1、第六章 固体废物的处置与利用,环境治理技术,教学内容1 固体废物的分类与危害 2 固体污染物的控制及其技术 政策 3 常见固体废物的处理方法 4 典型固体废物的处置,固体废物的处置与利用,定义,固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃圾”。主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。有些国家把废酸、废碱、废油、废有机溶剂等高浓度的液体也归为固体废弃物。,随意堆放的垃圾现象,多数城市陷入垃圾围城之窘,堆积如山的废旧轮胎,中国现有668
2、个城市。据专家统计，三分之二的城市被垃圾环带包围。航空遥感测量显示，某直辖市郊区50平方米以上的垃圾堆就有7000多个。上海市土地面积约为全国土地面积的0.06%，全年产垃圾量约为600万吨，每年人均垃圾发生量还以10%的速度增长。随着城市数目和城市人口的不断增多，垃圾污染问题日渐严重。,城市垃圾增长趋势与城市化率成正比。据国家统计局的统计数字，1999年至2005年，中国的城市化率逐年递增。1999年是30.9%，2005年升至42.99%，5.62亿人居住在城镇中。 与此同时，城市垃圾也急剧增加。据国家环境保护总局历年公布的中国环境状况公报显示，1999年，全国工业固体废物产生量7.84亿
3、吨，2005年为13.4亿吨。2005年，全国工业固体废物综合利用量为7.7亿吨，综合利用率为56.1%，与上年基本持平。,目前，中国70%左右的垃圾通过简易堆放和填埋法处理，20%左右的垃圾通过焚烧和堆肥进行利用，另有10%左右的垃圾通过废旧物资回收进行循环利用。中国垃圾处理技术比较低。据国家环保总局的统计，目前中国真正符合国家环境控制标准和建设标准的垃圾无害化处理率仅有50.8%左右，其余49.2%的有害垃圾直接进入环境。由于中国现有的垃圾处理场的数量和规模远不能适应城市垃圾增长的要求，中国历年堆放未及时处理的垃圾已经占用了大量的农田，而且还在逐年递增。垃圾已经成为中国经济快速发展过程中产
4、生的“新肿瘤”。,1、固体废物的分类，是依据其产生的途径与性质而定的。在经济发达国家，将固体废物分为四类：工业废物、矿业废物、农业废物与城市垃圾。在我国，按照固体废物管理法，将固体废物分为工业固体废物（废渣）、危险废物与城市垃圾三类。,固体废物 的分类,（1）工业固体废物在工业生产、加工过程中产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥，以及在采矿过程中产生的废石、尾矿等。 （2）危险废物是指列入国家废物名录或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有如下危险特性的废物，即主要有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性、传染疾病性、放射性等危险特性。 （3）城市垃圾指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等
5、过程产生的固体废物。包括生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便等。,2、中国工业废物的来源和组成 中国的工业固体废弃物有95%来自以下行业：矿业、电力蒸汽热水生产和供应业、黑色金属冶炼及压延加工业、化学工业、有色金属冶炼及压延加工业、食品饮料及烟草制造业、建筑材料及其它非金属矿物制造业、机械电气电子设备制造业。,目前中国的工业固体废弃物大致组成如下：尾矿29%，粉煤灰19%，煤矸石17%，炉渣12%，冶金废渣11%，其它废弃物10%，危险废弃物1.5%，放射性废渣0.3%。,简单堆放的垃圾不仅影响城市景观，同时从垃圾中释放的气体和渗滤液污染着大气、水和土壤，成为中国城市面临的棘手的环境问题。由
