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生活垃圾焚烧副产物产生源特征 ＊ 何品晶 曹群科 冯军会 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 夏越青 上海市浦东新区固体废弃物管理署, 上海 200129 摘要 焚烧在我国某些城市逐渐开始成为主要的生活垃圾处理方式之一, 同时, 焚烧过程产生的副产物的二次污染及 其性质渐受关注。 本研究选取某典型生活垃圾焚烧发电厂, 经过 2 年多在不同季节的多次取样, 对其贮坑沥滤液、炉 渣以及飞灰的产生状况及污染特性进行了分析, 并着重讨论了垃圾中重金属在焚烧厂各股物流中的分布。 关键词 生活垃圾焚烧 沥滤液 飞灰 炉渣 产生源特征 ＊国家建设部 2003 年科学技术项目计划科技攻关项目 03-2 - 051 、上海 市科 学技 术委 员会 2003 年 度重 点科 技攻 关课 题 032312043 和上海市重点学科建设项目 环境工程专业 沪教委 科[ 2001] 44 号资助。 1 前言 作为一种新兴的垃圾处理设施 ,生活垃圾焚烧副 产物的二次污染渐受关注 。焚烧处理可大大减少生 活垃圾的量 减少 90左右的体积 , 但仍有 20～ 30的质量留在了炉渣和飞灰当中, 此外, 由于我国 生活垃圾含水率很高 ,在焚烧厂垃圾贮坑中也必然会 产生大量的垃圾沥滤液 。 在焚烧烟气达标排放的前 提下 ,此三股物流构成了生活垃圾焚烧厂的主要副产 物。在此以上海某垃圾焚烧发电厂为对象,经过历时 2 年多 ,在不同季节的多次取样测试分析 , 研究生活 垃圾焚烧副产物 主要指贮坑沥滤液 、 炉渣和飞灰 的 产生源特征 ,以便为其二次污染的控制或资源化利用 提供依据。焚烧的垃圾组成见表 1。 表 1 该垃圾焚烧发电厂进厂垃圾月平均组成 湿基 取样时间 成分 纸类塑料竹木布类厨余果类金属玻璃渣石 水分 2003. 108 . 2143. 831. 092. 1641 . 022. 620. 001. 080 . 0056. 89 2003. 114 . 8418. 672. 280. 5462 . 474. 890. 992. 123 . 2155. 47 2003. 122 . 9918. 310. 231. 1571 . 452. 900. 121. 241 . 6447. 80 2004. 014 . 0918. 281. 212. 4253 . 003. 490. 301. 8115 . 4050. 37 2004. 0210 . 4817. 650. 231. 2349 . 414. 950. 122. 0713 . 8656. 33 2004. 033 . 3526. 830. 000. 3458 . 155. 390. 002. 803 . 1458. 21 2004. 043 . 6714. 360. 002. 3272 . 505. 080. 002. 070 . 0071. 41 2004. 051 . 2218. 500. 001. 1674 . 254. 610. 000. 270 . 0079. 05 2004. 065 . 3818. 260. 224. 0743 . 2124. 360. 003. 321 . 1961. 49 2004. 075 . 7919. 470. 792. 6546 . 4223. 370. 540. 500 . 5070. 52 2004. 086 . 0230. 760. 563. 4740 . 1917. 300. 111. 610 . 0064. 24 2004. 095 . 5831. 040. 001. 9651 . 019. 230. 001. 190 . 0063. 46 该厂所焚烧的垃圾性质与我国经济较发达的大 中城市生活垃圾性质类似 含水率较高热值较低, 垃 圾组成中餐厨余垃圾所占比例高 , 随季节变化明显, 煤灰比例很小。其采用的焚烧 机械炉排 和烟气净 化系统 半干法 袋式除尘 也皆为目前国内采用的 主流工艺 [ 1] 工艺流程如图 1所示 ,因此以其为对象 的研究结果 ,具有一定的典型性。 图 1 该垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧处理工艺流程 56 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 2 生活垃圾焚烧副产物的产生状况 2003年 9 月至 2004 年 8 月 , 该厂每月进厂垃圾 量以及贮坑沥滤液、炉渣和飞灰产生量如图 2 所示 。 图 2 该垃圾焚烧厂进 出 厂物流量及副产物产生率 为改善垃圾的焚烧性能, 一般需要将进厂垃圾在 垃圾贮坑中堆置一段时间沥去部分水分 ,沥去的水分 约占进厂垃圾量的 5～ 28, 由于其产生环境有别 于垃圾填埋场的渗滤液, 将其称为垃圾沥滤液 。 垃圾 在贮坑内的停留时间会影响沥滤液的产生量 ,垃圾一 般在贮坑中停留约 1～ 3 d, 停留时间越长 ,产生的沥 滤液越多 。 