生活垃圾焚燒廠飛灰固化塊重金屬調查研究

黃 璐

（廣東杰信檢驗認證有限公司 廣東廣州 510655）

引言

據統計，2018 年我國城市垃圾清運量高達22802 萬噸，其中焚燒量為10184.9 萬噸[1]。垃圾焚燒是城市生活垃圾的最重要的處理方式之一，在大幅度減容減量的同時，還能進行資源回收利用。一般而言，垃圾焚燒產生的灰渣為原垃圾質量的30%左右，其中80%（質量分數，下同）為底渣，20%為飛灰。在我國，飛灰需固化處理后進行安全填埋，底渣則采用填埋處置或用于制造低端建筑材料[2]。

目前，垃圾焚燒產生的飛灰主要采用水泥/瀝青固化法、燒結固化法、熔融處理法、螯合劑處理法等工藝路線，控制飛灰中重金屬的浸出釋放。但飛灰中含有濃度較高的汞、鎘、砷、鉛等重金屬元素以及痕量級二噁英類的有機物及其他種類污染物，極容易通過浸出釋放，對人體及環境造成二次危害。由于不同地區產生的垃圾不同，垃圾中所含的重金屬污染物成分和含量也隨之變化。本文通過對廣東省七家垃圾焚燒廠飛灰固化塊的重金屬浸出結果進行研究，以期為廣東省垃圾焚燒產生的飛灰穩定化、資源化處理建設提供數據基礎。

1 數據來源

本文數據來源于廣東省七家生活垃圾焚燒廠飛灰固化塊的重金屬浸出檢測結果，檢測樣品飛灰固化塊是由煙氣凈化系統收集的細微顆粒，經煙氣凈化處理，七家焚燒廠凈化工藝均為“SNCR（選擇性非催化還原脫銷工藝）+半干法脫酸+煙道石灰噴射（干法脫酸）+煙道活性炭噴射+布袋除塵”，最后螯合形成的固化塊。

采樣期間固廢日產生量約為20-160 噸，每份樣品采樣量為2.0-3.0kg，共測得278 組有效數據，每個樣品檢測指標參考《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008）表1 中12 項：汞、銅、鋅、鉛、鎘、鈹、鋇、鎳、砷、總鉻、六價鉻、硒。

2 樣品采集與數據分析

本實驗中選取廣東省某七家生產工藝基本相同的生活垃圾焚燒廠作為定點采樣區域，飛灰固化塊產生相同的時間段進行統一采樣。采樣及制樣過程中，使用潔凈、干燥的木鏟、PE 塑料封口袋、木槌、尼龍篩等非金屬且與樣品無反應的工具，以防止樣品受到污染或性狀改變。

取回的飛灰固化塊按HJ/T300-2007 醋酸緩沖溶液法中要求進行前處理，銅、鋅、鉛、鎘、鈹、鋇、鎳、總鉻依據《固體廢物22種金屬元素的測定 電感耦合等離子體發射光譜法》（HJ 781-2016）進行檢測，六價鉻依據《固體廢物 六價鉻的測定 二苯碳酰二肼分光光度法》（GB/T 15555.4-1995）進行檢測、砷、硒、汞依據《固體廢物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》（HJ 702-2014）檢測。每批樣品的質量控制措施主要采取現場平行、實驗室平行、空白加標、樣品加標、有證標準物質及中間點校準等以確保數據的精密度和準確度。

本文對所有數據進行統計分析，包括檢出限、最大值、最小值、中位值、算術平均值及以《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008）表1 為限值標準判定的超標率。有效數字修約參考GB8170 執行，低于分析方法檢出限的測定值參與統計時，按檢出限的二分之一計算，用“ND”表示。

具體內容見表1、表2。

表1 垃圾焚燒廠飛灰重金屬浸出濃度含量基本統計 單位：mg/L

表2 七家垃圾焚燒廠飛灰重金屬浸出含量超標值統計

（1）12 種重金屬浸出濃度數據情況

由表1 可以看出，銅的濃度范圍在ND-23.8mg/L，鋅的濃度范圍在0.10-682mg/L，鋇的濃度范圍在0.63-7.08mg/L，鎘的濃度范圍在0.01-18.7mg/L，鉻的濃度范圍在ND-2.99mg/L，鎳的濃度范圍在ND-0.39mg/L，鈹在樣本范圍內均未檢出，鉛的濃度范圍在ND-46.6mg/L，汞的濃度范圍在0.00001-0.0301mg/L，硒的濃度范圍在ND-0.0927mg/L，砷的濃度范圍在ND-0.364mg/L，六價鉻的濃度范圍在ND-0.127mg/L。

