劉錫軍

（賀州市城市管理局，廣西 賀州 542899）

隨著國內(nèi)社會及經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民群眾的物質(zhì)消費水平不斷提高，同時，生活垃圾的產(chǎn)生量也隨之快速增加，2020年，我國城鎮(zhèn)生活垃圾清運量達(dá)23511.7萬噸，而2021年生活垃圾清運量達(dá)到了27119萬噸。因此，生活垃圾及其處理產(chǎn)物的安全無害化處置逐漸成為影響我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的關(guān)鍵因素。在此背景下，國家針對生活垃圾處理相繼出臺了多項政策。2020年7月，國家發(fā)改委、住建部和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(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》，提出大力提升垃圾焚燒處理能力；同年9月，新版《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》正式施行，明確生活垃圾處理應(yīng)堅持“減量化、無害化、資源化”原則，鼓勵垃圾分類；2021年5月，發(fā)改委發(fā)布《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》，鼓勵城鎮(zhèn)加快補齊生活垃圾收集、轉(zhuǎn)運、無害化處理短板。在政策的鼓勵下，目前國內(nèi)已初步形成了以焚燒為主的生活垃圾處理發(fā)展格局，2021年生活垃圾焚燒處理總量約為16271萬噸，預(yù)計到2025年焚燒處理總量將突破2.5億噸。生活垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生大量的飛灰，這些飛灰中富集了大量的重金屬及有機致癌物二噁英，若處理不合理，會導(dǎo)致有害物質(zhì)浸入地下水及土壤中，從而對人們的身體健康造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。因此，飛灰的安全、無害化、資源化處置，是我國穩(wěn)步推進“無廢城市”建設(shè)、實現(xiàn)我國綠色生產(chǎn)生活方式的關(guān)鍵工作。本文基于上述背景，針對生活垃圾焚燒飛灰無害化處理及資源化利用展開分析，以供參考。

1 飛灰的來源

飛灰指的是生活垃圾焚燒過程中，通過煙氣凈化系統(tǒng)或者熱回收利用系統(tǒng)等收集、余留下來的產(chǎn)物，其中主要含有重金屬、二噁英和氯元素等物質(zhì)。飛灰中氯含量最高可達(dá)20%，且這些氯元素的存在可以給二噁英合成提供充足的氯源，能促進生成二噁英等有毒物質(zhì)，同時也可促使重金屬揮發(fā)，對生態(tài)環(huán)境造成巨大威脅。

2 飛灰的特性

飛灰通常呈灰白色或者深灰色，為細(xì)小粉末狀，具有孔隙率大、含水率小、比表面積大及粒徑不均勻等特點。在焚燒處理中，會使用大量的消石灰等堿性物質(zhì)對產(chǎn)生的煙氣進行脫酸，這樣會使飛灰具備很強的酸緩沖能力及腐蝕性。飛灰中不僅含有Si、Ca、Al、Fe等元素，也包括K、N a、Cl等其他元素，具體來說，飛灰的實際組成情況直接受生活垃圾組成及焚燒工藝的影響[1]。比如，用爐排爐焚燒生活垃圾所產(chǎn)生的飛灰中，通常含CaO、Cl、Na2O、K2O等成分比較多，而循環(huán)流化床焚燒所產(chǎn)生的飛灰中，通常含CaO、SiO2、Al2O3等成分比較多，具體見表1。

表1 爐排爐和循環(huán)流化床焚燒生活垃圾產(chǎn)生的飛灰化學(xué)成分對比表

3 飛灰的環(huán)境風(fēng)險

隨著生活垃圾量的不斷增長，其焚燒飛灰的產(chǎn)量也逐漸增大，這也導(dǎo)致顆粒逸散風(fēng)險、二噁英等有機物污染風(fēng)險及重金屬浸出風(fēng)險等環(huán)境風(fēng)險問題越發(fā)嚴(yán)峻。具體來說，主要有以下幾點表現(xiàn)：（1）隨著飛灰產(chǎn)生量的不斷增加，通過填埋等方式處理導(dǎo)致土地資源越來越緊張，且處理費用也比較高；（2）二噁英為兩組結(jié)構(gòu)不同的多氯三環(huán)芳烴類化合物所構(gòu)成的多種化合物的簡稱，包括75種多氯二苯和135種多氯二苯呋喃，共涉及210種有毒物質(zhì)，可在生物體積累下落，并通過食物鏈進入人體，影響人體的免疫系統(tǒng)及內(nèi)分泌，甚至給人體帶來不可逆的致畸、致癌、致突變等危害；（3）飛灰中的重金屬有著很強的浸出毒性，研究發(fā)現(xiàn)飛灰內(nèi)的Pb、Cu殘渣態(tài)含量比較小，具有不穩(wěn)定性，易釋放到自然環(huán)境中，進而污染土壤和地下水源，并成為威脅人體健康的潛在風(fēng)險；（4）飛灰中含有很多氯化物，若處理不當(dāng)，不僅會污染地下水源，而且也會加快Pb、Zn等重金屬的液相溶出及高溫?fù)]發(fā)，進而嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，給人體帶來致癌風(fēng)險[2]。