此外 ,沥滤液的产生量随季节变化波动很 大,一般来说,夏季垃圾含水率高 ,沥滤液产生量也大 ; 而冬季垃圾含水率较低,贮坑中产生的沥滤液也较少 。 由图1 和图 3垃圾焚烧发电厂进厂垃圾含水率和同期 贮坑沥滤液收集量可知,两者呈显著相关 相关性系数 γ 0. 810 临界相关系数 γ 0. 01,9 0. 735 。 我国将焚烧灰渣分为炉渣和飞灰 [ 2] , 分别收集。 炉渣是指燃烧后残留在炉床上的物质,约占焚烧垃圾 量的 15～ 25,一般包括炉排渣和炉排间掉落灰, 有些焚烧厂也将热回收系统飞灰与炉排渣混合收集, 本研究对象即属于此种情况。 飞灰是指在烟气净化系统中收集而得的残余物, 约占焚烧垃圾量的 2～ 4, 包括烟气中的悬浮颗 粒物 、 烟道气的冷凝产物 、 注入的吸附剂 活性炭 、 反 应塔中的反应产物以及过量的反应物 石灰 。 3 生活垃圾焚烧副产物的污染特性 3. 1 贮坑沥滤液水质 垃圾焚烧发电厂垃圾沥滤液水质如表 2所示 ,同 时列出了某些卫生填埋场渗滤液水质 。与垃圾填埋 场渗滤液产生情况 数年甚至数十年的厌氧环境, 水 质随时间变化大 ,可能有雨水和地下水的入渗 不同, 焚烧厂的垃圾在贮坑中的停留时间短,沥滤液基本上 是新鲜垃圾在好氧环境中降解产生 ,由此导致焚烧厂 垃圾沥滤液的水质波动较小, 有机污染指标与填埋场 渗滤液相应指标的上限 即为填埋初期水质 相似 ,但 由于填埋场垃圾层的吸附作用和沉淀作用 [ 3] , 部分重 金属被吸附固定于固相之中, 使填埋场渗滤液中的重 金属含量明显低于焚烧厂沥滤液。 表 2 垃圾焚烧厂沥滤液与填埋场渗滤液水质比较mg L 水质指标pHCODCrBOD5NH3-N 焚烧厂5. 0～ 7. 356 0005 00026 000 6001 000500 卫生填埋场[4]5. 3～ 8. 53 000～ 45 0002 000～ 30 00010～ 800 水质指标AsCdCrCuHgNiPbZn 焚烧厂0. 070. 020. 13 0. 050. 610. 140. 680. 37 0. 0140. 0171. 2 0. 11. 50. 812. 43. 4 上海老港填埋场＊0. 050. 010. 180. 10. 0010. 40. 010. 6 杭州天子岭填埋场[5]0. 02 0. 020. 040. 010. 110. 060. 210. 09 注 ＊样品于 2004 年7 月取自老港填埋场渗滤液调节池, 硝酸消解后测定 3. 2 灰渣的污染特性 生活垃圾焚烧灰渣中的污染物主要包括 重金 属、 水溶性盐分和二恶英类物质。垃圾焚烧灰渣的元 素组成如表3 所示。与炉渣相比 ,飞灰中的盐分和重 金属含量较高。 3. 2. 1 重金属污染 灰渣的重金属污染主要表现在重金属的浸出毒 性上。采用我国“危险废物浸出毒性浸出方法标准 水平振荡法浸出程序” [ 9] GB5086. 1- 1997 进行 测试 ,得到灰渣的重金属浸出毒性如表 4 所示 。 垃圾焚烧飞灰的重金属浸出毒性较大。根据“危 险废 物鉴别标准 浸出毒 性鉴别” GB5085. 3- 1996 ,飞灰的 Pb 和Hg 超过最高允许值,属于危险废 物。另外, 根据有效浸出测试结果和多级提取测试结 果,除了 Pb 和Hg 外 ,Cd 和 Zn 也是飞灰的主要污染 元素, 在某些不利的浸出环境下 如长期酸雨淋洗 , 这4 种元素的浸出毒性会显著增加并造成污染 ,必须 对其进行稳定化处理; 而其它元素基本没有超标的 风险 [ 11] 。 57 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 表 3 生活垃圾焚烧灰渣的元素组成[6 ,7] 类型元素炉渣飞灰类型元素炉渣飞灰 矿 物 元 素 盐 分 Si ＊ 9. 1～ 30. 83. 6～ 12. 0 Al＊2. 2～ 7. 31. 2～ 8. 3 Mg1. 1 0. 41. 60. 4 Fe2. 9 0. 12. 60. 9 Mn0. 10. 010. 090. 01 C2. 1 0. 11. 10. 3 O＊ 40～ 50 S0. 2 0. 12. 50. 3 Ca8. 6 1. 320. 86. 4 K1. 4 0. 23. 31. 1 Na4. 0 2. 23. 31. 1 Cl0. 28 0. 059. 42. 2 SO40. 13 0. 041. 20. 5 重 金 属 mgkg- 1 Ag141119 4 As1638682107 Ba＊400～ 3 00051～ 14 000 Be＊0. 5～ 0. 9 Cd846119 Co33543 1 Cr549110345 73 Cu658204882295 Hg0. 90. 93942 Ni11332111 21 Pb5181301 750528 Sb＊ 10～ 432300～ 1 100 Zn1 8013435 2151 381 注 ＊未测, 数据引自 Chandler A J,1997[8] 表 4 灰渣的重金属浸出毒性mg L 项目pHAsCdCrCuHgNiPbZn 飞灰12. 