中国垃圾焚烧飞灰处理现状及技术路线

中国垃圾焚烧飞灰处理现状及技术路线中国垃圾焚烧飞灰处理现状及技术路线 近年来，我国生活垃圾焚烧得到快速发展。截止 2015 年底，全国已建成生 活垃圾焚烧厂 219 座，日处理能力达到 21.6 万吨，占我国城市生活垃圾无害化 处理总量的比例已经超过 32%，预计在 2020 年内将超过 50%，这意味着焚烧将 代替填埋，成为我国城市生活垃圾处理的主导技术。 生活垃圾焚烧是一个剧烈的高温热化学反应过程， 其环境影响和环境风险主 要来自于高温焚烧产生的烟气，社会和民众最为关切的也是焚烧烟气，因而烟气 净化是垃圾焚烧系统配置和运营管理的重点和焦点所在。在一定程度上，生活垃 圾焚烧技术发展进步的过程就是烟气净化水平不断提高的过程。 随着烟气净化水 平的不断提高， 排放到大气中的烟气越来越清洁，而净化系统截留捕集的细颗粒 物—生活垃圾焚烧飞灰(以下简称飞灰)变得越来越“肮脏”。因富集了毒性较强的 重金属和二噁英类污染物，飞灰在世界各国均属于需要重点控制的危险废物。 我国生活垃圾焚烧取得了快速发展和长足进步，但飞灰的处理远不如人意， 成为生活垃圾焚烧全过程污染控制和风险管理中最为薄弱的环节。 由于缺乏可靠 的统计数据， 历年来我国飞灰真实的无害化处理率不得而知， 但估计远低于预期。 近期媒体上频频报道的飞灰无序堆放、 不规范处理及利用的案例也充分说明 了这一点。2014 年 7 月 1 日，我国新的《生活垃圾焚烧污染控制标准》正式施 行，烟气净化标准进一步向国际先进水平看齐，控制生活垃圾焚烧 “最后一公里” 污染的重点应该转向飞灰处理，否则将为我国固体废物环境管理埋下一颗 “定时 炸弹”。 2016 年 8 月 1 日起施行的《国家危险废物名录》将焚烧飞灰进入生活垃圾 填埋场处置以及进入水泥窑协同处理的过程纳入豁免清单管理。但是，我国飞灰 处理的技术路线尚不明确，政府、行业、企业和专家对飞灰处理的不同技术还存 在较大争议。 本文将在对我国生活垃圾焚烧飞灰性质及现有处理技术进行综合分析的基 础上， 以改善环境质量为根本目标， 以控制环境风险、 遵循环境伦理为基本原则， 提出我国生活垃圾焚烧飞灰处理的适用技术路线。 1 一、我国生活垃圾焚烧飞灰基本性质一、我国生活垃圾焚烧飞灰基本性质 准确全面地认识我国生活垃圾焚烧飞灰的基本性质是处理技术路线选择的 基础。我国生活垃圾焚烧飞灰的基本性质是： (1)产生量巨大。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，目前二者的处理能力分别约占我国生活垃圾焚烧总处理能力的 2/3 和 1/3。机械炉排焚烧炉飞灰产生量较小，约为入炉垃圾量的 3~5%;流化床焚烧炉飞 灰产生量较大，约为入炉垃圾量的 10~15%。据此估算，2014 年我国生活垃圾焚 烧飞灰产生量约 400 万吨， 其中机械炉排焚烧炉飞灰约 150 万吨， 流化床焚烧炉 飞灰约 250 万吨。根据环保部发布的官方统计数据，2014 年我国各类危险废物 产生总量仅为 3634 万吨，可见飞灰在我国危险废物管理中的重要性。 (2)富集重金属和二噁英。生活垃圾中焚烧中大部分重金属和二噁英被烟气 净化系统截留而富集于飞灰中，因而飞灰是环境中重金属和二噁英的重要“汇”， 是明确列入我国 《国家危险废物名录》 的危险废物， 适用于机械炉排焚烧炉飞灰， 同样适用于流化床焚烧炉飞灰，不需要再做进一步的鉴别来确定其属性。这一属 性必须明确坚持，否则将带来生活垃圾焚烧环境监管和市场竞争中的混乱。 (3)挥发性元素含量高。