环境科学导论第5章 固体废弃物与环境

第五章固体废物与环境污染

第一节固体废物危害及防治1.1固体废物的定义和分类

固体废物(Waste)通常是指在生产和生活中被丢弃的固体和泥状物质，来源于生产、分配、流通和消费各个环节。

固体废物又有“放在错误地点的原料”

之称。

目前一页\总数六十一页\编于二点

有机废物无机废物

固体废物的分类(化学性质)目前二页\总数六十一页\编于二点来源工业固体废物矿业固体废物城市固体废物农业固体废物放射性固体废物目前三页\总数六十一页\编于二点目前四页\总数六十一页\编于二点目前五页\总数六十一页\编于二点危害程度目前六页\总数六十一页\编于二点

1.2固体废物对环境的危害1）对水体的污染：通过渗滤和地表径流进入地下水和地表水。

有些城市将垃圾、废渣直接倒入湖泊、河流或海洋造成更严重的污染。垃圾、废渣随雨水径流进入地面水体；垃圾、废渣的渗漏水，通过土壤进入地下水；细颗粒的垃圾、废渣还能随风飘扬落入地表水。目前七页\总数六十一页\编于二点

广东省贵屿地区由于电子产品回收业十分发达，绝大部分的地表水和浅层地下水由于固体废物污染的铅含量超出欧盟安全标准两倍，已经不能饮用，居民的生活用水需要通过购买。目前八页\总数六十一页\编于二点

2)

对大气的污染：细小颗粒物在自然或人为作用下漂浮到大气中；长期堆放或焚烧中散发出的臭气和毒气（环境中的二恶英是在塑料固废燃烧中产生的）。

目前九页\总数六十一页\编于二点

3）对土壤的污染：固体废物随意堆放或简单填埋处理，被雨水浸淋，渗出液中的污染的成分会使土壤重金属富集,改变了土壤结构，影响土壤微生物的活动，破坏土壤的自净能力，妨碍植物根系的生长。

每堆积1万吨废物，占地约需1亩。目前我国固体废物占地面积已经超过100万亩

塑料垃圾残留3.9克/亩玉米减产11%~13%小麦减产9%~16%大豆减产5.5%~9%蔬菜减产14.4%~54.9%目前十页\总数六十一页\编于二点

白色污染——塑料

塑料制品一旦进入环境就会长期存在，尤其是在土壤中。塑料包装原料的90%为有机化合物-聚乙烯，10%是从玉米中提炼出来的淀粉。塑料袋进入土壤后，土层中的细菌只能分解其中1/10的淀粉，而对大部分聚乙烯却无能为力，它们在土壤中不能分解。目前十一页\总数六十一页\编于二点

4）对环境卫生的影响全国有400多个城市陷入垃圾的包围之中。不少固体废弃物和垃圾含有毒有害物质以及病原体，广泛传播肝炎、肠炎、痢疾以及各种蠕虫病（寄生虫病）等。目前十二页\总数六十一页\编于二点

1.3危险废物的定义和危害

危险废物又称有害废物。联合国环境规划署将危险废物定义为：除放射性以外的那些固体废物，这些废物具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性因而可能对人类健康及环境产生危害。1984年UNEP(UnitedNationsEnvironmentProgramme)把危险废物污染危害列为全球性环境问题之一。目前十三页\总数六十一页\编于二点美国拉夫运河河谷土壤污染事件

美国胡克化学工业公司在纽约州罗芙运河废河谷填埋了2800多吨桶装危险废物，1953年填平覆土，在上面兴建学校和住宅。1978年，因大雨和融化的雪水入渗，之后陆续发现：危险废物中有毒物质大量浸出、迁移扩散至地下水，井水变臭大气有害物质浓度超标500多倍测出有毒物质82种，致癌物质11种，其中包括剧毒的二恶英婴儿畸型、居民身患怪异疾病；颁布了一项紧急法令，封闭住宅，关闭学校，710多户居民迁出避难，并拨款2700万美元补救治理。目前十四页\总数六十一页\编于二点危险废物的类别

