环境修复原理与技术-第8章

第八章

固体废物污染与资源化利用冯英浙江大学环资学院资源科学系环境修复原理与技术主讲内容固体废物的定义固体废物的来源与分类固体废物的危害及污染控制固体废物的资源化利用固体废物的定义1996年4月1日施行的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》定义为：

在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。2005年4月1日施行的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》定义为：

人类在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽末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弃物管理的物品、物质。固体废物特性时空性：时间性—仅相对于目前的科学技术和经济条件而言，随着科技的发展，昨天的废物将成为明天的资源。空间性—废物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值，某一过程的废物可能成为另一过程的原料。故称固废是放错地方的资源。无主性：被丢弃后，不再属于谁，故找不到具体负责者，尤其是城市固废；分散型：散布在各处，需收集；危害性：给人们的生产和生活带来不便，危害人体健康；固体废物的来源生产活动(residue)§不能完全利用的资源§超过使用寿命的产品生活活动(refuse)生产活动不能完全利用的资源天然资源从开采到成为各种产品，最终利用率仅为20～30%，在开采和各种加工过程中，未能完全利用的部分即成为各个环节中的废物以铁矿石的开采和冶炼为例：开采铁矿石采矿废石；再经选矿处理，又有选矿尾矿；在炼铁和炼钢过程中产生高炉矿渣和钢渣，钢铁的机械加工又产生金属碎屑等。超过使用寿命的产品任何产品都有一定的使用寿命，并且，随着技术的进步，产品的更新换代速度也越来越快，加剧了固体废物的排量生活活动在产品进入市场后在流通过程中或使用消费后产生的废物—生活垃圾。其产生量随季节、生活水平、生活习惯、生活能源结构、城市规模和地理环境等因素而变化。目前，全国约70％的城市为垃圾所包围。垃圾堆存量已累计达60亿t，占地约5亿m2。随着城市化进程的加快，到2020年我国城市化水平预计将达60％，城市垃圾的排放总量也将达到一个新的更大值。固体废物的分类固废的分类化学性质危害状况形状有机废物无机废物有害废物一般废物固体状废物泥状废物来源矿业废物工业废物城市垃圾农业废物放射性废物我国目前趋向于分为四类城市生活垃圾一般工业固废（含矿业）危险固废其它固废（含农业）放射性固废因须专门管理，不包括在内。城市生活垃圾又称为城市固体废物，它是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，主要成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物，废金属，废玻璃陶瓷碎片，砖瓦渣土，粪便，以及废家用什具，废旧电器，庭园废物等等。主要产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。主要特点是成分复杂，有机物含量高。影响城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水平、生活习惯、季节，气候等。城市生活垃圾的产生和分类来源产生过程城市垃圾种类居民产生于城镇居民生活过程食品废物、生活垃圾炉灰及某些特殊废物商业仓库、餐馆、商场、办公楼、旅馆、饭店及各类商业与维修业活动食品废物垃圾、炉灰，某些特殊废物、偶尔产生危险的废物公共地区街道、小巷、公路、公园、游乐场、海滩及娱乐场所垃圾及特殊废物城市建设居民楼、公用事业、工厂企业、建筑、旧建筑物拆迁修缮等建筑渣土、废木料、碎砖瓦及其他建筑材料水处理厂给水与污水、废水处理厂水处理厂污泥工业固体废物是指在工业、交通等生产过程过程中产生的固体废物。来源产生过程分类矿业矿石开采和加工废石、尾矿冶金金属冶炼和加工高炉渣、钢渣、铁合金渣、赤泥、铜渣、铅锌渣、镍钴渣、汞渣等能源煤炭开采和使用煤矸石、粉煤灰、炉渣等石化石油开采与加工油泥、焦油页岩渣、废催化剂、硫酸渣、酸渣碱渣、盐泥、釜底泥等轻工食品、造纸等加工废果壳、废烟草、动物残骸、污泥、废纸、废织物等其它

