固体废物处理和利用
固体废物处理和利用（固体）
消除或减少固体废物对环境的污染并对其有价成分进行综合利用的过程。 固体废物是指社会生产、流通、消费等一系列活动中产生的、一般不再具有原有使用价值而被废弃的固态、泥状物质。 为了便于环境管理，容器内盛装的易燃、易爆、有毒、腐蚀性等危险废液、废气，从法律角度也被依法认定为固体废物。 实施固体废物管理规定并分类为固体废物。 管理类。 固体废物的分类通常根据形态、化学性质、危害性、来源等进行分类。按形状可分为固体（块状、颗粒状、粉状等）和半固体（泥状、浆状、等）废物； 按化学性质可分为有机废物和无机废物； 按其危害程度可分为危险废物和一般废物； 为便于管理，按来源分为采矿固体废物、工业固体废物、城市废物、农业废物和放射性固体废物。 也有人将采矿固体废物和工业固体废物统称为工业固体废物，是工业生产、加工、燃料燃烧、矿产开采、交通运输等行业中废弃的固体和半固体物质的总称。就像在环境管理过程中一样。 “浪费”是一个相对的概念。 在某种条件下是废物的东西，在另一种条件下可能会变成有价值的资源，所以固体废物在某种意义上可以被视为“二次资源”。 固体废物的堆积不仅占用大量土地，而且还通过雨雪淋滤废物中的有害成分，造成土壤污染，严重时还污染地下水。 固体废物倾倒到自然水体中，会造成严重的水污染和水生生物资源的破坏，甚至威胁防洪排涝和部分水利、水运工程。 粉状固体废物随风飞扬，污染大气。 随着经济的不断增长、生产规模的不断扩大、人类需求的不断提高，固体废物排放量也在不断增加。 目前，工业发达国家的工业固体废物正以年均2%至4%的速度增长。 其主要来源是冶金、煤炭、火力发电三大行业。 固体废物的产生是不可避免的。 一方面，这是因为人们在获取和利用自然资源进行生产、生活活动时，由于实际需要和技术条件的原因，总会将其中一部分作为废物丢弃； 另一方面，因为各种产品本身都有自己的使用寿命，超过一定时间后就会变成废物。
沿革 固体废物的处理和利用有着悠久的历史。 早在公元前3000年至1000年，古希腊米诺斯文明时期，克里特岛首府诺萨斯就用泥土覆盖垃圾，埋在大坑里。 但古城中的大部分固体废物却被年复一年地随意丢弃，甚至掩埋了城市。 为了保护环境，古代一些城市颁布了垃圾管理的法律法规。 古罗马的一块牌子上曾经写着：“垃圾必须远方倾倒，违者将被罚款”。 1384年，英国颁布法律，禁止向河流倾倒垃圾。 爱丁堡是苏格兰的一座大城市，在18世纪有一个大型废品场，在那里对废品进行分类和出售。 工业革命后，英国于1874年建造了世界上第一座焚烧炉，垃圾焚烧后，余烬被填埋。 1875年，英国颁布《公共卫生法》，规定地方政府负责垃圾的集中处置。 最早的处理方法主要是填埋或露天焚烧。 中国、印度等亚洲国家自古以来就采用粪便和垃圾堆肥的方法进行处理。 进入20世纪后，随着生产力的发展，人口进一步向城市集中，消费水平迅速提高，固体废物特别是工业固体废物的排放量急剧增加，成为严重的环境问题。 20世纪60年代中期以后，环境保护受到重视，污染治理技术迅速发展，普遍形成填埋、焚烧、堆肥、海洋倾倒、隔离堆放等一系列处置方式。 20世纪70年代以来，美国、英国、德意志联邦共和国、法国、日本等国家因垃圾储存场地紧张、处置成本巨大、资源匮乏等问题，提出了“资源循环利用”的概念，从被动处理到回收利用。
为了加强固体废物的管理，许多国家建立了专门的管理机构和科研机构，研究固体废物的来源、性质、特性及其对环境的危害，研究处置、回收利用的技术和管理措施。和固体废物的利用。 制定各种法规和环境标准。 例如，日本颁布了《废物处理和清洁法》（如1970年第137号法颁布，后经1974年第71号法修订）。 美国于1976年颁布《固体废物处理法》，1978年颁布《资源节约和循环利用法》，1980年颁布《废油回收法》，同年对上述三项法规进行修订颁布。 固体废物处置法。 英国于1974年颁布了《污染控制法》。我国于1973年11月17日公布了《工业“三废”排放试行标准》。在固体废物特别是工业固体废物处理技术的研究方面，逐步借鉴冶金、采矿、选矿、化工、建材、生物工程等学科知识，形成了自己独特的技术领域，成为环境工程的重要组成部分。 。 例如，冶金行业7台金矿固废处理与利用、冶金炉渣处理与利用、有色金属熔炼铸造渣处理与利用、放射性废渣处理、废水沉淀物处理、废催化剂处理等、粉煤灰处理与利用、工业粉尘处理与利用等方面都有了发展和进步。
