固体废弃物处理技术综述-刘汉鼎

1固体废弃物处理钱明川1320190163（安徽工业大学材料科学与工程学院）1.绪论固体废弃物是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品以及法律、行政法规规定纳入固体废弃物管理的物品、物质。《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》（以下简称《固废法》）把固体废物分为三大类：工业固体废弃物、城市生活垃圾和危险废弃物。由于液态废弃物（排入水体的废水除外）和置于容器中的气态废弃物（排入大气的废弃物除外）的污染防治适用于《固废法》，所以有时也把这些废弃物称为固体废弃物。包括从废水，废气分离出来的固体颗粒。凡人类一切活动过程产生的，且对所有者已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质，通称为固体废弃物。各类生产活动中产生的固体废弃物俗称废渣；生活活动中产生的固体废弃物则称为垃圾。“固体废弃物”实际只是针对原所有者而言。在任何生产或生活过程中，所有者对原料、商品或消费品，往往仅利用了其中某些有效成分，而对于原所有者不再具有使用价值的大多数固体废弃物中仍含有其它生产行业中需要的成分，经过一定的技术环节，可以转变为有关部门行业中的生产原料，甚至可以直接使用。可见，固体废弃物的概念随时、空的变迁而具有相对性。提倡资源的社会再循环，目的是充分利用资源，增加社会与经济效益，减少废弃物处置的数量，以利于社会的发展。2.固体废弃物的来源与危害2.1固体废弃物的来源从原始人类活动开始，就有固体废弃物的产生，那时的固体废弃物主要是粪便、动植物残渣、随着人类社会的进步，生产逐渐发展，同时也产生了许许多多的新的废渣。从下表1-1[1]我们可以看出各类固体废弃物来源。2表1-12.2固体废物的危害及污染控制一、固体废弃物污染固体废物是环境的污染源，除了直接污染外，还经常以水、大气和土壤为媒介污染环境。①大量堆放固体废弃物，浪费土地资源固体废弃物不像废气、废水那样到处迁移和扩散，必须占有大量的土地。城市固体废物侵占土地的现象日趋严重，我国现在堆积的工业固体废弃物有60亿吨，生活垃圾有5亿吨，估计每年有1000万吨固体废弃物无法处理而堆积在城郊或公路两旁，几万公顷的土地被它们侵吞。②固体废弃物的堆放，严重污染土壤土壤是植物赖以生存的基础。长期使用带有碎砖瓦砾的“垃圾肥”，土壤就严重“渣化”；未经处理的有害废弃物在土壤中风化、淋溶后，就渗入土壤，杀死土壤微生物，破坏土壤的腐蚀分解能力，导致土壤质量下降；带有病菌、寄生虫卵的粪便施入农田，一些根茎类蔬菜、瓜果就把土壤中的病菌、寄生虫卵吸进或带入体内，人们食用后就会患病。③固体废弃物向江河湖海倾倒，水污染令人堪忧许多国家把大量的固体废弃物直接向江河湖海倾倒，不仅减少了水域面积，3淤塞航道，而且污染水体，使水质下降。固体废弃物对水体的污染，有的直接污染地表水，也有的下渗后污染了地下水。④固体废弃物向大气飘散固体废弃物在收运、堆放过程中未作密封处理，有的经日晒、风吹、雨淋、焚化等作用，挥发了大量废气、粉尘；有的发酵分解后产生了有毒气体，向大气中飘散，造成大气污染。⑤影响市容环境卫生固体废弃物在城市里大量堆放而又处理不妥，不仅妨碍市容，而且有害城市卫生。城市堆放的生活垃圾，非常容易发酵腐化，产生恶臭，招引蚊蝇、老鼠等孳生繁衍，容易引起疾病传染；在城市下水道的污泥中，还含有几百种病菌和病毒。长期堆放的工业固体废弃物有毒物质潜伏期较长，会造成长期威胁。城市的清洁卫生文明，很大程度同固体废物的收集、处理有关，尤其是作为国家卫生城市和风景旅游城市，对固体废物不妥善处理，将会造成非常不良的影响。二、固体废物污染控制固体废物污染控制需从两个方面入手，一是减少固体废物的排放量，二是防治固体废物污染。固体废弃物处置是指对已经无回收价值或确属不能再利用的固体废弃物（包括对自然界及人身健康危害极大的危险废弃物），采取长期置于与生物圈隔离地带的技术措施，也是解决固体废物最终归宿的手段，故也称之为最终处置技术。3.