生活垃圾焚烧飞灰的处置及应用研究

廖宗盛

（石狮市园林环卫管理处，福建 泉州 362700）

垃圾焚烧飞灰多呈现灰白色颗粒状物理结构特性，具有较大的孔隙率以及比表面积，其形状多呈棒状、角质状。从化学组分看，飞灰组分以硅、钙、铝等元素为主，而且由于城市生活垃圾以厨余垃圾及塑料垃圾为主，因此焚烧飞灰中含有大量可溶性盐，可严重污染水体，并产生重金属熔浸风险[1]。另外，烟气脱酸工艺使用了大量的消石灰，这进一步增强了飞灰的腐蚀性。此外，飞灰中含有大量的重金属污染物以及难分解的有机化合物污染物，而重金属污染物主要来源为电池、电器以及纺织品[2]。

在生活垃圾的焚烧处理工艺中，重金属中挥发态的化合物首先挥发出来，并发生一系列化学反应，随后对焚烧产生的蒸汽颗粒进行捕集，使得烟气得到净化，大部分颗粒污染物富集于飞灰中。重金属（镉、铅、铜、锌、汞）总量高达9%，具有较高的浸出毒性，排放至环境中易对水体、大气及人体产生严重的二次污染，人们需重视对飞灰的无害化处理。

1 国内外生活垃圾焚烧后飞灰处理现状

1.1 国外处理现状

城市垃圾包括多种类型，不同类型的垃圾所产生飞灰的理化性质也有较大的差异，因此需对不同城市垃圾的飞灰处理区别对待。国际上，不少发达国家以自身基本国情为出发点，积极开展了不同的飞灰处理及利用技术研究。其中，德国引入了淋洗工艺对飞灰进行处理，回收并储存于地下盐矿井，固化处理后用作建筑施工材料；法国、英国等国家均引入了水硬性黏结料固化工艺；而瑞士是钟表业的出口大国，国内矿产资源匮乏，使得其十分重视对废渣中金属元素的回收，首先对飞灰进行酸化处理，然后采用电化学技术回收废渣中的重金属，如铜、锌等；美国、加拿大等国家将飞灰采用固化工艺处理后送至废物处理厂进行填埋，部分用作沥青混凝土骨料。总体上看，国外对于城市垃圾焚烧飞灰的处理方式主要包括填埋法、固化处理法、浸提法、稳定化处理法、熔融法和电磁分离法等，并取得了一定的成效[3]。

1.2 国内处理现状

1.2.1 固化、稳定化，规范填埋

（1）水泥固化。水泥固化工艺是使用水泥做固化剂，将水泥与飞灰按比例混合，并加水溶解，经过一系列理化反应将飞灰固结为混凝土块，同时碱性环境对于重金属的析出也起到了抑制作用。水泥固化法处理工艺试验表明，水泥的混入量以及养护时间均会影响飞灰固化效果，水泥的混掺量大于15%时，飞灰固化物的抗压强度将达0.225 MPa，满足使用要求，但仍需对飞灰水泥固化效果的长期性做进一步研究。水泥固化法具有操作简单、成本低的优势，但处理后重金属的稳定性较差。此外，为提升水泥固化的稳定性，可采用稳定剂提升其稳定性，并降低其增容比和水泥用量，当然还需考虑工程整体的造价控制。

（2）化学药剂固化/稳定化。采用化学药剂固化/稳定化的方法即通过一系列化学反应对飞灰做无害化处理，降低有毒物质的毒性。此方法常用的稳定剂包括无机化合物类（磷酸盐、硫化钠等）、有机化合物类（二硫代氨基甲酸盐、壳聚糖衍生物等）以及复合型化学药剂（将无机化合物与有机化合物按比例混合而成）等。采用化学药剂固化焚烧飞灰的试验研究表明，使用3%的复合化学药剂可有效控制重金属的浸出量，且成本较低。

1.2.2 资源化利用

在建筑施工行业，从化学组分看，飞灰内含有大量的氧化钙、氧化铝以及氧化铁，这与水泥生产的原料极为相似，可用作生产水泥的替代材料，制备混凝土及骨料。研究表明，采用飞灰制备高强度混凝土的方法中，重金属的渗出量可得到有效控制；在岩土工程中，飞灰和水泥混合而成的材料可以达到路基材料的要求，并提升水化产物的碱性，重金属的浸出量更少。

