新發(fā)展需求下生活垃圾焚燒飛灰處理措施研究
2022年10月12日，住建部發(fā)布《2021年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》和《2021年城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》，根據(jù)統(tǒng)計2021年生活垃圾焚燒廠583座，日處理能力719533噸。
生活垃圾焚燒處理時會產(chǎn)生飛灰，相較于應(yīng)用最廣的兩種生活垃圾焚燒爐型，爐排爐焚燒工藝的飛灰產(chǎn)生率（3%~5%）遠小于流化床焚燒工藝的飛灰產(chǎn)生率（15%~20%）。但即便是按照爐排爐焚燒工藝的飛灰產(chǎn)生率中值4%計算，按2021年焚燒能力統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國飛灰日產(chǎn)生量28781噸，全國飛灰年產(chǎn)量約1000萬噸。飛灰處理已逐漸成為城市生活垃圾處理亟待解決的問題。
為應(yīng)對飛灰處置問題，2020年7月，國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布關(guān)于《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》，明確要求：建設(shè)垃圾焚燒設(shè)施應(yīng)同步明確飛灰處置途徑，跨區(qū)域布局建設(shè)飛灰協(xié)同處置設(shè)施。
2020年8月，生態(tài)環(huán)境部首次發(fā)布《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）》，規(guī)定了生活垃圾焚燒飛灰收集、貯存、運輸、處理和處置過程的污染控制技術(shù)要求。
2022年1月，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于支持貴州在新時代西部大開發(fā)上闖新路的意見》，要求深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)，實施生活垃圾焚燒發(fā)電和飛灰利用處置示范工程。
2022年10月，浙江省生態(tài)環(huán)境廳印發(fā)《浙江省危險廢物“趨零填埋”三年攻堅行動方案》，通知要求以焚燒灰渣、廢鹽資源化為突破口，打通危險廢物減量化、資源化通道。2024年底前，形成滿足實際需求的焚燒灰渣、廢鹽等大宗危險廢物資源化利用能力，到2025年，全省危險廢物填埋比控制在5%以內(nèi)。
一、飛灰的產(chǎn)生及危害
生活垃圾焚燒飛灰主要來源為反應(yīng)塔底部收集的脫酸反應(yīng)生成物、煙氣中粗煙塵的混合物，以及由布袋除塵器捕集的煙氣中的灰塵。
生活垃圾焚燒飛灰的有害成分主要體現(xiàn)在Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni等重金屬、可溶鹽、以及二噁英和呋喃等有機物。由于含有毒性物質(zhì)，《國家危險廢物名錄》修訂時明確“生活垃圾焚燒飛灰”屬于危險廢物，危廢類別為HW18。
二、飛灰處理的傳統(tǒng)技術(shù)
1.飛灰進入生活垃圾填埋場的歷程
2008年以前，由于當時生活垃圾焚燒廠數(shù)量少，飛灰除少數(shù)地區(qū)開展水泥窯協(xié)同處置外，飛灰的合法處置方式只有送危險廢物填埋場進行填埋處置。但是，隨著生活垃圾焚燒行業(yè)的發(fā)展，飛灰產(chǎn)生量逐漸增大，而危險廢物填埋能力相對有限，飛灰進入危險廢物填埋場處置從經(jīng)濟和技術(shù)上均不可持續(xù)。
為破解焚燒飛灰處置的困境，2008年以來，環(huán)保部先后修訂了《生活垃圾填埋場污染控制標準》《生活垃圾焚燒污染控制標準》，針對飛灰進入生活垃圾填埋場處置在含水率、二噁英含量、重金屬濃度等方面提出了入場要求。2016年，環(huán)保部修訂《國家危險廢物名錄》，在名錄豁免管理清單中允許飛灰在滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》規(guī)定的條件下，進入生活垃圾填埋場處置。
