垃圾焚烧发电与环境保护研究

任天英

（中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100120）

随着工业化和城市化的推进，我国城市垃圾产生量逐年增加，近几年基本以10%的速度增长，并且这一增长势头没有出现逆转的趋势。根据生态环境部发布的《2019年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》，2018年，200个大、中城市一般工业固体废物产生量达15.5亿t[1]。此外，我国人口分布并不均匀，主要集中于东部、中部经济相对发达的地区，导致城市生活垃圾与土地资源的矛盾更加突出，传统的填埋方式已经越来越难以处理数量不断飙升的垃圾，资源环境的承载力已接近极限，当前迫切需要探寻新的更加环保的垃圾处理方式。

垃圾处理的原则是无害化、减量化、资源化。无害化就是要消除垃圾对自然环境和人类的危害；减量化就是要采取有效措施使垃圾量减少；资源化就是要变废为宝，将可利用垃圾通过某种途径转变为可利用的资源。目前，常用的垃圾处理手段有两种，即垃圾填埋和垃圾焚烧。垃圾填埋易导致环境污染，对土地资源的需求大，具有不可持续性；垃圾焚烧占地面积小，有利于实现垃圾的资源化利用。垃圾焚烧发电可以实现变废为电，是垃圾资源化利用的有效途径。但是，垃圾焚烧过程会产生三废（废气、废水和废渣），容易对环境造成二次污染。所以，应采取有效的措施科学处理三废。

1 文献回顾

垃圾焚烧发电具有巨大的环境效益和经济效益，受到学界和业界的广泛关注。已有研究主要涉及两大方向，一是垃圾焚烧发电的意义和现状分析，二是垃圾焚烧发电的技术应用。杨威等详细介绍了我国垃圾焚烧发电产业的发展历程，从首家垃圾焚烧发电厂建设起步，我国垃圾焚烧发电产业快速发展，有效缓解了资源环境压力[2]。孙晓钟从设施建设、污染控制标准和主要问题等方面简要介绍了我国垃圾焚烧发电现状，认为我国垃圾焚烧发电产业有较大的发展空间[3]。鞠付栋等认为，可以通过焚烧锅炉提效优化等措施提升垃圾焚烧发电效率[4]。陈琪华等应用TOPSIS法对垃圾焚烧发电锅炉的蒸汽空气预热器进行综合评价，测试结果显示，TOPSIS法可以优化蒸汽空气预热器的设计方案[5]。然而，已有研究对垃圾焚烧发电过程中存在的环境问题及其处置措施关注不足，因此本文拟从三废处理角度进一步探讨如何提升垃圾焚烧发电的环境效益。

2 垃圾焚烧发电厂简介

在垃圾焚烧发电的过程中，垃圾焚烧发电厂的设计、建造和运营是核心环节。垃圾焚烧发电厂由主体工程、辅助工程、公用工程、储运工程及环保工程等组成，涉及垃圾接收、运输、焚烧、热力和烟气净化等流程。垃圾焚烧发电厂的主要设施包括主厂房、办公区域、厂前区、空压机房、化学及污水处理间、渗滤液处理站、循环冷却水系统（含冷却塔）、烟囱、检修间、备品库、点火油库区、氨水储存区和运输垃圾引桥等。

3 垃圾燃烧发电过程的环境保护措施

垃圾焚烧发电厂在焚烧垃圾的过程中会产生废气、废水、废渣等问题，如果不采取有效的处理措施，很容易产生二次污染[6]。下面分类探讨垃圾燃烧发电过程中废气、废水、废渣的治理措施，同时分析垃圾收集与预处理的污染防治。

3.1 废气污染防治

3.1.1 烟气污染物治理

垃圾焚烧发电厂在运行的过程中会产生大量烟气，其中含有多种污染物，包括烟尘、酸性气体（如NOx、SO2、HCl等）、重金属（如Hg、Pb、Cd及其化合物）和有机污染物（如二噁英、呋喃等）。

