張國輝，洪 斌，李子雄，肖輝煌，陳玲波，戴 欣，余志元

（1.商丘中電環(huán)保發(fā)電有限公司，河南 商丘 476000；2.湖南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，湖南 長沙 410014）

危險(xiǎn)廢物通常具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性、感染性中的一種或多種，不恰當(dāng)?shù)奶幹脮?huì)對(duì)環(huán)境安全及人體健康造成較大影響。目前，主流的危險(xiǎn)廢物無害化最終處置方法為焚燒、物化和填埋，其中焚燒處理工藝是危險(xiǎn)廢物處理常規(guī)工藝之一，由于該技術(shù)處理效果穩(wěn)定可靠，且在減量化、無害化等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在危險(xiǎn)廢物處置領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著我國“兩型社會(huì)”建設(shè)、“無廢城市”建設(shè)以及碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)的深度開展，對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒處理過程中污染防治要求、能源利用效率以及資源回收利用率有了新的要求。因此，本文針對(duì)我國目前危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對(duì)新形勢(shì)下技術(shù)未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)研發(fā)進(jìn)展

危險(xiǎn)廢物焚燒處理系統(tǒng)分為預(yù)處理、配伍、進(jìn)料以及焚燒處理。其中焚燒處理系統(tǒng)是焚燒工藝的主要組成部分，一般包括焚燒爐、余熱回收系統(tǒng)、煙氣凈化排放系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)等。目前，針對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒處理工藝，已開展的研究工作主要包括焚燒爐設(shè)備、煙氣凈化技術(shù)、余熱回收系統(tǒng)、灰渣處理等。常規(guī)焚燒爐爐型包括機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等［1］。以回轉(zhuǎn)窯為例，在回轉(zhuǎn)窯焚燒爐工藝設(shè)計(jì)研究中，根據(jù)危險(xiǎn)廢棄物的種類、熱值、元素成分等綜合因素，結(jié)合其它工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的操作溫度、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、窯內(nèi)空氣過量系數(shù)、廢物停留時(shí)間、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱負(fù)荷、長徑比及傾斜度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行確定和優(yōu)化［2］。目前，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐對(duì)熱值很低的危險(xiǎn)廢物也較為有效、徹底。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高焚燒爐的焚燒效果，針對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒的工藝優(yōu)化研究也在開展中。劉元虎等以進(jìn)料方式為自變量，建立了以回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)態(tài)溫度為因變量的控制模型，通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)分析得出在危險(xiǎn)廢物進(jìn)回轉(zhuǎn)窯前的最佳配伍和進(jìn)料處理方法，可以穩(wěn)定回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒處理時(shí)的溫度，不僅可以提高危險(xiǎn)廢物的處理效率，同時(shí)兼顧焚燒處理后產(chǎn)生有毒害尾氣的處理，進(jìn)一步降低焚燒處理時(shí)燃料成本和提升處理產(chǎn)生物的經(jīng)濟(jì)效益［3］。經(jīng)過驗(yàn)證，目前逐步形成了“回轉(zhuǎn)窯＋二燃室＋余熱鍋爐＋急冷塔＋干式脫酸＋布袋除塵＋濕式洗滌”的危險(xiǎn)廢物處理工藝，取得了較好的處理效果。

