生活垃圾焚燒飛灰的處置及應(yīng)用研究

廖宗盛

（石獅市園林環(huán)衛(wèi)管理處，福建 泉州 362700）

垃圾焚燒飛灰多呈現(xiàn)灰白色顆粒狀物理結(jié)構(gòu)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(zhì)狀。從化學(xué)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(yán)重污染水體，并產(chǎn)生重金屬熔浸風(fēng)險(xiǎn)[1]。另外，煙氣脫酸工藝使用了大量的消石灰，這進(jìn)一步增強(qiáng)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(jī)化合物污染物，而重金屬污染物主要來(lái)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(fā)態(tài)的化合物首先揮發(fā)出來(lái)，并發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，隨后對(duì)焚燒產(chǎn)生的蒸汽顆粒進(jìn)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(dá)9%，具有較高的浸出毒性，排放至環(huán)境中易對(duì)水體、大氣及人體產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，人們需重視對(duì)飛灰的無(wú)害化處理。

1 國(guó)內(nèi)外生活垃圾焚燒后飛灰處理現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外處理現(xiàn)狀

城市垃圾包括多種類(lèi)型，不同類(lèi)型的垃圾所產(chǎn)生飛灰的理化性質(zhì)也有較大的差異，因此需對(duì)不同城市垃圾的飛灰處理區(qū)別對(duì)待。國(guó)際上，不少發(fā)達(dá)國(guó)家以自身基本國(guó)情為出發(fā)點(diǎn)，積極開(kāi)展了不同的飛灰處理及利用技術(shù)研究。其中，德國(guó)引入了淋洗工藝對(duì)飛灰進(jìn)行處理，回收并儲(chǔ)存于地下鹽礦井，固化處理后用作建筑施工材料；法國(guó)、英國(guó)等國(guó)家均引入了水硬性黏結(jié)料固化工藝；而瑞士是鐘表業(yè)的出口大國(guó)，國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源匱乏，使得其十分重視對(duì)廢渣中金屬元素的回收，首先對(duì)飛灰進(jìn)行酸化處理，然后采用電化學(xué)技術(shù)回收廢渣中的重金屬，如銅、鋅等；美國(guó)、加拿大等國(guó)家將飛灰采用固化工藝處理后送至廢物處理廠進(jìn)行填埋，部分用作瀝青混凝土骨料?？傮w上看，國(guó)外對(duì)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(wěn)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(guó)內(nèi)處理現(xiàn)狀

1.2.1 固化、穩(wěn)定化，規(guī)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(jīng)過(guò)一系列理化反應(yīng)將飛灰固結(jié)為混凝土塊，同時(shí)堿性環(huán)境對(duì)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(yàn)表明，水泥的混入量以及養(yǎng)護(hù)時(shí)間均會(huì)影響飛灰固化效果，水泥的混摻量大于15%時(shí)，飛灰固化物的抗壓強(qiáng)度將達(dá)0.225 MPa，滿(mǎn)足使用要求，但仍需對(duì)飛灰水泥固化效果的長(zhǎng)期性做進(jìn)一步研究。水泥固化法具有操作簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)，但處理后重金屬的穩(wěn)定性較差。此外，為提升水泥固化的穩(wěn)定性，可采用穩(wěn)定劑提升其穩(wěn)定性，并降低其增容比和水泥用量，當(dāng)然還需考慮工程整體的造價(jià)控制。

（2）化學(xué)藥劑固化/穩(wěn)定化。采用化學(xué)藥劑固化/穩(wěn)定化的方法即通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)對(duì)飛灰做無(wú)害化處理，降低有毒物質(zhì)的毒性。此方法常用的穩(wěn)定劑包括無(wú)機(jī)化合物類(lèi)（磷酸鹽、硫化鈉等）、有機(jī)化合物類(lèi)（二硫代氨基甲酸鹽、殼聚糖衍生物等）以及復(fù)合型化學(xué)藥劑（將無(wú)機(jī)化合物與有機(jī)化合物按比例混合而成）等。采用化學(xué)藥劑固化焚燒飛灰的試驗(yàn)研究表明，使用3%的復(fù)合化學(xué)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(yè)，從化學(xué)組分看，飛灰內(nèi)含有大量的氧化鈣、氧化鋁以及氧化鐵，這與水泥生產(chǎn)的原料極為相似，可用作生產(chǎn)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(qiáng)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(dá)到路基材料的要求，并提升水化產(chǎn)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(guò)微生物（細(xì)菌或者真菌等）的分解及浸取作用促進(jìn)金屬向化合物轉(zhuǎn)化，利用一系列氧化還原反應(yīng)來(lái)提取飛灰中的重金屬。

2 石獅市垃圾焚燒飛灰處置與應(yīng)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(chǎn)運(yùn)行，采用的工藝為3臺(tái)循環(huán)流化床焚燒爐，處理生活垃圾規(guī)模1 400 t/d（其中1臺(tái)300 t/d、2臺(tái)550 t/d焚燒爐）。2016年，垃圾焚燒廠日均生活垃圾進(jìn)廠量1 097 t，其中石獅市830 t、泉州中心城區(qū)267 t。自焚燒廠投產(chǎn)運(yùn)行至2018年7月，石獅市共處置飛灰固化物（穩(wěn)定化物）29.6萬(wàn)t。