2008年版《國家危險廢物名錄》中將飛灰列入危廢名錄，但并未對生活垃圾焚燒飛灰提出豁免管理，2016年版《國家危險廢物名錄》新增了對生活垃圾焚燒飛灰提出了豁免管理要求，包括豁免環(huán)節(jié)、豁免條件和豁免內(nèi)容等。但豁免清單僅豁免了危險廢物特定環(huán)節(jié)的部分管理要求，并沒有豁免其危險廢物的屬性和危險廢物管理的其他程序。
2016年以前，規(guī)定要求水泥生產(chǎn)企業(yè)、垃圾填埋場接收飛灰填埋時需具備危廢處理處置相關(guān)許可證，從而影響了飛灰的無害化處置�！睹洝穼嵤┖螅罾盥駡霾辉傩枰暾埥�(jīng)營許可證就可接受飛灰填埋，從而促進了飛灰填埋場的建設(shè)。
2.國際飛灰處理的傳統(tǒng)技術(shù)
目前我國飛灰處理的主要方式是“穩(wěn)定化固化+生活垃圾填埋場填埋”的方式處理。其中穩(wěn)定化固化多在生活垃圾焚燒廠完成，填埋時需進入填埋場獨立分區(qū)。這種處理方式以無害化為目的，固化穩(wěn)定化重金屬，利用防滲手段，隔絕重金屬與二噁英與外界的聯(lián)系。
這也是國際上多數(shù)發(fā)達國家采用的主要處理路徑。其中美國、加拿大、瑞典、法國、意大利、日本、英國等發(fā)達國家均采用此類技術(shù)，以無害化處理為目標，對飛灰進行固化穩(wěn)定化，然后進入獨立庫區(qū)、廢舊礦井填埋（貯存）。
利用螯合劑可固化飛灰中的重金屬，飛灰降低至重金屬浸出標準后垃圾填埋場可進行分區(qū)填埋，以減少重金屬的浸出風(fēng)險，該方法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的飛灰處置技術(shù)。
3.飛灰填埋存在的問題
2016年環(huán)保部組織開展了全國垃圾焚燒行業(yè)環(huán)境保護專項執(zhí)法檢查，由各省級環(huán)保部門逐一對所有在用垃圾焚燒廠和在建垃圾焚燒項目進行現(xiàn)場檢查，并將飛灰處置作為檢查內(nèi)容之一。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，飛灰填埋主要存在的問題如下：
1）入場重金屬超標；預(yù)處理企業(yè)為節(jié)約成本，藥劑、螯合劑摻加比例少，造成重金屬析出。
2）未經(jīng)固化與生活垃圾混合填埋；運營單位意識不強，出現(xiàn)了飛灰與生活垃圾混合填埋現(xiàn)象。
3）未嚴格執(zhí)行分區(qū)填埋；生活垃圾填埋場無獨立分區(qū)空間，未采取有效的分區(qū)措施。
4）未采取日覆蓋、雨污分流等措施，造成飛灰填埋場積存滲濾液。
5）選址不當，地下水位高，外界壓力突破人工防滲襯層，造成飛灰填埋場積水。
4.近幾年飛灰填埋相關(guān)政策要求
2020年7月，發(fā)改委等三部委發(fā)布關(guān)于印發(fā)《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》通知，其中要求如下：
跨區(qū)域布局建設(shè)飛灰協(xié)同處置設(shè)施，其它地區(qū)可在省域內(nèi)統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)飛灰處置設(shè)施。
合理規(guī)劃建設(shè)生活垃圾填埋場，原則上地級以上城市以及具備焚燒處理能力的縣（市、區(qū)），不再新建原生生活垃圾填埋場。
2020年8月，生態(tài)環(huán)境部實施《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 1134-2020），其中對于飛灰填埋處置有如下要求：
未經(jīng)處理的飛灰采用密封包裝后，可進入滿足 GB 18598 要求的新標準剛性危險廢物填埋場填埋。