6、于综合利用和处置率低，工业固体废物和城市生活垃圾大都堆积在城市的郊区和河岸、荒滩上，已成为严重的污染源，累计堆存量达65亿吨，占地5万余公顷。,固体废物 的危害,1、污染水体：进入水体的途径：垃圾、废渣随雨水径流而进入地面水体；垃圾、废渣中的渗漏水，通过土壤进入地下水体；细颗粒的垃圾、废渣还能随风飘扬落入地面水体，有些城市竟将垃圾、废渣直接倒入湖泊、河流或海洋造成更严重的污染。固体废弃物造成的水体污染是非常严重的。,2、污染大气：进入途径：某些有机物在微生物分解过程中发生恶臭；细颗粒的废弃物、运输和处理废渣过程中产生的有害气体和粉尘，都可随风飘散；工业废弃物煤矸石含全硫量达1.5%时会自燃，达
7、3%以上就会发火，放出大量的二氧化硫。,3、占用土地：固体废物不加利用时，需占地堆放。堆积量越大，占地也越多。据估算，每堆积1万吨废物，占地约需1亩。美国纽约市的弗雷斯开尔斯垃圾处理场是世界上最大的垃圾场。,4 污染土壤：工业废渣及污泥中的有毒化学物质、医院、屠宰厂矿废弃物中的病原菌因废物堆放而带入土壤，使土壤遭受污染。在被污染的土壤上种植农作物，不但使土壤肥力下降，而且使作物吸收、富集有毒物质，然后通过食物影响人的健康。,5 传播疾病：不少固体废弃物和垃圾含有毒有害物质以及病原体，除通过水、气的媒介传播外，还通过生物来传播。目前我国90%以上的粪便、垃圾未经无害化处理，直接倾倒，而且医院、传
8、染病院的粪便、垃圾也混入普通粪便、垃圾之中，广泛传播肝炎、肠炎、痢疾以及各种蠕虫病（寄生虫病）等。,以城市垃圾为主体的固体废物管理系统 1、固体废物产源地管理： 2、分散堆存： 3、收集系统 4、转移与运输 5、处理与材料回收 6、最终处置,固体废物与城市 垃圾管理模式,（1）“减量化、资源化、无害化”原则，这是防治固体废物污染环境的重要原则，简称“三化”原则； （2）全过程管理的原则，对固体废物从产生、收集、贮存、运输、利用直至最终实行全过程管理； （3）分类管理原则，针对不同的固体废物制定不同的对策或措施，其中对工业固体废物、生活垃圾的污染环境防治采取一般性的管理措施，而对危险废物则规定采
9、取严格的管理措施； （4）污染者负责的原则，即产品的生产者、销售者、进口者和使用者对其产生的固体废物依法承担污染防治责任。,固体废物 污染防治原则, 改革生产工艺(i) 采用清洁生产： (ii) 采用精料： (iii) 提高产品质量和使用寿命 发展物质循环利用工艺 进行综合利用 进行无害化处理与处置,固体废物 污染控制措施,（1）降低单位产品原料用量，延长产品使用寿命；（2）由废物中回收有用物料；（3）提高产品重复利用次数。,减少固废 产量的途径,1、固体废物组成分析方法手工分选法: 选取一卡车有代表性垃圾四分法逐缩至100-200Kg(有些国家规定为90Kg)，取其中一份手工分拣后放入已知质
10、量的容器内，压实到原储存器相似的密实程度，测量其质量和体积，计算各组分含量和密度。,固体废物的性质,摄影分析法：这种分析方法采样的要求、方法与上述手工采样分析法相同。选取代表性样品后，采用35mm彩色胶片，用广角镜头135相机与电子闪 就光装置摄影，镜头以90度角对准垃圾样品拍摄。将拍好底片用幻灯机投影到带有10cm10cm方格网的屏幕上，鉴别每一网格中的废物成分，并列表统计。用已确定的各种组分密度，分别计算其含量。这种方法优点是工作人员不需与垃圾直接接触，但费时，精确度不如手工法。垃圾的采集应按季节进行。,2、城市垃圾的物理性质 城市垃圾的物理性质：含水率和密度 含水率：城市垃圾含水率通常用
11、烘干法测定，将称量后的标准样品置于恒温箱中，在77恒温条件下干燥24h后再测量。 密度：在收集站自然堆放条件下，单位体积垃圾的质量（kg/m3 或t/m3）,3、城市垃圾的化学性质 p509 化学成分： 近似分析：挥发性物质（950灼烧损失率），固定碳，不可燃物。是评估垃圾回收利用的依据。 基础成分分析：、不可燃物。可分析垃圾化学成分质量分数。,在我国现有的688座大、中城市中，已有200多座处于垃圾山的包围之中。垃圾围城现象较为普遍。而且这些垃圾的产生量还在以6%8%的速度在逐年增加，如果不作及时有效地处理，任意堆积，天长日久，势必会对人类赖以生存的环境和社会经济的发展带来难以估计的重大影响