4 飛灰無害化處理及資源化利用技術(shù)分析

4.1 固化/穩(wěn)定化技術(shù)

4.1.1 水泥固化技術(shù)

水泥固化技術(shù)是按照一定比例把水泥和飛灰混合到一起，并利用固化包裹措施，將飛灰內(nèi)的重金屬以氫氧化物或者絡(luò)合物的形式被包裹到經(jīng)過水化反應(yīng)之后產(chǎn)生的水化硅酸鹽內(nèi)，進而固化形成塊狀水化硅酸鈣產(chǎn)物，這樣既能降低重金屬的浸出毒性，也可長期保持良好的穩(wěn)定性。比如，學(xué)者杜漸[3]利用硅酸鹽水泥對飛灰進行固化處理研究，發(fā)現(xiàn)水泥經(jīng)水化后會產(chǎn)生鈣礬石及C-S-H凝膠，并有效包裹和固定重金屬離子，同時，強堿性的水泥漿液會促使重金屬離子轉(zhuǎn)化成難以溶解的氧化物或者碳酸鹽，以控制重金屬浸出。目前，在水泥固化技術(shù)的應(yīng)用中多使用普通硅酸鹽水泥對飛灰進行固化處理。

4.1.2 化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)

化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)指的是使用和飛灰內(nèi)重金屬性質(zhì)相匹配的藥劑，與重金屬進行反應(yīng)，從而生成不溶或者難溶的化合物、絡(luò)合物或螯合物，以此降低重金屬的遷移性及毒性?；瘜W(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用過程中，常用的藥劑主要有石膏、硫化物、鐵酸鹽、碳酸鹽及高分子有機穩(wěn)定劑（EDTA）等有機藥劑，且這些藥劑對重金屬穩(wěn)定化有著良好的選擇性。劉引等[4]使用2.5%NaHPO及7.5%Na2S配制無機藥劑對飛灰中的重金屬進行穩(wěn)定，經(jīng)處理后飛灰內(nèi)Cd、Pb、Se、Zn等重金屬的浸出濃度都小于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）[5]中的標(biāo)準(zhǔn)限值。

4.2 熱處理技術(shù)

熱處理技術(shù)是在高溫條件下利用工業(yè)固體廢棄物或者黏土等與飛灰相混合，以此達(dá)到降解有機物污染及穩(wěn)定重金屬的目的。根據(jù)實際處理的溫度不同，熱處理技術(shù)可細(xì)分成燒結(jié)技術(shù)（處理溫度在700 ℃～1100 ℃）、熔融/玻璃化技術(shù)（處理溫度在1000 ℃～1400 ℃）。

4.2.1 燒結(jié)技術(shù)

燒結(jié)技術(shù)是在低于物質(zhì)熔點溫度的條件下，通過提供擴散能量使焚燒后的飛灰顆粒排除氣孔，并相互之間產(chǎn)生粘結(jié)，最終形成致密且堅硬的燒結(jié)體，以此弱化飛灰內(nèi)重金屬的遷移能力。Wong等[6]學(xué)者通過在鐵礦石燒結(jié)過程中加入飛灰代替一些鈣溶劑進行試驗，最終結(jié)果顯示，摻入適量比例的飛灰可以有效改善燒結(jié)指標(biāo)。目前，諸多工程均使用回轉(zhuǎn)爐對生活垃圾飛灰做燒結(jié)處理。

4.2.2 熔融/玻璃化技術(shù)

熔融/玻璃化技術(shù)也被稱為玻璃化法，它主要是在高于物質(zhì)熔點的溫度條件下，先使物質(zhì)達(dá)到熔融狀態(tài)（比如玻璃狀等），再通過冷卻把有毒的重金屬固化到熔渣內(nèi)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定重金屬的目的。玻璃體主要是由SiO4四面體組成的“短程有序，長程無序”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體，可以將重金屬及其他重金屬陽離子固結(jié)在結(jié)構(gòu)內(nèi)，使重金屬浸出率降到極低水平。Yang等[7]利用玻璃化技術(shù)將飛灰內(nèi)的Cr、Cd、Pb等重金屬物質(zhì)有效固結(jié)在玻璃體內(nèi)，但是試驗發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下，個別重金屬會揮發(fā)引起二次污染問題。

4.3 分離萃取技術(shù)

