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生活垃圾焚燒飛灰處置技術現狀及發展趨勢分析

2020-07-27 03:02:40來源：本站

隨著我國城鎮化的快速發展和人民生活水平的日益提高，城鎮生活垃圾產生量快速增長，2018年全國城市生活垃圾清運量達到了22801.8萬噸，生活垃圾處理處置問題備受關注。

　　生活垃圾焚燒發電因具有減量化明顯、占用土地資源少及可實現能源化的優勢，逐漸成為我國生活垃圾處置的主流方式。根據國家發展改革委和住房城鄉建設部發布的《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》，2020年全國城鎮生活垃圾焚燒發電處理比例目標為54%，生活垃圾焚燒規模將達到59.14萬噸/日。

　　生活垃圾焚燒飛灰（以下簡稱飛灰）是生活垃圾焚燒煙氣凈化系統收集而得到的粉狀物質,屬于危險廢物(編碼為HW18)。近年來，隨著城鎮生活垃圾產生量快速增長，飛灰的產生量越來越大，據中國水泥協會推算，到“十三五”末我國每年飛灰產生量將高達1000萬噸左右。

　　一、飛灰處置的重要性和緊迫性

　　飛灰中含有苯并芘、苯并蒽、二噁英等有機污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金屬，是高度危險的固體廢物。二噁英是具有多種毒性作用的氯化三環芳烴類有機化合物，具有不可逆的致畸、致癌、致突變性；Hg及其化合物具有極強的神經毒性，對人體的多個器官會產生嚴重的損害。飛灰如果處置不當，會對環境造成嚴重毒害作用。

　　我國的大中型城市飛灰產生量大、土地資源緊張，以填埋為主的處置方式面臨越來越大的壓力。2018年，北京生活垃圾無害化處理量為975.1萬噸，飛灰產生量約12萬噸，而北京市唯一滿足填埋飛灰條件的北京金隅生態島科技公司的安全填埋坑庫容僅為12.26萬立方米，不到一年就能填滿。因此亟需尋找出一條既能有效處理飛灰又能節約土地資源的有效途徑。

　　二、飛灰處置技術的難點

　　國內生活垃圾產量、組分等與發達國家有著顯著的不同，使得我國飛灰呈現出明顯的不同特點。

　　（1）氯元素含量高。生活垃圾中含氯塑料等經焚燒分解后產生的氯化氫等酸性物質，與煙氣凈化系統中堿性物反應后生成物進入到飛灰中，另外廚余垃圾中食鹽等也最終富集于飛灰。含氯元素高是我國飛灰最為明顯的特征之一，以北京地區飛灰為例，飛灰含氯量高達20%以上，飛灰中氯元素主要以可溶性氯鹽形式存在，如氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣等。

　　（2）成分復雜，波動大。飛灰中除重金屬和二噁英等有毒有害物質外，還含有鈣硅鋁鐵氧化物、氯鹽以及碳硫磷元素等。飛灰中各物質（元素）的含量會隨著生活垃圾組分、季節、焚燒條件、煙氣凈化水平等的變化而產生較大波動，將給飛灰處理處置帶來很大的困難。

　　三、飛灰處置技術現狀分析

　　1、技術總體情況

　　根據生態環境部正在組織制定的《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術規范》（送審稿）內容，飛灰利用處置分為填埋和資源化兩種方式。填埋是飛灰處置的傳統方法，而資源化是近些年發展起來的新的處理方式。在飛灰填埋或資源化利用處置前，均需對飛灰進行適當的預處理。目前飛灰的預處理技術主要包括水洗、固化/穩定化、高溫燒結、高溫熔融、低溫熱解等。

　　其中，固化/穩定化-填埋技術是指將飛灰中有毒有害組分包容覆蓋起來，或者使其呈現化學惰性，然后進入填埋場進行填埋。水泥窯協同處置技術是將飛灰進行水洗處理（氯鹽去除）后作為水泥原料，通過水泥窯高溫燒成徹底分解二噁英，將重金屬固化穩定化在水泥熟料中，而水洗廢水通過處理后全部回用。高溫燒結制陶粒技術是將飛灰或與工業固體廢物或粘土等原料的混合物，加入助熔劑、粘結劑等添加劑后，加熱至飛灰的熔點，形成可作為陶粒使用的輕質致密固體。等離子體熔融技術是將飛灰或與固體廢物等原料的混合物，加入添加劑后，利用等離子炬產生的熱源，加熱至飛灰完全熔融后，冷卻形成致密玻璃體。低溫熱解技術是指在低溫條件下將飛灰中二噁英類去除后作為替代原料用于建材產品生產。

