固废污染控制及其它污染防治技术（8学时） 引言 目前，水污染是环境污染问题中最为迫在眉睫的严重事件，直接威胁到工农业生产甚至人类的生存。因此，水环境工程学的发展最为各国重视，技术发展也最为迅速，可以说，它带动了其他各项技术的迅猛发展，使各学科发展成为一个科学整体。在我国，环境专业的高等教育中，水质净化与水污染治理是最为重要的教学内容。 问题的引入 固体废物的产生，城市垃圾已成为人们头疼的难题； 固废如何处理，借助哪些措施？ 资源回收和综合利用已经和城市垃圾处理联系在一起； 第3篇教学内容： 固体废物的管理系统 固体废物处理的基本方法★ 固体废物的综合利用★ 典型固体废物的常用处理系统★ 本篇教学要求： (1) 掌握一般处理方法及几种典型工业废渣的综合利用。 (2) 了解能源利用及最终处置的方法并初步掌握设计某种固体废物治理方案的能力。 (3) 通过讲述提高同学对固体废物危害的认识增强自身的责任感。 本章教学重点： 固体废物处理的基本方法、综合利用和典型固体废物的常用处理系统 本章习题: 1．? 固体废物一般是指什么样的物质？ 2．? 固体废物对人类的生存环境会造成怎样的危害？ 3．? 固体废物的预处理有哪些常用的方法？ 4．? 什么是固体废物的最终处置，最终处置分为哪几类？ 5．? 固体废物的焚烧和热解处理有什么区别？ 6．? 固体废物的资源化利用有哪些途径？ 7．? 从个人自身角度考虑，举例说明在日常生活中，我们应如何减少固体废物的产生？如何对固体废物进行回收利用？ 第九章 固体废物管理系统 ?一、固体废物的定义 固体废物（solid wastes）亦称废物，是指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中提取所需目的成分之后，所丢弃的固态或泥浆状的物质。 随着人类社会文明的发展，人们在索取和利用自然资源从事生产和生活活动时，由于客观条件的限制，总要把其中的一部分作为废物丢弃。另外，由于各种产品本身也有其使用寿命，超过了寿命期限，也会成为废物。其实，一种过程的废物随着时空条件的变化，往往可以成为另一过程的原料，废与不废是相对的，它与技术水平和经济条件密切相关。所以，废物也有“放在错误地点的原料”之称。 ?二、固体废物的来源和分类 固体废物的来源大体上可以分为两类：一类是生产过程中产生的废物（不包括废气、废水）；另一类是产品在流通过程和消费使用后产生的固体废物。 固体废物分类方法很多，可以根据其性质、状态和来源等进行分类。如按其化学性质可分为有机废物和无机废物；按其形状可分为固体废物（粉状、粒状、块状）和泥状废物（污泥）；按其危害状况可分为有害废物（指有易燃性、易爆性、腐蚀性、毒性、传染性、放射性等废物）和一般废物。应用较多的是按其来源进行分类，分为工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物、城市垃圾和有害废物五类，见表9-1。我国从固体废物管理的角度出发，将其分为工业固体废物、危险废物和城市垃圾等三类。 1．工业固体废物 工业固体废物（industrial solid wastes）是指在工业生产、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、尾砂等。 2．危险废物 危险废物（hazardous wastes）是指对人类、动植物现在和将来会构成危害的，没有特殊的预防措施不能进行处理或处置的废弃物，它具有毒性（如含重金属的废物）、爆炸性（如含硝酸铵、氯化铵等的废物）、易燃性（如废油和废溶剂等）、腐蚀性（如废酸和废碱）、化学反应性（如含铬废物）、传染性（如医院临床废物）、放射性（如核反应废物）等一种或几种以上的危害特性。 3．城市垃圾 城市垃圾（municipal wastes）是指来自居民的生活消费、商业活动、市政建设和维护、机关办公等过程中产生的固体废物，包括生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便等。 本章重点讲述工业固体废物和城市垃圾的处理、处置和利用。 ?三、固体废物对环境的危害 固体废物对人类环境的危害很大。一方面，固体废物是各种污染物的终态，特别是从污染控制设施排出的固体废物，浓集了许多污染物成分，而人们对这类污染物却往往产生一种稳定、污染慢的错觉；另一方面，在自然条件影响下，固体废物中的一些有害成分会转入大气、水体和土壤，参与生态系统的物质循环，具有潜在的、长期的危害性。因此，对固体废物，特别是有害固体废物处理、处置不当，会严重危害人体健康。固体废物对环境的危害主要表现在以下方面： ? 1．侵占土地 固体废物不加利用时，需占地堆放，堆积量越大，占地越多。据估算，每堆积1万吨废物，占地约需1亩（666.6m2）。截止1994年，我国仅工矿业固体废物的累计堆存量就达66亿多吨，占地90多万亩。随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的很大提高，矿山废物和城市垃圾占地与人类生存和发展的矛盾日益突出，例如，根据对北京市高空远红外探测的结果显示，北京市区几乎被环状的垃圾堆群所包围。 污染土壤：废物堆放和没有采取适当防渗措施的垃圾填埋，经过风化、雨雪淋溶、地表径流的侵蚀，其中的有害成分很容易产生高温和有毒液体并渗入土壤，杀灭土壤中的微生物，破坏微生物与周围环境构成的生态系统，甚至导致草木不生。其有害成分若渗流入水体，则可能进一步危害人的健康。