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固体废弃物处理与处置
固体废弃物处理与处置
班级:
应用化学
学号:
11055222
姓名:
薛凯
固体废弃物处理与处置
摘要:
通过研究目前各城市固体废弃物处理及利用的现状,分析不同种类废弃物处理及利用的方法,探寻高效的变废为宝的途径。
关键词:
固体废弃物处理方法比较资源化
随着科技的进步,城市化进程不断扩大,工矿企业的日益增多,人们生活水平的不断提高,固体废弃物的数量逐年递增。
据有关资料显示,1997年城市垃圾年产生量约为1.4亿t,年增长率为6%-7%,历年堆存量高达50多亿t,而无害化处理率不到10%。
大量垃圾运到城效裸露堆放,全国近2/3的城市陷入城市垃圾的包围之中。
同时,工业有害固体废物的处理,也是一个亟待解决的问题。
我国工业固体废物每年产生量约8.0亿t,排入量约7.0亿t,历年累积堆放达65.0亿t左右,其中危险废物约占5%。
目前工业固体废物约占5%。
而工业固体废物的综合利用率只有45%,其余大都堆存在城市工业区和河滩荒地上,风吹雨淋成为严重的污染源,并使污染事件不断发生,造成严重后果。
可见,固体废弃物的处理问题日趋严重,如何处理固体废弃物已经成为目前当务之急。
下面就探讨几种固体废弃物处理方式。
1.固体生活废弃物
在废弃物中,居民生活垃圾占很大比例,据有关报道,中国城镇居民每年人均产生垃圾约450kg,全国城市垃圾的年产生量为1.8~2亿t,并以平均年增长率8.8%的速度增加。
以北京固体生活废弃物为例来说明,北京是一座拥有上千万人口的特大城市,随着城市化的发展,人口的增多,以及城市居民生活水平的不断提高,固体废弃物的产量也急剧上升,据资料显示从1985至1990年,北京市固体废弃物清运量从4477万吨增至67668.万吨,年均递增8.5%。
北京生活固体废弃物的处理主要采取四种方法:
填埋法,堆肥法,焚烧法,高温分解法。
1.1填埋法是选择合理的堆放场地,经过防水渗漏、复土等措施而进行垃圾处理的一种方式,这种方法是北京的传统方法也是世界上较为广泛的方法。
其优点是投资少、处理费用低、处理量大、操作简便[1]。
其缺点是占地面积大,而且随着人类生活垃圾的不断增多,其占地面积也会随之而不断增多,地处偏僻,运距较远,选址困难,固废中的有害物质渗漏可能会对地下水造成污染,会造成二次污染。
填埋是我国目前大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法,2003年底全国共有457座生活垃圾填埋场,近85%的城市生活垃圾采用填埋处理。
根据工程措施是否齐全、环保标准能否满足来判断,可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三个等级。
1.1.1简易填埋场(Ⅳ级填埋场)
这是我国传统沿用的填埋方式,其特征是:
基本上没有什么工程措施,或仅有部分工程措施,也谈不上执行什么环保标准。
目前我国约有50%的城市生活垃圾填埋场属于Ⅳ级填埋场。
Ⅳ级填埋场为衰减型填埋场,它不可避免地会对周围的环境造成严重污染。
1.1.2受控填埋场(Ⅲ级填埋场)
Ⅲ级填埋场目前在我国约占30%,其特征是:
虽有部分工程措施,但不齐全;或者是虽有比较齐全的工程措施,但不能满足环保标准或技术规范。
目前的主要问题集中在场底防渗、渗沥液处理、日常覆盖等不达标。
Ⅲ级填埋场为半封闭型填埋场,也会对周围的环境造成一定的影响。
对现有的Ⅲ、Ⅳ级填埋场,各地应尽快列入隔离、封场、搬迁或改造计划。
1.1.3卫生填埋场(Ⅰ、Ⅱ级填埋场)
这是近年来我国不少城市开始采用的生活垃圾填埋技术,其特征是:
既有比较完善的环保措施,又能满足或大部分满足环保标准,Ⅰ、Ⅱ级填埋场为封闭型或生态型填埋场。
