生活垃圾焚燒飛灰的處置及應用研究

廖宗盛

（石獅市園林環衛管理處，福建 泉州 362700）

垃圾焚燒飛灰多呈現灰白色顆粒狀物理結構特性，具有較大的孔隙率以及比表面積，其形狀多呈棒狀、角質狀。從化學組分看，飛灰組分以硅、鈣、鋁等元素為主，而且由于城市生活垃圾以廚余垃圾及塑料垃圾為主，因此焚燒飛灰中含有大量可溶性鹽，可嚴重污染水體，并產生重金屬熔浸風險[1]。另外，煙氣脫酸工藝使用了大量的消石灰，這進一步增強了飛灰的腐蝕性。此外，飛灰中含有大量的重金屬污染物以及難分解的有機化合物污染物，而重金屬污染物主要來源為電池、電器以及紡織品[2]。

在生活垃圾的焚燒處理工藝中，重金屬中揮發態的化合物首先揮發出來，并發生一系列化學反應，隨后對焚燒產生的蒸汽顆粒進行捕集，使得煙氣得到凈化，大部分顆粒污染物富集于飛灰中。重金屬（鎘、鉛、銅、鋅、汞）總量高達9%，具有較高的浸出毒性，排放至環境中易對水體、大氣及人體產生嚴重的二次污染，人們需重視對飛灰的無害化處理。

1 國內外生活垃圾焚燒后飛灰處理現狀

1.1 國外處理現狀

城市垃圾包括多種類型，不同類型的垃圾所產生飛灰的理化性質也有較大的差異，因此需對不同城市垃圾的飛灰處理區別對待。國際上，不少發達國家以自身基本國情為出發點，積極開展了不同的飛灰處理及利用技術研究。其中，德國引入了淋洗工藝對飛灰進行處理，回收并儲存于地下鹽礦井，固化處理后用作建筑施工材料；法國、英國等國家均引入了水硬性黏結料固化工藝；而瑞士是鐘表業的出口大國，國內礦產資源匱乏，使得其十分重視對廢渣中金屬元素的回收，首先對飛灰進行酸化處理，然后采用電化學技術回收廢渣中的重金屬，如銅、鋅等；美國、加拿大等國家將飛灰采用固化工藝處理后送至廢物處理廠進行填埋，部分用作瀝青混凝土骨料。總體上看，國外對于城市垃圾焚燒飛灰的處理方式主要包括填埋法、固化處理法、浸提法、穩定化處理法、熔融法和電磁分離法等，并取得了一定的成效[3]。

1.2 國內處理現狀

1.2.1 固化、穩定化，規范填埋

（1）水泥固化。水泥固化工藝是使用水泥做固化劑，將水泥與飛灰按比例混合，并加水溶解，經過一系列理化反應將飛灰固結為混凝土塊，同時堿性環境對于重金屬的析出也起到了抑制作用。水泥固化法處理工藝試驗表明，水泥的混入量以及養護時間均會影響飛灰固化效果，水泥的混摻量大于15%時，飛灰固化物的抗壓強度將達0.225 MPa，滿足使用要求，但仍需對飛灰水泥固化效果的長期性做進一步研究。水泥固化法具有操作簡單、成本低的優勢，但處理后重金屬的穩定性較差。此外，為提升水泥固化的穩定性，可采用穩定劑提升其穩定性，并降低其增容比和水泥用量，當然還需考慮工程整體的造價控制。

（2）化學藥劑固化/穩定化。采用化學藥劑固化/穩定化的方法即通過一系列化學反應對飛灰做無害化處理，降低有毒物質的毒性。此方法常用的穩定劑包括無機化合物類（磷酸鹽、硫化鈉等）、有機化合物類（二硫代氨基甲酸鹽、殼聚糖衍生物等）以及復合型化學藥劑（將無機化合物與有機化合物按比例混合而成）等。采用化學藥劑固化焚燒飛灰的試驗研究表明，使用3%的復合化學藥劑可有效控制重金屬的浸出量，且成本較低。

1.2.2 資源化利用

在建筑施工行業，從化學組分看，飛灰內含有大量的氧化鈣、氧化鋁以及氧化鐵，這與水泥生產的原料極為相似，可用作生產水泥的替代材料，制備混凝土及骨料。研究表明，采用飛灰制備高強度混凝土的方法中，重金屬的滲出量可得到有效控制；在巖土工程中，飛灰和水泥混合而成的材料可以達到路基材料的要求，并提升水化產物的堿性，重金屬的浸出量更少。