资源化处理技术是从固体废物中回收有用物质和能源的管理或工艺措施。 固体废物回收利用是固体废物的主要去向。 具有综合利用量大、资源利用率高、节约资源能源、减少环境污染等优点。 以开发1吨有色金属为例：要获得1吨有色金属，我国平均要开采33吨矿石，剥落围岩26.6吨，消耗数百吨产生水和约8吨标准煤，并产生数十吨固体废物及相应的废气和废水。 如果废旧有色金属得到利用，可以节省大量的资源和能源。 工业固体废物的回收利用途径包括回收提取有用的金属材料和非金属材料、生产建筑材料、生产农业肥料和回收能源。 其加工技术涉及物理、化学、生物、机械工程等多个学科。 主要处理技术有物理处理、化学处理、生物处理、热处理和固化处理等。
物理处理利用浓缩或相变，将固体废物的结构改变为便于运输、储存、利用或处置的形式。 物理处理方法包括压实、破碎、分选、浓缩和污泥脱水等。 物理处理也常被用作回收固体废物中有价值物质的重要手段。 (1)压实。 又称压缩，利用机械方法增加固体废物的聚集程度，增加堆积密度并减小体积，使其更易于装卸、运输、储存和填埋。 适合压实加工的固体废物主要是压缩性高、回收性低的物质，如金属加工产生的金属丝、金属碎片、冰箱和洗衣机以及纸箱、纸袋、纤维等。 （2）破碎。 利用外力克服固体废物物料点之间的内聚力，将大块固体废物分裂成小块的过程。 将小块固体废物破碎成细粉的过程称为研磨。 需要破碎的废料大多是脆性的，破碎前废料的塑性变形很小。 但也有一些在常温下具有较高韧性和可塑性的废物需要破碎。 它们很难用传统破碎机破碎，需要采取特殊措施。 例如，废旧橡胶在压力下可以产生较大的塑性变形而不破裂，但可以利用其低温脆性来有效地使其破裂。 根据破碎固体废物所用的外力，即能量消耗的形式，可分为机械能破碎和非机械能破碎。 前者是利用破碎工具对固体废物施加作用力使其破碎，后者是利用电能、热能等破碎固体废物的新方法，如低温破碎、热力破碎、减压破碎、超声波等。压碎。 (3)排序。 根据物质的粒径、密度、磁力、电力、光电力、摩擦力、弹性力和表面润湿性，将固体废物中有用和无用的组分或不同用途的组分分离的方法。 可分为筛分（分选）、重力分选、磁力分选、电选、光电分选、摩擦与弹性分选、浮选等。分选的目的是分离出可以回收利用或不利于后续处理的物料。处理和处置工艺要求。 (4)增稠。 也称为浓度。 即采用降低污泥及浆液废物含水率的工艺方法，是污泥资源化利用和最终处置的必要前期准备。 目前主要的浓缩方法有重力沉降浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。 其中，重力沉降浓缩法最为常用。 (5)污泥脱水。 为了满足综合利用或进一步处置的要求，浓缩污泥需进行脱水处理。 脱水方法可分为机械脱水和自然脱水两大类。 机械脱水法效率高，占地面积小。 一般使用，但投资较贵。
化学处理是利用化学方法破坏固体废物中的有害成分，达到无害化，或通过化学转化回收固体废物中的有用物质和能量，或将其转化为适合进一步加工和处置的形式。 化学反应条件复杂，影响因素较多，因此化学处理方法通常仅用于含有单一成分或含有几种性质相似的化学成分的废物处理。 化学处理方法有氧化还原、中和、化学沉淀和化学溶解等。 (1)氧化还原法。 利用氧化还原反应将废液中溶解的有毒物质转化为无毒或微毒物质。 (2)中和法。 采用酸碱中和调节废液的pH值，使其呈中性。 实际的中和过程是通过向酸性物质中添加碱或向碱性物质中添加酸来完成的，具体取决于最终所需的 pH 值。 (3)化学沉淀法。 在溶液中加入沉淀剂，使溶质变成溶度积小的不溶性化合物，然后分离除去。 (4)化学溶解法。 它是选择合适的化学溶液（如酸、碱、盐水溶液）与固体废物发生反应，选择性地溶解有用成分（少数情况下还包括杂质成分）的化学过程。 处理工艺包括预处理、浸出和渗滤液精制工艺。 可处理含金、银、铜、锌、钴、锰、钼、砷、锑等固体废物的固体废物及尾矿，还可提纯石墨、高岭土、金刚石等非金属矿物。 根据浸出剂的不同，浸出方法可分为酸浸、碱浸、盐浸、氰化物浸出、细菌浸出（浸出液为硫酸铁、细菌和硫酸）和水浸出。
