上海焚燒飛灰管理現狀與典型案例分析*

王曉東，賈 川，趙愛華

（1. 上海老港固廢綜合開發有限公司，上海 200237；2. 上海環境衛生工程設計院有限公司，上海200232；3.上海市環境工程設計科學研究院有限公司，上海 200232；4.上海城投（集團） 有限公司，上海 200020）

生活垃圾無害化設施建設是上海超大城市精細化管理的重要抓手，也是破解垃圾圍城、建設生態之城的關鍵舉措。2017 年，上海生活垃圾產生量已達7.430 7×106t［1］，人均生活垃圾產生量307 kg/（人·a）。根據上海市綠化市容“十三五”規劃，到“十三五”期末，上海要基本實現原生垃圾零填埋，規劃新增焚燒能力11 000 t/d［2］。目前，規劃的5 個新增焚燒項目已全部建成投產，焚燒能力達19 300 t/d。隨著各焚燒設施相繼建成投產，焚燒飛灰的處理處置問題日漸突出，如何進一步規范飛灰的去向、解決焚燒廠二次污染的“最后一公里”問題，成為市局主管部門和行業人員新的關注點。

1 管理要求

上海將焚燒飛灰嚴格納入危險廢物管理框架內進行監管，除了環保達標方面的基本要求外，對其產生、暫存、預處理、運輸等各環節均嚴格按照危險廢物相關規定予以管理，因此，老港等焚燒項目一直被列為重點產廢單位，也相應成為上海歷年危險廢物規范化管理的重點檢查對象。

2012 年12 月，上海市環保局、綠化市容局印發《關于加強本市生活垃圾焚燒飛灰環境管理的指導意見》（滬環保防〔2012〕501 號），提出擴建嘉定危險廢物填埋場、啟用老港綜合填埋場飛灰填埋庫區、新建崇明生活垃圾填埋場危險廢物填埋庫區，以滿足上海焚燒飛灰安全處置需求。同時提出飛灰預處理技術要求，涵蓋了處置規模、密閉運輸、浸出實驗室、檢測、轉移聯單、管理制度、應急預案等10 個方面。

2016 年7 月，市環保局、綠化市容局發布《關于進一步加強本市生活垃圾焚燒飛灰環境管理的通知》（滬環保防〔2016〕271 號）。根據此要求，上海市所有生活垃圾焚燒設施均應在焚燒廠內配套建設飛灰預處理設施，江橋、御橋項目要求結合設備大修，于2016 年11 月底前配套飛灰預處理設施。所有焚燒項目飛灰均執行GB 18598—2001 危險廢物填埋污染控制標準，廠內穩定化預處理后相應送至老港綜合填埋場飛灰填埋庫區（除崇明焚燒廠外其余所有焚燒項目） 或崇明生活垃圾填埋場飛灰庫區（崇明焚燒廠） 安全填埋。

2019 年5 月，上海市廢棄物管理處明確指出：每批次穩定化飛灰應有檢測報告證明達標，原則上每天螯合的飛灰視為1 個批次。

目前，上海市各焚燒設施已基本完成廠內飛灰浸出實驗室設備和人員配置，基本具備廠內自測條件和能力。除老港項目外，均采用噸袋打包運輸，以控制運輸過程的揚塵和二次污染。

2 產生量與去向

目前，上海已建成并投產生活垃圾焚燒設施10 座（市屬設施3 座、區屬設施7 座），焚燒能力19 300 t/d，如表1 所示。

表1 上海已建成焚燒設施

2017 年，上海全年焚燒量合計3.608 1×106t，占當年無害化處理總量的48.6%［1］，人均焚燒量達149.22 kg/（人·a），遠超全國67.06 kg/（人·a） 的整體水平，低于江蘇、浙江、海南和北京。與歐盟相比，上海人均焚燒量略超出歐盟2017 年133 kg/（人·a） 的水平，但和芬蘭（299 kg/（人·a））、丹麥（413 kg/（人·a）） 等國家比尚有較大差距。從焚燒占比來看，上海已接近芬蘭（58.6%）、丹麥（52.9%）［3］。

飛灰產生量受入爐垃圾特性、焚燒工藝、煙氣輔料投加量等影響較大，一般流化床的氣灰產生量約占焚燒量的20%，爐排爐焚燒飛灰產生量約占焚燒量的2%～5%［4］。根據2017 年統計數據，上海焚燒飛灰產生量合計達7.9×104t，各焚燒項目飛灰產生量年均值在1.13%～5.45%，全年總產生量2.20%（入廠比，原灰產生量按照填埋量的80%估算）。

