生活垃圾焚烧飞灰处置技术现状及发展趋势分析

       随着我国城镇化的快速发展和人民生活水平的日益提高，城镇生活垃圾产生量随之也快速增长，2018年全国城市生活垃圾清运量达到了22801.8万吨，生活垃圾处理处置问题备受关注。

       生活垃圾焚烧发电因具有减量化明显、占用土地资源少及可实现能源化的优势，逐渐成为我国生活垃圾处置的主流方式。国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部发布的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》中表示，2020年全国城镇生活垃圾焚烧发电处理比例目标为54%，生活垃圾焚烧日处理规模将达到59.14万吨。

       生活垃圾焚烧飞灰（以下简称飞灰）是生活垃圾焚烧烟气净化系统收集而得到的粉状物质， 属于危险废物（编码为HW18）。近年来，随着城镇生活垃圾产生量快速增长，飞灰的产生量越来越大，据中国水泥协会推算，到“十三五”末我国每年飞灰产生量将高达1000万吨左右。

      飞灰处置的重要性和紧迫性

       飞灰中含有苯并芘、苯并蒽、二恶英等有机污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金属，是高度危险的固体废物。二恶英是具有多种毒性作用的氯化三环芳烃类有机化合物，具有不可逆的致畸、致癌、致突变性；Hg及其化合物具有极强的神经毒性，对人体的多个器官会产生严重的损害。飞灰如果处置不当，会对环境造成严重毒害。我国的大中型城市飞灰产生量大、土地资源紧张，以填埋为主的处置方式面临越来越大的压力。2018年，北京生活垃圾无害化处理量为975.1万吨，飞灰产生量约12万吨，而北京市唯一满足填埋飞灰条件的金隅集团北京生态岛科技有限责任公司的安全填埋坑库容仅为12.26万立方米，不到一年就能填满。因此亟需寻找出一条既能有效处理飞灰又能节约土地资源的有效途径。

       飞灰处置技术的难点

       国内生活垃圾产量、组分等与发达国家有着显著的不同，使得我国飞灰呈现出明显的不同特点。

       1.氯元素含量高。生活垃圾中含氯塑料等经焚烧分解后产生的氯化氢等酸性物质，与烟气净化系统中碱性物反应后生成物进入到飞灰中，厨余垃圾中食盐等也最终富集于飞灰。含氯元素高是我国飞灰最为明显的特征之一，以北京地区飞灰为例，飞灰含氯量高达20%以上，飞灰中氯元素主要以可溶性氯盐形式存在，如氯化钠、氯化钾、氯化钙等。

       2.成分复杂，波动大。飞灰中除重金属和二恶英等有毒有害物质外，还含有钙硅铝铁氧化物、氯盐及碳硫磷元素等。飞灰中各物质（元素）的含量会随着生活垃圾组分、季节、焚烧条件、烟气净化水平等的变化而产生较大波动，将给飞灰处理处置带来很大的困难。
 
      飞灰处置技术现状分析

       1. 技术总体情况。根据生态环境部正在组织制定的《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》（送审稿）内容，飞灰利用处置分为填埋和资源化两种方式。填埋是飞灰处置的传统方法，而资源化是近些年发展起来的新的处理方式。在飞灰填埋或资源化利用处置前，均需对飞灰进行适当的预处理。目前飞灰的预处理技术主要包括水洗、固化/稳定化、高温烧结、高温熔融、低温热解等。

       其中，固化/稳定化-填埋技术是指将飞灰中有毒有害组分包容覆盖起来，或者使其呈现化学惰性，然后进入填埋场进行填埋。水泥窑协同处置技术是将飞灰进行水洗处理（氯盐去除）后作为水泥原料，通过水泥窑高温烧成彻底分解二恶英，将重金属固化稳定化在水泥熟料中，而水洗废水通过处理后全部回用。高温烧结制陶粒技术是将飞灰或与工业固体废物或粘土等原料的混合物，加入助熔剂、粘结剂等添加剂后，加热至飞灰的熔点，形成可作为陶粒使用的轻质致密固体。等离子体熔融技术是将飞灰或与固体废物等原料的混合物，加入添加剂后，利用等离子炬产生的热源，加热至飞灰完全熔融后，冷却形成致密玻璃体。低温热解技术是指在低温条件下将飞灰中二恶英类去除后作为替代原料用于建材产品生产。总体而言，固化/稳定化-填埋技术目前在国内飞灰处置中应用广泛；水泥窑协同处置是近年来成功研发的飞灰资源化利用技术；高温烧结制陶粒目前在天津地区飞灰处置中得到应用；等离子体熔融作为飞灰高温熔融的一种重要方式，近年来已进行了中等规模试验；低温热解是一种新兴的飞灰处理技术，有关单位正在开展相关研究。

