生活垃圾焚烧飞灰处置方法与综合利用探讨

发布时间：2025-05-04 02:53

合理安排垃圾处理，不随意焚烧 #生活常识# #环保意识#

# 优质项目

# 优质干货

# 会议合集

· 摘要 ·

合理有效地处置生活垃圾焚烧飞灰，并实现综合利用，是生活垃圾合理处置的方式之一。本研究通过提取分离法和水洗脱除工艺进行垃圾焚烧飞灰重金属 Pb 的浸出毒性和脱氯水洗预处理，并保证水洗处理后的垃圾焚烧飞灰掺入水泥混凝土达到综合回收利用的要求。结果表明，进行 28d 养护，当飞灰掺量为 12.5% 时，水泥胶砂抗折强度为 7.4MPa，且水洗可有效去除飞灰中可溶性氯化物 NaCl、KCl 等，对飞灰中氯化物的脱除率达 95% 以上；当焚烧飞灰烧结产物掺量为 30% 时，混凝土试件的重金属 Zn 浸出液浓度由 0.253mg/L 降至 0.003mg/L，Pb 浸出液浓度由 2.267mg/L 降至 0.033mg/L，Cr 浸出液浓度有 0.172mg/L 降至 0.004mg/L，焚烧飞灰的毒性明显减少。因此，结合规范可知 30% 生活垃圾焚烧飞灰烧结产物掺量满足飞灰综合回收利用的环保安全性要求，为生活垃圾焚烧飞灰的综合利用提供了新方向。

引言

随着我国城市化进程的不断加快，人民生活水平的迅速提高，城市生产与生活过程中产生的垃圾也随之迅速增加，导致城市生活垃圾处理越来越困难，使得生活垃圾污染环境问题被社会各界广泛关注。焚烧法作为生活垃圾处理的可行方法之一，可通过高温炉焚烧生活垃圾，使垃圾中可燃成分充分氧化并产生热量用于发电和供暖，具有减量效果好、处理彻底的优点，应用范围较广。但由于生活垃圾中含有某些重金属，使得焚烧过程中燃烧排出的微小灰粒，即飞灰（又称粉煤灰或烟灰）中的重金属含量较高，如果对大量粉煤灰不加控制或处理就将其排放，不仅会造成大气污染，而且灰粉进入水体也会淤塞河道，其中的某些化学物质也会对生物和人体造成危害。因此，为了合理有效地处置生活垃圾焚烧飞灰，并实现综合利用，本研究通过提取分离法和水洗脱除工艺进行垃圾焚烧飞灰重金属 Pb 的浸出毒性和脱氯水洗预处理，使得水洗处理后的垃圾焚烧飞灰掺入水泥混凝土达到综合回收利用的要求。

一

生活垃圾焚烧飞灰处置方法

1.1 提取分离法

生活垃圾焚烧飞灰，在《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）的相关规定中属于危险废物。焚烧飞灰约占生活垃圾焚烧灰渣总量的 20% 左右，通常情况下飞灰颗粒的粒径都小于 100μm，且表面粗糙，具有较大的比表面和较高的孔隙率。生活垃圾焚烧飞灰的化学成分包括 Cl、Ca、K、Na、Si、Al、O 等元素，主要化学成分为 CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，并且飞灰中常含有 0.5%～3%高浓度的 Hg、Pb、Cd、Cu、Cr 及 Zn 等重金属，这些重金属不仅为非惰性物质，还以气溶胶小颗粒和富集于飞灰颗粒表面的形式存在，浸出毒性较高。另外，生活垃圾焚烧飞灰中还含有少量的二噁英和呋喃，因此垃圾焚烧飞灰具有很强的潜在危害性，必须对其进行无害化处理后才能将其填埋或者综合回收利用。提取分离法处置生活垃圾焚烧飞灰中的重金属是通过酸、碱提取或者生物、生物制剂提取，经过提取处理之后的飞灰和重金属可以分别进行综合回收利用。目前，提取生活垃圾焚烧飞灰重金属的方法，已在生活垃圾焚烧厂中实际运用，并取得了一定的效果。结合去除生活垃圾焚烧飞灰的浸出毒性的 3 种方法，即水平振荡法、硫酸硝酸法、醋酸缓冲溶液法，研究碱金属化合物对飞灰中重金属 Pb 的浸出毒

