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)建設統(tǒng)計年鑒》和《2021年城市建設統(tǒng)計年鑒》，根據統(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生飛灰，相較于應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生率（3%~5%）遠小于流化床焚燒工藝的飛灰產生率（15%~20%）。但即便是按照爐排爐焚燒工藝的飛灰產生率中值4%計算，按2021年焚燒能力統(tǒng)計數據，全國飛灰日產生量28781噸，全國飛灰年產量約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)建設部、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布關于《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》，明確要求：建設垃圾焚燒設施應同步明確飛灰處置途徑，跨區(qū)域布局建設飛灰協同處置設施。
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要求。
2022年1月，國務院發(fā)布《國務院關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。
一、飛灰的產生及危害
生活垃圾焚燒飛灰主要來源為反應塔底部收集的脫酸反應生成物、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，《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
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量少，飛灰除少數地區(qū)開展水泥窯協同處置外，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濟和技術上均不可持續(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許可證，從而影響了飛灰的無害化處置�！睹洝穼嵤┖�，生活垃圾填埋場不再需要申請經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。
2.國際飛灰處理的傳統(tǒng)技術
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系。
這也是國際上多數發(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，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險，該方法是目前國內外應用最廣泛的飛灰處置技術。
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場檢查，并將飛灰處置作為檢查內容之一。經檢查發(fā)現，飛灰填埋主要存在的問題如下：
1）入場重金屬超標；預處理企業(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）未經固化與生活垃圾混合填埋；運營單位意識不強，出現了飛灰與生活垃圾混合填埋現象。
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政策要求
2020年7月，發(fā)改委等三部委發(fā)布關于印發(fā)《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》通知，其中要求如下：
跨區(qū)域布局建設飛灰協同處置設施，其它地區(qū)可在省域內統(tǒng)籌規(guī)劃建設飛灰處置設施。
合理規(guī)劃建設生活垃圾填埋場，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。
飛灰處理產物滿足 GB 18598 關于重金屬浸出液濃度、PH值、含水率、水溶性鹽、有機質等入場要求的，可進入柔性危險廢物填埋場填埋。
飛灰處理產物滿足 GB 16889 關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很難選到合適的場址。考慮到經濟因素，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，“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。”
根據政策導向，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
飛灰資源化利用方式一般是進行建材使用，或者利用預處理工藝提取金屬成分。目前國內進行資源化利用的工藝有水泥窯協同、低溫熱分解、高溫燒結、高溫熔融、酸洗利用、飛灰機械化學處置工藝等。
各工藝處理方式及存在的問題如下：
水泥窯協同處置飛灰：由于國內生活垃圾焚燒飛灰氯含量較高，水泥窯協同處置飛灰首先需進行除氯，入窯前須預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，運轉時需要對板結成大塊的飛灰再進行破碎。另外，協同處置飛灰的水泥產品，重金屬含量遠高于普通水泥，應用在外界建筑材料時，有重金屬析出的風險。
低溫熱分解：將飛灰在缺氧或無氧氣氛下，通過低于500℃的低溫熱分解反應，將有機污染物從飛灰基質揮發(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處理。
飛灰燒結處置：指將飛灰或其處理產物與其他硅鋁質組分、助熔劑進行混合后，通過高溫使其部分熔融，冷卻后形成燒結體產物的過程。
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體并符合各種材料性能要求。經過燒結后，燒結體內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物與其他硅鋁質組分、助熔劑進行混合后，通過高溫使其完全熔融， 再經過水淬等急冷處理，形成致密玻璃體產物的過程。
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構體中。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，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處理手段，成本較高。
飛灰機械化學處置工藝：通過引入機械能量使受力飛灰的理化性及結構發(fā)生變化，具有重金屬固化和二噁英降解的潛力。
機械化學法處理過程處于完全封閉的反應器中，因此處理過程不會產生如常規(guī)熱處理技術存在的二噁英再合成問題。機械化學法降低重金屬浸出濃度原理為機械化學法處置激活了飛灰顆粒，使其內部晶體的反應活性和重金屬浸出濃度降低。但機械化學法主要是科研研究以及中試，目前暫未見相關工程應用報道。
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濟發(fā)達的城市，除水泥窯協同處置外，其他工藝實際應用案例較少，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營服務性收費目錄清單（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移到產品中，影響下游企業(yè)應用的積極性。
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，最大產能85萬噸/年，但由于銷路不暢，大部分都已停產。
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)境污染的風險；高氯易導致設備易腐蝕；且氯回收難度大，處理成本高。
四、結論
目前飛灰處置技術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險。
2.目前資源化利用技術處理飛灰的單價在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，資源化利用技術的研發(fā)應考慮經濟性，否則只能應用于東部發(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，等待成熟經濟的資源化利用技術，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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