二噁英被世界卫生组织称为最毒的致癌物质，随烟气排放到大气中，会给空气造成严重的二次污染。高效的垃圾焚烧发电厂在设计初期就必须考虑采取有效的措施以减少乃至杜绝二噁英等有毒气体的排放，从而防止二次污染。部分垃圾焚烧发电厂会采用“SNCR脱硝（炉内喷氨水）+半干法（石灰浆）+干法（石灰干粉）+活性炭喷射+布袋除尘”的处理工艺，这种处理工艺净化率较高。烟气经反应器、药剂喷射系统和布袋除尘器后，烟气中的污染物达到排放限值要求才能排放。

3.1.2 恶臭治理

在垃圾收集、运输和焚烧的过程中，H2S、NH3、甲硫醇等污染因子会产生刺激性气味，引起人们不快，其中，有些物质还会危害人体健康。恶臭气体的扩散对厂区周围的影响较大，必须加以有效处理。它的排放属于无组织排放，应针对不同场所的功能分别采取恶臭气体污染控制措施。其中，主要采用隔离法来防治垃圾焚烧发电厂的恶臭问题。

垃圾运输车必须全密闭，有效防止臭味扩散和垃圾遗洒；利用焚烧炉风机抽取垃圾储坑的空气，作为焚烧炉的助燃空气，恶臭因子在燃烧过程中被分解氧化；在垃圾卸料大厅的出入口设置空气帘幕和带正压的前室缓冲间，以防止臭气及灰尘外泄；垃圾渗滤液处理站的构筑物加盖密封处理，采用机械排风、机械送风系统，送风系统将室外空气分别送至垃圾渗滤液各点，排风系统使渗滤液沟道间、渗滤液收集池及渗滤液泵房保持负压，防止恶臭味外溢。

3.2 废水污染防治

垃圾焚烧发电厂产生的废水可以采用清污分流或雨污分流的方式进行处理。项目废水主要是垃圾渗滤液、垃圾卸料冲洗用水、垃圾车辆冲洗水、车间冲洗用水、循环冷却系统排水、除盐装置产生的浓废水和反冲洗水以及生活污水等。根据废水的水质情况，分别设置生活污水与工业废水处理系统以及垃圾渗滤液处理系统。

3.2.1 生活污水与工业废水处理

生活污水主要包括生活洗涤用水、生产人员淋浴用水、食堂宿舍用水等；工业废水主要是锅炉补给水系统排水、主厂房杂用排水等。生活污水和工业废水的处理目标是消除水中污染物，避免二次污染，实现二次利用。

废水处理站的废水处理系统工艺流程为：生活污水/工业废水→机械格栅/调节水池→接触氧化池→曝气生物滤池→平衡水箱→过滤器进水泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→保安过滤器→回用水池→回用水泵→复用水点。处理后的废水可以在厂区内实现二次利用，如冲洗垃圾车辆、车间等，以实现废水零排放。如果经过废水处理系统处理后的水质良好，也可用作主厂房和锅炉的补水。

3.2.2 垃圾渗沥液处理

垃圾焚烧发电厂需要设置垃圾渗滤液处理系统，以收集和处理垃圾坑渗滤液、地磅和垃圾卸料平台冲洗水等。垃圾渗滤液处理系统主要通过厌氧生物滤池或好氧生物滤池对垃圾焚烧发电厂的垃圾渗滤液进行处理。

垃圾渗滤液经过处理后，出水可以作为循环冷却水补充水等生产冷却用水，满足《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T 19923—2005）的敞开式循环冷却水系统补充水水质标准。渗滤液经沉淀后产生大量无机污泥，无机污泥经渣浆泵排入污泥浓缩池进行浓缩处理，然后排入厌氧生物滤池或好氧生物滤池，以去除其中的有机污染物，避免二次污染。