60. 30. 0010. 0010. 12 0. 070. 230. 170. 250. 170. 140. 160. 380. 20884042 炉渣11. 80. 50. 00330. 00260. 017 0. 0060. 030. 010. 60. 70. 00630. 00770. 060. 030. 120. 130. 070. 06 标准限值＊ 1. 50. 310500. 0510350 注 ＊GB5085. 3 -1996. 危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别[ 10] 而炉渣中可浸出的重金属含量很少 ,其重金属浸 出毒性远低于标准限值, 属于一般固体废物。少量的 可浸出重金属也可通过简单的自然老化过程 1 ～ 3 个月 得到稳定化 [ 12] 。 3. 2. 2 水溶性盐分 飞灰中的水溶性盐分含量高达 17. 4～ 26. 7, 主要为 Ca 、 Na 和 K 的氯化物以及金属氢氧化物, 处 置时可能会污染地下水, 须加以控制。 我国没有关于 固体废物中水溶性盐分的标准 。 参照德国填埋标准 DIN 38414 S4, 特殊垃圾总溶解固体 TDS 限值为 10,生活垃圾 TDS 限值为 3。法国标准中对 Type V 垃圾 非危险废物 的 TDS 限值为 5 [ 13] 。显然飞 灰的 TDS 已超过相应标准限值。而炉渣的水溶性盐 分含量900 t d 2 70 都仍留存于炉渣当中, 仅 Hg 和Cd 在高温下挥发,进入飞灰中或小部分随焚烧 烟气排放 。 图 3 重金属在垃圾焚烧厂各物流中的分布 4 结论 在焚烧烟气达标排放的前提下 ,生活垃圾焚烧厂 的二次污染物主要有垃圾贮坑沥滤液 、 炉渣和飞灰, 其产生率分别为 5～ 28、 15 ～ 25和2～ 4。 与填埋场渗滤液相比 ,焚烧厂沥滤液水质波动较 小,其有机污染物浓度与填埋初期渗滤液浓度相似, 而重金属浓度高于填埋场渗滤液,但相对于垃圾中所 含重金属总量来说, 在贮坑中溶入沥滤液的重金属量 极少 。 焚烧炉渣中污染物浓度较低 , 属于一般固体废 物,但由于其产量较大 约为飞灰产生量的 10 倍 ,垃 圾中超过 70 的重金属 除 Hg 和 Cd 外 存在于该股 物流当中。 而烟气净化系统飞灰中 Pb 和 Hg 的浸出毒性超 过“危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别”标准,且富 集了大量的 Hg 和Cd ,属于危险废物,此外 ,飞灰中的 水溶性盐分和二恶英类物质的含量也比较高 。 参考文献 1 曹伟, 沈玉祥, 吴善淦. 袋式除尘技术在垃圾焚烧炉上的应用. 中 国环保产业,2003. 12, 28～ 30. 2 国家环境保护总局. 生活垃圾焚烧污染控制标准. GWKB3 -2000, 2000. 3 Kjeldsen Peter, Barlaz Morton A , Rooker Alix P , et al. Present and long- term composition of MSW landfill leachate a view. Critical Reviews in Environmental Science and Technology , 2002. 32 4 297～ 336. 4 郑雅杰. 垃圾填埋场渗滤液特征及其治理. 水资源保护, 1997. 2 11～ 14. 5 肖正, 何品晶, 邵立明, 李国建, 俞觊觎, 陈增丰, 徐月恩. 填埋场内 重金属总量以及形态分布对迁移性的影响. 环境化学, 2005. 6 何品晶, 章骅, 曹群科, 张沛君. 生活垃圾焚烧飞灰性质研究. 环境 化学,2004. 23 1 40～ 45. 7 何品晶, 宋立群, 章骅, 石爱娟, 张沛君. 垃圾焚烧炉渣的性质及其 利用前景. 中国环境科学, 2003. 23 4 395～ 398. 8 Chandler A J, Eighmy T T , Hartl n J, et al. Municipal solid waste incineration residues. The Netherlands Elsevier science B. V. , 1997. 339～ 478. 9 国家环境保护总局. 危险废物浸出毒性浸出方法标准 水平振 荡法浸出程序. GB5086 . 1 -1997. 10 国家环境保护总局. 危险废物鉴别标 准 浸出毒性鉴别. GB5085. 3 -1996. 11 何品晶, 章骅, 王正达, 章灿钢. 生活垃圾焚烧飞灰的污染特性. 同 济大学学报,2003. 31 8 972～ 976. 12 Chimenos J M , Fernndez A I, Nadal R, et al.Short-term natural weathering of MSWI bottom ash. Journal of Hazardous Materials, 2000. 