固體廢棄物的危害及固化處理技術(shù)1

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1、固體廢棄物的危害 一、固體廢棄物（城市垃圾）的特點(diǎn) 1．固體廢棄物（垃圾）的概念： 固體廢棄物（通常稱為垃圾）一般是指被丟棄的固體和泥狀物質(zhì);從廢水、廢氣中分離出的固體顆粒等,也簡稱廢物。這里的廢物是指物質(zhì)在某一利用過程中,或在物質(zhì)的某一方面沒有使用價(jià)值,而并非指某一物質(zhì)的一切使用過程中,或一切使用方面都沒有使用價(jià)值。這樣,在某一使用過程的廢物,往往又是另一使用過程的原料,所以廢物又有“放在錯(cuò)誤地點(diǎn)的原料”之稱。 固體廢棄物是指在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的污染環(huán)境的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)。固體廢物主要來源于分類的生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)。人們?cè)陂_采資源和制造產(chǎn)品的過程中,必然要產(chǎn)生

2、廢物;任何產(chǎn)品經(jīng)過使用和消費(fèi)后,也都會(huì)變成廢物。廢物的重要特點(diǎn)之一就是來源極為廣泛,種類極為復(fù)雜。 2．城市垃圾的特點(diǎn) ⑴數(shù)量大 城市垃圾的數(shù)量隨生活水平的提高而增加，每人每日產(chǎn)生垃圾的數(shù)量，發(fā)達(dá)國家為0．7～1．8千克，中等收入國家為0．5～0．9千克，低收入國家為0．5～0．6千克。2003年北京日產(chǎn)垃圾人均0．82千克，全市日產(chǎn)1．15萬噸，年產(chǎn)421萬噸。 ⑵品種多 城市垃圾是多種廢棄物的混合物，主要由廢紙、廚房垃圾(煤灰、食物殘?jiān)?、廢塑料、廢電池、樹葉、臟土、碎磚瓦、混凝土碎塊、渣土等組成。 ⑶變化大 隨著生活水平的提高與新產(chǎn)品的推廣，廢舊家具、包裝材料、

3、家用電器、廢舊汽車以及電腦等也加入了城市垃圾的行列。制造1臺(tái)個(gè)人電腦需要700多種化學(xué)原料，其中一半以上對(duì)人體有害。例如，每臺(tái)電腦顯示器的顯像管內(nèi)含有120—240克鉛，電池和開關(guān)含有汞、鉻等重金屬，對(duì)人體有害。 本特點(diǎn)從另一個(gè)側(cè)面反映出城市垃圾的產(chǎn)生與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。現(xiàn)代工業(yè)科技，尤其是化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致垃圾成分發(fā)生了重大變化，極大地增加了垃圾處理的難度，提高了垃圾的危害性。 地理環(huán)境對(duì)固體廢棄物具有自凈能力，但隨著人類排放廢棄物的數(shù)量、種類日益增多，超過了環(huán)境容量(自凈能力)，固體廢棄物污染由此產(chǎn)生。 二、當(dāng)代垃圾產(chǎn)生的環(huán)境問題 1．固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染途徑 人們

4、通過呼吸、飲用水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)，接觸到這些有害物質(zhì)，從而誘發(fā)了多種疾病的產(chǎn)生。 在一定條件下，垃圾中的廢棄物會(huì)發(fā)生化學(xué)的、物理的或生物的轉(zhuǎn)化，并通過水、氣、土壤、食物鏈等途徑污染環(huán)境，危害人體健康。 該圖直觀地表述了固體廢棄物的多種污染途徑，由此可見固體廢棄物污染有別于其他類型的污染。在長期的自然因素的作用下，固體廢棄物中的有害物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)入大氣、水體、土壤，成為其他類型污染的源頭污染物。固體廢棄物的污染以遷移轉(zhuǎn)化為主，其過程是長期、緩慢的，往往歷經(jīng)數(shù)年或數(shù)十年才能發(fā)現(xiàn)。由于污染途徑廣，可能會(huì)比單純的點(diǎn)狀的水污染、大氣污染危害更大。 2．固體廢棄物給人類帶來了哪

