飞灰几种典型处理工艺对比分析

飞灰几种典型处理工艺对比分析

生活垃圾焚烧飞灰，是在生活垃圾焚烧处理过程中，经由烟气净化系统（如反应塔、布袋除尘器等）捕集的细微颗粒物。这些看似不起眼的颗粒物，实则暗藏“危机”--因含重金属、二噁英等高风险有害物质，被国家列为危险废物类别（HW18），在收集、贮存、运输、处理及处置等方面，必须采取极为严格且专业的措施，确保浸出毒性限值及二噁英达标。

本文在介绍飞灰成分、特性特点的基础上，通过梳理国家和地方层面针对飞灰管理所出台的一系列政策标准文件，着重介绍了飞灰预处理、无害化与协同处置技术路线，并对几种典型处置工艺进行对比分析，结合部分飞灰资源化项目案例，提出了一些观点和见解，以期为飞灰的资源化利用与安全处置提供有益的参考与借鉴。

一、飞灰成分与特性特点

焚烧飞灰呈浅灰色粉末状，含水率极低，自然状态下含水率低于5%，颗粒大小不一，通常粒径小于100μm，且其表面粗糙多孔易吸附污染物，因此需密封运输。其无机成分主要以CaO、SiO?、Al?O?、Fe?O?等氧化物为核心，占比60% - 80%，还含大量可溶性氯盐（氯元素15% - 25%，源于含氯垃圾焚烧）及少量硫酸盐、磷酸盐。?

飞灰富集Hg、Pb、Cd等重金属，浓度可达普通土壤的10~100倍，多以气溶胶小颗粒或附着于表面的形式存在，易随雨水淋溶释放。其中可交换态重金属占比达15%-40%，该形态易溶出且迁移性强，是导致水体-土壤污染的核心因素。尤为突出的是，Pb、Cd等剧毒重金属的浸出毒性显著，长期暴露可引发神经系统损伤、肾脏病变等风险。此外，飞灰中还含有1~50 ng TEQ/kg的二噁英（PCDD/Fs），其毒性当量超填埋标准千倍级，具有强致癌性、致畸性和生物累积性，需通过处理（如高温熔融）实现分解。

二、飞灰相关政策要求

考虑到飞灰具有污染、有毒有害特性，为了将飞灰合规处置、有害物质降到最低，近年来国家、地方相关部门从飞灰收集、贮存、运输、处理及处置等全流程方面均发布相关政策要求，部分文件及要求如下。

1. 国家层面相关政策与标准

2020年9月，生态环境部首次发布国家标准《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134—2020）?：明确飞灰收集、贮存、运输、处理及处置全流程污染控制技术要求，首次提出飞灰环境管理标准。

为补齐焚烧飞灰处置设施短板，根据2021年7月发布的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》要求，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。

2022年2月，国家发展改革委、生态环境部等四部门联合发布《关于加快推进城镇环境基础设施建设指导意见》提出，加快提升飞灰、渗滤液等处理能力，推动资源化技术应用。?

2023年5月，生态环境部发布《危险废物重大工程建设总体实施方案（2023-2025年）》，提出强化特殊类别危险废物处置能力建设，加快建设国家和6个区域性危险废物风险防控中心、20 个区域性特殊危险废物集中处置中心。飞灰作为危废名录重要类别，根据《实施方案》要求，重点支持区域飞灰处置中心建设。

 

工信部将《水泥窑协同处置飞灰技术和成套装备》纳入工业固废综合利用先进技术目录，推动飞灰资源化技术应用。

2.部分地方层面相关政策

一些经济较发达省市，如江浙、上海等地，也在积极探索除填埋之外飞灰的处置方式，相继出台了相关政策，以鼓励和支持飞灰的资源化利用。?

2022 年 10 月，浙江省印发《浙江省危险废物“趋零填埋”三年攻坚行动方案》，要求到2025年将危险废物填埋占比控制在5%以内，重点突破飞灰资源化技术瓶颈。优先支持飞灰资源化项目，鼓励企业开展技术合作。?

2024 年1月，江苏省财政厅、省生态环境厅印发《江苏省“无废城市”建设奖励办法》，采取“考核奖励”与“项目清单”相结合的方式，提升飞灰、废盐等特殊类别危险废物的资源化利用水平。同年8月，江苏省政府办公厅《关于加快构建废弃物循环利用体系的实施意见》也提出了，加大苏北地区垃圾焚烧发电厂建设力度，加快垃圾焚烧飞灰资源化利用等配套设施建设。

此外，国家相关部门也出台了些配套监管措施，支持飞灰处置设施跨区域共建共享，鼓励社会资本参与投资，并通过生态补偿制度协调处置矛盾。严格飞灰贮存、运输密封性管理，规范台账记录，实施危险废物经营许可制度，确保处置过程合法合规。