根據滬環保防〔2016〕271 號文要求，目前上海有老港、崇明2 座生活垃圾填埋場允許接收經穩定化預處理的生活垃圾焚燒飛灰，均為分區單獨填埋，執行GB 18598—2001 入場標準。其中，除崇明生活垃圾焚燒廠飛灰送至崇明填埋場外，其余上海焚燒項目均送至老港進行填埋。各填埋終端均取得危險廢物經營許可資質，不執行危險廢物名錄的豁免政策。

3 典型案例

上海某焚燒設施處理規模為3 000 t/d，配置750 t/d×4 機械爐排爐焚燒爐+70.6 t/h×4 余熱鍋爐+30 MW×2 凝汽式汽輪發電機組，煙氣凈化系統采用爐內噴尿素+減溫塔+消石灰噴射+活性炭噴射+袋式除塵器+濕式洗滌塔+煙氣再熱工藝，煙氣排放指標滿足歐盟2000 標準。

飛灰穩定化系統處理對象是煙氣凈化系統（減溫塔和布袋除塵器） 收集的焚燒飛灰，處理規模64 t/d，采用的飛灰穩定化工藝為“有機螯合劑+水”，穩定化后的飛灰滿足GB 18598—2001 規定的入場要求后，由具有資質的專有車輛運至老港綜合填埋場的飛灰專用庫區進行安全填埋。磷酸鹽工藝和水泥工藝系統僅作為備用，正常運行時暫不啟用。飛灰穩定化系統處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 上海某焚燒設施飛灰穩定化系統工藝流程

3.1 試驗材料和方法

3.1.1 飛灰樣品采集

試驗原灰樣品采集自本焚燒設施全部焚燒線穩定運行期間的飛灰稱重斗，是4 條煙氣凈化線混合得到的飛灰，穩定化后飛灰（螯合灰） 采集自飛灰穩定化車間序批式混煉機出口，原灰和螯合灰為同一批次樣品，當日螯合劑投加比為原灰的4.1%。

3.1.2 元素組分分析

采用SHIMUDZU 公司的EDX-7000 能量色散型X 射線熒光分析儀（XRF） 分析飛灰樣品的原始組分，Rh 靶X 射線管，最大工作電壓50 kV，最大電流1 mA，最大功率50 W。

3.1.3 浸出毒性測試

按照GB 18598—2001 規定的HJ 557—2010 固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法對飛灰進行浸出預處理，按照10∶1 的液固比加入浸提劑（水），在室溫下水平振蕩8 h 后靜置16 h，用微孔濾膜過濾并收集浸出液。

按照GB 16889—2008 生活垃圾填埋場污染物控制標準規定的HJ/T 300—2007 固體廢物 浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法對飛灰進行浸出預處理，按照20∶1 的液固比加入浸提劑（用試劑水稀釋17.25mL的冰醋酸至1L，pH 為2.64±0.05），翻轉振蕩（18±2） h 后用微孔濾膜過濾并收集浸出液。

對于收集到的不同方法制得的浸出液，Pb、Cd、Ni、Cu、Zn、Ba、Be、Cr 元素濃度采用等離子發射光譜法，pH 采用玻璃電極法。

3.2 結果與討論

3.2.1 物理表征

生活垃圾焚燒飛灰外觀呈灰色、灰白色粉末，含水率僅為0.7%。從飛灰產生量來看，該焚燒設施飛灰產率較低，2017 年月均飛灰產率為0.98%～1.26%（入廠比） 和1.17%～1.43%（入爐比），如圖2 所示。

圖2 不同焚燒設施飛灰產率（入爐比）與消石灰投加量關系

與其他焚燒項目相比，飛灰產率明顯較低，其原因可能與該項目首次采用干法+濕法組合煙氣工藝有關，采用濕法工藝后，消石灰的消耗量明顯減少，因此被布袋除塵器捕集的反應產物也相應減少，其飛灰產生量明顯低于干法、半干法焚燒設施。

