生活垃圾焚燒飛灰填埋設(shè)計探討

金志斌，汪劍峰，曾憲坤，杜龍，袁永強(qiáng)

（1.中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038；2.光大環(huán)保能源（九江）有限公司，江西九江 332100）

垃圾焚燒飛灰為生活垃圾焚燒后煙氣凈化系統(tǒng)的捕集物和煙道及煙囪底部沉降的底灰，屬危險廢物。隨著生活垃圾焚燒處理量的逐年增加，飛灰產(chǎn)生量和處理處置壓力逐年增大。填埋是現(xiàn)階段飛灰處置的常用方式，但在實(shí)際執(zhí)行過程中存在不少問題。本文擬對飛灰填埋的相關(guān)設(shè)計問題進(jìn)行探討，以期為解決飛灰填埋問題找到新的思路。

1 飛灰填埋處置現(xiàn)狀

焚燒是生活垃圾處理的主要方式，近年來，我國生活垃圾焚燒處理量逐年增加。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國城市生活垃圾無害化處理量從2011年的1.31×105kt增加到2019年的2.4×105kt。其中，衛(wèi)生填埋處理量為1.09×105kt，占45.6%；焚燒處理量為1.22×105kt，占50.7%，我國城市生活垃圾焚燒處理量首次超過衛(wèi)生填埋處理量[1-2]。2020年，全國城市生活垃圾無害化處理量為2.35×105kt，焚燒處理量為1.46×105kt，占比62.3%[3]。近年來，全國各地開始推行“零填埋”理念，生活垃圾焚燒的比例進(jìn)一步提高。

飛灰作為生活垃圾焚燒的一種產(chǎn)物，指生活垃圾焚燒設(shè)施的煙氣凈化系統(tǒng)捕集物和煙道及煙囪底部沉降的底灰[4]。我國生活垃圾焚燒有機(jī)械爐排焚燒爐和流化床焚燒爐兩種主流爐型，機(jī)械爐排焚燒爐飛灰產(chǎn)生量較小，為入爐垃圾量的3%～5%；流化床焚燒爐飛灰產(chǎn)生量較大，為入爐垃圾量的10%～15%。據(jù)估算，全國每年的飛灰產(chǎn)生量巨大，達(dá)數(shù)百萬噸。

生活垃圾焚燒飛灰的性質(zhì)隨垃圾組分、季節(jié)、焚燒條件、煙氣凈化水平等的變化而產(chǎn)生較大波動。垃圾焚燒飛灰的主要化學(xué)成分為SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3，以及大量的氯化物、SO3和堿等，有能被水浸出的可溶性Cd、Pb、Cu、Zn、Cr等多種有害重金屬物質(zhì)。《國家危險廢物名錄》明確規(guī)定生活垃圾焚燒飛灰為危險廢物，屬HW18類危險廢物（廢物代碼772-002-18.T），必須安全處置。目前，國內(nèi)外廣泛采用固化穩(wěn)定化后填埋作為飛灰的處置手段。

2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

我國2008年修訂頒布的《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）規(guī)定，飛灰經(jīng)預(yù)處理滿足一定的入場要求后，可以進(jìn)入衛(wèi)生填埋場的獨(dú)立分區(qū)填埋處置。

2019年9月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布首次修訂的《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2019）。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了危險廢物填埋的入場條件，填埋場的選址、設(shè)計、施工、運(yùn)行、封場及監(jiān)測的生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，嚴(yán)格控制了危險廢物填埋的入場標(biāo)準(zhǔn)。

2020年8月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 1134—2020）。該規(guī)范為生活垃圾焚燒飛灰處理處置的專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了生活垃圾焚燒飛灰污染控制的總體要求，收集、貯存、運(yùn)輸、處理和處置過程的污染控制技術(shù)要求，以及監(jiān)測和環(huán)境管理要求。該標(biāo)準(zhǔn)要求飛灰填埋處置應(yīng)滿足以下條件：1）未經(jīng)處理的飛灰采用密封包裝后，可進(jìn)入滿足GB 18598要求的剛性危險廢物填埋場填埋。2）飛灰處理產(chǎn)物滿足GB 18598入場要求的，可進(jìn)入柔性危險廢物填埋場填埋。3）飛灰處理產(chǎn)物滿足GB 16889入場要求的，可進(jìn)入生活垃圾填埋場分區(qū)填埋。進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋處置的飛灰宜選擇在生活垃圾焚燒企業(yè)內(nèi)進(jìn)行處理。4）進(jìn)入柔性危險廢物填埋場或生活垃圾填埋場填埋的飛灰處理產(chǎn)物，經(jīng)檢測合格后方可進(jìn)行填埋。5）進(jìn)入填埋區(qū)的飛灰或飛灰處理產(chǎn)物應(yīng)密封包裝或成型化。