　　總體而言，固化/穩定化-填埋目前在國內飛灰處置中應用廣泛；水泥窯協同處置是近年來成功研發的飛灰資源化利用技術；高溫燒結制陶粒目前在天津地區飛灰處置中得到應用；等離子體熔融作為飛灰高溫熔融的一種重要方式，近年來已進行了中等規模試驗；低溫熱解是一種新興的飛灰處理技術，有關單位正在開展相關研究。

　　2、主流技術分析

　　2016年8月1日起施行的新版《國家危險廢物名錄》將飛灰進入生活垃圾填埋場處理和水泥窯協同處理的過程納入豁免清單管理，表明固化/穩定化-填埋技術和水泥窯協同處置技術是我國政府認可的飛灰處置的主流技術。

　　（1）固化/穩定化-填埋

　　根據《危險廢物填埋污染控制標準》（GB18598-2001），飛灰滿足穩定化控制限值后可進入危廢填埋場填埋，另外2008年修訂頒布的《生活垃圾衛生填埋污染控制標準》（GB18598-2008）規定，飛灰經過預處理滿足入場要求后，可以進入垃圾填埋場的獨立單元進行填埋。

　　固化/穩定化是飛灰填埋處置利用的預處理技術，其主要作用是控制和降低飛灰中重金屬溶出。固化/穩定化技術主要包括水泥固化法、化學藥劑穩定化法兩大類，其中化學藥劑穩定化法因增容體積小、固化效果較好，近年來研究報道較多，目前常用藥劑可分為無機類和有機類，無機藥劑主要包括石膏、磷酸鹽、硫化物(硫代硫酸鈉、硫化鈉)、鐵酸鹽、硅酸鹽、硅膠、石灰等，有機藥劑主要包括巰基胺鹽、EDTA連接聚體、檸檬酸鹽、多聚磷酸鹽、殼聚糖衍生物等。

　　固化/穩定化-填埋是目前國內飛灰處置中普遍采用的方式，但在填埋前預處理過程尚缺乏統一的技術規范，住房和城鄉建設部正在組織有關單位加緊制定《生活垃圾焚燒飛灰固化/穩定化處理技術標準》。

　　（2）水泥窯協同處置

　　在水泥窯協同處置技術的應用方面，目前國內已建成兩條產能總共為7萬噸/年飛灰處置生產工業線，都已達產達標并穩定運行。

　　采用水泥窯協同處置飛灰后，水泥熟料中重金屬浸出毒性滿足《水泥窯協同處置固體廢物技術規范》（GB30760-2014）標準要求，排放煙氣中污染物濃度低于《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》（GB30485-2013)中限值，水泥質量符合《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2008）標準。

　　水泥窯協同處置飛灰技術憑借其處置徹底、無二次污染和資源化利用的優勢，得到了政府部門的認可，入選國家環保部2017年發布的固體廢物治理領域的《國家先進污染防治技術名錄》和國家工信部《建材工業鼓勵推廣應用的技術和產品目錄（2018-2019年本）》，是國家鼓勵推廣應用的環保技術。

　　3、主流技術比較

　　固化/穩定化-填埋與水泥窯協同處置技術各有所長，從環境危害性及可靠性、經濟性等方面進行綜合比較，結果如表1所示。

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　　由表1可見，水泥窯協同處置技術具有資源化程度高、環境風險小和不占用土地的特點，與固化/穩定化-填埋技術相比具有明顯的優勢。

　　四、飛灰處置技術發展趨勢分析

　　1、主流技術

　　固化/穩定化-填埋處理技術是目前國內飛灰主要的處置方式，但是該技術占用寶貴的土地資源，劇毒二噁英和重金屬仍然存在，存在潛在環境風險。未來隨著相關標準及技術的完善，可以應用于飛灰產生量不高而土地資源相對寬裕的中小城市。

　　水泥窯協同處置技術利用水泥窯處置飛灰實現了飛灰的無害化處置和資源化利用，在解決“垃圾圍城”最后一公里路難題的同時，促進了水泥行業綠色轉型發展，具有顯著的社會效益和環境效益。水泥窯協同處置飛灰技術成熟，標準體系完善，是擁有水泥廠的大中型城市的首選技術，具有良好的發展前景。

　　目前，北京金隅集團旗下北京金隅琉水環保科技公司在北京建材科研總院的技術支持下，經過多年的研究開發，形成了完整的水泥窯協同處置飛灰技術，編制了相關行業標準和團體標準，并在集團內外進行了推廣應用。

　　2、其他相關技術

　　高溫燒結制陶粒技術特點是飛灰中二噁英降解率可高達到95%以上，燒結產物為輕質致密固體，可作為陶粒使用，但該技術工藝路線較為復雜，尾氣處理難度較大，產生二次飛灰較多，還有許多的技術難題需要克服。

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