3.2.2 元素組分分析

元素組分測試結果顯示，對于填埋入場標準所關注的重金屬元素，Zn、Pb 的含量最高，可達8 847.8 mg/kg 和2 936.7 mg/kg（圖3）。這是由于重金屬在焚燒爐內的遷移分布受焚燒爐溫度直接影響，當焚燒爐內溫度由500～650 ℃升至800～900 ℃時，Cd、Pb、Sn 和Zn 的蒸發率大幅提高，而Cu、Co、Mn 和Ni 等高沸點重金屬元素幾乎不受影響［5］，因此Pb、Zn 大量遷移到飛灰中。

圖3 飛灰樣品重金屬元素含量

除了重金屬元素外，飛灰中含量最高的宏量元素是Ca 和Cl，這是由于該焚燒設施在去除煙氣酸性氣體的過程中，在布袋除塵器前投加了一定量的消石灰（Ca（OH）2），導致飛灰中Ca 含量較高；而Cl 元素來自于生活垃圾本身含有的塑料制品、有機組分［6］，焚燒過程中揮發冷凝或生成HCl 與消石灰反應，最終進入到飛灰中。不同的煙氣凈化工藝直接影響元素的含量和組成［7］。

3.2.3 重金屬浸出毒性

按照水平振蕩法（HJ 557—2010） 和醋酸緩沖溶液法（HJ/T 300—2007） 分析原灰和螯合灰樣品中各種重金屬的浸出濃度，結果如表2～表3 所示。經水平振蕩法浸出時，原灰樣品Pb 浸出濃度達到127.2 mg/L，遠遠超出安全填埋限值（5 mg/L）。與上海同類焚燒設施相比，該設施飛灰重金屬浸出濃度顯著較高（圖4），其原因：一方面該廠處理的是上海中心城區的生活垃圾，其分類狀況顯著優于郊區，因此入廠生活垃圾熱值較高，每年都在不斷提高，導致焚燒爐超溫嚴重，特別是燃燒室，經常出現1 100 ℃以上的超溫，加劇了Pb向飛灰中的遷移；另一方面，該設施采用干法+濕法組合煙氣工藝，消石灰投加量明顯低于同類項目，導致飛灰產生量很低，飛灰中的Pb 元素得到富集，從而提高了浸出濃度。

表2 HJ 557—2010 浸出毒性結果

表3 HJ/T 300—2007 浸出毒性結果

圖4 不同焚燒設施飛灰Pb 浸出毒性對比

醋酸浸出結果顯示，對于同一個樣品，不同浸出方式帶來的影響較大，以Pb 元素為例，醋酸浸出濃度為45.1 mg/L，水平振蕩浸出濃度明顯高于醋酸浸出濃度，不同設施、不同時間、不同地區的飛灰樣品已證實了該結果，因此不能單純靠浸出數值來評估特定飛灰樣品的處理難易程度，必須明確浸出方法綜合判斷。

無論何種浸出方式，飛灰浸出液都呈現強堿性，這是由于為了保證煙氣達標排放，在布袋除塵器前通常投加過量的消石灰，反應剩余的部分則隨煙氣顆粒物被布袋捕集，形成飛灰，因此飛灰中含有大量的消石灰成分，導致整體呈強堿性。Pb 的浸出過程主要表現為吸附/沉淀機制［8］，該過程對pH 較為敏感，Pb 作為兩性金屬，在強堿性條件下更容易浸出到外界環境。

Pb 浸出濃度高為達標處理帶來了一定難度，為此，該設施在螯合劑遴選、投加方式、混煉均勻度等方面進行了持續改進，確保螯合后飛灰滿足GB 18598—2001 的入場要求。測試結果顯示，投加4.1%的有機螯合劑后，飛灰樣品穩定達標。

4 結論

1） 2017 年，上海生活垃圾焚燒量已達3.608 1×106t，飛灰產生量達到7.9×104t。上海正不斷加強飛灰預處理、運輸和處置的全過程監管。

2） 該焚燒設施的飛灰重金屬以Pb 為主，且Pb 浸出毒性顯著高于同類其他設施，HJ 557—2010 浸出預處理條件下達到127.2 mg/L，其原因主要包括爐溫升高促進Pb 向飛灰的遷移和濕法煙氣工藝帶來的飛灰富集作用。

3） 不同浸出預處理方法對浸出結果影響很大，同一樣品在水平振蕩法（水浸出） 下浸出濃度顯著高于醋酸緩沖溶液法浸出濃度。

4） 投加4.1%的有機螯合劑后，該飛灰樣品可穩定滿足GB 18598—2001 和GB 16889—2008 的入場要求，可入場填埋。