摘要：垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是飛灰資源化處置技術(shù)。技術(shù)的主要原理是利用飛灰中氯鹽易溶于水的特性，和飛灰成分與水泥原料成分比較相近的特點(diǎn)，首先將飛灰中的氯鹽通過水洗的方法進(jìn)行分離制鹽，然后把脫氯后的飛灰利用水泥窯協(xié)同處置高溫煅燒制成水泥熟料。該技術(shù)包括五個(gè)系統(tǒng)，分別是飛灰洗脫系統(tǒng)、水質(zhì)凈化系統(tǒng)、蒸發(fā)制鹽系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和入窯系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于飛灰的規(guī)模化處置工程，氯元素去除率達(dá)95%以上，可將飛灰處置成工業(yè)二級(jí)副產(chǎn)鹽和水泥熟料原料，整個(gè)工藝無廢氣、廢水外排，完全實(shí)現(xiàn)了飛灰處置的資源化、無害化、減量化。該技術(shù)充分利用了水泥窯高溫窯爐的特點(diǎn)和飛灰的特有性質(zhì)，尤其適用于水泥行業(yè)的環(huán)保轉(zhuǎn)型和危廢的資源化處置，其有很好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：飛灰；水泥窯；水洗；協(xié)同處置

1垃圾焚燒飛灰現(xiàn)狀

1.1飛灰簡介

生活垃圾焚燒飛灰是在生活垃圾焚燒發(fā)電過程中主要收集于煙氣管道、煙氣凈化裝置、旋風(fēng)分離器和布袋除塵器等容重較輕、粒徑細(xì)小的粉體物質(zhì)[1]。隨著煙氣凈化水平的不斷提高，排放到大氣中的煙氣越來越清潔，而凈化系統(tǒng)截留捕集的細(xì)顆粒物（飛灰）成分越來越復(fù)雜、危害性越來越大。飛灰中主要的危害性物質(zhì)含有苯并芘、苯并蒽、二噁英等有機(jī)污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金屬。除此之外，還含有NaCl和KCl等可溶性鹽以及與水泥熟料比較相近的CaO、SiO2、Al2O3等成分。

由于垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長，未來飛灰產(chǎn)量巨大，到2020年底，垃圾總焚燒量達(dá)59.14萬t/d，年產(chǎn)生飛灰量約為1000萬t。我國垃圾焚燒主要以機(jī)械爐排爐焚燒廠和循環(huán)流化床焚燒廠為主，爐排爐產(chǎn)生飛灰量約占垃圾焚燒量的3%～5%，含氯量為12%～20%；循環(huán)流化床產(chǎn)生飛灰量約占垃圾焚燒量的10%～15%，含氯量為3%～5%。

隨著飛灰填埋場地的減少，飛灰的資源化處置越來越受到政府和社會(huì)各界環(huán)保人士的重視[2]。當(dāng)前國家環(huán)保部、工信部及各地方環(huán)保部門大力推廣水泥窯協(xié)同處置。對(duì)飛灰的資源化處置不僅有助于實(shí)現(xiàn)垃圾的藍(lán)色焚燒，同時(shí)在水泥產(chǎn)能過剩的當(dāng)下，有助于水泥企業(yè)進(jìn)行環(huán)保轉(zhuǎn)型，將水泥生產(chǎn)企業(yè)由“污染排放型”的工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)升級(jí)成為“飛灰終結(jié)者”的城市污染消納型企業(yè)。

1.2水泥窯協(xié)同處置方式

目前垃圾焚燒飛灰的水泥窯協(xié)同處置方式主要為直噴+水泥窯協(xié)同處置技術(shù)和水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。這兩種處置方式對(duì)飛灰的處置能力、適應(yīng)能力及對(duì)水泥生產(chǎn)的影響都有很大不同。

1.2.1 直噴+水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

直噴入窯的原理是直接將飛灰噴入水泥窯，然后通過旁路放風(fēng)將飛灰中的鉀、鈉、硫、氯放出，利用水泥窯高溫對(duì)重金屬和二噁英進(jìn)行固化和分解。但它有很大的局限：①處置能力較低，并且要保證絕對(duì)均勻入窯；②有二次污染物，旁路放風(fēng)放出的高含氯窯灰處理將會(huì)是企業(yè)新的難題，仍需進(jìn)行水洗脫鹽處理；③對(duì)水泥的生產(chǎn)有影響，需旁路放風(fēng)，會(huì)影響熟料產(chǎn)能，入窯速度控制不好會(huì)造成窯系統(tǒng)結(jié)皮；④雖然建設(shè)和直接處置費(fèi)用較低，但比較適宜處置少量的含氯量在3%以下的飛灰。

