摘要：飛灰水洗除鹽脫氯結(jié)合水泥窯協(xié)同處置是一種垃圾焚燒飛灰資源化處置技術(shù)。該技術(shù)的原理是利用垃圾焚燒飛灰成分與水泥原料成分相近、有害成分氯鹽（氯化鈉、氯化鉀）易溶于水的特點，把脫氯后的飛灰利用水泥窯高溫煅燒制成水泥熟料。飛灰水洗是將飛灰中的氯鹽通過水洗進行脫除，含氯鹽廢水經(jīng)過蒸發(fā)制取氯鹽，蒸發(fā)出來的水回到水洗系統(tǒng)達到水循環(huán)利用。該技術(shù)包括四個系統(tǒng)，分別是飛灰水洗系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、MVR蒸發(fā)系統(tǒng)、脫氯飛灰入窯系統(tǒng)。通過飛灰水洗技術(shù)，可以把垃圾焚燒飛灰中95%以上氯元素脫離出去，將飛灰處置成工業(yè)二級副產(chǎn)鹽和水泥生產(chǎn)原料，整個工藝無廢氣、廢水外排，可以完全實現(xiàn)飛灰的資源化、無害化、減量化，具有廣闊的發(fā)展前景。

關鍵詞：垃圾焚燒飛灰、水洗、水泥窯協(xié)同、脫氯、除氯、除鹽脫氯

1垃圾焚燒飛灰現(xiàn)狀

1.1飛灰簡介

生活垃圾焚燒飛灰（以下簡稱飛灰）是在生活垃圾焚燒發(fā)電過程中收集于煙氣凈化設備中的粉體物質(zhì)。隨著煙氣凈化水平不斷提高，捕集的飛灰成分更復雜、危害性更大。飛灰中主要危害性物質(zhì)含有二噁英和鉻、砷、鉛等重金屬，根據(jù)《生活垃圾焚燒污染控制標準》規(guī)定：“生活垃圾焚燒飛灰應按危險廢物管理”。飛灰必須單獨收集，不得與生活垃圾、焚燒殘渣等混合。生活垃圾焚燒飛灰不得在產(chǎn)生地長期儲存，不得進行簡易處置，不得排放[1]。生活垃圾焚燒飛灰產(chǎn)生地必須進行必要的穩(wěn)定化、固化處理之后方可運輸，運輸需使用專用運輸工具。采用密閉收集和輸送的方式輸送至飛灰儲倉，經(jīng)浸出毒性試驗合格后送至填埋場填埋[2]。固化填埋存在體積增容較大、占用土地資源問題，發(fā)展前景有限。

近年我國垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長，未來飛灰產(chǎn)量巨大，2020年6月10日，生態(tài)環(huán)境部副部長趙英民在《第二次全國污染源普查公報》發(fā)布會上提到，“十二五”和“十三五”期間（2011-2020年），我國垃圾焚燒廠的數(shù)量增加了303%，焚燒處理量增加了577%，到了2019年增長到401座，處理量達1.2億噸/年，截至2020年6月1日，我國在運行的垃圾焚燒廠總計455座。我國垃圾焚燒主要以機械爐排爐焚燒和循環(huán)流化床焚燒為主，爐排爐產(chǎn)生飛灰量約占垃圾焚燒量的3%～5%，含氯量為10%～20%；循環(huán)流化床產(chǎn)生飛灰量約占垃圾焚燒量的15%～20%，含氯量為3%～5%[3]。

1.2 飛灰水洗+水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

飛灰中含有可溶性鹽以及與水泥熟料比較相近的CaO、SiO2、Al2O3等成分，其中可溶性鹽主要成分為鉀、鈉、氯離子等對水泥窯煅燒有害物質(zhì)約占飛灰量的30%，不可溶物質(zhì)主要成分為鈣、硅、鋁、鐵等可成為水泥配料組分約占飛灰量的70%。根據(jù)飛灰成分與水泥原料成分相近的特性，用飛灰代替部分水泥原料，不僅有效處理固體危險廢棄物，同時生產(chǎn)的水泥性也可達到國際普通硅酸鹽水泥的標準，實現(xiàn)了資源回收綜合利用，節(jié)省了生產(chǎn)水泥用的礦產(chǎn)資源。但飛灰中高含量的氯鹽會對水泥窯造成窯尾煙室結(jié)皮、回轉(zhuǎn)窯體高溫氯腐蝕等不利影響，而且水泥中Cl元素含量過高會引起鋼筋的腐蝕，國家規(guī)定水泥中氯含量必須小于0.06%。為了確保水泥窯協(xié)同處置飛灰穩(wěn)定、可持續(xù)運行，真正實現(xiàn)飛灰的資源化，必須把飛灰中所含的大量氯離子進行脫除，因此如何脫氯是整個飛灰資源化過程的關鍵。

