环境章固体废物管理

1、第八章 固体废物管理规划南开大学滨海学院 王喆 2013.05.27第一节 固体废物概述第二节 固体废物管理规划的内容第三节 应用实例固体废物：在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有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、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。 中华人民共和国固体废物污染环境防治法1.1 固体废物的定义：* 排入水体的废水和排入大气的废气污染防治则除外。第一节 固体废物概述1.2 固体废物的分类： 按废物来源分为城市固体废物、工业固体废物和农业固体废物。城市固体废物：生活垃圾、商业垃圾、城建渣土、粪便等工业固体废物：冶金

2、、能源、化工、矿业、轻工、其他等农业固体废物：秸秆、废农膜、禽畜粪便 按污染特性分为一般废物和危险废物。危险废物是指列入国家危险废物名录或者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危险特性的固体废物。 我国从固体废物管理的需要出发将其分为三类： 工业固体废物、危险废物和城市生活垃圾。第一条根据中华人民共和国固体废物污染环境防治法的有关规定，制定本名录。第二条具有下列情形之一的固体废物和液态废物，列入本名录：（一）具有腐蚀性（Corrosivity, C ）、毒性（Toxicity, T ）、易燃性（Ignitability, I ）、反应性（Reactivity, R ）或者感染性（

3、Infectivity, In ）等一种或者几种危险特性的；（二）不排除具有危险特性，可能对环境或者人体健康造成有害影响，需要按照危险废物进行管理的。第三条医疗废物属于危险废物。医疗废物分类目录根据医疗废物管理条例另行制定和公布。第四条未列入本名录和医疗废物分类目录的固体废物和液态废物，由国务院环境保护行政主管部门组织专家，根据国家危险废物鉴别标准和鉴别方法认定具有危险特性的，属于危险废物，适时增补进本名录国家危险废物名录（2008）根据国家危险废物名录（2008）我国危险废物共分49类。 现行的危险废物鉴别标准执行危险废物鉴别标准（GB5085-2007），包括7项鉴别标准，分别是：危险废物

4、鉴别标准 腐蚀性鉴别 （GB5085.1-2007 ）危险废物鉴别标准 急性毒性初筛 （GB5085.2-2007 ）危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别 （GB5085.3-2007 ）危险废物鉴别标准 易燃性鉴别 （GB5085.4-2007 ）危险废物鉴别标准 反应性鉴别 （GB5085.5-2007 ）危险废物鉴别标准 毒性物质含量鉴别 （GB5085.6-2007 ）危险废物鉴别标准 通则（GB5085.7-2007 ）危险废物鉴别标准1.3 固体废物的特点*： 数量巨大、种类繁多、成分复杂 资源和废物的相对性 危害具有潜在性、长期性和灾难性 处理过程的终态，污染环境的源头2010年，全国

5、工业固体废物产生量为240943.5万t，比上年增加18.1%；排放量为498.2万t，比上年减少29.9%；危险废物产生量为1586.8万t。2011年， 全国工业固体废物产生量为325140.6万t，综合利用量（含利用往年贮存量）为199757.4万t，综合利用率为60.5%。 2010年、2011年中国环境状况公报1.4 固体废物的危害： 对大气环境的影响飘尘、粉尘；有害气体；恶臭 对水环境的影响输移、转化；占用水面；浸渍、渗滤、地表径流 对土壤环境的影响影响微生物、真菌，破坏物质循环；改变土壤性质和结构；动植物富集，进入食物链 大量占用土地全过程管理原则(Cradle-to-Crave

6、)；三化原则；污染者负责原则；分类管理原则 。1.5 固体废物污染防治原则* 中华人民共和国固体废物污染环境防治法明确指出，国家对固体废物污染环境的防治，实行减少固体废物产生、充分合理利用固体废物和无害化处置固体废物的原则。即减量化、资源化、无害化的“三化”原则。实行污染者依法负责的原则。产品的生产者、销售者、进口者、使用者对其产生的固体废物依法承担污染防治责任。清洁生产；循环经济理念。危险废物从产生到处置的全过程管理体系1.6 固体废物的处理技术 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。 物理处理方法包括压实、破碎、分选、脱水等。往往作为回收

