上海焚烧飞灰管理现状与典型案例分析*

王晓东，贾 川，赵爱华

（1. 上海老港固废综合开发有限公司，上海 200237；2. 上海环境卫生工程设计院有限公司，上海200232；3.上海市环境工程设计科学研究院有限公司，上海 200232；4.上海城投（集团） 有限公司，上海 200020）

生活垃圾无害化设施建设是上海超大城市精细化管理的重要抓手，也是破解垃圾围城、建设生态之城的关键举措。2017 年，上海生活垃圾产生量已达7.430 7×106t［1］，人均生活垃圾产生量307 kg/（人·a）。根据上海市绿化市容“十三五”规划，到“十三五”期末，上海要基本实现原生垃圾零填埋，规划新增焚烧能力11 000 t/d［2］。目前，规划的5 个新增焚烧项目已全部建成投产，焚烧能力达19 300 t/d。随着各焚烧设施相继建成投产，焚烧飞灰的处理处置问题日渐突出，如何进一步规范飞灰的去向、解决焚烧厂二次污染的“最后一公里”问题，成为市局主管部门和行业人员新的关注点。

1 管理要求

上海将焚烧飞灰严格纳入危险废物管理框架内进行监管，除了环保达标方面的基本要求外，对其产生、暂存、预处理、运输等各环节均严格按照危险废物相关规定予以管理，因此，老港等焚烧项目一直被列为重点产废单位，也相应成为上海历年危险废物规范化管理的重点检查对象。

2012 年12 月，上海市环保局、绿化市容局印发《关于加强本市生活垃圾焚烧飞灰环境管理的指导意见》（沪环保防〔2012〕501 号），提出扩建嘉定危险废物填埋场、启用老港综合填埋场飞灰填埋库区、新建崇明生活垃圾填埋场危险废物填埋库区，以满足上海焚烧飞灰安全处置需求。同时提出飞灰预处理技术要求，涵盖了处置规模、密闭运输、浸出实验室、检测、转移联单、管理制度、应急预案等10 个方面。

2016 年7 月，市环保局、绿化市容局发布《关于进一步加强本市生活垃圾焚烧飞灰环境管理的通知》（沪环保防〔2016〕271 号）。根据此要求，上海市所有生活垃圾焚烧设施均应在焚烧厂内配套建设飞灰预处理设施，江桥、御桥项目要求结合设备大修，于2016 年11 月底前配套飞灰预处理设施。所有焚烧项目飞灰均执行GB 18598—2001 危险废物填埋污染控制标准，厂内稳定化预处理后相应送至老港综合填埋场飞灰填埋库区（除崇明焚烧厂外其余所有焚烧项目） 或崇明生活垃圾填埋场飞灰库区（崇明焚烧厂） 安全填埋。

2019 年5 月，上海市废弃物管理处明确指出：每批次稳定化飞灰应有检测报告证明达标，原则上每天螯合的飞灰视为1 个批次。

目前，上海市各焚烧设施已基本完成厂内飞灰浸出实验室设备和人员配置，基本具备厂内自测条件和能力。除老港项目外，均采用吨袋打包运输，以控制运输过程的扬尘和二次污染。

2 产生量与去向

目前，上海已建成并投产生活垃圾焚烧设施10 座（市属设施3 座、区属设施7 座），焚烧能力19 300 t/d，如表1 所示。

表1 上海已建成焚烧设施

2017 年，上海全年焚烧量合计3.608 1×106t，占当年无害化处理总量的48.6%［1］，人均焚烧量达149.22 kg/（人·a），远超全国67.06 kg/（人·a） 的整体水平，低于江苏、浙江、海南和北京。与欧盟相比，上海人均焚烧量略超出欧盟2017 年133 kg/（人·a） 的水平，但和芬兰（299 kg/（人·a））、丹麦（413 kg/（人·a）） 等国家比尚有较大差距。从焚烧占比来看，上海已接近芬兰（58.6%）、丹麦（52.9%）［3］。

飞灰产生量受入炉垃圾特性、焚烧工艺、烟气辅料投加量等影响较大，一般流化床的气灰产生量约占焚烧量的20%，炉排炉焚烧飞灰产生量约占焚烧量的2%～5%［4］。根据2017 年统计数据，上海焚烧飞灰产生量合计达7.9×104t，各焚烧项目飞灰产生量年均值在1.13%～5.45%，全年总产生量2.20%（入厂比，原灰产生量按照填埋量的80%估算）。

