飛灰固化物淋溶液管控措施及處置技術(shù)探討

（廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司 福建廈門 361000）

1 生活垃圾焚燒飛灰處置概況

垃圾焚燒飛灰是指生活垃圾焚燒的煙氣凈化系統(tǒng)捕集物和煙道及煙囪底部沉降的底灰。飛灰中富集了有毒的重金屬物質(zhì)（Pb、Cd、Zn 等）、劇毒物質(zhì)二噁英等［1］，屬于《國家危險(xiǎn)廢物名錄》（2016 版）中的HW18 類危險(xiǎn)廢物，代碼為772-002-18。飛灰產(chǎn)生量占垃圾焚燒量的3%～5%［2］，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2019 年的統(tǒng)計(jì)年鑒，2018 全年焚燒量為1.02 億t［3］，保守估算2018 年的飛灰量已達(dá)306 萬t。

根據(jù)《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，到2020 年底，設(shè)市城市生活垃圾焚燒處理能力占無害化處理總能力的50%以上，其中東部地區(qū)達(dá)到60%以上。因此，飛灰作為焚燒的產(chǎn)物之一，產(chǎn)生量將進(jìn)一步增大，其有效和安全處置顯得尤為重要。

國內(nèi)對飛灰處置技術(shù)主要有固化穩(wěn)定化后填埋處置和飛灰資源化利用（如水泥、筑路材料、土壤改良劑等）兩類［4］。在資源化利用時(shí)，需要對飛灰進(jìn)行預(yù)處理，增加了處置成本，更為重要的是資源化產(chǎn)品對人體和環(huán)境的安全性有待長期跟蹤研究，且需要相應(yīng)政策的支持。飛灰固化穩(wěn)定化技術(shù)增容比小、成本低，且滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）中6.3 條要求的進(jìn)入生活垃圾填埋場進(jìn)行單獨(dú)分區(qū)填埋，該技術(shù)基于固化穩(wěn)定化提供的廢物屏障、填埋場提供的工程屏障和良好選址提供的地質(zhì)屏障，形成“多重屏障”，以切斷重金屬和二噁英的暴露途徑，實(shí)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)最小化的目標(biāo)。因此，固化穩(wěn)定化技術(shù)+填埋是我國目前飛灰的主要處理處置技術(shù)，為絕大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠采用。

2018 年蕪湖生態(tài)中心發(fā)布了 《359 座生活垃圾焚燒廠信息公開和污染物排放報(bào)告》，通過調(diào)研國內(nèi)121 座垃圾焚燒廠的飛灰處置情況，發(fā)現(xiàn)部分垃圾焚燒廠飛灰超標(biāo)填埋、飛灰填埋防護(hù)措施不完善、飛灰固化物和生活垃圾混合填埋等問題。

淋溶液的妥善處置對于飛灰固化物填埋處置后的環(huán)境安全性至關(guān)重要。本文主要對于飛灰固化物淋溶液的概念、收集導(dǎo)排系統(tǒng)建設(shè)、淋溶液管控措施、淋溶液處理工藝進(jìn)行了探討。

2 淋溶液的產(chǎn)生及成分

2.1 淋溶液的概念

飛灰固化物淋溶液是飛灰固化物填埋堆體被外來水浸泡并超過其持水量后滲出的浸出液，在國內(nèi)的工程實(shí)踐以及學(xué)術(shù)研究中，往往將其混同于滲濾液。但對比滲濾液和淋溶液的生成條件和過程，兩者存在明顯的區(qū)別。筆者認(rèn)為飛灰固化物幾乎無可生化性，其浸出液稱為“淋溶液”更為妥當(dāng)。滲濾液指垃圾在堆放和填埋過程中由于壓實(shí)、發(fā)酵等生物化學(xué)降解作用，同時(shí)在降水和地下水的滲流作用下產(chǎn)生的高濃度液體。淋溶液指可溶性或懸浮性化合物（黏粒、有機(jī)質(zhì)、易溶鹽、碳酸鹽和鐵鋁氧化物等）在滲漏水的作用下發(fā)生遷移所產(chǎn)生的液體。

2.2 淋溶液的產(chǎn)生

飛灰固化物淋溶液來自于以下兩個(gè)方面：①飛灰固化物自身所含的水份；②各種途徑進(jìn)入填埋場的大氣降水和地下水。

按照《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）的規(guī)定，進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋的飛灰固化物，其含水率應(yīng)小于30%。徐輝等［5］通過測試不同埋深和齡期的飛灰固化物的含水量和持水量，結(jié)果表明：其含水量（18.6%～46.4%）隨著飛灰固化物埋深的增大而減小，隨齡期的增長而增大，持水量（15.0%～52.0%）隨著填埋齡期的增長而增大，而相同埋深和齡期的飛灰固化物，含水量低于持水量2.6%～13.7%，飛灰固化物整體上未達(dá)到持水量。羅小勇等［6］的研究也表明，飛灰固化物的含水量小于持水量。這些研究表明，飛灰固化物填埋場由于飛灰固化物自身產(chǎn)生的淋溶水較少，淋溶液主要來源于外界進(jìn)入填埋場的水（大氣降水、地下水），直接的原因是填埋覆蓋措施不到位以及運(yùn)營管理水平較差。

