公众参与和设施开放:推动垃圾焚烧发电行业可持续发展

1988年,我国第一座现代化垃圾焚烧发电厂——深圳清水河垃圾焚烧发电厂投入运营,标志着我国垃圾焚烧历史的开端。至今,经过36年的发展,我国已建成垃圾焚烧厂960多家,设施处理能力超过100万吨/天。这段发展历程,不仅展现了我国垃圾焚烧产业的进步,也反映了公众态度的转变,以及政府、企业和公众三方通力合作的努力。

城市生活垃圾焚烧飞灰协同底渣制备轻质低硅铝型陶粒实验研究

以城市生活垃圾焚烧飞灰(简称飞灰)协同城市生活垃圾焚烧底渣(简称底渣)制备轻质低硅铝型陶粒,研究飞灰/底渣掺量、焙烧条件对陶粒性能的影响,分析热处理后矿物相转变、微观形貌,并从重金属浸出角度评估成品陶粒的质量。结果表明:(1)在最佳原料掺量(质量分数)为飞灰20.0%、底渣40.0%、凝灰岩40.0%,最佳焙烧参数为预热温度500℃、焙烧温度1100℃、焙烧时间10 min的条件下,陶粒的颗粒强度为2014 N,堆积密度为890 kg/m^(3),1 h吸水率为8.60%。(2)焙烧过程中生成了新物相(透辉石、钙铁辉石和硅灰石),并且陶粒内部形成了丰富的多孔结构。(3)陶粒中Cr、Ni、Zn、As、Cd、Pd浸出毒性远低于《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)。

碱激发垃圾焚烧底灰地聚物的制备及其水化特性研究

本文采用城市垃圾焚烧底灰(BA)、偏高岭土和矿粉作为原料,NaOH和水玻璃作为碱激发剂来制备底灰地聚物,重点研究了不同碱含量、BA掺量对聚合物抗压强度及水化特性的影响。研究表明:当碱含量达7%(质量分数,下同)时,过量的钠与活性钙、活性硅和铝反应,从而形成大量低强度N-A-S-H,使底灰地聚物强度下降;当碱含量固定、BA掺量达到80%时,底灰地聚物的强度大幅度降低。对于底灰而言,其聚合物体系对重金属离子具有显著的固化效果。因此,采用BA制备底灰地聚物对城市固废绿色再生利用和环境保护具有重要意义。

改良垃圾焚烧底渣固化疏浚淤泥性能试验研究

基于以废治废理念,提出了用改良垃圾焚烧底渣固化疏浚淤泥的新思路,并开展了室内试验研究,测定了固化淤泥试样的含水率、无侧限抗压强度及抗剪强度指标。试验结果表明:垃圾焚烧底渣磨细粉和未研磨的原渣按1∶1比例混合时,具有最优的固化性能;在最优混合比条件下,固化淤泥的无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角均随龄期和改良垃圾焚烧底渣掺入比的增加而增大,含水率则相反;当改良垃圾焚烧底渣掺入比为35%时,固化淤泥28 d无侧限抗压强度达到了58.4 kPa,含水率由67.4%降至38.0%,采用改良垃圾焚烧底渣固化疏浚淤泥是可行的。

海藻酸钠改性垃圾焚烧底灰-矿渣基胶凝堵漏材料研究

针对传统矿用水泥基堵漏材料存在的收缩开裂、高能耗及高碳排放的问题,探索采用海藻酸钠(SA)交联金属离子,制备SA改性垃圾焚烧底灰(MSWI-BA)-粒化高炉矿渣(GBFS)基胶凝堵漏材料(SWM)。通过抗压强度和凝结时间的测试,确定了最佳水固比为0.4。通过胶凝材料在不同温度下的抗压强度、收缩率及裂缝形貌的分析,探究了SA改性对胶凝材料的耐高温性能的影响,结果表明SA改性后,胶凝材料的耐高温性得到了改善,受热后改性胶凝材料表面裂缝明显减少,收缩率较改性前最大降低了26.5%,在400℃受热后,剩余抗压强度仍高达17.25 MPa。结合微观形貌、孔结构性能和热分析实验,探究了SA改性胶凝材料的形成机理,结果表明,SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料通过SA与底物中的Ca^(2+)/Al^(3+)的配位交联与碱激发底物形成的硅铝酸盐共价网络协同作用,细化孔径,减小孔容,在受热后保持基体结构的完整性,从而改善胶凝材料的抗收缩开裂性。堵漏风模拟实验结果表明,水固比0.4的SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料的堵漏性能优于矿用水泥基材料,表现出较好的堵漏性能。SA改性MSWI-BA-GBFS基胶凝堵漏材料的研制不仅为城市垃圾焚烧底灰的资源化利用提供了有效途径,还提供了一种抗压强度高、抗收缩开裂且耐高温的可以完全替代传统矿用水泥基堵漏材料的环保防灭火材料。

