殘?jiān)蛷臓t排間掉落的顆粒物，有時(shí)鍋爐飛灰也排入爐渣流中一并處理處置。焚燒1生活垃圾約產(chǎn)生 200~250kg爐渣，以日處理量為1000t的生活垃圾焚燒廠為例，1年約產(chǎn)生7~9萬(wàn)t左右的爐渣。若作為一般固體廢物進(jìn)入填埋場(chǎng)處置，將增加填埋場(chǎng)庫(kù)容緊張的壓力。近幾十年來(lái)國(guó)外對(duì)焚燒爐渣性質(zhì)和處理處置的研究較多[1-3國(guó)內(nèi)則未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

作者以上海浦東新區(qū)垃圾焚燒發(fā)電廠(垃圾混合焚燒，爐排為傾斜逆推往復(fù)式)爐渣為研究對(duì)象，分析了爐渣的物理化學(xué)及其他性質(zhì)，并討論了其資源化利用前景。

1實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)試方法和主要設(shè)備見(jiàn)表1。

表1實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)備

2結(jié)果與討論

2.1物理性質(zhì)

原狀爐渣呈黑褐色，風(fēng)干后為灰色。含水率為10.5%~19.0%，熱灼減率為1.4%~3.5%，低熱灼減率反映出其良好的焚燒效果。

圖1不同粒徑范圍的爐渣物理組成

爐渣是由陶瓷和磚石碎片、石頭、玻璃、熔渣、鐵和其他金屬及可燃物組成的不均勻混合物。

由圖1可見(jiàn)，大顆粒爐渣(>20mm)以陶瓷/磚塊和鐵為主，兩種物質(zhì)的質(zhì)量百分比隨著粒徑的減小而減小；小顆粒爐渣(<20mm)則主要為熔渣和玻璃，其含量隨著粒徑的減小而增多，這主要是由于這些物質(zhì)的物理性質(zhì)和在爐排中移動(dòng)時(shí)所受的撞擊力不同而造成的。陶瓷/磚塊、玻璃和鐵主要是從垃圾中帶來(lái)，其存在對(duì)焚燒效果有不利影響(降低垃圾熱值，阻礙焚燒爐膛內(nèi)的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，大質(zhì)量磚塊和混凝土在進(jìn)料時(shí)還可能會(huì)損壞爐膛等)，其在爐渣中的組成也可作為評(píng)估分類(lèi)收集效果的依據(jù)之一[2]。爐渣中鐵的總含量在5%~8%，主要為鐵罐和少量的鐵絲、鐵釘和瓶蓋之類(lèi)的物質(zhì)，如果全部回收，以浦東垃圾焚燒發(fā)電廠為例(日處理垃圾量為1000t/d，爐渣產(chǎn)量約250t/d)，1年可從爐渣中回收4500~7300t的廢鐵。去除鐵后的爐渣主要含熔渣、陶瓷碎片、磚石和玻璃，可燃物的總量小于0.5%(說(shuō)明焚燒爐燃盡率很高)，比較適合做材料利用。由于爐渣含鐵及有色金屬(主要為鋁)，與酸性液體接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生H2，在爐渣資源化利用時(shí)可能會(huì)造成膨脹等不利影響，因此爐渣利用前需進(jìn)行預(yù)處理[9]，回收這些物質(zhì)。爐渣中還含有少量的廢電池(0.5%以下)，存在污染泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，在利用前也必須撿出；應(yīng)進(jìn)一步完善焚燒服務(wù)區(qū)的廢電池分類(lèi)收集工作。

圖2爐渣的粒徑分布曲線(xiàn)

由圖2可見(jiàn)，爐渣粒徑分布主要集中在2~50mm的范圍內(nèi)(占61.1%~77.2%)，小于0.074mm的顆粒不到0.6%，基本符合道路建材(骨料、級(jí)配碎石或級(jí)配礫石等)的級(jí)配要求[9]。級(jí)配均勻的物質(zhì)通常穩(wěn)定性比較好，抗壓強(qiáng)度較大，易壓實(shí)到具高承載力的狀態(tài)，細(xì)顆粒少則抗凍性好[1]，爐渣的這一級(jí)配性質(zhì)對(duì)其資源化利用是有利的。

2.2化學(xué)性質(zhì)

