我国工业固体废弃物综合利用综述

1我国工业固体废弃物综合利用综述徐坤（山东师范大学山东济南250358）摘要：垃圾是放错地方的资源。工业固体废弃物传统处理处置方法填埋、焚烧、热解等不仅存在占地大、耗能高、处理不彻底等弊端，还存在污染物转移的事实，不能根本上解决固体废物产量大的问题。本文介绍了多种工业固体废弃物综合利用的方法，废物交换制度的理念，真正意义上实现垃圾资源化、减量化、无害化。同时，固废综合利用也是推动清洁生产实现循环经济的有效手段。关键词：工业固体废弃物综合利用废物交换清洁生产循环经济固体废弃物特别是有害固体废弃物在环境中长期存在，处理不当，会造成侵占土地，污染土壤、水体、大气，影响环境卫生等诸多危害。我国固体废弃物来源广泛，包含工业固体废弃物，城市生活垃圾、农业生产垃圾等方面；其产量巨大，特别是工业固体废弃物，随着我国经济的高速发展，产量逐年攀升占总固废产生量的一半以上。传统的预处理、填埋、焚烧、热解受到多方面因素如占地、高耗能的限制，因此对工业固体废弃物综合利用的研究显得尤为重要。1我国工业固体废弃物综合利用现状固体废物的全过程管理可以归纳为三个层次，首先是防止或尽量减少固体废物的产生，其次是将已产生的废物进行回收再循环利用，第三是将暂时不能回收或再利用的废物进行无害化处置。固体废物综合利用上第二层次的回收利用，属于资源的内涵性利用将废物中的资源由一次利用变为多项利用，循环利用，变废为宝提高资源的利用效率，为开发资源利用的潜力提供了新的方法和手段。开发利用工业固体废弃物是实现我国工业可持续发展的重要措施，已成为建设节约型社会的重点和难点工作之一。努力做好工业固体废弃物的综合利用，可以充分利用资源、节能、利废和环保，有着广阔的发展空间，对促进当地社会经济发展和实现我院发展战略规划，具有十分重要的意义，同时也会产生十分显著的经济和社会效益。我国将废弃电器电子产品、可用作原料的进口废物、大宗工业固体废物等统一归属为“资源类废物”，主要的大宗工业固体废物有尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等，利用一定手段技术都可以得到回收利用。图一表明，在我国工业固体废弃物产量日趋增长的同时，综合利用是工业固废的主要处理方式。2000-2014年工业固体废弃物总产生量2889731万吨，综合利用1772138万吨。以2013年为例，261个大、中城市一般工业固体废物产生量达238306.23万吨，其中，综合利用量146535.66万吨，处置量70815.70万吨，贮存量19744.98万吨，倾倒丢弃量57.85万吨。一般工业固体废物综合利用量占利用处置总量的61.79%，处置、贮存和倾倒丢弃分别占比29.86%、8.33%和0.02%（图2)，综合利用仍然是处理一般工业固体废物的主要途径，部分城市对历史堆存的固体废物进行了有效的利用和处置。一般工业固体废物产生量较大的省份主要集中在华北地区，河北、山西、内蒙古分列前3位。2图1（数据来源：环境保护部环境质量年报）图2（数据来源:2014年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报）工业固体废物综合利用率指工业固体废物综合利用量占工业固体废物产生量的百分率。计算公式为：工业固体废物综合利用率=工业固体废物综合利用量÷（工业固体废物产生量+综合利用往年贮存量）×100%表一给出了近五年我国工业固体废弃物的综合利用率。可以看出整体综合利用情况较为可观。3近五年全国工业固体废弃物综合利用率年份20102011201220132014综合利用量（万吨）161772199757202384205916204330综合利用率67.1%60.5%60.9%62.3%62.1%表12一般工业固体废物综合利用途径工业固体废弃物的综合利用是一种封闭物质循环的思想，是资源多级利用的体现。一种工业的废物在另外一种工业生产中就可能是原料。