生物处理利用微生物分解固体废物中的可降解有机物，实现无害化或综合利用。 经过生物处理后，固体废物的体积、形态、成分等发生显着变化，更易于运输、储存、利用和处置。 生物处理方法包括好氧处理和厌氧处理。 (1)好氧处理。 利用好氧微生物和兼性微生物分解固体废物中的可降解有机物，实现无害化或综合利用。 (2)厌氧处理。 又称厌氧发酵或甲烷发酵，是利用厌氧微生物和兼性微生物将固体废物中可降解有机物分解并转化为甲烷（或沼气）的过程。 好氧处理和厌氧处理由于参与反应的微生物种类不同，对环境条件的要求有很大不同。 好氧处理要求供应充足的氧气，而厌氧处理则严格要求无氧条件。 与化学处理方法相比，生物处理通常经济上更便宜并且被广泛使用。 但处理过程普遍耗时较长，处理效率不够稳定。
热处理通过高温破坏和改变固体废物的成分和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。 热处理方法有焚烧、热分解、湿式氧化、焙烧、烧结等。 (1)焚烧。 利用高温、热氧化来减少固体废物体积、降低固体废物毒性或危害的处理工艺。 焚烧的主要产物是二氧化碳、水蒸气和灰烬，焚烧产生的有害产物是含有硫、氮、卤素和重金属（汞、砷、硒、铅、镉）的化合物。 焚烧不仅有助于减少废物量并去除有害有机化合物，而且还提供了回收副产品和废热的机会。 (2)热分解。 在厌氧或缺氧条件下利用有机物的热不稳定性进行热分解的过程。 与焚烧相比，这是一个完全不同的过程。 热分解的主要产物是易燃低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；气态的有氢气、甲烷、一氧化碳等。 液体包括甲醇、丙酮、乙酸、乙醛等有机物、焦油、溶剂油等； 固体主要是焦炭和炭黑。 热分解产物为燃油和燃气，便于储存和长途运输。 (3)湿式氧化。 在高温高压下溶解或悬浮有机物的液相氧化。 水占液相体积的大部分。 用于促进氧化反应，使其在较低温度（170~340℃）下进行。 它还用于减缓氧化速度并通过蒸发去除多余的热量。 水还提供了极好的传热介质，使湿式氧化过程能够在较低的有机进料浓度下实现热自维持。 (4)烘烤。 又称高温烧成法，是利用窑炉在高温下焙烧固体废物生产金属或硅酸盐材料（如水泥、砖块等）的处理方法。 (5)烧结。 将粉状或颗粒状物料加热到一定温度范围使其凝固的过程。 材料在烧结后发生物理、化学变化，改变其物理、化学性能（如强度、密度、晶体结构、成分等）。
固化处理是利用固化基材将固体废物固定或覆盖，以减少其对环境的危害，使其能够更安全地运输和处置的处理工艺。 固化处理的对象主要是危险废物和放射性废物。 一些固化过程是将危险废物进行化学转化或引入稳定晶格的过程； 有些是用惰性材料包含危险废物的过程； 有些与上述两种工艺兼容。 固化中使用的惰性材料称为固化剂。 养护技术按养护剂可分为水泥养护、沥青养护、塑料养护、玻璃养护、石灰养护、水玻璃养护等。 (1)水泥凝固。 以水泥为固化剂，使危险废物固化的处理方法。 (2)沥青固化。 沥青固化剂与危险废物在一定的温度、配料比、碱度和搅拌下发生皂化反应，使危险废物均匀地包含在沥青中，形成固化体。 沥青固化一般用于处理中低放射性水平的蒸发残渣、废水化学处理产生的沉积物、焚烧炉产生的灰渣、塑料垃圾、电镀污泥、砷渣等。 (3)塑料固化。 以塑料为固化剂与危险废物按一定比例配料，加入适量的催化剂和填料（骨料）进行搅拌混合，使危险废物共聚固化，形成具有一定强度和稳定性的固化体。 塑料固化可在室温下进行； 只需加入少量催化剂即可使混合物聚合、凝聚； 相容比和凝固密度较小。 它既可以处理干废渣，也可以处理污泥浆。