12、，因此采取什么方法和技术及时有效地处理好城市垃圾，是所有城市管理者和广大市民极为关注和亟待解决的重大环保问题之一。,第三节 常见固体废物的处理方法,一、固体废物的预处理技术 1、压实是为减小固体废物表观体积、提高运输与管理效率的一种技术。这是用物理的方法提高生活垃圾的聚集程度，减少其容积，以便于运输和后续的处理。,在生活垃圾进行资源化处理过程中，废物的交换和回收利用均需将原来松散的废物进行压实、打包，然后从废物产生地运往废物回收利用地。在城市生活垃圾的收集运输过程中，很多纸张、塑料和包装物，具有很小的密度，占有很大的体积，必须经过压实，才能有效地增大运输量，减少运输费用。对生活垃圾的压实处理有
13、明显的经济意义。垃圾压实的主要设备为压实机。,压实设备类型根据操作情况分，用于固体废物的压实设备可分为固定式和移动式两大类。凡用人工或机械方法（液压方式为主）把废物送到压实机械里进行压实的设备称为固定式。各种家用小型压实器、废物收集车上配备压实器及中转站配置的专用压实机等均属固定式压实设备。而移动式是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压实机、钢轮式布料压实机以及其他专门设计的压实机具。,固定式垃圾压实机,垃圾压实机,垃圾填埋场,2、破碎定义：利用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块以便资源化利用或进行最终处置的过程。这是用机械方法破坏生活垃圾内部的聚合力，减少颗粒尺寸，为后续
14、处理提供合适的固相粒度。破碎的目的：是改变垃圾的形状和大小以适应进一步处理和利用的需要。,建筑垃圾破碎,经过破碎后的垃圾具有容重大、体积小，从而达到提高运输效率、降低运输费用的目的；另外垃圾细碎有利于填埋处置时压实垃圾层，加快复土还原工程的速度；有利于垃圾的分类挑选，容易通过磁选等方法回收高品位金属；有利于以焚烧法处置垃圾，提高垃圾焚烧热效率。,破碎的作用：1）便于压缩、运输、贮存和高密度填埋；2）可后处理过程的稳定性和处理效率；3）便于分选、拣选回收有价物质和材料；4）避免粗大、锋利的废物损坏分选、焚烧、热解等设备或炉腔；5）为固体废物的下一步加工和资源化作准备。 破碎方法：物理方法和机械方
15、法机械方法有挤压、劈裂、弯曲、磨剥、冲击和剪切破碎等方法设备：腭式、锤式、滚压式、撕裂式,垃圾破碎机,破碎机,3、分选：定义：把固体废物中可回收利用的或不利于后续处理、处置工艺要求的物粒分离出来。是继破碎以后固体废物处理过程中重要的处理环节之一。在生活垃圾处理、处置与回用之前必须进行分选，将有用的成分分选出来加以利用，并将有害的成分分离出来。既回收了资源，又减少了垃圾量，防止垃圾大量侵吞和占用土地。,分选的分类：根据废物的物理和物理化学性质不同，这些性质包括粒度、密度、重力、磁性、电性、弹性等，分别采用不同的分选方法，主要有人工手选、重力分选、风力分选、光分选、筛分、跳汰机、浮选、磁选、电选等
16、分选技术等。,垃圾分选滚筒筛,全封闭垃圾分选设备,二、固体废物的常用处理方法：固体废物的处理：指通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化成适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。固体废弃物的处理处置方法有很多。各种方法的目的都是加速物质在环境中的再循环，减轻或者消除环境污染，或者将其转化为可利用的资源，最终实现减量化、资源化和无害化的目的。常用处理方法为：焚烧法、填埋法、堆肥法。,垃圾焚烧是一种较古老的传统的处理垃圾的方法，是现代各国相继建造焚烧炉，垃圾焚烧法已成为城市垃圾处理的主要方法之一。将垃圾用焚烧法处理后，垃圾能减量化，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为