金属碎屑、电镀污泥、建筑废料等危险固体废物是指列入国家危险废物名录或是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腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性等一种或一种以上危险特性,以及不排除具有以上危险特性的固体废物。危险固体废物经不适当的处理、贮存、运输、处置或其他管理，能引起或明显地影响各种疾病和死亡,或对人体健康或环境造成显著的威胁。其它固废（含农业）来自农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民生活所产生的废物，如农作物秸杆、人畜禽排泄物等。这些废物多产于城市郊区以外，一般多就地加以综合利用，或作沤肥处理，或作燃料焚化。固体废物的分类、来源和主要组成物分类来源主要组成物矿业废物矿山、选冶废矿石、尾矿、金属、废木砖瓦、石灰等工业废物冶金、交通、机械金属结构等工业金属、矿渣、砂石、模型、陶瓷、边角料、涂料、管道煤炭煤矸石、木料、金属食品加工肉类、谷类、果类、菜蔬、烟草橡胶、皮革、塑料等工业橡胶皮革、塑料布、纤维、染料、金属等造纸、木材、印刷等工业刨花、锯末、碎木、化学药剂、金属填料、塑料石油化工化学药剂、金属、塑料、橡胶、陶瓷、沥青、油毡电器、仪器仪表等工业金属、玻璃、木材、橡胶、塑料、化学药剂、研磨料纺织服装业布头、纤维、橡胶、塑料、金属建筑材料金属、水泥、粘土、陶瓷、石膏、石棉、砂石电力工业炉渣、粉煤灰、烟尘城市垃圾居民生活食物垃圾、纸屑、布料、木料、金属、玻璃、塑料商业机关废汽车、废电器、废器具、含有易爆、易燃、腐蚀性市政维护、管理部门碎砖瓦、树叶、死禽畜、金属、锅炉灰渣、污泥农业废弃物农林稻草、秸杆、蔬菜、水果、果树枝条、糠秕、落叶、水产腐烂鱼、虾、贝壳、水产加工污水、污泥放射性废物核工业、核电站、放射性医疗金属、含放射性废渣、粉尘、污泥、器具固体废弃物污染危害食用水生动植物人类食品人类疾病肺皮肤直接接触接触进入固体废物污染源露天堆存、填埋：地表层、地底层、深埋地下水饮用江、河、湖、地下水废物处理地水生动植物污泥肥料、土壤改良食用植物处理焚烧尘埃污水处理厂悬浮大气微粒污泥奶、肉饲料大气生态破坏侵占土地我国工矿业固体废物累计堆放量达60亿吨，占地5万多公顷。

据《2001年全国环境状况公报》公布，我国已有三分之二的城市处于垃圾包围之中，垃圾堆存占地累计达75万亩堆存1万吨煤矸石，要占用0.5亩土地；堆存1万吨尾矿，要占用1.7亩土地；堆存1万吨冶炼渣，要占用2亩土地；堆存1万吨炉渣，要占用2.5亩土地；堆存1万吨其他渣，要占用2.5亩土地。污染土壤主要通过淋滤作用和细菌分解进入土壤。固体废物堆置或垃圾填埋处理，经雨水浸淋，其渗出液及沥滤中含有的有害成分会改变土质和土壤结构，影响土壤中的微生物活动，妨碍植物的根系生长，或在植物机体内积蓄，危害食用有害物质破坏土壤生态系统的功能,影响物质循环。70年代，美国的密苏里州，将混有一种有机有毒化学污泥废渍的沥青铺路，造成土壤中深达60cm的污染，致使大批牲畜死亡，人产生各种怪疾，后美国环保局花3300万美元，买下该城镇的全部地产，居民搬迁，并给予赔偿。污染水体主要通过浸渍、渗滤作用与细菌分解作用进入水体。有害的造成水体污染,提高处理成本,危害人类健康。无害的造成河床淤塞、水面减小；一些核废料污染海洋美国的拉芙运河（LoveCanal）事件

1930－1953年，美国胡克化学工业公司在纽约州尼亚加拉瀑布附近的拉芙运河废潭谷填埋了2800多吨桶装有害固废，1953年填平覆土，在上面兴建了学校和住宅。1978年，由于大雨和融化的冰雪造成有害废物外溢，以后，陆续发现该地区井水变臭，婴儿畸型，居民身患怪疾。检测结果发现：该地区大气中有害物浓度超标500多倍，有毒物质82种，致癌物质11种。由此，总统颁布紧急法令，封闭住宅，关闭学校，居民全部迁居，拨款2700万元补救治理。贵屿的电子垃圾已经导致方圆几十里上百里已经找不到可饮用的水污染大气主要通过漂逸扩散、焚烧处理进入大气尾矿库（坝）的扬尘，甚至能形成局部沙尘暴；固体废物焚烧引起的二恶英污染;煤矸石的自然产生二氧化硫污染固废在运输和处理过程中，能产生有害气体和粉尘；有机固废能被微生物分解释放出恶臭和毒气，造成地区性空气污染；细粒废渣和垃圾，能随风飘逸扩散到远处，使平均视程低30—70%。焚烧法处理固体废弃物是一种较为流行的方式，但焚烧将产生大量的有害气体和粉尘，一些有机固体废弃物长期堆放，在适宜的温度和湿度下会被微生物分解，也放出有害气体。