含生活垃圾焚烧炉渣的碱矿渣水泥耐高温机理

为探究生活垃圾焚烧炉渣(MSWI-BA)对碱矿渣净浆耐高温性能的影响机理,将6%的矿渣等质量替换为MSWI-BA,制备碱矿渣水泥净浆(AASBp),研究不同温度对AASBp的质量损失率、干燥收缩率和强度的影响.以普通硅酸盐水泥净浆作为对照组,结合多种微观手段,揭示AASBp的耐高温机理,并与未掺MSWI-BA的碱矿渣水泥(AASp)进行对比.结果表明:随着温度的升高,AASBp中水化硅铝酸钙的钙硅比(C/S)先降低后升高;在400℃时,水化硅铝酸钙的聚合度最高,C/S最低;Al—O键在600℃断裂,而Si—O键在1000℃断裂;MSWI-BA可提高基体孔隙的连通性,高温处理后孔隙压力得到释放,因此AASBp比AASp具有更高的归一化抗压强度和耐高温性能.

生活垃圾焚烧灰渣的预处理和理化性质研究

为了加大生活垃圾焚烧灰渣的资源化利用,对其预处理工艺和理化性质进行了试验研究。通过采用分选、除盐、干燥和筛分等预处理工艺,将灰渣筛分出粒径>0.15 mm的颗粒状灰渣和粒径≤0.15 mm的粉状灰渣;然后依次进行灰渣的放射性、重金属浸出的安全性指标检测,微观形貌、表观密度和吸水率等物理性质试验,化学元素、矿物组成、酸碱度和活性指标等化学性质分析。研究发现,灰渣的安全性达到相关标准,颗粒状灰渣和粉状灰渣分别与陶砂和粉煤灰的理化性质相近。利用生活垃圾焚烧灰渣开发生产陶粒加气混凝土砌块在理论上可行,由此可以探索一种生活垃圾焚烧灰渣资源化利用的新途径。

生活垃圾焚烧系统中Pb和Cd的迁移转化特性

为明晰垃圾焚烧系统中Pb和Cd的迁移转化特性,以处理规模500 t/d的城市生活垃圾焚烧系统为研究对象,对系统中不同位置产生的灰渣中Pb和Cd富集特性、浸出毒性和赋存形态进行分析。结果表明:底渣和二三烟道中主要晶相矿物为SiO_(2)和CaCO_(3),水平烟道灰、尾部烟道灰中主要晶相矿物为SiO_(2)、KCl、NaCl、CaCO_(3)和CaSO_(4),布袋除尘器灰中CaOHCl为Ca(OH)_(2)吸收HCl形成的产物;Cd和Pb分别在尾部烟道灰和布袋除尘器灰中富集程度最高,水平烟道灰中Cd、尾部烟道灰和布袋除尘器灰中Pb和Cd的浸出浓度高于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)限值;底渣和二三烟道灰中Pb以多种赋存形态存在,水平烟道灰和尾部烟道灰中Pb主要以残渣态形态存在,随着烟气温度的降低,尾部烟道灰和布袋除尘器灰中的酸可溶态Pb含量有所上升;底渣和二三烟道灰中Cd主要以可还原态和残渣态形态存在,水平烟道灰和尾部烟道灰中Cd主要以酸可溶态形态存在,布袋除尘器灰中酸可溶态Cd明显减少,主要为可还原态。

