环境工程学-_固体废物资源化综合利用与最终处置

固体废物资源化、综合利用与最终处置第十一章固体废物资源化、综合利用与最终处置环境工程学石河子大学师范学院地理系固体废物资源化、综合利用与最终处置第一节固体废物资源化的意义与资源化系统一、固体废物资源化的意义固体废物资源化不仅具有环境意义，而且对社会经济的发展也有十分重要的意义，尤其是实施固化废物资源化在经济可持续发展战略中具有十分重要的意义。固体废物资源化、综合利用与最终处置固体废物资源化、综合利用与最终处置二、城市垃圾资源化系统城市固体废物处理与材料分选化学与生物转化及综合利用能源转化最终处置回收原材料处理后的组分能源产品电能或热能前处理系统后处理系统能源转化系统系统边界回收原材料城市垃圾资源化系统固体废物资源化、综合利用与最终处置•第二节材料回收系统•材料回收系统：城市垃圾中含有的废纸、废橡胶、玻璃、塑料、纺织品、废钢铁与非铁金属等，都有有用的原材料，通过适当的组合处理工艺，可以一一得到加工、分选与回收，这种由单元技术组合处理工艺，形成对城市垃圾加工、分选的工程系统。固体废物资源化、综合利用与最终处置国内两套不同的垃圾分选处理系统大颗粒物质中间颗粒物质小颗粒物质水泥固化风选人工分选强力破碎后续工艺原料城市垃圾破碎机振动筛人工分选磁选烘干滚筒筛可回收物质铁金属热烟气填埋或利用可回收物质重质组分南方垃圾分选处理系统固体废物资源化、综合利用与最终处置筛上物筛下物固化或制砖风选人工分选强力破碎后续工艺原料城市垃圾板式给料机破包人工分选磁选滚筒筛可回收物质铁金属堆肥可回收物质北方垃圾分选处理系统固体废物资源化、综合利用与最终处置铁金属轻组分贮存场破碎风选旋分器除尘装置排气空气重组分磁选主要有机组分（a）系统：固体废物贮存场破碎磁选旋分器除尘装置排气空气风选铁金属主要有机组分重组分（b）系统：固体废物国外城市垃圾分选回收的几种典型系统常规简易材料回收系统，除适用于人工可捡选的废物外，以回收钢铁金属为主固体废物资源化、综合利用与最终处置固体废物贮存站破碎机风选机重组分旋分器轻组分（主要有机物）磁选机铁金属回收旋转筛分玻璃回收非铁金属回收剩余废物去处置场（c）系统多种物料回收系统，适用于含可回收物料种类较多的城市垃圾。固体废物资源化、综合利用与最终处置滚筒筛初破碎机横向分选器曲折风选机旋分器二次破碎机滚筒筛塑料分离器塑料稀浆粗剩料铁粗剩料堆肥热缩干燥器旋分器滚筒筛轻纸重纸锯齿型风选机家庭垃圾分选回收流程固体废物资源化、综合利用与最终处置•第三节生物转化产品的回收•城市垃圾中含有多种可生物降解的有机物，除食品废物占有较大比例外，废纸类与庭院废物也具有生物与化学转化性质。经过处理与物料分选回收，此类有机物进一步富集于轻组分之中，有利于生物转化处理。通过生物转化过程，可获得腐殖肥料、沼气或其他生物化学转化产品，如饲料蛋白、乙醇与糖类等。生物转化工艺主要包括堆肥化和厌氧生物发酵技术。固体废物资源化、综合利用与最终处置•一、城市垃圾堆肥化•（一）原理：垃圾堆肥化是在一定的人工控制条件下，通过生物化学作用，使垃圾中的有机成分分解转化为比较稳定的腐殖肥料的过程，其实质是一种发酵过程。根据发酵过程中微生物对氧的需求关系，又可分为好氧与厌氧两种堆肥方式。固体废物资源化、综合利用与最终处置（二）好氧堆肥工艺过程好氧堆肥化过程实际上是有机废物的微生物发酵过程，只进行到腐熟阶段，并不需有机物的彻底氧化。一般认为堆料中易降解有机物基本上被降解即达到腐熟热量堆肥可降解有机物耗氧微生物2O若堆肥过程产生热量堆肥向环境的散热，堆肥物料的温度，短期内就可达到60～70℃甚至80℃，然后逐渐降温而达到腐熟。在堆肥过程中，堆内的有机物、无机物发生着复杂的分解与合成的变化，微生物组成也发生着相应的变化。固体废物资源化、综合利用与最终处置工厂化机械堆肥：先进的、很有前途的快速堆肥方法。目前堆肥生产主要采用这种工艺。尽管这种堆肥系统形式多种多样，但基本工序通常都由预处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理及贮藏五个工序组成。好氧堆肥工艺野外人工堆肥：在传统的农家堆肥的基础上发展起来的，操作简单，费用低廉，许多国家都有应用。