影响环境卫生目前我国不仅90%以上粪便、垃圾未经无害化处理，而且医院、传染病院的粪便、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（既寄生虫病）等，成为环境的严重污染源。我们周围几乎到处可见丢弃的塑料食品袋、包装袋、饮料瓶、快餐盒等，无处不被废旧塑料困扰，就连花、草、树木、农作物也处处可见“白旗”悬挂，无疑这已构成严重的“视觉污染”。固体废弃物污染特点污染的“源头”与“终态”固体废物能够污染水体、大气和土壤，是水、大气和土壤的污染“源头”之一。同时，固体废物又是废水处理(污泥)、废气处理(粉尘)、固体废物焚烧处理(灰烬)后，其蕴含的许多成分的“终极状态物”。呆滞性大、扩散性小除侵占土地外，固体废物的污染则需要通过某种媒介，如水、大气或土壤，没有这些媒介，固体废物则不会自行扩散，亦不会产生污染作用。污染特点具有潜在和长期的危害性向环境扩散的速率相对比较缓慢，容易造成忽视，其危害耍经过很长时间才能被发现，此即潜在性或迟缓性。

危害作用的持久性与不可稀释性一旦发生污染，大多数情况下，不仅依靠自然过程无法缓解，而且具有不可稀释性，因而造成持久的危害，甚至无法治理。污染的全方位性不仅对自然环境，如大气、水体和土壤等造成严重污染，而且对人类及地球上的其他生物亦造成严重污染。这种污染的全方位性远远超过水污染、大气污染。各种类型废弃物的解体时间：玻璃瓶实际上在任何时候都不会分解；塑料瓶约需450年；盛啤酒或汽水的易拉罐需200～250年；普通马口铁罐头盒约需100年；经油漆粉刷的木板约需13年；帆布制品约需1年，绳索需3～14个月，棉织物需1～5个月；火车票等纸屑约需半个月。

固体废弃物控制非常重要！两个重要概念：固废的处理：将固体废物转化为适于运输、贮存、利用和处置的过程或操作。固废的处置：将无法回收利用且不打算回收的固体废物长期地保留在环境中所采取的技术措施。物理处理：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。化学处理：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。

生物处理：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。热处理：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。热处理方法包括焚化、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结等。固化处理：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。

固体废弃物的处理方法固体废物处置方法

固体废物处置是指最终处置或安全处置，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

海洋处置：深海投弃、海上焚烧陆地处置：土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋、深井灌注目前方法：露天堆放、海洋倾倒、安全填埋、出口废料、焚烧露天堆放是发展中国家处理固体废物的一种主要方式典型的违法倾倒主要引起的污染问题是地下水污染。

