日本焚烧飞灰"填海造陆"背后的重金属污染隐忧

海洋不是垃圾的终点，而是污染的起点。

日本每年数百万吨的焚烧炉渣与飞灰，没有安稳地躺在陆地的固化块里，而是被直接倾倒入海面填埋场。

更令人不安的是，那些用来暂时“锁住”重金属的螯合剂，正在海水中缓慢分解、失效——海水长年累月的侵蚀，正让这座水下“灰冢”成为一颗随时可能引爆的生态炸弹。

其重金属泄漏风险，远远超过任何一座规范建设的陆上填埋场。

日本有多少飞灰进入了海面填埋场？

日本是全球垃圾焚烧率最高的国家之一，约79%的生活垃圾经焚烧处理，焚烧后，每年约有300万-400万吨燃尽物（炉渣＋飞灰），送入最终填埋物，进行混合填埋。

填埋物中炉渣占52.1%、飞灰占22.3%、中间处理残渣占13.4%、直接填埋垃圾仅占12.1%。并未像中国那样，将炉渣进行大量二次利用。

垃圾焚烧后的混合灰渣，相当比例进入大城市的海面填埋场。粗略估算，日本每年约有100~200万吨焚烧混合灰渣进入海面填埋场，占总焚烧残渣产生量的20%~40%。

什么是海面填埋场？

海面填埋场（海面処分場），是日本独有的一种最终处置方式，全部分布在大都市的海边浅滩上。

典型的海面填埋场构造如下：

外围围堰——用巨大钢板桩直接插入海床，将填埋区与外海隔离；

分层填埋——将焚烧灰渣分层分区填埋，并在其上定高覆土，然后进行下一批填埋，层层叠加。

浸出水处理——设置浸出水处理设施，将渗滤液净化后排入公共水域；

填埋完成后——形成人工岛，改造为公园、港口等用地。

填海造陆的"日本特色"

日本主要海面填埋场集中在东京湾和大阪湾。

东京湾的"新海面处置场"，是东京湾中最大的"垃圾岛"，面积约为1000公顷。大阪拥有，"梦洲填埋场"（北港地区，390万平方米）、尼崎冲填埋场（面积113公顷，埋立容量1600万立方米）、泉大津冲填埋场等；其他横滨、神户、广岛等沿海城市均有海面填埋场。

这些填埋场的填埋物，几乎全部是焚烧灰和飞灰——正如日本一般废弃物最终处置场的基础。

日本73%的国土为山地，平原面积狭小，大城市周边土地资源极度紧缺。以东京、大阪为代表的大都市，没有足够的山地，建设陆上填埋场，也无法将巨量焚烧残渣，远距离运输至偏远地区。

海面填埋场是这些城市焚烧残渣的唯一出路，不占用宝贵的陆地资源，填埋完成后还能"造出"新的土地。

日本环境省统计，日本海面填埋场共25处，主要分布在东京、大阪、横滨、神户等主要大城市，其单体规模远大于山间和平地填埋场，承担了大城市主要的焚烧残渣终端处置任务。

以中山裕文等（2022）对典型海面填埋场的研究为例，仅单一产业废弃物焚烧设施配套的海面填埋场，日均焚烧残渣埋立量就达600吨，年间受入量18万吨，20年供用期间总受入量达360万吨。

与海水的"危险共生"

利用垃圾焚烧炉渣和飞灰，作为填海造陆的材料，在日本 "向海要地"的便利背后，是一个长期被低估的环境隐患。

弊端一：直接与海水接触，重金属溶出通道始终开放

陆上填埋场的设计逻辑是"与外界隔绝"——遮水工（防渗膜）、覆土、浸出水收集处理，构成多重屏障。而海面填埋场的本质是将废弃物浸没于海水中，两者之间仅靠钢板桩和有限的遮水层隔离。

日本学术研究早已证实，焚烧灰投入海水后会发生显著的污染成分溶出：

焚烧灰基础溶出特性（JLT-13法）：焚烧灰A的Pb溶出浓度达1.01 mg/L，远超日本填埋基准（0.3 mg/L）的3倍以上；TOC溶出19.7~25.1 mg/L，远高于天然海水的3.9 mg/L；

