生活垃圾焚烧飞灰处置方式的发展及探讨｜周文

生活垃圾焚烧飞灰处置的发展

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焚烧飞灰产量的显著增长

2008 年以前，国内生活垃圾主要以填埋为主，生活垃圾焚烧项目较少，因此飞灰产生量也较少，当时国内对飞灰研究重视不够，有害物质认识不清，监管力度和法律法规也不严，飞灰除少数地区开展水泥窑协同或送危险废物填埋场进行填埋处置外，大多都是进入卫生填埋场填埋处置。

过去 30 多年，由于国家政策的支持，我国垃圾焚烧发电行业取得显著的发展，尤其是近十多年的发展最为明显，投入运营的垃圾焚烧发电设施年年创新高。

根据住建部发布的《城乡建设统计年鉴》，我国投入运营的垃圾焚烧厂数量由2012年的167座增加到2022年的961座，同比增长了5倍；日处理规模由 2012年的13.21万吨升至2022年100万吨，同比增长了7倍多，详见表1。

▼表1  我国生活垃圾焚烧发电处理能力与飞灰产量（2012年- 2022年）

随着我国投入运营的垃圾焚烧厂规模日益增加，飞灰的产量也同步增长。若按照炉排工艺 3% 产灰率测算，2022 年我国垃圾焚烧发电日处理规模 99.95 万吨，仅 2022 年这一年全国垃圾焚烧厂飞灰日产量 3 万吨，年产量已超千万吨，相比 2012 年数据，增长了 750%。

焚烧飞灰处置政策、技术规范的发展

2008 年以后，环保部先后修订了《生活垃圾填埋场污染控制标准》、《生活垃圾焚烧污染控制标准》，针对飞灰进入生活垃圾填埋场处置在含水率、二噁英含量、重金属浓度等方面提出了入场要求，对飞灰开始进入生活垃圾填埋场进行填埋处置提供了技术支撑，飞灰开始有序进入生活垃圾填埋场进行填埋处置。

2008 年版《国家危险废物名录》中虽然将飞灰列入危废名录，但并未对生活垃圾焚烧飞灰提出豁免管理，原则上水泥生产企业、垃圾填埋场接收飞灰处置时需具备危废处理处置相关许可证，从而限制了飞灰进入生活垃圾填埋场无害化处置。

2016 年新版《国家危险废物名录》开始实施，首次新增危险废物豁免管理，豁免了飞灰进入生活垃圾填埋场独立分区填埋和水泥窑协同处置的方式。生活垃圾填埋场不需要办理危废许可证就可以接受飞灰处置，由此“稳定化+独立分区填埋”的方式逐渐成为垃圾焚烧企业处置飞灰的主流方式。但是，2016 年版《国家危险废物名录》未被豁免的飞灰资源化工艺产品应符合现行国家标准《固体废物鉴别标准通则》中要求的产品质量标准要求，因此，水洗后的飞灰残渣，如果进入生活垃圾焚烧厂协同处理，产生的炉渣应进行固体废物鉴别。

2020年8月，生态环境部发布《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134-2020），该规范不仅提出飞灰填埋的要求，指出了焚烧飞灰填埋的 3 个去处：新标准刚性填埋场、柔性危废填埋场、生活垃圾填埋场独立分区，同时还提出了飞灰处理工艺和处理产物利用途径等。

2021年5月《“十四五”城市生活垃圾分类处理设施发展规划》(发改环资〔2021〕642号)的发布，一方面提到有序推进填埋设施的封场和生态治理；另一方面原则上地级及以上城市和具备焚烧处理能力或建设条件的县城，不再规划和新建原生垃圾填埋设施。既有填埋设施的封场和新建填埋设施受限，“稳定化+独立分区填埋”的方式会随着既有填埋设施剩余库容的减少而受到越来越大的制约。该规划同时强调，要加快补齐焚烧飞灰处置设施短板，规划建设生活垃圾焚烧厂时要同步明确飞灰处置途径，合理布局生活垃圾焚烧飞灰处置设施。规范了水泥窑协同处理设施建设，加强协同处置过程中飞灰储存、转移等环节管理，强化协同处置设施前端飞灰预处理，避免对环境造成二次污染。