按堆肥配料比将垃圾、污水处理厂污泥或粪便等进行调配，选择野外空地，堆成平行条堆。每堆宽1.2～2m，长1.8～3m。用人工定期翻动，一般每周1～2次，直到发酵完毕，该方法对通气、水分、温度等条件不易控制。这种好气堆肥工艺适用于分散的农家堆肥。固体废物资源化、综合利用与最终处置固体废物有机固体废物预处理无机物搅拌机机械发酵池风机后处理后发酵贮藏出售工厂化机械堆肥工艺流程固体废物资源化、综合利用与最终处置粪便输送垃圾发酵仓熟料振动筛细料通风磁选农肥粗料分拣利用浸滤液集水井冲洗水调节池初沉池污泥曝气池竖流池污泥回用池上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程固体废物资源化、综合利用与最终处置武汉市城市垃圾堆肥发酵系统计量板式给料机初选（人工）发酵仓出仓二次发酵垃圾入场磁选滚筒筛堆肥污水粪便计量废铁填埋回收物粪便入场固体废物资源化、综合利用与最终处置杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图城市生活垃圾贮料池抓吊废铁滚筒筛人工分选粗大无机物去填埋混合滚筒污水池风机出料机二次发酵出料机风机一次发酵振动给料机散装堆肥装袋机填埋出售滚筒筛固体废物资源化、综合利用与最终处置长野县堆肥化系统流程图脱臭戽斗式翻堆机贮槽定量给料器一次发酵仓家畜尿回转振动筛二次发酵仓杂质污水池土壤脱臭装置干净气体固体废物资源化、综合利用与最终处置手选锤式破碎机振动传输带废纸捆包机非堆肥物收集箱轻质物：纸及塑料磁选机罐头盒双螺旋混合机空气发酵仓（4座）粉碎机（3台）旋风分离器气体燃料空气加热器旋风分离器污泥水：到下水道搅拌机布料机浓缩污泥槽离心机高温空气空气旋转干燥器堆肥德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程固体废物资源化、综合利用与最终处置•二、城市垃圾厌氧消化处理与沼气回收•通过厌氧细菌的生物转化作用，将城市垃圾中大部分可生物降解的有机质转化为能源产品－－沼气，是城市垃圾又一资源化途径。固体废物资源化、综合利用与最终处置城市垃圾加工、分选破碎、筛分轻组分重组分有毒有害废物配料、制浆水污泥与粪便加热厌氧发酵池沼气沼气柜剩余污泥脱水干燥作为农肥或处置城市垃圾厌氧消化工艺流程预处理配料制浆厌氧消化处理与沼气回收固体废物资源化、综合利用与最终处置厨余垃圾脱水破碎厌氧发酵菌种投加发酵产品外运或利用气体净化能源回收水处理厨余垃圾厌氧发酵工艺流程离心机等脱水机械粗大物体如骨头兼性和厌氧微生物菌种去除发酵气中H2S等杂质气体固体废物资源化、综合利用与最终处置有机废物进料分选料槽废物破碎机天然气供应站加气站电网热交换主变电站临时储存仓区域供热系统发电热储存罐发酵热发酵仓热交换废液肥料脱水堆肥产品堆肥精制车间脱水典型的大型工业化沼气发酵工艺流程固体废物资源化、综合利用与最终处置•三、生物化学处理新技术在固体废物资源化中的应用新开发的生物化学技术已应用于某些单一性工业废渣与城市垃圾的处理，并可回收专项转化产品。如，利用生物酶催化作用，催化水解含纤维素的固体废物，并回收饲料葡萄糖、精制葡萄糖乃至单细胞蛋白与洒精等产品。（糖化处理、生产单细胞蛋白和生产酒精）固体废物资源化、综合利用与最终处置废纤维素酶解制取葡萄糖的工艺流程图化学转换微生物转换发酵酶水解反应器过滤器三绿啶营养剂经灭菌破碎的纤维素发酵槽过滤器经粉碎废纤维素葡萄糖浆15%粗葡萄糖纯葡萄糖化工原料单细胞蛋白质甲醇、丙酮等化学药品、抗菌素、酶pH4.850℃纤维素30%酶0.1%酶及未反应纤维素循环回路酶（培养滤液）固体废物资源化、综合利用与最终处置单细胞蛋白（singlecellprotein简称SCP）:通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质，又称微生物蛋白。这些微生物蛋白不仅蛋白质含量高于传统的蛋白质食品，而且氨基酸组成齐全，配比适当，富含人畜生长代谢必需的8种氨基酸组分和多种维生素，是理想的食品和动物饲料来源。