1.2.2 水洗提鹽（FWD）+水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

水洗提鹽的原理是利用水洗對(duì)飛灰中的鉀、鈉、硫、氯進(jìn)行提取，制成工業(yè)產(chǎn)品，余下部分送入水泥窯進(jìn)行高溫煅燒，利用水泥窯高溫對(duì)重金屬和二噁英進(jìn)行固化和分解。適應(yīng)能力很強(qiáng)，相比于直噴入窯有很大的優(yōu)勢。①處置能力較大，可以達(dá)到熟料產(chǎn)能的5%甚至更高；②無二次污染物；③對(duì)水泥的生產(chǎn)幾乎沒有影響；④雖然建設(shè)和直接處置費(fèi)用較高，但各種飛灰均可處理。

利用垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是先對(duì)飛灰進(jìn)行水洗提鹽[3]，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(yīng)用實(shí)例，取得了很好的應(yīng)用效果，是目前解決生活垃圾焚燒飛灰的最優(yōu)選擇。

2生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置工藝簡介

2.1 水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置工藝

生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)由飛灰洗脫系統(tǒng)、水質(zhì)凈化系統(tǒng)、蒸發(fā)制鹽系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和入窯煅燒系統(tǒng)五大系統(tǒng)組成。技術(shù)能夠達(dá)到自動(dòng)連續(xù)下料，水洗效果穩(wěn)定，用水量小，重金屬和二噁英轉(zhuǎn)移率低，運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，經(jīng)預(yù)處理后的飛灰含氯量可達(dá)到≤1%的特點(diǎn)。生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置工藝見圖1。

2.2 飛灰洗脫系統(tǒng)

飛灰洗脫系統(tǒng)的主要功能是將飛灰中的鉀、鈉、硫、氯等離子通過水洗工藝，使其從飛灰中分離出來，以滿足飛灰入窯要求。

本系統(tǒng)采用逆流漂洗技術(shù)，飛灰漿液經(jīng)過第一級(jí)洗脫反應(yīng)器和洗脫分離器固液分離后，洗脫灰進(jìn)入下一級(jí)的洗脫反應(yīng)器中進(jìn)行第二次洗滌，洗脫液進(jìn)入到水質(zhì)凈化處理系統(tǒng)。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。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(jìn)行第三次洗脫，確保氯離子的有效去除率在95%以上。第三次洗脫分離后的洗脫灰進(jìn)行貯存，其含氯量控制在1%以內(nèi)，貯存的洗脫灰送入水泥企業(yè)進(jìn)行濕灰干化處理，進(jìn)入水泥窯進(jìn)行高溫煅燒生成水泥熟料。

就機(jī)械爐排爐垃圾焚燒工藝產(chǎn)生的飛灰，一般采用三級(jí)逆流漂洗。具體項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，需采用幾級(jí)水洗，可根據(jù)實(shí)際飛灰含氯量的高低，進(jìn)行水洗次數(shù)的調(diào)整。飛灰水洗時(shí)，飛灰中絕大部分可溶性鹽類溶于水，同時(shí)應(yīng)控制重金屬和二噁英轉(zhuǎn)移到洗脫液當(dāng)中。通過飛灰洗脫系統(tǒng)，飛灰中氯離子的有效去除率在95%以上，水洗后飛灰中CaO的含量在53%左右，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)石灰石中CaO﹥50%的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)線運(yùn)行情況，經(jīng)過水洗的飛灰的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(duì)水泥窯生產(chǎn)的熟料沒有任何影響[4]。

2.3水質(zhì)凈化系統(tǒng)

水質(zhì)凈化系統(tǒng)的主要功能是對(duì)洗脫系統(tǒng)中的飛灰洗脫液進(jìn)行水質(zhì)凈化，去除洗脫液中含有的鈣、鎂及重金屬等離子和少量懸浮物，經(jīng)過絮凝沉淀、化學(xué)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，使飛灰洗脫液滿足蒸發(fā)系統(tǒng)工藝要求。

飛灰洗脫液，除含有氯、鉀、鈉等及重金屬離子外，還有少量懸浮物。經(jīng)物理沉淀后加入化學(xué)試劑將重金屬離子和鈣鎂離子沉淀。鈣鎂污泥和含帶重金屬的少量污泥與返回飛灰水洗部分繼續(xù)進(jìn)行固液分離。飛灰水洗液經(jīng)過物理沉淀、化學(xué)沉淀、多級(jí)過濾等多道水處理流程后進(jìn)入MVR系統(tǒng)，使水質(zhì)硬度指標(biāo)控制在50mg/L以下，濁度控制指標(biāo)在5NTU以下。

2.4蒸發(fā)制鹽系統(tǒng)