控制危险废物和有毒化学品对生态环境的污染和人体健康的危害，是全球重大的环境问题之一。巴塞尔公约危险废物名录：45类中国危险废物名录：47类目前十五页\总数六十一页\编于二点我国公布的危险废物的类型a、急性毒性废物：用1:1浸提液灌胃能引起小鼠（或大鼠）在48小时内死亡半数以上者，定为有急性毒性的固体废物。b、易燃性废物：闪点低于60℃的液体，经摩擦、或自发产生着火倾向的固体，着火时燃烧较剧烈并能持续引起危险者。目前十六页\总数六十一页\编于二点c、反应性废物①性质不稳定，无爆震时即易发生剧烈变化；②遇水能剧烈反应；③遇水能形成爆炸的混合物；④与水混合产生有毒气体或烟雾；⑤在常温、常压下易发生爆炸反应d、腐蚀性废物：pH>12.5或pH<2的废物目前十七页\总数六十一页\编于二点

《巴塞尔公约》

1989年，在发展中国家努力下，联合国环境规划署主持，115个国家代表在瑞士巴塞尔签署的控制危险废物越境转移及处理的《巴塞尔公约》。公约的基本原则：首先，所有国家都应禁止输入危险废物；其次，应尽量减少危险废物的产生量；第三，对于不可避免而产生的危险废物，应尽可能以对环境无害的方式处置，并尽量在产生地处置，须帮助发展中国家建立最有效的管理危险废物的能力；第四，只有在特殊情况下，当危险废物产生国没有合适的处置设施时，才允许将危险废物出口到其他国家进行安全处置。1989年公约并未禁止有毒垃圾出口，而是只要接受国同意，有毒垃圾出口就是合法的。1995年，在发展中国家的强烈要求下，有关各国修订了《巴塞尔公约》，新公约规定禁止以“循环再生产”的名义出口有毒垃圾，包括电脑在内的电子及电器零件，已被巴塞尔协定列为有害物质。目前十八页\总数六十一页\编于二点

我国的洋垃圾问题

我国沿海地区发生过多起非法进口“洋垃圾”事件，实质就是有害废物的非法越境转移。

目前全球每年产生的危险有毒废物约有3.4亿多吨，大多产生于发达国家。我国进口“洋垃圾”增长速度很快。1990年进口量99万吨，到2000年增加到1750万吨。目前十九页\总数六十一页\编于二点作为世界最大的电子垃圾进口国，中国每年接纳了全球大量的电子垃圾目前二十页\总数六十一页\编于二点

浙江省台州市一个工业园内电子垃圾的拆卸区目前二十一页\总数六十一页\编于二点

1.5固体废物的综合处理与利用

（一）“三化”原则

对固体废物污染的控制，关键在于解决好废物产生的源头以及综合利用问题。首先需要从污染源开始，采用清洁生产工艺，尽量少排或不排废物。这是控制固体废物的根本措施。其次，需要强化对有害废物污染的控制，实行从产生到最终无害化处置全过程的严格管理。

目前二十二页\总数六十一页\编于二点

固体废物综合处理与利用的“三化”和4R原则

减量化（reduce）原则

资源化原则:

再循环（recycle）再利用（reuse）再回收（recover）

无害化原则

目前二十三页\总数六十一页\编于二点再循环：指物料在生产过程中产生的“废物”，在本工厂内部再次加以利用，或经过一定的处理，恢复部分功能，如发电厂中冷却水的再循环。

再利用：指“废物”还具有其它功能可加以利用，如粉煤灰用做生产水泥的原料。再回收：指对“废物”可以回收其中有用的成分，如从碱法制浆造纸企业产生的废水中可回收纯碱。

目前二十四页\总数六十一页\编于二点

（二）生活垃圾减量化对策与措施

1）避免过度包装和减少一次性商品的使用：少使用塑料包装物，多使用易于回收利用和无害化处理处置的材料。

2）推行垃圾分类收集：城市垃圾收集方式分为混合收集和分类收集两大类。目前二十五页\总数六十一页\编于二点韩国的垃圾计量制

垃圾计量制就是在交纳基本清洁费、卫生费的基础上,按照每户垃圾产出量来负担垃圾处理费用。垃圾计量制最大的好处就是打破垃圾处理费的“大锅饭”，使人们认识到“多产垃圾就要多付钱”，要想减少这方面的支出，就要设法减少垃圾产生量，树立爱护环境、减少污染的环保观念。目前二十六页\总数六十一页\编于二点