一方面，可以节约资源保护环境，另一方面，减少了固体废弃物的堆置和处置，可以在一定程度解决我国固体废弃物数量庞大的难题。以下介绍了集中较成熟的固废综合利用技术手段2.1废纸的资源化造纸工业是污染严重的工业。这种污染从技术上来说是可以解决的，但投资太大。而利用废纸造浆，没有大气污染，其对水的污染也容易处理。用废纸作原料造纸，每吨可节约木材2-3m³，不仅可以减少环境污染，还可以保护森林资源，减少对生态的破坏。目前废纸的再利用主要是以废纸作原料，通过合理布置、选择制浆工艺和控制参数，生产出质量优良的纸浆来生产再生纸。图3废纸再生工序2.2冶金废渣的利用冶金工业固体废物，主要指各种金属冶炼或加工过程中产生的废渣。从化学成分看，主要含有SiO2、CaO、MgO、和Al2O3等氧化物。这些固体废物弃之为害，用则为宝。自20世纪70年代以来，许多工业发达国家都把工业固体废物作为经济建设的“永久型”资源，利用率已达60%以上。我国对其二次利用也比较重视，现在许多冶金废渣在建筑材料方面已有多种利用方法，利用率也比较高。2.2.1高炉渣的资源化利用高炉渣属于硅酸盐材料范畴，适合于加工制作水泥、碎石骨料等建筑材料。高炉渣的资源化途径，取决于高炉渣的冷却方式，冷却方式不同，高炉渣的特性不同，资源化途径也就不同。高炉渣是冶金工业中产出数量最多的一种废渣。目前我国高炉废渣的年产出量约3000万吨，主要是将液态热熔渣洒水淬冷，制成粒化的水淬渣，成为制造水泥和混凝土的混合材料；少量用于生产膨珠和矿渣棉，总利用率在85%左右，但每年仍有数百万吨弃于渣场。而欧美发达国家早于20世纪70年代做到了当年排渣当年转化利用完全。以下为几种高炉渣综合利用工洗涤和浓缩废纸筛选碎解（纤维分离）除渣分散与揉搓脱墨漂白4艺。图4矿渣硅酸盐水泥生产工艺图5矿渣砖生产工艺流程图6矿渣棉生产工艺2.2.2钢渣的综合利用钢渣中含Ca、Si、Al、Fe、P等元素。目前我国钢渣的综合利用主要包括回收废钢铁和钢粒、用作冶金原料、生产建筑材料、农业利用、回填等途径（1）钢渣用作冶金原料。可以从其中分选回收废钢和钢粒；用作治炼溶剂（2）钢渣用作建筑材料。可以用作筑路材料；生产水泥和钢渣砖。（3）钢渣用作农肥和酸性土壤改良剂。根据钢渣所含元素所占比例，可以加工成磷肥、硅肥和钙镁磷肥。而且由于含金属氧化物活性较高，特别适合作酸性土壤改良剂。（4）钢渣中稀有元素的富集和提取。有些钢渣中含有铌、钒等稀有金属，可用化学浸取法提取这些有价成分，充分利用资源。2.2.3铁合金渣的综合利用铁合金渣因含有铬锰钼钛镍等金属，故先考虑从中回收油价金属。对于目前尚不能回收的铁合金渣，可用作建筑材料或农业肥料。（1）用做水泥混合材。锰铁合金渣和锰硅合金渣与熟料、石膏混合，可生产325号以上硅酸盐水泥。烘干机粉磨机渣粉混合磨矿渣硅酸盐水泥粉碎机煅烧炉熟料粉磨机硅酸盐水泥石膏含硅原料含铁原料粘土石灰石水渣水渣+胶凝材料搅拌矿渣砖蒸汽养护入模成型轮碾矿渣+白云石+焦炭熔炉流槽喷吹或高速离心沉降室空气水蒸气或压缩空气矿渣棉5（2）生产铸石制品。用熔融硅锰渣、硼铁渣和钼铁渣等生产铸石产品。（3）制作耐火材料。金属铬冶炼渣可作为高级耐火材料骨料，已在国内推广使用。（4）回收化工原料或作农肥。从磷铁合金生产产生的磷泥渣中可回收工业磷酸。2.2.4有色金属渣的综合利用除铁、锰、铬以外的64种金属或半金属化为有色金属。有色金属贫矿较多，品位较低，成分复杂，一般每冶炼1t有色金属要铲除几吨甚至几十吨废渣。（1）赤泥的资源化。赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中排出的红色残渣。目前国内外赤泥大多是堆场贮存或投海。赤泥自然堆放容易污染环境。赤泥中含有一定量的TiO2、Al2O3、Na2O、Fe2O3等有价金属，可通过一定工艺提取金属和稀有、稀土元素，但由于经济原因，尚未投入工业应用。