5、些危害　　 固體廢物對(duì)環(huán)境的污染是多方面的, 由于固體廢棄物處理不當(dāng)，概括起來,從其對(duì)各環(huán)境要素的影響看,可以分為對(duì)水、空氣、土壤等以下幾個(gè)方面： （1）．對(duì)水環(huán)境的影響 直接把垃圾固體廢物傾倒于河流、湖泊和海洋，會(huì)使水體受到污染，, 嚴(yán)重影響和危害水生生物的生存和水資源的利用，,還會(huì)縮減江河湖泊的有效面積，使排洪和灌溉能力降低。投棄海洋的廢物會(huì)在一定海域造成生物的死區(qū)。垃圾的露天堆放和簡單填埋，經(jīng)雨水的浸漬和廢棄物本身的分解，會(huì)產(chǎn)生含有害物質(zhì)的滲濾液，亦會(huì)污染河流、湖泊等地表水及地下水造成污染。 （2）．對(duì)大氣環(huán)境的影響 固體廢物中的尾礦、粉煤炭、干污泥和垃圾中的塵粉、細(xì)微

6、顆粒，在大風(fēng)吹動(dòng)下會(huì)隨風(fēng)飄逸，造成大氣環(huán)境的污染。一些有機(jī)固體廢棄物，在適宜的濕度和溫度條件下被微生物分解，還能釋放出有害氣體，產(chǎn)生毒氣或惡臭，造成地區(qū)性大氣污染。此外，垃圾在填埋處理中，會(huì)逸出沼氣。許多固體廢物本身或采用焚燒法處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粉塵、Cl2、HCl、二惡英等毒氣和臭氣物質(zhì)，造成大氣二次污染，影響危害人體健康。 （3）．對(duì)土壤環(huán)境的影響 ⑴固體廢物經(jīng)過風(fēng)化、雨雪淋溶和地表徑流的侵蝕，其滲出液和濾瀝所含的有害物質(zhì)等一些有毒液體就會(huì)滲入土壤，殺害及影響土壤中微生物的活動(dòng)，破壞土壤的腐解能力，改變土壤性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致草木不生。這些有害成分的存在，還會(huì)在動(dòng)植物體內(nèi)積蓄，通過

7、食物鏈危及人體健康。 ⑵固體垃圾的露天堆放和填埋處理，需占用大量寶貴的土地，使可耕地短缺的問題加劇。有些垃圾堆存在城市的死角，嚴(yán)重影響環(huán)境衛(wèi)生，成為多種疾病的傳播源。有些生活垃圾中混入了危險(xiǎn)廢物，例如廢電池、廢日光燈管、醫(yī)院廢棄物甚至放射性廢物，其中所含的有毒有害物質(zhì)得不到專門處理，也給人類健康帶來極大危害。 　　　　許多種固體廢物所含的有毒物質(zhì)和病原體,除通過生物傳播外,還以水氣為媒介傳播和擴(kuò)散,危害人體健康。 3．令人不安的垃圾越境轉(zhuǎn)移 垃圾越境轉(zhuǎn)移引發(fā)的社會(huì)道德、政治問題。由此我們必須直視一種新的潛在威脅：生產(chǎn)的廢棄物數(shù)量，尤其是有毒危險(xiǎn)廢棄物的數(shù)量、種類在日益增多，而人類

8、對(duì)它們的處理技術(shù)水平和能力卻非常有限。因此，在一些國家，累積的廢棄物已經(jīng)失去了控制，他們想方設(shè)法把大量的垃圾運(yùn)出邊界，使另一些國家的人民利益受到損害和威脅。 固體廢物的固化處理 利用物理或化學(xué)方法將有害固體廢物固定或包容在惰性固體基質(zhì)內(nèi)，使之呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性或密封性。固化所用的惰性材料稱為固化劑。有害廢物經(jīng)過固化處理所形成的固化產(chǎn)物稱為固化體。 固化方法：水泥固化、石灰固化、熱塑性材料固化、有機(jī)聚合物固化、自膠結(jié)固化、玻璃固化 對(duì)固化處理的基本要求 （1）有害廢物經(jīng)過固化處理后所形成的固化體應(yīng)具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性、抗干濕性、抗凍融性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度等，最好