例如，在20世纪80年代，我国内蒙古包头市的某矿尾砂堆积如山，造成尾砂坝下游的大片土地被污染，一个乡的居民被迫搬迁。 2． 污染水体 固体废物若随天然降水或地表径流进入河流、湖泊，或随风飘迁落入水体，则使地面水受到污染；若随渗沥水进入土壤，则使地下水受到污染；若直接排入河流、湖泊或海洋，则会造成更大的水体污染——不仅减少水体面积，而且还妨害水生生物的生存和水资源的利用。例如，德国莱茵河地区的地下水因受废渣渗沥水污染，导致当地自来水厂有的关闭，有的减产。 3． 污染大气 固体废物一般通过如下途径污染大气：以细粒状存在的废渣和垃圾，在大风吹动下会随风飘逸，扩散到远处；运输过程中会产生有害的气体和粉尘；一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下会被微生物分解，释放出有害气体；固体废物本身以及在对其处理（如焚烧）时散发的毒气和臭气等。典型的例子是曾在我国各地煤矿多次发生的煤矸石的自燃，散发出大量的SO2、CO2、NH3等气体，造成了严重的大气污染。 4． 影响环境卫生 城市的生活垃圾、粪便等若清运不及时，就会产生堆存，严重影响人们居住环境的卫生状况，对人们的健康构成潜在的威胁。 ? 四、固体废物的处理原则 固体废物处理（treatment of solid wastes），是指通过物理、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。随着对环境保护的日益重视以及正在出现的全球性的资源危机，工业发达国家开始从固体废物中回收资源和能源，并且将再生资源的开发利用视为“第二矿业”，给予高度重视。我国于80年代中期提出了“无害化”、“减量化”、“资源化”的控制固体废物污染的技术政策，今后的趋势也是从无害化走向资源化。 1．“无害化” 固体废物“无害化”（innocuity）处理是指将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康、不污染周围自然环境的目的。目前，固废“无害化”处理技术有：垃圾焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等。其中“高温快速堆肥处理工艺”、“高温厌氧发酵处理工艺”，在我国都已达到实用程度，“厌氧发酵工艺”用于废物“无害化”处理的理论已经成熟，具有我国特点的“粪便高温厌氧发酵处理工艺”在国际上一直处于领先地位。 2．“减量化” 固体废物的“减量化”（minimization）是指通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。这需要从两方面着手，一是减少固体废物的产生，二是对固体废物进行处理利用。首先从废物产生的源头考虑，为了解决人类面临的资源、人口、环境三大问题，人们必须注重资源的合理、综合利用，包括采用经济合理的综合利用工艺和技术，制定科学的资源消耗定额等。另外，对固体废物采用压实、破碎、焚烧等处理方法，也可以达到减量和便于运输、处理的目的。 3．“资源化” 固体废物“资源化”（resource recovery）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。近40年来，随着工业文明的高速发展，固体废物的数量以惊人的速度不断增长，而另一方面世界资源也正以惊人的速度被开发和消耗，维持工业发展命脉的石油和煤炭等不可再生资源已经濒于枯竭。在这种形势下，欧美及日本等许多国家纷纷把固体废物资源化列为国家的重要经济政策。世界各国的废物资源化的实践表明，从固体废物中回收有用物资和能源的潜力相当大，表9-2是美国资源回收的经济潜力，由此可见固体废物资源化可观的经济效益。 表9-2 美国资源回收的经济潜力 废物料 年产生量 （百万吨/年） 可实际回收量 （百万吨/年） 二次物料价格 （美元/吨） 年总收益 （百万美元）  纸 黑色金属 铝 玻璃 有色金属 总收益 40.0 10.2 0.91 12.4 0.36 — 32.0 8.16 0.73 9.98 0.29 — 22.1 38.6 220.5 7.72 132.3 — 705 316 160 77 38 1296  ? 我国虽然资源总量丰富，但人均资源不足。而且我国资源利用率低，浪费严重。据统计，在我国的国民经济周转中，社会需要的最终产品仅占原材料的20%～30%，即70%～80%成为废物。另一方面我国的废物资源利用率也很低，与发达国家的差距很大，因此，固体废物资源化及开发再生资源，更应该成为我国应对资源危机、解决生存与环境问题的国策。 固体废物资源化的优势很突出，主要有以下几个方面：①生产成本低，例如用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%；②能耗少，例如用废钢炼钢比用铁矿石炼钢可节约能耗74%；③生产效率高，例如用铁矿石炼1吨钢需8个工时，而用废铁炼1吨电炉钢只需2～3个工时；④环境效益好，可除去有毒、有害物质，减少废物堆置场地，减少环境污染。 可见，推行固体废物资源化，不但可节约投资、降低能耗和生产成本，而且可减少自然资源的开采、治理环境，维持生态系统的良性循环，是保证国民经济可持续发展的一项有效措施。 五、固体废物的性质 城市生活垃圾的性质 （1）物理性质 城市生活垃圾的物理性质与其成份组成密切相关。城市垃圾的物理性质常用含水率和容重等物理量表示。 ① 含水率 含水率是指单位质量垃圾的含水量，以质量分数（%）表示。