浅析生活垃圾焚烧后固体废物的处理

王晓英

摘要：我国是世界上城市生活垃圾产生量最大的国家，并且还在持续增加，由于垃圾填埋场的选择难度日益增加，垃圾焚烧成为主要的替代处理方式。垃圾焚烧后产生的固体废弃物也随之大量增加。其中含有的重金属、二噁英等多种污染物会对环境和人类健康造成严重危害。本文详细介绍了垃圾焚烧后固体废物的多种减量化、资源化、无害化和稳定化方法。

关键词：生活垃圾；焚烧；灰渣；底灰；飞灰；资源化

中图分类号：X7 文献标识码：A 文章编号：1672-4437（2013）03-0068-02

生活垃圾，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。目前我国城市生活垃圾累计堆存量高达70亿吨，占地约80多万亩，并以4.8%的速度增长。据统计资料显示，我国垃圾增长率达到10%以上，许多城市处于“垃圾围城”的局面。

由于生活垃圾焚烧处理速度快，占地面积少。减量化和无害化效果显著，因此在我国用地紧张、生活垃圾处理压力大的情况下，生活垃圾焚烧已经作为一种常用手段得到了广泛应用。但是垃圾焚烧后产生的固体废弃物也随之大量增加，探索适合我国国情的处理处置及再利用方法至关重要。

一、生活垃圾焚烧产生的固体废物危害

我国根据其位置的不同，将城市生活垃圾焚烧灰渣分为底灰和飞灰。通常底灰即炉渣，包括炉排渣和炉排掉落渣，是灰渣的主要部分，而飞灰包括热回收系统灰、烟灰和烟气净化系统灰渣。

底灰大约占灰渣的80%～90%（以质量计）。其物理成分主要是熔渣、铁及其他金属、陶瓷、玻璃、其他一些不可燃物质以及未燃的有机物所组成的混合物。当去除其中的大块物质后，它的外观与多孔隙的、浅灰色的细砂类似。飞灰约占灰渣的10%～20%，占焚烧垃圾总量的3%～5%。从化学成分分析，底灰中的主要元素有O、si、Fe、Ca、Al、Na、K和C，而飞灰中的主要元素包括O、si、Ca、Al、cl、Na、K、S和Fe。其中金属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、碳酸盐的形式存在。飞灰PH一般呈碱性，最高可达12.8。焚烧飞灰相对底灰来说含有更高浓度的化学反应产物、重金属、二噁英类污染物，属于浸出毒性的危险废物，须进行稳定化和固化处理。目前来说，因危险废物填埋场选址困难，因此，垃圾飞灰的无害化和资源化利用是垃圾飞灰处置的理想选择。

有学者对城市生活垃圾焚烧灰渣的特征研究实验得知：沸点温度较高的、难挥发的元素在底灰和炉排灰中分布较多，容易在底灰和炉排灰中富集。在焚烧时，垃圾中的部分有害组分会转入到灰渣中，对环境造成潜在危害。灰渣中含有大量对人体有毒有害的物质，主要包括重金属和有机物两大类。

1.灰渣中重金属的危害

城市生活垃圾焚烧炉中，高蒸气压下的重金属（cd、Pb、As和Hg）会转化成金属氯化物在飞灰中富集，而一些难挥发的重金属在底灰中的含量要高于飞灰。由于垃圾中各种重金属含量及其焚烧过程中重金属的迁移和转移特性不同，不同飞灰样品中重金属含量存在较大差异。有些重金属的含量远远超出国家标准，通过各种迁移转化路径进入生物圈，而造成对生物圈生物的毒害，从而影响生态平衡，经过生物放大、富集作用，在环境中存在潜在危害，易对人类产生危害。

2.灰渣中二噁英的危害

垃圾焚烧过程中二噁英类污染物产生的原因很多，主要原因是垃圾中含有的有机氯化物、元机氯化物、PVC和多环芳烃。以及燃烧不完全造成的；其次是垃圾中的废金属为催化剂，特别是铜在飞灰催化反应中起决定作用。大气环境中的二噁英90%来源于城市和工业垃圾焚烧。

二噁英类污染物是环境内分泌干扰物的代表，有明显的免疫毒性，同时还会引起皮肤损害。流行病学研究表明，二噁英类污染物暴露可增加人群患癌症的机率。排放到大气环境中的二噁英类污染物吸附在颗粒物上，进入环境，然后通过食物链的富集作用进入人体，一旦在人体内积累会产生一系列毒性效应，损害免疫系统并具有三致作用。因此，二噁英污染越来越受到关注。

3.其他物质的危害

固体废物中还含有烟尘与溶解性盐，烟尘大多为粒径10-200μm的颗粒物。由于这些粉尘粒子表面附着zn、Pb、Cu、Cr等重金属及二噁英类剧毒有机污染物，一旦进入人体，会引发各种疾病。按《国家危险废物名录》规定，这些对人体健康和生态环境具有极大危害的飞灰属危险废物。此外，沸点较高、难挥发的重金属易在底灰中富集，致使城市焚烧垃圾中有害组分会转入到灰渣中，对土壤和水体造成潜在的污染。而飞灰中溶解盐的大量存在会增加其它某些污染物的溶解性，可能会影响飞灰的固化和稳定化。