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，但飞灰的主要化学组分为钙、硅 和铝， 接近普通硅酸盐水泥， 存在作为建筑材料进行资源化利用的一定物质基础。 但是，飞灰中氯、硫、钾、钠等挥发性元素含量较高，对其处理和利用影响较大。 特别是由于含氯塑料和食盐含量较高的厨余垃圾入炉焚烧， 导致我国飞灰的氯元 素含量显著高于发达国家，大大增加了飞灰处理与利用的难度。 二、我国生活垃圾焚烧飞灰处理技术路线分析二、我国生活垃圾焚烧飞灰处理技术路线分析 危险废物管理实质上是风险管理， 目的在于将污染物的环境风险控制在可接 受范围内。环境风险控制主要有两条途径，一是源头破坏去除污染物，即削减污 染源强;二是降低污染物迁移性，即切断暴露途径。飞灰的风险主要来自于其中 富集的重金属和二噁英。二噁英虽然毒性较强，但在飞灰中含量甚微，且水溶性 极低，控制其迁移相对容易。重金属在飞灰中含量较高，且遇水易溶出释放，是 环境风险控制的重中之重。 基于飞灰的基本性质及风险控制的主要途径， 目前世界上飞灰处理主要有土 地(包括地质)处置和建材化利用两条技术路线。土地处置技术成熟，流程较短， 2 可有效切断污染物的暴露途径，从而实现环境风险最小化的目标，因而一直是飞 灰处理的主流技术路线，得到广泛认可和应用。建材化利用机理尚不明晰，技术 尚不成熟，流程较为复杂，污染物暴露途径增多，整体而言不利于实现环境风险 最小化的目标，在世界上仅有零星应用。生活垃圾焚烧飞灰采用何种处理方式， 取决于各国的自然社会经济条件和法规标准要求。具体而言，土地处置包括固化 稳定化后填埋处置和深部矿井贮存，建材化利用包括水泥窑协同处置、烧结和熔 融。 固化稳定化后进入危险废物安全填埋场处置是最为稳妥的处置方式。 但是由 于飞灰产生量巨大， 即使将我国已建成的危险废物安全填埋场的所有库容都用来 处置新增飞灰，不到一年就将全部填满。同时，安全填埋场投资成本较高，以每 吨飞灰的入场费用 1500 元计，折合到每吨生活垃圾的处理成本，机械炉排焚烧 炉增加约 60 元，流化床焚烧炉增加约 180 元。考虑到填埋前必不可少的固化稳 定化操作，安全填埋处置的成本还要更高。目前我国生活垃圾焚烧处理正常 (而 不是低价!)中标价格一般为每吨垃圾 60~80 元，仅仅支付飞灰填埋处置成本都不 够。由此可见，不管是在能力上，还是在经济上，飞灰固化稳定化后进入危险废 物安全填埋场处置的道路都是行不通的。 考虑到了上述情况，我国 2008 年修订颁布的《生活垃圾卫生填埋污染控制 标准》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 单元填埋处置。 与飞灰进入安全填埋场的入场要求相比较，进入卫生填埋场的入 场要求增加了含水率、二噁英的含量限值，对重金属的要求也更为苛刻，如铅、 镉、镍、砷的浸出浓度限值降低了数倍到数十倍不等。几年来的实践表明，部分 重金属(如铅)难以稳定达到入场标准， 且重金属固定主要依赖有机或无机螯合剂， 长期固定效果存在一定的不确定性。另外，在现实条件下，飞灰中的二噁英含量 不可能频繁地取样检测，也给标准执行和环境监管带来了较大困难。尽管如此， 这一规定仍然为飞灰的规范处理提供了更加可行的选择，只要管理得当，完全可 以有效控制飞灰的环境风险。 深部矿井贮存是将飞灰置于容器中， 长期贮存于采矿后形成的与生物圈隔离 的深部矿井空间，要求地质上长期稳定，不存在地下水，具有多层不透水的隔离 屏障，深度在地表 400 米以下，首选受纳矿井为岩盐矿，被认为是最为安全的高 毒性难处理固态危险废物处置方式。该技术主要流