固體廢棄物處理技術(shù)綜述-劉漢鼎

1、固體廢棄物處理錢明川 1320190163（安徽工業(yè)大學材料科學與工程學院）1. 緒論固體廢棄物是指在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動中產(chǎn)生的喪失原有利用價值或者雖未喪失利用價值但被拋棄或者放棄的固態(tài)、半固態(tài)和置于容器中的氣態(tài)的物品以及法律、行政法規(guī)規(guī)定納入固體廢棄物管理的物品、物質(zhì)。中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法（以下簡稱固廢法）把固體廢物分為三大類：工業(yè)固體廢棄物、城市生活垃圾和危險廢棄物。由于液態(tài)廢棄物（排入水體的廢水除外）和置于容器中的氣態(tài)廢棄物（排入大氣的廢棄物除外）的污染防治適用于固廢法，所以有時也把這些廢棄物稱為固體廢棄物。包括從廢水，廢氣分離出來的固體顆粒。 凡人類一切活動過

2、程產(chǎn)生的，且對所有者已不再具有使用價值而被廢棄的固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)，通稱為固體廢棄物。各類生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的固體廢棄物俗稱廢渣；生活活動中產(chǎn)生的固體廢棄物則稱為垃圾。“固體廢棄物”實際只是針對原所有者而言。在任何生產(chǎn)或生活過程中，所有者對原料、商品或消費品，往往僅利用了其中某些有效成分，而對于原所有者不再具有使用價值的大多數(shù)固體廢棄物中仍含有其它生產(chǎn)行業(yè)中需要的成分，經(jīng)過一定的技術(shù)環(huán)節(jié)，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛嘘P(guān)部門行業(yè)中的生產(chǎn)原料，甚至可以直接使用?？梢?，固體廢棄物的概念隨時、空的變遷而具有相對性。提倡資源的社會再循環(huán)，目的是充分利用資源，增加社會與經(jīng)濟效益，減少廢棄物處置的數(shù)量，以利于社會的發(fā)展。2. 固

3、體廢棄物的來源與危害2.1固體廢棄物的來源從原始人類活動開始，就有固體廢棄物的產(chǎn)生，那時的固體廢棄物主要是糞便、動植物殘渣、隨著人類社會的進步，生產(chǎn)逐漸發(fā)展，同時也產(chǎn)生了許許多多的新的廢渣。從下表1-11我們可以看出各類固體廢棄物來源。表1-12.2固體廢物的危害及污染控制一、固體廢棄物污染固體廢物是環(huán)境的污染源，除了直接污染外，還經(jīng)常以水、大氣和土壤為媒介污染環(huán)境。大量堆放固體廢棄物，浪費土地資源固體廢棄物不像廢氣、廢水那樣到處遷移和擴散，必須占有大量的土地。城市固體廢物侵占土地的現(xiàn)象日趨嚴重，我國現(xiàn)在堆積的工業(yè)固體廢棄物有60億噸，生活垃圾有5億噸，估計每年有1000萬噸固體廢棄物無法處理

4、而堆積在城郊或公路兩旁，幾萬公頃的土地被它們侵吞。 固體廢棄物的堆放，嚴重污染土壤土壤是植物賴以生存的基礎(chǔ)。長期使用帶有碎磚瓦礫的“垃圾肥”，土壤就嚴重“渣化”；未經(jīng)處理的有害廢棄物在土壤中風化、淋溶后，就滲入土壤，殺死土壤微生物，破壞土壤的腐蝕分解能力，導致土壤質(zhì)量下降；帶有病菌、寄生蟲卵的糞便施入農(nóng)田，一些根莖類蔬菜、瓜果就把土壤中的病菌、寄生蟲卵吸進或帶入體內(nèi)，人們食用后就會患病。 固體廢棄物向江河湖海傾倒，水污染令人堪憂許多國家把大量的固體廢棄物直接向江河湖海傾倒，不僅減少了水域面積，淤塞航道，而且污染水體，使水質(zhì)下降。固體廢棄物對水體的污染，有的直接污染地表水，也有的下滲后污染了地下

