破解“垃圾围城困局”：从源头到最后一公里_风闻

“垃圾分类，从我做起”。一句通俗易懂的宣传语，搭配上魔性的背景音乐，在垃圾桶旁无限循环播放，每扔一次垃圾都是一次精神“洗礼”。社区的叔叔、阿姨齐上阵，作为“桶前值守”志愿者，不厌其烦地给大家讲解分类方法。

也许你也曾困惑：为什么我们要大力宣传垃圾分类？在这里，我们将从垃圾处置的最后环节垃圾焚烧飞灰（简称飞灰）处置，浅谈一下垃圾分类的重要性。

生活垃圾焚烧发电

2020年，我国生活垃圾清运量达2.35亿吨，“国内最大垃圾填埋场将被填满”曾登上微博热搜，引发人们对生活垃圾填埋及其他处置方法的广泛讨论。如果任由生活垃圾在城市近郊填埋，“垃圾围城”将不再是科幻电影《机器人总动员》中的虚构场景，而会成为现实生活中大多数城市面临的棘手问题。

图1 机器人总动员剧照（图片来自网络）

为了突破“垃圾围城”困局，欧美日韩等发达国家以及中国等发展中国家大力发展生活垃圾焚烧发电技术。通过焚烧的方式大规模消减垃圾体量，并将垃圾中的能量转化为电能。2020年，我国生活垃圾焚烧比例为45%，共有1202台焚烧炉在商业运行，每天可以烧掉58万吨垃圾。以一个三口之家为例，人均每天产生1千克垃圾，全家1年可以产生1吨多垃圾，而1吨垃圾焚烧将产生300千瓦时的电力，足够家庭2-3个月的电力需求。

生活垃圾焚烧发电须遵循国家标准《GB 18485-2014 生活垃圾焚烧污染控制标准》，焚烧过程中入炉废物条件、运行参数、污染物排放均有严格的要求。现代化的垃圾焚烧发电厂已经实现了垃圾处置各个环节的封闭式，厂区内及附近清洁无异味。此外，渗滤液经过生化发酵后可以提取沼气，残液则返回炉膛高温处理。

图2 生活垃圾焚烧发电厂示意图（图片来自网络） 

垃圾焚烧飞灰毒性

既然有这么好处置技术，是不是就可以垃圾“无忧”了呢？当然不是。焚烧发电仍然不能完美解决垃圾处置“最后一公里”问题，即飞灰安全处置。垃圾燃烧及下游烟气净化必然产生一定量的飞灰。例如，主流的炉排炉垃圾焚烧技术飞灰产生比例约为入炉垃圾量的3~5%。根据国家标准《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）的规定，由于其浸出毒性超标，飞灰被列入《国家危险废物名录（2021年版）》，类别为HW18。因此，世界各国对于飞灰处置均有明确且严格的规定。由于垃圾处理量的急剧增加，预计“十四五”末期我国飞灰年产量将产生千万吨级规模。飞灰的处置成为建设绿水青山亟待解决的痛点问题。

飞灰，中位粒径18.6μm，比面粉还要细，颜色呈灰白色，有刺鼻性气味，主要组成是氯化羟基钙、硫酸钙、氢氧化钙、碳酸钙、氯化钠及氯化钾等。从主要成分来看，好像完全没必要“谈灰色变”。实际上，飞灰中富集了大量的无机和有机有毒物质：有毒重金属类就有锌、铜、镍、镉、铬、铅、汞等，其中，重金属镉是二十世纪十大环境污染事件之一日本富山骨痛病的罪魁祸首；非金属有毒元素还有砷，古装电视剧中经常出现的“砒霜”即是砷的氧化物；此外，飞灰表面还附着有二噁英类剧毒有机物，其毒性比砒霜还强900倍，二噁英类物质难以通过生物降解，能够长期存在于自然界中，甚至可能随生物链富集到人类体内，造成人类器官慢性中毒甚至致癌突变。以二噁英为主要成分之一的“橙剂”曾在越南战争期间被美军大量使用，造成几百万越南儿童畸形或身患癌症等疾病。

图3 飞灰及局部放大1000倍照片

垃圾焚烧飞灰处置技术

因此，对飞灰这种危险废弃物，处置方法务必万分谨慎小心。目前，国际成熟商业化的处置技术主要有螯合稳定化-水泥固化、水泥窑协同处置。另外，还有其他正在开发的技术，如等离子体熔融技术等。