9、能作為資源加以利用。 （2）固化過程中材料和能量消耗要低，增容比要低。 （3）固化工藝過程簡單，便于操作。 水泥固化技術(shù) (Cement solidification) 水泥固化：是以水泥為固化劑將有害廢物進(jìn)行固化的一種處理方法,從而達(dá)到減小表面積、降低滲透性，使之能在較為安全的條件下運(yùn)輸與處置的目的。 水泥固化原理：水泥是一種無機(jī)膠結(jié)劑，經(jīng)水化反應(yīng)后可形成堅(jiān)硬的水泥塊，能將砂、石等骨料牢固地凝結(jié)在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性。 常用作固化劑的水泥：硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 。 石灰固化處理（ Lime solidification ） 以石灰和具有火山

10、灰活性的物質(zhì)（如粉煤灰、垃圾焚燒灰渣、水泥窯灰等）為固化基材，活性硅酸鹽類為添加劑對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行穩(wěn)定化與固化處理的方法。 適用于穩(wěn)定石油冶煉污泥、重金屬污泥、氧化物、廢酸等無機(jī)污染物，并已用于煙道氣脫硫的廢物的固化。 技術(shù) 適用對(duì)象 主要優(yōu)點(diǎn) 主要缺點(diǎn) 水泥固化 重金屬 氧化物 廢酸 1.水泥攪拌，技術(shù)已相當(dāng)成熟2.對(duì)廢物中化學(xué)性質(zhì)變動(dòng)承受力強(qiáng)3.可由水泥與固體廢物的比例來調(diào)節(jié)固化體的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)與防水性4.無需特殊設(shè)備，處理成本低5.廢物可直接處理無需前處理。 1.廢物如含特殊鹽類會(huì)造成固化體破裂2.有機(jī)物的分解造成裂隙，增加滲透性，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度3.大量的適用水泥會(huì)增大固化

11、體的體積和質(zhì)量 石灰固化 重金屬 氧化物 廢酸 1.所用物料來源方便，價(jià)格便宜2.操作不需特殊設(shè)備與技術(shù)3.產(chǎn)品通常便于運(yùn)輸，滲透性有所降低 1.固化體的強(qiáng)度較低，需較長的養(yǎng)護(hù)時(shí)間2.有較大的體積膨脹，增加清運(yùn)和處置的困難 熱塑性材料固化（瀝青） 重金屬、 氧化物、 廢酸 1. 有時(shí)需要對(duì)廢物進(jìn)行預(yù)先脫水和濃縮 2. 固化體空隙率和污染物浸出率均大大降低3.固化體的增容較小 1. 需高溫操作，安全性較差 2. 一次性投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用都比水泥的高 熱固性材料固化 部分非極性有機(jī)物。氧化物，廢酸 1．固廢物的滲透性較其他固化法低2.對(duì)水溶液有良好的阻隔性3.接觸

12、液損失率遠(yuǎn)低于水泥固化與石灰固化法 1.需特俗設(shè)備和專業(yè)操作人員 2.廢物如含氧化劑或揮發(fā)性物質(zhì)，在加熱時(shí)有會(huì)著火或逸散，在處理前先對(duì)廢物進(jìn)行干燥和破碎 玻璃固化 不揮發(fā)高危型廢物，核廢物 1.固化體可長期穩(wěn)定2。可利用廢玻璃屑做固化材料3.對(duì)核能廢料已有相當(dāng)成熟的技術(shù) 1.不適用與可燃和揮發(fā)性物質(zhì) 2.高溫?zé)崛坌柘拇罅磕茉? 3.需要特殊設(shè)備和人員 自膠結(jié)固化 硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物 1.燒結(jié)體的性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)2.燒結(jié)體不具生物反應(yīng)性及著火性 1，應(yīng)用面狹窄 2.需要特設(shè)備和專業(yè)人員 該法簡單，物料來源方便，操作不需特殊設(shè)備及技術(shù)，比水泥固化法便宜，但石灰固化