飛灰經(jīng)過水洗后的水為高鹽水，蒸發(fā)結(jié)晶的進(jìn)水主要為NaCl和KCl，采用機(jī)械壓縮蒸發(fā)技術(shù)、閃蒸結(jié)晶、重結(jié)晶技術(shù)以實(shí)現(xiàn)工業(yè)鹽的結(jié)晶分離，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用，蒸發(fā)結(jié)晶得到的水全部回，經(jīng)過水洗結(jié)晶鹽的主要成分為氯化鈉和氯化鉀，產(chǎn)生的鹽作為工業(yè)鹽使用。蒸發(fā)系統(tǒng)主要采用MVR技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用到飛灰洗脫液結(jié)晶制鹽之前，在化工、海水淡化領(lǐng)域應(yīng)用已較為廣泛，技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用已成熟、穩(wěn)定。2.5烘干系統(tǒng)和入窯煅燒系統(tǒng)

烘干系統(tǒng)的主要功能是降低水洗灰的含水率，保證在入窯處理過程中不影響水泥窯正常生產(chǎn)。對(duì)水洗后的飛灰進(jìn)行烘干處置，將水洗飛灰中的水分降低到2%以下，保證飛灰中的水分對(duì)窯況沒有影響。

入窯煅燒系統(tǒng)是經(jīng)過預(yù)處理后的飛灰利用氣力輸送設(shè)備通過密封設(shè)備，直接將預(yù)處理后的飛灰輸送到窯尾1400℃高溫段，進(jìn)入水泥窯煅燒。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(xué)方式固化到水泥熟料中，[5]實(shí)現(xiàn)了飛灰的無害化處置。

綜上所述，生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)核心是飛灰的洗脫系統(tǒng)和水質(zhì)凈化系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)是保證鹽產(chǎn)品合格和入窯飛灰合格的重要前提，而蒸發(fā)系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、入窯煅燒系統(tǒng)是傳統(tǒng)技術(shù)在水泥窯協(xié)同處置飛灰中的應(yīng)用。

3飛灰的清潔化處置原理

3.1 飛灰水洗脫氯及水資源循環(huán)利用問題

我國飛灰中氯含量大部分高達(dá)到100g/kg以上，而水泥中的Cl元素含量過高會(huì)引起鋼筋的腐蝕，所以普通水泥中規(guī)定氯含量必須小于200mg/kg，因此如何分離、除去氯、是整個(gè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。獨(dú)特的水洗裝置可以在較低用水量的條件下達(dá)到使飛灰中氯離子含量≤1%的效果；為了飛灰的協(xié)同處置必須把飛灰中所含的大量的氯進(jìn)行去除，則需通過水洗；采用多級(jí)逆流漂洗技術(shù)配合專門的水洗反應(yīng)裝置，運(yùn)行過程中每噸飛灰實(shí)際用水量在0.7噸左右，可大幅度節(jié)約用水量；因此如何分離、除去氯、水的循環(huán)利用是整個(gè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。為了飛灰的資源利用必須解決怎樣使氯含量降低到標(biāo)準(zhǔn)情況下時(shí)，使水資源的利用達(dá)到最高，節(jié)約水資源；而此技術(shù)完全使污水循環(huán)利用，不外排，最大限度的解決了水資源浪費(fèi)。

3.2重金屬問題

飛灰中對(duì)人體危害最大的重金屬的有5種：鉛、汞、鉻、砷、鎘等；由于飛灰水洗液會(huì)加入堿液，使其完全處于堿性條件下，重金屬基本不會(huì)溶出，會(huì)隨不可溶沉淀物進(jìn)入水泥窯中，重金屬被固化在水泥晶格中，徹底處理無危害。

3.3水洗脫氯過程中的二噁英問題

二噁英類物質(zhì)極性小，極難溶于水。而在苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)溶劑中的溶解度則可達(dá)0.05%～0.18%。二噁英具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，熔點(diǎn)為303～305℃，高于750℃即開始分解，800℃時(shí)2s內(nèi)可完全分解。二噁英在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化劑作用下都相當(dāng)穩(wěn)定。這是水洗工藝具有可行性的技術(shù)基礎(chǔ)。二噁英在不同溶劑中的溶解度見表1。

從上述分析可以看出，二噁英不溶于水，只能吸附在水中的懸浮物中，所以只要將水中的懸浮物去除，水中就不會(huì)存在二噁英；而二噁英會(huì)隨不可溶沉淀物進(jìn)入水泥窯中在高溫環(huán)境下被徹底分解，且不具備二次合成的條件。

