淺析生活垃圾焚燒后固體廢物的處理

王曉英

摘要：我國(guó)是世界上城市生活垃圾產(chǎn)生量最大的國(guó)家，并且還在持續(xù)增加，由于垃圾填埋場(chǎng)的選擇難度日益增加，垃圾焚燒成為主要的替代處理方式。垃圾焚燒后產(chǎn)生的固體廢棄物也隨之大量增加。其中含有的重金屬、二噁英等多種污染物會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重危害。本文詳細(xì)介紹了垃圾焚燒后固體廢物的多種減量化、資源化、無(wú)害化和穩(wěn)定化方法。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒；灰渣；底灰；飛灰；資源化

中圖分類(lèi)號(hào)：X7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-4437（2013）03-0068-02

生活垃圾，是指在日常生活中或者為日常生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為生活垃圾的固體廢物。目前我國(guó)城市生活垃圾累計(jì)堆存量高達(dá)70億噸，占地約80多萬(wàn)畝，并以4.8%的速度增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)垃圾增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上，許多城市處于“垃圾圍城”的局面。

由于生活垃圾焚燒處理速度快，占地面積少。減量化和無(wú)害化效果顯著，因此在我國(guó)用地緊張、生活垃圾處理壓力大的情況下，生活垃圾焚燒已經(jīng)作為一種常用手段得到了廣泛應(yīng)用。但是垃圾焚燒后產(chǎn)生的固體廢棄物也隨之大量增加，探索適合我國(guó)國(guó)情的處理處置及再利用方法至關(guān)重要。

一、生活垃圾焚燒產(chǎn)生的固體廢物危害

我國(guó)根據(jù)其位置的不同，將城市生活垃圾焚燒灰渣分為底灰和飛灰。通常底灰即爐渣，包括爐排渣和爐排掉落渣，是灰渣的主要部分，而飛灰包括熱回收系統(tǒng)灰、煙灰和煙氣凈化系統(tǒng)灰渣。

底灰大約占灰渣的80%～90%（以質(zhì)量計(jì)）。其物理成分主要是熔渣、鐵及其他金屬、陶瓷、玻璃、其他一些不可燃物質(zhì)以及未燃的有機(jī)物所組成的混合物。當(dāng)去除其中的大塊物質(zhì)后，它的外觀與多孔隙的、淺灰色的細(xì)砂類(lèi)似。飛灰約占灰渣的10%～20%，占焚燒垃圾總量的3%～5%。從化學(xué)成分分析，底灰中的主要元素有O、si、Fe、Ca、Al、Na、K和C，而飛灰中的主要元素包括O、si、Ca、Al、cl、Na、K、S和Fe。其中金屬元素多以氧化物的形式存在，比如SiO2、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃以及Na₂O、K₂O、MgO等，部分以氯化物、硫化物、碳酸鹽的形式存在。飛灰PH一般呈堿性，最高可達(dá)12.8。焚燒飛灰相對(duì)底灰來(lái)說(shuō)含有更高濃度的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、重金屬、二噁英類(lèi)污染物，屬于浸出毒性的危險(xiǎn)廢物，須進(jìn)行穩(wěn)定化和固化處理。目前來(lái)說(shuō)，因危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)選址困難，因此，垃圾飛灰的無(wú)害化和資源化利用是垃圾飛灰處置的理想選擇。

有學(xué)者對(duì)城市生活垃圾焚燒灰渣的特征研究實(shí)驗(yàn)得知：沸點(diǎn)溫度較高的、難揮發(fā)的元素在底灰和爐排灰中分布較多，容易在底灰和爐排灰中富集。在焚燒時(shí)，垃圾中的部分有害組分會(huì)轉(zhuǎn)入到灰渣中，對(duì)環(huán)境造成潛在危害?；以泻写罅繉?duì)人體有毒有害的物質(zhì)，主要包括重金屬和有機(jī)物兩大類(lèi)。

1.灰渣中重金屬的危害

城市生活垃圾焚燒爐中，高蒸氣壓下的重金屬（cd、Pb、As和Hg）會(huì)轉(zhuǎn)化成金屬氯化物在飛灰中富集，而一些難揮發(fā)的重金屬在底灰中的含量要高于飛灰。由于垃圾中各種重金屬含量及其焚燒過(guò)程中重金屬的遷移和轉(zhuǎn)移特性不同，不同飛灰樣品中重金屬含量存在較大差異。有些重金屬的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)各種遷移轉(zhuǎn)化路徑進(jìn)入生物圈，而造成對(duì)生物圈生物的毒害，從而影響生態(tài)平衡，經(jīng)過(guò)生物放大、富集作用，在環(huán)境中存在潛在危害，易對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生危害。