城市垃圾中水的存在形态包括内部结合水、吸附水、膜状水、毛细管水等，是随垃圾成份、季节、气候等条件而变化，城市垃圾中各组分及其混合物含水率见表15.2。 影响垃圾含水率的主要因素是垃圾中动植物含量和无机物含量。一般动植物含量高、无机物的含量低时，垃圾含水率就高；否则，反之。另外，垃圾含水率还受其收运方式的影响。一般采用烘干法测定垃圾含水率。 ② 容重 城市垃圾的容重是指在自然状态下单位体积的质量，以kg/m3表示。它是选择和设计贮存容器、收运机械于设备、处理设备和填埋构筑物的重要依据。随垃圾成分和压实程度变化。测定原始垃圾容重常采用全试样测定法和小样测定法。我国环卫系统现场测定常采用“多次称量平均法”。城市垃圾中常见组分及其混合物含水率见表15.1。 表15.1 城市垃圾含水量和容重 成分 含水率/% 容重/（ kg/m3） 成分 含水率/% 容重/（ kg/m3）   范围 典型值 范围 典型值  范围 典型值 范围 典型值  食品废物 50～80 70 120～480 290 废木料 10～40 20 120～320 240  废纸类 4～10 6 30～130 85 玻璃陶瓷 1～4 2 160～480 195  硬纸板 4～8 5 30～80 50 非铁金属 2～4 2 60～240 160  塑料 1～4 2 30～130 65 钢铁类 2～6 3 120～1200 320  纺织品 6～15 10 30～100 65 渣土类 2～12 8 360～960 480  橡胶 1～4 2 90～200 130 混合垃圾 15～40 30 90～180 130  皮革类 8～12 10 90～260 160 马口铁罐头盒 2～4 3 45～160 90  庭院废物 30～80 60 60～225 105       （2）化学性质 城市垃圾的化学性质对选择垃圾资源化利用工艺十分重要，现用挥发性固体含量、灰分、灰分熔点、元素组成、固定碳、发热值等参数以表示垃圾化学性质特征。 ① 挥发性固体含量 挥化发行固体含量是反映垃圾中有机物含量近似值的指标参数，以VS(%)表示。其测定方法使用普通天平称取一定量的烘干试样W1,装入质量为W2的坩埚。再将坩埚置于马福炉内，于600℃灼烧2h后，置于干燥其中冷却至室温再称量W3。则挥发性固体含量为 VS=(W3-W2)/ W1×100% （9-1） ② 灰分 灰分是指垃圾中不能燃烧也不挥发的物质，用于反映垃圾中无机物含量的参数，其数值即是灼烧残留量，以灰分质量分数A（%）表示。则 A=1-VS （9-2） 灰分熔点高低收灰分的化学组分影响，主要取决于硅、铝等元素的含量。 ③ 元素组成 城市垃圾元素组成主要指C、H、O、N、S机会分的百分比含量。测知垃圾化学元素组成可以估算垃圾的发热值，以确定垃圾焚烧方法的适用性；也可用于垃圾堆肥化等好氧处理方法中生化需氧量的估算。这对选择垃圾处理工艺是十分必要的。 化学元素测定常采用化学分析和一起分析方法，有时还必须采用先进的精密仪器测定。 ④ 发热值 有机垃圾的发热值是指单位质量有机垃圾完全燃烧，并使反应产物温度回到参加反应物质的起始温度时所放出的热量。城市垃圾的发热值对判断能否选用焚烧处理工艺提供重要依据。 根据燃烧产物中水分存在状态的不同，分为高位发热值与低位发热值。前者是指单位质量垃圾完全燃烧后燃烧产物中的水分冷凝为0℃的液态时所放出的热量；后者是指单位质量垃圾完全燃烧后燃烧产物中的水分冷却为20℃的水蒸气时所放出的热量。一般城市垃圾的低热值大于约3350kJ/kg时，可实现垃圾的自燃烧。如低于此值，必须添加助燃剂。 城市垃圾发热值的测定方法有直接试验测定法、经验公式法和组分加权计算法。当垃圾的成分未知时，常用氧弹量热计测定。当垃圾的组成已知时，可用经验公式估算，即 QH=81C+300H-26(O-S) （9-3） QL=81C+300-26（O-S）-6(W+9H) （9-4） 式中，C、H、O、S分别为垃圾元素组成中碳、氢、氧、硫的质量分数，%；W为垃圾含水率（质量分数），%。 （3）生物特性 城市垃圾的生物特性从两个方面分析：一是城市垃圾本身所具有的生物性质及其对环境的影响；二是其可生化性，即可生物处理性能。 城市垃圾本身就是含有复杂的有机生物体，其中有许多生物性污染物。另外，其腐化的有机物中也含有各种有害的病原微生物，还含有植物虫害、草籽、昆虫和昆虫卵等。城市垃圾本身具有的生物性污染对环境及人体健康带来有害的影响。因此城市垃圾进行生物转化，对消灭致病性生物体具有十分重要意义。 城市垃圾可生化性是选择生物处理方法和确定处理工艺的主要依据。因为城市垃圾组成中含有大量有机物，可以为生物体提供碳源和能源，是进行生物处理的物质基础。通过不同生物转化作用（主要由堆肥化、沼气发酵化等），实现垃圾的无害化。是城市垃圾回收综合利用的重要途径。 （4）感官性质 感官性能是指废物的颜色、嗅味、新鲜或者腐败的程度等，往往可以通过感官直接判断。 工业固体废物的性质 一般工业固体废物的物理形态又固态和半固态，以固态为主。危险废物的物理形态包括固态、半固态和液态，且液态废物所占比例较大。 不同工业产品在生产过程中所使用的原辅材料不同，则所产生的固体废物类别和主要污染物种类也不同。在相同工业产品的生产中，由于生产工艺和原辅材料的产地不同，则主要污染物含量亦存在着差异。即使是同一工业产品、相同生产工艺和原辅材料，也会因生产工况条件和员工实际操作的变化，则所生产的固体废弃物中污染物的含量也不是恒定的。一般来说，固体废弃物中污染物含量和浸出液中中金属元素浓度的概率分布为正态分布或对数正态分布。 