其主要缺点是塑料固化体耐老化性能差，混合过程中释放有害烟雾，污染周围环境。 (4)玻璃凝固。 以玻璃原料为固化剂，按一定的配料比例混合，在高温（900-1200℃）下熔化，然后退火成稳定的玻璃凝固体。 玻璃化冷冻主要用于高放废物。 与其他高放废液固化方法相比，玻璃固化法形成的固化体致密，在水、酸、碱溶液中浸出率小，体积膨胀率小，导热系数高、热稳定性和辐射稳定性。 其缺点是装置复杂、处理费用昂贵、工作温度高、设备腐蚀严重、放射性核素挥发量大。 (5)石灰凝固。 它是以石灰为固化剂，粉煤灰、水泥窑灰为填料的固化方法。 专门用于固化含有硫酸盐或亚硫酸盐的废渣。 适用于钢铁、机械酸洗过程中排出的废液、废渣、电镀污泥、烟道脱硫废渣、石油冶炼污泥等的固化。该方法所用填料来源丰富，廉价易得，操作简单，加工成本低。 其主要缺点是体积膨胀比大，凝固体易受酸性介质腐蚀，凝固体表面需进行涂层处理。 (6)水玻璃凝固。 以水玻璃（又称水玻璃，俗称泡碱）为固化剂，无机酸（如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸）为助剂，与有害污泥进行中和、浓缩按照一定的配料比例。 脱水反应形成凝胶，其中含有有害污泥，经冷凝硬化后逐渐形成水玻璃固化体。 水玻璃法具有工艺操作简单、原料廉价易得、加工成本低、固化体耐酸性强、抗透水性好、重金属浸出率低等特点。
固体废物处置方法是指最终处置（最终）或安全处置技术。 是固体废物污染治理的末端环节，解决固体废物的去向问题。 一些固体废物经过处理利用后，总会残留一些残渣，很难再利用。 这些残留物往往富含大量有毒有害成分； 还有一些固体废物无法利用，会长期残留在废水中。 环境，是潜在的污染源。 为了控制其环境污染，应进行最终处置，最大限度地与生物圈隔离。 固体废物处置方式包括海洋处置和陆地处置。
海洋处置方法按处置方式和海洋处置分为海洋倾倒和海洋焚烧两大类。 (1)海洋倾倒。 选择适当距离和深度的处置场，将废物直接倒入海洋。 海洋倾倒是 20 世纪 60 年代美国处理高放射性废物的主要方法。 (2)海洋燃烧。 一种利用焚烧船处理和处置公海固体废物的方法。 其法律定义是指在海洋焚烧设施中故意燃烧废物或其他材料，以达到高温销毁的目的。 适用于含氯有机废物PCB等各种含卤素有机废物的处理处置。 海洋处置具有垃圾填埋处置的显着优势，无需垃圾填埋覆盖。 为此，美国、日本和欧洲经济共同体成员国均进行了海洋处置。 这种处置方式在国际上仍存在较大争议，中方基本持否定态度。 关于海洋处置主要有两种观点：一种观点认为海洋容量无限，是处置各种工业废物的理想场所。 处置场海底越深，处置效果越好； 对于海洋焚烧，人们认为，即使不是理想的方法，也是可以接受的方法。 另一种观点认为，这种状态持续下去，会造成海洋污染、鱼类死亡、海洋生态破坏。 生态问题是一个只有长期才能改变的问题。 虽然海洋处置造成的污染在短时间内很难下定论，但必须充分考虑。
陆上处置方法是指以土地为基础处置固体废物的方法。 根据固体废物的类型和处置的地层位置，土地处置主要包括填埋和深井注入处置。 (1)填埋处置。 它是在传统的堆放、填埋处置基础上发展起来的一种最终处置技术。 目前还没有统一的定义。 它是一种综合性岩土处置技术。 其工艺简单、成本低廉，适用于各种固体废物的处置。 是固体废物最终处置的主要方法。 最常用的方法是卫生填埋、安全填埋和浅埋。 卫生填埋是在不对公众健康和环境安全造成危害的情况下处理一般固体废物的方法。 它主要用于处理城市垃圾。 安全填埋是一种改进的填埋方法，又称化学填埋或安全化学填埋。 主要用于处置危险废物，因此对场地建设的技术要求较为严格。 例如，土壤渗透系数必须小于8.64×10-6m/s，渗滤液必须收集和处理，地表径流必须控制。 浅埋处置是指在地表或地下进行浅埋处置，有保护覆盖层，有或无工程屏障，埋深一般在地面以下50m以内。 浅埋处置适用于中、低放射性固体废物的处置，投资较少，在国外得到广泛应用。 (2)深井注水处置。 一种将液体废物注入地下至与饮用水和矿脉隔离的可渗透岩层中的处理方法。 一般废物和危险废物都可以通过深井注入处理。 该方法主要用于处理难以销毁、难以转化、无法用其他方法处理或使用其他方法成本较高的废物。 但也有人认为这种处置方式缺乏远见，担心深井一旦出现裂缝，可能会导致含水层受到污染。
