固体废物处置技术

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固体废物的处理和利用总的原则是先考虑减量化、资源化，以减少固体废物的产生量与排放量，后考虑适当处理以加速物质循环，不论前面处理的如何完善，总要残留部分物质，因此，最终处置是不可少的。

1、减量化法

据粗略统计，目前我国矿物资源利用率仅50～60％，能源利用率仅为30％，大约有40～50％没有发挥生产效益就变成废物，既污染环境，又浪费大量宝贵资源，其它行业也是如此。因此加强技术改造，提高资源的利用率，减少固体废物产生大有可为。减量化一般有一下三种方法：

1）通过改变产品设计，开发原材料消耗少、包装材料省的新产品，并改革工艺强化管理，减少浪费，以减少产品的单位耗量。

2）提高产品质量，延长产品寿命，尽可能减少产品废弃的几率和更换次数。

3）开发可多次重复使用的制品，使制成品循环使用以取代只能使用一次的制成品，如包装食品的容器和瓶类。

2、资源化法

资源化法是通过各种方法从固体废物中回收或制取物质和能源，将废物转化为资源，即转化为同一产业部门或其它产业部门新的生产要素，同时达到保护环境的方法。其具体利用途径有以下几个方面：

1）作工业原材料：如从尾矿和废金属渣中回收金属元素。南京矿务局等单位利用含铝量高、含铁量低的煤矸石制作铝铵钒、三氧化二铝、聚合铝、二氧化硅等产品，从剩下余滤液中提取钼、镓、铀、钒、锗等稀有金属。

2）回收能源：我国每年排放的煤矸石中，有3000多万吨热值在6276kJ/kg以上，可作沸腾炉燃料用于发电，全国已有2000多台沸腾炉，每年可节约大量优质煤。鹤岗、本溪等地还用煤矸石制造煤气，回收能源。此外，还有垃圾填埋、焚烧回收能源及有机废物分解回收燃料油、煤气及沼气等回收能源的方法。

3）作土壤改良剂和肥料：实践证明，用粉煤灰改良土壤，对酸性土、粘性土和弱盐碱地都有良好效果，可使粮食增产10－30％。对水果、蔬菜也有增产效果。德国研究了用铜矿渣粉作肥料进行盆栽和大田的铜肥肥效试验，结果表明：凡施用铜矿渣粉的都增产。许多试验和实践表明：硫铁矿渣内含有多种有色金属，可作为综合微量元素肥料，同样产生明显的效果。

4）直接利用：如各种包装材料直接利用。

5）作建筑材料：利用矿渣、炉渣和粉煤灰等可制作水泥、砖、保温材料等各种建筑材料，也可作道路和地基的垫层材料。

我国传统的墙体材料是粘土砖，每年生产1亿块砖需挖良田100亩，用煤1万吨。我国每年的砖产量达数千亿块。这对我国宝贵的耕地是一个不小的威胁，而各种固体废物大部分可以在建筑材料生产方面找到途径，这对于保护土地资源，改善环境具有重要意义。
3、处理法

固体废物通过物理的、化学的、生物化学的方法，使其减容化、无害化、稳定化和安全化，以加速物质在环境中的在循环，减轻或消除环境污染。

l 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、利用和处置的形态。物理处理方法包括压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取等。物理处理也往往作为回收固体废物中有用物质的重要手段加以采用。

l 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达到无害化，或将其转变成为适于进一步处理、处置的形态。由于化学反应条件复杂，影响因素较多，故化学处理方法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。对于混合废物，化学处理可能达不到预期的目的。化学处理方法包括氧化、还原、中和、化学沉淀和化学溶出等。有些有害固体废物，经过化学处理还可能产生富含毒性成分的残渣，还须对残渣进行解毒处理或安全处置。

l 生物处理:生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化和综合利用。固体废物经过生物处理，在容积、形态、组成等方面，均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理、兼性厌氧处理。与化学处理方法相比生物处理在经济上一般比较便宜，应用也相当普遍，但处理过程所需时间较长，处理效率有时不够稳定。

（1）堆肥化:它是依*自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质的生物转化过程。堆肥化的产物称作堆肥，是一种具有改良土壤结构，增大土壤容水性、减少无机氮流失、促进难溶磷转化为易溶磷、增加土壤缓冲能力和化学肥料的肥效等多种功效的廉价、优质土壤改良肥料。

根据堆肥化过程中微生物对氧的需求关系可分为厌氧堆肥与好氧堆肥两种方法。好氧堆肥因其具有堆肥温度高、基质分解比较彻底、堆制周期短、异味小等优点而被广泛采用。按照堆肥方法的不同，好氧堆肥又可分为露天堆肥和快速堆肥两种方法。

现代化堆肥生产通常由前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理、贮藏等五个工序组成。其中主发酵是整个生产过程的关键，应控制好通风、温度、水分、碳氮比、碳磷比及pH等发酵条件。

（2）沼气化:沼气化亦称厌氧发酵，是固体废物中的碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物在人为控制的温度、湿度、酸碱度的厌氧环境中经多种微生物的作用生成可燃气体的过程。该技术在城市下水污泥、农业固体废物、粪便处理中得到广泛应用。它不仅对固体废物起到稳定无害的作用，更重要的是可以生产一种便于贮存和有效利用的能源。据估计我国农村每年产农作物秸杆5亿多吨，若用其中的一半制取沼气，每年可生产沼气500～600亿m3。由此可见，沼气化技术是控制污染、改变农村能源结构的一条重要途径。