（三）固体废物土地填埋处理方法

安全土地填埋法：“利用工程手段，采取有效技术措施，将垃圾压实减小容积，减少填埋占地，防止渗滤液及有害气体对水体和大气的污染，使整个过程对公共卫生安全及环境均无害”的一种土地处理垃圾方法。

安全土地填埋法的主要步骤包括：场址选择、填埋场设计、填埋操作、渗滤液控制、填埋产生气体的回收和控制、填埋场环境监测、封场及场地的再利用等方面。

目前二十七页\总数六十一页\编于二点

土地填埋法的优点：经济可靠，适合于处理大量的固体废物；填埋后的场地还可以重新用做停车场、高尔夫球场等。

土地填埋法的缺点：填埋场可能因沉降需要不断地维护；填埋的废物可能通过分解产生易燃、或具毒性的气体，需加以监测和控制。

目前二十八页\总数六十一页\编于二点先进的安全土地填埋法示意图地基渗滤液导排防渗层填埋单元作业面覆盖层填埋气导排目前二十九页\总数六十一页\编于二点简易的安全土地填埋法示意图目前三十页\总数六十一页\编于二点填埋场产生的渗滤液的主要控制对策

对策一

入场垃圾含水率的控制、地表水渗入的控制和地下水渗入的控制。

（1）通过将入场垃圾中易腐化的有机成分分离制作堆肥，降低垃圾中有机物的含量，实现垃圾渗出液产生量的减少。（2)地表水渗入的控制是通过填埋场工程设计实现。设计合理的地表径流控制系统，可将降水的一部分变成地面径流流出填埋场.(3)地下水渗入的控制主要通过对填埋场底部进行防渗处理实现的。一方面可以防止地下水浸入填埋场，造成渗滤液水量大幅度上涨；另一方面又可防止渗滤液渗入地下污染地下水。目前三十一页\总数六十一页\编于二点

对策二渗滤液导出系统主要包括集水坑、泵、阀、排水管道和带人孔的竖井。集水井位于填埋场底坡下游，收集来自集水管道的渗滤液。目前三十二页\总数六十一页\编于二点对策三

渗滤液的处理与最终处置。垃圾渗滤液的组成复杂，污染浓度高，随着填埋场使用年限的增加，渗滤液的组成也会发生变化，因此，渗滤液的处理流程一般比较复杂，运行费用极高。目前，已经采用的和正在研究的渗滤液处理方法主要有生物处理法、物理化学法和土地处理法或排往城市污水处理厂处理。

目前三十三页\总数六十一页\编于二点安全土地填埋场的远景图目前三十四页\总数六十一页\编于二点

（四）固体废物的无害化焚烧处理

焚烧法：利用高温分解和深度氧化的过程，使可燃性固体废物氧化分解，达到减少容积、去除毒性、回收能量和副产品的目的。

焚烧技术是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的技术。可处理城市垃圾、一般工业废物和有害废物。但焚烧过程中会产生新污染物，有可能造成二次污染，所以，应对焚烧设施排放的大气污染物进行控制。主要控制项目包括：有害气体（SO2、HCl、CO、HF、NOX等）、烟尘和有机污染物（如二恶英）等方面。美国已颁布“废物焚烧处理效果标准”。目前三十五页\总数六十一页\编于二点

焚烧法优点

(1)大幅度减少固体废物容积，最大减少原体积的90%以上；(2)杀死病原菌，达到解毒的功效；(3)产生新热能，用来供热和发电。

焚烧法缺点

(1)可能产生未完全燃烧的有机组分和酸性气体，如直接排入大气中，会造成二次污染(2)建设投资、运行和管理费用高欧洲国家城市垃圾的焚烧率已达20~25%，美国为10%。