1.2.3 生物浸提法

采用生物浸提法處理飛灰即通過微生物（細菌或者真菌等）的分解及浸取作用促進金屬向化合物轉化，利用一系列氧化還原反應來提取飛灰中的重金屬。

2 石獅市垃圾焚燒飛灰處置與應用案例

2.1 基本情況

石獅市垃圾綜合處理廠于2008年11月投產運行，采用的工藝為3臺循環流化床焚燒爐，處理生活垃圾規模1 400 t/d（其中1臺300 t/d、2臺550 t/d焚燒爐）。2016年，垃圾焚燒廠日均生活垃圾進廠量1 097 t，其中石獅市830 t、泉州中心城區267 t。自焚燒廠投產運行至2018年7月，石獅市共處置飛灰固化物（穩定化物）29.6萬t。

2.2 主要問題

2.2.1 飛灰產生量大，增加了處置的工作量

石獅市垃圾焚燒廠采用的生活垃圾焚燒處理工藝為循環流化床焚燒爐，該工藝在焚燒處理垃圾過程中產生的飛灰量約占垃圾量的10%。以2016年垃圾處理量為例，每天產生飛灰約100 t。

2.2.2 飛灰處置方式受限，增加了安全處置的難度

目前，生態環境部認可的飛灰處置方式主要是填埋場安全填埋和利用水泥窯協同處置。飛灰雖經穩定化處理，但仍屬危險廢棄物，在本地不具備安全處置的條件下，轉移處置或采用其他方式處置難度更大，雖經過多次與周邊縣（市）溝通協調，但仍不能從根本上解決飛灰處置去向問題。

2.2.3 本地陸域面積小，飛灰填埋場建設選址難

石獅市陸地面積不到160 km2，常住人口65萬人，可用于飛灰填埋場的建設用地選址難度大，同時還存在“鄰避效應”。目前，石獅市建成首個的飛灰填埋場庫容已飽和，經過多方努力，石獅市廢舊礦區生態修復示范項目（一期）已完成工程主體建設。

2.3 處理技術

2.3.1 利用自建飛灰填埋場填埋處置

該項目位于垃圾焚燒廠北側，為石獅市生活垃圾焚燒廠的配套工程；用地面積34.7畝，投資2 400萬元，主要建設飛灰填埋場一期填埋庫區、滲濾液收集、處理設施及配套的道路。填埋場一期填埋庫容約10.85萬m3，該項目于2014年11月立項，2015年9月開工建設，2017年1月完成主體工程建設，1月10日組織環保工程驗收，并根據生態環境部門《關于項目建設工程使用意見表》的審查意見投入使用。

2.3.2 推進飛灰減量化處理

2016年1-4月，中南大學環境工程聯合研究院對石獅市垃圾焚燒廠飛灰通過實地試驗，利用GY-I型飛灰穩定劑對飛灰進行穩定化處理，無需添加水泥，從而達到減量化。通過試驗、檢測，飛灰使用GY-I型飛灰穩定劑處理后可滿足《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889-2008）要求，與原來的飛灰穩定化處理工藝相比，該技術填埋所占用庫容減少約20%。

2.3.3 利用廢棄石窟填埋飛灰穩定物

為進一步解決垃圾焚燒廠飛灰處置問題，結合石獅市廢棄石窟生態修復，利用廢棄石窟填埋飛灰穩定物，項目位于石獅市寶蓋山東側永寧鎮雙架山下陵園西北側，用地面積約24畝，有效庫容約49.7萬m3，投資估算4 900萬元；主要建設內容是對廢舊石窟進行必要的整平、防滲處理、地下水及雨水導排等工程措施后，利用垃圾焚燒廠經穩定化處理的飛灰穩定物、爐渣和建筑垃圾、渣土等對石窟進行規范填充，在堆填到設計標高后，進行封場施工、綠化種植、養護管理等，實現生態修復。

2.4 效果評價

石獅市生活垃圾焚燒飛灰填埋場項目配套建設一座滲濾液處理站，采用“混凝沉淀+過濾”為主體的處理工藝，設計處理規模為每小時處理5 m3重金屬污水。目前，填埋庫容已飽和，共填埋飛灰穩定物19.1萬t，長期水文監測顯示，處置效果符合預期，達到國家環保標準要求。利用GY-I型飛灰穩定劑對飛灰進行穩定化處理，可減少填埋所占用庫容約20%。改造廢棄石窟填埋飛灰穩定物，充分利用廢棄石窟的花崗巖整體的防滲優勢，堆填完成后，采取進一步綠化措施，既能達成規范處置飛灰穩定物的目的，又能實現生態修復。

3 結語

垃圾焚燒飛灰成分復雜，如果不經處理而直接排放到環境中，會對水體、大氣和土壤造成嚴重的二次污染。因此，本文深入分析了垃圾焚燒飛灰的理化及污染特性，總結了國內外生活垃圾焚燒飛灰處理的現狀，并以石獅市垃圾焚燒飛灰處置與應用為例，介紹了飛灰處理技術及設施的發展與應用。當前，人們要不斷增強環保意識，綜合運用各種處理技術，實現生活垃圾焚燒飛灰的無害化、資源化和減量化處理。