3 相關(guān)問題探討

生活垃圾焚燒飛灰滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）中第6.3條的入場要求，可進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋。進(jìn)入生活垃圾填埋場時，應(yīng)設(shè)單獨(dú)分區(qū)填埋，單獨(dú)分區(qū)防滲應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。若其不能滿足該標(biāo)準(zhǔn)第6.3條的入場要求或不進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋時，則應(yīng)按照危險廢物進(jìn)行管理，進(jìn)行填埋處置時應(yīng)按《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2019）的要求進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。

筆者長期從事飛灰填埋的設(shè)計，比較前述3個相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)從中找到幾個問題進(jìn)行分析探討。

3.1 關(guān)于生活垃圾填埋場飛灰填埋專區(qū)幾點(diǎn)思考

《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）規(guī)定滿足入場要求的飛灰可進(jìn)入生活垃圾填埋場，但必須進(jìn)行單獨(dú)分區(qū)填埋。通常理解的單獨(dú)分區(qū)填埋是指在生活垃圾填埋庫區(qū)獨(dú)立的平面分區(qū)進(jìn)行填埋。然而，生活垃圾填埋庫區(qū)除進(jìn)行平面分區(qū)外，也可以進(jìn)行豎向的空間分區(qū)以及平面和豎向相結(jié)合的分區(qū)方式。在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計中經(jīng)常會遇到以下問題：1）飛灰獨(dú)立分區(qū)時由于生活垃圾填埋庫區(qū)平面上已無空間而需要在庫區(qū)進(jìn)行填埋；2）因飛灰填埋庫容的需要而必須與生活垃圾進(jìn)行空間和平面共同分區(qū)；3）由于生活垃圾填埋庫區(qū)已無空間，且隨著庫區(qū)的封場，原有的生活垃圾滲濾液調(diào)節(jié)池內(nèi)滲濾液減少，但容積較大，進(jìn)而考慮利用部分調(diào)節(jié)池容積填埋飛灰；4）生活垃圾填埋場已經(jīng)封場，飛灰填埋場選址緊鄰生活垃圾填埋場（此情況既不屬于在原填埋庫區(qū)，也不屬于專區(qū)性質(zhì)）。

筆者認(rèn)為，之所以獨(dú)立分區(qū)，主要是考慮污染物集中處理處置原則、飛灰與生活垃圾產(chǎn)生的滲濾液水質(zhì)不同以及不同的運(yùn)行管理要求等方面，需將飛灰與生活垃圾有效隔離。因此，平面分區(qū)和豎向的空間分區(qū)以及混合分區(qū)均是可以的，但需要做好飛灰與生活垃圾的有效隔離，特別是地下水的隔離。對豎向的空間分區(qū)以及混合分區(qū)的飛灰填埋場設(shè)計，由于其基礎(chǔ)為生活垃圾，存在比較大的沉降風(fēng)險,因此需要按照《生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ 176—2012）中的相關(guān)要求加設(shè)中間襯墊系統(tǒng)，對基礎(chǔ)采取鋪設(shè)黏性土層和加設(shè)雙向土工格柵加筋層等措施進(jìn)行設(shè)計，提高抵抗沉降及較大變形的風(fēng)險，典型如圖1所示。

圖1 飛灰空間分區(qū)中間隔離襯墊層典型

至于能否利用調(diào)節(jié)池作為專區(qū)進(jìn)行飛灰填埋的問題，考慮到總體不會增加污染物排放，只要防滲和滲濾液收集調(diào)節(jié)系統(tǒng)達(dá)到規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，就是可行的。只是將調(diào)節(jié)池改造為飛灰的填埋庫，因?yàn)楦脑旌髱烊菀话悴淮?，服?wù)年限短。對于飛灰填埋場選址在緊鄰生活垃圾填埋場位置的情況，不能視為垃圾填埋場專區(qū)，而應(yīng)按照專門的危險廢物安全填埋場進(jìn)行設(shè)計、建設(shè)和管理。

3.2 關(guān)于危險廢物安全填埋場飛灰填埋的幾點(diǎn)思考

飛灰作為危險廢物可進(jìn)入安全填埋場進(jìn)行填埋，過去生活垃圾焚燒飛灰通常是進(jìn)入危險廢物的柔性填埋場進(jìn)行填埋處置。通過幾個生活垃圾焚燒發(fā)電廠的飛灰檢測，飛灰的水溶性鹽總質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于10%，某項(xiàng)目檢測的穩(wěn)定化固化后的飛灰水溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)39%。按照《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2019）的要求，如果不對飛灰進(jìn)行水洗等預(yù)處理，則必須進(jìn)入剛性填埋場進(jìn)行填埋。

按照《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求，對飛灰進(jìn)行水洗，必然會產(chǎn)生難以處理的高濃度含鹽廢水。而如果不對飛灰進(jìn)行水洗預(yù)處理，就需要建設(shè)剛性填埋場。剛性填埋場的建設(shè)成本一般數(shù)倍甚至數(shù)十倍于柔性填埋場。這種狀況使得很多飛灰填埋場建設(shè)陷入困境，因此，亟須尋找減少可溶性鹽的固化技術(shù)或藥劑。

