生活垃圾焚烧厂飞灰固化块重金属调查研究

黄 璐

（广东杰信检验认证有限公司 广东广州 510655）

引言

据统计，2018 年我国城市垃圾清运量高达22802 万吨，其中焚烧量为10184.9 万吨[1]。垃圾焚烧是城市生活垃圾的最重要的处理方式之一，在大幅度减容减量的同时，还能进行资源回收利用。一般而言，垃圾焚烧产生的灰渣为原垃圾质量的30%左右，其中80%（质量分数，下同）为底渣，20%为飞灰。在我国，飞灰需固化处理后进行安全填埋，底渣则采用填埋处置或用于制造低端建筑材料[2]。

目前，垃圾焚烧产生的飞灰主要采用水泥/沥青固化法、烧结固化法、熔融处理法、螯合剂处理法等工艺路线，控制飞灰中重金属的浸出释放。但飞灰中含有浓度较高的汞、镉、砷、铅等重金属元素以及痕量级二噁英类的有机物及其他种类污染物，极容易通过浸出释放，对人体及环境造成二次危害。由于不同地区产生的垃圾不同，垃圾中所含的重金属污染物成分和含量也随之变化。本文通过对广东省七家垃圾焚烧厂飞灰固化块的重金属浸出结果进行研究，以期为广东省垃圾焚烧产生的飞灰稳定化、资源化处理建设提供数据基础。

1 数据来源

本文数据来源于广东省七家生活垃圾焚烧厂飞灰固化块的重金属浸出检测结果，检测样品飞灰固化块是由烟气净化系统收集的细微颗粒，经烟气净化处理，七家焚烧厂净化工艺均为“SNCR（选择性非催化还原脱销工艺）+半干法脱酸+烟道石灰喷射（干法脱酸）+烟道活性炭喷射+布袋除尘”，最后螯合形成的固化块。

采样期间固废日产生量约为20-160 吨，每份样品采样量为2.0-3.0kg，共测得278 组有效数据，每个样品检测指标参考《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）表1 中12 项：汞、铜、锌、铅、镉、铍、钡、镍、砷、总铬、六价铬、硒。

2 样品采集与数据分析

本实验中选取广东省某七家生产工艺基本相同的生活垃圾焚烧厂作为定点采样区域，飞灰固化块产生相同的时间段进行统一采样。采样及制样过程中，使用洁净、干燥的木铲、PE 塑料封口袋、木槌、尼龙筛等非金属且与样品无反应的工具，以防止样品受到污染或性状改变。

取回的飞灰固化块按HJ/T300-2007 醋酸缓冲溶液法中要求进行前处理，铜、锌、铅、镉、铍、钡、镍、总铬依据《固体废物22种金属元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法》（HJ 781-2016）进行检测，六价铬依据《固体废物 六价铬的测定 二苯碳酰二肼分光光度法》（GB/T 15555.4-1995）进行检测、砷、硒、汞依据《固体废物 汞、砷、硒、铋、锑的测定 微波消解/原子荧光法》（HJ 702-2014）检测。每批样品的质量控制措施主要采取现场平行、实验室平行、空白加标、样品加标、有证标准物质及中间点校准等以确保数据的精密度和准确度。

本文对所有数据进行统计分析，包括检出限、最大值、最小值、中位值、算术平均值及以《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）表1 为限值标准判定的超标率。有效数字修约参考GB8170 执行，低于分析方法检出限的测定值参与统计时，按检出限的二分之一计算，用“ND”表示。

具体内容见表1、表2。

表1 垃圾焚烧厂飞灰重金属浸出浓度含量基本统计 单位：mg/L

表2 七家垃圾焚烧厂飞灰重金属浸出含量超标值统计

（1）12 种重金属浸出浓度数据情况

由表1 可以看出，铜的浓度范围在ND-23.8mg/L，锌的浓度范围在0.10-682mg/L，钡的浓度范围在0.63-7.08mg/L，镉的浓度范围在0.01-18.7mg/L，铬的浓度范围在ND-2.99mg/L，镍的浓度范围在ND-0.39mg/L，铍在样本范围内均未检出，铅的浓度范围在ND-46.6mg/L，汞的浓度范围在0.00001-0.0301mg/L，硒的浓度范围在ND-0.0927mg/L，砷的浓度范围在ND-0.364mg/L，六价铬的浓度范围在ND-0.127mg/L。