7、固体废物中有用物质的重要手段。垃圾破碎机 生活垃圾综合风选机 生活垃圾压实机化学处理 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。 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含毒性成分的残渣，须对残渣进行解毒处理或安全处置。 1.6 固体废物的处理技术生物处理 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

8、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。1.6 固体废物的处理技术热处理 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、无害化和综合利用的目的。 热处理方法包括焚烧、热解、焙烧、烧结等。1.6 固体废物的处理技术简单焚烧 水平固定炉床式垃圾焚烧炉间歇进料、灰满后停炉一次出料，处理能力低，劳动强度大，生产环境条件差；没有或只有有简单的烟气处理系统，二次污染严重。间歇进料、间歇出灰，处理能力低，劳动强度大，生产环境条件差；只有简单的烟气处理系统，二次污染严重。简单焚烧 水平固定炉排垃圾焚烧炉典型的有烟气净化和热能回收的

9、焚烧系统(1) 固体废物处置的概念是指最终处置(Final disposal)或安全处置；是固体废物污染控制的末端环节；是解决固体废物的归宿问题。(2) 目的： 一些固体废物经过处理和利用，总还会有部分残渣存在，而且很难再加以利用，这些残渣可能又富集了大量有毒有害成分；还有些固体废物，目前尚无法利用，它们都特长期地保留在环境中，是一种潜在的污染源。为了控制其对环境的污染，必须进行最终处置，使之最大限度地与生物圈隔离。1.7 固体废物的处置技术固体废物处置方法包括海洋处置和陆地处置两大类。 海洋处置主要分为海洋倾倒与远洋焚烧两种方法；近年来，随着人们对保护环境生态重要性认识的加深和总体环境意识的

10、提高，海洋处置己受到越来越多的限制 。我国对任何废物均不主张海洋处置。陆地处置最主要为陆地填埋处置，还有土地耕作处置、深井灌注、废矿坝、废矿坑处置等。1.7 固体废物的处置技术固体废物的土地填埋是从传统的废物堆填发展起来的一项最终处置技术。早在公元前3000-1000年古希腊米诺文明时期，克里特岛的首府康诺索斯就曾把垃圾填入低凹的大坑中，并进行分层覆土。第一个城市垃圾填埋场建于1904年，位于美国伊利诺伊州的香潘市，其后俄亥俄州的丹顿（1906年）、阿伊华州的德文波特（1916年）等地也相继建成和运行城市垃圾填埋场。其经验表明：将垃圾填入地下会大大减少因垃圾敞开堆放所带来的害虫滋生、散发臭气等

11、问题，但是，这种早期的土地填埋方式也引起一些其他的环境问题，由于降水的淋洗和地下水的浸泡，垃圾中的有害物质溶出并污染地表水和地下水；垃圾中的有机物在厌氧微生物作用下产生以CH4为主的可燃气体，引发填埋场的火灾或爆炸等。1.7 固体废物的处置技术陆地处置主要是卫生填埋和安全填埋适用于生活垃圾适用于危险废物填埋气体和渗滤液安全填埋是卫生填埋的改进和严格化。大多数国家固体废物最终处置的主要方式1.7 固体废物的处置技术填埋场粘土层 地下水位 含砂水层 地下水水流方向岩层全封闭型安全填埋场剖面图第八章 固体废物管理规划第一节 固体废物概述第二节 固体废物管理规划的内容第三节 应用实例2.1固体废物管理

12、规划基础固体废物管理 指对固体废物的产生、收集、运输、贮存、处理和最终处置全过程的管理。 固体废物管理系统 由固体废物及其发生源、处理途径、处置场所和管理程序等构成的完整体系。2.1固体废物管理规划基础固体废物管理规划 资源利用最大化、处置费用最小化的条件下，对固体废物管理系统中的各个环节、层次进行整合调节和优化设计，进而筛选出切实的规划方案，以使整个固体废物管理系统处于良性运转。 三个层次：操作运行层、计划策略层和政策制定层。2.2固体废物管理规划对象主要对象：城市生活垃圾即如何使城市垃圾的收集、运输费用最小，如何给各处理场所如填埋场、堆肥场和焚烧厂等分配合适的固体废物量，使城市或区域的垃圾

