生活垃圾焚烧飞灰的危害及资源化利用方法的研究

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· 摘 要 ·

生活垃圾焚烧处理过程中必然伴随飞灰的产生，其产生量约为生活垃圾焚烧量

的 3%～5%，随着国内焚烧处理能力占比不断提高，生活垃圾焚烧飞灰无害化处

理及资源化利用也逐步成为垃圾处理行业亟待解决的一个重要问题。

1 城市生活垃圾对环境产生的危害

1.1 污染土壤生活垃圾分散堆积会浪费大量土地资源，垃圾填埋场建设也占用

了大面积露天土地，垃圾有害成分不仅会在雨水入渗和地表水径流的共同作用

下迅速进入土壤，影响土壤结构，扰乱土壤的正常施肥和节水灌溉功能，甚至

在干旱时还会使土地作物无法正常耕种。

1.2 污染大气生活垃圾中含大量的有机物，其被消化降解后，会产生氨化物、

硫化物等有害气体，散发的恶臭气味会引起人体不适，且含有多种致癌、致畸

的有机挥发物，有害气体随着风扩散，污染大气环境。当垃圾随意裸露堆积时，

会出现黑色恶臭的污染场景，造成蚊、蝇、鼠等四害滋生。

1.3 污染水体随意丢弃的生活垃圾容易造成水污染，其有害物质渗透到土壤中，

会污染地表水、地下水；当白色垃圾被扔到海、河、湖中，会污染水体，甚至

让不小心食用垃圾的生物丧命，造成生态失衡。

1.4 危害人体健康在整个人类生存环境中，大气、土壤和水体都是有害物质的

传播渠道，若城市生态环境质量发生恶化，将会直接引发各类疾病。

2 城市生活垃圾处理主要技术

2.1 垃圾填埋技术垃圾填埋技术分为传统填埋和卫生填埋。传统填埋法是在自

然条件下将垃圾堆积在一起，不进行科学处理，会造成土壤及水体污染，被卫

生填埋法取代。卫生填埋法是根据生活垃圾自然降解机理和对生态环境影响特

性，采取有效的工程措施和严格的管理手段，控制垃圾不对周围环境造成污染

的综合性科学工程技术方法。首先要科学选址和合理设计，其次运维管理要标

准和规范，最后封场仍要维护和监测，直至不对周围环境造成污染为止。

2.2 垃圾焚烧技术垃圾焚烧技术主要应用在人口密集、土地和地下水资源稀缺

的一些发达城市，但会造成二次污染，产生的烟气可能含大量有毒污染物，会

对城市环境和人类生存构成威胁。焚烧与填埋相比，具有占地小、场地选择易、

处理时间短、减量化显著、无害化彻底及可回收余热等优点，是一种节能低碳

和高效的生活垃圾处理新技术。近年来焚烧烟气处理受到重视，烟气处理技术

不断进步，余热利用和尾气处理系统逐步完善，焚烧炉取得新发展，因此，我

国将继续改进焚烧炉装置，开发一种新型垃圾焚烧炉，使其向高效、节能、低

污染的国家战略方向稳步发展。未来垃圾焚烧将成为处理垃圾的主流工艺。

2.3 垃圾堆肥技术随着我国生活垃圾处理循环经济理念的提出，垃圾生化堆肥

技术已作为减量、回用、无害的途径之一。垃圾堆肥又称生化垃圾处理堆肥技

术，适用于处理有特定化学成分的废物，主要以厨房废物、花园废物等可降解

生化垃圾为原料，利用自然微生物进行生化降解，并按不同工艺生产有机肥、

饲料、沼气等。该技术有利于对特定生化厌氧废物进行综合利用。目前我国大

部分农村垃圾处理采用此技术，可减少农村垃圾填埋场的储存空间，延长农村

垃圾填埋场的使用寿命。此外，有机肥料也逐渐为更适合农村居民生活使用而

开始投入工业生产。

3 垃圾焚烧飞灰的来源及危害垃圾焚烧飞灰是指烟气净化系统捕集物和烟道及

烟囱底部沉降的底灰，一般包含吸收塔飞灰和除尘器飞灰。飞灰是由粒径为

4~100 µm 的粉状颗粒物组成，比表面积在 170~1000 m2/kg 之间，主要由二噁英

类有机物、重金属和无机盐组成，根据飞灰中碳含量的不同，飞灰颜色从棕褐

色到灰色、黑色不等，其具体的组成主要与燃煤成分、煤粒粒度、锅炉型式、

燃烧情况及收集方式等有关。飞灰中含有 Hg、Pb、Cr、Cb、As 等大量重金属，

重金属进入土壤、地表水和地下水后，不仅对植物产生毒害，还可以通过食物

链在生物体内聚积。二噁英是多氯代二苯并二噁英和氯代二苯并呋喃的统称，