水泥协同垃圾焚烧飞灰固化渗滤液污泥试验研究

采用硫铝酸盐水泥协同生活垃圾焚烧飞灰作为胶凝材料对渗滤液污泥进行固化,通过无侧限抗压强度试验、浸出毒性分析和微观测试,探索水泥与飞灰的复合固化效果和固化机理.结果表明:当水泥掺量不小于20%时,固化试样的28 d无侧限抗压强度满足填埋强度要求;飞灰是水泥固化渗滤液污泥的优良辅助固化剂,其对水泥固化试样无侧限抗压强度的增强效应存在最优掺量;10%的飞灰可替代10%的水泥而使固化试样达到更好的固化效果;复掺30%或40%水泥+15%飞灰的试样可同时满足填埋强度和浸出毒性的要求.

利用垃圾焚烧渣制备陶瓷透水路面砖的试验研究

垃圾焚烧渣是一种危险的固体废弃物,无害化利用垃圾焚烧渣具有重要意义。以垃圾焚烧渣为主要原料,通过高温烧结工艺制备了一种综合性能较佳的透水砖,研究了垃圾焚烧渣的添加量与烧成温度对样品结构与性能的影响规律。结果表明:添加适量的废玻璃及适当提高烧成温度能够改善试样的强度及环境安全性;当垃圾焚烧渣、废玻璃与煤粉(外加)的添加量分别为60%、40%、20%(质量分数)时,在1 200℃下烧成制品的透水系数、抗折强度与抗压强度分别为0.58 mm/s、6.23 MPa和18.58 MPa,其强度和透水系数分别达到了R_(f)4.5与B等级,且制品的Cu^(2+)、Pb^(3+)和Zn^(2+)浸出浓度满足GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》要求。XRD与SEM-EDS分析结果表明,由废玻璃熔融而成的高温液相溶解了三氧化二铅、氧化锌和氧化铜,抑制了Cu^(2+)、Pb^(3+)和Zn^(2+)的浸出。提高烧成温度能够降低样品的气孔率,促进三氧化二铅、氧化锌与氧化铜的溶解,进而协同改善制品的环境安全性。莫来石与玻璃相相互胶结,连通气孔均匀分布,赋予了透水砖较高的强度与优良的透水性能。

改性淀粉对垃圾焚烧飞灰中Pb和Cd稳定化研究

垃圾焚烧飞灰中Pb和Cd对人体及环境危害极大且浸出质量浓度严重超标。为稳定飞灰中的Pb和Cd,合成了一种以玉米淀粉为主体的有机螯合剂,用于处理飞灰中的Pb和Cd。通过改变螯合剂投加质量分数、养护时间、液固比(mL∶g)和pH值来研究螯合剂稳定效果并进行表征。X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)结果显示,改性处理未改变玉米淀粉的结晶结构类型。通过对结晶度计算,表明改性过程发生在淀粉结晶区。扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)结果显示,处理前飞灰比表面积较大,飞灰经过改性玉米淀粉处理后粒径明显增大,降低了飞灰比表面积。通过傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared,FT-IR)光谱表征,显示飞灰处理前后主要存在碳酸盐、硫酸盐和硅铝酸盐。采用单因素试验确定改性淀粉螯合飞灰Pb和Cd的最佳条件为:改性淀粉投加质量分数为3%、养护时间为24 h、液固比(mL∶g)为2∶5、pH值为7~9。该条件下,Pb和Cd浸出质量浓度最低分别为0.162 mg/L、0.087 mg/L,对Pb和Cd稳定化率均大于93%,浸出质量浓度远低于《生活垃圾填埋场控制标准》限值。淋溶试验显示,淋溶速率较慢及酸雨条件下,螯合体中Pb和Cd的溶解程度较高。

垃圾焚烧飞灰水洗脱氯及重金属Zn的浸出特性研究

以生活垃圾焚烧飞灰为原材料,通过单因素实验和响应面优化实验研究了飞灰脱氯的最佳水洗条件以及飞灰中Zn的最佳浸出条件。结果表明,在最佳水洗条件(水洗温度35℃、水洗时间10 min、水洗液固比10 mL/g)下,飞灰氯离子洗脱率为73.4%,二次水洗后,氯离子洗脱率可达96.8%。酸浸实验中,不同种类酸对飞灰中Zn的浸出效果为盐酸>硝酸>单宁酸(TA)>二乙烯三胺五乙酸(DTPA)>乙二胺四乙酸二钠(EDTA)。采用响应面优化法确定飞灰中Zn的最佳盐酸浸出条件为:浸出液固比10 mL/g,盐酸摩尔浓度2.0 mol/L,浸出时间8 h,此时Zn浸出率可达到70.48%。

