生活垃圾焚烧飞灰COD、氨氮溶出规律研究

摘要：通过对pH、渗滤周期、固化工艺等要素对氨氮、COD变化进行研究分析，发现随着渗滤周期的延长，飞灰渗滤液氨氮、COD浸出量总体呈现小幅度下降趋势，在中期浸出含量处再增加的趋势；在改变pH时，在酸性环境下氨氮溶出量略大于碱性环境条件下，而酸性条件下COD溶出量在渗滤前、中期阶段低于碱性条件，但在后期阶段明显增加。同时实验中发现固化工艺能明显降低氨氮与COD的浸出含量，对垃圾渗滤液中的水质特质影响最大。

关键词：焚烧飞灰，渗滤液，氨氮，COD

根据《关于加快推进城镇环境基础设施建设的指导意见》，到2025年，生活垃圾焚烧处理能力达到80万吨/日左右，城市生活垃圾焚烧处理能力占比达到65%左右。生活垃圾焚烧处理会在烟气净化系统及烟道中残留大量细微的固体颗粒，称为“焚烧飞灰”。通常情况下，焚烧飞灰的产生量一般占垃圾焚烧量的３％～５％[1]。

焚烧飞灰中不仅含有高浓度重金属及氯盐，还含有高危险性的二噁英。当前，焚烧飞灰经水泥固化后填埋仍是最普遍的飞灰处置方法。本研究以水泥固化处理飞灰为基础，通过改变不同的环境条件，探讨了COD、氨氮的浸出毒性与固化样特性的变化，希望可以为飞灰处理工艺改进提供理论支持。

1.实验部分

1.1实验材料和实验设计

实验用飞灰取自我国东南地区某生活垃圾焚烧厂，该厂采用往复顺推式机械移动炉排，烟气处理采用“SNCR+半干法＋干法+活性炭吸附＋袋式除尘+SCR”，飞灰经水泥固化处理。

借助建立室内柱状淋滤装置模拟在正常降雨及酸雨的情况下生活垃圾焚烧飞灰的浸出率，探索在不同时间下生活垃圾飞灰的污染特性的变化。深入了解在稳固化处置技术下，飞灰的COD、氨氮溶出变化。根据前期变化，探讨总结在不同调节下引起飞灰COD、氨氮溶出变化规律。主要研究内容如下：

1.1.1进行稳定化条件筛选实验，控制水灰比和pH值，以去离子水模拟降水，分析飞灰渗滤液的形貌变化特征。

1.1.2对渗沥液产生的时间与渗沥液水质特性之间的变化规律，通过采集飞灰填埋柱底部不同时点处渗沥液样本进行分析。

1.1.3通过对比飞灰填埋前后的物理化学特性，研究了飞灰在填埋过程中含水率和水质的变化趋势。

1.2 实验方案

1.2.1填埋柱淋滤实验和环境条件选择

在两个相同的填埋柱中加入6m3的飞灰，在1号填埋柱中利用去离子水模拟正常降水，在2号填埋柱中加入酸性物质酸化后的去离子水，以此控制变量达到模拟在酸雨和正常降雨下，飞灰渗滤液的变化趋势。同时也更好地探究固化工艺和渗滤时间的作用下对飞灰渗滤液的影响。

在淋滤飞灰填埋柱下采样口每隔2d按时采集渗沥液，待量取体积后，在容量瓶中倒入已获得的飞灰渗沥液，记录时间，保存至冷藏柜中待测。对不同条件下所取水样进行氨氮、COD测定。

2 数据分析

2.1渗滤液氨氮含量变化

取通过滤纸、滤膜过滤拦截杂质后的2mL垃圾渗滤液水样，加入到50ml容量瓶中加水至刻度线定容，进行与氨氮标准溶液相同操作得出数据。

2.1.1 pH值对飞灰渗滤液氨氮含量变化

根据图2-1数据可得水中pH值影响氨氮溶出量，水质由碱性变化为酸性后，氨氮测定结果将逐渐变大可以通过第1天-5天、第8-10天的曲线对比看出。氨氮的浓度表示了渗滤液中游离氨态氮（NH3-N）和铵盐态氮（NH4 +-N）的变化情况。当pH较低（酸性较强）时，水分子中的H+离子浓度较高，会促使氨分子与H+离子结合形成NH4+离子。这意味着溶液中存在的氨的浓度会降低，NH4+离子的浓度会增加。当pH逐渐增加（碱性较强）时，水分子中的H+离子浓度减少，使得NH4+逐渐解离为NH3和H+离子。这意味着溶液中NH3的浓度会增加，NH4+的浓度会减少。在中性溶液（pH=7）中，NH3和NH4+的浓度相等，达到平衡状态。飞灰中的氨氮的来源是溶解了的强酸铵盐如氯化铵，pH越低，存在反硝化反应，导致氨氮越高。

2.1.2 渗滤周期对飞灰渗滤液氨氮含量变化

从图2-2看出随着时间的变化，氨氮总体呈现先上升再下降的趋势，从21.25mg/l波浪式升到35.5mg/l再降低到29.25mg/l。分析数据得到随着淋滤时间的延续，氨氮的可溶出量逐渐减少，故淋滤后期渗滤液中氨氮的浓度逐渐降低。这是由于生活垃圾焚烧厂为确保烟气中酸性气体的大部分去除，通常会喷入过量的碱性物质，如CaCl（OH）、Ca（OH）2等，当淋滤液从上至下运移时，它们会中和淋滤液中的H+，因此各填埋柱渗滤液pH值均为碱性。根据2-1的结论，碱性条件下氨氮浸出率会明显降低。

