生物质灰渣在元素组成上呈现出一定的相似性,均含有大量Si、Al、Ca以及P、K等营养元素,在粒径分布上也有一定的规律,因此对生物质灰渣的资源化处理可以从元素组成和粒径两方面来综合考虑。
生物质燃烧后,生物质中的无机矿物成分以及重金属等难挥发性物质会以固态灰渣的形式保存下来。燃烧不充分时,灰渣中还可能含有一些有毒有害物质。因此,资源化处理生物质灰渣之前,可能需要对生物质灰渣进行适当的处理,对其有毒有害物质含量和浸出毒性进行分析,另外还需要对生物质灰渣资源化产品进行性能评价和安全评估。如果将生物质灰渣应用于生态环境中,还需要进行环境风险的整体评估,确保不会造成二次污染。在具体使用中,应通过对灰渣化学成分、物理性能的分析评价,结合灰渣资源化产品的性能和浸出毒性分析,合理地确定灰渣的使用方法和使用剂量,以达到生物质灰渣最佳的资源化效果。
目前,国内外对农林生物质电厂灰渣的资源化利用研究已有很多,主要集中在土壤改良与修复、污染物吸附、基础设施建设和复合材料制备等方面,有些技术已转化到实际生产中,为生物质灰渣的资源化提供了可靠的技术支持。然而,要将这些研究成果转化为规模化的工业生产技术,实现生物质灰渣的完全资源化利用,还需要正视目前存在的一些问题。
此外,农林生物质在收购的过程中,会夹带金属杂质和石块等物质,这些物质进入灰渣后必须进行有效分离。还需指出的是,目前资源利用的灰渣主要是毫米及以下粒径的颗粒。大颗粒的灰渣进行资源化时,则需进行研磨粉碎等预处理,这无疑会增加灰渣资源化利用的成本。因此,根据灰渣的粒径组成,进行有效筛分,制定一体化的资源利用方案,显得尤为重要。
大颗粒(>5mm)灰渣用于矿坑回填或作为路基材料。此粒径范围的灰渣,组成复杂,含有小型石砾等杂质。灰渣应尽量减少处理步骤,降低成本,直接应用于对灰渣粒径及成分要求不高的用途。
中等颗粒(1~5mm)灰渣可作为混凝土和砂浆再生细骨料用于制备透水路面砖、透水路面板和湿地填料等透水材料,也可结合粘结剂等辅助原料,制备养护型透水砖。其中,含碳量较高的生物质灰渣则适宜制备烧结型透水砖,由于碳含量高,烧结过程中,材料烧失量大,易形成空隙,从而提升材料的透水性能。此类粒径的生物质灰渣也可以作为人工湿地或土壤渗滤装置填料,用于去除COD、TN、TP、NH4+-N等污染物,而且不会因粒径过小而造成系统阻塞。
小颗粒(0.25~1mm)灰渣主要用于处理污废水和沼液、封存CO2或作为补充硅肥。生物质灰渣疏松多孔,比表面积较大,碱性物质含量高,对酸性废水具有良好的中和效果,而且对水体中的重金属、染料等有机物具有较强的吸附能力。将生物质灰渣用于沼液处理,能同时起到调节沼液pH和脱氮除磷的效果。此类灰渣还可以作为滤料,应用于水体和沼液净化。灰渣中含有的大量CaO等碱性物质,对CO2有较强固定能力,可以用于沼气净化或封存CO2。此外,生物质灰渣中含有大量的活性SiO2,是生产渔业硅肥的优质原材料。将其应用于渔业水体,既可以调节水质、底质,抑制水体病原菌的繁殖,还可提供硅养分,促进喜硅藻类生长,达到提升藻类产量或为水产动物增加食物的效果,同时起到净化水体的作用。
细颗粒(<0.25mm)灰渣在经过处理后可以用作土壤改良剂和修复剂。用作改良剂时,可降低土壤酸性,提高土壤持水率,补充土壤营养物质。鉴于生物质灰渣中的营养元素含量通常达不到农业化肥中对氮磷钾含量的要求,因此在作为土壤改良剂时,可部分用作硅肥替代品,或与菌剂、化肥、有机肥复配使用,提升对土壤的改良效果。用作修复剂时,主要是通过提升土壤pH,并通过沉淀或静电作用,降低土壤中重金属植物可利用态含量。灰渣还常常与生物质炭等材料配合施用,增加对重金属污染土壤修复效果。此外,生物质灰渣密度较小,可用作无机沥青改性材料,以提升沥青的高温性能和耐老化性能。细颗粒生物质灰渣也可用作水泥混凝土制备时的添加材料,以改善混凝土和水泥基材料的机械性能,或用于制备陶瓷砖、黏土砖等,还可用于制备其他材料,如与炭黑、丁苯橡胶等联合使用制备新型复合材料。对生物质灰渣的主要组成元素,如Si、Ca、Al等,可以通过适当途径回收利用或作为合成新材料的原料。
(2)因原料、季节、地域等存在差异,农林生物质直燃电厂的灰渣成分复杂、粒径不一。现有的灰渣资源化利用研究大多集中在中等以下粒径,规模较小,缺乏对灰渣的整体处理方案,大规模的工业应用仍需论证。
(4)本文提出的生物质灰渣一体化处理方案,综合考虑了生物质灰渣的粒径和组成,对各粒径范围内灰渣进行分别资源化处理,尽可能减少各粒径范围灰渣资源化的处理工序,降低生物质灰渣资源化成本,有望实现对灰渣的完全资源化利用。