生活垃圾焚烧飞灰填埋设计探讨

金志斌，汪剑峰，曾宪坤，杜龙，袁永强

（1.中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038；2.光大环保能源（九江）有限公司，江西九江 332100）

垃圾焚烧飞灰为生活垃圾焚烧后烟气净化系统的捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，属危险废物。随着生活垃圾焚烧处理量的逐年增加，飞灰产生量和处理处置压力逐年增大。填埋是现阶段飞灰处置的常用方式，但在实际执行过程中存在不少问题。本文拟对飞灰填埋的相关设计问题进行探讨，以期为解决飞灰填埋问题找到新的思路。

1 飞灰填埋处置现状

焚烧是生活垃圾处理的主要方式，近年来，我国生活垃圾焚烧处理量逐年增加。据国家统计局统计数据，全国城市生活垃圾无害化处理量从2011年的1.31×105kt增加到2019年的2.4×105kt。其中，卫生填埋处理量为1.09×105kt，占45.6%；焚烧处理量为1.22×105kt，占50.7%，我国城市生活垃圾焚烧处理量首次超过卫生填埋处理量[1-2]。2020年，全国城市生活垃圾无害化处理量为2.35×105kt，焚烧处理量为1.46×105kt，占比62.3%[3]。近年来，全国各地开始推行“零填埋”理念，生活垃圾焚烧的比例进一步提高。

飞灰作为生活垃圾焚烧的一种产物，指生活垃圾焚烧设施的烟气净化系统捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰[4]。我国生活垃圾焚烧有机械炉排焚烧炉和流化床焚烧炉两种主流炉型，机械炉排焚烧炉飞灰产生量较小，为入炉垃圾量的3%～5%；流化床焚烧炉飞灰产生量较大，为入炉垃圾量的10%～15%。据估算，全国每年的飞灰产生量巨大，达数百万吨。

生活垃圾焚烧飞灰的性质随垃圾组分、季节、焚烧条件、烟气净化水平等的变化而产生较大波动。垃圾焚烧飞灰的主要化学成分为SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3，以及大量的氯化物、SO3和碱等，有能被水浸出的可溶性Cd、Pb、Cu、Zn、Cr等多种有害重金属物质。《国家危险废物名录》明确规定生活垃圾焚烧飞灰为危险废物，属HW18类危险废物（废物代码772-002-18.T），必须安全处置。目前，国内外广泛采用固化稳定化后填埋作为飞灰的处置手段。

2 相关标准要求

我国2008年修订颁布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）规定，飞灰经预处理满足一定的入场要求后，可以进入卫生填埋场的独立分区填埋处置。

2019年9月，生态环境部发布首次修订的《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598—2019）。本标准规定了危险废物填埋的入场条件，填埋场的选址、设计、施工、运行、封场及监测的生态环境保护要求，严格控制了危险废物填埋的入场标准。

2020年8月，生态环境部发布《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134—2020）。该规范为生活垃圾焚烧飞灰处理处置的专用技术标准，规定了生活垃圾焚烧飞灰污染控制的总体要求，收集、贮存、运输、处理和处置过程的污染控制技术要求，以及监测和环境管理要求。该标准要求飞灰填埋处置应满足以下条件：1）未经处理的飞灰采用密封包装后，可进入满足GB 18598要求的刚性危险废物填埋场填埋。2）飞灰处理产物满足GB 18598入场要求的，可进入柔性危险废物填埋场填埋。3）飞灰处理产物满足GB 16889入场要求的，可进入生活垃圾填埋场分区填埋。进入生活垃圾填埋场填埋处置的飞灰宜选择在生活垃圾焚烧企业内进行处理。4）进入柔性危险废物填埋场或生活垃圾填埋场填埋的飞灰处理产物，经检测合格后方可进行填埋。5）进入填埋区的飞灰或飞灰处理产物应密封包装或成型化。

3 相关问题探讨

生活垃圾焚烧飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中第6.3条的入场要求，可进入生活垃圾填埋场填埋。进入生活垃圾填埋场时，应设单独分区填埋，单独分区防渗应符合该标准的相关要求。若其不能满足该标准第6.3条的入场要求或不进入生活垃圾填埋场填埋时，则应按照危险废物进行管理，进行填埋处置时应按《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598—2019）的要求进行规划和建设。

笔者长期从事飞灰填埋的设计，比较前述3个相关标准从中找到几个问题进行分析探讨。

3.1 关于生活垃圾填埋场飞灰填埋专区几点思考

《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）规定满足入场要求的飞灰可进入生活垃圾填埋场，但必须进行单独分区填埋。通常理解的单独分区填埋是指在生活垃圾填埋库区独立的平面分区进行填埋。然而，生活垃圾填埋库区除进行平面分区外，也可以进行竖向的空间分区以及平面和竖向相结合的分区方式。在实际项目设计中经常会遇到以下问题：1）飞灰独立分区时由于生活垃圾填埋库区平面上已无空间而需要在库区进行填埋；2）因飞灰填埋库容的需要而必须与生活垃圾进行空间和平面共同分区；3）由于生活垃圾填埋库区已无空间，且随着库区的封场，原有的生活垃圾渗滤液调节池内渗滤液减少，但容积较大，进而考虑利用部分调节池容积填埋飞灰；4）生活垃圾填埋场已经封场，飞灰填埋场选址紧邻生活垃圾填埋场（此情况既不属于在原填埋库区，也不属于专区性质）。

