生活垃圾焚烧飞灰水泥固化与螯合稳定化重金属固定的长效性比较

01前言

生活垃圾焚烧飞灰（以下简称“飞灰”）由于富集多种重金属和二噁英类污染物，且产生量巨大，是我国危险废物管理的重点和难点之一。固化稳定化+填埋是世界各国普遍采用的飞灰处置方式，水泥和螯合剂则是最为常用的固化稳定化材料，形成了水泥固化和螯合稳定化两条工艺路线。从各国工程实践来看，两种方法均有可能实现重金属浸出浓度“达标入场”的目标。但由于两种材料对重金属的固定机理不同，自身的化学稳定性也不同，在填埋场地球化学条件下，飞灰固化稳定化产物会发生不同程度的老化，导致重金属固定的长效性可能存在较大差异。目前国内外在不同工艺固定重金属的长效性方面的研究还较为薄弱，造成飞灰固化稳定化工艺设计存在一定的盲区和误区。

本研究通过对比相同自然老化强度下飞灰水泥固化体系和螯合剂稳定化体系的理化特性和重金属浸出特性，采用地球化学模拟方法分析两种体系中重金属赋存的化学形态，揭示水泥固化和螯合剂稳定化两种技术对重金属固定的长效性差异及其作用机制，为飞灰固化稳定化材料选择、工艺设计和工程应用提供指导。

02采样说明

飞灰取自我国某生活垃圾机械炉排焚烧发电厂，烟气净化基本工艺流程为：SNCR+半干法(石灰浆)+干法(石灰粉)+活性炭喷射+布袋除尘。

飞灰水泥固化工艺中水泥采用的P.O.32.5，投加量为20%。螯合剂为高分子硫基有机物，用量为3%，固体含量40%。飞灰水泥固化样品和飞灰螯合稳定化样品取自专门接受该焚烧厂飞灰的填埋场，均经历6年的自然老化，表层已遭受较为强烈的自然老化侵蚀，因此两种飞灰取样深度为地表之下15~20cm。水泥固化飞灰样品记做Ce-6-FA，螯合剂稳定化飞灰样品记做Ch-6-FA。

样品的采集和制备参照《工业固体废物采样和制样技术规范》(HJ/T20-1998)，采样区域为20m*20m，采用棋盘式布点法设置25个采样点，将大块样品晾干、除杂、粉碎、筛分和混匀，采用圆锥四分法进行缩分，所得试样烘干后，密封放置于阴凉处保存备用。

03理化特性对比分析——微观形貌

由图1可知，Ch-6-FA和Ce-6-FA样品中碳酸盐呈现出不同的形貌。在Ch-6-FA中碳酸盐发育较充分，形貌多种多样。不同形貌的碳酸盐或方解石可能表现出不同的重金属浸出特性。

04浸出特性对比：达标性批次浸出

对Ce-6-FA和Ch-6-FA样品，采用HJ300-2007醋酸缓冲溶液法进行浸出试验，如表1所示，在经历6年的自然老化后，水泥固化体系中Pb、螯合体系中的Pb和Cd的浸出浓度已经超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）中相应的限值。水泥固化和螯合剂稳定化对于飞灰中重金属的固定效果可能会因固化稳定化体系的老化而衰减，但水泥固化体系中仅Pb出现超标，而螯合稳定化体系下Pb、Cd均出现超标，且Cu、Zn浸出浓度也远高于水泥体系。根据经验，水泥固化对Pb的初始固定效果远逊于螯合稳定化。因此，整体而言，水泥固化体系对重金属固定的长效性优于螯合稳定化体系。