基于ISSA-ELM-NARMAX的垃圾焚烧炉燃烧过程动态建模及多目标优化

为了实现垃圾焚烧发电机组稳定、高效、环保的有效协同,对垃圾焚烧炉燃烧过程进行了多目标优化。提出一种极限学习机(ELM)和带有外部输入的非线性自回归滑动平均模型(NARMAX)相结合的动态建模方法,并通过改进麻雀算法(ISSA)对模型参数进行优化,分别建立了垃圾焚烧炉蒸汽质量流量、锅炉效率和第一烟道温度的动态模型;并将ISSA-ELM-NARMAX模型与传统BP神经网络模型、ELM-NARMAX模型和SSA-ELM-NARMAX模型进行对比,最后基于改进非支配遗传算法(NSGA-II)对燃烧过程进行多目标优化,寻找焚烧炉最佳运行参数。结果表明:基于ISSA-ELM-NARMAX的垃圾焚烧炉燃烧过程动态模型更加精确有效,所提出的控制策略可以为焚烧炉司炉人员提供操作指导。

垃圾焚烧发电厂产能提升改造分析

系统分析某垃圾焚烧发电厂垃圾焚烧炉和余热锅炉运行过程中出现的问题,然后提出产能提升改造方案。总体来说,将空冷墙结构改成水冷燃烧室结构;改进前后拱的结构,在后拱布置水冷壁,外敷耐火浇注料;于二烟道烟气预热器下方增设竖直布置的屏式水冷壁,同时在该处增设蒸汽吹灰点;余热锅炉受热面原有激波吹灰方案改为蒸汽吹灰+激波吹灰的联合吹灰方式。改造后,焚烧炉运行稳定,垃圾处理量由500 t/d增加至596 t/d;高温过热器入口温度由620℃降至552℃;蒸发量比设计值提高23.9%;月发电量由598.56万kW·h提高至717.47万kW·h。本项目改造思路可以为其他垃圾焚烧发电厂产能提升改造提供参考。

城市垃圾焚烧飞灰中氯盐及重金属分离提取技术研究进展

城市垃圾焚烧飞灰具有高氯盐、重金属成分组成复杂等特性,将飞灰中高氯盐及重金属等高价值污染物分离提取并资源化利用不仅可以降低飞灰的危害性,还可以减少天然矿物的开采,具有显著的环境和经济效益.本文根据飞灰中氯盐及重金属分离提取的最新研究报道,结合国内外的工业化应用现状,对各类提取工艺存在的优缺点及发展方向进行综述及展望,以期彻底实现飞灰的无害化处置及资源化利用.当前飞灰中氯盐的分离提取技术已经成功得到应用,但综合处置成本仍明显高于螯合后填埋,有待进一步优化.相比之下,飞灰中重金属的分离提取技术尚处于起步阶段,主要限制因素为回收金属价值难以覆盖其提取成本,并且还面临重金属处理不彻底的问题,仍需继续开展相关技术攻关及政策引导.

典型炉排炉和流化床垃圾焚烧飞灰及螯合产物的重金属浸出毒性

垃圾焚烧飞灰富含重金属、二噁英等污染物,属于危险废物,需进行无害化处理。目前国内生活垃圾焚烧厂广泛采用固化/稳定化+填埋的方式处置飞灰。对国内的炉排炉飞灰和流化床飞灰,以及两者的螯合产物进行取样,对比分析两种飞灰的特性、螯合前后的重金属浸出特性,利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、场发射扫描电子显微镜(SEM)等方法分析飞灰螯合前后差异对重金属稳定化的影响。研究发现,螯合可使流化床飞灰的重金属问题得到控制,而炉排炉螯合后飞灰中Cd重金属的浸出浓度仍存在超标问题,指出当前固化/稳定化方法处理飞灰存在不足,这种方法可通过水泥包裹使飞灰表面致密,一定程度上降低重金属的浸出,但化学药剂稳定重金属的效果不明显,不易于实现重金属的长期稳定,没有可持续发展潜力,为进一步有针对性地开展新型垃圾焚烧飞灰处置技术研究提供借鉴参考。