1.2.3 生物浸提法

采用生物浸提法处理飞灰即通过微生物（细菌或者真菌等）的分解及浸取作用促进金属向化合物转化，利用一系列氧化还原反应来提取飞灰中的重金属。

2 石狮市垃圾焚烧飞灰处置与应用案例

2.1 基本情况

石狮市垃圾综合处理厂于2008年11月投产运行，采用的工艺为3台循环流化床焚烧炉，处理生活垃圾规模1 400 t/d（其中1台300 t/d、2台550 t/d焚烧炉）。2016年，垃圾焚烧厂日均生活垃圾进厂量1 097 t，其中石狮市830 t、泉州中心城区267 t。自焚烧厂投产运行至2018年7月，石狮市共处置飞灰固化物（稳定化物）29.6万t。

2.2 主要问题

2.2.1 飞灰产生量大，增加了处置的工作量

石狮市垃圾焚烧厂采用的生活垃圾焚烧处理工艺为循环流化床焚烧炉，该工艺在焚烧处理垃圾过程中产生的飞灰量约占垃圾量的10%。以2016年垃圾处理量为例，每天产生飞灰约100 t。

2.2.2 飞灰处置方式受限，增加了安全处置的难度

目前，生态环境部认可的飞灰处置方式主要是填埋场安全填埋和利用水泥窑协同处置。飞灰虽经稳定化处理，但仍属危险废弃物，在本地不具备安全处置的条件下，转移处置或采用其他方式处置难度更大，虽经过多次与周边县（市）沟通协调，但仍不能从根本上解决飞灰处置去向问题。

2.2.3 本地陆域面积小，飞灰填埋场建设选址难

石狮市陆地面积不到160 km2，常住人口65万人，可用于飞灰填埋场的建设用地选址难度大，同时还存在“邻避效应”。目前，石狮市建成首个的飞灰填埋场库容已饱和，经过多方努力，石狮市废旧矿区生态修复示范项目（一期）已完成工程主体建设。

2.3 处理技术

2.3.1 利用自建飞灰填埋场填埋处置

该项目位于垃圾焚烧厂北侧，为石狮市生活垃圾焚烧厂的配套工程；用地面积34.7亩，投资2 400万元，主要建设飞灰填埋场一期填埋库区、渗滤液收集、处理设施及配套的道路。填埋场一期填埋库容约10.85万m3，该项目于2014年11月立项，2015年9月开工建设，2017年1月完成主体工程建设，1月10日组织环保工程验收，并根据生态环境部门《关于项目建设工程使用意见表》的审查意见投入使用。

2.3.2 推进飞灰减量化处理

2016年1-4月，中南大学环境工程联合研究院对石狮市垃圾焚烧厂飞灰通过实地试验，利用GY-I型飞灰稳定剂对飞灰进行稳定化处理，无需添加水泥，从而达到减量化。通过试验、检测，飞灰使用GY-I型飞灰稳定剂处理后可满足《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-2008）要求，与原来的飞灰稳定化处理工艺相比，该技术填埋所占用库容减少约20%。

2.3.3 利用废弃石窟填埋飞灰稳定物

为进一步解决垃圾焚烧厂飞灰处置问题，结合石狮市废弃石窟生态修复，利用废弃石窟填埋飞灰稳定物，项目位于石狮市宝盖山东侧永宁镇双架山下陵园西北侧，用地面积约24亩，有效库容约49.7万m3，投资估算4 900万元；主要建设内容是对废旧石窟进行必要的整平、防渗处理、地下水及雨水导排等工程措施后，利用垃圾焚烧厂经稳定化处理的飞灰稳定物、炉渣和建筑垃圾、渣土等对石窟进行规范填充，在堆填到设计标高后，进行封场施工、绿化种植、养护管理等，实现生态修复。

2.4 效果评价

石狮市生活垃圾焚烧飞灰填埋场项目配套建设一座渗滤液处理站，采用“混凝沉淀+过滤”为主体的处理工艺，设计处理规模为每小时处理5 m3重金属污水。目前，填埋库容已饱和，共填埋飞灰稳定物19.1万t，长期水文监测显示，处置效果符合预期，达到国家环保标准要求。利用GY-I型飞灰稳定剂对飞灰进行稳定化处理，可减少填埋所占用库容约20%。改造废弃石窟填埋飞灰稳定物，充分利用废弃石窟的花岗岩整体的防渗优势，堆填完成后，采取进一步绿化措施，既能达成规范处置飞灰稳定物的目的，又能实现生态修复。

3 结语

垃圾焚烧飞灰成分复杂，如果不经处理而直接排放到环境中，会对水体、大气和土壤造成严重的二次污染。因此，本文深入分析了垃圾焚烧飞灰的理化及污染特性，总结了国内外生活垃圾焚烧飞灰处理的现状，并以石狮市垃圾焚烧飞灰处置与应用为例，介绍了飞灰处理技术及设施的发展与应用。当前，人们要不断增强环保意识，综合运用各种处理技术，实现生活垃圾焚烧飞灰的无害化、资源化和减量化处理。