其中Ⅱ级填埋场(基本无害化)目前在我国约占15%,Ⅰ级填埋场(无害化)目前在我国约占5%,深圳下坪、广州兴丰、上海老港四期生活垃圾卫生填埋场是其代表。
1.2垃圾焚烧
利用高温将垃圾中的有机物彻底氧化分解,在燃烧过程中将碳及氢元素转化为二氧化碳及水,高温下杀死病毒和细菌,有效地减量和减重的一种方式,燃烧后的残渣量只有原垃圾量的5%~20%,适合于可燃物含量较高的生活垃圾。
焚烧法是世界各个发达国家普遍采用的垃圾处理技术[2]。
目前等离子焚烧法和两段式气化焚烧法在国内也渐渐地普及。
垃圾焚烧法占地少、污染小,热能可以利用,但投资和运营成本高,焚烧产生的气体(如二噁英)和灰烬可能会造成二次污染。
目前在我国城市垃圾处理中焚化法占比仅为5%。
堆肥法就是将固体废弃放在特定的条件下,经过自然或菌种作用,发酵升温降解有机物,实现无害化,经筛分处理后产生有机肥或深加工为有机复合肥的处理方法。
我国生活垃圾焚烧技术的研究和应用起步于八十年代中期,2003年底全国共有各类生活垃圾焚烧厂47座,随着我国东南部沿海地区和部分大中城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提高,不少城市已将建设生活垃圾焚烧厂提到了办事日程,正在积极组织实施,目前处于快速发展阶段。
可分为简易焚烧炉、国产化焚烧设施和综合型焚烧设施三类。
1.2.1简易焚烧炉
简易焚烧炉工程规模较小,主要是利用原有的煤窑或砖窑等改造而成,工艺简单、价格低廉,往往缺乏基本的供风和烟气处理系统,工作条件差,生活垃圾无法得以充分燃烧、污染物也不能达标排放。
简易焚烧炉目前在我国还有一定的市场,主要在一些中小城镇应用,由于不能满足环保标准和燃烧条件,各地应该逐步予以取纳。
1.2.2国产化焚烧设施
国产化焚烧设施按炉型可分为国产化炉排炉和国产化流化床两大类,从市场占有率看,目前两种炉型在我国基本上是平分秋色。
采用国产化炉排炉的垃圾焚烧厂目前共有16座,其代表项目有:
温州东庄垃圾发电厂、温州永强垃圾发电厂、深圳龙岗平湖垃圾发电厂、重庆同兴垃圾发电厂等。
采用国产化流化床的垃圾焚烧厂目前共有14座,其代表项目有:
杭州锦江垃圾发电厂,无锡益多垃圾发电厂、河南许昌垃圾发电厂、浙江嘉兴垃圾发电厂等。
1.2.3综合型焚烧设施
综合型焚烧技术设备,是指把引进技术设备与国产技术设备有机结合起来的垃圾焚烧系统。
这类技术的特征是:
关键技术和设备从国外引进,工程规模较大,生产及配套设施比较完整,建设及运行成本较高。
目前,深圳环卫综合处理厂、上海江桥垃圾焚烧厂、上海浦东御桥垃圾焚烧厂、宁波枫林垃圾发电厂、天津双港垃圾焚烧发电厂等10座综合型生活垃圾焚烧厂已建成运行。
另外,广州李坑垃圾焚烧发电厂、北京高安屯垃圾焚烧厂、苏州苏能垃圾发电厂、福州红庙岭垃圾发电厂、厦门后坑垃圾焚烧厂、大连垃圾焚烧发电厂、中山蒂峰山垃圾焚烧发电厂、上海闵行垃圾焚烧厂等18座综合型生活垃圾焚烧厂正在建设中。
1.3堆肥法
堆肥法分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法。
目前堆肥处理的主要对象是城市生活垃圾和污水处理厂污泥、人畜粪便、农业废弃物、食品加工业废弃物等。
但有机物的分解难完全,无量化难彻底,堆肥时间长,占地面积大,且有机肥的肥力较差。
在国内垃圾处理总量中,堆肥占到10%~20%,这几年来其比例有明显下降。
城市生活垃圾堆肥处理在我国具有悠久历史,但由于各种原因目前的堆肥处理率并不高,2003年底全国共有城市生活垃圾堆肥厂70座,堆肥处理率近10%。
可分为简易堆肥、好氧高温堆肥和厌氧消化三类。
1.3.1简易堆肥
简易堆肥的特征是:
工程规模较小、机械化程度低、主要采用静态发酵工艺、环保措施不齐全、投资及运行费用均较低。
简易高温堆肥技术一般在中小型中城市应用较多。
1.3.2好氧高温堆肥
好氧高温堆肥的特征是:
工程规模相对较大、机械化程度较高、一般采用动态或半动态好氧发酵工艺、有较齐全的环保措施、投资及运行费用均高于简易堆肥技术。
20世纪八十年代初期到九十年代中期,曾在我国的北京、上海、天津、武汉、杭州、无锡、常州等城市建有数十个好氧高温堆肥厂。
但由于堆肥质量不好、产品销路不畅等原因,绝大多数现已关闭。
进入21世纪后,随着堆肥技术的发展,好氧高温堆肥方法又在我国的部分城市重新得到应用。
1.3.3厌氧消化
厌氧消化的特征是:
工程规模普遍较大,机械化程度相当高,一般采用湿式或干式厌氧发酵工艺,发酵周期可缩短至15~20天,沼气收集后可用于发电等,生活垃圾资源化利用率较高,投资及运行费用高于好氧高温堆肥,占地面积小于好氧高温堆肥。
厌氧消化技术在欧洲有较多应用实例,目前我国部分城市正在筹建生活垃圾厌氧消化处理项目。
1.4高温分解
高温分解是在无氧或缺氧条件下,使可燃性固体废物在高温下分解,最终成为可燃气体、油、固形碳的化学分解过程[3]。
热解方法适用于城市固体废弃物、污泥、工业废物如塑料、橡胶等。
热解产生的可燃气、油等可以回收利用,其能源回收性好,环境污染小,减少焚毁造成的二次污染和需要填埋处置的废物量。
这四种处理方法各有利弊,是现在城市居民固体生活废弃物的普遍处理方式。
目前出现的微生物处理法,其发展前景广。
微生物处理法就是利用微生物的自身的新陈代谢对固体废弃物进行分解作用使其无害化。
养殖蚯蚓是微生物处理垃圾的一种方法。
一条蚯蚓每天吞食的垃圾量相当于其体重的2~3倍,经蚯蚓吞食处理后的排泄物是优质无味、无害、高效的多功能生物肥料,可用于花卉栽培及果蔬生产。
此外经过蟑螂分解后的有机物垃圾不仅仅没有腐败发臭的污染物生成,而且还是优质的有机肥料[4]。
微生物发酵技术,利用微生物的持续快速繁殖,生产高蛋白食品及饲料。
微生物处理方法投资少,简便易行,处理彻底,不形成二次污染,事实上重建一个物质的再循环过程,既可消除环境污染,又可变废为宝。
城市生活垃圾“冷处理”的设计思想及技术是根据各种垃圾处理的有利和不利方面,根据现在国内外已有的各种技术的优缺点,根据垃圾的成分及其特点,综合设计了一套全新的垃圾处理技术方案,使其在处理垃圾的过程中,既可全量处理垃圾,又可资源再生;既有垃圾处理中的生产效益,又可体现出确实的社会效益和环境效益。
2.固体工业废弃物
城市废弃物中,工业所产生的废弃物可谓是一把锋利的双刃剑,利用的好可带来巨大的经济利益,处理不当则对人体健康甚至整个生态系统造成危害。
固体废弃物包括:
危险废物、冶炼废渣、粉煤灰、炉渣、煤矸石、炉渣、尾矿、放射性废物、其它废物。
典型能源工业城市平顶山为例来说明粉煤灰和煤矸石的资源化利用。
煤炭是平顶山市的支柱产业,也是优势产业,是平顶山市经济社会发展的基础。
随着全社会快速发展,对能源需求的不断加大,在强力开采煤炭资源、大力兴建火电项目的同时,也伴生着工业固体废弃物排放量的逐年增加。
平煤集团在50年的开发和建设中,形成了大小矸石山34座,年排放煤矸石300多万吨,累计煤矸石堆存总量达5774万吨,占地2250亩。
平顶山目前拥有火力发电厂15座,总装机容量196.5万千瓦,年排放粉煤灰200多万吨,历年来累计堆存6000多万吨[5]。
如此数量巨大的粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物,一方面给平顶山造成了大量土地资源的占用,环境的污染,但另一方面作为可二次利用的资源,又为平顶山在寻求新的经济增长点、延长生产链条、煤炭企业转型等方面创造了得天独厚的有利条件[5]。
经过多年探索与实践,平顶山市工业固体废弃物综合利用途径已从单纯的筑路、回填、砖瓦掺灰转向水泥、冶金、化工、农业和高新技术领域拓展。
目前平顶山市掺量大、技术成熟、经济效益显著的煤矸石、粉煤灰综合利用项目主要有:
石灰、粉煤灰二灰稳定路面基层技术;粉煤灰在路面混凝土中的应用技术;利用粉煤灰、漂珠生产轻质耐火材料;粉煤灰在水泥中的利用技术;利用煤矸石、粉煤灰生产烧结砖和轻质砌块项目;粉煤灰硅铝铁合金冶炼技术;粉煤灰生产轻质炉盖技术;粉煤灰磁化肥技术等。
这些技术和项目从根本上节约了资源,降低了物耗,减少了污染,使平顶山市工业固体废弃物综合利用形成了一定的生产规模,同时也给企业带来了明显的经济效益。
实现了工业固体废弃物的资源化。
2.1粉煤灰综合利用技术
目前,我国粉煤灰的大宗利用途径是生产建筑材料、筑路和回填。
粉煤灰建筑材料的性能与传统的建筑材料相比有许多优点。
如粉煤灰加气混凝土,其干容重只有500kg/m3,不到粘土砖的1/3;导热率为0.11~0.13W/(m·K),约为粘土砖的1/5,具有轻质、绝热、耐火等优良性能。
硅酸盐砌块强度达到100~150号,导热系数比普通混凝土小一倍,且砌筑效率高。
粉煤灰烧结砖比普通粘土砖轻15%~20%,,导热系数只有粘土砖的70%。
粉煤灰陶粒性能优于天然轻骨料,用其配制的混凝土不仅容重轻,而且具有保温、隔热、抗冲击等优良性能,在高层建筑、大跨度构件和耐热混凝土中得到应用。
粉煤灰硅酸盐水泥干缩性小,水化热低,抗裂性、和易性与可泵性好,特别适用于大坝工程及泵送混凝土施工。
粉煤灰含有一定的残留碳,用其烧制建筑材料可节约大量能量。
当粉煤灰热值为500×4。
19kJ/kg,掺用量为40%时,可节约烧砖用煤50%。
生产粉煤灰砌块的能耗仅为同体积粘土砖的60%左右。
利用粉煤灰生产建筑材料、筑路和回填可以节约大量粘土。
对粉煤灰烧结砖,粉煤灰掺加量一般为30%一50%,最高到70%,相应节约用土30%~70%。
粉煤灰用于筑路和回填是投资少、见效快的一种直接大用量利用粉煤灰的途径。
此种道路寿命长,维护少,可节约维护费用30%~80%。
3.建筑废弃物
城市化的进展,伴随着一些建筑物废墟和另一些建筑物的崛起,这样就必然带来固体建筑垃圾。
建筑垃圾主要是指建设施工单位新建、改建、扩建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料及其他废物等、。
这些废砖块,弃土,弃料可以在填埋地基,修筑路基方面得以利用。
其中的钢架结构可以作为废铁回收,装饰装修的废弃塑料可回收。
建议有关单位把建筑废墟作为项目承包出去,让专业人员回收利用,提高回收效率,又带来经济效益。
建筑行业的特殊性,在产生垃圾的同时,也在消耗其他行业产生的废弃物。
我国在这方面起步较早,也取得了一定成绩。
据统计,2004年建材行业总计综合利用各种废渣约4.2亿吨,城市生活垃圾和可燃废弃物约67.2万吨。
因综合利用工业固体废渣替代矿产资源——石灰石、黏土或砂岩、页岩、铁矿石、石膏等,减少各种废渣堆存占地约29.4万亩(堆存平均高度或深度按4米计算),明显地减轻了废渣输送与堆存场地周围农作物、植被、树木、河流、湖泊、地下水与居民生活的破坏与污染;节省生产用标煤约2377.3万吨,少挖土地14.37万亩。
总之,我国利用建材工业生产处理和利用固体废弃物虽然取得一定成绩,但总体上与国外先进国家相比在综合利用率、技术支持等方面仍有较大差距。
特别是缺乏系统配套政策,扶持力度明显不够。
因此,今后如何加大对固体废弃物利用政策支持,将是进一步扩大建材工业开展综合利用、发展循环经济的关键。
4.固体医疗废弃物
随着我国医疗事业地发展,医院或其他医疗机构排出的废弃物得种类和数量迅速增长,医院大部分废弃物是没有危害的普通废弃物,但是还有一部分是具有危害性或传染性的污染物。
这些废弃物可能受到各种病毒,病菌和寄生虫卵的污染,医疗废弃物的合理处置是保护环境和人体健康的重要环节,对其进行系统的管理已成为迫在眉睫的事。
以洛阳市为例,洛阳市区目前有医院80余家,共产生医疗废弃物约1500t/a,运往洛阳市环岭医疗废物集中处理处置中心处理。
该中心引用过年内先进的ZWL-5A型回转窑两台,承担全市医疗废物的处理,设计处理能力24t/d[6]。