焚烧灰连续投入后海水水质变化：随投入次数增加，海水pH从8骤升至12，TOC浓度从0攀升至60 mg/L，SS浓度最高达100 mg/L；

单次投入TOC溶出量约0.11 mg/kg，约为标准溶出试验的50%——即仅2米沉降过程即可溶出约一半的可溶出有机成分。

这意味着，每一次焚烧灰投入海面填埋场，都是一次小规模的"排污事件"。

弊端二：海水侵蚀加速螯合物分解，重金属再释放风险远超陆上填埋

螯合剂稳定化是日本飞灰进入填埋场前，进行无害化处理的主流方式（78%的焚烧设施使用螯合剂处理飞灰，其中98%为有机系螯合剂）。

而日本学者的长期追踪研究发现，填埋8年后Pb的螯合物存在量可降至处理刚完毕时的10%以下。

海面填埋场的环境条件远比陆上填埋场更为恶劣：

盐度侵蚀：海水中高浓度氯离子（Cl⁻）对螯合物的化学稳定性构成持续侵蚀，加速金属-螯合物配位键的断裂；

pH波动：海水pH约8.1，而焚烧灰投入后局部pH可骤升至12以上，随后回落至10~10.6——这一pH区间恰是絮凝体生成量最大的区间，也是重金属化学形态最易发生转化的区间；

厌氧-好氧交替：海面填埋场内海水与空气接触，表层为好氧环境、深层为厌氧环境，氧化还原电位（Eh）的剧烈变化可引发重金属价态转化和再溶出——如六价铬在好氧条件下更易溶出，两性金属Pb、Zn在强碱性条件下可出现"再溶出"现象；

潮汐与波浪扰动：每次新投入焚烧灰时，原有浮泥层的30%~50%会被卷起，扰动已稳定的污染阻隔层，加速污染成分释放。

京都大学和大阪大学的研究团队（Inui & Katsumi, 2019）通过大型柱渗滤试验和批次试验发现：在海面填埋场的"废物-底部海相黏土"系统中，Zn在中性条件下以可交换态化合物为主，存在明显的迁移风险；只有在中等碱性和高碱性条件下才可有效固定。而海面填埋场中海水的持续渗入，恰好会不断中和焚烧灰的碱性，使局部环境趋向中性，从而打开重金属迁移的"通道"。

弊端三：有机螯合剂溶出形成长期COD污染，加剧海水富营养化

飞灰中难分解性COD总量达27000 mg/kg（2.7 wt%），其中86%为难分解性组分；

有机螯合剂含0.5%~1.0%的硫脲类物质，仅需2~3 mg/L即可抑制70%以上的氨单加氧酶活性，严重干扰浸出水的生物处理过程。

海面填埋场的浸出水COD可达300~700 mg/L，T-N达150~600 mg/L，即使经处理设施净化后达标排放，长期累积仍会对周边海域造成持续的有机物和氮负荷。

这些高COD、高氮的浸出水排入东京湾、大阪湾等半封闭海域，直接加剧海域的富营养化风险——历史上的东京湾曾在1960~1970年代因污染导致渔获量骤减75%，至今尚未完全恢复。

弊端四：防渗系统的"先天不足"与"后天老化"

海面填埋场的防渗设计面临陆上填埋场所不具备的挑战：

先天不足：海面填埋场的底部直接坐落于海相黏土层上，防渗依赖钢板桩围堰和底部遮水工。但钢板桩在海水的电化学腐蚀下寿命有限，而底部遮水工在施工中难以像陆上填埋场那样进行完整性和均匀性检测——水下施工的防渗层质量天然不如陆上。

后天老化：日本1998年才强制要求最终填埋场设置二重遮水工和漏水检测系统，此前建设的海面填埋场多为单层防渗。更关键的是，飞灰中高浓度氯盐对防渗材料的腐蚀性远超一般废弃物，可能加速防渗膜和钢板桩的老化破损。

一旦防渗系统失效，焚烧灰中的重金属将直接接触海水——这不再是通过浸出水处理设施的"可控排放"，而是不可逆的"海水-飞灰直接反应"。

弊端五：浮泥层——海面填埋场的"定时炸弹"