5、水。固體廢棄物向大氣飄散 固體廢棄物在收運、堆放過程中未作密封處理，有的經(jīng)日曬、風吹、雨淋、焚化等作用，揮發(fā)了大量廢氣、粉塵；有的發(fā)酵分解后產(chǎn)生了有毒氣體，向大氣中飄散，造成大氣污染。影響市容環(huán)境衛(wèi)生 固體廢棄物在城市里大量堆放而又處理不妥，不僅妨礙市容，而且有害城市衛(wèi)生。城市堆放的生活垃圾，非常容易發(fā)酵腐化，產(chǎn)生惡臭，招引蚊蠅、老鼠等孳生繁衍，容易引起疾病傳染；在城市下水道的污泥中，還含有幾百種病菌和病毒。長期堆放的工業(yè)固體廢棄物有毒物質(zhì)潛伏期較長，會造成長期威脅。城市的清潔衛(wèi)生文明，很大程度同固體廢物的收集、處理有關(guān)，尤其是作為國家衛(wèi)生城市和風景旅游城市，對固體廢物不妥善處理，將會造成非常

6、不良的影響。二、固體廢物污染控制 固體廢物污染控制需從兩個方面入手，一是減少固體廢物的排放量，二是防治固體廢物污染。固體廢棄物處置是指對已經(jīng)無回收價值或確屬不能再利用的固體廢棄物（包括對自然界及人身健康危害極大的危險廢棄物），采取長期置于與生物圈隔離地帶的技術(shù)措施，也是解決固體廢物最終歸宿的手段，故也稱之為最終處置技術(shù)。3.固體廢棄物的處理方法3.1物理處理法一、固體廢物破碎固體廢棄物的最大特點是體積龐大，成分復雜且不均勻，因此為達到固體廢棄物的減量化，資源化和無害化的目的，對固體廢棄物進行破碎處理顯得極為重要。破碎是通過人力或機械等外力的作用，破壞物體內(nèi)部的凝聚力和分子問作用力而使物體破裂變

7、碎的操作過程。若再進一步的加工，將小塊固體廢棄物顆粒分裂成細粉狀的過程稱之為磨碎。破碎是固體廢物處理技術(shù)中最常用的預處理工藝。二、固體廢棄物的分選固體廢物的分選簡稱廢物分選，是廢物處理的一個操作單元，其目的是將廢棄物中可回收利用的或?qū)罄m(xù)處理與處置有害的成分分選出來。廢棄物分選是根據(jù)廢棄物物料的性質(zhì)如分選物料的粒度，密度，電性，磁性，光電性，摩擦性，彈性以及表面潤濕性的差異來進行分離；分選方法包括篩分，重力分選，磁選，電選，光電選，浮選，及最簡單最原始的人工分選。3.2化學處理法 一、固體廢棄物的熱解熱解是利用有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧條件下對之進行加熱蒸餾，使有機物產(chǎn)生熱裂解，生成小分

8、子物質(zhì)(燃料氣、燃料油)和固體殘渣的不可逆的過程。通過對其進行熱解處理，可以把固體廢棄物的消極處理轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的回收利用，從而把當今各國發(fā)展所遇到的兩個共同難題固體廢棄物產(chǎn)量大和能源不足有機地協(xié)調(diào)起來。因而，熱解處理可視為一種有發(fā)展前景的固體廢棄物處理方法。 二、固化穩(wěn)定化固化穩(wěn)定化技術(shù)是處理重金屬廢棄物和其他非金屬危險廢棄物的重要手段，是危險廢棄物管理中的一項重要技術(shù)，在區(qū)域性集中管理系統(tǒng)中占有重要的地位。其他固體廢棄物經(jīng)無害化、減量化處理后，亦需要經(jīng)過固化穩(wěn)定化處理，才能進行最終處置或加以利用。固化穩(wěn)定化技術(shù)作為固體廢棄物最終處置的預處理技術(shù)在國內(nèi)外已得到廣泛的應(yīng)用。3.3生物處理法 一、厭