露天堆放卫生填埋合理的填埋方式和管理使垃圾处理过程中气味回收利用，无气味产生。垃圾压实和覆盖技术使得处理固体废物的能力大大增强。下面设有防渗层，以防垃圾渗沥液渗入地下，污染水源。安全填埋垃圾场土工膜和塑料渗滤管网铺展施工照片出口废料堆积成山的垃圾：位于粤东地区练江北岸的贵屿镇有5,500多个电子垃圾处理商，每年要拆卸150万磅（约680.4吨）的废弃电脑、手机和其它电子设备。巨大的供应量：贵屿镇有80%的电子垃圾来自国外，其中包括美国。专业分工：数万人在一些小型的家庭作坊里干活。精工细作：处理费用低廉危害：大部分垃圾，尤其是烧尽后的煤灰都被倒在河流和沟渠里，污染环境和地下水。相当数量的贵屿镇儿童都患有铅中毒垃圾焚烧焚烧是目前世界各国广泛采用的城市垃圾处理技术，大型的配备有热能回收与利用装置的垃圾焚烧处理系统，由于顺应了回收能源的要求，正逐渐上升为焚烧处理的主流。目前国外工业发达国家主要致力于改进原有的各种焚烧装置及开发新型焚烧炉，使之朝着高效、节能、低造价、低污染的方向发展，自动化程度越来越高。固体废物处理与处置的区别固体废弃物污染控制技术过程控制技术(减量化)：通过改革工艺，如采用无废、少废或清洁工艺，尽量减少废物的产生量或容量。处理处置技术(无害化)：通过采用适当的工程技术对废物进行处理，使其对环境不产生污染，不致于对人体健康产生影响。回收利用技术(资源化)：从固体废物中回收有用的物质和能源，加快物质循环，创造经济价值的广泛技术和方法。减量化原辅材料替代：①选用较丰富的资源替代稀有、短缺的自然资源，并尽量减少其用量；②采用低毒、少害或无害的原材料替代有毒有害的原材料；③尽量使用再生的二次资源。工艺设备改革：①采用完全不同的工艺原理和技术，从根本上改造旧的工艺和设备；②针对旧工艺其薄弱环节，部分的调整和革新废物产生环节；③只改变旧工艺条件和参数以达到减少废物的目的；④使用高效、先进的使废物产生量最小化的生产设备。减量化物料循环和综合利用：①收集流失的产品和原料，将其返回主体流程之中；②回收废物，将其处理成原料和原料组分，返回原流程中再以利用；③将回收的废物作为其他流程的原料生产其他产品；④闭路循环及能量回收清洁产品：①从产品设计就考虑生产、使用和使用后均不对生态环境和人体健康造成危害；②使用后应易于回收、再生、重复使用和易于降解与处置。强化管理：加强企业内部管理，对各个生产环节进行排污审计，从工艺过程管理入手，建立规章制度和责任制度，加强区域性和厂际间的广泛联系，促进资源有效利用。

基本任务：将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围的自然环境(包括原生环境与次生环境)。处理工程：垃圾的焚烧、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。无害化资源化针对已经产生的固体废物进行回收、加工、再生利用，使其直接变成产品和二次资源的综合利用过程。涉及预处理技术、综合利用技术、分解技术等。将废物（或经过预处理后的废物）引入新的生产—消费系统，使这些废物变为原料或能源得以利用。由于废物种类繁多，性质复杂，所以资源化技术涉及的内容也非常广泛，大体可将其分为以回收能源为主的热化学分解技术，以获得肥料和原料为主的微生物转化技术和直接作为原辅材料使用的废物利用技术三大类。农业固废的资源化1、饲料化技术畜禽粪便中含有大量的蛋白质(15.8~23.5%)、粗纤维（12.7~16.8%）、维生素B1217.6μg/g。处理后可做饲料。畜禽粪便经适当处理，禁用治疗期的粪便，在动物宰杀前减少粪便的使用量或停用，畜禽粪便饲料化是安全的。饲料化对畜产品的影响不大，且经济效益较高。畜禽粪便的资源化（1）用新鲜粪便直接作饲料适用于鸡粪，鸡的肠道短，70%的营养物质未吸收而排出。鸡粪中粗蛋白含量为20~30%，氨基酸含量与玉米等谷物饲料相当，还含有微量元素等但也含有病原微生物等有害物质。可用含甲醛37%的福尔马林混合24h去除，也可先接种米曲霉或白地霉，然后用瓮灶蒸锅杀菌。（2）青贮由于粪便中碳水化合物的含量低，不宜单独青贮，常和一些禾本科青饲料一起青贮。青贮饲料具有酸香味，且可杀死粪便中病原微生物、寄生虫等。（3）干燥法常用的处理方法。主要利用热效应和喷放机械。处理效率较高干燥方法主要有以下4种：日光自然干燥、高温快速干燥、烘干膨化干燥、机械脱水。（4）热喷技术利用热效应和喷放机械，使畜禽粪转变为鸡朊粉，生产高蛋白饲料，既除臭又能彻底杀菌灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品饲料的要求。（4）分解法利用优良品种的蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解畜禽粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理畜禽粪便的目的。比较经济，生态效益显著。烘干蝇蛆蛋白蝇蛆养殖现场蝇蛆转化肥料化技术－生产有机肥好氧堆肥以畜禽粪便为主，辅以有机废物。温度高，基质分解较彻底，堆制周期短、异味小，可大规模采用机械处理。厌氧堆肥堆温低，腐熟及无害化所需时间较长。厌氧堆肥法简便，省工，在不急需用肥或劳力紧张的情况下可以采用。快速启动适度发酵技术生物堆肥与有机肥畜禽粪便功能有机肥技术资源循环利用关键2：提升肥料品质与价值关键1：缩短堆肥周期与控制碳氮损失O2CO2H2O生防促生功能微生物添加剂高温快腐熟保氮除臭发酵菌剂NH3××调酸发酵助剂功能有机肥能源化技术－焚烧、生产沼气水压式沼气发酵工艺屠宰污水、猪粪二级沼气发酵屠宰污染厌水-好氧生物处理牛粪近中温两级厌氧发酵前景展望将现有的资源化技术在一定程度上进行科学组合，综合治理，使畜禽粪便得到多层次的循环利用，才能有效地解决养殖业的环境污染问题。发展方向：几种方法有机结合。养殖场固液分离沉淀酸化调节厌氧反应器SBR混凝沉淀排放污泥脱水污泥浓缩池好氧连续式生物堆肥发酵复合有机肥料气体净化贮气柜发电、烧锅炉、民用秸秆的组成和特点