二、有毒有害固体废物的鉴别 （一）有毒有害固体废物的定义与性质 定义：指具有腐蚀性、急性毒性、浸出毒性、反应性、传染 性、放射性等一种及一种以上危害特征的废物。 性质：易燃性、腐蚀性、化学反应性、浸出毒性、急性毒性、 放射性与其他毒性和变异等。 六、减少固体废物产量的途径 控制“源头”、处理好“终态物”是固体废物污染控制的关键。固体废物污染控制需要从两方面着手，一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。主要控制措施： 1. 改革生产工艺 2. 发展物质循环利用工艺 3. 进行综合利用 4. 进行无害化处理与处置 第十章 固体废物处理的基本方法 固体废物处理（treatment of solid wastes），如前所述，是指通过物理、化学和生物的方法，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。按其处理过程可分为预处理和资源化两个阶段，按其处理方法可分为物理处理、化学处理和生物处理等。 ①物理处理 物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废物的结构，使之成为便于运输、贮存、利用或处置的形态。包括压实、破碎、分选、脱水、吸附、萃取等，属于资源化的预处理技术。 ②化学处理 化学处理是采用化学方法破坏固体废物中的有害成分从而达到无害化，或将其转变成为适于进一步处理、处置的形态。其包括氧化、还原、中和、化学沉淀和化学溶出等。通常只用在所含成分单一或所含几种化学成分特性相似的废物处理方面。 ③生物处理 生物处理适利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化或综合利用。包括好氧堆肥、沼气发酵和生物浸出等。此技术可以是由级固体废物转化为能源、饲料和肥料等。与化学处理方法相比，生物处理在经济上一般比较便宜，但处理过程所需时间较长，处理效率有时不够稳定。 ④热处理 热处理是通过高温破坏和改变固体废物组成和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。包括焚化、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结等。 ⑤固化处理 固化处理是采用固化基材将废物固定或包覆起来以降低其对环境的危害，因而能较安全地运输和处置的一种处理过程。固化处理的对象主要是有害废物和放射性废物。 ?一、固体废物的预处理 固体废物预处理（pretreatment）又称前处理，是资源化前的预处理，主要包括收集、运输、压实、破碎、分选等工艺过程。预处理常涉及固体废物中某些组分的分离与浓集，因而往往又是一种回收材料的过程。 1． 固体废物的收集和运输 收集和运输垃圾的费用很大，在发达国家已达到处理总费用的80%左右。运输费用与焚烧、填埋或处理厂的距离成正比，由于处理厂必须与居民区保持足够的距离，必然会增加运费；但是，如果对垃圾收集和运输线路进行优化，并采取垃圾分类方法，所需运输费用会有所降低。 2． 固体废物的压实 压实又称压缩（compressing），是一种采用机械方法将固体废物中的空气挤压出来、减少其空隙率以增加其聚集程度的过程。其目的一是为了减少体积、增加容重以便于装卸和运输，降低运输成本；二是制作高密度惰性块料以便于贮存、填埋或作建筑材料。大部分固体废物（除焦油、污泥等）都可进行压实处理。 压实技术最初主要用来处理金属加工业排出的各种松散废料，后来逐步发展到处理城市垃圾如纸箱、纸袋和纤维制品等。一般固体废物经过压缩处理后，压缩比（即体积减少的程度）为3～5，如果同时采用破碎和压实技术，其压缩比可增加到5～10。压缩后的垃圾或袋装或打捆，对于大型压缩块，往往先将铁丝网置于压缩腔内，再装入废物，因而压缩完成后即已牢固捆好。 除了便于运输外，固体废物压实处理还具有以下优点： （1）减轻环境污染。 经过高压压缩的垃圾块切片用显微镜镜检表明，它已成为一种均匀的类塑料结构。日本东京湾的垃圾块在自然暴露三年后检验，没有任何可见的降解痕迹，足见其确已成为一种惰性材料，从而减轻了对环境的污染。 （2）快速安全造地。 用惰性固体废物压缩块作地基或填海造地材料，上面只需覆盖很薄土层，所填场地不必作其它处理或等待多年的沉降，即可利用。 （3）节省贮存或填埋场地。 对于废金属切屑、废钢铁制品或其它废渣，其压缩块在加工利用之前，往往需要堆存保管，对于放射性废物要深埋于地下水泥堡或废矿坑等中，压缩处理可大大节省贮存场地；对于城市垃圾的填埋处置，生活垃圾压缩后容积可减少60%～90%，从而可大大节省目前国内外均日趋紧张的填埋用地。 3． 固体废物的破碎 固体废物的破碎按原理通常有两类方法：物理方法和机械方法。前者有低温冷冻破碎法和超声波破碎法，低温冷冻破碎已成功用于废塑料制品、废橡胶制品等的破碎；超声波破碎法目前还处于实验室阶段。机械方法有挤压、劈裂、弯曲、磨剥、冲击和剪切破碎等方法，如图9-3所示。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 选择机械破碎方法时，需视固体废物的机械强度特别是其硬度而定。对于脆硬性废物，如废石和废渣等多采用挤压、劈裂、冲击、磨剥方法破碎；对于柔硬性废物，如废钢铁、废汽车、废塑料等多采用冲击和剪切破碎。对于含有大量废纸的城市垃圾，一般采用的是湿式和半湿式破碎。对于一般的粗大固体废物，通常是先剪切，压缩成一定形状，再送入破碎机。 下面简要介绍几种普遍采用的固体废物破碎方式及其设备。 （1）挤压式破碎。 挤压式破碎是一种利用机械的挤压作用使废物破碎的方法（图9-3（a））。所用设备一般采用一个挤压面固定，另一个挤压面作往复运动的形式，也称为颚式破碎机。 （2）冲击式破碎。 冲击式破碎是一物体撞击另一物体时，前者的动能迅速转变为后者的形变位能，而且集中在被撞击处，从而使物料破碎的一种方法。如果撞击速度很高，形变来不及扩展到被撞击物全部，就在撞击处产生相当大的局部应力。如果进行反复冲击，则可使载荷超过疲劳极限，使被撞击物碎裂。因此用高频率冲击法破碎有很好的效果。 冲击式破碎机大多是旋转式，都是利用冲击作用进行破碎的。图9-4为Hazemag型冲击式破碎机。冲击式破碎几乎适于所有颗粒较为粗大的固体废物。 （3）剪切式破碎。 剪切式破碎是一种利用机械的剪切力破碎固体废物的方法。剪切式破碎作用发生在互呈一定角度能够逆向运动或闭合的刀刃之间。一般刀刃分固定刃和可动刃，可动刃又分往复刃和回转刃。图9-5所示为林德曼（Lindemann）式剪切破碎机，其可动刃为往复式，分预备压缩机和剪切机两部分。剪切式破碎适于处理城市垃圾中的纸、布等纤维织物，金属类废物等。 （4）磨剥式破碎。 磨剥式破碎即磨碎，在固体废物处理与利用中占有重要地位。图9-6是磨剥式破碎常用设备球磨机的构造示意图。它主要由圆柱形筒体、端盖、中空轴颈、轴承和传动大齿圈等部件组成。筒体装有直径为25～150mm的钢球。当电机联轴器和小齿轮带动大齿圈和筒体转动时，在磨檫力、离心力和筒壁衬板的共同作用下，钢球和物料被提升到一定高度，然后在其本身重力作用下，产生自由泻落和抛落，从而对筒体内底脚区的物料产生冲击和研磨作用，使物料粉碎。物料达到磨碎细度要求后，由风机抽出。磨剥式破碎广泛用于用煤矸石、钢渣生产水泥、砖瓦、化肥等过程以及垃圾堆肥的深加工过程。 （5）低温破碎。 对于在常温下难以破碎的固体废物，可利用其低温变脆的性能而有效地破碎，亦可利用不同物质脆化温度的差异进行选择性破碎，即所谓低温破碎。低温破碎技术适用于常温下难以破碎的复合材质的废物，如钢丝胶管、橡胶包覆电线电缆，废家用电器等橡胶和塑料制品等。 低温破碎的工艺流程如图9-7所示。先将固体废物投入预冷装置，再进入浸没冷却装置，这样橡胶、塑料等易冷脆物质迅速脆化，然后送入高速冲击破碎机破碎，使易脆物质脱落粉碎。破碎产品再进入各种分选设备进行分选。 采用低温破碎，同一种材质破碎的尺寸大体一致，形状好，便于分离。但因通常采用液氮作制冷剂，而制造液氮需耗用大量能源，因此，发展该技术必须考虑在经济效益上能否抵上能源方面的消耗费用。 （6）湿式和半湿式破碎。 湿式破碎技术最早是美国开发的，主要以回收城市垃圾中的大量纸类为目的。由于纸类在水力的作用下发生浆化，然后将浆化的纸类用于造纸，从而达到回收纸类的目的。图9-8为湿式破碎机。垃圾用传送带投入破碎机，破碎机于圆形槽底上安装多孔筛，筛上设有6个刀片的旋转破碎辊，使投入的垃圾和水一起激烈旋转，废纸则破碎成浆状，透过筛孔由底部排出，难以破碎的筛上物（如金属等）从破碎机侧口排出，再用斗式提升机送至磁选器将铁与非铁物质分离。 半湿式破碎则是利用各类物质在一定均匀湿度下的耐剪切、耐压缩、耐冲击性能等差异很大的特点，在不同的湿度下选择不同的破碎方式，实现对废物的选择性破碎和分选。 湿式和半湿式破碎特别适于回收含纸屑较多的城市垃圾中的纸纤维、玻璃、铁和有色金属。 4．固体废物的分选 固体废物分选（selecting），就是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。这是继破碎以后固体废物处理过程中重要的处理环节之一。根据废物的物理和物理化学性质不同，主要有以下分选方法：筛分、重力分选、磁力分选、静电分选、光电分选、涡电流分选以及浮选等。 （1）筛分。 筛分亦称筛选，是利用具有不同粒度分布的固体物料之粒度差别，将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛网，而大于筛孔的粗粒物料留在筛网上面，完成粗、细料分离的过程。影响筛分效率的因素，包括振动方式、振动频率、振动方向、筛子角度、粒子反弹力差异、筛孔数目及与筛孔大小相近的粒子占总粒子的百分数等。筛分设备有固定筛、振动筛和滚筒筛等。它们通常被组装于其它分选设备中，或者和其它分选设备串联使用。筛分技术在固体废物资源回收和利用方面应用很广泛。 （2）重力分选。 重力分选是根据混合固体废物在介质中的密度差进行分选的一种方法。不同密度的固体废物颗粒在同一运动介质中，由于受到重力、介质动力和机械力的共同作用，使具有相同密度的粒子群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度的产品。固体颗粒只有在运动的介质中才能分选。重力分选介质可以是空气、水，也可以是重液(密度大于水的液体)和重悬浮液（由高密度的固体微粒和水组成）等。固体废物的重力分选方法较多，按作用原理可分为风力分选、惯性分选、摇床分选、重介质分选和跳汰分选等。 1）风力分选又称气流分选，是基于固体废物颗粒在空气气流作用下，密度大的沉降末速度大，运动距离比较近；密度小的沉降末速度小，运动距离比较远的原理。此方法适用于颗粒的形状、尺寸相近的固体废物分选。有时也可先经破碎、筛选后，再进行风力分选。风力分选设备按工作气流的主流向分为水平、垂直和倾斜三种类型，其中尤以垂直气流风选机应用最为广泛。 2)惯性分选是基于混合固体废物中各组分的密度和硬度差异而进行分离的一种方法。