       2.主流技术分析。2016年8月1日起施行的新版《国家危险废物名录》将飞灰进入生活垃圾填埋场处理和水泥窑协同处理的过程纳入豁免清单管理，表明固化/稳定化-填埋技术和水泥窑协同处置技术是我国政府认可的飞灰处置的主流技术。

      （1）固化/稳定化-填埋。根据《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598-2001），飞灰满足稳定化控制限值后可进入危废填埋场填埋，另外2008年修订颁布的《生活垃圾卫生填埋污染控制标准》（GB18598-2008）规定，飞灰经过预处理满足入场要求后，可以进入垃圾填埋场的独立单元进行填埋。

       固化/稳定化是飞灰填埋处置利用的预处理技术，其主要作用是控制和降低飞灰中重金属溶出。固化/稳定化技术主要包括水泥固化法、化学药剂稳定化法两大类，其中化学药剂稳定化法因增容体积小、固化效果较好，近年来研究报道较多，目前常用药剂可分为无机类和有机类，无机药剂主要包括石膏、磷酸盐、硫化物（硫代硫酸钠、硫化钠）、铁酸盐、硅酸盐、硅胶、石灰等， 有机药剂主要包括巯基胺盐、EDTA连接聚体、柠檬酸盐、多聚磷酸盐、壳聚糖衍生物等。

       固化/稳定化-填埋是目前国内飞灰处置中普遍采用的方式，但在填埋前预处理过程尚缺乏统一的技术规范，住房和城乡建设部正在组织有关单位加紧制定《生活垃圾焚烧飞灰固化/稳定化处理技术标准》。

      （2）水泥窑协同处置。在水泥窑协同处置技术的应用方面，目前国内已建成两条总年产能为7万吨的飞灰处置生产工业线，都已达产达标并稳定运行。

       采用水泥窑协同处置飞灰后，水泥熟料中重金属浸出毒性满足《水泥窑协同处置固体废物技术规范》（GB30760-2014）标准要求，排放烟气中污染物浓度低于《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB30485-2013）中限值，水泥质量符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2008）标准。

       水泥窑协同处置飞灰技术凭借其处置彻底、无二次污染和资源化利用的优势，得到了政府部门的认可，入选原环境保护部2017年发布的固体废物治理领域的《国家先进污染防治技术名录》和工业和信息化部《建材工业鼓励推广应用的技术和产品目录（2018-2019年本）》，是国家鼓励推广应用的环保技术。

       3.主流技术比较。固化/稳定化-填埋与水泥窑协同处置技术各有所长，从环境危害性及可靠性、经济性等方面进行综合比较，结果如表所示。

       由下表可见，水泥窑协同处置技术具有资源化程度高、环境风险小和不占用土地的特点，与固化/稳定化-填埋技术相比具有明显的优势。

       飞灰处置技术发展趋势分析

       1.主流技术。固化/稳定化-填埋处理技术是目前国内飞灰主要的处置方式，但是该技术占用宝贵的土地资源，剧毒二恶英和重金属仍然存在，存在潜在环境风险。未来随着相关标准及技术的完善，可以应用于飞灰产生量不高而土地资源相对宽裕的中小城市。

       水泥窑协同处置技术利用水泥窑处置飞灰，实现了飞灰的无害化处置和资源化利用，在解决“垃圾围城”“最后一公里路”难题的同时，促进了水泥行业绿色转型发展，具有显著的社会效益和环境效益。水泥窑协同处置飞灰技术成熟，标准体系完善，是拥有水泥厂的大中型城市的首选技术，具有良好的发展前景。

       目前，金隅集团旗下北京金隅琉水环保科技有限责任公司在北京建筑材料科学研究总院有限公司的技术支持下，经过多年的研究开发，形成了完整的水泥窑协同处置飞灰技术，编制了相关行业标准和团体标准，并在集团内外进行了推广应用。

      2.其他相关技术。高温烧结制陶粒技术特点是飞灰中二恶英降解率可高达到95%以上，烧结产物为轻质致密固体，可作为陶粒使用，但该技术工艺路线较为复杂，尾气处理难度较大，产生二次飞灰较多，还有许多的技术难题需要克服。

       采用等离子体熔融可完全分解飞灰中二恶英及其他有机污染物，最终产生无毒无害的可直接建材化利用的玻璃体渣，但该技术由于处置成本高、技术难度大，又有二次飞灰的问题，目前仅处于小规模处置阶段，技术的应用推广还有很长的路要走。

       低温解毒技术目前相对研究的单位较少，技术成熟度不高，二恶英的低温降解和易挥发重金属的污染控制是其技术的瓶颈。