9、氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵(或稱厭氧消化)是一種普遍存在于自然界的微生物過程。凡是在有有機物和一定水分存在的地方，只要供氧條件不好或有機物含量多，都會發(fā)生厭氧發(fā)酵現(xiàn)象，使有機物經(jīng)厭氧分解而產(chǎn)生H2、CH4、CO2和H2S等氣體。厭氧發(fā)酵在微生物生理學中的定義是：在沒有外加氧化劑的條件下，被分解的有機物作為還原劑被氧化，而另一部分有機物作為氧化劑被還原的生物學程。現(xiàn)代工業(yè)則把利用微生物生產(chǎn)菌體、酶或各種代謝產(chǎn)物的過程都稱為發(fā)酵(或消化)。從環(huán)境污染治理的角度來說，發(fā)酵技術(shù)是指以廢水或固體廢棄物中的有機污染物為營養(yǎng)源，創(chuàng)造有利于微生物生長繁殖的良好環(huán)境，利用微生物的異化分解和同化合成的生理功能，使得這些有機污

10、染物轉(zhuǎn)化為無機物質(zhì)和自身的細胞物質(zhì)，從而達到消除污染、凈化環(huán)境的目的。二、堆肥化堆肥化就是利用自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，以及由人工培養(yǎng)的工程菌等，在一定的人工條件下，有控制地促進來源于生物的有機垃固體廢棄物生物穩(wěn)定作用，使可被生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學過程。固體廢棄物經(jīng)過堆肥化處理，制得的成品叫做堆肥。它是一類呈深褐色、質(zhì)地疏松、有泥土氣味的物質(zhì)，形同泥炭，腐殖質(zhì)含量很高，故也稱為“腐殖土”，是一種具有一定肥效的土壤改良劑和調(diào)節(jié)劑。4. 固體廢棄物的資源化與綜合利用 當今, 科學技術(shù)的進步使現(xiàn)代工業(yè)得到迅速發(fā)展, 人類的生活水平也迅速提高, 但隨之而來也出現(xiàn)

11、了諸多的環(huán)境問題, 固體廢棄物便是其中的一個不可忽視的重大問題。固體廢棄物對環(huán)境的污染是多方面的。在對水體的污染方面, 不少國家把廢物直接傾倒于河流、湖泊、海洋中, 甚至將海洋投棄作為一種固體廢物處理方法。固體廢物進入水體后, 不僅直接影響水生動植物的生存環(huán)境, 造成水質(zhì)下降、水域面積減少等直接的惡劣影響, 而且還可以通過食物鏈的作用, 影響與水有關(guān)的動植物的生存。在對大氣的污染方面, 固體廢棄物中的尾礦、粉煤灰、干泥和垃圾中的塵粒隨風進入大氣中, 直接影響大氣能見度和人的身體健康。廢棄物在焚燒時所產(chǎn)生的毒氣和惡臭，也直接影響大氣質(zhì)量。廢棄物對土壤也造成影響，由于廢棄物的堆積和填埋不當,經(jīng)日光

12、曝曬及雨水浸淋所產(chǎn)生的浸出液及瀝濾液中所含有害成分會直接進入土壤, 破壞土壤微生物的生存條件, 從而對土壤結(jié)構(gòu)和土質(zhì)產(chǎn)生有害影響。此外, 有毒、有害廢棄物也會因處置不當對環(huán)境造成惡劣影響, 這已成為國際上公認的嚴重環(huán)境問題之一2, 3 。4.1資源化的意義固體廢棄物資源化的意義就是對其中的有用物質(zhì)及能量加以回收和利用的同時,使其無用部分達到無害化、減量化。這樣不僅可以提高社會效益, 做到物盡其用, 并取得一定的經(jīng)濟效益, 同時還可達到環(huán)境保護的目的。資源循環(huán)、廢棄物資源化與再利用系統(tǒng)詳見文獻4 。在我國, 資源消耗高, 二次資源利用率低, 有相當一部分資源變成了污染物。據(jù)估計, 我國每單位國民

13、生產(chǎn)總值所消耗的礦物原料比發(fā)達國家高34 倍, 也高于印度、巴西。我國總的資源利用率只相當于先進國家的1/ 4 1/ 3, 大量的廢舊物資未能回收利用。每年約有300 萬t 廢鋼鐵, 600 萬t 廢紙未被回收, 70% 的廢橡膠未被利用。到本世紀末, 我國六大廢舊物資生產(chǎn)量將有明顯增加, 預計將達到廢鋼鐵4 150 4 300 萬t , 廢有色金屬100 120 萬t ,廢舊橡膠85 92 萬t , 廢舊塑料230 250 萬t , 廢舊玻璃1 040 萬t。4.2固體廢棄物資源化的有關(guān)技術(shù)常用的工業(yè)固體廢棄物處理方法主要有: 堆存法、填地法、固化法、生物法、投棄海洋法等; 城市固體廢物處理