用高速传送带、旋转器或气流沿水平方向抛射粒子，粒子沿抛物线运行的轨迹随粒子的大小和密度不同而异，粒径和密度越大飞得越远。这种方法又称为弹道分离法。目前这种方法主要用于从垃圾中分选回收金属、玻璃和陶瓷等物。根据惯性分选原理而设计制造的分选机械主要有弹道分选机、反弹滚筒分选机和斜板输送分选机等。 3)摇床分选是利用混合固体废物在随床面作往复不对称运动时，由于横向水流的流动和床面的摇动作用，不同密度的颗粒在床面上形成扇形分布，从而达到分选的目的。摇床床面近似长方形，微向轻质产物排出端倾斜，床面上钉有或刻有沟槽。摇床分选用于分选细粒和微粒物料。在固体废物处理中，目前主要用于从含硫铁矿较多的煤矸石中回收硫铁矿，分选精度很高。最常用的摇床分选设备是平面摇床。 4)重介质分选是将两种密度不同的固体混合物放在一种密度介于二者密度之间的重液(如氯化锌、四氯化碳、四溴乙烷等)中，密度小于重液密度的固体颗粒上浮，大于重液密度的固体颗粒下沉，从而实现两种固体颗粒分离。从理论上讲，由于重液分选主要是依靠密度的差异进行的，而受颗粒粒度和形状的影响很小，从而可对密度差很小的固体物质进行分选。不过，当入选物质粒度过小，且固体废物的密度与介质密度非常接近时，其沉降速度很慢，造成分选效率低，故一般需将入选渣料粒度控制在2～3mm范围内。 5)跳汰分选是使磨细的混合废物中的不同密度的粒子群，在垂直脉冲运动介质中按密度分层，不同密度的粒子群在高度上占据不同的位置，大密度的粒子群位于下层，小密度的粒子群位于上层，从而实现物料分离。跳汰介质可以是水或空气。目前用于固体废物跳汰分选的介质都是水。跳汰分选为一古老的选矿方式，对固体废物中混合金属细粒的分离，是一种有效的分离方法。 （3）磁力分选。 磁力分选技术是借助磁选设备产生的磁场使铁磁物质组分分离的一种方法。固体废物包括各种不同的磁性组分，当这些不同磁性组分物质通过磁场时，由于磁性差异，受到的磁力作用互不相同，磁性较强的颗粒会被带到一个非磁性区而脱落下来，磁性弱或非磁性颗粒，仅受自身重力和离心力的作用而掉落到预定的另一个非磁性区内，从而完成磁力分选过程。固体废物的磁力分选主要用于从固体废物中回收或富集黑色金属（铁类物质）。磁场强弱不同的磁选设备可选出不同磁性组分的固体废物。固体废物的磁选设备根据供料方式的不同，可分为带式磁选机和辊筒式磁选机两大类。 （4）静电分选。 静电分选技术是利用各种物质的电导率、热电效应及带电作用的差异而进行物料分选的方法。可用于各种塑料、橡胶和纤维纸、合成皮革、胶卷、玻璃与金属等物料的分选。例如给两种不同性能的塑料混合物加以电压，使一种塑料带负电，另一种带正电，就可以使两者得以分离。 （5）涡电流分选。 涡电流分选技术是从固体废物中将非磁性导电金属(如钢、铝、锌等)分选出来的分选技术。当含有非磁性导电金属的固体废物流以一定的速度通过一个交变磁场时，这些非磁性导电金属内部会感生涡电流，并对产生涡流的金属块形成一个电磁排斥力。作用于金属上的电磁排斥力取决于金属的电阻率、导磁率、磁场密度的变化速度以及金属块的形状尺寸等，因而利用此原理可使一些有色金属从混合废物中分离出来。 （6）浮选。 浮选是在固体废物与水调制的料浆中加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留驻料浆内，通过适当处理后废弃。固体废物浮选主要是利用欲选物质对气泡粘附的选择性。其中有些物质表面的疏水性较强，容易粘附在气泡上，而另一些物质表面亲水，不易粘附在气泡上。物质表面的亲水、疏水性能，可以通过浮选药剂的作用而加强。因此，在浮选工艺中正确选择、使用浮选药剂是调整物质可浮性的主要外因条件。在我国，浮选法已应用于从粉煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属。 ?二、固体废物的主要处理方法 1. 固体废物的堆肥化处理 2. 固体废物的焚烧处理 3. 固体废物的热解处理 ?三、固体废物的最终处置 1. 固体废物陆地处置 2. 固体废物的海洋处置 海洋处置主要分为两类：一类是海洋倾倒，另一类是近年来发展起来的远洋焚烧。 第十一章 固体废物的综合利用 固体废物经过一定的处理或加工，可使其中所含的有用物质提取出来，继续在工、农业生产过程中发挥作用，也可使有些固体废物改变形式成为新的能源或资源。这种由固体废物到有用物质的转化称为固体废物的综合利用，或称为固体废物的资源化。 固体废物综合利用的原则：首先是综合利用技术应是可行的；其次是固体废物综合利用要有较大的经济效益，要尽可能在排出源就近利用，以便节省废物收贮和运输等过程的投资，提高综合利用的经济效益；最后，固体废物综合利用生产的产品应当符合国家相应产品的质量标准，具有与用相应的原材料所制的产品相竞争的能力。 固体废物综合利用的范围很宽，主要包括建材利用、农业利用、化工利用以及固体废物能的利用等方面。 ? 一、能源与冶金工业固体废物的资源化处理 二、石油与化工工业固体废物的资源化处理 石油化工固体废物主要有以下几类：废碱液、废酸液、废催化剂、反应废物、污水处理厂污泥等。下面分别介绍它们的资源化处理途径。 1．废碱液的处理 废碱液主要来自石油产品的碱洗精制，如石油化工生产原料中所含的硫化物会分解生成硫化氢等酸性化合物，为除去这些有害物质，往往用碱加以洗涤。碱洗后一般生成Na2S、Na2CO3、含酚钠盐等，还有部分未反应的碱一起成为废碱液，并且其中还溶解了某些烃类化合物。由于被洗的产品不同，废碱液的性质和组成也不相同。 目前废碱液的资源化处理，一般是采用酸性物质进行中和，并回收其生成的有用物质。