根据沪环保防〔2016〕271 号文要求，目前上海有老港、崇明2 座生活垃圾填埋场允许接收经稳定化预处理的生活垃圾焚烧飞灰，均为分区单独填埋，执行GB 18598—2001 入场标准。其中，除崇明生活垃圾焚烧厂飞灰送至崇明填埋场外，其余上海焚烧项目均送至老港进行填埋。各填埋终端均取得危险废物经营许可资质，不执行危险废物名录的豁免政策。

3 典型案例

上海某焚烧设施处理规模为3 000 t/d，配置750 t/d×4 机械炉排炉焚烧炉+70.6 t/h×4 余热锅炉+30 MW×2 凝汽式汽轮发电机组，烟气净化系统采用炉内喷尿素+减温塔+消石灰喷射+活性炭喷射+袋式除尘器+湿式洗涤塔+烟气再热工艺，烟气排放指标满足欧盟2000 标准。

飞灰稳定化系统处理对象是烟气净化系统（减温塔和布袋除尘器） 收集的焚烧飞灰，处理规模64 t/d，采用的飞灰稳定化工艺为“有机螯合剂+水”，稳定化后的飞灰满足GB 18598—2001 规定的入场要求后，由具有资质的专有车辆运至老港综合填埋场的飞灰专用库区进行安全填埋。磷酸盐工艺和水泥工艺系统仅作为备用，正常运行时暂不启用。飞灰稳定化系统处理工艺流程如图1 所示。

图1 上海某焚烧设施飞灰稳定化系统工艺流程

3.1 试验材料和方法

3.1.1 飞灰样品采集

试验原灰样品采集自本焚烧设施全部焚烧线稳定运行期间的飞灰称重斗，是4 条烟气净化线混合得到的飞灰，稳定化后飞灰（螯合灰） 采集自飞灰稳定化车间序批式混炼机出口，原灰和螯合灰为同一批次样品，当日螯合剂投加比为原灰的4.1%。

3.1.2 元素组分分析

采用SHIMUDZU 公司的EDX-7000 能量色散型X 射线荧光分析仪（XRF） 分析飞灰样品的原始组分，Rh 靶X 射线管，最大工作电压50 kV，最大电流1 mA，最大功率50 W。

3.1.3 浸出毒性测试

按照GB 18598—2001 规定的HJ 557—2010 固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法对飞灰进行浸出预处理，按照10∶1 的液固比加入浸提剂（水），在室温下水平振荡8 h 后静置16 h，用微孔滤膜过滤并收集浸出液。

按照GB 16889—2008 生活垃圾填埋场污染物控制标准规定的HJ/T 300—2007 固体废物 浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法对飞灰进行浸出预处理，按照20∶1 的液固比加入浸提剂（用试剂水稀释17.25mL的冰醋酸至1L，pH 为2.64±0.05），翻转振荡（18±2） h 后用微孔滤膜过滤并收集浸出液。

对于收集到的不同方法制得的浸出液，Pb、Cd、Ni、Cu、Zn、Ba、Be、Cr 元素浓度采用等离子发射光谱法，pH 采用玻璃电极法。

3.2 结果与讨论

3.2.1 物理表征

生活垃圾焚烧飞灰外观呈灰色、灰白色粉末，含水率仅为0.7%。从飞灰产生量来看，该焚烧设施飞灰产率较低，2017 年月均飞灰产率为0.98%～1.26%（入厂比） 和1.17%～1.43%（入炉比），如图2 所示。

图2 不同焚烧设施飞灰产率（入炉比）与消石灰投加量关系

与其他焚烧项目相比，飞灰产率明显较低，其原因可能与该项目首次采用干法+湿法组合烟气工艺有关，采用湿法工艺后，消石灰的消耗量明显减少，因此被布袋除尘器捕集的反应产物也相应减少，其飞灰产生量明显低于干法、半干法焚烧设施。