13、處理得到固化體的強(qiáng)度較低，所需養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，并且體積膨脹較大，增加清運(yùn)和處置的困難，因而較少單獨(dú)使用。 熱塑性材料固化處理 熱塑性材料固化（瀝青、石蠟、聚乙烯、聚丙烯等）：是用熔融的熱塑性物質(zhì)在高溫下與干燥脫水危險(xiǎn)廢物混合，以達(dá)到對(duì)廢物穩(wěn)定化的目的的過程。 以瀝青類材料作為固化劑，與危險(xiǎn)廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下發(fā)生皂化反應(yīng)，使有害物質(zhì)包容在瀝青中并形成穩(wěn)定固化體的過程。 瀝青－憎水性物質(zhì)、良好的黏結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性、較高的耐腐蝕性。石油蒸餾的殘?jiān)?，其化學(xué)成分包括瀝青質(zhì)、油分、游離碳、膠質(zhì)、瀝青酸和石蠟等。 熱固性材料固化處理（Plastic solidificatio

14、n） 熱固性塑料固化（脲醛樹脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂） 用熱固性有機(jī)單體和經(jīng)過粉碎處理的廢物充分混合，在助凝劑和催化劑的作用下產(chǎn)生聚合以形成海綿狀的聚合物質(zhì)，從而在每個(gè)廢物顆粒的周圍形成一層不透水的保護(hù)膜。部分液體廢物遺留，需干化。 特別適用于對(duì)有害廢物和放射性固體廢物的固化處理 玻璃固化處理（ Glass solidification ） 概念 玻璃原料為固化劑，將其與危險(xiǎn)廢物以一定的配料比混合后，在1000～1500℃的高溫下熔融，經(jīng)退火后形成穩(wěn)定的玻璃固化體。主要適用于處理含高比放射性廢物，不適宜于大型工業(yè)有害固體廢物的固化處理 自膠結(jié)固化（Self-ce

15、mentation solidification ） l 利用廢物自身的膠結(jié)特性來達(dá)到固化目的的方法。 l 該技術(shù)主要用來處理含有大量硫酸鈣和亞硫酸鈣的廢物，如磷石膏、煙道氣脫硫廢渣等。 l CaSO4﹒2H2O或CaSO3﹒2H2O經(jīng)煅燒成具自膠結(jié)作用半水，遇水后迅速凝固和硬化。 l 該方法不需要加入大量添加劑，廢物也不需要完全脫水，工藝簡單；固化體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有抗?jié)B透性高、抗微生物降解和污染物浸出速率低的特點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高；但只限于含有大量硫酸鈣的廢物，應(yīng)用面較為狹窄。此外還要求熟練的操作和比較復(fù)雜的設(shè)備，煅燒泥渣也需要消耗一定的熱量 固體廢物的熱轉(zhuǎn)化技術(shù); 在高

16、溫條件下使固體廢物中可回收利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源的過程，特別適合有機(jī)固體廢物的資源化。 熱轉(zhuǎn)化： 熱解，焚燒 熱解： 1.熱解原理與熱解產(chǎn)物 有機(jī)固體廢物+熱量無O2或缺O(jiān)2 可燃?xì)?液態(tài)油+固體燃料+爐渣 有機(jī)物+O2=CO2+H2O+其他簡單無機(jī)物+熱量 可燃?xì)猓褐饕–1~5的烴類、氫和CO氣體。 液態(tài)油：主要包括：C25的烴類、乙酸、丙酮、甲醇等液態(tài)燃料。 固體燃料：含純碳和聚合高分子的含碳物 工藝：按供熱方式：直接（內(nèi)部）供熱【供給適量空氣使有機(jī)物部分燃燒，提供熱解所需熱量】，間接（外部）供熱【從外界供給熱解所需熱量】；按熱解溫度：高溫?zé)峤?；中溫?zé)峤?；低溫?zé)峤?