如石油炼制过程中产生的废碱液，可采用硫酸中和法回收环烷酸、粗酚，还可采用二氧化碳中和法回收环烷酸和碳酸钠；另外，像精制常压柴油过程中产生的废碱液，可用加热闪蒸法生产贫赤铁矿浮选剂，液态烃碱洗过程中产生的废碱液可用于造纸，等等。 2．废酸液的处理 废酸液主要来源于油品酸精制和烷基化装置排出的废硫酸催化剂。其成分除硫酸外，还有硫酸酯、璜酸等有机物及其迭合物。含酸废液除了用废碱液中和外，大部分石油化工公司对废酸液进行回收利用。 （1）热解法回收硫酸。将废酸送往硫酸厂，并将废酸喷入燃料热解炉中。废酸和燃料一起在燃烧室中热解，分解成SO2和H2O，而其中的油和酸酯分解成CO2。燃烧裂解后的气体，在文丘利洗涤器中除尘后，冷却至90℃左右，再通过冷却器和静电酸雾沉降器除去水分和酸雾，并经干燥塔除去残余水分，以防止设备腐蚀和转化器中催化剂活性失效。在V2O5的作用下，SO2转化成SO3，用稀酸吸收，制成浓硫酸。 （2）废酸液浓缩。废酸液浓缩的方法很多，目前使用较广泛、工艺较成熟的方法为塔式。此法可将70%～80%的废酸液浓缩到95%以上。这种装置工艺成熟，在国内运行已近40年，目前仍然是稀酸浓缩的重要方法，其缺点是生产能力小，设备腐蚀严重，检修周期短，费用高，处理一吨废酸需消耗燃料油50公斤。 在石油化工生产中，对生产丙烯酸甲酯时产生的废酸液，一般用浓度为99.5%以上的液氨中和，使之转化为硫酸铵，再用空气浮选法除去聚合物，这样生产的固体硫酸铵可作农肥，达到以废治废，综合利用。另外，还有从己二酸废液中回收二元酸等资源化处理。 3．废催化剂的处理 废催化剂主要产生于石油化工生产中的催化重整、催化裂化、加氢裂化等装置，因为这些装置在生产过程中需要使用一定的催化剂，当使用一定阶段后，这些催化剂的活性会降低或失活而成为废催化剂。对于废催化剂的处理主要有以下途径： （1）代替白土用于油品精制。催化裂化装置所使用的催化剂在再生过程中，有部分细粉催化剂由再生器出口排入大气，严重污染周围环境。采用高效三级旋风分离器可将细粉催化剂回收，回收的催化剂可代替白土用于油品精制，既可以降低精制温度，其含水量又无须严格控制。 （2）贵重金属的回收。石油化工过程中的化学反应多数采用贵稀金属作催化剂，如镍、银、钴、锰等。这些金属往往附于载体之上，使废催化剂成为一种有用的资源，可送专门工厂回收其中的贵重金属。 （3）用废催化剂生产釉面砖。釉面砖的主要化学组分与催化裂化装置所用催化剂的化学组分基本相同。在制造釉面砖的原料中加入20%的废催化剂，制造出的釉面砖质量符合要求。 对一些不含重金属的废催化剂，在无更好的处理方法的情况下，应进行隔离填埋。 4．反应废物的处理 在石油炼制和石油化工生产中，会产生一些反应废物，如白土渣、丁二烯二聚物、苯酚、苯乙烯和醋酸酯等。这类废物的主要特征是含有机物较多，基本上都可综合利用，不能利用的也可进行焚烧处理。 白土渣表面多孔，比表面积为150%～450%。表面吸附芳香烃或其它油品的白土渣，具有一定的可燃性，可作燃料。乙烯氧化制乙二醇时，会产生多乙二醇重组分，可用作纸张涂料。用裂解法制取烷基苯的生产中，用AlCl3作催化剂，在沉降罐中沉降下来的泥脚主要是烯烃三氯化铝与苯的溶合物，其处理措施是水解中和生产NH4Cl。 5．污水处理厂污泥的处理 石油化工污水处理一般采用的还是隔油、浮选和活性污泥法，其主要废物是隔油池池底泥、浮选渣及剩余活性污泥。这些污泥要先进行沉降脱水、机械过滤等预处理。目前油泥用来作燃料用于烧砖等；浮选渣过滤后埋填；剩余活性污泥少部分用作绿化肥料，大部分还是填埋处理，焚烧的方法应用较少。 ?三、机械工业固体废物的资源化处理 机械工业是我国国民经济中的一个非常重要的工业部门，它担负着生产各类机械设备、车辆、电机和电器、仪器和仪表等任务。机械工业固体废物是指机械工业在生产中产生的各种废渣。下面仅就机械工业特有的几种废渣的资源化处理作简单的介绍。 1．废旧型砂的处理 2．废旧金属的回收利用 ?四、城市垃圾的资源化技术 目前在整个世界范围内，城市生活垃圾的增长速度明显超过人口的增长速度，城市生活垃圾问题成为一个世界性的难题。城市垃圾的资源化方法，除可以采用各种分选方法，分选出空瓶、空罐头盒以及铁等金属加以回收利用以外，还可以利用堆肥化（composting）、焚烧（incineration）和热解（thermal destruction）等方法进一步对其进行处理和利用。另外还有用垃圾中的炉灰制砖，利用垃圾饲养蚯蚓等。对于垃圾的堆肥化、焚烧和热解处理技术参见本章第二节和第四节。 附录 典型固体废物处理系统 一、城市垃圾的焚烧处理系统 垃圾焚烧处理是城市生活垃圾资源化、减量化、无害化的一项有效措施。垃圾焚烧在发达国家中发展比较迅速，是除土地填埋之外的一个重要手段，并且所占比例逐年提高。我国的深圳市由于市区土地压力大，填埋能力有限，根据特区城市发展的需要，于1988年建成并投产了第一座现代化垃圾焚烧厂——深圳市市政环卫综合处理厂。该厂自投产以来，运行正常，而且在焚烧低热值垃圾的工艺方面积累了成功的经验。 1．垃圾的热值与焚烧设备 垃圾的“热值”是指将垃圾自身水分蒸发带走的部分热量扣除后的热值，称作“低位热值”(lower heating value，简称 L·H·V)。由于垃圾中含有大量的水分，燃烧过程中要吸收大量的热量，降低了炉膛的温度，使得热值本来很低的垃圾更加难于着火燃烧。在国外，垃圾中纸张占的比例相当大，水分低，热值一般8000～10000kJ/kg以上，但国内垃圾厨余占的比例大，而且水分高达50%以上。 