2023年5月，生态环境部与发改委发布《危险废物重大工程建设总体实施方案（2023-2025年）》，在全国统筹建设20个重点区域性特殊危险废物集中处置中心，在这20个集中处置中心中，有17个项目的主要处置对象为飞灰，凸显了飞灰作为危险废物的重要性和紧迫性。

生活垃圾焚烧飞灰现状处理技术分析

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目前，国内外对于生活垃圾焚烧厂的飞灰主要有填埋和资源化利用两方式，其中填埋包括刚性危险废物填埋场填埋、柔性危险废物填埋场填埋，以及生活垃圾卫生填埋场独立分区填埋三种方式。资源化利用包括水泥窑协同处置、高温熔融、高温烧结、低温热分解等方式。

填埋技术

（一）技术条件

根据 2020 年 8 月 27 日生态环境部实施《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》HJ 1134-2020，对飞灰填埋处置有如下要求：

1.未经处理的飞灰采用密封包装后，满足《危险废物填埋污染控制标准》GB 18598 要求，可进入刚性危险废物填埋场填埋。

2.飞灰处理产物满足《危险废物填埋污染控制标准》GB 18598 关于重金属浸出液浓度、pH值、含水率、水溶性盐、有机质等入场要求的，可进入柔性危险废物填埋场填埋。

3.飞灰含水率、二噁英、浸出液危害成分满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB 16889入场要求的，可进入生活垃圾填埋场分区填埋。

由此可见，《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》HJ 1134-2020指出了焚烧飞灰填埋处置的 3 个去处：新标准刚性填埋场、柔性危废填埋场、生活垃圾填埋场独立分区。但由于目前焚烧厂大多采用机械炉排炉，氯离子含量为 10%-20%，未经脱氯的飞灰中“水溶性盐”含量不满足“水溶性盐总量小于10%”的柔性危险废物填埋场入场要求。因此，飞灰固化稳定化后，只能进入刚性危险废物填埋场填埋，或者进入生活垃圾卫生填埋场单独进行分区填埋。

（二）填埋方式

1.飞灰水泥固化-危废填埋场填埋处置

该处理方式是将飞灰与水泥等固化剂混合后形成固化物，从而减少重金属的溶出。初期，由于水泥固化法的工艺简单、技术成本低，该方法得到广泛应用。然而，飞灰经水泥固化处理后增容较大，增大了填埋场库容压力，同时存在重金属在固化后容易再次浸出等问题，再加上进入危废填埋场填埋处置成本较高，极大限制了飞灰进入危废填埋场的使用。

2.飞灰螯合稳定化-生活垃圾卫生填埋场填埋处置

该处理方式是将飞灰螯合剂与飞灰混合，形成一种具有低溶解性、低迁移性、低毒性的高分子络合物，从而实现重金属的稳定化处理。这种飞灰螯合剂不仅处理速度快，而且适用范围广泛，与飞灰混合后形成的固化物稳定性较高。在实现飞灰无害化处理的同时，还能有效减少飞灰的增容。

需要注意的，为确保环境安全，螯合稳定化工艺对飞灰处理后的效果有着严格的要求。处理后的飞灰必须满足《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB 16889-2008）规定条件后，如：“含水率小于30%，二噁英含量（或等效毒性量）低于3 μg /kg”浸出液污染物质量浓度低于下表中规定的限值等，方可进入生活垃圾卫生填埋场进行分区填埋处置。

▼表2   GB 16889 标准中飞灰浸出液污染物浓度限制

现状国内飞灰的处理以卫生填埋为最主要的处理方式，卫生填埋在工程投资、运行成本、运行管理等方面相比均占有较大优势。工程投资方面，可利用生活垃圾卫生填埋场有较大库容优势，建设固化飞灰填埋分区，工程投资更低。运行成本方面，相对于送入危废填埋场，螯合稳定化飞灰送入生活垃圾卫生填埋场处置成本相对较低，在不考虑征地因素条件下，单方填埋处置费用约100-200 元/吨，对比刚性填埋场处置成本约1200~2200元/吨，仅为其十分之几。运行管理方面，固化飞灰安全填埋技术成熟，处理工艺简单，通过严格控制防渗系统质量，加强运营过程的规范作业，可有效降低防渗系统的破坏，对环境影响相对较小。