二、生活垃圾焚烧后产生的固体废物处理方法

1.底灰的处理

底灰预处理技术主要有筛选（调整粒径范围）、磁选（去除黑色金属，主要为铁）、涡流分选（去除有色金属）、老化或风化1至3个月（降低溶解盐浸出浓度。改善其物理化学性质）；处理技术有提取或回收，玻璃化、熔融等热处理法，固化或稳定化（水泥固化、沥青固化、石灰稳定、化学药剂稳定法等）和蒸发结晶（去除Hg）等。

目前世界上底灰的资源化利用途径主要有：

（1）石油沥青铺装路面的替代骨料

生活垃圾焚烧的底灰，经预处理去除其中的黑色及有色金属并达到适宜的粒径后，可与其它骨料相混合，用作石油沥青铺面的混合物。这种利用方式不会对环境和人类产生影响。

（2）水泥、混凝土的替代骨料

最常见的是将底灰、水、水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土砖。对这种混凝土建筑的检测结果表明，没有有毒有害物质浸出。以生活垃圾焚烧灰和下水道污泥为主要原料，经处理、配料，并经严格的生产管理可制成通常所谓生态水泥，其性能与普通水泥混凝土大致相同。

（3）填埋场覆盖材料

由于填埋场地自身的有利卫生条件，如含环境保护设施如防渗层及渗滤液回收系统等，灰渣因重金属浸出而对人类健康和环境的不利影响可以得到很好的控制。灰渣若用作填埋场覆盖材料，可不必进行筛选、磁选、粒径分配等预处理工艺。因此在经济上、环境上和技术上，灰渣用作填埋场覆盖材料均是一种非常好的选择。

（4）路基、路堤等的建筑填料

由于目前填埋库容的紧张、重新选址的困难和填埋费用的昂贵，以及天然骨料缺乏的压力，底灰用作停车场、道路等的建筑填料。底灰的稳定性好，密度低，其物理和工程性质与轻质的天然骨料相似，并且焚烧灰渣容易进行粒径分配，易制成商业化应用的产品，因此成为一种适宜的建筑填料。

（5）回收黑色金属

黑色金属大约占底灰的15%。利用磁选和筛分从底灰中提取黑色金属，有些工厂还利用涡电流来分离有色金属。

2.飞灰的处理

目前，飞灰处置的常用方法：一是囿化稳定化。经过适当处置后进入危险废物填埋场进行最终处置。水泥固化、沥青周化、熔融固化、化学药剂固化稳定化等，经过固化稳定化处理后的产物，如满足浸出毒性标准或者资源化利用标准，可以进入普通填埋场进行填埋处置或进行资源化利用。二是提取重金属。酸提取、碱提取、生物及生物制剂提取等。经过重金属提取后的飞灰和重金属可以分别进行资源化利用。

以下是飞灰的一些资源化利用方法。

（1）水泥产品

飞灰的主要化学成分为：SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃等，与目前常用的高炉矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料非常接近，而且飞灰颗粒微细，比表面积大，易与其它成分反应形成新的物相。水泥对于焚烧飞灰的固化效果良好，因此可以将飞灰作为一种辅助性胶凝材料。

（2）混凝土

因为飞灰中含有很多水泥类物质，因此可代替混凝土中的水泥。目前常用水泥固化、稳定化来处理危险固体废物，因此用飞灰代替水泥用于混凝土，一方面可节约水泥，降低成本，另一方面可处理飞灰。

（3）陶瓷

飞灰的主要成分决定了其可以用于陶瓷，并且由于飞灰的颗粒较细故可直接加入陶瓷原料中，不需进行预处理。飞灰玻璃化后的产物用途较广，可用予喷砂丸、混凝土的骨料、路基、堤坝、建筑与装饰材料等等。

3.二噁英的处理

（1）加强垃圾分类收集管理

垃圾预处理是控制二噁英的重要手段。将生活垃圾进行筛选，减少含氯有机物的量，从源头控制二噁英中氯的来源。首先要加强有机氯化物、无机氯化物、多环芳烃和重金属等污染源的监控和管理。禁止这些污染物混入生活垃圾中；其次是垃圾分类收集，并在生活垃圾焚烧前分选出可能存在的有机氯化物、无机氯化物和多环芳烃等污染物；第三是从垃圾中直接回收可利用的Fe、Cu、Al和Ni等金属以及塑料制品。采取以上措施可最大限度地从源头上消除或削减垃圾中的氯化物和废金属含量。

（2）3T焚烧技术

采用3T焚烧技术方法可有效控制二噁英类和苯并芘类污染物的生成，所谓3T焚烧技术是指：①温度（Temperaturo），保持炉内高温在1000℃以上，可将二噁英类和苯并芘类污染物全部分解；②时间（Time），保证烟气在高温停留时间延长在28以上，烟气中含氧比控制在6%以上；③涡流（Turbulence），优化炉型和二次空气的喷人方法，充分混合搅拌烟气使其完全燃烧。

（3）烟气急冷降温

采用急冷降温方法快速使洗涤烟气温度降低到200-280℃，避开二噁英类污染物再合成的温度（280-450℃），并尽可能缩短250-800℃温区的停留时间，可以达到抑制二噁英类和苯并芘类污染物生成的目的。

（4）采用高效除尘设备

用袋除尘器去除亚细粒子表面吸附的二噁英类污染物。

（5）细菌降解

从污染土壤样本中检测出的细菌菌种中筛选出以二噁英为食源的菌种。

将生活垃圾焚烧后产生的固体废物即底灰和飞灰进行资源化利用是可行的，只要处理处置得当，可以减小对环境造成的危害，符合可持续发展的原则，能够实现环境、经济和社会效益的和谐统一。