目前三十六页\总数六十一页\编于二点垃圾焚烧厂目前三十七页\总数六十一页\编于二点目前三十八页\总数六十一页\编于二点目前三十九页\总数六十一页\编于二点

（五）垃圾堆肥

垃圾堆肥是处理和资源利用生活和农业垃圾的一种方法，是利用垃圾中存在的细菌、酵母菌、真菌和放线菌等微生物，使垃圾中有机物发生生物化学反应而降解,最后形成一种类似腐殖质的产品，用作肥料改良土壤。

垃圾堆肥技术在中国农业活动中早有应用。只要垃圾中不含太多的杀虫剂，所有的有机固废都可堆肥。城镇垃圾中的蔬菜、花园废物、树皮、干草、树枝、动物粪便，农产品加工废物等。

目前四十页\总数六十一页\编于二点按细菌分解的条件，分为高温需氧法堆肥和低温厌氧法堆肥。按堆肥方式，分为露天堆肥法和机械堆肥。

堆肥法操作一般分4步①预处理：剔出大块的无机杂品，将垃圾破碎筛为匀质状，匀质垃圾最佳含水率为45-60%，碳氮比约为(20-30)：1，达不到需要时可掺进污泥或粪便；②细菌分解(或称发酵)：在温度、水分和氧气适宜条件下，好氧或厌氧微生物迅速繁殖，垃圾开始分解，将各种有机质转化为无害的肥料；③腐熟，稳定肥质，待完全腐熟即可施用；④贮存或处置，将肥料贮存。

目前四十一页\总数六十一页\编于二点垃圾堆肥一般过程和设施示意图目前四十二页\总数六十一页\编于二点露天垃圾堆肥后的产品目前四十三页\总数六十一页\编于二点

垃圾堆肥过程中的微生物分解

垃圾保持潮湿通气的条件，微生物就会自然生长。

堆肥第一阶段：一些中温的细菌、放线菌和酵母菌分解有机废物中的脂肪、蛋白质和碳水化合物；当温度达到40~50℃

时，大多数启动堆肥过程的微生物多被杀死，代之以另外一些嗜热的细菌，它们生长繁殖，继续分解有机物质，并使堆肥的温度继续上升直到70℃。目前四十四页\总数六十一页\编于二点堆肥第二阶段：在达到70℃以后，除少量的孢子可以生存以外，垃圾中大多数病原体均被杀死，当嗜热细菌耗尽了所有可分解食用的有机物后，便停止生长，堆肥过程停止，温度逐渐冷却。堆肥第三阶段：一些真菌和放线菌还会以死亡的细菌为食料，继续生长一段时间，赋予堆肥最终的性质和组成，最后形成难消化、无气味的腐殖质残留物（即堆肥），最后将堆肥中加入N、P、K添加剂后便成为农业生产中的复合肥。

目前四十五页\总数六十一页\编于二点

（六）热分解

热分解是利用城市垃圾回收能源的一个有效途径。热分解是有机物在无氧或缺氧条件下高温加热分解技术，与一般燃烧发热不同，热分解反应基本是吸热反应，在热分解过程中，有机物被分解的主要产物是二氧化碳和水，其他还有低分子的有机物等。

目前四十六页\总数六十一页\编于二点

（七）固体废物管理的发展趋势

固体废物的管理包括对固体废物的产生、收集、运输、储存和最终处置的全过程的管理。固体废物的污染控制与管理是当今世界面临的一个主要环境问题，引起各国政府和环境学家的广泛重视。美国的《资源保护和回收法》（1984）和《全面环境责任承担赔偿和义务法》（1986）是目前世界上较为全面的关于固体废物管理的法规。

