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浙江大学热能工程研究所教授/常务副所长蒋旭光
首先讲一下国内外研究现状，再讲讲浙江大学在这方面做的工作。除了熔融以外，我们做的也是玻璃化，正在探索，因为熔融确实是成本非常高，要加热到1000℃以上，而且产生量一年比一年多，像危废已经达到3900万吨了。另外，危险废物的处理率，跟发达国家还是有一些差距的。发达国家熔融玻璃化已经做得比我们要超前一些，而国内起步相对较晚。二噁英在加热过程中已经可以破坏掉，但是重金属如果没有变成玻璃态，有可能仍然进出到环境里去。它的温度、熔融化应该是1100-1500℃的范围，要花费的能量、代价是比较高的。我们现在量比较大的是垃圾焚烧的飞灰，飞灰的总量有好几百万吨了。 从炉型上来说，是燃料式和电热式。但无论燃料式还是电热式，都要花费比较大的代价。国内做了一些基础研究，比如说熔渣理化特性、重金属浸出以及灰渣熔融特性和机理方面。熔融作用效果显而易见，大大减少浸出毒物的含量，绝大部分低于现有分析手段的极限值。熔融前后对比分析，熔融后都可以达到浸出标准。不同温度下的照片，800℃、1000℃还是黄色，1200-1300℃的颜色会越来越深，图片的对比很明显。熔融后是可以达标的，最重要的重金属基本上可以达标。同时我们在做对比的基础上，还做了基础分析，像DSC、TGA曲线分析。400-500℃和600-700℃，出现由飞灰组分发生多晶转变造成吸热效应出现由飞灰组分发生多晶转变造成吸热效应。大于1100℃，熔融的效果才会出来。减容减重也比较明显，1400℃的情况下，减容达到70%左右，减重比是稍微少一点。所以说减容比度达到2/3以上，可以减少填埋时对土地的负担。 危险废物熔融前后主要元素没有变，实现了结晶化。硅和钙的形态发生很大的变化，另外飞灰里面杂乱的物质会变成硅酸盐和铝酸盐，硅氧的熔融结构是主体结构。二氧化硅、硫酸钠熔融后都变成氧化钙等结晶状留存。因为熔融温度太高，所以我们试图加入一些添加剂，可以设法降低一些熔融温度，也可以降低运行成本。氧化钙、二氧化硅添加以后，飞灰里碱性氧化物和酸性氧化物的含量比，添加剂对飞灰熔点的影响与飞灰的碱度相关，在某个碱度临界值，飞灰的熔点迎来极小值。熔融过程中重金属的迁移主要影响因素是：重金属的挥发性，可以分为难挥发、易挥发几种，还有是熔融气氛、熔融温度、碱度以及添加剂。还有其他因素，比如说空气冷却，氯元素的含量等。我们做了添加氧化钙和二氧化硅，添加后重金属熔融率普遍得到提高。 还有一个探索，熔融后产物的资源化利用研究，主要有水泥路面砖、微晶玻璃、混凝土等建材方面。国内熔融的应用，比较典型的是上海有一台离子体无氧热解高危垃圾炉。国外主要是做了一些灰渣熔融特性，重金属的迁移以及二噁英分解特性、资源化利用和工程应用。国外是在20世纪后期做的一些危废处置厂，采用等离子体高温得到的均质玻璃化产物，这个耗能更厉害。4000-7000℃，稳定程度更高了。重金属的迁移，也就是说大部分的低沸点的重金属在1000-1100℃就融化了，而且挥发量达到98%-100%。而高沸点的重金属，像Mn、Cr等转移到溶渣中，降低重金属的挥发。国外也有人试图加一些氯化钙、氧化钙等氢氧化物，还有降低氯含量，如果降低氯含量，水洗是一种比较好的办法。另外在熔融过程中，二噁英分解特性在国内也做得比较多，他们的结论是高于800℃情况下，热处理过程对二噁英均有良好的销毁效果。将焚烧灰渣熔融后再结晶，其性质相当稳定，对二噁英的脱除率达99.9%。 资源化的利用，大家都试图做一些高质化方面的探索。是否可以做成路基材料、混凝土骨料、路面砖、玻璃-陶瓷等，如果可以达到建筑材料的目标，我想这应该也是比较好的途径，这样才可以实现高质化的应用。国外一些工业应用的情况，欧盟废物名录明确规定所产生的玻璃态残渣是一般固体废物，不作为危险废物进行管理。现在的飞灰是作为危险废物，作为一般废物来管理，在后续的处理就简单多了。欧盟已经有一半的危险废物焚烧处理设施采用高温熔渣处置技术。美国有1/3焚烧处置厂采用高温熔渣处置技术。日本把生活垃圾残渣、普通废物焚烧进行二次处理，减少填埋量。等离子体熔融气化技术，2003年已经建成，处理量220吨/天，在日本已经有十余年的商业运行经验。他们的等离子项目非常高效，而且能耗也仅为2%-5%。国外还有比较好的是加拿大的普拉斯科能源集团公司，处理量400吨/天，2008年建成，还可以用于发电，发电量比较可观。德国Bellwether已从基础研究阶段向大型商业应用过渡。 下面讲我们学校做的工作。我们从1997年开始，首先是开展了垃圾焚烧飞灰熔融，因为飞灰熔融特别适合于做熔融，本身就已经是无机物，含量高。我们是先做BSC，熔融过程二噁英分解特性，1400℃以上的话，分解率非常高。重金属的迁移有这么几个影响，在铅锌受温度影响比较少，温度对Cr、Cd、Cu影响显著，除了Cr以外。采用等离子体熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃。微晶玻璃不能像熔融这样直接拿来，我们还是添加一些添加剂，包括氧化钙，还有二氧化硅，要调解它的成分。玻璃是硅的重要组成成分，主要是做了一些工作，而且也做了硫化床飞灰。 得到的不同结果，二氧化硅对晶核形成没有明显影响，太多反而不利，而氧化钙对晶体影响不大，在一定程度上可促进形成，有利于晶体析出。飞灰里面最好的情况是第九个。对于500℃的飞灰，第六个和第七个比较适合做微晶玻璃。不同添加剂对吸热的影响，从差热分析结果上看，跟刚才的结果是一样的。最佳核化温度，是800℃，比我们光做熔融的温度降低了。温度低，成本会有一定的下降，这样更利于资源化利用。最佳核化时间是两个小时。对产成微晶玻璃进行化学分析，还做了微晶化热处理对重金属浸出特性的分析，对原始飞灰毒性浸出特性得到明显改善。这是制备得到的微晶玻璃的图像。我们做的工作就讲到这里，谢谢大家! |
