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。
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。
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。
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。
《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。
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。
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。
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。