电弧炉熔融医疗垃圾焚烧灰的实验研究
摘要:利用处理量为2 kg的直流电弧炉对医疗垃圾焚烧的底灰、底灰与布袋飞灰的混合灰分别进行熔融实验研究，并比较了熔融前后灰和熔渣的化学成分、物相、微观形貌、浸出毒性及重金属残留率. 结果表明，底灰主要由复杂的硅酸盐晶体组成，布袋飞灰含有大量的硬石膏(CaSO4)、氯化钠(NaCl)晶体，熔融后两种熔渣均为无定形非晶态的玻璃熔岩. 底灰、混合灰熔融后减容率分别达到78%和80.5%；熔融前布袋飞灰浸出液中Pb, Cd, Zn浓度远超过危险废物填埋限值，熔融后的熔渣中重金属固化在Si-O网格中，渗沥液中浓度极低，完全符合环保要求. 熔融后2种熔渣中Pb, Cd, Zn的残留率较低，而且混合灰熔渣中重金属残留率均低于底灰熔渣.
关键词:医疗垃圾,焚烧灰,熔融,电弧炉,重金属
1 前言
医疗垃圾集中焚烧处理能减容、减量、消毒灭菌，“非典”之后，该处理方式在国内得到大力推广. 医疗垃圾经焚烧后将产生约30%的底灰和3%的飞灰[1]，这些灰(尤其是飞灰)中含有相当量的重金属和二恶英等污染成分，与生活垃圾焚烧灰相比，其成分更加复杂，二恶英含量[2]、重金属毒性和急性毒性都更高[3]. 目前，我国对医疗垃圾焚烧灰主要采用填埋处理，对部分超过危险废物填埋标准的飞灰进行水泥固化处理，这两种处理方式均不能保证重金属的长期安全性，而且不能消除二恶英等有机毒物，医疗垃圾焚烧带来的新的环境问题亟待解决.
熔融是近年来发展的新技术，它减容显著，能彻底分解灰中的二恶英，并使重金属蒸发或固定在熔渣Si-O网格中，产生的熔渣还可作为陶瓷、路基、水泥的原料，在减容化、无害化、资源利用方面具有明显的优势. 目前，我国垃圾焚烧灰熔融技术尚处于机理研究阶段，仅陈德珍等[4]、李润东等[5]用高温电阻炉分别进行了几克级、几十克级生活垃圾焚烧飞灰的熔融实验研究. 日本等发达国家已开发了多种垃圾焚烧灰熔融技术[6]，如电弧炉熔融技术[7]、等离子体炉熔融技术[8]、反射面炉熔融技术[9]及旋转面炉熔融技术[10]. 上述技术中，因电弧炉具有电弧温度高、电热转变能力大、电热效率高、炉内气氛和炉子操作容易控制等优点[11]，电弧炉熔融技术在国外颇受青睐，但其核心技术一直处于保密阶段，因此，开发适合我国国情的垃圾焚烧灰电弧炉熔融技术具有重要意义.
利用我国成熟的冶金电弧炉工艺设备进行垃圾焚烧灰熔融处理，既可缩短熔融技术的研发周期，又可节省投资与运行费用，具有显著的环保和经济效益. 本工作利用处理量为2 kg 的直流电弧炉对医疗垃圾焚烧底灰(Bottom Ash, BA)、底灰与布袋飞灰(Fly Ash, FA)的混合灰进行熔融中试实验研究，并采用XRF, XRD, SEM和AAS 等仪器设备对焚烧灰和熔渣进行理化特性分析，以详细了解电弧炉熔融对焚烧灰成分、物质结构和结晶相及重金属迁移的影响.
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