目前四十七页\总数六十一页\编于二点

国内外固体废物管理的发展过程，大致经历了以下3个阶段：（1）未加控制的土地处理阶段（2）土地填埋与简单资源回收并存阶段（3）固体废物综合管理阶段

（减量化→资源化→无害化）

综合管理模式是固体废物处理的必然方向。

目前四十八页\总数六十一页\编于二点

固废综合管理模式

减量化1、提高企业内部废物循环利用率2、推广先进生产工艺3、强化企业内部管理手段

物资回收1、加强废物的分离回收2、建立资源化工厂3、城镇垃圾堆肥

能源回收1、焚烧处理2、热分解3、厌氧分解

无害化处理1、土地安全填埋2、焚烧3、废物固化4、废物封装目前四十九页\总数六十一页\编于二点

第二节清洁生产

地球所面临的环境污染问题主要是由于人口膨胀和经济发展引起的。其中，工业发展巨大的负面影响尤其值得注意。为了保护环境、保护人类，必须走可持续发展的道路，改变工业发展的模式更是其中重要的任务。可持续发展战略指导下的全新的工业生产模式——清洁生产便是人类找到的方法之一。目前五十页\总数六十一页\编于二点

（一）工业发展的三种模式

工业与自然的关系而言，工业发展历程三个发展阶段（层次）。

第一阶段：工业生产的传统模式

主要特征是不顾环境的生产。起自工业化初期到20世纪中叶。除了剧毒和能引起急性中毒的废物外，绝大部分工业废物均不加处理地直接排人环境，由环境充当“无偿清洁夫”的角色。在最大化地单纯追求经济利益为人们从事工业生产的唯一驱动力的形势下，工业废物被废弃于环境中，生产单位不愿意支付资金进行环境保护，这种运作方式造就了工业内部的高度经济性和工业外部的高度不经济性。

目前五十一页\总数六十一页\编于二点

第二阶段：环境工程或末端治理模式

随着大量人工合成的废物进入环境，造成严重的工业污染。特别是“八大公害事件”在西方的出现。针对这一情况，西方发达国家首先开始利用工程方法对污染物进行治理。同时，也开始对有害污染物制订一系列排放法规，规定了工业企业废弃物的最高允许排放标准，并提出了“污染者付费的原则”(即著名的“PPP”原则,pollutionpayprinciple)。企业必须承担净化污染物的责任。要为污水建造污水处理站，为废气安装除尘、脱硫装置，为固体废料配置焚化炉或填埋场以满足达标排放的要求，或投资集中建立大型污水处理厂，以提高污水处理效率等。

目前五十二页\总数六十一页\编于二点

第三阶段全过程控制的工业生产

考虑到对产品整个生命周期采取污染预防战略的清洁生产。清洁生产的最高目标是实现工业的生态化。首先从改革工艺、消除废料做起，提高能效、降低物耗(非物质化)，使生产过程和产品与环境相容，将自然资源利用的开环过程变为闭环过程，直至调整工业系统内部的结构关系，谋求生产过程与自然的最佳协调状态。这是合理利用自然资源、有效保护生态环境的根本途径，遵循这一模式可使工业生产逐渐走上可持续发展的轨道。目前五十三页\总数六十一页\编于二点

（二）清洁生产的提法

在清洁生产概念提出之前，在不同的地区和国家有许多相近的提法。例如，欧美国家有时称之为“无废生产”；日本多称“无公害工艺”；美国则称之为“废料最少化”、“减废技术”。此外，还有“绿色工艺”、“生态工艺”、“环境无害工艺”、“与环境相容(友善)工艺”、“与环境一体化工艺”、“再循环工艺”等提法。这些不同的提法实际上描述了清洁生产概念的不同方面。目前五十四页\总数六十一页\编于二点清洁生产的相近提法少废无废工艺再循环工艺无公害工艺无废生产绿色工艺废料最小化生态工艺减废技术环境工艺污染预防环境无害工艺预测与预防战略与环境相容（友善）工艺避免战略过程与环境一体化工艺源头削减目前五十五页\总数六十一页\编于二点

（三）清洁生产的定义

为提高生态效率，降低人类与环境风险，对生产过程，产品和服务活动持续实施的整体预防性的环境战略：——生产过程：节约原料和能源，淘汰有毒原材料，削减废物的数量与毒性；——产品：减少从原材料开采直到产品最终处置整个生命周期的不利影响；——服务：将环境因素纳入服务设计与所提供的服务过程中。《联合国环境规划署》目前五十六页\总数六十一页\编于二点

（四）清洁生产的三个主要方面

1）清洁的能源：包括常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术等。

2）清洁的生产过程：包括尽量少用、不用有毒有害