淺析生活垃圾焚燒后固體廢物的處理

王曉英

摘要：我國是世界上城市生活垃圾產生量最大的國家，并且還在持續增加，由于垃圾填埋場的選擇難度日益增加，垃圾焚燒成為主要的替代處理方式。垃圾焚燒后產生的固體廢棄物也隨之大量增加。其中含有的重金屬、二噁英等多種污染物會對環境和人類健康造成嚴重危害。本文詳細介紹了垃圾焚燒后固體廢物的多種減量化、資源化、無害化和穩定化方法。

關鍵詞：生活垃圾；焚燒；灰渣；底灰；飛灰；資源化

中圖分類號：X7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4437（2013）03-0068-02

生活垃圾，是指在日常生活中或者為日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物以及法律、行政法規規定視為生活垃圾的固體廢物。目前我國城市生活垃圾累計堆存量高達70億噸，占地約80多萬畝，并以4.8%的速度增長。據統計資料顯示，我國垃圾增長率達到10%以上，許多城市處于“垃圾圍城”的局面。

由于生活垃圾焚燒處理速度快，占地面積少。減量化和無害化效果顯著，因此在我國用地緊張、生活垃圾處理壓力大的情況下，生活垃圾焚燒已經作為一種常用手段得到了廣泛應用。但是垃圾焚燒后產生的固體廢棄物也隨之大量增加，探索適合我國國情的處理處置及再利用方法至關重要。

一、生活垃圾焚燒產生的固體廢物危害

我國根據其位置的不同，將城市生活垃圾焚燒灰渣分為底灰和飛灰。通常底灰即爐渣，包括爐排渣和爐排掉落渣，是灰渣的主要部分，而飛灰包括熱回收系統灰、煙灰和煙氣凈化系統灰渣。

底灰大約占灰渣的80%～90%（以質量計）。其物理成分主要是熔渣、鐵及其他金屬、陶瓷、玻璃、其他一些不可燃物質以及未燃的有機物所組成的混合物。當去除其中的大塊物質后，它的外觀與多孔隙的、淺灰色的細砂類似。飛灰約占灰渣的10%～20%，占焚燒垃圾總量的3%～5%。從化學成分分析，底灰中的主要元素有O、si、Fe、Ca、Al、Na、K和C，而飛灰中的主要元素包括O、si、Ca、Al、cl、Na、K、S和Fe。其中金屬元素多以氧化物的形式存在，比如SiO2、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃以及Na₂O、K₂O、MgO等，部分以氯化物、硫化物、碳酸鹽的形式存在。飛灰PH一般呈堿性，最高可達12.8。焚燒飛灰相對底灰來說含有更高濃度的化學反應產物、重金屬、二噁英類污染物，屬于浸出毒性的危險廢物，須進行穩定化和固化處理。目前來說，因危險廢物填埋場選址困難，因此，垃圾飛灰的無害化和資源化利用是垃圾飛灰處置的理想選擇。

有學者對城市生活垃圾焚燒灰渣的特征研究實驗得知：沸點溫度較高的、難揮發的元素在底灰和爐排灰中分布較多，容易在底灰和爐排灰中富集。在焚燒時，垃圾中的部分有害組分會轉入到灰渣中，對環境造成潛在危害。灰渣中含有大量對人體有毒有害的物質，主要包括重金屬和有機物兩大類。

1.灰渣中重金屬的危害

城市生活垃圾焚燒爐中，高蒸氣壓下的重金屬（cd、Pb、As和Hg）會轉化成金屬氯化物在飛灰中富集，而一些難揮發的重金屬在底灰中的含量要高于飛灰。由于垃圾中各種重金屬含量及其焚燒過程中重金屬的遷移和轉移特性不同，不同飛灰樣品中重金屬含量存在較大差異。有些重金屬的含量遠遠超出國家標準，通過各種遷移轉化路徑進入生物圈，而造成對生物圈生物的毒害，從而影響生態平衡，經過生物放大、富集作用，在環境中存在潛在危害，易對人類產生危害。