爐渣的無(wú)機(jī)化學(xué)組成見(jiàn)表2，Si、Al(實(shí)驗(yàn)中未測(cè)，但由其礦物組成可推知)、Ca、Na、Fe、C、K和Mg是爐渣的主要組成元素。與飛灰相比，爐渣中的揮發(fā)性重金屬(如Cd、Hg、Pb和Zn)含量比較低，其他重金屬含量與飛灰相似(如Ag、Co和Ni)或高于飛灰(如As、Cu、Cr和Mn)。

爐渣溶解鹽量較低，僅為0.8%~1.0%，因此爐渣處理處置時(shí)因溶解鹽污染地下水的可能性較小。爐渣的酸中和能力約為4meq/g爐渣(以pH=4為終點(diǎn))，pH緩沖能力較強(qiáng)。初始pH值(蒸餾水浸出，液固比為5：1)在11.5以上，能有效抑制重金屬的浸出。

表2爐渣的無(wú)機(jī)化學(xué)組成

注：含量為平均值(標(biāo)準(zhǔn)偏差)n.d.為未檢出

2.3爐渣的礦物組成和形態(tài)

圖3爐渣XRD圖譜

圖 3是爐渣的XRD譜圖。爐渣礦物組成較簡(jiǎn)單，主要為SiO2、CaAl2Si2O8和Al2SiO5，也含少量的CaCO3、CaO和ZnMn2O4等。由此可知，爐渣的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，耐久性比較好。但CaCO3和CaO的存在，可能會(huì)對(duì)爐渣的利用有一定程度的影響。

由圖4可看出，熔渣狀爐渣表面很粗糙，呈不規(guī)則角狀，孔隙率較高，孔隙直徑也比較大。由放大倍數(shù)更大的圖5可知，爐渣部分位置晶體發(fā)育良好，主要為棒狀、針狀和粒狀晶體，但發(fā)育不是很均勻，這是因?yàn)榉贌^(guò)程中溫度和空氣分布不均，停留時(shí)間不同的緣故。

2.4爐渣的浸出毒性

表3，表4分別列出了用我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)浸出方法[6]和美國(guó)TCLP浸出方法[7]所得的爐渣浸出毒性。

可見(jiàn)，不管用哪種方法浸出，爐渣的重金屬浸出濃度均很低，處置或利用時(shí)對(duì)環(huán)境可能造成的危害不大。從這個(gè)角度看，爐渣的資源化利用前景十分樂(lè)觀。

表3水平振蕩法浸出程序所得的爐渣浸出毒性(mg/L)

表4TCLP浸出程序所得的爐渣浸出毒性(mg/L)

注：n.d.未檢出

2.5爐渣的有效利用

爐渣中的鐵和有色金屬可回收利用。國(guó)外已有的研究和工程實(shí)踐表明，對(duì)爐渣進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理以滿(mǎn)足建筑材料所規(guī)定的技術(shù)要求后，爐渣的資源化利用(如道路基層和底基層骨料、填埋場(chǎng)覆蓋材料和石油瀝青路面或水泥/混凝土的替代骨料等)是完全可行的，并且只要管理得當(dāng)，可以做到不對(duì)環(huán)境造成危害[8]。

3結(jié)論

3.1爐渣中含鐵量為5%~8%，以浦東垃圾焚燒發(fā)電廠為例，1年可從爐渣中回收4500~7300t的廢鐵，回收利用價(jià)值較高；去除鐵后的爐渣主要含陶瓷/磚石、玻璃和熔渣，適合資源化利用；爐渣粒徑分布較均勻，主要集中在2~50mm，大于2mm顆粒占60%以上。

3.2Si、 Al、Ca、Na、Fe、C、K和Mg是爐渣的主要組成元素，與飛灰相比，爐渣中的重金屬(如Cd、Hg、Pb和Zn)含量比較低；爐渣的溶解鹽量小于 1%，處理處置時(shí)因溶解鹽污染地下水的可能性較小；酸中和能力約為4meq/g爐渣，pH緩沖能力大，能有效抑制重金屬的浸出。

3.3爐渣的主晶相為SiO2、CaAl2Si2O8、Al2SiO5、CaCO3、CaO和ZnMn2O4。

3.4爐渣的重金屬浸出濃度遠(yuǎn)低于危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)值，重金屬污染程度小。資源化利用前景廣闊。

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