生活垃圾焚燒底渣綜合利用現(xiàn)狀

李婧+陳鵬+陳森

摘 要：隨著人們生活和消費(fèi)水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量呈逐年上升的趨勢(shì)，生活垃圾焚燒也已日益成為生活垃圾處置的主流方式，生活垃圾焚燒底渣的處置逐漸引起公眾和政府的關(guān)注。該文從生活垃圾焚燒底渣物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等方面對(duì)生活垃圾焚燒底渣綜合利用現(xiàn)狀展開(kāi)綜述，以期對(duì)生活垃圾底渣的綜合利用帶來(lái)一定的啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：生活垃圾焚燒底渣；性質(zhì)；綜合利用；現(xiàn)狀

中圖分類號(hào) X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）20-0061-03

Present Situation of Municipal Waste Combustion Ash Comprehensive Utilization

Li Jing1 et al.

（1Nanjing Research Institute of Environmental Protection，Nanjing 210013，China）

Abstract：With the improvement of people's living standard，the amount of city municipal waste rose up yearly，combustion became a main mode of municipal waste disposal.The municipal waste combustion ash was attracting more and more attention of government and the public.In this article，synthetic utilization of municipal waste combustion ash was carried out from the physical properties，the chemical properties and so on.We hoped this could help to deal with this problem.

Key words：Municipal waste combustion ash；Property；Synthetic utilization；Present situation

近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量大幅度增加。然而，生活垃圾填埋土地成本高昂，很多大中型城市都面臨著庫(kù)容漸滿的困境，生活垃圾焚燒逐漸成為城市生活垃圾處置的主要方式。生活垃圾焚燒可有效減少生活垃圾的體量，可實(shí)現(xiàn)生活垃圾的無(wú)害化處理，但仍會(huì)有20%～30%的質(zhì)量以灰渣的形式留存[1]。根據(jù)收集位置的不同，生活垃圾焚燒灰渣可分為底渣和飛灰。在我國(guó)，生活垃圾焚燒飛灰和底渣是分類收集的。其中，飛灰約占灰渣總質(zhì)量的20%，為2016版國(guó)家危廢名錄中HW18類危險(xiǎn)廢物，需按規(guī)定進(jìn)行管理與處置。底渣約占灰渣總質(zhì)量的80%，其處理處置和綜合利用正在逐漸引起政府和公眾的關(guān)注[2-3]。

1 底渣的基本性質(zhì)

1.1 底渣的物理性質(zhì) 生活垃圾焚燒底渣主要由熔渣、陶瓷或玻璃碎片、黑色及有色金屬、未燃有機(jī)物以及一些不可燃物質(zhì)組成[4]，是一種非均質(zhì)混合物。干燥后底渣的粒徑主要分布在4～20mm的區(qū)間，其中以0.075～2mm粒徑范圍的為最多，爐排型焚燒爐底渣在這一區(qū)間顆粒質(zhì)量占83.94%，而流化床型焚燒爐則占57.65%[5]，因此，可以說(shuō)底渣是較粗的砂狀粉末。

生活垃圾焚燒底渣中的主要物相為玻璃相，占比約為40%左右，主要晶相為硅酸鹽（如鈣黃長(zhǎng)石、石英、斜輝石和透輝石等）、碳酸鹽（主要為金屬碳酸鹽）和鹽類（硫酸鹽和氯化物）、氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦和尖晶石等）等。

1.2 底渣的化學(xué)性質(zhì) 底渣的pH值在11.2～12.5。章驊[6]等對(duì)上海地區(qū)城市垃圾焚燒底渣的研究發(fā)現(xiàn)，其主要的化學(xué)元素有O、Al、Si、C、Fe、Na、Ca、K等；此外還含有少量的Pb、Cd、Cr、As等有害元素，其中Cd含量為0.3～71mg/kg，Cr含量為23～3170mg/kg，Cu含量為190～8240mg/kg，Hg含量為0.02～78mg/kg，As含量為0.12～189mg/kg。

EDX能譜分析結(jié)果表明，生活垃圾焚燒底渣的元素組成形態(tài)主要有SIO2、CaCO3、Al2O3、MgO、KCl等[7]。

2 生活垃圾焚燒底渣的綜合利用途徑

生活垃圾焚燒底渣經(jīng)跳汰、磁選去除部分金屬雜質(zhì)，并經(jīng)研磨、篩分等處理后，可經(jīng)多種途徑進(jìn)行綜合利用。

目前，在大多數(shù)國(guó)家，生活垃圾焚燒底渣的綜合利用途徑主要有填埋場(chǎng)覆蓋材料、瀝青路面筑路骨料替代品、水泥或混凝土骨料替代品以及路基、路堤的填充材料等4種[4]，主要被用在道路、停車場(chǎng)等的基礎(chǔ)工程以及海洋建筑工程如人工暗礁等[8]。近年來(lái)，利用生活垃圾焚燒底渣作為水泥或混凝土骨料替代品制造免燒磚也成為其綜合利用的一大熱點(diǎn)。