13、处理费用最小。原因：危险废物以法律法规规定了其管理程序；工业固废要求企业自行处理、消化。2.3固体废物管理规划内容*（一）总体设计 确定规划目的、对象、区域、时限；规划系统结构与指标体系等。（二）数据调查与分析 固体废物污染源数据；处置现状数据；社会经济数据；水文气象、环境质量、土地利用等其他数据。（三）规划模型开发 预测模型；评估模型；优化模型。（四）规划方案生成及后优化分析城市生活垃圾管理规划系统构成*环境规划与应用郭怀成主编生活垃圾处理方式子系统及功能社会环境子系统及功能2.4固体废物管理规划技术路线* 目前我国固体废物管理规划的主要研究对象是城市，因此仅以城市固体废物管理规划的技术路线

14、进行介绍分析（如图8-1 ，城市固体废物管理系统规划技术路线）。 城市固废管理系统规划的主要技术路线为：基础数据的调查分析，污染源预测分析，规划模型建立和调整，规划方案的权衡分析。图8-1城市固废污染源现状调查城市社会经济发展现状及远景规划目标城市固废处置现状调查堆置综合利用填埋焚烧固废污染环境目标工业固废增长预测生活垃圾增长预测建筑垃圾增长预测医疗固废增长预测办公固废增长预测管理模式与处理技术固废增长预测及影响评价固废管理系统投入产出经济分析规划模型的构建、模型算法开发调试以及模型运行规划结果权衡、交互过程及满意度分析不满意调整优选规划方案输出满意权衡分析产生最终报告文本及其他研究成果工业废

15、物生活垃圾建筑垃圾医疗固废办公废物第八章 固体废物管理规划第一节 固体废物概述第二节 固体废物管理规划的内容第三节 应用实例3.1 固体废物选址分配模型案例分析 A、B两城市联合建设固废处理系统，拟在三地分别采用：焚化（I）、投海（O）、卫生填埋（L）三种方式三个处理场的处理能力分别为1000t/周、500t/周和1300t/周；A城到三个处理场距离分别为15km、5km和30km； B城到三个处理场的距离分别为10km、15km和25km；两城市的固废产生量分别为700t/周和1200t/周A城人口40000，B城人口65000。问题描述图8-2 固体废物发生和处置系统城市A城市B投海码头O

16、卫生填埋L焚化厂I700t/周X1330km15kmX11X125km处理场2500t/周15km1200t/周X2110km1000t/周处理场125kmX23处理场31300t/周X22问题描述3.1 固体废物选址分配模型案例分析3.1 固体废物选址分配模型案例分析问题描述 表8-1 拟建固体废物处置场的费用和处理能力处置场代号处理方式 固定费用 （元/年） 可变费用 （元/吨） 处理能力 （吨/周）I焚化200000121000O投海6000016500L卫生填埋10000061300运输费用为0.5元/tkm。 应该建设哪种处置设施，每种设施应承担多少固体废物处置量，使两城市产生的固体

17、废物全部处理掉，且总的固体废物处置费用最小？3.1 固体废物选址分配模型案例分析建模规划目的1. 两个城市产生的所有固体废物都必须全部处理掉；2. 使固体废物运输和处理的总费用最小。决策变量1. 是否采取某种处理方式，定义一个应取整数的离散变量。2. 每个城市所焚化、投海和卫生填埋的垃圾量。 xij从城市i到处理场j的固体废物量，t/周共有多少个决策变量？3.1 固体废物选址分配模型案例分析建模固体废物质量平衡方程处理场处理能力约束条件(8-2)(8-1)满足固体废物全部处理(8-3)(8-4)(8-5)满足固废处理场处理能力3.1 固体废物选址分配模型案例分析建模目标函数固定费用 3850y

18、1 y2 y3 其中y1、y2、y3为整数变量 yj= 1，采用该处理方式 yj= 0，不采用该处理方式运输费用 A城：7.5x11+2.5x12+15x13 B城：5x21+7.5x22+12.5x233.1 固体废物选址分配模型案例分析建模目标函数可变费用 A城： 12x11+16x12+6x13 B城：12x21+16x22+6x23目标函数*MinZ =3850y1 y2 y3+19.5x11+18.5x12+ 21x13 + 17x21+23.5x22+18.5x23 (8-6)3.1 固体废物选址分配模型案例分析建模约束条件(8-7)(8-8)整数变量约束条件yj的取值限制为非0即