79 3 287～ 299. 59 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 13 Abbas Zareen,Moghddam Azadeh Partovi, Steenari Britt- Marie. Release of SaltsfromMunicipalSolidWasteCombustionResidues.Waste Management , 2003. 23 4 291～ 305. 14 章骅, 何品晶, 李国建, 武田信生. 生产垃圾焚烧飞灰中的二恶英 分析. 同济大学学报, 2004. 32. 12 1655～ 1659. 15 尹洪刚. 国外生活垃圾焚烧技术在我国的实践. 第二届全国环境 化学学术报告会论文集. 2004. 6 -45～ 6 -51. 作者通讯处 何品晶 200092 上海市四平路 1239 号 同济大学环 境科学与工程学院 电话 021 65986104 65981383 E -mail solidwastemail. tongji. edu. cn 2004- 11-15 收稿 现代生活垃圾卫生填埋场的研究现状 及存在的问题 李志斌 徐 超 卢耀如 叶观宝 同济大学地下建筑与工程系, 上海 200092 摘要 现代生活垃圾卫生填埋场是处理生活垃圾的一个最有效、最安全的方法, 国内外学者针对与垃圾填埋场相关的 岩土工程问题已经做了大量的研究工作, 但是仍然有很多问题没有引起足够的关注。 在此总结国内外学者研究现状 的基础上提出了需要进一步研究的一系列问题, 并在初步研究的基础上提出了一些预防建议。 关键词 生活垃圾卫生填埋场 岩土工程问题 研究现状 1 引言 我国现有城镇居民超过 4亿 ,年产生活垃圾超过 1. 5 亿 t , 目前最常用的处理方法为堆肥、焚烧和填 埋。前两种方法在我国应用非常广泛, 但是它们对环 境的污染是非常严重的; 我国也有很多城镇采用填埋 方法处理生活垃圾, 但是由于资金和技术手段的限 制,绝大多数填埋场只是进行简单的填埋处理 ,不具 备必要的环境保护设施, 因此对环境仍然具有非常恶 劣的影响 。随着人类环保意识的增强, 兴建生活垃圾 卫生填埋场的呼声也越来越高。现代的生活垃圾卫 生填埋场包括复合衬垫系统 、渗滤液收集和处理系 统、 气体收集系统和封盖系统等几大组成部分 ,可以 有效地隔绝垃圾体和周围环境 ,使之对环境的影响降 到最低,图 1 为现代生活垃圾卫生填埋场简图 。 从现代生活垃圾卫生填埋场设计施工的角度出 发,针对垃圾填埋场可能遇到岩土工程问题的几个方 面,包括垃圾体的物理力学性质、衬垫系统和封盖系 统的设计与施工 、 填埋场的沉降、 稳定性和监测,在总 结了国内外学者研究现状的基础上 ,提出了需要注意 或需要解决的岩土工程问题, 为垃圾填埋场的设计和 相关研究提供了参考 。 图1 现代生活垃圾卫生填埋场简图[ 1] 2 国内外学者的研究现状 2. 1 垃圾体的物理力学性质 垃圾体的物理力学性质是分析垃圾体沉降和稳 定性的前提和基础, 因此关于这方面的研究显得非常 重要。国外的研究工作开展较早 , 资料也较多; 而国 内对垃圾体性质的研究起步较晚,有关垃圾体物理力 学性质指标的资料极其匮乏。 钱学德总结了国外对于垃圾体物理力学性质的 研究成果, 他所总结的各项指标见表 1。 浙江大学的陈云敏、张振营等在杭州天子岭生活 垃圾填埋场进行了 6个孔位的静力触探试验, 并利用 钻机钻取原状土样 42 桶进行室内试验 ,所得到的垃 圾体的物理力学性质指标见表 2。 60 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 Keywords activated carbon, adsorption, PH3 EXPERIMENTAL STUDY ON PURIFYING DUST-BEARING WASTE GAS BY VORTEX LIQUID - GAS REACTORLuo Peng et al 44 Abstract A design of a novel vortex liquid -gas reactor was presented. Experimental studies were carried out in lab. The effects of temperature, the ratio of liquid gas and the concentration of HCl in the solution on HCl adsorptivity R were investigated. The experimental results showed that the vortex liquid -gas reactor can be used for removing the solid particles and hydrogen chloride gas in the carrier gas stream efficiently. It was also found that in the suitable conditions the HCl absorptivity could be as high as 99. 