技术前沿 | 浙大热能所蒋旭光：等离子非常高效 熔融处理危废成本高

本文汇总整理了浙江大学热能工程研究所教授、常务副所长蒋旭光对浙江大学危险废物熔融玻璃化技术做的简要介绍。

浙江大学热能工程研究所教授、常务副所长蒋旭光：由于熔融处理技术要加热到1000℃以上，处理成本非常高，而我国危险废物的产生量一年比一年多，已经达到3900万吨，但在处理率方面，我国同国外发达国家仍然存在差距。

蒋旭光表示，所谓熔融化、玻璃化，一定要把处置后的重金属，二噁英在加热过程中破坏掉，但重金属如果没有变成玻璃态，仍然有可能进入环境中。其温度范围，熔融化所需的能量、代价是较高。垃圾焚烧中的飞灰含量非常大，约有几百万吨。无论燃料式和电热式都要花费较大代价。

蒋旭光介绍，国内做了一些基础研究，如：溶渣理化特性、重金属浸出以及灰渣熔融特性和机理等，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。通过熔融前后对比分析，熔融后都可以达到浸出标准，最重要的重金属基本可以达标。通过DSC，TGA等基础对比分析，在400-500℃、600-700℃时，会出现由飞灰组分发生多晶转变造成吸热效应。只有温度大于1100℃时，熔融才会有效。

另一方面，蒋旭光表示，减容、减重效果也比较明显，在1400℃的情况下，减容达到70%左右，减容比达到2/3以上，可以减少填埋时对土地的负担。

蒋旭光称，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，飞灰中，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。

迫于熔融高温度、高成本的压力，蒋旭光称，曾经试图加入一些添加剂，设法降低一些熔融温度，降低运行成本。在添加氧化钙，二氧化硅后，发现飞灰中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，熔融气氛、熔融温度、碱度以及添加剂。其他因素包括空气冷却，氯元素的含量等。添加氧化钙和二氧化硅后，重金属熔融率普遍得到提高。

在熔融后产物的资源化利用研究中，蒋旭光介绍，主要包括水泥路面砖、微晶玻璃、混凝土等建材。国内熔融的应用中，比较典型的是上海有一台离子体无氧热解高危垃圾炉。国外主要做了灰渣熔融特性，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。

蒋旭光介绍，国外在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，耗能更高，温度达到4000-7000℃，稳定程度更高。大部分低沸点的重金属在1000-1100℃就融化了，挥发量达到98%-100%。而高沸点的重金属，如Mn、Cr等转移到溶渣中，降低重金属的挥发。国外有人曾尝试加一些氯化钙、氧化钙等氢氧化物，降低氯含量，水洗是一种较为有效的办法。

另外，蒋旭光称，在熔融过程中，二噁英分解特性在国内也做得比较多，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，其性质非常稳定，对二噁英的脱除率达99.9%。

谈及资源化利用，蒋旭光认为，若能达到建筑材料的目标，路基材料、混凝土骨料、路面砖、玻璃-陶瓷等都是高质化应用较好的路径。

蒋旭光介绍了国外一些工业资源化利用的情况，这之中，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。目前是危废的飞灰，如若作为一般废物来管理，后续处理将会非常简单。他称，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。

蒋旭光举例，等离子体熔融气化技术在日本已经有十余年的商业运行经验，等离子项目非常高效，能耗仅为2%-5%。国外比较好的是加拿大的普拉斯科能源集团公司，处理量约为400吨/天，2008年建成，还可以用于发电，且发电量比较可观。

最后，蒋旭光介绍了浙江大学的相关工作。他称， 浙江大学从1997年开始，首先开展了垃圾焚烧飞灰熔融的出相关研究，因为飞灰熔融特别适合做熔融，本身就已经是无机物，含量高。

研究中，首先做了BSC，熔融过程二噁英分解特性，温度1400℃以上的话，分解率非常高。重金属的迁移影响有：铅锌受温度影响比较少，温度对Cr、Cd、Cu影响显著。采用等离子体熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃时，需要添加添加剂，包括氧化钙，二氧化硅，要调解它的成分。玻璃是硅的重要组成成分，在硫化床飞灰等试验后，得出不同结果：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。不同添加剂对吸热的影响，从差热分析结果上看，最佳核化温度是800℃，不仅熔融温度降低，成本能够相应下降，更利于资源化利用。最佳核化时间为两个小时，化学分析产成的微晶玻璃和微晶化热处理对重金属浸出的特性，得出原始飞灰毒性浸出特性得到明显改善。