3.3 固废处理

垃圾焚烧后产生的固体废物主要由两部分组成。一是从焚烧系统中排出的炉渣、炉灰及烟气净化系统中排出的飞灰。二是废活性炭、废催化剂、污泥等废物，所有固体废物均应按标准要求处理处置。根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2014）、《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）等国家标准，应分别收集和运输焚烧炉渣与除尘设备收集的飞灰。

炉渣可以进行综合利用。垃圾焚烧后，诸多污染物被彻底消除，灰渣不含有有机物质，不会造成二次污染，因此可以对滤渣直接综合利用。烟气净化系统排出的飞灰含有对人体有害的粉尘和重金属，属于危险废物，不能与灰渣混合处理。可以采用熔融固化技术、水热处理技术等热处理技术，也可以采用水泥固化技术对飞灰中的有害物质进行处理。在一定条件下，可以对飞灰进行直接填埋[7]。此外，飞灰输送与存储均要在密闭环境中进行，以免对环境造成污染。

垃圾焚烧过程会产生危险废物，如废活性炭和废脱硝催化剂。危险废物应由有资质的单位统一回收处理，也可通过热再生或芬顿法再生，以实现废活性炭等危险废物的资源化再利用，减少环境危害。废水处理过程会产生污泥，污泥经过脱水后送至焚烧炉进行焚烧处理，焚烧过程可以有效去除其中的有害物质。

3.4 垃圾收集、预处理污染防治

垃圾的收集和预处理可以有效提高垃圾焚烧发电厂运行效率，减少二次污染，主要涉及垃圾的收集、分类和运输等环节。

严格禁止有毒有害垃圾进入焚烧垃圾收集系统，危险废物及工业垃圾不得进入生活垃圾焚烧发电厂进行处理。要防止建筑垃圾进入焚烧垃圾收集系统。低热值的建筑垃圾对焚烧有不利影响，如降低炉温，产生更多的CO，将不利于二噁英去除，降低了垃圾焚烧发电厂的处理效率和热发电效率。

由于不同种类垃圾的焚烧处理流程、主要焚烧污染物及其控制措施存在很大差别，因此有必要对建筑垃圾、工业垃圾和生活垃圾进行分类收集。一方面，分类收集可以提高垃圾处理效率，做到该填埋的填埋，该焚烧的焚烧；另一方面，分类收集也可以提高焚烧发电的燃烧转化效率，减少二次污染物的排放，有条件的地方还可以根据不同类别垃圾特点设计垃圾焚烧发电厂，更好地利用垃圾中的可用资源，大大提高垃圾焚烧处理效率。

要对垃圾中转站进行改造，生活垃圾在中转站被压缩成块状，然后由专用垃圾车运往垃圾焚烧发电厂。运输车辆必须密闭且有防止垃圾渗滤液滴漏的措施。生活垃圾要由专用垃圾运输车运输，运输过程中，车厢严禁敞开，禁止使用车厢破损、密封性能差的运输车运输，以减少对沿途环境的影响。

李青峰等从垃圾焚烧发电的角度研究了生活垃圾分类策略，认为应该从规则建立、硬件投入、分类教育、源头责任、技术突破等维度推进生活垃圾分类，提升垃圾分类效果[8]。目前，我国已经拉开生活垃圾强制分类的大幕，上海成为国内第一个强制进行垃圾分类的城市，北京紧随其后，其他城市也跃跃欲试。相信不久的将来，每个城市甚至每个村镇都会实行垃圾分类。垃圾分类是历史的潮流，是文明的进步，是人类发展的必经阶段。

4 结论

逐年增长的城市垃圾已经对人民的正常生活造成困扰，同时严重威胁生态环境，一旦处理不当就有可能造成二次污染，危害巨大。垃圾焚烧发电能够实现变废为宝，未来会有越来越多的垃圾焚烧发电厂投入运营，因此要降低焚烧过程中产生的三废，避免对环境造成二次污染。这样不仅能实现资源的合理利用，还可以有效保护生态环境，改善城市形象，实现人类社会的可持续发展。