2 焚燒煙氣處理技術(shù)研究進(jìn)展

危險(xiǎn)廢物經(jīng)過焚燒處理后產(chǎn)生的煙氣，需采取相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。煙氣處理技術(shù)包括硫氧化物、氮氧化物等酸性氣體的去除、煙氣中顆粒物的去除以及二噁英的控制等。煙氣中酸性氣體的去除可采用常規(guī)的半干脫酸塔去酸凈化技術(shù)和干式脫酸塔去酸技術(shù)實(shí)現(xiàn)，煙氣中顆粒物的去除一般采用布袋除塵工藝，除塵效率較高，通?？蛇_(dá)到99%以上。二噁英的控制可以通過優(yōu)化焚燒爐焚燒參數(shù)，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物在焚燒爐內(nèi)的高溫（1000℃以上）充分燃燒，從源頭避免二噁英的產(chǎn)生；通過對(duì)煙氣采取急冷降溫工藝，防治二噁英的二次生成。同時(shí)，已有相關(guān)研究通過在焚燒過程中添加阻滯劑的方式，減少二噁英的生成［4］。常規(guī)的阻滯劑包括氫氧化鈣＋磷酸二氫銨，其中氫氧化鈣對(duì)二苯并呋喃（PCDF）生成的抑制作用較強(qiáng)，另有硫脲＋磷酸二氫銨阻滯劑，其對(duì)二噁英和氯苯的阻滯效果明顯優(yōu)于同等濃度的氫氧化鈣＋磷酸二氫銨，其中硫脲對(duì)多氯代二苯（PCDD）的抑制作用更強(qiáng)?？梢?，借助于大氣污染控制學(xué)科較為完備的基礎(chǔ)理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前危險(xiǎn)廢物煙氣處理工藝已經(jīng)較為成熟和完善，可保障煙氣排放滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18484—2020）相關(guān)要求。

3 焚燒處理產(chǎn)生的灰渣中重金屬處理技術(shù)的研究進(jìn)展

危險(xiǎn)廢物焚燒處理過程中應(yīng)尤其重視重金屬所產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。重金屬鎘、鉛、鋅和汞在底渣中的相對(duì)富集系數(shù)低于飛灰，所以焚燒產(chǎn)生的飛灰中鎘、鉛、鋅和汞含量較高，而底渣中的鉻含量更高，危廢中氯占比和鈣鐵占比會(huì)影響銅和砷在灰渣中的相對(duì)富集情況；重金屬汞、鉻、砷、鉛和鋅向飛灰中遷移的主要方式為蒸發(fā)、冷凝和吸附，硒和鉻向飛灰中的主要遷移方式為煙氣夾帶，焚燒氣氛和危廢中氯占比會(huì)影響銅向飛灰中遷移［5］。所以需要對(duì)飛灰及底渣進(jìn)行妥善處置。目前，灰渣中重金屬的安全處置仍在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等方面遇到了挑戰(zhàn)。如何處理灰渣中重金屬，是提高危廢焚燒處理工藝水平的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.1 灰渣處理技術(shù)

由于原料和焚燒方式的差異，飛灰及焚燒底渣的成分也有較大差異［6］，目前逐步形成添加固化穩(wěn)定化藥劑固化處置、水泥窯協(xié)同處置、高溫?zé)Y(jié)、熔融等處理技術(shù)［7］。

3.1.1 固化處置技術(shù)

固化處置技術(shù)包括固定化和穩(wěn)定化兩個(gè)方面。其中，固定化指在殘?jiān)刑砑庸袒瘎?，并使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o流動(dòng)性狀態(tài)的過程，而穩(wěn)定化則指利用某種手段增加殘?jiān)杏卸境煞值姆€(wěn)定性或降低其毒性，以減小其污染潛力的過程，該過程僅涉及到化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。劉彥博等利用水泥固化和TMT重金屬捕捉劑穩(wěn)定化聯(lián)用的方式對(duì)垃圾焚燒飛灰進(jìn)行了處置［8］，可實(shí)現(xiàn)固化體的重金屬浸出濃度均能滿足填埋標(biāo)準(zhǔn)；鄧友華采用普通硅酸鹽水泥固化和富里酸、胡敏酸以及CaCl2的混合溶液穩(wěn)定化聯(lián)用的方式對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒處置殘?jiān)M(jìn)行了無害化處置［9］，結(jié)果表明，當(dāng)富里酸、CaCl2和胡敏酸的添加量分別為10%、0.35%和0.7%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d，水泥摻量為10%，或養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14d，水泥摻量為5%時(shí)，固化體的抗壓強(qiáng)度和重金屬浸出濃度均能滿足填埋標(biāo)準(zhǔn)；B.M.Wang等使用MgO－SiO2－H2O（M－S－H）膠凝材料對(duì)市政固體焚燒飛灰進(jìn)行了固化處置［10］，結(jié)果表明，M－S－H膠凝材料對(duì)市政固體焚燒飛灰的固化效果十分顯著，其中，重金屬硒、鉛和鋅的固化效率分別達(dá)到97.5%、99.8%和98.7%。