固体废弃物的处理方法3.1物理处理法一、固体废物破碎固体废弃物的最大特点是体积庞大，成分复杂且不均匀，因此为达到固体废弃物的减量化，资源化和无害化的目的，对固体废弃物进行破碎处理显得极为重要。破碎是通过人力或机械等外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分子问作用力而使物体破裂变碎的操作过程。若再进一步的加工，将小块固体废弃物颗粒分裂成细粉状的过程称之为磨碎。破碎是固体废物处理技术中最常用的预处理工艺。二、固体废弃物的分选固体废物的分选简称废物分选，是废物处理的一个操作单元，其目的是将废弃物中可回收利用的或对后续处理与处置有害的成分分选出来。废弃物分选是根据废弃物物料的性质如分选物料的粒度，密度，电性，磁性，光电性，摩擦性，弹性以及表面润湿性的差异来进行分离；分选方法包括筛分，重力分选，磁选，4电选，光电选，浮选，及最简单最原始的人工分选。3.2化学处理法一、固体废弃物的热解热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对之进行加热蒸馏，使有机物产生热裂解，生成小分子物质(燃料气、燃料油)和固体残渣的不可逆的过程。通过对其进行热解处理，可以把固体废弃物的消极处理转变为积极的回收利用，从而把当今各国发展所遇到的两个共同难题——固体废弃物产量大和能源不足有机地协调起来。因而，热解处理可视为一种有发展前景的固体废弃物处理方法。二、固化／稳定化固化／稳定化技术是处理重金属废弃物和其他非金属危险废弃物的重要手段，是危险废弃物管理中的一项重要技术，在区域性集中管理系统中占有重要的地位。其他固体废弃物经无害化、减量化处理后，亦需要经过固化／稳定化处理，才能进行最终处置或加以利用。固化／稳定化技术作为固体废弃物最终处置的预处理技术在国内外已得到广泛的应用。3.3生物处理法一、厌氧发酵厌氧发酵(或称厌氧消化)是一种普遍存在于自然界的微生物过程。凡是在有有机物和一定水分存在的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发生厌氧发酵现象，使有机物经厌氧分解而产生H2、CH4、CO2和H2S等气体。厌氧发酵在微生物生理学中的定义是：在没有外加氧化剂的条件下，被分解的有机物作为还原剂被氧化，而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物学程。现代工业则把利用微生物生产菌体、酶或各种代谢产物的过程都称为发酵(或消化)。从环境污染治理的角度来说，发酵技术是指以废水或固体废弃物中的有机污染物为营养源，创造有利于微生物生长繁殖的良好环境，利用微生物的异化分解和同化合成的生理功能，使得这些有机污染物转化为无机物质和自身的细胞物质，从而达到消除污染、净化环境的目的。二、堆肥化堆肥化就是利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人工培养的工程菌等，在一定的人工条件下，有控制地促进来源于生物的有机垃固体废弃物生物稳定作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。固体废弃物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥。它是一类呈深褐色、质地疏松、有泥土气味的物质，形同泥炭，腐殖质含量很高，故也称为“腐殖土”，5是一种具有一定肥效的土壤改良剂和调节剂。4.固体废弃物的资源化与综合利用当今,科学技术的进步使现代工业得到迅速发展,人类的生活水平也迅速提高,但随之而来也出现了诸多的环境问题,固体废弃物便是其中的一个不可忽视的重大问题。固体废弃物对环境的污染是多方面的。在对水体的污染方面,不少国家把废物直接倾倒于河流、湖泊、海洋中,甚至将海洋投弃作为一种固体废物处理方法。固体废物进入水体后,不仅直接影响水生动植物的生存环境,造成水质下降、水域面积减少等直接的恶劣影响,而且还可以通过食物链的作用,影响与水有关的动植物的生存。在对大气的污染方面,固体废弃物中的尾矿、粉煤灰、干泥和垃圾中的尘粒随风进入大气中,直接影响大气能见度和人的身体健康。