5 and there were no solids found in the discharged gas stream. Keywords reactor, waste gases treatment and hydrogen chloride EXPERIMENT RESEARCH ON TREATMENT OF ALDEHYDE POLLUTION BY TEA Wang Jinquan et al 47 Abstract In order to reduce the volatilisation content of aldehyde in the material of furniture, it is a experiment research that three plywood boardswere dealt separately with the extraction by liquid of teas and its mixed liquid with other reagents. The research results indicated that the extraction by liquid of teas could reduce the volatilisation conent of aldehyde from 400. 4μ g to 315. 4μ g, relative decrease about 21. 2; itsmixed liquidwith other reagents could reduce the volatilisation contnet of aldehyde from 390. 1μ g to 94. 6μ g, relative decrease about 75. 7. Keywords air pollution, tea, aldehyde and treatment RESEARCH ON MECHANISM OF SEVERAL SEMI-DRY DESULPHURIZATION PROCESSES GeJielong et al 49 Abstract In order to contrast and research the mechanism and perance of the desulphurization processes such as recycle semic -dry process, gas duct fluidized bed, lime spray in boiler and humidification activation behind boiler, semi -dry sprayer etc it is synthetically contrasted and analysed the inds of the desulphurization processes including react time, operating temperature. Ca S value, reliability, fuel applicability, equipmentfloor area, perance price ratio and so on. The result shows that novel integrated desulphurization technology NIDhas predominance on the inds such as fuel applicability, operating remperature, perance price ratio, operating reliability and so on by contrasting with other semi-dry desulphurization processes. So NID is well worth to be expanded and applied. Keywords semi -dry process, desulphurization, mechanism, inds and research THE FUNDAMENTAL STUDY ON THE REUTILIZATIONOF ELECTRONIC SCRAP BY PASSIVE PULSE AIR CLASSIFIERSDuan Chenlong et al 53 Abstract The mechanical separation of electronic scrapESwill benefit both the environment