废纤维素粉碎机鼓风机碱碱性浆液固液分离器营养剂水或循环液水蒸汽氧化炉灭菌蒸发冷却器冷水冷却器空气发酵槽不溶性糖渣（使用或循环）混凝剂混合澄清槽液体（使用或循环）干燥器干燥菌体生成物蔗渣生产单细胞蛋白工艺流程图固体废物资源化、综合利用与最终处置固体废物生产酒精:许多含纤维素、淀粉和糖的废物都可用来发酵生产酒精。如稻草、玉米杆、麦杆、玉米芯以及废弃腐烂的水果等。纯酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次燃料。调到60ºBéH2O发酵槽酵母分离器酵母干燥用酸净化酵母蒸馏酒精液浓酒精液40ºBé粗酒精酒糟碳钾碱精馏塔脱水塔无水酒精板状冷却器总容器酵母增殖酵母纯培养待用发酵液蒸煮锅H2SO4净化设备储料器糖蜜80ºBé以糖蜜为原料生产酒精的工艺流程图固体废物资源化、综合利用与最终处置•第四节城市垃圾焚烧与热转化产品的回收一、城市垃圾焚烧概述焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。固体废物资源化、综合利用与最终处置（1）焚烧的目的•焚烧的主要目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽量减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。固体废物资源化、综合利用与最终处置（2）可焚烧处理的废物类型•焚烧法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物和气体废物；不但可以处理城市垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废物。危险废物中的有机固态、液态和气态废物，常常采用焚烧来处理。在焚烧处理城市生活垃圾时，也常常将垃圾焚烧处理前暂时贮存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧处理。固体废物资源化、综合利用与最终处置•焚烧适宜处理有机成分多、热值高的废物。当处理可燃有机物组分很少的废物时，需补加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效益。固体废物资源化、综合利用与最终处置（3）废物焚烧处理方式•废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构，主要由废物种类、形态、燃烧特性和补充燃料的种类来决定，同时还与系统的后处理以及是否设置废热回收设备等因素有关。一般说来，对于易处理、数量少、种类单一及间歇操作的废物处理，工艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单，不必设置废热回收设施。对于数量大的废物，并需连续进行焚烧处理时，焚烧炉设计要保证高温，除将废物焚毁外，应尽可能地考虑废热回收措施，以充分利用高温烟气的热能。固体废物资源化、综合利用与最终处置二、焚烧炉类型•固体废物焚烧炉种类繁多，主要有炉排型焚烧炉，炉床型焚烧炉和沸腾流化床焚烧炉三种类型。但每一种类型的炉子又视其具体的结构不同又有不同的型式，具体分为以下几种类型：（1）炉排型焚烧炉•固定炉排焚烧炉；活动炉排焚烧炉，即为机械炉排焚烧炉。固体废物资源化、综合利用与最终处置典型的机械炉排焚烧炉-马丁炉吊车装料通道抓斗废热锅炉出灰机机械炉排炉体固体废物资源化、综合利用与最终处置（2）炉床式焚烧炉•炉床式焚烧炉采用炉床盛料，燃烧在炉床上物料表面进行，适宜于处理颗粒小或粉状固体废物以及泥浆状废物，分为固定炉床和活动炉床两大类。固体废物资源化、综合利用与最终处置（3）流化床焚烧炉•这是一种近年发展起来的高效焚烧炉，利用炉底分布板吹出的热风将废物悬浮起呈沸腾状进行燃烧。一般常采用中间媒体即载体（砂子）进行流化，再将废物加入到流化床中与高温的砂子接触、传热进行燃烧。固体废物资源化、综合利用与最终处置循环流化床焚烧炉固体废物资源化、综合利用与最终处置•三、城市垃圾焚烧系统一个完整的城市垃圾焚烧热源回收系统通常包括七个支系统：①垃圾处理与储存系统②进料系统③燃烧室④废气排放与污染控制系统⑤排渣系统⑥焚烧炉的控制与测试系统⑦热资源回收系统固体废物资源化、综合利用与最终处