2.1 用作瀝青路面筑路骨料替代品 20世紀(jì)70至80年代初，美國(guó)在費(fèi)城、華盛頓和休斯敦等地開(kāi)展了至少6項(xiàng)生活垃圾焚燒混合灰渣（爐渣與飛灰的混合物）的瀝青路面鋪裝示范工程，將灰渣作為瀝青路面筑路替代骨料應(yīng)用于道路的各個(gè)層面，積累了豐富的灰渣應(yīng)用數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)[9]。課題組還對(duì)道路滲濾液進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)9年的跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，底灰中有害元素如Cd、Pb等的9年累計(jì)釋放量很低[10]。

在對(duì)生活垃圾焚燒灰渣用作瀝青骨料對(duì)人群健康及環(huán)境的影響評(píng)價(jià)中認(rèn)為，若管理恰當(dāng)，生活垃圾焚燒灰渣用作瀝青路面骨料所帶來(lái)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)值均低于美國(guó)環(huán)保局制定的可接受風(fēng)險(xiǎn)限值。在該骨料中，Pb被認(rèn)為是最具風(fēng)險(xiǎn)值的元素，但是經(jīng)監(jiān)測(cè)，其危害程度也低于健康標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，研究者們認(rèn)為，生活垃圾焚燒底渣用作瀝青路面骨料替代品不會(huì)對(duì)環(huán)境和人群健康造成不可接受的負(fù)面影響[11]。endprint

2.2 用作填埋場(chǎng)覆蓋物 將生活垃圾焚燒底渣用作填埋場(chǎng)覆蓋物是美國(guó)目前應(yīng)用的最多的資源化利用方式。

對(duì)生活垃圾焚燒混合灰渣填埋場(chǎng)滲濾液的監(jiān)測(cè)表明，其重金屬濃度低于毒性浸出測(cè)試（TCLP）中規(guī)定的最大允許濃度，而底渣樣品中的二噁英毒性當(dāng)量低于美國(guó)疾病控制中心（CDC）推薦的居住區(qū)土壤限值（1×10-6），土樣中重金屬濃度亦不超過(guò)背景值[8]。此外，填埋場(chǎng)本身即設(shè)計(jì)了良好的環(huán)保設(shè)施，例如防滲層、滲濾液收集系統(tǒng)等，可以有效控制底渣因重金屬浸出所造成的對(duì)人群健康和環(huán)境的不利影響。

一般填埋場(chǎng)覆蓋層由下而上分為5層，分別是基礎(chǔ)層、阻隔層、排水層、營(yíng)養(yǎng)層和植被層，每一層對(duì)其填充材料的粒徑都有不同的要求。而生活垃圾焚燒底渣可經(jīng)研磨和分篩獲得不同的粒徑，來(lái)填充不同的層次。

生活垃圾焚燒底渣具有透水性強(qiáng)、成本低廉、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)還是環(huán)保角度來(lái)看，將生活垃圾焚燒底渣用于填埋場(chǎng)的覆蓋物，都是很好的選擇。

2.3 在水泥替代骨料中的應(yīng)用 在荷蘭和美國(guó)，生活垃圾焚燒底渣（或飛灰和底渣的混合灰渣）被用作混凝土中部分骨料的替代品，較為常見(jiàn)的利用方式是將底渣和其它骨料按一定比例混合后和水、水泥一起制成混凝土磚。由于生活垃圾焚燒底渣中不可避免地含有一定量的重金屬和可溶性鹽，所以自1985年起，在美國(guó)開(kāi)展了一項(xiàng)研究，評(píng)估生活垃圾焚燒底渣（或飛灰和底渣的混合灰渣）所制成的免燒磚在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)陸地和海洋環(huán)境的影響。研究人員在海底用焚燒灰渣制成的免燒水泥磚建成了2座人工暗礁，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行了持續(xù)6年的跟蹤監(jiān)測(cè)。結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)有有毒有害成分從該水泥磚中滲出并釋放到環(huán)境中去。隨后，對(duì)生活垃圾焚燒灰渣作為建筑用水泥替代骨料的可行性研究表明，生活垃圾焚燒灰渣制成的免燒磚符合美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM），表明從環(huán)保角度來(lái)講，生活垃圾焚燒灰渣作為建材利用是可行的。