（3）废纤维素糖化技术:废纤维糖化是利用酶水解技术使之转化成单体葡萄糖，然后可通过化学反应转化为化工原料或生化反应转化为单细胞蛋白质或微生物蛋白。

据估计，世界纤维素年净产量约1000亿吨，废纤维素资源化是一项十分重要的世界课题。日本、美国已成功地开发了废纤维糖化工艺流程。目前在技术上可行，经济效益还需论证。如何开发成本低的处理方法，寻找更好的酶种，提高酶的单位生物分解能力，改善发酵工艺等问题有待进一步探索。

（4）废纤维素饲料化－生产单细胞蛋白技术:该技术不需要糖化工序，而是将废纤维经微生物作用，直接生产单细胞蛋白或微生物蛋白。目前，废纤维素饲料化－生产单细胞蛋白技术是可行的，但在经济上要有竞争性，仍有许多课题有待解决。

（5）细菌浸出:化能自养细菌将亚铁氧化为高铁（三价铁）、将硫及还原性硫化物氧化为硫酸从而取得能源，从空气中摄取二氧化碳、氧以及水中其它微量元素（如N、P等）合成细胞质。这类细菌生长在简单的无机培养基中，并能耐受较高金属离子和氢离子浓度。利用化能自养菌的这种独特生理特性，从矿物料中将某些金属溶解出来，然后从浸出液中提取金属的过程，通称为细菌浸出。该法主要用于处理如铜的硫化物和一般氧化物（Cu2O、CuO）为主的铜矿和铀矿废石，回收铜和铀。对锰、砷、镍、锌、钼及若干稀有元素也有应用前景。目前，细菌浸出在国内外得到大规模工业应用。

l 热处理:热处理是通过高温破坏和改变固体的组成和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。热处理方法包括焚化、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结等。

（1）焚烧处理:焚烧处理即在高温（800～1000℃）下，把固体中的可燃成分转化为惰性残渣，同时回收热能，这对于处于能源危机的世界来说无疑是有重要作用的，也是近些年来这项技术在发达国家得以广泛应用的原因。通过燃烧，可使固体废物进一步减容，城市垃圾经燃烧后可减小体积80－90％，重量将减低75－80％，同时可以较彻底的消灭各种病原体，消除腐化源。相比之下，燃烧处理具有：<1>焚烧占地小；<2>焚烧对垃圾处理彻底，残渣二次污染危险小；<3>焚烧操作是全天候的不受天气影响；<4>焚烧可安装在接近垃圾源的地方，节约运输费用；<5>焚烧的适用面广，除城市垃圾以外的许多城市废物也可采用焚烧方法进行净化。但是，燃烧处理也有明显缺陷，首先，仍然存在二次污染，燃烧仍然要排出灰渣、废气。特别是近年来出现的“二恶英”，其毒性比氰化物大1000倍，使人忧心忡忡；其次是单位投资和处理运转成本较高；再次，就是对废物有一定要求，即要求其热值至少大于4000kJ/kg。因此，对经济不发达国家来说，城市垃圾几乎达不到此要求，故很难普遍推广使用。

燃烧一般要经过脱水、脱气、起燃、燃烧、熄灭等过程。控制此过程的因素主要有三个，即时间、温度和燃料与空气混合的湍流混合程度（习惯称三T）。一般认为，燃烧时间与固体废物粒度的平方近似成正比，粒度越细，其与空气的接触面积愈大，燃烧进行就越快，废物停留时间就越短。另外，燃烧中氧气浓度越高，燃烧速度和质量就愈高，因此，必须使燃料中有足够的空气流动，燃料与空气的湍流混合度越高，对燃烧的进行越有利。

一般来讲，燃烧的工艺包括固体废物的贮存、预处理、进料系统、燃烧室、废气排放与污染控制、排渣、监控测试，能源回收等12大系统。

（2）热解:热解是将有机物在无氧或缺氧条件下高温（500～1000℃）加热，使之分解为气、液、固三类产物，气态的有氢、甲烷、碳氢混合物、一氧化碳等可燃气体；液态的有含甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等成分的燃料油；固态的主要为固体碳。该法的主要优点是能够将废物中的有机物转化为便于贮存和运输的有用燃料，而且尾气排放量和残渣量较少，是一种低污染的处理与资源化技术。

（3）湿式氧化:湿式氧化又称湿式燃烧法。它是指有机物料在有水介质存在的条件下，加以适当的温度和压力所进行的快速氧化过程。有机物料应为流动状态，可以用泵加入湿式氧化系统。由于有机物的氧化过程是放热过程，所以，反应一旦开始，就会在有机物氧化放出的热量作用下自动进行，而不需要投加辅助燃料。排放的尾气中主要含有二氧化碳、氮、过剩的氧气和其它气体，液相中包括残留的金属盐类和未完全反应的有机物。有机物的氧化程度取决于反应温度、压力和废物在反应器内的停留时间。增加温度和压力可以加快反应速度，提高COD的转化率，但温度最高不能超过水的临界温度。

l 微波处理:最新研究结果表明，微波技术在放射性废物处理、土壤去污、工业原油、污泥等的处理方面可以成功地应用。目前虽还只是处于实验室的研究阶段，但有关专家指出，微波技术在以后肯定能发挥其废物处理方面应用的潜力。

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