有机废物共淋洗飞灰的脱氯效应：接种物的影响

《RSC Advances》：Dechlorination of fly ash through co-leaching with organic waste: effect of inoculum

　　

为提升焚烧飞灰的脱氯量、提高水泥窑协同处置中飞灰入窑掺混比例，研究人员采用有机废物与飞灰共淋洗工艺开展脱氯效应研究。结果表明，实验组（有机废物+飞灰共淋洗）脱氯效果优于对照组（飞灰单独淋洗）。其中，接种10%粪肠球菌（Enterococcus faecalis）的乳酸菌组飞灰残渣氯含量最低，达0.39%。动态淋洗后，飞灰残渣入窑允许掺混率为10.30%，较静态淋洗（三步水洗）提升9.6个百分点。此外，达到相同脱氯量时，有机废物与飞灰共淋洗较飞灰单独淋洗至少节约48.7%的用水量。因此，有机废物与焚烧飞灰协同处置是一种经济高效的飞灰脱氯技术路径。

该研究针对生活垃圾焚烧飞灰（被中国《国家危险废物名录（2025年版）》列为HW18类危险废物，代码772-002-18）因高含氯量限制其水泥窑协同资源化利用的瓶颈问题展开。飞灰矿物组成与水泥原料相近，是替代部分水泥原料的理想固废资源，但常规水洗仅能去除水溶性氯，残留1%–4%水不溶性氯，制约入窑比例；酸洗或盐洗虽可实现深度脱氯，但药剂成本高且易引发二次污染。有机废物经发酵可产生原位混合有机酸液，无需外购工业化学品，能显著降低飞灰处理成本。此前团队已证实有机废物源乳酸发酵液可实现飞灰深度脱氯，但外源接种乳酸菌会推高发酵成本。因此，本研究提出将有机废物水解酸化与飞灰脱氯集成于单一动态共淋洗系统的创新策略，探究接种物（粪肠球菌）对该过程脱氯性能及飞灰入窑潜力的影响，为两种固废的低成本协同处置技术提供科学依据。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：以北京某机械炉排炉生活垃圾焚烧厂的Ca(OH)₂半干法脱酸飞灰为对象，设计直径5 cm有机玻璃柱动态淋洗系统，按质量比1∶1分层填装干重有机废物与飞灰，设置接种10%粪肠球菌组（LAB）、不接种组（NI）及飞灰单独淋洗对照组，定期通入15 mL超纯水模拟填埋间歇渗滤环境，持续运行64天；采用高效液相色谱测定渗滤液乳酸含量，气相色谱测定乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸浓度，离子色谱测定氯离子浓度，X射线衍射表征淋洗前后飞灰矿物相变化；通过Pearson相关性分析解析有机酸产率与脱氯量的关联，结合水泥窑协同处置原料氯限值标准（HJ 662-2013，<0.04%）核算飞灰入窑最大掺混率，并对比共淋洗与传统工艺的节水效益。

研究结果如下：

3.1 接种物对飞灰脱氯量的影响。各组脱氯趋势一致：前10天水溶性氯快速溶出，脱氯速率较高；10–64天水不溶性氯成为主要赋存形态，脱氯速率逐渐趋稳。实验终点LAB、NI、对照组脱氯量分别为206.7 mg g^?1、203.9 mg g^?1、196.2 mg g^?1，LAB与NI组较对照组额外去除10.5 mg g^?1和7.7 mg g^?1的水不溶性氯，证实有机废物共淋洗可强化难溶态氯的去除。

3.2 接种物对水解酸化液特性的影响。LAB组因粪肠球菌定向调控代谢，乳酸峰值浓度达24.5 g L^?1，显著高于NI组的14.2 g L^?1；全周期总有机酸与乳酸累积产量分别为4054.1 mg和3582.4 mg，较NI组分别高出1197.3 mg和2332.3 mg，表明外源接种提升了有机废物基质利用效率与乳酸产率。Pearson相关性分析显示，飞灰脱氯量与丙酸产量的正相关性最强，与其他有机酸及总有机酸产量的相关性较弱，提示靶向提升有机废物产丙酸能力可优化脱氯效率。

3.3 接种物对共淋洗系统渗滤液pH的影响。淋洗初期三组pH均呈上升趋势，源于飞灰中碱性物质溶出速率高于有机酸生成速率；第3天（LAB组）和第7天（NI组）起，微生物产酸中和碱性物质，pH急剧下降；20–64天因有机废物可生物降解有机质耗尽、产酸能力下降，而飞灰碱性物质持续释放，pH缓慢回升并稳定在6左右，对照组pH全程维持在12左右。

3.4 接种物对飞灰残渣氯含量的影响。LAB、NI、对照组飞灰残渣质量分别为初始质量的65.6%、67.1%、84.3%。两组实验组残渣质量损失较对照组高17.2–18.7个百分点，归因于可溶性氯化物（NaCl、KCl、Ca(OH)Cl等）溶出，以及有机酸破坏飞灰矿物结构溶解部分水不溶组分。LAB组残渣氯含量最低，为0.39%。

3.5 接种物对飞灰矿物相的影响。原始飞灰中水溶性氯以KCl、NaCl、Ca(OH)Cl、CaCl₂·4H₂O形式存在，水不溶性氯主要为AlOCl。对照组淋洗后水溶性氯完全消失，AlOCl相对丰度升高；LAB与NI组淋洗后水溶性氯同样消失，但AlOCl相对丰度不同程度降低，证实有机酸可与AlOCl发生反应实现深度脱氯。此外，两组实验组残渣中CaCO₃相对丰度高于对照组，源于有机废物厌氧发酵产生的CO₂被飞灰碱性物质中和固定，同步实现飞灰脱氯保钙与发酵过程温室气体减排。

3.6 接种物对飞灰入窑掺混比例的影响。依据HJ 662-2013标准（原料氯含量<0.04%），LAB、NI、对照组飞灰入窑最大掺混率分别为总窑料的10.30%、8.16%、1.96%。该结果较团队此前最优两步静态酸洗工艺的入窑率（6.70%）提升3.6个百分点，验证了动态共淋洗对水不溶性氯的高效去除能力。

3.7 有机废物与飞灰共淋洗的节水量核算。达到对照组同等脱氯量时，LAB组与NI组耗水量分别为160.2 mL和169.4 mL，较飞灰单独淋洗至少节约48.7%的纯水用量，凸显该工艺的资源节约优势。

讨论与结论部分指出，无需外源接种的天然水解酸化即可实现飞灰深度脱氯，接种粪肠球菌可进一步提升脱氯效能与入窑掺混率。该技术将两种固废处理过程耦合，既解决了飞灰脱氯的药剂成本与环境风险问题，又实现了有机废物发酵产物的原位资源化利用，为焚烧飞灰主流处置技术的升级提供了新范式。研究发表于《RSC Advances》。