飛灰水洗的原理是通過水洗把飛灰中的鉀、鈉、氯進行溶解、提取，制成二級副工業(yè)產(chǎn)品，水洗后的飛灰（又稱脫氯飛灰）送入水泥窯進行高溫煅燒，利用水泥窯高溫對重金屬和二噁英進行固化和分解。相比于傳統(tǒng)的直噴入水泥窯協(xié)同處置方式，適應能力強，有以下幾方面優(yōu)勢：①處置能力較大，可以達到熟料產(chǎn)能的5%甚至更高；②無二次污染物；③對水泥的生產(chǎn)幾乎沒有影響；④雖然前期投資建設費用較高，但對各種氯含量的飛灰均可處理。

三級逆流漂洗的飛灰水洗工藝可以在較低用水量（約0.6噸水）、較低能耗（約110度電）的條件下脫除飛灰中的氯離子；飛灰水洗漿液為堿性，重金屬基本不會溶出，同時水處理系統(tǒng)可再次對可溶性重金屬離子進行攔截、去除，確保除鈉、鉀以外的重金屬不進入水體；二噁英類物質(zhì)在強酸、強堿下穩(wěn)定，極難溶于水，只吸附在水中懸浮物中，將懸浮物去除，水中就不存在二噁英。整個飛灰水洗工藝，可以實現(xiàn)廢水全部循環(huán)利用，零排放，同時有效的控制飛灰中氯含量≤1%，脫氯飛灰含水率≤30%，水洗后的脫氯飛灰通過水泥窯協(xié)同處置，最終實現(xiàn)生活垃圾焚燒飛灰的資源化，同時以飛灰作為原材料的水泥性能完全滿足《通用硅酸鹽水泥》標準。

生活垃圾焚燒飛灰利用飛灰水洗和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是先對飛灰進行水洗脫氯、脫鹽，降低飛灰中的氯含量在1%以下，再利用水泥窯協(xié)同處置。這套技術(shù)不僅成本合理而且技術(shù)安全可靠，目前在我國已有工程化應用實例，取得了很好的應用效果，是目前解決生活垃圾焚燒飛灰的最優(yōu)選擇。

2飛灰水洗和水泥窯協(xié)同處置工藝簡介

2.1 飛灰水洗和水泥窯協(xié)同處置工藝

飛灰水洗和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)由飛灰水洗制漿系統(tǒng)、廢水凈化處理系統(tǒng)、MVR蒸發(fā)系統(tǒng)、脫氯飛灰入窯煅燒系統(tǒng)四部分組成。飛灰水洗技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動連續(xù)下料、水洗效果穩(wěn)定、用水量?。裳h(huán)利用）、重金屬和二噁英轉(zhuǎn)移率低、蒸氣循環(huán)利用、能耗低、運行穩(wěn)定、自動化程度高的特點，經(jīng)預處理后的脫氯飛灰含氯量可控制到≤1%，含水率在≤35%。飛灰水洗制漿、廢水凈化處理、MVR蒸發(fā)出鹽工藝見下圖。

2.2 水洗制漿系統(tǒng)

水洗制漿系統(tǒng)的主要功能是將飛灰中的鉀、鈉、氯等離子通過水洗制漿工藝，使其從飛灰中分離出來，大幅降低飛灰中鉀、鈉、氯的含量，以滿足脫氯飛灰入窯要求。

水洗制漿系統(tǒng)采用逆流三級漂洗技術(shù)，用低氯廢水漂洗高氯飛灰。原灰和二級中氯廢水進入制漿池，按照特定的水灰比，通過攪拌器混合制漿，經(jīng)過一級固液分離，飛灰水洗濾渣進入二級制漿，高氯廢水進入水處理系統(tǒng)。二級制漿過程中用三級低氯廢水，按照特定的水灰比，經(jīng)攪拌器對飛灰進行漂洗，經(jīng)過二級固液分離，飛灰水洗濾渣進入三級制漿，中氯廢水用于原灰制漿。三級制漿過程中用蒸餾水，按照特定的水灰比，經(jīng)攪拌器對飛灰進行漂洗，經(jīng)過三級固液分離，低氯廢水用于二級制漿，最后的脫氯飛灰入水泥窯協(xié)同處置（也可與其他有處置資質(zhì)的水泥公司合作處置）。洗滌次數(shù)和用水量根據(jù)飛灰中氯含量的檢測結(jié)果決定，含氯量控制在1%以內(nèi)，調(diào)節(jié)固液分離設備參數(shù)，控制脫氯飛灰含水率在30%以內(nèi)，具體可根據(jù)水泥窯協(xié)同入窯要求進行調(diào)整。一般情況下，二次水洗可以有效去除飛灰中的氯離子，為保證飛灰洗脫系統(tǒng)的處理效果，進行第三次洗脫，確保氯離子的有效去除率在95%以上。經(jīng)過水洗后的脫氯飛灰進濕灰?guī)烀荛]貯存，也可直接入水泥窯協(xié)同處置，在水泥窯內(nèi)進行高溫煅燒生成水泥熟料。