2.灰渣中二噁英的危害

垃圾焚燒過程中二噁英類污染物產生的原因很多，主要原因是垃圾中含有的有機氯化物、元機氯化物、PVC和多環芳烴。以及燃燒不完全造成的；其次是垃圾中的廢金屬為催化劑，特別是銅在飛灰催化反應中起決定作用。大氣環境中的二噁英90%來源于城市和工業垃圾焚燒。

二噁英類污染物是環境內分泌干擾物的代表，有明顯的免疫毒性，同時還會引起皮膚損害。流行病學研究表明，二噁英類污染物暴露可增加人群患癌癥的機率。排放到大氣環境中的二噁英類污染物吸附在顆粒物上，進入環境，然后通過食物鏈的富集作用進入人體，一旦在人體內積累會產生一系列毒性效應，損害免疫系統并具有三致作用。因此，二噁英污染越來越受到關注。

3.其他物質的危害

固體廢物中還含有煙塵與溶解性鹽，煙塵大多為粒徑10-200μm的顆粒物。由于這些粉塵粒子表面附著zn、Pb、Cu、Cr等重金屬及二噁英類劇毒有機污染物，一旦進入人體，會引發各種疾病。按《國家危險廢物名錄》規定，這些對人體健康和生態環境具有極大危害的飛灰屬危險廢物。此外，沸點較高、難揮發的重金屬易在底灰中富集，致使城市焚燒垃圾中有害組分會轉入到灰渣中，對土壤和水體造成潛在的污染。而飛灰中溶解鹽的大量存在會增加其它某些污染物的溶解性，可能會影響飛灰的固化和穩定化。

二、生活垃圾焚燒后產生的固體廢物處理方法

1.底灰的處理

底灰預處理技術主要有篩選（調整粒徑范圍）、磁選（去除黑色金屬，主要為鐵）、渦流分選（去除有色金屬）、老化或風化1至3個月（降低溶解鹽浸出濃度。改善其物理化學性質）；處理技術有提取或回收，玻璃化、熔融等熱處理法，固化或穩定化（水泥固化、瀝青固化、石灰穩定、化學藥劑穩定法等）和蒸發結晶（去除Hg）等。

目前世界上底灰的資源化利用途徑主要有：

（1）石油瀝青鋪裝路面的替代骨料

生活垃圾焚燒的底灰，經預處理去除其中的黑色及有色金屬并達到適宜的粒徑后，可與其它骨料相混合，用作石油瀝青鋪面的混合物。這種利用方式不會對環境和人類產生影響。

（2）水泥、混凝土的替代骨料

最常見的是將底灰、水、水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土磚。對這種混凝土建筑的檢測結果表明，沒有有毒有害物質浸出。以生活垃圾焚燒灰和下水道污泥為主要原料，經處理、配料，并經嚴格的生產管理可制成通常所謂生態水泥，其性能與普通水泥混凝土大致相同。

（3）填埋場覆蓋材料

由于填埋場地自身的有利衛生條件，如含環境保護設施如防滲層及滲濾液回收系統等，灰渣因重金屬浸出而對人類健康和環境的不利影響可以得到很好的控制。灰渣若用作填埋場覆蓋材料，可不必進行篩選、磁選、粒徑分配等預處理工藝。因此在經濟上、環境上和技術上，灰渣用作填埋場覆蓋材料均是一種非常好的選擇。

（4）路基、路堤等的建筑填料

由于目前填埋庫容的緊張、重新選址的困難和填埋費用的昂貴，以及天然骨料缺乏的壓力，底灰用作停車場、道路等的建筑填料。底灰的穩定性好，密度低，其物理和工程性質與輕質的天然骨料相似，并且焚燒灰渣容易進行粒徑分配，易制成商業化應用的產品，因此成為一種適宜的建筑填料。