笔者认为，之所以独立分区，主要是考虑污染物集中处理处置原则、飞灰与生活垃圾产生的渗滤液水质不同以及不同的运行管理要求等方面，需将飞灰与生活垃圾有效隔离。因此，平面分区和竖向的空间分区以及混合分区均是可以的，但需要做好飞灰与生活垃圾的有效隔离，特别是地下水的隔离。对竖向的空间分区以及混合分区的飞灰填埋场设计，由于其基础为生活垃圾，存在比较大的沉降风险,因此需要按照《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》（CJJ 176—2012）中的相关要求加设中间衬垫系统，对基础采取铺设黏性土层和加设双向土工格栅加筋层等措施进行设计，提高抵抗沉降及较大变形的风险，典型如图1所示。

图1 飞灰空间分区中间隔离衬垫层典型

至于能否利用调节池作为专区进行飞灰填埋的问题，考虑到总体不会增加污染物排放，只要防渗和渗滤液收集调节系统达到规范和标准的相关要求，就是可行的。只是将调节池改造为飞灰的填埋库，因为改造后库容一般不大，服务年限短。对于飞灰填埋场选址在紧邻生活垃圾填埋场位置的情况，不能视为垃圾填埋场专区，而应按照专门的危险废物安全填埋场进行设计、建设和管理。

3.2 关于危险废物安全填埋场飞灰填埋的几点思考

飞灰作为危险废物可进入安全填埋场进行填埋，过去生活垃圾焚烧飞灰通常是进入危险废物的柔性填埋场进行填埋处置。通过几个生活垃圾焚烧发电厂的飞灰检测，飞灰的水溶性盐总质量分数一般大于10%，某项目检测的稳定化固化后的飞灰水溶性盐质量分数达39%。按照《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598—2019）的要求，如果不对飞灰进行水洗等预处理，则必须进入刚性填埋场进行填埋。

按照《危险废物填埋污染控制标准》的要求，对飞灰进行水洗，必然会产生难以处理的高浓度含盐废水。而如果不对飞灰进行水洗预处理，就需要建设刚性填埋场。刚性填埋场的建设成本一般数倍甚至数十倍于柔性填埋场。这种状况使得很多飞灰填埋场建设陷入困境，因此，亟须寻找减少可溶性盐的固化技术或药剂。

4 飞灰填埋处置方式建议

综上所述，一方面，生活垃圾焚烧飞灰可进入生活垃圾填埋场进行独立分区填埋，飞灰填埋专区的防渗标准为生活垃圾填埋场的防渗标准；另一方面，飞灰通常又需要按照对应的污染控制标准进入刚性填埋场进行填埋，而不能进入建设和防渗标准严于生活垃圾填埋场的柔性安全填埋场。生活垃圾填埋场与危险废物柔性安全填埋场场址对基础层、地下水位的要求和防渗标准比较见表1。

表1 生活垃圾填埋场与危险废物柔性安全填埋场标准比较

对生活垃圾填埋场与危险废物柔性安全填埋场通用的复合衬里防渗、双层衬里防渗和双人工复合衬里防渗的设计方案进行比较，3种防渗典型设计方案示意见图2。

图2 三种防渗典型设计方案

如果运行管理较为规范，飞灰填埋场产生的渗滤液量很少，这主要是因为：1）飞灰进行填埋处置一般均需进行稳定化固化处理，稳定化固化后的飞灰呈粉末状或块状，含水量小；2）现在的生活垃圾焚烧发电厂一般都有较大容量的飞灰储罐和稳定化固化的飞灰养护和暂存场地，一般均可做到雨天不进行飞灰填埋作业；3）通常飞灰的填埋规模较小，填埋场临时覆盖运营管理难度小。所以飞灰填埋所产生的渗滤液量很少，某工程飞灰填埋专区甚至未收集到渗滤液。

目前，由于生活垃圾填埋场污染治理、生活垃圾焚烧日处理量存在缺口，填埋场选址困难等多方面的原因[5]，全国很多地方都在对生活垃圾填埋场中的生活垃圾进行开挖筛分处理，以期腾空生活垃圾填埋场库容用于建设建筑垃圾填埋场或飞灰填埋场。

综上，笔者认为建设生活垃圾填埋场的飞灰专区或利用现有生活垃圾填埋场整体开挖腾空库容用于飞灰填埋，较新建刚性填埋场而言，既可满足规范要求，又能大幅度节省工程投资，节省土地资源，避免增加新的污染源，同时可以充分利用现有垃圾填埋场的管理辅助设施，不失为一个节省飞灰处置成本的办法。因此，建议生活垃圾焚烧飞灰填埋首先考虑利用现有垃圾填埋场的空间。

另外，由于飞灰填埋产生的渗滤液量少，水溶性盐一般很少会溶于渗滤液中，加之现在柔性安全填埋场的场址基础层、地下水位和防渗标准已基本可以达到防止水溶性盐向外渗漏污染的目的，因此建议相关部门根据生活垃圾焚烧飞灰填埋处置的实际情况，从政策和规范上对飞灰填埋处置的方式进行调整，除按现有规范要求外，允许生活垃圾焚烧飞灰无须检测水溶性盐含量即可进入柔性安全填埋场。

4 结论

随着全国各地生活垃圾焚烧厂的普遍建设，垃圾焚烧飞灰的产生量大增，垃圾焚烧的飞灰处置选用刚性填埋场，面临选址困难、建设投资大、运行成本高等诸多问题，导致很多地方面临飞灰处置难的困境。若飞灰得不到及时有效的处置，必定会留下一定的环境污染隐患。在当地具备成熟有效的资源化处置方式之前，如果能充分利用现有符合国家标准的生活垃圾填埋场土地空间进行飞灰专区的规划，对解决飞灰安全填埋处置不失为一种行之有效且风险可控的方案。同时，建议根据生活垃圾焚烧飞灰填埋的实际情况，从政策和规范上对飞灰填埋处置的方式进行调整。