飛灰處理產(chǎn)物滿足 GB 18598 關(guān)于重金屬浸出液濃度、PH值、含水率、水溶性鹽、有機質(zhì)等入場要求的，可進入柔性危險廢物填埋場填埋。
飛灰處理產(chǎn)物滿足 GB 16889 關(guān)于重金屬浸出液濃度、含水率、二噁英等入場要求的，可進入生活垃圾填埋場分區(qū)填埋。
綜上，《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）》雖然指出了焚燒飛灰填埋3個去處：新標準剛性填埋場、柔性危廢填埋場、生活垃圾填埋場獨立分區(qū)。
但新標準剛性填埋場處理成本（1200~2200元/噸）百倍于生活垃圾填埋場（50~100元/噸），新標準柔性危廢填埋場處理成本（200~300元/噸）數(shù)倍于生活垃圾填埋場。而且按2020年實施的《危廢填埋污染控制標準》要求，柔性危廢填埋場已經(jīng)很難選到合適的場址。考慮到經(jīng)濟因素，焚燒飛灰似乎只有一個去處，生活垃圾填埋場獨立分區(qū)。
但是《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》通知限制了生活垃圾填埋場的建設(shè)，“原則上地級以上城市以及具備焚燒處理能力的縣（市、區(qū)），不再新建原生生活垃圾填埋場。”
根據(jù)政策導(dǎo)向，焚燒飛灰很難再“入土為安”。
三、飛灰處理的資源化利用方式
1.飛灰資源化利用技術(shù)
飛灰資源化利用方式一般是進行建材使用，或者利用預(yù)處理工藝提取金屬成分。目前國內(nèi)進行資源化利用的工藝有水泥窯協(xié)同、低溫?zé)岱纸狻⒏邷責(zé)Y(jié)、高溫熔融、酸洗利用、飛灰機械化學(xué)處置工藝等。
各工藝處理方式及存在的問題如下：
水泥窯協(xié)同處置飛灰：由于國內(nèi)生活垃圾焚燒飛灰氯含量較高，水泥窯協(xié)同處置飛灰首先需進行除氯，入窯前須預(yù)處理將飛灰氯含量降至1%以下，因此飛灰進水泥窯前需先進行水洗。
經(jīng)水洗后的濕灰，含水率通常在30%左右。濕灰在庫存過程中易板結(jié)，運轉(zhuǎn)時需要對板結(jié)成大塊的飛灰再進行破碎。另外，協(xié)同處置飛灰的水泥產(chǎn)品，重金屬含量遠高于普通水泥，應(yīng)用在外界建筑材料時，有重金屬析出的風(fēng)險。
低溫?zé)岱纸猓簩w灰在缺氧或無氧氣氛下，通過低于500℃的低溫?zé)岱纸夥磻?yīng)，將有機污染物從飛灰基質(zhì)揮發(fā)，如對二噁英脫除效率可達 99%。但熱脫附可能引起二噁英再合成，且僅能作為飛灰處置的預(yù)處理。
飛灰燒結(jié)處置：指將飛灰或其處理產(chǎn)物與其他硅鋁質(zhì)組分、助熔劑進行混合后，通過高溫使其部分熔融，冷卻后形成燒結(jié)體產(chǎn)物的過程。
利用低于熔融的溫度（900-1000℃），提供飛灰的擴散能量，將大部分甚至全部氣孔填充，變成致密堅硬的燒結(jié)體并符合各種材料性能要求。經(jīng)過燒結(jié)后，燒結(jié)體內(nèi)致密的顆粒將重金屬包圍降低飛灰重金屬浸出毒性，飛灰的堆積密度也提高，從而降低飛灰填埋費用。燒結(jié)能耗低于熔融，但一般效果也低于熔融。
飛灰熔融處置：指將飛灰或其處理產(chǎn)物與其他硅鋁質(zhì)組分、助熔劑進行混合后，通過高溫使其完全熔融， 再經(jīng)過水淬等急冷處理，形成致密玻璃體產(chǎn)物的過程。
飛灰熔融處置利用高溫（＞1400℃）來降解飛灰中有機污染物，將重金屬穩(wěn)定于致密的陶瓷及玻璃結(jié)構(gòu)體中。飛灰熔融后僅密度增加就可減容70%以上，且生成的玻璃體能滿足危險廢棄物毒性浸出標準，從而實現(xiàn)減容、減毒以及資源化利用。
但飛灰熔融能耗大、成本高。另外飛灰熔融時，低熔點鹽和重金屬會揮發(fā)進入煙氣形成鹽霧，最終對煙氣進行冷凝凈化捕集生成二次飛灰，對環(huán)境造成二次污染風(fēng)險。
酸洗利用：利用酸溶液去除飛灰中可溶鹽、重金屬等，酸洗后灰漿制成水泥塊體，相對飛灰直接制備的水泥塊體具有較高的抗壓強度。