废弃物在焚烧时所产生的毒气和恶臭，也直接影响大气质量。废弃物对土壤也造成影响，由于废弃物的堆积和填埋不当,经日光曝晒及雨水浸淋所产生的浸出液及沥滤液中所含有害成分会直接进入土壤,破坏土壤微生物的生存条件,从而对土壤结构和土质产生有害影响。此外,有毒、有害废弃物也会因处置不当对环境造成恶劣影响,这已成为国际上公认的严重环境问题之一[2,3]。4.1资源化的意义固体废弃物资源化的意义就是对其中的有用物质及能量加以回收和利用的同时,使其无用部分达到无害化、减量化。这样不仅可以提高社会效益,做到物尽其用,并取得一定的经济效益,同时还可达到环境保护的目的。资源循环、废弃物资源化与再利用系统详见文献[4]。在我国,资源消耗高,二次资源利用率低,有相当一部分资源变成了污染物。据估计,我国每单位国民生产总值所消耗的矿物原料比发达国家高3~4倍,也高于印度、巴西。我国总的资源利用率只相当于先进国家的1/4~1/3,大量的废旧物资未能回收利用。每年约有300万t废钢铁,600万t废纸未被回收,70%的废橡胶未被利用。到本世纪末,我国六大废旧物资生产量将有明显增加,预计将达到废钢铁4150~4300万t,废有色金属100~120万t,废旧橡胶85~92万t,废旧塑料230~250万t,废旧玻璃1040万t。4.2固体废弃物资源化的有关技术常用的工业固体废弃物处理方法主要有:堆存法、填地法、固化法、生物法、投弃海洋法等;城市固体废物处理还有填埋法、焚烧法、堆肥法等。而用于固体废弃物资源化的技术手段主要为堆肥技术和焚烧处理技术。一、固体废弃物的堆肥技术6堆肥技术就是利用生物对废弃物中的有机物进行发酵、降解，使之变成稳定的有机质，并利用发酵过程产生的温度杀死有害微生物以达到无害化卫生指标的处理技术[5]。堆肥的原料有城市垃圾,纸浆厂、食品厂等废水处理的污泥及下水污泥,粪尿消化污泥，家畜粪尿树皮、锯末、秸秆等等。在我国,堆肥的主要原料是生活垃圾和粪便的混合物。我国大城市生活垃圾及中小城市生活垃圾组分见表2,3[6]。堆肥方法有露天堆肥法、快速堆肥法及半快速堆肥法。其中,快速堆肥法最为先进,特别适用于生产大量垃圾的大城市。在英国、荷兰、日本都有快速堆肥法的实例。近年来，由于城市生活水平的提高，我国垃圾以每年10%的速度递增。以1985年为例，全国300多个城市垃圾产量为5188万t,粪便为3400万t,都需进行无害化处理。全国各地也都努力进行堆肥的研究和生产。如天津、上海、北京、武汉等大城市及无锡、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,国内堆肥方式分为厌氧土法堆肥、好氧露天堆肥法及好氧仓式堆肥法。由于目前农村堆肥难以自给,而土地长期使用无机化肥会带来各种不利影响，可以预计对堆肥厂制造的优质堆肥的需要量将会不断增加。7二、焚烧处理随着垃圾产量的逐年增加,垃圾成分的逐年变化,单纯用填埋和堆肥处理城市垃圾已不再适应城市的实际情况了。在发达国家的垃圾中,纸、木、塑料、食物等可燃物的含量很高,热值很高。一些国家的垃圾组成和排放量见表4[7]。为了更为有效地利用这些资源,出现了用垃圾替代煤的垃圾焚烧技术。焚烧是固体废弃物高温分解和深度氧化的综合处理过程,其优点在于可迅速地、大幅度地减少可燃性废物的容积,彻底消除有害细菌和病毒,破坏毒性有机物,并能回收热能。固体废弃物焚烧厂的余热利用是资源回收的重要措施。余热可用于供热和发电,如日本由于国土狭小,处理垃圾主要用焚烧技术,仅东京就有14座垃圾焚烧厂在运转。其中12座用于发电,总发电功率为9.2kW,总发电量为5.3亿度。卖电收入每年为18.3亿日元[8]。4.3工业固体废弃物的综合利用工业固体废物品种繁多，数量巨大，且大都具有某些工业原材料所具有的一些化学、物理特性。同时具有巨大的资源潜力，可作为二次资源综合利[9]。一、粉煤灰我国有关粉煤灰的综合利用是从五六十年代开始的。1979年的综合利用量为270万t,利用率约为10%左右,八五期间粉煤灰的利用率和利用量都有了明显的增加,利用量已居世界前列。以1995年为例,全国有51个电厂粉煤灰的综合利用量超过30万t,总计利用量2960万t,利用率超过70%[10]。粉煤灰的综合利