14、還有填埋法、焚燒法、堆肥法等。而用于固體廢棄物資源化的技術(shù)手段主要為堆肥技術(shù)和焚燒處理技術(shù)。一、 固體廢棄物的堆肥技術(shù)堆肥技術(shù)就是利用生物對廢棄物中的有機物進行發(fā)酵、降解，使之變成穩(wěn)定的有機質(zhì)，并利用發(fā)酵過程產(chǎn)生的溫度殺死有害微生物以達到無害化衛(wèi)生指標的處理技術(shù)5。堆肥的原料有城市垃圾, 紙漿廠、食品廠等廢水處理的污泥及下水污泥, 糞尿消化污泥，家畜糞尿樹皮、鋸末、秸稈等等。在我國, 堆肥的主要原料是生活垃圾和糞便的混合物。我國大城市生活垃圾及中小城市生活垃圾組分見表2, 36 。堆肥方法有露天堆肥法、快速堆肥法及半快速堆肥法。其中, 快速堆肥法最為先進, 特別適用于生產(chǎn)大量垃圾的大城市。在英

15、國、荷蘭、日本都有快速堆肥法的實例。近年來，由于城市生活水平的提高，我國垃圾以每年10% 的速度遞增。以1985 年為例，全國300多個城市垃圾產(chǎn)量為5 188 萬t , 糞便為3 400 萬t ,都需進行無害化處理。全國各地也都努力進行堆肥的研究和生產(chǎn)。如天津、上海、北京、武漢等大城市及無錫、杭州等中、小城市在城市生活垃圾堆肥方面都取得了一定的成果。目前, 國內(nèi)堆肥方式分為厭氧土法堆肥、好氧露天堆肥法及好氧倉式堆肥法。由于目前農(nóng)村堆肥難以自給, 而土地長期使用無機化肥會帶來各種不利影響，可以預計對堆肥廠制造的優(yōu)質(zhì)堆肥的需要量將會不斷增加。二、 焚燒處理隨著垃圾產(chǎn)量的逐年增加, 垃圾成分的逐年

16、變化, 單純用填埋和堆肥處理城市垃圾已不再適應(yīng)城市的實際情況了。在發(fā)達國家的垃圾中, 紙、木、塑料、食物等可燃物的含量很高, 熱值很高。一些國家的垃圾組成和排放量見表47 。為了更為有效地利用這些資源, 出現(xiàn)了用垃圾替代煤的垃圾焚燒技術(shù)。焚燒是固體廢棄物高溫分解和深度氧化的綜合處理過程, 其優(yōu)點在于可迅速地、大幅度地減少可燃性廢物的容積, 徹底消除有害細菌和病毒, 破壞毒性有機物, 并能回收熱能。固體廢棄物焚燒廠的余熱利用是資源回收的重要措施。余熱可用于供熱和發(fā)電, 如日本由于國土狹小, 處理垃圾主要用焚燒技術(shù), 僅東京就有14 座垃圾焚燒廠在運轉(zhuǎn)。其中12 座用于發(fā)電, 總發(fā)電功率為9.2

17、kW, 總發(fā)電量為5.3 億度。賣電收入每年為18.3 億日元8。4.3工業(yè)固體廢棄物的綜合利用工業(yè)固體廢物品種繁多，數(shù)量巨大，且大都具有某些工業(yè)原材料所具有的一些化學、物理特性。同時具有巨大的資源潛力，可作為二次資源綜合利9。一、 粉煤灰我國有關(guān)粉煤灰的綜合利用是從五六十年代開始的。1979 年的綜合利用量為270 萬t, 利用率約為10% 左右, 八五期間粉煤灰的利用率和利用量都有了明顯的增加, 利用量已居世界前列。以1995年為例, 全國有51 個電廠粉煤灰的綜合利用量超過30 萬t , 總計利用量2 960 萬t, 利用率超過70%10 。粉煤灰的綜合利用途徑有100 多種, 目前正在