由此可见，从经济性以及豁免不需要办理危废许可证等因素考虑，飞灰送入生活垃圾卫生填埋场，采取独立分区的填埋处置方式是目前填埋处理的适宜选择。

（三）存在问题

根据《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》“原生垃圾零填埋，限制生活垃圾填埋场的建设”的政策导向，各地正加速生活垃圾填埋场的停用、封场，未来飞灰较难有条件再进入已建成的生活垃圾卫生填埋场进行分区填埋处置。同时，由于监管缺失和节省成本的考量，以及存量老旧生活垃圾卫生填埋场防渗功能较弱，近年来飞灰成为中央环保督察组重点监管对象。总结起来，固化飞灰填埋过程中存在如下问题：

1.入场重金属超标；为了节省成本，药剂、螯合剂掺加比例少，导致重金属含量超标。

2.预处理工艺不达标，耐久性不强；由于螯合剂厂商水平参差不齐，受雨雪天气影响，螯合固化作用失效，耐久性不强，重金属等有害物易浸出。

3.未严格执行分区填埋，也未经固化与生活垃圾混合填埋；运营单位意识不强，未采取有效的分区措施，无独立分区空间，出现了飞灰与生活垃圾混合填埋现象。

4.未及时采取日覆盖、雨污分流等措施，造成飞灰填埋场积存渗滤液，引发二次污染。

5.选址不当，地下水位高，外界压力突破人工防渗衬层，造成飞灰填埋场积水。

资源化利用技术

（一）水泥窑协同处置技术

1.技术条件

飞灰进入水泥窑协同处置必须满足《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》（HJ662-2013）和《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB 30485-2013）的要求，尤其是飞灰中氯、硫和氟的含量必须低于其相应限值：

（1）氯和氟：入窑原燃料（包括常规原燃料和废物）中 F元素的含量一般≤ 0.5%；入窑原燃料（包括常规原燃料和废物）中 Cl元素的含量一般≤ 0.04%。

（2）硫：通过配料系统投加的物料中硫化物硫与有机硫的总含量不应大于 0.028%；窑头、窑尾高温区投加的全硫与配料系统投加的硫酸盐硫总投加量不应大于 3000mg/kg熟料。

2.水泥窑协同处理方式

通常情况下，飞灰采用水洗脱盐后，将氯含量降至 1% 以下，再运输到周边区域的水泥厂进行协同处置，北京、上海、浙江的飞灰大部分采用此种方式。水洗脱盐后的飞灰先经窑尾烟气干燥，然后加入水泥窑中。由于飞灰中的氯离子较多，水泥熟料掺入比例不协调会对混凝土中的钢筋具有腐蚀性，影响建筑物的结构强度，因此，飞灰进水泥窑必须控制掺入比，降低氯离子的含量。一般情况下水洗后飞灰添加比例为2%左右。如果飞灰直接加入，添加比例一般低于0.5%。此外，受限于运输半径的问题，目前该方法仅在靠近水泥厂的少数地区使用。

3.存在问题

（1）水泥窑协同处置工艺流程较复杂，且在处理过程中有大量污染副产物产生，如水泥窑协同处置过程会产生大量用于洗涤飞灰产生的高盐废水，需妥善处理。同时，水泥窑协同处置并不能把重金属破坏，只能将重金属分散到水泥熟料中，可能再次排入环境，具有一定的生态风险。

（2）飞灰水洗比较高（15~20:1），需要大量用水，同时产生大量废水需要蒸发、干燥，最后产生大量废盐（氯化钠、氯化钾以及氯化钙和硫酸盐的混合物）。这种混合废盐中通常含有高浓度的重金属，不能直接用作工业用盐。这部分盐基本上没有出路。

