浙江大學熱能工程研究所教授蔣旭光:浙江大學危險廢物熔融玻璃化...

2020-11-25 新華網客戶端

  新華網建德10月26日電(索煒)浙江大學熱能工程研究所教授蔣旭光26日出席全國危險廢物熔融處理技術與標準研討會,並就浙江大學危險廢物熔融玻璃化技術做了簡要介紹。

  蔣旭光稱,由於熔融處理技術要加熱到1000℃以上,處理成本非常高,而我國危險廢物的產生量一年比一年多,已經達到3900萬噸,但在處理率方面,我國同國外發達國家仍然存在差距。

  蔣旭光表示,所謂熔融化、玻璃化,一定要把處置後的重金屬,二噁英在加熱過程中破壞掉,但重金屬如果沒有變成玻璃態,仍然有可能進入環境中。其溫度範圍,熔融化所需的能量、代價是較高。垃圾焚燒中的飛灰含量非常大,約有幾百萬噸。無論燃料式和電熱式都要花費較大代價。

  蔣旭光介紹,國內做了一些基礎研究,如:溶渣理化特性、重金屬浸出以及灰渣熔融特性和機理等,熔融作用效果顯而易見,大大減少浸出毒物的含量,絕大部分低於現有分析手段的極限值。通過熔融前後對比分析,熔融後都可以達到浸出標準,最重要的重金屬基本可以達標。通過DSC,TGA等基礎對比分析,在400-500℃、600-700℃時,會出現由飛灰組分發生多晶轉變造成吸熱效應。只有溫度大於1100℃時,熔融才會有效。

  另一方面,蔣旭光表示,減容、減重效果也比較明顯,在1400℃的情況下,減容達到70%左右,減容比達到2/3以上,可以減少填埋時對土地的負擔。

  蔣旭光稱,危險廢物熔融前後主要元素沒有變,實現了結晶化,矽和鈣的形態發生很大的變化,飛灰中,雜亂的物質會變成矽酸鹽和鋁酸鹽,矽氧的熔融結構是主體結構。二氧化矽、硫酸鈉熔融後都變成氧化鈣等結晶狀留存。

  迫於熔融高溫度、高成本的壓力,蔣旭光稱,曾經試圖加入一些添加劑,設法降低一些熔融溫度,降低運行成本。在添加氧化鈣,二氧化矽後,發現飛灰中鹼性氧化物和酸性氧化物的含量比,添加劑對飛灰熔點的影響與飛灰的鹼度相關,在某個鹼度臨界值,飛灰的熔點迎來極小值。熔融過程中,重金屬的遷移主要影響因素是:重金屬的揮發性——可以分為難揮發、易揮發幾種,熔融氣氛、熔融溫度、鹼度以及添加劑。其他因素包括空氣冷卻,氯元素的含量等。添加氧化鈣和二氧化矽後,重金屬熔融率普遍得到提高。

  在熔融後產物的資源化利用研究中,蔣旭光介紹,主要包括水泥路面磚、微晶玻璃、混凝土等建材。國內熔融的應用中,比較典型的是上海有一臺離子體無氧熱解高危垃圾爐。國外主要做了灰渣熔融特性,重金屬的遷移以及二噁英分解特性、資源化利用和工程應用。

  蔣旭光介紹,國外在20世紀後期做的一些危廢處置廠,採用等離子體高溫得到的均質玻璃化產物,耗能更高,溫度達到4000-7000℃,穩定程度更高。大部分低沸點的重金屬在1000-1100℃就融化了,揮發量達到98%-100%。而高沸點的重金屬,如Mn、Cr等轉移到溶渣中,降低重金屬的揮發。國外有人曾嘗試加一些氯化鈣、氧化鈣等氫氧化物,降低氯含量,水洗是一種較為有效的辦法。

  另外,蔣旭光稱,在熔融過程中,二噁英分解特性在國內也做得比較多,結論是:高於800℃情況下,熱處理過程對二噁英均有良好的銷毀效果。將焚燒灰渣熔融後再結晶,其性質非常穩定,對二噁英的脫除率達99.9%。

  談及資源化利用,蔣旭光認為,若能達到建築材料的目標,路基材料、混凝土骨料、路面磚、玻璃-陶瓷等都是高質化應用較好的路徑。

  蔣旭光介紹了國外一些工業資源化利用的情況,這之中,歐盟廢物名錄明確規定所產生的玻璃態殘渣是一般固體廢物,不作為危險廢物進行管理。目前是危廢的飛灰,如若作為一般廢物來管理,後續處理將會非常簡單。他稱,歐盟已經有一半的危險廢物焚燒處理設施採用高溫熔渣處置技術。美國有1/3焚燒處置廠採用高溫熔渣處置技術。日本把生活垃圾殘渣、普通廢物焚燒進行二次處理,減少填埋量。

  蔣旭光舉例,等離子體熔融氣化技術在日本已經有十餘年的商業運行經驗,等離子項目非常高效,能耗僅為2%-5%。國外比較好的是加拿大的普拉斯科能源集團公司,處理量約為400噸/天,2008年建成,還可以用於發電,且發電量比較可觀。

  最後,蔣旭光介紹了浙江大學的相關工作。他稱, 浙江大學從1997年開始,首先開展了垃圾焚燒飛灰熔融的出相關研究,因為飛灰熔融特別適合做熔融,本身就已經是無機物,含量高。

  研究中,首先做了BSC,熔融過程二噁英分解特性,溫度1400℃以上的話,分解率非常高。重金屬的遷移影響有:鉛鋅受溫度影響比較少,溫度對Cr、Cd、Cu影響顯著。採用等離子體熔融垃圾焚燒飛灰製備微晶玻璃時,需要添加添加劑,包括氧化鈣,二氧化矽,要調解它的成分。玻璃是矽的重要組成成分,在硫化床飛灰等試驗後,得出不同結果:二氧化矽對晶核形成沒有明顯影響,太多反而不利,而氧化鈣對晶體影響不大,在一定程度上可促進形成,有利於晶體析出。不同添加劑對吸熱的影響,從差熱分析結果上看,最佳核化溫度是800℃,不僅熔融溫度降低,成本能夠相應下降,更利於資源化利用。最佳核化時間為兩個小時,化學分析產成的微晶玻璃和微晶化熱處理對重金屬浸出的特性,得出原始飛灰毒性浸出特性得到明顯改善。

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