性影响，通过单因素实验分析对重金属 Pb浸出毒性的直接影响。由于生活垃圾焚烧飞灰中约有 20%～40% 的氯含量，因而在生活垃圾焚烧飞灰处置时，易溶解的 NaCl、KCl 等无

机氯盐，容易浸出污染水体和重金属的污染物，使得生活垃圾焚烧飞灰综合回收利用过程变得困难。

1.2 水洗脱除工艺

为实现生活垃圾焚烧飞灰综合回收利用，采用水洗脱除工艺对飞灰进行脱氯预处理，可有效脱除飞灰中大量的氯盐。垃圾焚烧飞灰水洗脱氯预处理是指满足 10min 水洗时间、110r/min 的振荡速率，以及 1:10 的固液比条件，将水洗液经 0.45um 滤膜进行真空抽滤。由于 X射线衍射谱（X-ray diffraction，XRD）作为检查材料中存在的物相和各相含量的一种有效的检测手段，因而为了便于水洗液完成 XRD 检测，抽滤之后的滤饼还要置于干燥箱中完成干燥处理，并在处理过后将其研磨，再过 200 目筛子才能使用。

二

生活垃圾焚烧飞灰综合回收利用处理

生活垃圾焚烧飞灰中的重金属经过提取处理后，在综合回收利用过程中，产物还需要达到满足较低成本与相关标准规定的 2 点要求。考虑生活垃圾焚烧飞灰中主要的化学成分为CaO 5%、SiO2 45%～65%、Al2O3 20%～35%、Fe2O3 5%～10%，且含水率很低，灰飞表面粗糙、孔隙率较高，因此可在目前的建筑材料行业实现对生活垃圾焚烧飞灰的综合利用。

生活垃圾焚烧飞灰进行水洗预处理之后，掺合料为水洗飞灰也可以用于制作水泥胶砂，并使用飞灰烧结产物制备混凝土。因此，生活垃圾焚烧飞灰作为建筑材料综合回收利用，可依据飞灰具有的胶凝特性，将其应用于混凝土中，不仅能降低混凝土的使用成本，还能提高混凝土的耐久性，避免环境污染，实现飞灰综合利用。本研究的实验材料采用普通硅酸盐 P·O42.5 水泥，经过水洗预处理的水洗灰，细集料为 ISO 标准砂和天然砂，粗集料为 5～10mm 和 10～20mm 碎石复配。制备之后，根据《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419-2005）对生活垃圾焚烧飞灰水泥胶砂流动性进行测试，研究的抗折强度，如式（1）所示。

式中　　—研究的抗折强度，MPa；—棱柱体正方形截面的边长，mm；—折断时施加于棱柱体中部的荷载，N；—支撑圆柱之间的距离，mm。研究的抗压强度，如式（2）所示。

式中　 —研究的抗压强度，MPa；　—受压部分面积，大小为 40mm×40mm=1600mm2；　 —破坏时的最大荷载。

为研究生活垃圾焚烧飞灰的浸出毒性，将 28d 龄期的棱柱形水泥胶砂试件（规格为40mm×40mm×160mm）敲碎，然后按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007）测试；为探讨混凝土的性能，根据规范《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB 50081-2019），自制非标准立方体试件（规格为 100mm×100mm×100mm）、非标准棱柱体试件（规格为 100mm×100mm×400mm）为抗压试件，然后放入标准养护室分别养护 3d和 28d。抗压强度计算结果应精确至小数点后一位，如式（3）所示。

式中　　 —混凝土立方体试件抗压强度，MPa；—试件破坏荷载，N；—试件承压面积，mm2。针对抗折强度实验，抗折强度计算结果应精确至小数点后一位，如式（4）所示。

式中　　—混凝土立方体试件抗折强度，MPa；—试件破坏荷载，N；—支座间跨度，mm；—试件截面宽度，mm；—试件截面高度，mm。

三

生活垃圾焚烧飞灰处置方法与综合利用的结果分析

CaO 对生活垃圾焚烧飞灰浸出毒性影响试验方案，是以 CaO 添加浓度为 0% 作为基准，研究 CaO 对飞灰中 Pb 浸出毒性检测干扰。在不同添加浓度 CaO 中，加入相同的 10g 生活垃圾焚烧飞灰样品，检测飞灰浸出毒性。在硫酸硝酸法、醋酸缓冲溶液法和水平振荡 3 种方法下，对比分析 CaO 添加浓度对 Pb 浸出毒性的影响，如图 1 所示。