三、飞灰预处理、无害化与协同处置工艺

1. 预处理工艺

预处理工艺主要包括水洗分盐、低温热解等工艺。具体技术路径如下。

（1）水洗分盐

此技术利用水作为溶剂来减少可溶性盐（如氯盐等）含量，实现飞灰中可溶性盐物质的回收；水洗后的飞灰氯含量显著降低，满足后续资源化利用的要求，配合其它工艺可实现多种形式的飞灰资源化利用?：飞灰可以按一定比例掺入水泥窑中，作为水泥生产的原料之一；可以将飞灰与黏土混合烧结，制成轻质陶粒等建材产品等。

三级逆流漂洗?：水灰比2.5:1至3:1，结合搅拌（30-60转/分钟）溶解氯盐，飞灰氯含量从20%降至1%以下?。

蒸发分盐?：采用MVR机械再压缩技术分质结晶氯化钠和氯化钾，能耗降低40%，产品符合工业盐标准。

①飞灰预处理?：飞灰进入水洗系统前，根据需要进行破碎、筛分等预处理，以确保飞灰的均匀性和适宜的水洗条件。

②飞灰水洗?：飞灰被送入水洗罐中，按照一定比例（如2.5:1至3:1的水灰比）加入清水或循环滤液进行浸泡，以溶解可溶性氯盐（如NaCl、KCl）；通过搅拌桨充分混合，加速氯离子（Cl?）和重金属（如Zn、Cu）的溶出。

③固液分离?：水洗后的飞灰浆液通过压滤机或离心机进行固液分离；分离后的滤饼（即水洗后的飞灰）含水率降低，氯离子含量也显著降低。

④废水处理?：分离出的废水进入废水处理系统，包括脱钙、水质稳定、中和、过滤等步骤。通过投加化学试剂（如碳酸钠、硫化钠、絮凝剂等）进行沉淀、絮凝等反应，去除废水中的钙离子、重金属离子等杂质。

处理后的废水进入MVR蒸发结晶系统，进行盐水分离处理，得到氯化钾肥料及氯化钠工业盐产品。

⑤蒸发冷凝水回用?：MVR蒸发结晶系统产生的冷凝水回用于飞灰水洗系统，实现水资源的循环利用。

（2）低温热解技术

在缺氧环境中以500℃以下低温分解二噁英，实现脱氯脱毒，为后续资源化利用奠定基础。

预处理阶段?：对原灰进行密闭干燥处理，降低含水率，避免热解过程中结块?。

低温热解反应?：①反应条件?：在300–500℃温度区间、氮气或低氧（氧含量＜1%）氛围下进行，飞灰停留时间30–60分钟?。②核心反应?：二噁英通过?解吸脱附?、?脱氯降解?、开环?分解?等过程被分解为低毒或无毒性物质，重金属通过物理化学转化降低浸出风险。

热解气体处理?：①热解产生的气态二噁英和挥发性有机物通过?布袋除尘器?捕集，部分工艺结合?碳捕集换热单元?对CO?进行回收利用?。②尾气经急冷段快速降温，抑制二噁英再合成。
3.2 无害化处理工艺

无害化处理工艺主要包括固化稳定化、热处理等工艺。具体技术路径如下。

（1）固化稳定化

将飞灰与水泥混合，通过水化反应形成水泥石结构包裹重金属，降低浸出毒性?；使用无机或有机螯合剂与重金属反应生成难溶化合物（如Pb?(PO?)?），浸出毒性可降低50%以上。

不同物料（飞灰、水泥、螯合剂、水等）根据设定的添加比例及添加顺序进行混合与搅拌。物料在混炼机中混合搅拌后形成固化体，固化体出料后需要进行养护，以提高其强度并防止重金属的溶出。经过养护后的固化体，如果检测满足填埋标准且允许，则可填埋处理；也可在满足需求的前提下，将固化体进行资源化利用，如用作建材原料等。

（2）热处理技术

高温烧结?：飞灰通过高温烧结，可使飞灰中的无机成分形成稳定固态产物（如烧结块）。例：在高温下烧结飞灰与黏土混合物，生成陶瓷或陶粒，重金属浸出浓度降低至原值的1%-5%?。

高温烧结过程包括：预热段?：300-600℃，去除残余水分及挥发性有机物（VOCs）；?高温段?：900-1300℃，飞灰中硅铝酸盐熔融相生成，重金属被包裹固化；?冷却段?：缓慢降温形成致密烧结体（孔隙率<15%）。

?飞灰通过高温烧结后可实现资源化利用??：建材应用?，替代天然骨料用于路基、混凝土砖等；?玻璃化产物?，高硅铝烧结体可制备微晶玻璃或陶瓷原料。

高温熔融?：高温熔融工艺是飞灰在高温炉（如旋转窑、电弧炉等）中被加热到1200-1600℃高温下使飞灰熔融，飞灰中的有害物质会发生分解、氧化或其他化学反应，形成玻璃态物质，可分解99%的二噁英并固化重金属，降低其危害性，并有效地减少飞灰的体积。

熔融物冷却后形成玻璃态或晶态固体，这些固体通常更加稳定，不易对环境造成危害，产物进一步的处理可用作建材，实现资源的回收利用。

表1 高温烧结工艺与高温熔融工艺的对比

 

FAST工艺?：FAST工艺（Fly Ash Salt separation and Thermal treatment）是上海环境集团与同济大学联合研发的垃圾焚烧飞灰处理技术，通过飞灰脱盐、重金属控制及二噁英分解，实现飞灰的原位减量化和无害化处理。其核心特点包括：

原位处理?：依托垃圾焚烧厂既有设施，无需外部协同处理装置，降低成本和运输风险。

资源化闭环?：将飞灰中的污染物转化为工业盐（如NaCl、KCl）和炉渣集料，实现“近零废弃”目标。

FAST工艺包括以下三大核心系统：

?①脱盐除重系统?

