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生活垃圾焚烧炉渣特性分析

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第22期作者：姬慧民1 许元豪2 吴宏亮1

[导读] 摘要：由于生活垃圾焚烧炉渣为一般固体废物，在生活垃圾管理及技术研究中其重视度远低于飞灰、渗沥液、烟气等；而炉渣规范化综合利用是建设现代化生活垃圾焚烧处理厂的必然要求。

        1.中国轻工业广州工程有限公司广东省广州市 510370；
        2.广东泓耀环保工程有限公司广东省广州市 510370
        摘要：由于生活垃圾焚烧炉渣为一般固体废物，在生活垃圾管理及技术研究中其重视度远低于飞灰、渗沥液、烟气等；而炉渣规范化综合利用是建设现代化生活垃圾焚烧处理厂的必然要求。通过对生活垃圾焚烧产生的炉渣特性进行分析，为炉渣的预处理和综合利用提供基础和科学依据。
        关键词：生活垃圾焚烧；炉渣；特性
        1物理性质
        城市生活垃圾焚烧炉渣是生活垃圾焚烧的副产物，包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物，呈黑褐色，原炉渣有刺激性气味，经过处理后气味减弱。未经处理的焚烧炉渣主要由灰渣、碎玻璃和砖块、陶瓷碎片、木屑及少量布条、塑料、金属制品等物质组成。
        焚烧炉渣形状表现为完全中空的球体或者内部包含有数量众多小球的子母球体，呈不规则蜂窝状，表面多为玻璃质，粒径组成在2～50mm之间（占60.8%~7.68%），小于0.074mm的颗粒含量在0.06%~1.36%。基本符合道路建材中集料的级配要求。
        由于水淬降温排渣作用，炉渣的含水率约为12.0%~18.9%，随着堆积时间、天气等因素上下波动；炉渣热酌减率反映垃圾的焚烧效果，一般较低，小于3%；松散堆置时的密度为1.2g/m3左右，压实堆置时的密度为1.5g/m3左右。
        2化学性质
        炉渣呈碱性，新鲜炉渣的pH值一般在10以上。焚烧炉渣主要由硅酸盐玻璃相、矿物相的物质组成。焚烧炉渣中高浓度的硅酸盐、以及Ca、K、Na、Mg等碱(土)金属元素，具有较强的酸缓冲能力。主要矿物成分有SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3等，其中，SiO2是焚烧炉渣的主要组成材料，Fe-Al氧化物在城市生活垃圾焚烧炉渣中大量存在。
        生活垃圾焚烧炉渣中含有相当一部分富含铁的组分，炉渣含铁量约占焚烧炉渣质量的5%，在新鲜炉渣中，铁元素的存在形式主要有尖晶石类含铁物质（Fe3O4以及含Al-、Ti-的衍生物），含铁合金（包括Fe-P,Fe-S,Fe-Cu-Pb），赤铁矿(Fe2O3)和未燃烧的单质铁（Fe）形式。含铁物质多包裹在焚烧炉渣熔融玻璃中，且在焚烧炉渣中所占的比例并不是很高，在研究焚烧炉渣中铁的存在状态时，比如焚烧炉渣中铁价态分布情况等，有必要对生活垃圾焚烧炉渣含铁物质进行富集。
        预处理后的炉渣主要化学成分及含量为：硅35~50%、钙7%~15%、铝3.5%~7.0%、铁3.0%~6.0%、钠2.5%~8.0%、钾1.3%~3.0%、磷0.7%~3.0%，不同地点、不同批次的炉渣主要化学组成接近，由此可认为预处理后的炉渣的化学成分相对比较稳定。
        另外对预处理后的炉渣取样进行X衍射，结果显示，炉渣的主要矿物质为石英、钙长石、斜方沸石，其他的矿物峰比较弱，含量很少，且主要矿物质的水化活性都不高。
        3炉渣的放射性
        对炉渣进行放射性检测，其检测结果为内照指数Ira在0.30~0.39之间，外照指数Ir在0.63~0.68之间。参照GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量标准》的要求，当材料的内照指数、外照指数均小于1.0时，用用于民用、公用建筑的主体结构。
        4炉渣的二噁英含量
        参照HJ77.3-2008《固体废物二噁英类的测定同位素稀释高分辨-高分辨质谱法》，随机抽取炉渣进行检测，二噁英总含量为1.706×10ng/kg，远低于GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中对二噁英含量3.0×103ng/kg的要求。
        5炉渣的轻漂物含量
        炉渣的轻漂物含量0.1%~0.2%，满足GB/T25032-2010《生活垃圾焚烧炉渣集料》中轻漂物含量不大于0.2%的技术要求。以轻漂物含量高的炉渣为原来生产的制品，其质量必然收到负面影响，轻漂物不仅增加了需水量，造成更多空隙，还影响界面的粘结力，轻漂物含量与发电厂煅烧制度以及炉渣预处理工艺有关。
        6炉渣毒性浸出
        炉渣的有害物质浸出（铅、镍、铬、镉、汞、氰化物）含量远低于GB508 5.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》安全浓度限量标准，不属于有毒废物。
        7炉渣的土木工程特性
        为考察焚烧炉渣在土木工程上应用的可能性，南洋理工大学环境工程实验室还对飞灰和炉渣的土木工程特性进行了测定。按照英国标准委员会制定的“BS1377”测定方法，用烘箱把炉渣烘干后测定了它们的密度、渗透度和强度，结果见下表所示。
        表1水冷熔渣（典型值）的土木工程特性表