2.灰渣中二噁英的危害

垃圾焚燒過(guò)程中二噁英類(lèi)污染物產(chǎn)生的原因很多，主要原因是垃圾中含有的有機(jī)氯化物、元機(jī)氯化物、PVC和多環(huán)芳烴。以及燃燒不完全造成的；其次是垃圾中的廢金屬為催化劑，特別是銅在飛灰催化反應(yīng)中起決定作用。大氣環(huán)境中的二噁英90%來(lái)源于城市和工業(yè)垃圾焚燒。

二噁英類(lèi)污染物是環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的代表，有明顯的免疫毒性，同時(shí)還會(huì)引起皮膚損害。流行病學(xué)研究表明，二噁英類(lèi)污染物暴露可增加人群患癌癥的機(jī)率。排放到大氣環(huán)境中的二噁英類(lèi)污染物吸附在顆粒物上，進(jìn)入環(huán)境，然后通過(guò)食物鏈的富集作用進(jìn)入人體，一旦在人體內(nèi)積累會(huì)產(chǎn)生一系列毒性效應(yīng)，損害免疫系統(tǒng)并具有三致作用。因此，二噁英污染越來(lái)越受到關(guān)注。

3.其他物質(zhì)的危害

固體廢物中還含有煙塵與溶解性鹽，煙塵大多為粒徑10-200μm的顆粒物。由于這些粉塵粒子表面附著zn、Pb、Cu、Cr等重金屬及二噁英類(lèi)劇毒有機(jī)污染物，一旦進(jìn)入人體，會(huì)引發(fā)各種疾病。按《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》規(guī)定，這些對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境具有極大危害的飛灰屬危險(xiǎn)廢物。此外，沸點(diǎn)較高、難揮發(fā)的重金屬易在底灰中富集，致使城市焚燒垃圾中有害組分會(huì)轉(zhuǎn)入到灰渣中，對(duì)土壤和水體造成潛在的污染。而飛灰中溶解鹽的大量存在會(huì)增加其它某些污染物的溶解性，可能會(huì)影響飛灰的固化和穩(wěn)定化。

二、生活垃圾焚燒后產(chǎn)生的固體廢物處理方法

1.底灰的處理

底灰預(yù)處理技術(shù)主要有篩選（調(diào)整粒徑范圍）、磁選（去除黑色金屬，主要為鐵）、渦流分選（去除有色金屬）、老化或風(fēng)化1至3個(gè)月（降低溶解鹽浸出濃度。改善其物理化學(xué)性質(zhì)）；處理技術(shù)有提取或回收，玻璃化、熔融等熱處理法，固化或穩(wěn)定化（水泥固化、瀝青固化、石灰穩(wěn)定、化學(xué)藥劑穩(wěn)定法等）和蒸發(fā)結(jié)晶（去除Hg）等。

目前世界上底灰的資源化利用途徑主要有：

（1）石油瀝青鋪裝路面的替代骨料

生活垃圾焚燒的底灰，經(jīng)預(yù)處理去除其中的黑色及有色金屬并達(dá)到適宜的粒徑后，可與其它骨料相混合，用作石油瀝青鋪面的混合物。這種利用方式不會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)產(chǎn)生影響。

（2）水泥、混凝土的替代骨料

最常見(jiàn)的是將底灰、水、水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土磚。對(duì)這種混凝土建筑的檢測(cè)結(jié)果表明，沒(méi)有有毒有害物質(zhì)浸出。以生活垃圾焚燒灰和下水道污泥為主要原料，經(jīng)處理、配料，并經(jīng)嚴(yán)格的生產(chǎn)管理可制成通常所謂生態(tài)水泥，其性能與普通水泥混凝土大致相同。

（3）填埋場(chǎng)覆蓋材料

由于填埋場(chǎng)地自身的有利衛(wèi)生條件，如含環(huán)境保護(hù)設(shè)施如防滲層及滲濾液回收系統(tǒng)等，灰渣因重金屬浸出而對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境的不利影響可以得到很好的控制?；以粲米魈盥駡?chǎng)覆蓋材料，可不必進(jìn)行篩選、磁選、粒徑分配等預(yù)處理工藝。因此在經(jīng)濟(jì)上、環(huán)境上和技術(shù)上，灰渣用作填埋場(chǎng)覆蓋材料均是一種非常好的選擇。

（4）路基、路堤等的建筑填料

由于目前填埋庫(kù)容的緊張、重新選址的困難和填埋費(fèi)用的昂貴，以及天然骨料缺乏的壓力，底灰用作停車(chē)場(chǎng)、道路等的建筑填料。底灰的穩(wěn)定性好，密度低，其物理和工程性質(zhì)與輕質(zhì)的天然骨料相似，并且焚燒灰渣容易進(jìn)行粒徑分配，易制成商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品，因此成為一種適宜的建筑填料。