機械爐排爐垃圾焚燒工藝產(chǎn)生的飛灰因氯含量高，一般采用三級逆流漂洗。具體項目建設時，需采用幾級水洗，可根據(jù)實際進廠飛灰含氯量的高低，進行水洗次數(shù)的調(diào)整。飛灰水洗時，飛灰中絕大部分可溶性鹽類溶于水，二噁英因不溶于水被截留，可溶于水的重金屬在堿性水處理系統(tǒng)中被截留。通過飛灰水洗系統(tǒng)，脫氯飛灰中氯離子的有效去除率在95%以上，水洗后脫氯飛灰中CaO的含量在53%左右(脫氯飛灰+水處理產(chǎn)出的CaCO3)，達到了優(yōu)質(zhì)石灰石中CaO﹥50%的標準。根據(jù)實際生產(chǎn)線運行情況，經(jīng)過水洗的脫氯飛灰投加量為水泥窯熟料產(chǎn)能的5%左右，在水泥窯協(xié)同處置飛灰的過程中，窯況穩(wěn)定沒有窯尾結(jié)皮堵塞的問題，對水泥窯生產(chǎn)的熟料沒有任何影響。

2.3廢水凈化處理系統(tǒng)

廢水凈化處理系統(tǒng)的主要功能是對水洗制漿系統(tǒng)分離出來的高氯廢水進行處理，去除廢水中含有的鈣、鎂及重金屬等離子，經(jīng)過絮凝沉淀、化學沉淀等處理技術(shù)將重金屬離子和鈣鎂離子分別沉淀下來，使待蒸發(fā)液滿足MVR蒸發(fā)系統(tǒng)工藝要求。

用脫鈣藥劑與高氯廢水中游離鈣離子進行反應，通過固液分離，鈣渣根據(jù)水份不同，選擇進水泥窯協(xié)同處置或者進入制漿系統(tǒng)。分離后的高氯廢水用除鎂及其他重金屬的藥劑進行反應，將重金屬離子和鎂離子進行沉淀、分離。高氯廢水進入脫氨塔進行氨氮脫除（根據(jù)出鹽的純度要求，設立重金屬、氨氮、有機物等脫除工序），用鹽酸調(diào)節(jié)廢水pH值，用活性炭、螯合劑、PAM等藥劑對廢水中的少量懸浮物、有機物進行脫除，通過以上多步措施，確保待蒸發(fā)水池鈣離子、M堿度控制在50ppm以下，濁度在10以下（透光度在90%以上）。

2.4MVR蒸發(fā)系統(tǒng)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)，又稱多效蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，利用機械式蒸汽壓縮技術(shù)，讓自身產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮,溫度、壓力提高,熱焓增加,然后進入換熱器充當蒸汽使用,充分利用了蒸汽的潛能。MVR系統(tǒng)除了首次開機過程中需要外接鮮蒸汽對系統(tǒng)進行加熱促使二次蒸汽的生成外，基本不需外界提供蒸汽。MVR蒸發(fā)系統(tǒng)設備緊湊，具有占地面積小、所需空間小、節(jié)能的特點。MVR蒸發(fā)系統(tǒng)一般包含：預熱器、循環(huán)泵、降膜換熱器及分離器、強制換熱器及強制循環(huán)泵、結(jié)晶分離器及氣液分離器。MVR蒸發(fā)技術(shù)在應用到飛灰水洗廢水蒸發(fā)制鹽之前，在化工、海水淡化領域應用已較為廣泛，該技術(shù)的工業(yè)化應用已成熟、穩(wěn)定。

經(jīng)水處理合格的含氯廢水，打入MVR系統(tǒng)進行加熱、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶，把水和NaCl、KCl進行分離，蒸餾水回用與制漿系統(tǒng)，從而實現(xiàn)水的循環(huán)利用，分離出來的NaCl和KCl可作為工業(yè)鹽使用。

2.5脫氯飛灰入窯煅燒系統(tǒng)

脫氯飛灰入窯煅燒系統(tǒng)是把飛灰水洗后含氯量、含水率都在控制范圍內(nèi)脫氯飛灰與水處理過程中產(chǎn)出的鈣渣，通過密封輸送設備輸送水泥窯與原材料一起進行在1400℃以上高溫段煅燒半小時以上。在水泥窯協(xié)同處置過程中二噁英被完全分解，重金屬被以化學方式固化到水泥熟料晶格中，從而實現(xiàn)了飛灰的無害化處置。

生活垃圾焚燒飛灰水洗和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)核心是飛灰的水洗制漿系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)是保證MVR蒸發(fā)系統(tǒng)正常運行和脫氯飛灰滿足入窯要求的重要前提。

3總結(jié)

飛灰水洗技術(shù)結(jié)合水泥窯協(xié)同處置生活垃圾焚燒飛灰，實現(xiàn)了飛灰的減量化、無害化、資源化，在國家綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展政策不斷推進下，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1] 中國環(huán)境科學學會.城市生活垃圾處理知識問答.北京：中國環(huán)境科學出版社，2012

[2] 環(huán)保部.關于城市生活垃圾焚燒飛灰處有關問題的復函環(huán)辦函，2014，122號

[3] 當飛灰遇上了水泥窯.中國環(huán)聯(lián)網(wǎng)，2017