（5）回收黑色金屬

黑色金屬大約占底灰的15%。利用磁選和篩分從底灰中提取黑色金屬，有些工廠還利用渦電流來分離有色金屬。

2.飛灰的處理

目前，飛灰處置的常用方法：一是囿化穩定化。經過適當處置后進入危險廢物填埋場進行最終處置。水泥固化、瀝青周化、熔融固化、化學藥劑固化穩定化等，經過固化穩定化處理后的產物，如滿足浸出毒性標準或者資源化利用標準，可以進入普通填埋場進行填埋處置或進行資源化利用。二是提取重金屬。酸提取、堿提取、生物及生物制劑提取等。經過重金屬提取后的飛灰和重金屬可以分別進行資源化利用。

以下是飛灰的一些資源化利用方法。

（1）水泥產品

飛灰的主要化學成分為：SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃等，與目前常用的高爐礦渣、粉煤灰等輔助性膠凝材料非常接近，而且飛灰顆粒微細，比表面積大，易與其它成分反應形成新的物相。水泥對于焚燒飛灰的固化效果良好，因此可以將飛灰作為一種輔助性膠凝材料。

（2）混凝土

因為飛灰中含有很多水泥類物質，因此可代替混凝土中的水泥。目前常用水泥固化、穩定化來處理危險固體廢物，因此用飛灰代替水泥用于混凝土，一方面可節約水泥，降低成本，另一方面可處理飛灰。

（3）陶瓷

飛灰的主要成分決定了其可以用于陶瓷，并且由于飛灰的顆粒較細故可直接加入陶瓷原料中，不需進行預處理。飛灰玻璃化后的產物用途較廣，可用予噴砂丸、混凝土的骨料、路基、堤壩、建筑與裝飾材料等等。

3.二噁英的處理

（1）加強垃圾分類收集管理

垃圾預處理是控制二噁英的重要手段。將生活垃圾進行篩選，減少含氯有機物的量，從源頭控制二噁英中氯的來源。首先要加強有機氯化物、無機氯化物、多環芳烴和重金屬等污染源的監控和管理。禁止這些污染物混入生活垃圾中；其次是垃圾分類收集，并在生活垃圾焚燒前分選出可能存在的有機氯化物、無機氯化物和多環芳烴等污染物；第三是從垃圾中直接回收可利用的Fe、Cu、Al和Ni等金屬以及塑料制品。采取以上措施可最大限度地從源頭上消除或削減垃圾中的氯化物和廢金屬含量。

（2）3T焚燒技術

采用3T焚燒技術方法可有效控制二噁英類和苯并芘類污染物的生成，所謂3T焚燒技術是指：①溫度（Temperaturo），保持爐內高溫在1000℃以上，可將二噁英類和苯并芘類污染物全部分解；②時間（Time），保證煙氣在高溫停留時間延長在28以上，煙氣中含氧比控制在6%以上；③渦流（Turbulence），優化爐型和二次空氣的噴人方法，充分混合攪拌煙氣使其完全燃燒。

（3）煙氣急冷降溫

采用急冷降溫方法快速使洗滌煙氣溫度降低到200-280℃，避開二噁英類污染物再合成的溫度（280-450℃），并盡可能縮短250-800℃溫區的停留時間，可以達到抑制二噁英類和苯并芘類污染物生成的目的。

（4）采用高效除塵設備

用袋除塵器去除亞細粒子表面吸附的二噁英類污染物。

（5）細菌降解

從污染土壤樣本中檢測出的細菌菌種中篩選出以二噁英為食源的菌種。

將生活垃圾焚燒后產生的固體廢物即底灰和飛灰進行資源化利用是可行的，只要處理處置得當，可以減小對環境造成的危害，符合可持續發展的原則，能夠實現環境、經濟和社會效益的和諧統一。