2.3 淋溶液成分

各填埋場飛灰固化物淋溶液的成分不盡相同，原因主要如下：①各填埋場飛灰固化穩(wěn)定化處置時(shí)使用的化學(xué)藥劑不同；②隨著時(shí)間的推移，填埋后的飛灰固化物產(chǎn)生自然老化，表面結(jié)構(gòu)受到破壞及強(qiáng)度降低，重金屬釋放風(fēng)險(xiǎn)有所增加，因此不同填埋齡期的淋溶液水質(zhì)有差異；③如果生活垃圾填埋場內(nèi)的飛灰固化物填埋專區(qū)管控措施不到位，垃圾滲濾液促進(jìn)飛灰固化物中重金屬的溶解，淋溶液將含有垃圾滲濾液，成分變得異常復(fù)雜。參考飛灰固化物淋溶液水質(zhì)的公開報(bào)道和國內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)的實(shí)踐，淋溶液的參考水質(zhì)如表1 所示。一般而言，飛灰固化物淋溶液具有重金屬含量較高、硬度高、鹽度高、氯離子含量高等特點(diǎn)，屬于典型的高鹽高硬度廢水。

表1 飛灰固化物淋溶液水質(zhì)

3 飛灰固化物淋溶液管控措施

鑒于飛灰固化物淋溶液的復(fù)雜成分和危害性，為了確保填埋場地及周圍水域不受污染，根據(jù)飛灰固化物淋溶液產(chǎn)生的途徑以及填埋場運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)，填埋場應(yīng)從以下4 個(gè)方面來進(jìn)行飛灰固化物淋溶液的管控：

（1）應(yīng)增強(qiáng)填埋作業(yè)的預(yù)見性和計(jì)劃性，不在雨天進(jìn)行飛灰固化物填埋作業(yè)；

（2）填埋場應(yīng)設(shè)計(jì)飛灰固化物暫存庫，以備雨天時(shí)的暫存，其容量可以結(jié)合當(dāng)?shù)?0 年一遇的最長持續(xù)降雨天數(shù)和填埋場相應(yīng)日處理規(guī)模進(jìn)行測算；

（3）加強(qiáng)填埋場的運(yùn)營管理，實(shí)施精細(xì)化填埋作業(yè)。首先應(yīng)根據(jù)每日處理規(guī)模，盡量將作業(yè)面積控制在最小，發(fā)生突發(fā)天氣狀況才能及時(shí)進(jìn)行填埋堆體的覆蓋。這就要求將填埋區(qū)域進(jìn)行合理分區(qū)，對未填埋區(qū)域、已填埋區(qū)、傾卸區(qū)、攤鋪區(qū)、臨時(shí)覆蓋區(qū)等進(jìn)行模塊化分類。其次，應(yīng)做好各階段全程覆蓋（包括日覆蓋、臨時(shí)覆蓋、階段覆蓋等），并采用膜上防風(fēng)壓固措施，防止雨水淋入堆體，覆膜時(shí)應(yīng)保證覆蓋物與雨水邊溝的有效搭接，并設(shè)置有效的雨水導(dǎo)排溝及時(shí)將雨水導(dǎo)出覆蓋區(qū)。最后在填埋作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意對防滲結(jié)構(gòu)的保護(hù)，防滲結(jié)構(gòu)上方50 cm 宜采用小型機(jī)械壓實(shí)，覆蓋作業(yè)時(shí)應(yīng)碾壓清除堆體表面尖銳體，避免造成覆蓋材料破壞。

（4）嚴(yán)禁飛灰固化物和生活垃圾混合填埋，對于飛灰固化物進(jìn)入生活垃圾填埋場單獨(dú)分區(qū)填埋的，應(yīng)嚴(yán)格做好分區(qū)措施，避免生活垃圾滲濾液進(jìn)入飛灰固化物填埋的區(qū)域。有研究表明，在垃圾滲濾液浸瀝下，尤其是在早期滲濾液的浸瀝下，飛灰固化物存在重金屬大量溶出的風(fēng)險(xiǎn)，其中垃圾滲濾液中的溶解性有機(jī)物對重金屬有促溶作用，垃圾滲濾液中的富里酸對于Cd、Cu 有重要的促溶作用［7］。

2019 年本項(xiàng)目組調(diào)研了漳浦縣生活垃圾飛灰固化物填埋場，該填埋場由過去設(shè)法處理淋溶液，轉(zhuǎn)變思路，從源頭控制淋溶液的產(chǎn)生，通過規(guī)范的填埋作業(yè)以及覆蓋措施，大幅度地減少淋溶液的產(chǎn)生量，目前收集池幾乎未收集到淋溶液，達(dá)到了零排放的目標(biāo)。

綜上所述，通過規(guī)范的填埋作業(yè)以及覆蓋措施等運(yùn)營管理，從源頭上可以有效地控制淋溶液的產(chǎn)生量。但對于產(chǎn)生的淋溶液，應(yīng)做好淋溶液的收集導(dǎo)排，并做好淋溶液的處理。