and the society. According to the characteristicsof ES, a passive pulse air -classifier was used to recover valuable components from ES at laboratory stage. The results of the laboratory experiments indicate that the passive pulsing classifiers achieve more effective results of separation and get a wider range of operating velocities of the airflow than the traditional ones. Keywords electronic scrap, mechanical separation, air -classifier, pulse air and separation efficiency CHARACTERISTICS OF BY -PRODUCTS FROM MUNICIPAL SOLID WASTE INCINERATOR He Pinjing et al 56 Abstract Incineration has become one of the major municipal solidwaste MSWtreatment processes in some cities of China. As a result, secondary pollution of by -products from the MSW incinerator is of increasing concern. According to the monitoring results over more than 2 years covering various seasons, the generation and typical characteristics of the leachate from the waste pit and the MSWI residues air pollution control residues and bottom ashare presented, taking a typicalMSW incinerator inShanghai as a case. Thereby the distribution of th heavy metals in the MSW incineration plant is discussed. Keywords municipal solid waste incineration, leachate, fly ash, bottom ash and properties of pollutants generation source RESEARCH STATUS AND PROBLEMS OF MODERN MUNICIPAL SOLID WASTE LANDFILL Li Zhibin et al 60 Abstract Modern municipal solid waste landfill isa most effective and safe in delaing withmunicipalwaste. A great deal of research work has been done by home and overseas scholars on geotechnical problems of landfill, but there are still some problems that have not been paid enough attention to. Based on the research achievements by home and overseas scholars, a series of problems were advanced that needed to be deeply researched. And some precautionary suggestions were given after tentative work. Keywords municipal solid waste landfill, geotechnical engineering problems and research status STUDY ONTOXICITY ELIMINATION OF CHROMIUM DREGS BY BLAST FURNACE SLAG Wang Mingyu et al 65 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 4, Aug . , 2005