4.3.1 生物浸提技術(shù)

生物浸提技術(shù)主要是通過微生物（細(xì)菌或者真菌）對飛灰中重金屬元素進行溶出的一種技術(shù)。Funari等[8]學(xué)者通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，利用生物浸提技術(shù)能夠有效去除飛灰內(nèi)的Zn、Cu、Pb，去除率均高達(dá)90%以上。當(dāng)下，氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌及鐵氧化鉤端螺旋菌是生物浸提中常用的三種微生物。

4.3.2 化學(xué)浸提技術(shù)

化學(xué)浸提技術(shù)主要是利用專業(yè)的化學(xué)試劑對飛灰內(nèi)的重金屬實施分離、提取及回收的過程。Tang等[9]學(xué)者使用化學(xué)萃取劑（Cyanex572）對酸性飛灰樣品液中的Zn等重金屬進行分離，最終結(jié)果顯示，萃取劑（Cyanex572）對Zn的萃取選擇性要比萃取Cd、Pb、Cu等重金屬高很多。目前HCl、HNO3、H2SO4、NaOH、NH3及螯合劑等都是化學(xué)浸提技術(shù)應(yīng)用中常用的化學(xué)浸提劑。

4.4 水熱處理技術(shù)

水熱處理技術(shù)主要是利用高溫高壓條件把壓力容器內(nèi)的飛灰和水混合溶液制成結(jié)晶體的處理技術(shù)。該技術(shù)在現(xiàn)實中應(yīng)用較多，比如，張超[10]在水熱條件下，通過一定比例將飛灰、粉煤灰及底灰混合產(chǎn)生雪硅鈣石，不僅能夠?qū)χ亟饘龠M行有效固化，而且最終水熱產(chǎn)物中的重金屬浸出濃度也達(dá)到了《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）[5]中的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。另外，F(xiàn)an等[11]通過熔融+水熱的方法制出了X型沸石及羥基方鈉石，且X型沸石在交換能力、比表面積及孔隙體積等方面均優(yōu)于用煤灰制成的沸石，這樣利用水熱技術(shù)處理飛灰制成沸石，為飛灰資源化利用開辟了新的道路。

4.5 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

經(jīng)研究證實，生活垃圾焚燒飛灰內(nèi)的主要化學(xué)成分和水泥熟料中的化學(xué)成分比較相似，所以飛灰可以用作水泥生產(chǎn)的原料。但是飛灰不能直接進入水泥窯進行生產(chǎn)，而是要先通過水洗脫除掉飛灰內(nèi)的可溶性氯鹽，待水洗后的飛灰滿足入窯標(biāo)準(zhǔn)之后，再通過水泥窯中的高溫、堿性環(huán)境對飛灰內(nèi)的有機物進行分解，并把重金屬固化到熟料晶格中。肖海平等[12]學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，利用水泥窯對飛灰進行處理，能夠有效分解二噁英，去除率可達(dá)99%。目前水泥窯協(xié)同處置技術(shù)不僅成為飛灰處理的主要技術(shù)，而且也已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。

4.6 填埋技術(shù)

填埋技術(shù)主要是先對飛灰進行袋裝固化處理，再實施分層、分單元、分區(qū)填埋，填埋過程中需注意采取預(yù)防措施防止飛灰袋發(fā)生破損并產(chǎn)生泄漏。同時，因為飛灰滲濾液的成分比較復(fù)雜，所以需在填埋區(qū)的交界位置布置臨時雨水收集池，防止雨水滲進飛灰中產(chǎn)生滲濾液，還應(yīng)使用密度聚乙烯（HDPE）膜將各填埋單元隔離開，最大限度地防止飛灰污染。目前，國內(nèi)生活垃圾焚燒飛灰只有通過藥劑螯合固化穩(wěn)定或者水泥固化穩(wěn)定滿足相關(guān)環(huán)保要求后，才能運到專門的填埋場進行填埋處理，相關(guān)環(huán)保要求包括《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598-2019）[13]、《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）[14]等。

5 結(jié)語

綜上所述，生活垃圾焚燒飛灰成分復(fù)雜，具有高氯、高危險性等特點，因此，在飛灰處理過程中，相關(guān)人員必須綜合考慮飛灰的環(huán)境風(fēng)險、處理的經(jīng)濟性及社會影響。當(dāng)前單一飛灰處理技術(shù)在應(yīng)用過程中依然存在一些不足，需要相關(guān)單位及技術(shù)人員加大對多項飛灰處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的研究，實現(xiàn)技術(shù)互補，并積極研發(fā)低溫?zé)峤獾刃录夹g(shù)，在不斷提高飛灰處理技術(shù)水平的同時，最大化地挖掘飛灰無害化、資源化利用價值。