日本九州大学环境学系古贺大三郎，岛冈隆行等学者，对海面填埋场中焚烧灰沉降特性的系统研究发现：

焚烧灰投入海水后，约6%~8.4%的质量会形成浮泥（粒径极细的悬浮颗粒），浮泥层具有两大危险特性：

透水性极低（仅为砂砾层的1/100），阻碍污染成分向海水扩散，看似"天然屏障"，实则将重金属和有机污染物封存于填埋层内部，形成长期累积；

极易被扰动：每次新投入焚烧灰时，30%~50%的浮泥被卷起重新悬浮——这意味着一旦填埋作业持续，累积的污染成分就会被周期性释放；

有机含量高，为重金属的微生物转化提供了有机底物，可能在厌氧条件下促进甲基汞等毒性更强的金属有机物生成。

当海面填埋场封场后，浮泥层中的重金属将长期滞留，成为未来任何土地开发利用的潜在环境风险源。

弊端六：填海造陆的"土地毒遗产"

海面填埋场封场后，最常见的用途是改造为公园或港口用地。东京"梦之岛"已成为市民公园，大阪"梦洲"拟建公园和奥运设施。

然而，焚烧灰填海造出的人工岛，其地基层的主体是含高浓度重金属和氯盐的焚烧灰。日本学者的研究指出：焚烧灰填海地基土质较软，不能建高楼，"可能只能用作公园"。

即便覆土绿化，地下30米厚的焚烧灰层中重金属的长期行为完全未知。

早期填埋的飞灰可能使用了已被证明长期不稳定的有机螯合剂——这些螯合物终将分解，重金属终将重新获得迁移能力。

东京湾中心区域沉积物的重金属垂直分布显示：1950年代前后重金属污染急速增加，1970年代达到高峰——这恰好对应了日本大规模填海造陆和工业排污的时期。尽管之后有所下降，但沉积物中的重金属不会凭空消失，它们只是被封存在海底泥沙中，等待下一次扰动。

向海要地不是"免费午餐"

日本海面填埋场的设计逻辑，本质上是一种空间套利——用海洋的"空旷"来置换陆地的"拥挤"，用海水的"稀释"来消化污染的"浓度"。但这种套利是有代价的，而且代价可能远比想象中更为深远。

海水不是"无限的缓冲液"。 焚烧灰与海水的接触不是一次性的化学反应，而是一个持续数十年的动态过程。

每一次潮汐、每一次降雨、每一次新灰投入，都在改写填埋层内的pH-Eh-盐度条件，从而改变重金属的化学形态和迁移能力。

现有浸出水处理设施只能管控"可收集"的渗滤液，无法控制填埋层内部重金属与海水的直接反应。 8年内，Pb螯合物即可分解至10%以下，海面填埋场的海水侵蚀会加速这一进程。

当螯合物大量分解后，重金属的去向完全取决于防渗系统是否完好，钢板桩在海水中的腐蚀速率，可能比设计预期更快。

东京湾和大阪湾的历史已经给出警示。

1960~1970年代，这两大海湾因工业排污和垃圾填海导致渔获量骤减75%以上，重金属和多环芳烃污染在沉积物中至今可测。经过数十年治理，湾区环境虽已大幅改善，但沉积物中的历史污染从未被清除——海面填埋场正在为未来制造新的"历史污染层"。

日本的经验提醒我们,海洋不是垃圾的终点，而是污染的起点。 将含重金属的焚烧飞灰送入海边填埋场，不是"处置"，而是"寄存"——寄存于海水中，寄存于防渗层上，寄存于螯合剂里。当这些"寄存条件"逐一失效时，重金属将沿原路返回，而海水将是它们最便捷的迁移通道。

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清气团垃圾焚烧ai知识库

参考资料：

日本环境省《一般废弃物排出及处理状况等》调查（2019年、2024年）

樋口壮太郎《最终処分场の技术的変迁と今后の动向》，2015

中山裕文等《海面処分场における廃弃物の早期安定化を目的とした溶出负荷制御のライフサイクルコスト评価》，2022

《海面埋立地中烧却灰的沉降与凝集特性研究》

《都市ごみ焼却灰の分级処理による海面処分场の早期安定化に関する研究》，2016

《市政废弃物焚烧灰烬的开放水道分类技术开发研究》，土木学会论文集G(环境)，2018

Inui T, Katsumi T. Geotechnical Issues for Developing Coastal Waste Landfills[C]. Anthropogenic Soils in Japan, Springer, 2019: 105-115

《一般廃弃物最终処分场の基础知识》

清气团智库

文 | 垃圾焚烧首席分析师 晏磊

编辑 | 晨雨

本文系【清气团|固废展望】原创内容

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