螯合稳定化-水泥固化技术是利用有机螯合剂构造“牢笼”限制灰中有害元素的迁移，而水泥则是在“牢笼”外再加一层“围墙”。处置后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》，可以进入生活垃圾填埋场分区填埋。该技术优点是操作简单、投资低及处置费用低。目前，全国大约90%飞灰采取该技术处置。然而，该技术并未真正实现垃圾飞灰无害化，随着时间推移，雨水、风的不断侵袭，未来有害物质析出风险依然存在。另外，处置仍需要占据“余额”严重不足的填埋场空间，不符合未来飞灰资源化处置的愿景。

图4 飞灰螯合稳定化-水泥固化工艺流程示意图（图片来自网络） 

水泥窑协同处置技术则是利用水泥生产系统的高温环境，实现飞灰中有害元素及二噁英类有机物的解毒。由于水泥生产工艺对生料中氯及碱金属有严格要求，而碱金属氯盐却又是飞灰主要成分之一，为此飞灰入窑前需要经过多级水洗进行脱盐处理。水洗液则通过蒸发结晶获得氯化钠及氯化钾。窑内物料温度、烟气停留时间、气体扰动和过量空气系数满足国际通用“3T+1E”原则，有害元素与矿物质在1400℃以上高温实现固化，二噁英类有机物彻底分解，钙基矿物质则蜕变成水泥产品。

然而，该技术有明显的地域局限性，例如深圳、上海等地并没有水泥生产线；同时，入炉生料中氯不得高于0.04%；而且水洗飞灰掺混比例通常不得高于4%，掺得过多将影响水泥品质及生产稳定性。此外，水洗液中盐类蒸发结晶能耗高，结晶盐处理技术仍不成熟。

图5 水泥窑协同处置飞灰工艺流程示意图

目前，国内外研发团队致力于彻底解决飞灰处置的技术难题，其中，等离子体熔融处置是研究热点之一。该技术利用等离子体炬产生高温等离子实现飞灰高温熔融，该过程中二噁英类有机物彻底分解，有害元素高温玻璃化，玻璃化熔渣浸出毒性低，飞灰减容量达到75%。可以说，等离子体熔融技术可以实现飞灰减量化、无害化和资源化。然而，该技术存在电力消耗过高、电极使用寿命短、耐热材料腐蚀脱落等问题，导致设备投资及运行成本极其高昂。国内相关研究还处于半工业化试验研究阶段。

图6 飞灰等离子体熔融处置工艺流程示意图（图片来自网络） 

基于国际通用的“3T+1E”原则，中国科学院工程热物理研究所开发了飞灰流化熔融处置技术。该技术可以实现飞灰与助熔剂的高温熔融，形成熔融玻璃化熔渣，直接将飞灰中的有害元素“封印”在玻璃体内，熔渣中有害物质浸出毒性测试极低；二噁英类有机物则彻底高温分解，烟气中二噁英类有机物浓度远低于国家标准。该技术简化了飞灰预处理过程，省去了水洗及造粒工序；同时，熔融处置关键能耗问题得到有效控制。该技术有望解决垃圾焚烧飞灰处置难题。

生活垃圾分类的重要性

无论飞灰处置技术如何先进，必然耗费大量能源及人力成本，同时还存在一定的环境风险。因此，面对日益庞大的飞灰产量，我们需要从源头上减量、降毒，做好生活垃圾分类。

生活垃圾分类的基本原则是可回收物与不可回收物分开；可燃物与不可燃物分开；干垃圾与湿垃圾分开；有毒有害物质与一般物质分开。以北京为例，生活垃圾主要分为四类，即可回收垃圾、厨余垃圾、其他垃圾和有害垃圾。

图7 生活垃圾分类宣传海报（图片来自网络）

不同类型垃圾处置方法迥异。其中，可回收垃圾则是尽最大可能分类回收利用，变废为宝，节约资源；厨余垃圾中含有大量有机物，水分含量高，一般采取卫生填埋和生化处理，利用微生物降解，可以转化为有机肥料利用；有害垃圾处置则需要特别慎重，一般由专业资质公司集中处置；而其他垃圾具有一定热值，可采用焚烧方式处置，充分利用可燃物的能量发电。

可见，从源头上开展生活垃圾分类后，其他垃圾与另外三类垃圾分开，将大幅度减少焚烧处理量，飞灰量也将同步显著降低。这样我们既从源头回收了资源，又一定程度上避免了飞灰处置的大量资源消耗。

因此，呼吁大家从源头上开展生活垃圾分类，让每一种垃圾都有自己最适合的“归宿”，尽可能地回收利用垃圾中的可用物质，减少垃圾焚烧处理量，最大限度降低飞灰处理难度及成本。让我们和技术人员一起努力，为祖国的绿水青山事业努力，守护好你我珍惜的蓝天白云、鸟语花香以及孩子们的欢笑声。

来源：中国科学院工程热物理研究所