（2）12 种金属浸出浓度算术平均值与中位值的关系

将278 组数据汇总求得各金属元素的算术平均值和中位值进行比较，可以看出钡、铬、铍、硒、六价铬的两组数据差异不大，基本处于持平状态，可见样本中整体数据相对稳定；而锌、铜、镉、汞、镍、铅、砷的相反，算术平均值和中位值的差异成倍数关系。以此可以判断，样本中整体数据波动变化较大。

（3）七家垃圾焚烧厂超标情况分析

七家垃圾焚烧厂的飞灰固化块样本中，《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）表1 为限值标准判定，金属浸出指标超标个数共23 个，超标元素为：锌、镉、铅、砷。按赵曦等人发现的“重金属在垃圾焚烧过程中的迁移特征，钴、铜、镍、铬主要迁移至底渣中，锌、砷、铅主要迁移至底渣和飞灰中，镉主要迁移至飞灰中，汞主要迁移至飞灰和烟气中”[2]的理论，与本文中呈现的结果非常吻合。

在统计结果中，砷的超标个数最多，达到12 个，超标率占比达到4.32%。另外，锌超标5 个，超标率为1.80%，镉、铅均超标3个，超标率为1.08%。按点位统计，超标项目集中在C 厂、D 厂、E厂和G 厂，超标总个数分别为7 个、8 个、2 个和6 个。

具体情况见表2：

3 结论及对策建议

3.1 针对特征污染物处理

（1）把握源头污染

由于飞灰种类繁多、成分复杂，我们可以根据飞灰连续检测得出的金属含量反推出该区域的重点污染源头，排查高浓度重金属污染排放来源，加强高污染生产企业监督和处置，以此防范并解决生态环境风险。垃圾中重金属可能的来源可参考表3：

表3 垃圾中重金属可能的来源[3]

（2）改善飞灰无害化处理方法

目前飞灰重金属稳定化技术都是通过改变重金属在飞灰中的赋存形态降低毒性[4]。以经济效益和环境效益双结合的前提下，除了目前常见的几种方法，可以加快飞灰稳定化新方向的发展（如水热法）。赵曦等人认为，重金属在垃圾焚烧及烟气治理过程的迁移特征与其单质和化合物的沸点存在较大的关联[2]。根据每个区块产生的不同垃圾类型，设计出不同的焚烧炉型和烟气治理设施，改变操作方式（如控制焚烧温度）和投料浓度，以此推动飞灰的稳定和固化的安全。

3.2 飞灰高价值利用[4]

（1）根据飞灰孔隙结构的物理特性，可作为一种廉价、高效且吸附容量大的吸附剂净化废水。特别是对染料废水，黎强等研究不同处理后的飞灰对亚甲基蓝的脱色率达到70%以上。吸附重金属后的飞灰，需稳定化处理后才能进入生活垃圾填埋场填埋或再次利用。

（2）飞灰固化块作为建筑材料的理想原料。作为修整公路、机场的材料，具有可高效抢修、耐高温、抗高压、耐冻融等优势。

（3）生活垃圾焚烧飞灰中，含有各种丰富的元素，针对其定向提取（如：高价值金属、钾、钠等），回收形成高价值产品。

结语

生活垃圾焚烧处理技术是解决“垃圾围城”的主要发展方向，其焚烧产物飞灰处理和利用也是社会关注的焦点。在飞灰管理时，应注重产生区域不同引起的不平衡，改善方法使整体的综合利用水平得到提高。同时，加快开发相关技术，配套推进更合适的法律标准体系建设，以期构建垃圾处理减量化、资源化、无害化的有效生态链。