被称为“世界上最毒的物质”，飞灰中二噁英类有机物的含量可高达5 ng/g。

自 1977 年 Olie 等人首次发现垃圾焚烧过程中烟气和飞灰中含痕量的二噁英以

来，二噁英的环境污染问题持续引起重视，这也是 2010 年左右我国生活垃圾焚

烧发电领域发生多起“避邻效应”、“群体示威”事件的重要原因。

4 飞灰资源化利用现状

4.1 水泥生产生活垃圾焚烧飞灰主要化学成分为 CaO、SiO2和Al2O3，与水泥熟

料组分非常接近，因而飞灰可以作为水泥的生产原料。由于国内飞灰含氯较高，

采用飞灰生产水泥熟料时需要先对飞灰进行水洗脱氯处理，水洗可以去除飞灰

中大量的氯离子。研究表明，飞灰中氯离子的洗脱效果主要受水灰比的影响，

当水灰比为 3∶1，经3次水洗后，飞灰中的氯离子去除率达到94%以上。飞灰

经水洗预处理后，即可采用水泥窑工艺进行资源化利用。水泥窑由于具有高温、

碱性、负压等特点，对分解飞灰中的二噁英和重金属具有一定优势，同时处理

残渣可作为水泥生产的原料。水泥窑工艺对飞灰中的重金属及二噁英具有较好

的稳定和降解作用，但对在高温条件下挥发性较高的重金属固化效果较差，如

Ba、Pb、Cd 等。

4.2 轻骨料生产生活垃圾焚烧飞灰中有适宜的硅铝比和钾钠氧化物含量，可以

作为制备轻骨料的原料。张晗以飞灰为原料、废玻璃为添加剂、碳酸钙为发泡

剂、硼酸为助溶剂，通过低温烧结制备一种多孔陶瓷体，研究表明，当烧结温

度大于 900℃时，产物中重金属浸出浓度符合国家标准。用飞灰低温烧结制备

的多孔陶粒，其强度大，在实际中应用范围广，但该制作过程能耗高，并且需

要对烟气进行进一步处理。刘娟将生活垃圾焚烧飞灰与污水厂污泥混合烧结制

备轻骨料，在不同条件(包括添加剂、烧结时间、烧结温度和原料配比)下进行

烧结实验，分析烧结产品的抗压强度、密度变化率、减容率、烧失率等理化性

质，结果表明，焚烧飞灰与污泥比例为7∶3，加入 1%添加剂，在 1080℃下烧结

90 min 时可以得到最佳的烧结产物性能。

4.3 用于沥青浆料生活垃圾焚烧飞灰可替代部分细集料用于沥青浆料。飞灰具

有轻质、粒径小、比表面积大、孔隙结构发达、含有多种高活性过渡金属等特

性。郑凯高研究发现，飞灰对沥青胶浆高温性能的改善效果明显优于矿粉，在

不同温度条件下，以飞灰为填料的沥青胶浆均比同条件下的矿粉提升一个高温

PG等级。研究表明，飞灰在不降低沥青胶浆低温抗裂性的前提下，可有效改善

其高温稳定性，同时，飞灰中的重金属可被屏蔽在沥青的选择性吸附层、物理

吸附层及化学吸附层 3 个保护层下，实现沥青包覆飞灰、稳定化重金属的目的。

4.4 玻璃生产生活垃圾焚烧飞灰经高温熔融处理，熔渣经冷却后可以形成稳定

的玻璃体，研究表明，飞灰熔融生产的玻璃具有良好的机械性能和热力特性，

可用于生产微晶玻璃。Park YJ 等人在 1500℃高温下对焚烧飞灰进行熔融处理，

生成的玻璃体的强度及抗折强度均可以达到资源化利用要求。飞灰经高温熔融

制取玻璃具有重金属固定效果好、二噁英去除效率高等有点，但由于该技术能

耗高，且过程中产生的二次飞灰需进行妥善处理，目前未得到广泛应用。5 结

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·摘要·生活垃圾焚烧处理过程中必然伴随飞灰的产生，其产生量约为生活垃圾焚烧量的3%～5%，随着国内焚烧处理能力占比不断提高，生活垃圾焚烧飞灰无害化处理及资源化利用也逐步成为垃圾处理行业亟待解决的一个重要问题。1城市生活垃圾对环境产生的危害1.1污染土壤生活垃圾分散堆积会浪费大量土地资源，垃圾填埋场建设也占用了大面积露天土地，垃圾有害成分不仅会在雨水入渗和地表水径流的共同作用下迅速进入土壤，影响土壤结构，扰乱土壤的正常施肥和节水灌溉功能，甚至在干旱时还会使土地作物无法正常耕种。1.2污染大气生活垃圾中含大量的有机物，其被消化降解后，会产生氨化物、硫化物等有害气体，散发的恶臭气味会引起人体不适，...

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