17、无害物。现代的垃圾焚烧炉皆配有良好的烟尘净化装置，减轻对大气的污染。但近年来，垃圾焚烧法在国内外已开始进入萎缩期。目前有超过15个国家和地区，通过了对焚烧垃圾的部分禁令。,焚烧法,焚烧法的优点焚烧法是固体废物高温分解和深度氧化的综合处理过程，好处是大量有害的废料分解而变成无害的物质。由于固体废弃物中可燃物的比例逐渐增加，采用焚烧方法处理固体的废弃物，利用其热能已成为必须的发展趋势，以此种处理方法，固体废弃物占地少，处理量大，在保护环境、焚烧厂多设在10万人口以上的城市，并设有能量回收系统。日本由于土地紧张，采用焚烧法逐渐增多，焚烧过程获得的热能可以用于发电，利用焚烧炉生产的热量，可以供居民取暖
18、，用于维持温室室温等。目前日本及瑞士每年把超过65%的都市废料进行焚烧而使能源再生。,焚烧法的缺点但是焚烧法也有缺点，如投资较大，焚烧过程排烟造成二次污染，设备锈蚀现象严重等。在焚烧垃圾时产生二恶英气体，因而只有对焚烧产生的有毒有害气体进行一系列的处理，该法才能实现环保。,广州李坑生活垃 圾焚烧发电厂,焚烧设备目前世界上焚烧炉的型号已达200多种，其中较广泛应用炉型,冷却用空气,逆流式旋转窑焚烧炉,焚烧炉,医疗垃圾焚烧炉,填埋法,垃圾填埋是我国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，2005年底全国共有356座生活垃圾填埋场，85的城市生活垃圾采用填埋处理。填埋时首先选用废弃的粘土坑、采石
19、场、矿坑等，将垃圾填埋在这些废坑中，有利于恢复地貌，维持生态环境。根据工程措施是否齐全、环保标准能否满足来判断，可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三个等级。,垃圾填埋场,填埋垃圾的优点：技术成熟、处理费用低、工艺简单、处理量大，并较好地实现了地表的无害化。是目前我国城市垃圾集中处置的主要方式。填埋垃圾的缺点：填埋的垃圾并没有进行无害化处理，残留着大量的细菌、病毒；还潜伏着沼气重金属污染等隐患；其垃圾渗漏液还会长久地污染地下水资源，所以，这种方法潜在着极大危害，会给子孙后代带来无穷的后患。这种方法不仅没有实现垃圾的资源化处理，而且大量占用土地是把污染源留存给子孙后代的危险做法。目前许多发达
20、国家明令禁止填埋垃圾。我国政府的各级主管部门对这种处理技术存在的问题也逐步有了认识势必禁止、淘汰此类行为。,垃圾填埋场构造图,垃圾填埋场的防渗处理,铺设聚乙烯膜等防渗膜,堆肥法,是指用于处理有机垃圾。其原理是利用微生物对垃圾中的有机物进行代谢分解，在高温下进行无害化处理，并能产生有机肥料。,(1) 条垛式发酵设备 将物料铺开排成行，在露天或棚架下堆放。,(2)箱式堆肥发酵池,(3)反应器发酵系统 多层立式堆肥发酵塔,卧式堆肥发酵滚筒（DANO式）,筒仓式堆肥发酵仓,钻头,家庭用堆肥发酵装置,典型城市垃圾堆肥工艺,固体废弃物的其它处理方法,废物固化是用物理-化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰
21、性基材中，使其稳定化的一种过程。固化处理机理十分复杂，目前尚在研究和发展中，其固化过程有的是将有害废物通过化学转变引入某种稳定的晶格中的过程；有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程；有的兼有上述两种过程。,固化法,固化处理方法：水泥固化法、石灰固化法、沥青固化法、塑料固化法、有机聚合物固化法、自胶结固化法、熔融固化法（玻璃固化法）和陶瓷固化法等。水泥固化：是以水泥为固化剂将危险废物进行固化的一种处理方法。在用水泥稳定化时，废物被掺入水泥的基质中，水泥与废物中的水分或另外添加的水分，发生水化反应后生成坚硬的水泥固化体。,石灰固化：是以石灰为固化剂，以粉煤灰、水泥窑灰为填料，专用于固化含有硫酸盐