        附注：表中数据仅为典型数据，根据垃圾成分的不同，表中数据也不同。
        通过对炉渣的土木工程特征对比分析（与沙子的典型值对比），炉渣密度1.17~1.54t/m3，沙子密度1.35~1.9t/m3，炉渣的密度是沙子的81%，是因为炉渣颗粒经过高温烧结，表面为玻璃质、蜂窝状的特性所至；炉渣压实后渗透率3.3×10-5，沙子1.0×10-6，炉渣的堆放参数（摩擦角）46.5°，沙子32~45°，主要是炉渣的不规则形状和粗糙表面造成的。由此说明炉渣有与沙子接近的土木工程特性。
        8生活垃圾焚烧炉渣的资源性
        城市生活垃圾在焚烧过程中，沸点温度较高的、难挥发的元素（Ni、Cr、Mn和Cu）容易较多地富集在炉渣中。焚烧炉渣中含铁量约占焚烧炉渣质量的5%；焚烧炉渣中Cu、Zn、Pb的含量为一般为102～104mg/kg，其中，Zn平均值为4229mg/kg、Cu平均值为2818mg/kg、Pb平均值为1288mg/kg；焚烧炉渣中Cr、Sn的含量为10～103mg/kg，其中，Cr平均值为375mg/kg、Sn平均值为359mg/kg。如果按照2013年我国城市生活垃圾焚烧炉渣产量计算，焚烧炉渣产生量约为1156.8万吨，则每年分别约有57.84万吨铁、4.89万吨锌、3.26万吨铜、1.49万吨铅、0.43万吨铬、0.42万吨锡排放到环境中去。假如城市生活垃圾焚烧炉渣丢弃于环境中，不仅是对资源利用过程中的浪费，也将对周边生态及人类健康造成巨大的潜在危害。
        总结：焚烧炉渣是生活垃圾焚烧过程伴生副产物，其产生量约为进厂垃圾量的20%~30%，通过对生活垃圾焚烧炉渣特性的了解与分析，炉渣主要由陶瓷和砖石碎片、石头、玻璃、熔渣、铁和其他废旧金属及未燃尽可燃物组成。炉渣的化学成分与水泥混凝土工业中的硅质混和材料相似，矿物组成主要与建筑天然集料相似，因此具有良好的资源化潜力。
        参考文献
        [1]宋立杰.生活垃圾焚烧炉渣特性及其在废水处理中的应用研究[博士学位论文].上海同济大学,2006.
        [2]曹旗.城市生活垃圾焚烧炉渣制备混凝土路面砖及其对环境负荷的影响[硕士学位论文].广州华南理工大学,2011.
        [3]杨媛.城市生活垃圾焚烧炉渣制备免烧墙体砖及其对环境负荷的影响[硕士学位论文].广州华南理工大学,2010.