（2）12 種金屬浸出濃度算術平均值與中位值的關系

將278 組數據匯總求得各金屬元素的算術平均值和中位值進行比較，可以看出鋇、鉻、鈹、硒、六價鉻的兩組數據差異不大，基本處于持平狀態，可見樣本中整體數據相對穩定；而鋅、銅、鎘、汞、鎳、鉛、砷的相反，算術平均值和中位值的差異成倍數關系。以此可以判斷，樣本中整體數據波動變化較大。

（3）七家垃圾焚燒廠超標情況分析

七家垃圾焚燒廠的飛灰固化塊樣本中，《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008）表1 為限值標準判定，金屬浸出指標超標個數共23 個，超標元素為：鋅、鎘、鉛、砷。按趙曦等人發現的“重金屬在垃圾焚燒過程中的遷移特征，鈷、銅、鎳、鉻主要遷移至底渣中，鋅、砷、鉛主要遷移至底渣和飛灰中，鎘主要遷移至飛灰中，汞主要遷移至飛灰和煙氣中”[2]的理論，與本文中呈現的結果非常吻合。

在統計結果中，砷的超標個數最多，達到12 個，超標率占比達到4.32%。另外，鋅超標5 個，超標率為1.80%，鎘、鉛均超標3個，超標率為1.08%。按點位統計，超標項目集中在C 廠、D 廠、E廠和G 廠，超標總個數分別為7 個、8 個、2 個和6 個。

具體情況見表2：

3 結論及對策建議

3.1 針對特征污染物處理

（1）把握源頭污染

由于飛灰種類繁多、成分復雜，我們可以根據飛灰連續檢測得出的金屬含量反推出該區域的重點污染源頭，排查高濃度重金屬污染排放來源，加強高污染生產企業監督和處置，以此防范并解決生態環境風險。垃圾中重金屬可能的來源可參考表3：

表3 垃圾中重金屬可能的來源[3]

（2）改善飛灰無害化處理方法

目前飛灰重金屬穩定化技術都是通過改變重金屬在飛灰中的賦存形態降低毒性[4]。以經濟效益和環境效益雙結合的前提下，除了目前常見的幾種方法，可以加快飛灰穩定化新方向的發展（如水熱法）。趙曦等人認為，重金屬在垃圾焚燒及煙氣治理過程的遷移特征與其單質和化合物的沸點存在較大的關聯[2]。根據每個區塊產生的不同垃圾類型，設計出不同的焚燒爐型和煙氣治理設施，改變操作方式（如控制焚燒溫度）和投料濃度，以此推動飛灰的穩定和固化的安全。

3.2 飛灰高價值利用[4]

（1）根據飛灰孔隙結構的物理特性，可作為一種廉價、高效且吸附容量大的吸附劑凈化廢水。特別是對染料廢水，黎強等研究不同處理后的飛灰對亞甲基藍的脫色率達到70%以上。吸附重金屬后的飛灰，需穩定化處理后才能進入生活垃圾填埋場填埋或再次利用。

（2）飛灰固化塊作為建筑材料的理想原料。作為修整公路、機場的材料，具有可高效搶修、耐高溫、抗高壓、耐凍融等優勢。

（3）生活垃圾焚燒飛灰中，含有各種豐富的元素，針對其定向提取（如：高價值金屬、鉀、鈉等），回收形成高價值產品。

結語

生活垃圾焚燒處理技術是解決“垃圾圍城”的主要發展方向，其焚燒產物飛灰處理和利用也是社會關注的焦點。在飛灰管理時，應注重產生區域不同引起的不平衡，改善方法使整體的綜合利用水平得到提高。同時，加快開發相關技術，配套推進更合適的法律標準體系建設，以期構建垃圾處理減量化、資源化、無害化的有效生態鏈。