现在我国赤泥的主要回收方式是生产环境材料，如利用赤泥生产水泥等建筑材料、作为香蕉和塑料工业的填料、酸性土壤调节剂、红色颜料、合成肥料以及用于废水废气的治理。（2）铜渣的资源化。铜渣主要来源于火法炼铜和炼铅炼锌过程的副产物。铜渣中含有不同量的铜、铅、锌、镉等重金属合Au，Ag等贵金属，具有回收金属的价值。提取金属后，还可用于生产水泥、铸石等建筑材料。氧化焙烧硫酸浸出浓缩冷却结晶一次置换KMnO4氧化二次置换浓缩冷却结晶ZnSO4.7H2O产品浸液母液浸渣母液海绵镉产品氧化渣含锌、镉渣CUSO4.5H2O硫酸置换渣图7铜渣生产硫酸铜及回收有价金属工艺流程2.3粉煤灰的资源化粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。[我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。粉煤灰可以用来生产粉煤灰水泥、砖、混凝土及其他建筑材料，还可用作农业肥料和土壤改良剂、回收工业原料。6图8粉煤灰综合利用示意图3废物交换废物交换是企业间寻求利用彼此的废物(如废水、废气、废渣等),而不是将其作为废物抛弃掉。废物交换是应用工业生态学中最常被使用的战略之一,它的流行源自于其经济利益,即企业可以从某些废物中获得新的收益并降低其他一些废物的处理成本。从需求的角度来看,利用废物企业可能以较低的成本获得原材料。对企业来说,参与废物交换可以有效利用资源并提高环境绩效。所谓“废物交换”(WasteExchange),是指在政府的监管下,甲企业将自己产生的废物交换给乙企业。换句话说,就是把一个企业产生的废物作为另一个企业的原材料,实现物质闭路循环和能量多级利用,形成相互依存、类似自然生态系统食物链的工业生态系统,使企业之间形成物质、能量、信息的共生关联,从而提高物质、能量、信息的利用程度和生态效率,显著改善企业的经济绩效,推动社会经济增长,真正实现经济与环境的协调发展。①废物交换以企业之间沟通供需信息和技术为基础,将废物产生企业产生的废物变成利用废物企业的资源,将废物转移到利用废物的企业进行资源化。例如,炼钢厂的废物钢渣,却是水泥厂的原料,利用钢渣生产矿渣水泥,质量上等;水泥窑的高温余热可以用来发电;发电厂的余热可集中向居民区供热等。废物交换的核心思想是:从理论上讲,废物不是废物,任何一种废物都有其使用价值,只是在短时间内没有找到使用场所;或者开发其用途时,成本较高,经济上不合算;或者只有社会效益而无经济效益;或者说废物具有较严重的毒害性、传染性或放射性,以目前的技术尚无法加以利用等。在我国,废物交换的试点经验表明,废物交换有着非常重要的意义。(一)废物交换是建设“资源节约型、环境友好型”社会的必然选择(二)废物交换是循环经济区域层面的要求(三)废物交换是环境保护与提高经济利益的统一目前,我国废物交换的法律法规体系仍不健全,还没有颁布《废物交换管理办法》、《循环经济法》及配套的管理规定和标准,不能有效地解决现实交换工作中的一些具体问题,比如信息不流畅、全过程控制缺乏跟踪记录环节、废物交换缺乏经济鼓励政策等等。而且,在实际工作中,有些废物产生单位自己无回收7利用的条件,又以各种借口不愿将废物提供给外单位利用,导致废物的回收利用价值无法得到体现,甚至随意排放废物。这不但造成严重的污染,更造成资源的浪费;有些企业虽然与其他企业进行了废物交换,但由于交易缺乏统一的监督和指导管理,很不规范;废物交易仅是供需双方的自由结合,联系双边合作关系的纽带是经济利益,对废物转移所带来的安全、污染、防护等问题常常没能顾及,造成二次污染。因此有必要加强废物交换的立法研究,给废物交换提供法律依据和保障。4总结和展望我国的工业固体废弃物资源化水平与国外发达国家相比仍然很低，在很多方面都要努力改进，十三五规划更是强调加快循环经济发展进程，努力实现绿色生产，对固体废弃物防治结合全过程控制。因而提出以下几条建议与措施：（一）加快发展工业固体废弃物资源化利用产业。目