（3）水泥窑添加飞灰的比例较小。而且，其飞灰处置能力容易受到水泥销售情况的影响，在目前建筑行业下行，建筑材料需求不足的情况下，进一步影响了飞灰终端产品销路。

（4）处理成本相对较高，根据国内企业相关项目统计，每吨飞灰的处置费大约在2000元左右。

（二）飞灰熔融处置技术

1.飞灰熔融处置方式

飞灰熔融法是在燃料炉内利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热到1400℃左右，使飞灰熔融后经过一定的程序冷却变成熔渣，熔渣可作为建筑材料，实现飞灰减量化、资源化、无害化的目的。熔融固化需要将大量物料加温到熔点以上，无论采用电或其它燃料，需要的能源和费用都相当高。

飞灰熔融处置利用高温来降解飞灰中有机污染物，将重金属稳定于致密的陶瓷及玻璃结构体中。飞灰熔融后仅密度增加就可减容 70% 以上，且生成的玻璃体能满足危险废弃物毒性浸出标准，从而实现减容、减毒以及资源化利用，相对于其它处理技术，熔融固化的最大优点是可以得到高质量的建筑材料。代表技术：等离子体熔融、玻璃电熔炉等。

飞灰熔融固化后可以生产各类建筑材料，代表产品如：微晶玻璃板、玻璃棉、纤维棉等。代表案例，浙江嘉兴 20 万吨/年飞灰高温熔融资源化利用项目采用“飞灰水洗+高温熔融技术”。

熔融固化技术属于“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划鼓励的新技术，整体占地面积较小，资源化利用程度高，能够生产具有较高经济效益的资源化建材产品，如玻璃板、玻璃绵等。熔融固化技术对推动行业技术进步和发展有较大的促进作用，形成资源化建材产品，社会效益显著。对高温熔融过程产生的含Pb、Cd、Zn等易挥发重金属元素的烟气等的处理工艺和设施较成熟，需对项目产生的烟气进行妥善处理。

2.存在问题

（1）投资大，以等离子体熔融为例，项目吨投资约150 ~ 200 万元（不含征地等费用）。

（2）项目能耗高，飞灰及辅料需要加热至1400℃左右的高温，整个过程需要大量燃料或电能，以飞灰玻璃电熔炉为例，处理每吨飞灰的用电成本约1000-1100元。

（3）项目运行成本较高，以山东某飞灰玻璃电熔炉项目为例运行总成本约4000元/吨飞灰左右，在资源化产品销售畅通的条件下，政府补贴费用达到约1500-3000元/吨飞灰。

（4）等离子体发生器寿命较短：电弧等离子体 < 200h；高频感应等离子体 2000 ~ 3000 h。

（5）资源化产品均为建筑材料，在目前建筑行业下行，建筑材料需求不足的情况下，进一步影响了飞灰终端产品销路。

（6）国内工业化成熟案例较少。

（三）飞灰烧结处置技术

1.飞灰烧结处置方式

飞灰烧结处置是在低于飞灰熔融温度的温度条件 900-1000℃下，提供飞灰的扩散能量，将大部分甚至全部气孔填充，变成致密坚硬的烧结体。经过烧结后，烧结体内致密的颗粒将重金属包围降低飞灰重金属浸出毒性。

目前具有代表性的技术是将飞灰与粘土等辅助材料混合，采用天然气做燃料，在回转窑中850℃ 以上高温烧制陶粒，烟气再经二次燃烧、布袋除尘后排放。烧制的陶粒主要用作建筑骨料。代表案例，天津市固体废物集中处置与利用中心采用烧结技术处置焚烧飞灰的企业，将飞灰高温烧结之后做建材。

飞灰烧结技术属于“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划鼓励的新技术，整体占地面积较小，资源化利用程度高，能够生产具有较高经济效益的资源化建材产品，如陶粒等。飞灰烧结技术对推动行业技术进步和发展有较大的促进作用，形成资源化建材产品，社会效益显著。与飞灰熔融技术相同对高温烧结过程产生的易挥发重金属元素的烟气等的处理工艺和设施较成熟，需对项目产生的烟气进行妥善处理，环保风险一般。