此外，課題組用生活垃圾焚燒灰渣制成的免燒磚建造了一個(gè)船庫(kù)，并對(duì)船庫(kù)內(nèi)空氣質(zhì)量（TSP、顆粒態(tài)和氣態(tài)PC-DD/PCDF、揮發(fā)性Hg及揮發(fā)和半揮發(fā)有機(jī)物等）進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)30個(gè)月的跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，船庫(kù)內(nèi)的空氣質(zhì)量并無(wú)明顯變化，說(shuō)明灰渣中污染物被有效地截留在了水泥磚中[12]。

2.4 用作路堤的填充材料替代品 生活垃圾焚燒底渣的物理化學(xué)性質(zhì)及工程性質(zhì)與常見(jiàn)的輕質(zhì)天然骨料如黃沙等相似[13]，前人的研究表明，其對(duì)環(huán)境的影響是可以接受的，因此，可以將底渣用作道路、停車場(chǎng)等地基的填充材料。這種綜合利用方式在歐洲和美國(guó)都有成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)也較為常見(jiàn)。

3 生活垃圾焚燒底渣在應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

綜上所述，生活垃圾焚燒底渣的資源化利用已被證實(shí)是可行的，而且存在多種綜合利用方式。但由于其含有重金屬等一些有毒有害的污染物，且未經(jīng)處理的底渣尚不能全面滿足各種利用方式相應(yīng)的技術(shù)要求，因此，底渣須經(jīng)預(yù)處理，消除或降低其對(duì)人群健康和環(huán)境的不利影響，且達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求后方可進(jìn)行綜合利用。

4 結(jié)語(yǔ)

生活垃圾焚燒底渣經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)行資源化綜合利用，既解決了生活垃圾底渣處置難的問(wèn)題，又節(jié)約了大量物料，且研究和實(shí)踐已經(jīng)證明，只要管理得當(dāng)，底渣的綜合利用不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。但在底渣的資源化利用過(guò)程中，仍需注意對(duì)底渣進(jìn)行預(yù)處理以消除不利影響且達(dá)到相應(yīng)技術(shù)要求，而且，對(duì)底渣資源化利用的使用范圍應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)而嚴(yán)格的規(guī)定。

參考文獻(xiàn)

[1]Kosson D S，vander Sloot H A，Eighmy T T.An approach for estimation of contaminant release during utilization and disposal of municipal waste combustion residues[J].Journal of Hazardous Materials，1996，47（1-3）：43-75.

[2]環(huán)境保護(hù)部.國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄[R].2016.

[3]WilesC C.Municipal solid waste combustion ash：state of the knowledge[J].Journal of Hazardous Materials，1996，47（1-3）：325-344.

[4]章驊，何品晶.城市生活垃圾焚燒灰渣的資源化利用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2002，10（1）：6-10.

[5]馬達(dá)君，王國(guó)才，張建銘.城市生活垃圾焚燒底渣的特性研究[J].浙江建筑，2010，27（3）：67-68.

[6]章驊，何品晶.城市生活垃圾焚燒灰渣及其性質(zhì)分析[J].上海環(huán)境科學(xué)，2002，21（6）：356-360.

[7]徐謙，肖衡林.城市生活垃圾焚燒底渣特性試驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程，2014，10：104-107.

[8]Wiles C C，Shepherd P.Beneficial Use and Recycling of Municipal Waste Combustion Residues-a Comprehensive Resource Document[R].USA，National Renewable Energy Laboratory，BK-570-25841，1999.

[9]Gress D L，Zhang X，Tarr S，et al.Municipal Solid Waste Combustion Ash as an Aggregate Substitute in Asphaltic Concrete[A].Waste Materials in Construction[C].The Netherlands Elsevier 1991：161-175.

[10]Crannell B S，Eighmy T T.Final Report of the Field Lysimeter Leaching Expertiments 2：Bottom Ash and Bottom Ash/Asphalt[R].USA：Environmental Research Group and University of New Hampshire，1998.

[11]McBath P J，Mahoney P F，HatmakerD M.Massachusetts permitting strategies[A].Proceedings of 8th International Conference on Municipal Solid Waste Combustor Ash Utilization[C].Arlington VA，1997：81-89.

[12]Roethel Frank J，Breslin Vincent T.Municipal solid waste（MSW） combustor ash demonstration program “the boathouse”[R].Ohio：USEPA，EPA /600 /SR-95 /129，1995.

[13]ChandlerA J，Eighmy T T，Hartlén J，et al.Municipal solid waste incinerator residues[M].The Netherlands Elsevier Science B.V.，1997：895-930.

（責(zé)編：張長(zhǎng)青）endprint