（5）回收黑色金屬

黑色金屬大約占底灰的15%。利用磁選和篩分從底灰中提取黑色金屬，有些工廠還利用渦電流來(lái)分離有色金屬。

2.飛灰的處理

目前，飛灰處置的常用方法：一是囿化穩(wěn)定化。經(jīng)過(guò)適當(dāng)處置后進(jìn)入危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行最終處置。水泥固化、瀝青周化、熔融固化、化學(xué)藥劑固化穩(wěn)定化等，經(jīng)過(guò)固化穩(wěn)定化處理后的產(chǎn)物，如滿足浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)或者資源化利用標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)入普通填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置或進(jìn)行資源化利用。二是提取重金屬。酸提取、堿提取、生物及生物制劑提取等。經(jīng)過(guò)重金屬提取后的飛灰和重金屬可以分別進(jìn)行資源化利用。

以下是飛灰的一些資源化利用方法。

（1）水泥產(chǎn)品

飛灰的主要化學(xué)成分為：SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃等，與目前常用的高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料非常接近，而且飛灰顆粒微細(xì)，比表面積大，易與其它成分反應(yīng)形成新的物相。水泥對(duì)于焚燒飛灰的固化效果良好，因此可以將飛灰作為一種輔助性膠凝材料。

（2）混凝土

因?yàn)轱w灰中含有很多水泥類(lèi)物質(zhì)，因此可代替混凝土中的水泥。目前常用水泥固化、穩(wěn)定化來(lái)處理危險(xiǎn)固體廢物，因此用飛灰代替水泥用于混凝土，一方面可節(jié)約水泥，降低成本，另一方面可處理飛灰。

（3）陶瓷

飛灰的主要成分決定了其可以用于陶瓷，并且由于飛灰的顆粒較細(xì)故可直接加入陶瓷原料中，不需進(jìn)行預(yù)處理。飛灰玻璃化后的產(chǎn)物用途較廣，可用予噴砂丸、混凝土的骨料、路基、堤壩、建筑與裝飾材料等等。

3.二噁英的處理

（1）加強(qiáng)垃圾分類(lèi)收集管理

垃圾預(yù)處理是控制二噁英的重要手段。將生活垃圾進(jìn)行篩選，減少含氯有機(jī)物的量，從源頭控制二噁英中氯的來(lái)源。首先要加強(qiáng)有機(jī)氯化物、無(wú)機(jī)氯化物、多環(huán)芳烴和重金屬等污染源的監(jiān)控和管理。禁止這些污染物混入生活垃圾中；其次是垃圾分類(lèi)收集，并在生活垃圾焚燒前分選出可能存在的有機(jī)氯化物、無(wú)機(jī)氯化物和多環(huán)芳烴等污染物；第三是從垃圾中直接回收可利用的Fe、Cu、Al和Ni等金屬以及塑料制品。采取以上措施可最大限度地從源頭上消除或削減垃圾中的氯化物和廢金屬含量。

（2）3T焚燒技術(shù)

采用3T焚燒技術(shù)方法可有效控制二噁英類(lèi)和苯并芘類(lèi)污染物的生成，所謂3T焚燒技術(shù)是指：①溫度（Temperaturo），保持爐內(nèi)高溫在1000℃以上，可將二噁英類(lèi)和苯并芘類(lèi)污染物全部分解；②時(shí)間（Time），保證煙氣在高溫停留時(shí)間延長(zhǎng)在28以上，煙氣中含氧比控制在6%以上；③渦流（Turbulence），優(yōu)化爐型和二次空氣的噴人方法，充分混合攪拌煙氣使其完全燃燒。

（3）煙氣急冷降溫

采用急冷降溫方法快速使洗滌煙氣溫度降低到200-280℃，避開(kāi)二噁英類(lèi)污染物再合成的溫度（280-450℃），并盡可能縮短250-800℃溫區(qū)的停留時(shí)間，可以達(dá)到抑制二噁英類(lèi)和苯并芘類(lèi)污染物生成的目的。

（4）采用高效除塵設(shè)備

用袋除塵器去除亞細(xì)粒子表面吸附的二噁英類(lèi)污染物。

（5）細(xì)菌降解

從污染土壤樣本中檢測(cè)出的細(xì)菌菌種中篩選出以二噁英為食源的菌種。

將生活垃圾焚燒后產(chǎn)生的固體廢物即底灰和飛灰進(jìn)行資源化利用是可行的，只要處理處置得當(dāng)，可以減小對(duì)環(huán)境造成的危害，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。