图 1　不同方法下 CaO 添加浓度对 Pb 浸出毒性影响

在硫酸硝酸法下，当 CaO 添加浓度增长到 2% 时，Pb 浸出毒性由 2.16mg/L 逐渐减小至 2.15mg/L；当 CaO 添加浓度由 2% 增加至 4%时，Pb 浸出毒性增加最快，随后慢慢达到稳定状态；当CaO添加浓度由2%增加至10%时，Pb浸出毒性由2.15mg/L逐渐增加至2.45mg/L，与原灰相比，增大了 13%。在醋酸缓冲溶液法下，Pb 浸出毒性随 CaO 添加浓度增大先减少后增加，在 CaO 添加浓度为 2% 时，Pb 浸出毒性最少为 0.10mg/L；CaO 添加浓度为 10%时，Pb 浸出毒性最多为 1.80mg/L。在水平振荡法下，在 CaO 添加浓度为 4% 时，Pb 浸出毒性降到最低，比原灰浸出液中的 Pb 含量降低了 4.4%。

图 2 为经过水洗前后的生活垃圾焚烧飞灰XRD 谱。从图 2 可以看出，水洗前的飞灰含有 NaCl、KCl、Ca(OH)2、CaO、CaClOH 等较多氯盐结晶，水洗后的飞灰主要含有 CaCO3、SiO2、Ca(OH)2、CaSO4 等结晶相，且氯盐大部分都溶于水，因此水洗预处理可去除飞灰中的氯盐和碱性物质。而在水洗过程中 CaSO4、CaCO3 等难溶或微溶的物质难以被除去，水洗后的结晶峰强度明显增大。

为探讨生活垃圾焚烧飞灰制备的水泥胶砂性能，按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）规定，用胶砂配合比为 0.5 比例的水灰与 1:3 比例的水泥 : 标准砂混合，制备标准水泥胶砂试件（规格为40mm×40mm×160mm）。生活垃圾焚烧飞灰掺入量分别为 5%、7.5%、10%、12.5%、15%，放入标准养护室分别进行 3d、7d 和 28d的养护，对比得到的抗压强度和抗折强度结果如图 3 所示。图 3a 中，随着生活垃圾焚烧飞灰掺量增加，与飞灰掺量 0% 时对比，其余不同比例飞灰掺量的水泥胶砂抗折强度都有所下降。养护 3d，飞灰掺量为 12.5% 时，抗折强度最高为 4.7MPa，比飞灰掺量 0% 时高了 86.8%；养护 28d，飞灰掺量为 12.5% 时，水泥胶砂抗折强度为 7.4MPa。图 3b 中，由于水化过程中会生成氯铝酸钙膨胀物导致水泥胶砂被破坏，随着生活垃圾焚烧飞灰掺量增加，与飞灰掺量 0%时对比，其余不同掺量的水泥胶砂抗压强度都有所下降。养护 3d 时，5%～15% 飞灰掺量的水泥胶砂抗压强度稳定在 19.7～20.3MPa；养护7d 时，10% 飞灰掺量的水泥胶砂抗压强度最高为 32.0MPa；养护 28d 时 ,10% 飞灰掺量的水泥胶砂抗压强度最高为 42.8MPa, 大于普通硅酸盐P·O42.5 水泥胶砂强度。

图 2　水洗前后生活垃圾焚烧飞灰 XRD 谱结果对比

图 3　不同生活垃圾焚烧飞灰掺量胶砂抗折强度和抗压强度对比

为了探讨生活垃圾焚烧飞灰混凝土的性能，比较 5%、10%、15%、20%、25%、30%飞灰烧结产物掺量，分别进行 3d 和 28d 养护，得到混凝土抗折强度和抗压强度结果如图 4所示。图 4a 中，由于生活垃圾焚烧飞灰烧结产物表面存在孔洞，使其强度降低，因而随着飞灰烧结产物掺量增加，在养护 3d 和 28d时，混凝土抗折强度较飞灰烧结产物掺量 0%强度低。养护 28d 时，飞灰烧结产物掺量为20%，混凝土抗折强度为 4.0MPa 小于 C30混凝土 4.5MPa 的抗折强度，此时烧结产物较脆，致使混凝土更容易断裂无法使用。图4b中，由于混凝土抵抗压碎的能力较弱，易被压碎，因而随着飞灰烧结产物掺量增加，与飞灰烧结产物掺量 0% 相比混凝土抗压强度较低。当养护 28d，飞灰烧结产物的掺量达到 20%时，其抗压强度为 30MPa，超过 C30 混凝土标准。