3.1.2 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

水泥窯協(xié)同處置是將飛灰水洗脫氯與水泥窯高溫煅燒兩種技術(shù)結(jié)合，采用水洗法將飛灰中的鉀、鈉、硫、氯提取出來制成工業(yè)產(chǎn)品；其余部分送入水泥窯中進(jìn)行高溫煅燒，經(jīng)過在水泥窯高溫熔融后飛灰中的重金屬元素固化于水泥熟料的晶格中，且二噁英在水泥窯的高溫中徹底分解，無法再次合成；用于洗脫飛灰的水進(jìn)行循環(huán)利用，而煙氣經(jīng)多級(jí)吸附和收塵后達(dá)標(biāo)準(zhǔn)排放［11］。北京市金隅琉水環(huán)?？萍加邢薰静捎迷摴に?。

3.1.3 高溫?zé)Y(jié)技術(shù)

高溫?zé)Y(jié)與水泥窯協(xié)同處置相似，都屬于熱處理技術(shù)，即在1000～1100℃的高溫狀態(tài)下分解飛灰中的有機(jī)污染物，并使得飛灰中的重金屬元素固定在致密結(jié)構(gòu)體晶格中。飛灰通過高溫?zé)Y(jié)后可用于制備建材［12］。飛灰通過高溫?zé)Y(jié)后其中重金屬元素的浸出毒性大為降低，但易揮發(fā)的重金屬元素在高溫?zé)Y(jié)的過程中會(huì)進(jìn)入煙氣中，必須對(duì)高溫?zé)Y(jié)所產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行處理。需要注意，對(duì)于飛灰制備免燒輕型集料，應(yīng)添加相應(yīng)的重金屬穩(wěn)定劑、固化劑，以避免重金屬的浸出。

3.1.4 熔融技術(shù)

熔融技術(shù)是往飛灰中添加細(xì)小的玻璃質(zhì)，在1500℃高溫下熔融成玻璃體，將重金屬元素固定在形成的玻璃中，與高溫?zé)Y(jié)和水泥窯協(xié)同處置一樣，有機(jī)污染物會(huì)在高溫下分解。但因?yàn)楦邷厝廴谶^程中全程隔絕空氣，所產(chǎn)生的煙氣量比其他技術(shù)要小，熔融過程中產(chǎn)生的飛灰在收集后可以成為冶金原料。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能產(chǎn)生高質(zhì)量的建筑材料，而該技術(shù)的缺點(diǎn)是熔融的能耗大與成本高［13］。

3.1.5 水熱處理技術(shù)

水熱處理技術(shù)是在壓力容器中加入飛灰與水并密封，通過施加高壓高溫將壓力容器中的混合液制成結(jié)晶體的處理方法。研究表明，水熱處理技術(shù)對(duì)飛灰中的有機(jī)污染物及重金屬元素具有比較好的處理能力［14］。而在水熱條件下，按照一定比例將灰渣和粉煤灰混合，可以生成雪硅鈣石，以此來固化重金屬，并使水熱產(chǎn)物的重金屬元素浸出毒性降低［15］。此外，先通過高溫熔融再用水熱處理可以合成羥基方鈉石和X型沸石，其產(chǎn)生的沸石陽離子交換能力、比表面積和孔隙大小高于煤灰合成的沸石，因此采用水熱處理技術(shù)將灰渣合成沸石將成為灰渣資源化利用的發(fā)展趨勢(shì)［16］。