19、1 最优化模型以式(8-6) 为目标函数，式(8-1)式(8-5)和式(8-8)为约束条件，则最优解中总有y*j=0。当 x1j+x2j非0时，如何使yj=1呢？考虑约束条件：(8-9)约束条件式(8-8)和式(8-9)与约束条件式(8-7)等价。3.1 固体废物选址分配模型案例分析建模约束条件(8-3)(8-4)(8-5)(8-8)(8-9)(8-4)3.1 固体废物选址分配模型案例分析建模最优化模型MinZ =3850y1 y2 y3+19.5x11+18.5x12+ 21x13 + 17x21+23.5x22+18.5x23 (8-2)(8-1)3.1 固体废物选址分配模型案例分析求解城

20、市A城市B投海码头卫生填埋焚化厂700t/周200t/周500t/周处理场2500t/周1200t/周800t/周1000t/周处理场1400t/周处理场3400t/周最小费用Z*=41070元。LINDO求解3.2 深圳市特区内生活垃圾规划案例分析一、研究区域概况 深圳市位于广东省南部、珠江口东侧，1979年设市，1980年辟为经济特区以来，大力发展对外加工工业和旅游业，城市发展迅速，成为世人瞩目的新兴开发城市。蛇口、上步为工业区，罗湖为商业区。工业有机械、轻工、电子、造船、食品、印刷、塑料等。 该规划的研究区域主要针对深圳市特区四个区：福田、罗湖、南山和盐田。研究期限为两个阶段：阶段一（2

21、0032007年），阶段二（2008年以后）。环境规划与应用郭怀成主编3.2 深圳市特区内生活垃圾规划案例分析二、深圳城市生活垃圾管理规划系统分析 为保证在生态环境质量不下降的前提下最大程度处理生活垃圾并使经济投入最小，生态环境保护和经济发展是系统的出发点和归宿。 城市生活垃圾管理规划系统两重性：合理的可持续发展的城市生活垃圾管理规划系统可促进环境保护和减少经济投资并产生较好的经济效益；不合理的生活垃圾处理处理方式和经济投资往往会给生态环境带来不利影响甚至对环境造成伤害，伤害达到一定程度会威胁区域发展乃至人们的生活与生存。 将深圳特区内城市生活垃圾管理规划系统分为社会环境子系统、环卫子系统、经

22、济子系统、生态环境子系统和生活垃圾处理方式子系统。典型移民城市，关注常住人口（户籍人口和暂住人口）；消费方式（生活垃圾产生量和类型）。重点考虑清运方式和固废处理场所资金来源、资金利用和承受能力等环境空气质量良好，符合二级标准土地资源贫乏，难找到合适的填埋场地；不适宜堆肥；资源回收和垃圾焚烧将成为主要手段。三、规划模型及求解规划模型3.2 深圳市特区内生活垃圾规划案例分析三、规划模型及求解规划模型3.2 深圳市特区内生活垃圾规划案例分析三、规划模型及求解规划模型3.2 深圳市特区内生活垃圾规划案例分析深圳市特区内城市生活垃圾处理规划流程图三、规划模型及求解模型参数及求解人口预测三、规划模型及求解

23、模型参数及求解生活垃圾产量预测三、规划模型及求解模型参数及求解生活垃圾产量预测三、规划模型及求解模型参数及求解生活垃圾组分特点分析三、规划模型及求解模型参数及求解各垃圾处理场基础数据统计三、规划模型及求解模型参数及求解各区送往垃圾处理场的运输距离及费用单位运输费用3.2元/（tkm）四、规划阶段情景分析3.2 深圳市特区内生活垃圾规划案例分析研究拟定20032007年为阶段一，共5年。对深圳市特区内生活垃圾多目标规划模型在四种情景下求解：保证生活垃圾处理过程中经济投入最小；保证生活垃圾处理过程中对空气污染最小；保证生活垃圾处理过程中对地下水污染最小；充分考虑有关人员及相关政策对生活垃圾规划系统结构与发展的偏好。情景1：生活垃圾处理经济投入最小化为主，