18、推廣的技術(shù)有粉煤灰粘土燒結(jié)磚技術(shù)、粉煤灰筑路新技術(shù)、粉煤灰在工程回填中的應(yīng)用技術(shù)、粉煤灰混凝土施工技術(shù)、粉煤灰砂漿材料應(yīng)用技術(shù)、粉煤灰加氣混凝土生產(chǎn)技術(shù)、粉煤灰改土技術(shù)等。我國目前灰土占地面積每年以2 000 hm2 的速度增加, 到2000 年灰場占地面積將超過40 000hm2, 排灰量將達到1.5 億t。因此, 加快粉煤灰的綜合利用意義重大, 刻不容緩。二、煤矸石我國利用煤矸石已有20 多年的歷史, 目前, 我國已基本建立起了適合我國國情的一系列較為成熟的技術(shù)體系, 如以發(fā)電和生產(chǎn)建材為主要內(nèi)容的煤矸石、煤泥的綜合技術(shù); 以發(fā)電、提礬生產(chǎn)建材為主的煤矸石綜合利用技術(shù); 硫鐵礦回收技術(shù)等。

19、其中發(fā)電、生產(chǎn)水泥、制磚等建材、回填復墾、制造生物肥料等大宗技術(shù)仍是利用煤矸石的主流。此外, 煤矸石還是很好的筑路材料, 具有良好的抗風雨侵蝕性能。因此， 利用煤矸石新技術(shù)的開發(fā), 也將為煤矸石綜合利用開辟新途徑。3、 廢渣產(chǎn)業(yè)廢渣大體上可分為鋼鐵廢渣、有色金屬廢渣、化工廢渣等。鋼鐵廢渣中含有各種不同的有價元素, 如鐵、錳、釩、鉻、銅、鈮、稀土、鋁、鎂、鈣、硅等金屬和非金屬元素, 因此是一項可再利用的二次資源。目前, 世界上發(fā)達國家采用的多為少渣和無渣工藝, 而我國技術(shù)落后, 原材料質(zhì)量低劣, 煉鋼出渣較多。每噸鋼排渣150 200 kg。到2000 年我國鋼產(chǎn)量將達到1 億t, 年排鋼渣約為

20、 1400 萬1t , 目前,國內(nèi)鋼渣的主要利用途徑是: 返回燒結(jié)做建筑和道路材料、回填材料等。鋼渣的主要回收技術(shù)有生產(chǎn)鋼渣熔融水泥、回收金屬、風碎處理轉(zhuǎn)爐鋼渣技術(shù)、鋅渣制備高純度氧化鋅技術(shù)等。利用含金屬廢渣如鐵、錳、鈮、鈦、銅、鋅等金屬廢渣提煉稀有金屬, 或以中間渣形式在行業(yè)內(nèi)返回轉(zhuǎn)用, 最大限度提取或利用有色金屬是鋼鐵廢渣綜合利用的方向。有色金屬廢渣也可作為二次資源開發(fā)利用。這是由于在有色金屬原礦中, 除一種主要金屬以外, 一般還伴生其他金屬礦物或有用成分。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高和發(fā)展, 這些金屬礦物或有用成分將被回收作為二次資源開發(fā)和利用。化工廢渣多為有毒、有害廢物, 對環(huán)境的壓力大,

21、所以化工廢渣的無害化處理技術(shù)是今后研究的重點方向。同時, 化工廢渣中有相當一部分是未反應(yīng)的原料和副產(chǎn)品, 回收利用的潛力很大, 無害化部分可用來作制磚、水泥的原料。另外在一些化工廢渣中還含有金、銀、鉑等貴重金屬, 通過分離和提取這些金屬, 也可創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。因此, 這也是技術(shù)開發(fā)的一個重要方向。4、 廢塑料處理近幾年, 一次性塑料包裝材料廣泛應(yīng)用, 拋棄量越來越大。以北京為例, 廢塑料占垃圾總量的3% 4%, 如此估計, 北京每年垃圾中塑料可占10 萬t以上。塑料由于化學性質(zhì)穩(wěn)定, 特別是在聚合和縮合制成高分子時, 添加的各種添加劑, 往往都含有有害成分。所以， 無論在做填埋或焚燒處理時, 都應(yīng)該考慮到這些問題。另外, 由于塑料種類繁多, 雜品混合, 性質(zhì)各異, 所以處理工藝要求較高, 也較為復雜。但是, 塑料還有一個