17、 熱解反應(yīng)器:固定床，流化床，旋轉(zhuǎn)爐，分段爐 固體廢物的熱分解：指晶體狀的固體廢物在較高溫度下脫除其中吸附水及結(jié)合水或同時(shí)脫除其他易揮發(fā)物質(zhì)的過程，它是無機(jī)固體廢物資源化的重要技術(shù)。 這些高溫變化、高溫液相的生成，對(duì)固體廢物生產(chǎn)陶瓷、耐火材料、玻璃、鑄石等高溫材料具有重要作用 固體廢物的焚燒 焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，即以一定的過?？諝饬颗c被處理的有機(jī)物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化焚燒反應(yīng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢物無害化、減量化、資源化的處理技術(shù)。 固體廢物焚燒原理：有機(jī)物或可燃無機(jī)物+O2=CO2+H2O+其他簡單無機(jī)物+熱量 某種廢物的熱量=某種廢物的熱值*該種廢物的重量 固體廢物的熱

18、值 熱值：單位質(zhì)量的固體廢物完全燃燒所釋放出來的熱量，kJ/kg 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，城市垃圾的熱值大于3350kJ/kg時(shí)，燃燒過程無需加輔助燃料，易于實(shí)現(xiàn)自燃燒。 固體廢物焚燒設(shè)施主要采用焚燒爐，焚燒爐的結(jié)構(gòu)型式與廢物的種類、性質(zhì)和燃燒形態(tài)等因素有關(guān)。不同的焚燒方式有相應(yīng)的焚燒爐與之相配合。目前世界上焚燒爐的型號(hào)已達(dá)200多種，其中較廣泛應(yīng)用爐型主要有： （1）流化床焚燒爐 （2）多膛式焚燒爐 （3）轉(zhuǎn)窯式焚燒爐 （4）敞開式焚燒爐 焚燒過程（特別是危險(xiǎn)廢物的焚燒）會(huì)產(chǎn)生大量的排放物，主要是酸性氣體和未完全燃燒的有機(jī)組分及爐渣。如將其直接排入環(huán)境，必然會(huì)導(dǎo)致二次污染，因

19、此需對(duì)其進(jìn)行處理，將污染物的含量降至安全標(biāo)準(zhǔn)以下才能排放。 1、除臭 2、除酸 3、除塵 三、固體廢物的熱處理設(shè)備 回轉(zhuǎn)窯、豎窯、隧道窯和倒焰窯四種 固體廢物分解 固體廢物的回收再利用 原則：減量化；減量化是指減少固體廢物的產(chǎn)生量和排放量，從源頭上直接減少或減輕固體廢物的數(shù)量和減少其體積，還包括盡可能地減少其種類、降低危險(xiǎn)廢物的有害成分的濃度、減輕或清除其危險(xiǎn)特性等。減量化是防治固體廢物污染環(huán)境的優(yōu)先措施 資源化; 資源化是采取管理和工藝措施從固廢中回收物質(zhì)和能源，加速物質(zhì)和能源循環(huán)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的技術(shù)方法。 資源化的原則是：技術(shù)是可行的；經(jīng)濟(jì)效益比較好；廢物應(yīng)盡可能在排放源就近利用，以節(jié)省廢物在存放、運(yùn)輸?shù)冗^程的投資；產(chǎn)品符合國家相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，具有市場(chǎng)競(jìng)爭力。 資源化的途徑：物質(zhì)回收；物質(zhì)轉(zhuǎn)換；能量轉(zhuǎn)換 無害化：無害化是指對(duì)已產(chǎn)生又無法或暫時(shí)不能綜合利用的固體廢物，經(jīng)過物理、化學(xué)或生物方法，進(jìn)行對(duì)環(huán)境無害或低危害的安全處理、處置，達(dá)到廢物的消毒、解毒或穩(wěn)定化，以防治并減少固體廢物的污染危害。 目前，固體廢物無害化處理已經(jīng)發(fā)展成為一門嶄新的工程技術(shù)，如垃圾的焚燒、衛(wèi)生填埋、堆肥、糞便的厭氧發(fā)酵、有害廢物的熱處理等。