?通过多级逆流漂洗和化学稳定化手段，将飞灰中的可溶性盐类（如氯化钠、氯化钾）溶解并去除，同时固定重金属以减少浸出风险。

??②分盐回收系统?

??通过蒸发结晶、离子交换等工艺，从溶液中分离提纯出氯化钠和氯化钾等高纯度工业盐产品，实现盐类资源化利用。

??③协同热处理系统?

??利用垃圾焚烧厂设施对脱盐后的飞灰残渣进行协同热处理，分解二噁英等有机污染物，同时通过玻璃化或化学稳定化固定重金属?。炉渣集料可用于路基材料或建材。

表2 FAST工艺与高温熔融工艺的对比

3.3 协同处置技术

协同处理工艺主要包括水洗+水泥窑协同、低温热解+水洗+外运制建材等。

（1）水洗+水泥窑协同?

把水洗脱氯后的飞灰利用水泥窑高温煅烧制成达标的水泥熟料，可以将重金属固化，并彻底分解二噁英，同时产出氯化钠、氯化钾作为副产物销售。脱氯飞灰按≤3%比例掺入水泥生料，可替代部分黏土原料，满足硅酸盐水泥标准。

（2）低温热解+水洗+外运制建材

飞灰通过低温催化热解过程，去除飞灰中的二噁英等有毒有机物。然后通过水洗脱氯，水洗灰作为建材原料（免烧砖、岩棉等），重金属固化到建材中，同时产出氯化钠、氯化钾作为副产物销售。

04飞灰几种典型工艺对比05国内部分飞灰资源化工程案例

 

 

由上述统计信息可以看出，目前飞灰资源化利用项目主要集中江浙、河北地区，这些地区从事飞灰资源化利用的企业数量、年处置能力较多。从全国范围看，尽管各省市都在积极探索飞灰资源化利用路径，不少项目已初具规模，但与飞灰快速增长的产生量相比，仍远远不够，仍有大量飞灰仍面临处置难题，飞灰资源化利用仍有很大的发展空间。

此外，各地区项目发展极不均衡，这与当地政策、经济发展水平、项目周边条件等紧密相关。通常情况下，经济发达地区政策扶持力度大、资金充足、技术先进，项目推进迅速；而经济欠发达地区则因资金短缺、技术落后等问题，项目进展缓慢。同时，项目周边条件，如是否有水泥厂、建材厂等也影响着项目落地。在飞灰处理工艺方面，“水洗 + 水泥窑协同处置”目前占据主流，这是因为项目周边有水泥窑可依托，借助水泥窑高温环境有效处理飞灰中的有害物质，实现了设施共享、降低成本，达到了无害化与资源化双重目标。

六、总结

在“零填埋”政策的驱动下，飞灰资源化利用将成为未来飞灰处置领域的主要发展方向与研究重点，然而，具体应选择何种资源化技术路线，需根据项目边界条件、周边配套、项目投资等综合因素考虑。

若项目周边具备可靠的水泥厂或者资源化处置企业（如建材厂），那么对飞灰进行预处理后再开展协同处置便是可行之策。通过这种方式，能够实现设施共享，进而降低处置成本。举例来说，飞灰经过水洗预处理后，可作为水泥生产原料，在水泥窑高温环境下，有害物质二噁英得以分解并固化重金属，达到了无害化与资源化双重目标，同时降低了处置成本，在目前国内飞灰资源化利用项目占据主流地位。

无论采取哪种技术工艺，降本增效、提高资源化利用率且确保长期环境安全性都是行业追求的目标。以生活垃圾焚烧厂为例，FAST工艺借助水洗脱盐技术，能够将飞灰中的部分氯盐转化为工业盐产品，从而实现盐资源回收利用。此外，该工艺依托垃圾焚烧厂现有的设施，无需额外配置外部协同处理装置，这不仅降低了成本，还减少了运输过程中的风险。由此可见，FAST工艺对于生活垃圾焚烧厂而言，无疑是合理的选项。预计在未来，FAST工艺将在生活垃圾焚烧厂得到推广使用。

同时，鉴于飞灰资源化产品可能存在的环境风险（如建材中重金属迁移问题），开展长期的跟踪评估工作十分有必要，通过这一举措，可以有效验证资源化产品的长期环境安全性，为飞灰资源化利用的可持续发展提供坚实保障。