图 4　不同烧结产物掺量混凝土抗折强度和抗压强度结果对比

为了验证生活垃圾焚烧飞灰烧结产物能否作为制作混凝土的材料，对焚烧飞灰烧结产物掺量为 30% 混凝土试件检测重金属的浸出浓度，Cd、Ni、Cu 均未检出，Zn、Pb、Cr 的检出结果如表 1 所示。当焚烧飞灰烧结产物掺量为 30% 时，混凝土试件的重金属 Zn 浸出液浓度由 0.253mg/L 降至 0.003mg/L，Pb 浸出液浓度由 2.267mg/L 降至 0.033mg/L，Cr 浸出液浓度由0.172mg/L降至0.004mg/L，毒性明显减少，且飞灰中的重金属和其他有毒物质可转化为氯氧化物或络合物，并封闭在烧结产物中，逐渐硬化形成稳定性可降低飞灰的浸出毒性的固化体。因此，30% 飞灰烧结产物掺量满足生活垃圾焚烧飞灰回收利用的环保安全性要求，可以回收综合利用。

四

结语

综上所述，实验采用提取分离法和水洗脱除工艺，对生活垃圾焚烧飞灰重金属 Pb 的浸出毒性和脱氯水洗预处理，可使生活垃圾焚烧飞灰掺入水泥混凝土达到综合回收利用的要求。但由于时间限制，未能设置更多对照实验，未来可以继续改进，力争实现生活垃圾焚烧飞灰全部资源化利用。

来源：《资源节约与环保》李佳谣

中环智慧环境有限公司

END

中建协固废处置专委会

中国建筑材料流通协会固废处置专业委员会隶属于中国建筑材料流通协会，是开展基础性、通用性、综合性标准化科研和服务的社会公益类科研机构。

团体标准

固废处置专委会严格按照《国务院关于印发深化标准化工作改革方案的通知》、《标准化法》、《团体标准管理规定》等指导文件开展服务工作，统筹协调建材行业标准化工作整体规划部署，组织制定和持续完善建材行业专业标准体系；秉承创新的服务模式和个性化订制服务理念，积极响应国家鼓励制定发布满足市场和创新需要的团体标准的号召，为建材行业高质量发展提供标准技术支撑。目前，专委会负责中建材协标准制修订工作、标准推广应用实施、创新技术成果转化、标准化科学研究、合格检测、评估认证、宣贯、培训和解释、提供技术资讯等工作。

科技成果评价

科技成果评价对于推动科技创新、提高科技成果的质量和效益、促进科技成果转化和应用、提高企业和社会影响力、获取政策支持和经费资助、促进科研人员职业发展以及技术交易等方面都具有重要作用。

点击查看详情>>>

科学技术奖

中国建筑材料流通协会科学技术奖是经 国家科技部批准设立、在国家科技奖励办公室奖励系列中，由中国建筑材料流通协会发起并具体承办的面向全国范围的行业科学技术奖项，每年评审授奖一次，名副其实为国家级奖项，公信力与权威性亦是行业公认。

咨询报名

联系人：杨经理

电话：15801439634

“46危废”在线版权与免责声明：

1、凡平台注明“原创”的所有文字、图片和音视频稿件，版权均为“中国危废产业网”官方公众号“46危废”独家所有，如需转载或节选，请在线联系主编，转载必须注明出处，违反者必将依法追究责任。

2、“46危废”转载并注明其他来源的稿件，本着为读者传递更多信息的目的，并不意味着赞同其观点。如有侵权行为，请联系主编删稿！

网址：生活垃圾焚烧飞灰处置方法与综合利用探讨 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/919233