综合利用现状随着20世纪70年代中期世界石油危机的出现和人们对固体废物认识的不断深入，处理固体废物的政策也从被动处置转变为主动利用，将废物作为可以利用的资源。被回收。 对于城市垃圾，采用分类回收的方法，利用垃圾的不同化学和物理性质进行分类。 然后采用干法、水浆机法、高温或中温分解法等回收金属、玻璃、造纸原料、塑料等，并将垃圾作为辅助燃料或回收热能和可燃气体，垃圾焚烧过程中发电。 工业废渣大多作为资源进行综合利用。 20世纪70年代以来，美国将每年排放的超过4000万吨钢渣全部加工利用； 来自英国、法国、日本、德意志联邦共和国、瑞典、比利时等国家的高炉矿渣也得到了充分利用； 前苏联的利用率达到70%。 丹麦、日本等国家的粉煤灰残渣得到了充分利用。 1974年，25.3%的日本城市（145个城市）开展了垃圾分类和回收利用的商业活动。 1976年，回收垃圾3900万吨，占当年垃圾排放量的49.5%。 我国水淬渣几乎全部得到利用。 现有钢渣水泥厂30余家，年产钢渣水泥数百万吨，利用钢渣100万吨以上。 粉煤灰用于建筑材料、道路建设、回填等，目前每年使用量超过120万吨。 相对而言，我国废弃物资源利用率很低。 以工业固体废物为例，1991年利用率仅为18.6%。 我国“再生资源”流失每年造成的直接经济损失达1亿元。 如果回收率不大幅度提高，预计到2000年，经济损失将高达40至450亿元。
发展趋势 为了保护环境、发展生产，许多国家不断采取新措施、新技术来处理和利用固体废物。 采矿废弃物已从低洼地区储存发展到矿地恢复和安全筑坝。 工业废物已从被动储存发展到综合利用。 城市垃圾由人工收集运输发展到机械化、自动化、管道化收集运输； 从无控填埋到卫生填埋和浸出物回收填埋； 从露天焚烧、利用焚烧炉到能量回收焚烧、中高温分解等； 从压缩成型发展到高压压缩成型。 城市有机废物和农业有机废物也用于生产沼气和回收能源。 工业有害废渣已从隔离、贮存发展到化学固定、化学转化防止污染。 总的趋势是从被动处置转向主动利用，实现废物资源化。 我国固体废物污染治理工作起步较晚，始于20世纪80年代初。 由于技术和经济能力有限，因此在不久的将来不可能大规模实现资源利用。 因此，在1980年代中期，中国提出“回收”，“无害”和“减少”作为控制固体废物污染的技术政策，并确定很长一段时间应采用“无废物”。 “有害”是主要重点。 充分回收固体废物中的可用材料无疑是控制固体废物污染的最佳方法，但它需要大量的资本投资和先进的技术作为先驱。 中国固体废物发展和利用的发展趋势必须从“无害”到“资源”。 “资源”基于“无害”，“无害”和“减少”应该基于“资源”是条件。
排毒的基本任务是通过工程处理固体废物，以免损害人类健康或污染周围的自然环境（包括主要环境和次要环境）。 “无害”废物处理项目已发展为全新的工程技术。 例如，垃圾焚化，卫生垃圾，粪便的厌氧发酵，危险废物的排毒和热处理等。
减少的基本任务是通过适当的手段减少和减少固体废物的数量和数量。 这项任务的实现必须从两个方面开始：减少固体废物的产生，加工并利用固体废物。 减少固体废物的产生属于材料生产过程的前端，需要从资源的全面发展和生产过程中材料材料的全面利用开始。 固体废物的处理和利用属于材料生产过程的结束，即固体废物的回收。 要实现固体废物的“减少”，我们必须从“固体废物的回收”到“资源的全面利用”。 这项工作的重点包括采用经济和合理的综合利用过程和技术，以及建立科学资源消费配额。