3.4回轉(zhuǎn)窯的尾氣處理問題

飛灰經(jīng)預(yù)處理后，氯、堿和重金屬離子已充分得到去除，因此在尾氣處理中除了常規(guī)檢測的幾種污染物之外，主要需要考慮防止二噁英產(chǎn)生的問題。二噁英在水泥回轉(zhuǎn)窯中能夠完全分解，因此只要能在尾氣處理中防止二噁英再合成即可。二噁英的再合成有三個(gè)重要因素（①合適的溫度；②足夠濃度的前驅(qū)體；③催化劑（銅鹽）），缺一不可。

在本技術(shù)中對(duì)垃圾飛灰采取了預(yù)處理水洗，有效地除去了氯離子，飛灰在水泥生料配料中的使用比例很低，在尾氣中的二噁英分解物被其他氣體充分稀釋，前驅(qū)體的濃度會(huì)大大降低，另外回轉(zhuǎn)窯中因燒煤產(chǎn)生的硫會(huì)破壞二噁英的催化劑，因此二噁英幾乎不會(huì)再合成。

本飛灰加入量進(jìn)行嚴(yán)格控制，尾氣處理采用多級(jí)吸收處理并配套高效收塵系統(tǒng)，確保分解后的二噁英不會(huì)重新合成，因此不會(huì)造成周圍環(huán)境的污染。

本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了洗灰水全部回用，重金屬高溫熔融玻璃體固化，二噁英徹底分解。使用經(jīng)過預(yù)處理的飛灰制備的水泥性能完全滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）標(biāo)準(zhǔn)。尾氣排放符合《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915—2013），《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB30485—2013）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2012年經(jīng)由我公司作為核心設(shè)計(jì)并建設(shè)的國內(nèi)首條水泥窯協(xié)同處置生活垃圾焚燒飛灰示范線在北京琉璃河水泥廠落成，并在2014年進(jìn)行了提產(chǎn)改造，至今已經(jīng)連續(xù)滿負(fù)荷（100t/d）運(yùn)轉(zhuǎn)三年（最高達(dá)到了134t/d）。把含氯高達(dá)20%的飛灰完全實(shí)現(xiàn)了資源化利用，并且實(shí)現(xiàn)了二次污染物零排放。

2017年，我公司再次與北京金隅琉水環(huán)?？萍加邢薰竞献鹘ㄔO(shè)垃圾焚燒飛灰處置線二期工程，中科國潤作為該項(xiàng)目的主要核心技術(shù)設(shè)計(jì)單位，參與了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作、主要設(shè)備采購供應(yīng)工作、建設(shè)工作和調(diào)試運(yùn)行工作。該項(xiàng)目于2018年1月份開始進(jìn)行投料生產(chǎn)，至今已完全達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，日處理飛灰量為134t。同時(shí)，北京金隅琉水環(huán)?？萍加邢薰驹?018年2月取得了由北京市環(huán)保局正式頒發(fā)的危廢許可證，核準(zhǔn)該公司年可處理垃圾焚燒飛灰70000t。

目前國家環(huán)保部、工信部、海南省、浙江省等地已把飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)作為飛灰處置的重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行鼓勵(lì)推廣，另外，山東、云南、湖北、黑龍江等省也積極推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

5總結(jié)

飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協(xié)同處置技術(shù)以生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）為核心結(jié)合水泥窯的相關(guān)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了飛灰的“三化”處置。為水泥窯協(xié)同處置垃圾焚燒飛灰向工程化、產(chǎn)業(yè)化，提供安全、可靠、穩(wěn)定、高效的技術(shù)支持，是水泥企業(yè)環(huán)保轉(zhuǎn)型的切入點(diǎn)，該技術(shù)的應(yīng)用可徹底實(shí)現(xiàn)生活垃圾的藍(lán)色焚燒。該技術(shù)充分利用了水泥窯高溫窯爐的特點(diǎn)和飛灰的特有性質(zhì)，技術(shù)內(nèi)在的優(yōu)勢結(jié)合國家政策不斷推進(jìn)下，有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張國亮，趙向東.利用水泥窯處置垃圾焚燒飛灰和市政污泥技術(shù)[J].中國水泥，2011（8）：43-47.

[2] 李小東，劉陽生.飛灰水洗脫氯及其燒結(jié)穩(wěn)定化的試驗(yàn)研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，43（6）：752-758.

[3] 白晶晶，張?jiān)鰪?qiáng)，閆大海，等.水洗對(duì)飛灰中氯及重金屬元素的脫除研究[J].環(huán)境工程，2012，30（2）：104-108.

[4] 趙向東，練禮財(cái)，張國亮，等.國內(nèi)首條水泥窯協(xié)同處置示范線技術(shù)研究[J].中國水泥，2015（12）：69-72.

[5] 錢光人，周吉峙，施惠生，等.生活垃圾焚燒飛灰安全處置與資源化利用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[M]，北京：化工出版社，2016.