4 飛灰填埋處置方式建議

綜上所述，一方面，生活垃圾焚燒飛灰可進(jìn)入生活垃圾填埋場進(jìn)行獨(dú)立分區(qū)填埋，飛灰填埋專區(qū)的防滲標(biāo)準(zhǔn)為生活垃圾填埋場的防滲標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，飛灰通常又需要按照對應(yīng)的污染控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入剛性填埋場進(jìn)行填埋，而不能進(jìn)入建設(shè)和防滲標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于生活垃圾填埋場的柔性安全填埋場。生活垃圾填埋場與危險廢物柔性安全填埋場場址對基礎(chǔ)層、地下水位的要求和防滲標(biāo)準(zhǔn)比較見表1。

表1 生活垃圾填埋場與危險廢物柔性安全填埋場標(biāo)準(zhǔn)比較

對生活垃圾填埋場與危險廢物柔性安全填埋場通用的復(fù)合襯里防滲、雙層襯里防滲和雙人工復(fù)合襯里防滲的設(shè)計方案進(jìn)行比較，3種防滲典型設(shè)計方案示意見圖2。

圖2 三種防滲典型設(shè)計方案

如果運(yùn)行管理較為規(guī)范，飛灰填埋場產(chǎn)生的滲濾液量很少，這主要是因?yàn)椋?）飛灰進(jìn)行填埋處置一般均需進(jìn)行穩(wěn)定化固化處理，穩(wěn)定化固化后的飛灰呈粉末狀或塊狀，含水量小；2）現(xiàn)在的生活垃圾焚燒發(fā)電廠一般都有較大容量的飛灰儲罐和穩(wěn)定化固化的飛灰養(yǎng)護(hù)和暫存場地，一般均可做到雨天不進(jìn)行飛灰填埋作業(yè)；3）通常飛灰的填埋規(guī)模較小，填埋場臨時覆蓋運(yùn)營管理難度小。所以飛灰填埋所產(chǎn)生的滲濾液量很少，某工程飛灰填埋專區(qū)甚至未收集到滲濾液。

目前，由于生活垃圾填埋場污染治理、生活垃圾焚燒日處理量存在缺口，填埋場選址困難等多方面的原因[5]，全國很多地方都在對生活垃圾填埋場中的生活垃圾進(jìn)行開挖篩分處理，以期騰空生活垃圾填埋場庫容用于建設(shè)建筑垃圾填埋場或飛灰填埋場。

綜上，筆者認(rèn)為建設(shè)生活垃圾填埋場的飛灰專區(qū)或利用現(xiàn)有生活垃圾填埋場整體開挖騰空庫容用于飛灰填埋，較新建剛性填埋場而言，既可滿足規(guī)范要求，又能大幅度節(jié)省工程投資，節(jié)省土地資源，避免增加新的污染源，同時可以充分利用現(xiàn)有垃圾填埋場的管理輔助設(shè)施，不失為一個節(jié)省飛灰處置成本的辦法。因此，建議生活垃圾焚燒飛灰填埋首先考慮利用現(xiàn)有垃圾填埋場的空間。

另外，由于飛灰填埋產(chǎn)生的滲濾液量少，水溶性鹽一般很少會溶于滲濾液中，加之現(xiàn)在柔性安全填埋場的場址基礎(chǔ)層、地下水位和防滲標(biāo)準(zhǔn)已基本可以達(dá)到防止水溶性鹽向外滲漏污染的目的，因此建議相關(guān)部門根據(jù)生活垃圾焚燒飛灰填埋處置的實(shí)際情況，從政策和規(guī)范上對飛灰填埋處置的方式進(jìn)行調(diào)整，除按現(xiàn)有規(guī)范要求外，允許生活垃圾焚燒飛灰無須檢測水溶性鹽含量即可進(jìn)入柔性安全填埋場。

4 結(jié)論

隨著全國各地生活垃圾焚燒廠的普遍建設(shè)，垃圾焚燒飛灰的產(chǎn)生量大增，垃圾焚燒的飛灰處置選用剛性填埋場，面臨選址困難、建設(shè)投資大、運(yùn)行成本高等諸多問題，導(dǎo)致很多地方面臨飛灰處置難的困境。若飛灰得不到及時有效的處置，必定會留下一定的環(huán)境污染隱患。在當(dāng)?shù)鼐邆涑墒煊行У馁Y源化處置方式之前，如果能充分利用現(xiàn)有符合國家標(biāo)準(zhǔn)的生活垃圾填埋場土地空間進(jìn)行飛灰專區(qū)的規(guī)劃，對解決飛灰安全填埋處置不失為一種行之有效且風(fēng)險可控的方案。同時，建議根據(jù)生活垃圾焚燒飛灰填埋的實(shí)際情況，從政策和規(guī)范上對飛灰填埋處置的方式進(jìn)行調(diào)整。