组成：有机质含量平均为15%，平均含碳44.22%、氮0.62%、磷0.25%、钾1.44%，还有镁、钙、硫及其他重要的微量元素。特点：（1）蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低，而粗纤维含量高，适口性不好，家畜采食量小，消化率低。秸秆的资源化利用秸秆焚烧的危害浪费资源：田间焚烧仅能利用所含钾的40%，其余氮、磷、有机质和热能则全部损失。污染环境引发火灾损伤地力危害周围生态动植物1、秸秆还田技术宏观秸秆还田可以草养田、以草压草，达到用地养地相结合，培肥地力。微观秸秆还田能提高土壤有机质含量；改善土壤理化状况，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免养分流失，归还氮、磷、钾和各种微量元素；促进土壤微生物活动，加速土地养分循环。秸秆直接还田

秸秆间接还田（1）机械直接还田（1）堆沤腐解还田（2）覆盖栽培还田（2）烧灰还田（3）机械旋耕翻埋还田（3）过腹还田（4）菇渣还田（5）沼渣还田直接还田中应注意：秸秆覆盖量，一般每亩300~400kg；配合施用氮、磷肥，施N0.6~0.8kg/100kg；减少病虫害传播。秸秆生化腐熟快速还田采用先进技术培养能分离粗纤维的优良微生物菌种，生产出可加快秸秆腐熟的化学制剂，并采用现代化设备控制温度、湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等过程，使秸秆→有机肥。（1）催腐剂堆肥技术（2）速腐剂堆肥技术（3）酵素菌堆肥技术实例：由工业废液生产高浓缩秸秆复合肥造纸黑液→工业化沤制发酵→氨化处理→磷化处理→高温高压处理→颗粒型复合肥2、秸秆饲料化利用技术秸秆的主要成分是粗纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素等，一般约占秸秆干物质的20~50%。未经处理的秸秆消化率和能量利用率较低，因为秸秆中的木质素和糖类结合在一起，很难分解；蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏。处理目的：为动物的消化吸收创造条件；提高秸秆饲料的营养价值。处理方法：物理；化学；生物。3、秸秆能源化利用技术秸秆直接燃烧供热技术以秸秆为燃料，以专用的秸秆锅炉为核心形成供热系统。有秸秆收集、前处理、秸秆锅炉和秸秆灰利用几部分组成。适于在秸秆主产区为中小乡镇企业、乡镇政府机关、中小学校和相对比较集中的乡镇居民提供生产、生活热水和冬季采暖之用。秸秆气化集中供气技术原理：通过气化装置将秸秆、杂草及林木加工剩余物在缺氧状态下加热反应转换成燃气的过程。工艺流程：粉碎→给料机→气化器→除尘器→冷却器→过滤器→贮气柜→用户。秸秆气化机组由加料器、气化炉、燃气净化器和燃气输送机组成。发酵制沼气立式圆形水压式沼气池秸秆制沼系统包括沼气的收集、运输、净化、贮存、使用及附属设备等。秸秆制沼系统的主要设备：①集气室②输气管和配气管③脱硫装置④气柜⑤止火器（或逆火防止器）压块成型及炭化技术（1）成型“秸秆炭”（2）秸秆“生物煤”（3）秸秆成型燃料利用途径秸秆成型燃料利用途径：农村生活用能；工业用途；生产成型炭；生产活性炭。

生物成型燃料生物质原料气流式连续烘干设备4、秸秆的工业应用生产可降解的包装材料一次性餐具：麦秸、稻草、稻壳、玉米秸秆、苇秆、析花秆