2.存在问题

（1）投资大，项目吨投资约150 ~ 200 万元（不含征地等费用）。

（2）项目能耗高，飞灰及辅料需要加热至 900-1000℃左右的高温，整个过程需要大量燃料或电能，与飞灰熔融处置技术类似，每吨飞灰的用电成本约700-900元。

（3）项目运行成本较高，根据国内投运项目情况，政府补贴每吨飞灰约500-800元。

（4）资源化产品均为建筑材料，在目前建筑行业下行，建筑材料需求不足的情况下，进一步影响了飞灰终端产品销路。

（5）国内工业化成熟案例较少。

（四）飞灰低温热分解技术

1.飞灰低温热分解处置方式

低温热分解技术是将生活垃圾焚烧飞灰在缺氧或无氧气氛下，通过低于500℃的低温热分解反应，将有机污染物从飞灰基质挥发，对二噁英脱除进行脱除的技术。该技术可有效脱除并分解飞灰中99%以上的二噁英，能有效处理二噁英并杜绝再生成问题，处理后的飞灰中二噁英浓度优于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》（HJ1134-2020）≤50ng TEQ/kg的标准。低温热分解技术的整体能耗约是飞灰熔融和烧结的1/5-1/3左右。

通过低温热分解对二噁英等有毒有机物的去除后，飞灰具备了资源化利用的条件，再通过水洗除氯，脱水飞灰经机械化学法提质后可进行资源化利用，如进入水稳材料、混凝土掺和料、加气砖、骨料、非活性混合材等非高温建材化生产环节。同时，水洗过程中产生的废水可采用化学法去除重金属和钙离子后，利用蒸发器进行蒸发结晶制工业盐。代表案例，湖州市5万吨/年垃圾飞灰无害化处置资源化利用项目，采用“低温热分解+水洗脱氯”工艺。

2.存在问题

（1）投资较大，以“低温热分解+水洗脱氯”工艺项目为例，项目吨投资约100万元（不含征地等费用）。

（2）项目能耗较高，低温热分解过程需将热分解炉内温度提升至350-500℃，整个过程需要消耗一定的燃料或电能，采用电加热进行低温热分解处理每吨飞灰平均成本约220元，有条件的生活垃圾焚烧厂可在厂内建设，利用焚烧厂余热。

（3）项目运行成本较高，以湖州某飞灰低温热分解制免烧建材项目为例直接运行成本约1000元/吨飞灰。

（4）资源化产品均为建筑材料，在目前建筑行业下行，建筑材料需求不足的情况下，进一步影响了飞灰终端产品销路。

（5）国内工业化成熟案例较少。

生活垃圾焚烧飞灰现状处理技术对比及结论

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从政策及规范符合性、技术可靠性、工程案例、建设投资和运营成本、环境影响、社会效益，以及产品市场等多个维度对安全填埋和资源化利用技术进行了对比分析，详表3。

▼表3 现状飞灰处理技术对比分析汇总表

飞灰资源化利用技术，水泥窑协同、高温熔融、高温烧结和低温热分解技术均具有较强的资源化水平和较好的社会效益，其中水泥窑协同、高温熔融和高温烧结均属于“十四五”垃圾规划鼓励的新技术。但是，由于飞灰资源化利用项目建设和运营成本普遍较高，又无政策补贴支持，再加上目前飞灰处置的付费主体为垃圾焚烧企业，其普遍面临电价国补退坡、应收账款压力大、垃圾入炉量不足、效益不佳等问题，以上因素叠加大大限制了现阶段飞灰资源化利用技术的进一步发展。同时，飞灰资源化利用的产品也存在一定的问题，飞灰水洗—水泥窑协同处置过程中，水泥窑协同处置并不能把重金属破坏，只能将重金属分散到水泥熟料中，可能再次排入环境，具有一定的环保风险，对水泥产品销路有一定影响。以日本的生态水泥为例，用垃圾焚烧炉飞灰为原料制造出来的生态水泥，在 2001-2006 年有五家生态水泥厂相继投产，最大产能 85 万吨/年，但由于销路不畅，大部分都已停产。

飞灰通过高温熔融、高温烧结等工艺，制备陶粒、岩棉、泡沫陶瓷等资源化产品，因为熔融的玻璃体最终去向暂未认定，产业链暂未完善，离真正实现飞灰的资源化利用还有一定差距。此外，受近年来基建行业下行影响，建筑材料、路基材料市场需求不足，也进一步影响了飞灰终端产品销路，从而影响了飞灰资源化技术的大规模推广。

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