2.2 主要問(wèn)題

2.2.1 飛灰產(chǎn)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(huán)流化床焚燒爐，該工藝在焚燒處理垃圾過(guò)程中產(chǎn)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(chǎn)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(tài)環(huán)境部認(rèn)可的飛灰處置方式主要是填埋場(chǎng)安全填埋和利用水泥窯協(xié)同處置。飛灰雖經(jīng)穩(wěn)定化處理，但仍屬危險(xiǎn)廢棄物，在本地不具備安全處置的條件下，轉(zhuǎn)移處置或采用其他方式處置難度更大，雖經(jīng)過(guò)多次與周邊縣（市）溝通協(xié)調(diào)，但仍不能從根本上解決飛灰處置去向問(wèn)題。

2.2.3 本地陸域面積小，飛灰填埋場(chǎng)建設(shè)選址難

石獅市陸地面積不到160 km2，常住人口65萬(wàn)人，可用于飛灰填埋場(chǎng)的建設(shè)用地選址難度大，同時(shí)還存在“鄰避效應(yīng)”。目前，石獅市建成首個(gè)的飛灰填埋場(chǎng)庫(kù)容已飽和，經(jīng)過(guò)多方努力，石獅市廢舊礦區(qū)生態(tài)修復(fù)示范項(xiàng)目（一期）已完成工程主體建設(shè)。

2.3 處理技術(shù)

2.3.1 利用自建飛灰填埋場(chǎng)填埋處置

該項(xiàng)目位于垃圾焚燒廠北側(cè)，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(wàn)元，主要建設(shè)飛灰填埋場(chǎng)一期填埋庫(kù)區(qū)、滲濾液收集、處理設(shè)施及配套的道路。填埋場(chǎng)一期填埋庫(kù)容約10.85萬(wàn)m3，該項(xiàng)目于2014年11月立項(xiàng)，2015年9月開(kāi)工建設(shè)，2017年1月完成主體工程建設(shè)，1月10日組織環(huán)保工程驗(yàn)收，并根據(jù)生態(tài)環(huán)境部門(mén)《關(guān)于項(xiàng)目建設(shè)工程使用意見(jiàn)表》的審查意見(jiàn)投入使用。

2.3.2 推進(jìn)飛灰減量化處理

2016年1-4月，中南大學(xué)環(huán)境工程聯(lián)合研究院對(duì)石獅市垃圾焚燒廠飛灰通過(guò)實(shí)地試驗(yàn)，利用GY-I型飛灰穩(wěn)定劑對(duì)飛灰進(jìn)行穩(wěn)定化處理，無(wú)需添加水泥，從而達(dá)到減量化。通過(guò)試驗(yàn)、檢測(cè)，飛灰使用GY-I型飛灰穩(wěn)定劑處理后可滿(mǎn)足《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）要求，與原來(lái)的飛灰穩(wěn)定化處理工藝相比，該技術(shù)填埋所占用庫(kù)容減少約20%。

2.3.3 利用廢棄石窟填埋飛灰穩(wěn)定物

為進(jìn)一步解決垃圾焚燒廠飛灰處置問(wèn)題，結(jié)合石獅市廢棄石窟生態(tài)修復(fù)，利用廢棄石窟填埋飛灰穩(wěn)定物，項(xiàng)目位于石獅市寶蓋山東側(cè)永寧鎮(zhèn)雙架山下陵園西北側(cè)，用地面積約24畝，有效庫(kù)容約49.7萬(wàn)m3，投資估算4 900萬(wàn)元；主要建設(shè)內(nèi)容是對(duì)廢舊石窟進(jìn)行必要的整平、防滲處理、地下水及雨水導(dǎo)排等工程措施后，利用垃圾焚燒廠經(jīng)穩(wěn)定化處理的飛灰穩(wěn)定物、爐渣和建筑垃圾、渣土等對(duì)石窟進(jìn)行規(guī)范填充，在堆填到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行封場(chǎng)施工、綠化種植、養(yǎng)護(hù)管理等，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。

2.4 效果評(píng)價(jià)

石獅市生活垃圾焚燒飛灰填埋場(chǎng)項(xiàng)目配套建設(shè)一座滲濾液處理站，采用“混凝沉淀+過(guò)濾”為主體的處理工藝，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為每小時(shí)處理5 m3重金屬污水。目前，填埋庫(kù)容已飽和，共填埋飛灰穩(wěn)定物19.1萬(wàn)t，長(zhǎng)期水文監(jiān)測(cè)顯示，處置效果符合預(yù)期，達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。利用GY-I型飛灰穩(wěn)定劑對(duì)飛灰進(jìn)行穩(wěn)定化處理，可減少填埋所占用庫(kù)容約20%。改造廢棄石窟填埋飛灰穩(wěn)定物，充分利用廢棄石窟的花崗巖整體的防滲優(yōu)勢(shì)，堆填完成后，采取進(jìn)一步綠化措施，既能達(dá)成規(guī)范處置飛灰穩(wěn)定物的目的，又能實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。

3 結(jié)語(yǔ)

垃圾焚燒飛灰成分復(fù)雜，如果不經(jīng)處理而直接排放到環(huán)境中，會(huì)對(duì)水體、大氣和土壤造成嚴(yán)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(jié)了國(guó)內(nèi)外生活垃圾焚燒飛灰處理的現(xiàn)狀，并以石獅市垃圾焚燒飛灰處置與應(yīng)用為例，介紹了飛灰處理技術(shù)及設(shè)施的發(fā)展與應(yīng)用。當(dāng)前，人們要不斷增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，綜合運(yùn)用各種處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生活垃圾焚燒飛灰的無(wú)害化、資源化和減量化處理。