2.1.3 固化工艺对飞灰渗滤液氨氮含量变化

从图2-3的数据得出在经过固化处理的氨氮含量明显小于未经过固化处理的飞灰渗滤液，尤其是pH=7的时候，未经过固化处理的氨氮浓度达到41.1mg/l，但经过固化处理工艺的氨氮溶出量只达到15.93mg/l。这是由于在飞灰固化稳定化过程中对氨氮的吸附和固定作用，降低飞灰中氨氮的浸出风险，减少其对环境的潜在影响。飞灰固定化处理过程中，使用水泥和螯合剂作为固化稳定化材料，可以有效地固定飞灰中的重金属，包括与氨氮相关的金属离子，降低其浸出毒性。因此，飞灰固定化对氨氮的影响主要表现为通过固化稳定化材料的作用，降低飞灰中氨氮及其与重金属形成的配合物的浸出风险，从而减少对环境的潜在污染。

2.2渗滤液COD浸出含量变化分析

2.2.1 pH值对飞灰渗滤液COD含量变化

通过对比图2-4两组数据对比，发现在渗滤前期和中期时酸性条件下的COD含量小于在碱性情况下，普遍相差30-40mg/l，即酸雨条件下COD的产生量一般小于正常降雨的情况，只有渗滤后期酸性条件下COD渗出率远远大于碱性条件。因为在酸性条件下，一些有机物质不易被氧化，导致COD值偏低;而在碱性条件下，一些无机物质可能会被氧化，从而导致COD值偏高。

2.2.2 渗滤周期对飞灰渗滤液COD含量变化

飞灰渗滤液中的化学需氧量浓度是衡量飞灰中有机物残留量的一个重要指标。通过研究淋滤周期的变化，发现填埋柱碱性条件下飞灰渗滤液COD含量整体处于下降的趋势，在酸性情况下从620mg/l下降到610mg/，碱性情况下从620mg/l下降到590mg/l。但在酸性条件下在渗滤后期会有上升的趋势再快速下降的情况，达到最高点820mg/l后急速下降到610mg/l。飞灰对COD有物理作用，如截留、吸附等，所以在前期不间断冲刷淋滤液的情况下，会在短时间内大量溶解掉。可溶出的量随着淋滤时间的继续而逐渐减少，所以COD在淋滤后期逐渐降低。

2.2.3 固化工艺对飞灰渗滤液COD含量变化

根据图2-5信息对比得出，经过固化处理的飞灰渗滤液的COD检出值明显小于没有经过固化处理的工艺，特别是在pH=1的时候，两者相差47mg/l。在经过固化工艺处理，渗滤液的pH会由高碱性变为酸性使飞灰中大部分有毒有害污染物转变为毒性低、溶解性小、迁移性较小的物质，降低有机污染物的浸出风险。飞灰固定化对COD的影响主要体现在通过固化稳定化处理降低飞灰中可溶性有机和无机污染物的浸出，从而减少对水体环境的潜在污染风险。飞灰中的重金属与COD有关联，因为重金属的浸出可能伴随着有机物的释放，影响COD的测定结果。固化稳定化处理通过降低这些重金属的浸出，间接影响飞灰的COD水平。

结论：

垃圾渗滤液是生活垃圾处理的产物，对自然环境和人体健康有着重大影响，垃圾渗滤液本身是一种高浓度的有机废水，富含众多有毒有害的物质。因此，安全处理越来越受到人们的关注。目前，由于固化工艺具有操作简便、灰体体积增加少、处理成本低廉等优势，它已成为工程实践中的首选技术。而本文为了更好了解飞灰的水质特征与固化工艺对飞灰渗滤液的影响。通过pH、时间、固化工艺三个因素的测定，根据得出数据对水质对比分析，找到三者与飞灰渗滤液氨氮、COD的关系。现将本文所得主要成果和结论总结如下：

1在不同的渗滤周期对于垃圾渗滤液内氨氮、COD的影响程度相对较小，在渗滤前期时，氨氮、COD溶出曲线主要表现出上升的趋势，直到渗滤中期时，氨氮溶出曲线才逐渐下降。

2在不同pH的影响下，对飞灰渗滤液氨氮、COD产生较小影响。对于氨氮而言，在碱性情况下其溶出率小于在酸性环境下。但COD溶出情况正相反，在酸性条件下普遍相比于碱性条件下溶出率更低。但两者都在pH=1、4、7的时候，在pH=4时对垃圾渗滤液中氨氮、COD溶出量达到最低，但随着pH值的进一步降低，其溶出率缓慢提高。

3通过固化工艺处理后的飞灰渗滤液的氨氮、COD浸出含量相比未经过固化处理的渗滤液低。尤其在酸性环境下，经过固化工艺处理后的COD的浸出含量达到最低。

参考文献：

[1]王天娇，李敏，王乾，等.生活垃圾焚烧、填埋及污水处理中长时间碳排放水平研究[J].环境卫生工程，2024，32（02）：75-84.

[2]折开浪，姚光远，赵玉鑫，等.碳化对焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力研究[J].环境科学研究，2022，35（10）：2330-2337.

[3]朱延臣，沈莹.危险废物处置的现状与前沿技术[J].环境与可持续发展，2021，46（4）：115-118.

[4]姚刚.垃圾焚烧飞灰处理技术现状与展望[J].化工时刊，2014，28（07）：45-48.

[5]马楠，周晓玲，蔺万峰，等.垃圾焚烧飞灰的湿法预处理技术研究现状[J].江西化工.2018（2）：45-48.

基金项目：温州市基础性科研项目：高盐高重金属飞灰渗沥液处理关键技术与应用研究（项目编号：S2023020）

作者简介：蔡思鑫，男，硕士研究生，讲师、工程师，研究方向为固体废物处理与处置、污水处理。