一座垃圾焚烧厂的逆袭

一提到垃圾焚烧厂,大多数人脑海中都会浮现出这样的画面:在城市的边缘地带,几座高耸的烟囱喷吐着白色烟雾,周围环境恶劣,垃圾堆积如山。正因为如此,没有人愿意让自己的家园与这样的地方为邻。然而,在深圳市南山区小南山脚下,却有这样一座与众不同的垃圾焚烧发电厂——南山能源生态园。南山能源生态园的建筑设计别具一格,主体建筑宛如一片波光粼粼的“海浪”,烟囱如同优雅的“马蹄莲”,科普馆则如同精致的“贝壳”。

关于水热技术处理垃圾焚烧飞灰的研究探讨

生活垃圾焚烧飞灰含有重金属和有毒有机物,对环境危害十分严重。水热法被认为是一种有效的无害化处理技术,能将飞灰改性,降低飞灰毒性,还可以合成沸石类物质,提高产物的应用价值。本文基于垃圾焚烧飞灰理化特性,对现有的水热处理技术进行了较为全面的总结。根据水热法的机理,系统地介绍了传统水热法、微波水热法、熔融预处理的微波水热法和超声波水热法,并通过对比分析指出各方法在处理效率、处理效果等方面存在的问题。此外,还简要介绍了水热处理后飞灰的主要应用领域。最后结合近几年水热技术的研究现状,提出了新型水热技术在工业化应用上存在的大型化的局限性以及未来发展方向。

垃圾焚烧典型工段灰/渣理化特性及环境风险性

研究了垃圾焚烧典型工段5种灰/渣样品(余热锅炉灰/渣S1、半干法脱酸灰S2、布袋除尘灰S3、飞灰原灰S4和螯合剂稳定化飞灰S5)的表观特征、化学特性和浸出特性,并评估了灰/渣样品赋存重金属的环境风险。结果表明:S1呈现与其他灰样显著的表观特征差异,其表观颜色泛黄,颗粒大小不均,Si、Al含量较高,可资源化利用潜力较大;S3可溶性氯盐、高毒性重金属(Pb、Cd)含量较高,可进行单独脱氯、解毒处理;S5粒径级配在7~20μm和40~120μm存在两处波峰,其稳定化效果存在一定缺陷。S1赋存Cr(4.45%)和S3赋存Pb(3.04%)、Cd(4.28%)的可交换态和碳酸盐结合态占比相对较高,表明其潜在浸出环境风险较高,在其无害化处理和资源化利用过程中需重点关注,尤其是酸性(如酸雨或渗滤液浸沥)处置或应用场景。S1赋存重金属的潜在环境风险远低于其他4种灰样;模拟渗滤液浸提环境下,5种灰/渣浸出液重金属的综合性环境风险水平均高于模拟酸雨浸提环境,且S1、S3、S4和S5中Cd的浸出环境风险水平表现为“极强”等级。研究结果可为垃圾焚烧典型工段灰/渣的分类利用、精细化管理以及科学的环境风险评估提供理论依据。

钠基吸收剂在垃圾焚烧烟气中脱酸失活热力学研究

为探究钠基吸收剂(NaHCO_(3)和Na2CO_(3))在垃圾焚烧烟气中脱酸失活热力学机理。采用HSC Chemistry 6.0热力学数据库对钠基吸收剂在垃圾焚烧烟气中失活热力学进行了模拟计算,分析了在100~200°C的温度范围内可能存在的化学反应,并比较了各气体组分的热力学主导反应。结果表明,酸性气体HCl、SO_(2)和HF均能使钠基吸收剂失活,其中,SO_(2)对Na2CO_(3)的失活影响最大。体系中共存O_(2)或H2O时,不会对NaHCO_(3)的脱酸产生影响,但O_(2)会参与Na2CO_(3)的脱硫和脱氮过程,H2O会参与Na2CO_(3)的脱碳过程。