3.2 灰渣中重金屬的回收利用

危險(xiǎn)廢物焚燒產(chǎn)生大量飛灰及底渣，通常占原危險(xiǎn)廢物重量的20% ～30%，且由于某些危險(xiǎn)廢物焚燒灰渣中某些種類的金屬元素含量較高，具有資源化利用價(jià)值，因此灰渣中有價(jià)金屬的回收成為了一個(gè)重要的發(fā)展方向。目前，有價(jià)金屬資源化處理的方法主要有溶液浸出提取和生物浸出提取兩種。

3.2.1 溶液浸出提取技術(shù)

溶液浸出提取即根據(jù)有價(jià)金屬的性質(zhì)選擇相應(yīng)的浸出液，將含有有價(jià)金屬的廢渣置于浸出液中，隨后通過一系列的化學(xué)反應(yīng)，再選擇性地分離浸出液中的有價(jià)金屬，從而回收利用灰渣中的有價(jià)金屬，目前采用較多的有酸浸法提取和氨浸法提取兩種。朱正江等對(duì)河南鄭州市新鄭市某危險(xiǎn)廢物處置中心的飛灰進(jìn)行重金屬鉛回收研究，該飛灰采用回轉(zhuǎn)窯＋二燃室焚燒工藝。研究發(fā)現(xiàn)，飛灰中鉛浸出濃度超過標(biāo)準(zhǔn)限值，采用硫酸浸出，回收率高達(dá)90.96%，同時(shí)通過碳酸銨轉(zhuǎn)化為硫酸鉛沉淀，轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.68%，實(shí)現(xiàn)鉛的回收［17］。廖昌華等采用酸浸法實(shí)現(xiàn)了電鍍污泥焚燒渣中有價(jià)金屬Cu和Ni的回收［18］，在理想工藝條件下（濃硫酸加入量為0.35 mL／g，液固比為3，給料細(xì)度為74μm，浸出時(shí)間為1h），有價(jià)金屬Cu和Ni的浸提率均超過97%。

3.2.2 生物浸提技術(shù)

生物浸提技術(shù)是利用微生物（細(xì)菌或真菌）將灰渣中的重金屬元素溶出的方法［19］。使用生物浸提技術(shù)，可以利用微生物對(duì)某種金屬的選擇性吸收，實(shí)現(xiàn)特定金屬的去除。

4 危險(xiǎn)廢物資源化存在的問題

焚燒技術(shù)屬于常規(guī)技術(shù)，經(jīng)過多年發(fā)展及實(shí)踐檢驗(yàn)，目前已經(jīng)形成較為成熟的工藝及設(shè)備。同時(shí)，借助于大氣污染治理技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的處理技術(shù)目前也較為完備，可以實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放要求。然而，由于危險(xiǎn)廢物焚燒灰渣中重金屬元素含量常常超過《危險(xiǎn)廢物污染填埋標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598—2001）進(jìn)場(chǎng)濃度限值，焚燒灰渣處置技術(shù)關(guān)系危險(xiǎn)廢物焚燒的環(huán)境安全。目前，水泥窯處置技術(shù)、灰渣固化穩(wěn)定化、高溫?zé)Y(jié)、熔融技術(shù)研究比較多，也得到了一定的應(yīng)用，但仍然存著處理成本較高的問題，且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)灰渣中有價(jià)金屬元素的回收利用。

5 結(jié) 語

通過對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒灰渣中的重金屬進(jìn)行提取和回收，一方面降低了灰渣的重金屬污染，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)金屬資源的回收，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具有顯著的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益，是未來危險(xiǎn)廢物焚燒灰渣處理技術(shù)，乃至危險(xiǎn)廢物焚燒工藝的重要發(fā)展方向。后續(xù)研究中，應(yīng)著重進(jìn)一步降低重金屬元素提取成本，避免使用提取藥劑造成的二次污染，同時(shí)確保提取后殘?jiān)袣埩糁亟饘俚姆€(wěn)定性，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)，從而更好地解決目前危險(xiǎn)廢物焚燒灰渣處理實(shí)踐中遇到的難題。