通過利用不同pH的硝酸對垃圾焚燒飛灰重金屬進行浸出發(fā)現(xiàn)，pH越低對Cr、Cu、Pb和Zn元素的浸出率越高。重金屬浸出率隨酸灰比增加而增加，不同酸對重金屬的浸出效果差異也很大，無機酸效果優(yōu)于有機酸。酸洗利用一般屬于預(yù)處理手段，成本較高。
飛灰機械化學(xué)處置工藝：通過引入機械能量使受力飛灰的理化性及結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，具有重金屬固化和二噁英降解的潛力。
機械化學(xué)法處理過程處于完全封閉的反應(yīng)器中，因此處理過程不會產(chǎn)生如常規(guī)熱處理技術(shù)存在的二噁英再合成問題。機械化學(xué)法降低重金屬浸出濃度原理為機械化學(xué)法處置激活了飛灰顆粒，使其內(nèi)部晶體的反應(yīng)活性和重金屬浸出濃度降低。但機械化學(xué)法主要是科研研究以及中試，目前暫未見相關(guān)工程應(yīng)用報道。
2.飛灰資源化利用存在的問題
飛灰資源化利用工程主要存在于經(jīng)濟發(fā)達的城市，除水泥窯協(xié)同處置外，其他工藝實際應(yīng)用案例較少，主要原因如下：
1）資源化利用成本高
以資源化利用為處理工藝的飛灰處置價格普遍在2000元/噸上下。
其中，衢州市區(qū)生活垃圾焚燒飛灰處置服務(wù)采購項目飛灰處理費用1750元/噸，嘉善縣生活垃圾焚燒飛灰外運處置項目飛灰處理費用2200元/噸，上海市政府定價的經(jīng)營服務(wù)性收費目錄清單（2021版）中飛灰處理費用1860元/噸，而采用傳統(tǒng)的“穩(wěn)定化固化+填埋”工藝，實際單價一般在100~300元。
2）終端產(chǎn)品銷路問題
由于重金屬不能破壞分解，因此如不能提取利用，飛灰中的重金屬都將轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，影響下游企業(yè)應(yīng)用的積極性。
以日本的生態(tài)水泥為例，用垃圾焚燒爐飛灰為原料制造出來的生態(tài)水泥，在2001-2006年有五家生態(tài)水泥廠相繼投產(chǎn)，最大產(chǎn)能85萬噸/年，但由于銷路不暢，大部分都已停產(chǎn)。
3）污染處置難題
垃圾焚燒飛灰中富集了焚燒煙氣中的重金屬、二噁英等污染物，且具有高氯的特點，成為其處理處置的難題。建材利用存在重金屬與二噁英造成環(huán)境污染的風(fēng)險；高氯易導(dǎo)致設(shè)備易腐蝕；且氯回收難度大，處理成本高。
四、結(jié)論
目前飛灰處置技術(shù)體系仍存在自身不足，符合環(huán)境安全且具有普遍適用性的飛灰處理技術(shù)仍需進一步研究和開發(fā)。
1.生活垃圾焚燒飛灰的有害成分主要體現(xiàn)在Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Ni等重金屬、可溶鹽、以及二噁英和呋喃等有機物。二噁英和呋喃等有機物可以通過高溫等方式處理，但重金屬只能通過提取利用的方式才能減量。只有能夠回收重金屬，才能真正使得飛灰無害化。否則作為建材應(yīng)用到室外環(huán)境，長期處在濕潤的環(huán)境中，甚至有些地區(qū)酸雨的影響，都增加了重金屬析出的風(fēng)險。
2.目前資源化利用技術(shù)處理飛灰的單價在2000元/噸左右，基本上采用的是財政補貼的方式，按照爐排爐焚燒工藝的飛灰產(chǎn)生率中值4%計算，相當于每噸垃圾焚燒處理費用增加80元，因此，資源化利用技術(shù)的研發(fā)應(yīng)考慮經(jīng)濟性，否則只能應(yīng)用于東部發(fā)達城市。
3.如土地資源不匱乏，利用螯合劑固化飛灰中重金屬，降低至重金屬浸出標準后進行貯存處理，等待成熟經(jīng)濟的資源化利用技術(shù)，未嘗不是明智之舉。
4.加強飛灰監(jiān)督管理，既要對飛灰填埋運營方式加強監(jiān)督管理，又要對資源化利用技術(shù)高處理成本帶來的非法傾倒、非法處置利用進行監(jiān)管。
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