垃圾燃烧所产生的高温烟气，通过废热锅炉进行热交换冷却到适宜排放的温度，废热锅炉所产生的蒸汽用于发电、供热。垃圾焚烧炉炉膛烟气温度一般控制在850～950℃。低于850℃不能将有恶臭气味的氨和有机质废气有效分解除臭，更主要的是，燃烧生成的垃圾在低温燃烧时容易生成有致癌、致畸危险的二噁英。而上限的控制主要是考虑设备的腐蚀和垃圾灰渣的结焦等。 2．垃圾焚烧工艺流程 3．垃圾焚烧处理的优点与推广前景 对垃圾采用焚烧处理有以下优点：①垃圾经焚烧处理后，垃圾中病原体被彻底消灭，若燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理达到排放要求，无害化程度高；②经过焚烧，垃圾中的可燃成分被高温分解后，一般可减容80%～90%，减容效果好；③垃圾焚烧所产生的高温烟气，其热能可以充分利用，实现垃圾处理的资源化；④垃圾焚烧厂占地面积小，只要对焚烧烟气处理与控制严格，基本无二次污染，可以靠近市区建厂。既节约用地又缩短了垃圾的运输距离，尤其对于经济发达的大城市，这是一个十分重要的因素。 城市垃圾焚烧处理技术的推广前景： 二、废塑料的热解处理系统 1．热解产物 高分子固体废物的热解产物，随高分子的种类及热解条件而有所不同。塑料受热分解后的产物又可分成解聚反应型塑料和随机分解型塑料，以及二者兼而有之的中间分解型塑料。大多数塑料的受热分解，二者兼而有之。各种分解产物的比例随塑料种类、分解温度的不同而不同，一般温度越高，气态的(低级的)碳氢化合物的比例越高。 塑料中含氯、氰基团的，热分解产品一般含HCl和HCN，而塑料制品含硫较少，热分解得到的油品含硫分也相应较低下，是一种优质的低硫燃料油，为此，日本开发了废塑料与高硫重油混合热解以制得低硫燃料油的工艺。 2．热解流程 由于废塑料具有导热系数较低、品种混杂分选困难等特点，因此需用独特的废塑料热解流程。 （1）分解流程。日本三菱公司开发了一种热解塑料的新流程，如图9-12所示。废塑料被破碎成约10mm的颗粒送入挤出机，加热至230～280℃使塑料熔融。如含聚氯乙烯时产生的氯化氢可在氯化氢吸收塔回收。熔融的塑料再送入分解炉，用热风加热到400～500℃分解，生成的气体经冷却液化回收燃料油。 （2）聚烯烃浴热解流程。这是日本川崎重工开发的一种方法。它是利用PVC脱HCl的温度比PE、PP和PS分解的温度低这一特点，将PE、PP、PS在接近400℃时熔融，形成熔融浴液使PVC受热分解。该流程见图9-13。把PVC、PE、PP、PS加入到380～400℃的PE、PP、PS的热浴媒体中，分解温度低的PVC首先脱除HCl汽化，然后PE、PP、PS熔融形成热浴媒体，再根据停留时间的长短PE、PP、PS逐渐分解。本流程的优点是对流传热代替导热系数小的热传导。 （3）流化床法。流化床热分解炉中流化用的气体可用预热过的空气，部分废塑料燃烧产生热量供加热用，流程见图9-14。热媒体用0.3mm粒径的砂，热风把媒体层加热到400～450℃，破碎成5～20mm大小的废塑料送入分解炉后，从热媒体获得热量进行分解，同时部分废塑料燃烧产生的热量可加热塑料，供给分解需要的热量。流动层内设置搅拌桨，以保证流化床层温度均匀，同时防止废塑料与热媒体粘附在一起变成块状物阻止流化的进行。该热解炉的优点是内热式供热，热效率高。本方法操作简单，控制容易，适合于负荷波动较大的情况选用。 ?三、污泥的处理 污泥是水处理过程中形成的以有机物为主要成分的泥状物质。其有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小，含水率高且不易脱水，是呈胶状结构的亲水性物质。 污泥处理的目的：①减少水分、降低容积，便于后续处理、利用和运输；②使污泥卫生化和稳定化，避免污泥中含有的有机物、各种病原体及其它有毒有害物质成为“二次污染源”，导致环境污染和病菌传播；③通过处理，改善污泥的成分和某些性质，以利于污泥资源化利用。 污泥处理的基本流程如图9-15所示：  图9-15 污泥处理工艺的基本流程 1．污泥浓缩 污泥浓缩（thickening）的目的在于降低污泥中的水分，缩小污泥的体积，减少后续处理单元如消化、脱水所需的处理容积和加温污泥所需热量，从而降低污泥处理过程的总成本。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩法和气浮浓缩法两种。 重力浓缩法广泛用于初沉污泥的浓缩，因其设备构造简单且成本低廉，是最常用的污泥浓缩法。重力浓缩法是利用自然的重力沉降作用，使污泥中的固体颗粒自然沉降而分离出间隙水，再利用机械刮臂将污泥刮至污泥斗，最后从污泥斗中将浓缩污泥抽至后续单元进行处理。图9-16所示为进行污泥浓缩的重力浓缩池。 图9-16 重力浓缩池 2．污泥稳定 3．污泥调理 4．污泥脱水 5．污泥减量 6．污泥处置 四、固体废物处理技术展望 1．片面追求现代化带来的后患 2．固体废物处理的现代技术 (1)加强再生资源工艺流程的研究。 固体废物外形多变、大小悬殊、成分复杂，对处理它的工艺流程必须深入调查，认真研究，通过反复试验，最后提出一套适合多种形状、大小尺寸和能分离各种有用成分的预处理和分选工艺流程。 (2)加强关键设备的研制。 (3)加强固体废物资源化再循环技术的开发研究。 固废物质资源化再循环技术可归为两类系统：物质回收型资源再生系统和能源回收型资源再生系统。比较合理的工艺路线应是在物质回收系统后连接能源回收系统，这样才能达到既节约资源又保护环境的双重目的。因此，加强再循环技术研究与开发以实现资源、能源的双重回收，是一项具有现实意义和时代意义的重大课题。