3.2.2 元素组分分析

元素组分测试结果显示，对于填埋入场标准所关注的重金属元素，Zn、Pb 的含量最高，可达8 847.8 mg/kg 和2 936.7 mg/kg（图3）。这是由于重金属在焚烧炉内的迁移分布受焚烧炉温度直接影响，当焚烧炉内温度由500～650 ℃升至800～900 ℃时，Cd、Pb、Sn 和Zn 的蒸发率大幅提高，而Cu、Co、Mn 和Ni 等高沸点重金属元素几乎不受影响［5］，因此Pb、Zn 大量迁移到飞灰中。

图3 飞灰样品重金属元素含量

除了重金属元素外，飞灰中含量最高的宏量元素是Ca 和Cl，这是由于该焚烧设施在去除烟气酸性气体的过程中，在布袋除尘器前投加了一定量的消石灰（Ca（OH）2），导致飞灰中Ca 含量较高；而Cl 元素来自于生活垃圾本身含有的塑料制品、有机组分［6］，焚烧过程中挥发冷凝或生成HCl 与消石灰反应，最终进入到飞灰中。不同的烟气净化工艺直接影响元素的含量和组成［7］。

3.2.3 重金属浸出毒性

按照水平振荡法（HJ 557—2010） 和醋酸缓冲溶液法（HJ/T 300—2007） 分析原灰和螯合灰样品中各种重金属的浸出浓度，结果如表2～表3 所示。经水平振荡法浸出时，原灰样品Pb 浸出浓度达到127.2 mg/L，远远超出安全填埋限值（5 mg/L）。与上海同类焚烧设施相比，该设施飞灰重金属浸出浓度显著较高（图4），其原因：一方面该厂处理的是上海中心城区的生活垃圾，其分类状况显著优于郊区，因此入厂生活垃圾热值较高，每年都在不断提高，导致焚烧炉超温严重，特别是燃烧室，经常出现1 100 ℃以上的超温，加剧了Pb向飞灰中的迁移；另一方面，该设施采用干法+湿法组合烟气工艺，消石灰投加量明显低于同类项目，导致飞灰产生量很低，飞灰中的Pb 元素得到富集，从而提高了浸出浓度。

表2 HJ 557—2010 浸出毒性结果

表3 HJ/T 300—2007 浸出毒性结果

图4 不同焚烧设施飞灰Pb 浸出毒性对比

醋酸浸出结果显示，对于同一个样品，不同浸出方式带来的影响较大，以Pb 元素为例，醋酸浸出浓度为45.1 mg/L，水平振荡浸出浓度明显高于醋酸浸出浓度，不同设施、不同时间、不同地区的飞灰样品已证实了该结果，因此不能单纯靠浸出数值来评估特定飞灰样品的处理难易程度，必须明确浸出方法综合判断。

无论何种浸出方式，飞灰浸出液都呈现强碱性，这是由于为了保证烟气达标排放，在布袋除尘器前通常投加过量的消石灰，反应剩余的部分则随烟气颗粒物被布袋捕集，形成飞灰，因此飞灰中含有大量的消石灰成分，导致整体呈强碱性。Pb 的浸出过程主要表现为吸附/沉淀机制［8］，该过程对pH 较为敏感，Pb 作为两性金属，在强碱性条件下更容易浸出到外界环境。

Pb 浸出浓度高为达标处理带来了一定难度，为此，该设施在螯合剂遴选、投加方式、混炼均匀度等方面进行了持续改进，确保螯合后飞灰满足GB 18598—2001 的入场要求。测试结果显示，投加4.1%的有机螯合剂后，飞灰样品稳定达标。

4 结论

1） 2017 年，上海生活垃圾焚烧量已达3.608 1×106t，飞灰产生量达到7.9×104t。上海正不断加强飞灰预处理、运输和处置的全过程监管。

2） 该焚烧设施的飞灰重金属以Pb 为主，且Pb 浸出毒性显著高于同类其他设施，HJ 557—2010 浸出预处理条件下达到127.2 mg/L，其原因主要包括炉温升高促进Pb 向飞灰的迁移和湿法烟气工艺带来的飞灰富集作用。

3） 不同浸出预处理方法对浸出结果影响很大，同一样品在水平振荡法（水浸出） 下浸出浓度显著高于醋酸缓冲溶液法浸出浓度。

4） 投加4.1%的有机螯合剂后，该飞灰样品可稳定满足GB 18598—2001 和GB 16889—2008 的入场要求，可入场填埋。