22、或亚硫酸盐类废渣的一种固化方法。其原理是基于水泥窑灰和粉煤灰中含有活性氧化铝和二氧化硅，能与石灰和含有硫酸盐、亚硫酸盐废渣中的水反应，经凝结、硬化后形成具有一定强度的固化体。塑料固化：是以塑料为固化剂与有害废物按一定的配料比，并加入适量的催化剂和填料（骨料）进行搅拌混合，使其共聚合固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体。,固化后的水泥砌块,三、固体废物的处理原则：减量化、资源化和无害化。1）“减量化” ：控制废物的排放量，是指通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。一是减少固废的产生，采用先进的生产工艺，实施清洁生产；提高原材料的利用率和产品质量。二是对固废进行处理利用。减
23、量化技术有：压实、破碎、焚烧等处理方法。,2）资源化：“废弃物又称为放错地点的原料”，是指采取适当的工艺技术，从固体废物中回收有用的物质和能源。 3）“无害化” ：是指将固废通过工程处理，达到不损害人体健康、不污染周围自然环境的目的。中国目前废旧资源的利用率只相当于世界先进水平的1/4-1/3，大量可再生资源尚未得到回收利用，流失严重并造成污染。中国每年因再生资源未得到回收利用而造成的经济损失达200-300亿元。,从固体废物中回收有用物资和能源的潜力相当大。,固体废物资源化的优势：生产成本低：废铝炼铝比用铝矾土炼铝可减少资源90%97%，减少空气污染95%，减少水质污染97%；能耗少：废钢炼
24、钢比用铁矿石炼钢可节约能耗74%；生产效率高：铁矿石炼1吨钢需8个工时，而用废铁炼1吨电炉钢只需23个工时；环境效益好。,第四节 典型固体废物的处置,煤矸石 煤矸石是一种与煤伴生的含碳量较低的岩石，是煤矿开采过程中产生的废渣。煤矸石的矿物组成、化学成分很复杂，包括的元素达数十种，主要是SiO2：5265%，Al2O3：1636，Fe2O3：2.2814.63%等。由于煤矸石含有可燃物质和一些稳定的无机组分，因此可以因地制宜利用煤矸石。,煤矸石的利用 （1）作燃料含碳量较高的可作燃料，发热量一般为10003000kcal/kg，因此当可燃组分较高时，煤矸石可用来代替燃料。 （2）建筑材料：含碳量
25、较低的和自燃后的煤矸石可生产生产砖瓦：经过配料、粉碎、成型、干燥和焙烧等工序可制成砖和瓦。比一般砖瓦节约用煤量50%60%。 生产水泥：煤矸石中二氧化硅、氧化铝及氧化铁的总含量一般在80%以上，可代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、煤矸石炉渣水泥等。 含碳量很少的可用于填坑造地、回填露天矿和用作路基材料， （3）用作农肥：一些煤矸石粉还可用来改良土壤或作肥料。,粉煤灰的利用粉煤灰是燃煤电厂产生的工业固体废物，它是煤粉燃烧后产生的高温烟气经捕尘装置捕集得到的。粉煤灰的主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃尽碳。粉煤灰有着良好的物理化学性能和利用价值，因而成为一种
26、“二次资源”，为此，我国政府出台了鼓励利用粉煤灰的相关政策。粉煤灰的C、Fe、Al及稀有金属可以回收，CaO、SiO2等活性物质可广泛用于建材和工业原料，Si、P、K、S等组分可用于制作农业肥粉与土壤改良剂。,粉煤灰,粉煤灰的利用 粉煤灰作建筑材料是我国大宗利用粉煤灰的途径之一，它包括配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰烧结砖与养蒸砖、陶粒等， 粉煤灰还可作农业肥料和土壤改良剂，在土壤中直接施用粉煤灰，可改良土质，改造重粘土、尘土、酸性土和盐碱土等改善土壤的水、肥、气、热条件，促进作物的早熟和丰产，提高作物的抗旱能力。因其含有大量农作物所必需的营养元素硅、钙、镁、磷、钾等，粉煤灰还可直接用作农业肥料和制造各种复合肥。 此外粉煤灰还可制作环保材料：制造人造沸石和分子筛、絮凝剂等。,粉煤灰砌块,