4 飛灰固化物淋溶液處置

4.1 飛灰固化物淋溶液收集導(dǎo)排系統(tǒng)

飛灰固化物淋溶液中鈣、鎂離子含量較高，極易導(dǎo)致導(dǎo)排系統(tǒng)的化學(xué)淤堵；COD 含量較高，則極易導(dǎo)致導(dǎo)排系統(tǒng)的生物淤堵，因此建立良好、合理的淋溶液收集導(dǎo)排系統(tǒng)尤為重要。

目前飛灰固化物淋溶液收集導(dǎo)排系統(tǒng)的建設(shè)國內(nèi)尚無專門的技術(shù)規(guī)范，本文主要參照《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB 50869—2013）中滲濾液收集的相關(guān)規(guī)范和國內(nèi)類似工程的經(jīng)驗(yàn)，對淋溶液收集導(dǎo)排系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)行了探討。

淋溶液收集導(dǎo)排系統(tǒng)的原理如下：淋溶液通過重力流進(jìn)入支盲溝的淋溶液收集支管，然后從支管重力流入主盲溝的干管，最終排入調(diào)節(jié)池。飛灰固化物淋溶液收集導(dǎo)排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：①主盲溝：先鋪一層細(xì)砂作為墊層，墊層厚度100 mm，其上鋪設(shè)D300 HDPE 開孔管，HDPE 穿孔管鋪設(shè)至集水池，坡度不小于2%，溝內(nèi)用粒徑20 mm～60 mm 的級(jí)配碎石填充（開孔管周圍卵石鋪設(shè)原則為大粒徑在貼近管壁處，小粒徑在外填充）。②支盲溝：與主盲溝60°夾角布置支盲溝，支盲溝鋪設(shè)間距控制在30 m 左右，支盲溝內(nèi)HDPE 開孔管的管徑不小于200 mm，碎石填充做法與主盲溝相同（主盲溝結(jié)構(gòu)示意圖見圖1）。

圖1 導(dǎo)排主盲溝結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 飛灰固化物淋溶液處置工藝

飛灰固化物淋溶液較高的Cl-含量，對垃圾滲濾液處理系統(tǒng)具有腐蝕性［7］，容易導(dǎo)致后續(xù)的生化處理和膜處理系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，同時(shí)飛灰固化物淋溶液往往含有重金屬以及較高的鈣鎂離子。綜合考慮處置的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境的安全性，淋溶液的處理工藝見圖2。主要步驟如下：①淋溶液經(jīng)過收集后，通過添加碳酸鈉去除鈣鎂離子，進(jìn)行軟化處理；②加入重金屬螯合劑，緩慢攪拌進(jìn)行螯合反應(yīng)，使其產(chǎn)生金屬螯合物沉淀顆粒，經(jīng)沉淀去除重金屬；③經(jīng)沉淀后，淋溶液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)進(jìn)行脫鹽處置，鹽濃度12%～15%的高度濃縮廢水就近送至垃圾焚燒廠進(jìn)行噴燒；鹽濃度0.5%～1.0%的電滲析則就近接入垃圾滲濾液進(jìn)行處置。

由于飛灰固化物淋溶液成分的復(fù)雜性，在實(shí)際工程中，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合淋溶液的水質(zhì)特性、產(chǎn)生量和達(dá)到的排放標(biāo)準(zhǔn)等因素，在此處理工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期達(dá)到飛灰固化物淋溶液的妥善處置。

圖2 淋溶液處理工藝流程圖

5 結(jié)論

飛灰固化物淋溶液成分復(fù)雜，其生成條件、過程與垃圾滲濾液明顯不同，概念上不能混淆于垃圾滲濾液。淋溶液具有一定的危害性，其有效和安全處置顯得尤為重要。本文從淋溶液的來源分析出發(fā)，結(jié)合填埋場的實(shí)地調(diào)研，淋溶液的綜合處理措施如下：①淋溶液的產(chǎn)生量是可以控制的，能夠做到零排放，應(yīng)從源頭控制淋溶液的產(chǎn)生量，不在雨天進(jìn)行填埋作業(yè)，并作好堆體覆蓋等相應(yīng)運(yùn)營管理措施；②飛灰固化物和生活垃圾在同一填埋場填埋的，加強(qiáng)填埋場的運(yùn)營管理，實(shí)施精細(xì)化填埋作業(yè)，采取嚴(yán)格的分區(qū)措施進(jìn)行專區(qū)填埋，避免生活垃圾滲濾液進(jìn)入飛灰固化物填埋的區(qū)域；③對于產(chǎn)生的淋溶液，應(yīng)進(jìn)行有效的收集，并進(jìn)行后續(xù)的處置，可以通過電滲析處理，濃水送至垃圾焚燒廠進(jìn)行噴燒，淡水接入生活垃圾滲濾液處理站進(jìn)入處理。通過以上綜合措施，可以有效地控制淋溶液對環(huán)境產(chǎn)生的影響。