由于医疗废弃物的特殊性,很难使其资源化。
这样就要求我们减量化使用,安全化处理。
4.1高温灭菌法
利用高温高压蒸汽消灭细菌的最常使用的一种方法。
蒸汽在高温高压下具有穿透力强的优点,在103kPa、121℃条件下,维持20分钟,能杀灭一切微生物。
高温灭菌法是一种简便、可靠、经济、快速和容易被公众接受的灭菌方法。
4.2电磁波灭菌法
电磁波具有可穿透玻璃、陶瓷、纸张和可被水、脂肪、蛋白质等极性分子吸收的特点。
其消灭细菌的原理是:
利用微生物细胞选择性吸收能量比例高的特性,将其置于电磁波高频震荡的能量场中,使微生物的液体分子以外加电场的频率震动,这种震动使细胞膜内的能量迅速增加,产生高温,最终导致细胞的死亡。
4.3化学消毒法
此法较早用于医疗器械的消毒,也用于对房间消毒和对液体废物(如尿液、血液)的消毒。
经化学消毒法处理后的废物可以同高温灭菌法和电磁波灭菌法一样,进行同样的后处理。
即要么填埋,要么送往能量回收处理厂。
4.4等离子体法
此法是处理医疗废物的一项创新技术,它消毒杀菌的原理是利用等离子体电弧窑产生的10000℃高温杀死医疗废物中的所有微生物、摧毁残留的细胞毒性药物、药品和有毒的化学药剂,并使之难以辨认。
理论上,任何化合物在电弧窑中都可转化为玻璃体状的物质,经这种方法处理后的医疗废物可以直接填埋,不会对环境造成危害,目前仅有深圳应用等离子体技术处理医疗垃圾。
4.5焚烧法
医疗固体废物主要由废纸、塑料、厨余、木竹、纤维、皮革、橡胶、手术切除物、玻璃器械等组成。
这些垃圾大部分是有机碳氢化合物,在一定温度和充足的氧气条件下,可以完全燃烧成灰烬。
医疗固体废物经过焚烧处理后,不仅可以完全杀灭细菌,使绝大部分有机物转化成无机物,而且还使废物体积减少85%~95%,使废物难以辨认。
从而大大减少了最终填埋的费用,消除了人们对医疗废物的厌恶感,且技术成熟。
4.6卫生填埋法
这是医疗固体废物的最终处置方法。
通常由城镇设置集中的卫生填埋场填埋。
填埋场设有防水层防止垃圾渗沥液污染地下水,渗沥液和废气有专设的处理设施。
经过前五种医疗废物处理法处理后的医疗固体废物或残余物送到卫生填埋场进行最终处置。
从各种医疗废物处理法的比较可以看出:
在当今国际上应用的诸多医疗废物处理法中,只有高温焚烧处理法具备对医疗废物适应范围广、处理后的医疗废物难以辨认、消毒杀菌彻底、使废物中的有机物转化成无机物、减容减量效果显著、有关的标准规范齐全、技术成熟等多方面优点。
焚烧所产生的污染物经过先进的去除污染设备,可以控制在国家的标准范围内,是首推的可供选择的医疗废物处理方法。
我国大型医疗固体废弃物集中处理场正处于起步阶段,国家在“十五”发展计划中,明确提出了在2005年以前,单独建立100所城市医疗垃圾集中处理中心的要求。
国家规定,对医疗垃圾必须进行无害化焚烧处理,不容许与生活垃圾混合处置。
5.前景展望
通过对几种城市固体废弃物的处理及利用方法现状的探讨,可以看出各个城市可以根据本市的特点采取不同的方法。
其中生活固体废物占有比例大,也是处理的重中之重,针对它的处理方式也是多种多样,在方法的选取中,我们应秉着无害化,减量化,资源化的原则。
尽量合理利用,垃圾放到正确的位置后就会成为资源。
随着处理方法的不断增多,不断深化,城市固体垃圾的处理正朝着无害化,减量化,资源化的方向发展。
现今我国已制定了一系列环保法规、标准、规范和配套的技术政策;国家还需给予优惠的产业政策,大力扶持我国的新兴垃圾处理产业。
垃圾处理产业应积极开拓多种融资渠道,解决资金短缺问题;运用现代先进的、多元化的经营方式与经营手段,提高自身生存能力和盈利能力,在创造社会效益、环境效益的同时产生巨大的经济效益,缩短投资回报周期、提高投资回报率。
使垃圾处理产业向健康的可持续的方向发展。
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