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固体废物的处理与处置技术

第二章污染物控制技术

4固体废物的处理与处置技术

4.1绪论………………………………………………………………………………3

4.1.1固体废物的分类………………………………………………………………………3

4.1.2固体废物对自然环境的影响…………………………………………………………3

4.1.3固体废物的管理的原则………………………………………………………………4

4.2固体废物的收集与运输…………………………………………………………4

4.2.1收集方式与设施………………………………………………………………………5

4.2.2运输设备………………………………………………………………………………6

4.2.3垃圾清运系统的管理模式……………………………………………………………6

4.2.4转运站的设置…………………………………………………………………………6

4.2.5危险固体废物的运输…………………………………………………………………6

4.3固体废物的预处理………………………………………………………………8

4.3.1固体废物的压实………………………………………………………………………8

4.3.2固体废物的破碎………………………………………………………………………10

4.3.3固体废物的分选………………………………………………………………………12

4.3.4固体废物的脱水………………………………………………………………………14

4.4固体废物热处理…………………………………………………………………15

4.4.1热处理技术种类………………………………………………………………………16

4.4.2固体废物焚烧技术……………………………………………………………………16

4.4.3固体废物热解技术……………………………………………………………………19

4.5固体废物的生物处理……………………………………………………………21

4.5.1固体废物的堆肥化处理………………………………………………………………22

4.5.2固体废物的厌氧消化处理……………………………………………………………24

4.6固体废物的固化处理……………………………………………………………27

4.6.1概述……………………………………………………………………………………27

4.6.2固体废物的固化处理…………………………………………………………………28

4.6.3药剂稳定化处理技术………………………………………………………………30

4.7固体废物的最终处置…………………………………………………………31

4.7.1概述…………………………………………………………………………………31

4.7.2堆存法………………………………………………………………………………32

4.7.3土地耕作……………………………………………………………………………32

4.7.4深井灌注……………………………………………………………………………33

4.7.5海洋处置……………………………………………………………………………34

4.7.6土地填埋……………………………………………………………………………35

4.7.7卫生填埋……………………………………………………………………………36

4.8固体废物的资源化与综合利用………………………………………………43

4.8.1固体废物资源化的有效途径………………………………………………………43

4.8.2工业固体废物的综合利用…………………………………………………………44

4.8.3矿业固体废物的综合利用…………………………………………………………45

4.8.4城市垃圾的综合利用………………………………………………………………46

4固体废物的处理与处置技术

4.1绪论

4.1.1固体废物的分类

固体废物的种类繁多，性质各异，按来源可分以下六类：

（1）生活垃圾：

生活垃圾主要包括居民家庭、企事业单位、文教机关及各种商业系统，如厨余物、废纸屑、废塑料、废橡胶、玻璃陶瓷碎片、煤渣、废旧家电、办公用品、包装材料等。

（2）工业固体废物：

工业固体废物主要是指工业、矿业、能源、化工、建筑及各类轻工业等生产或执业过程中产生的废弃物。

矿业固体废物主要包括开矿、选矿、冶炼等过程排放的固体废物，如废矿石、尾矿、矿渣等；能源工业固体废物主要包括煤炭、电力等部门所排出的固体废物，如矸石、粉煤灰、炉渣等；化工固体废物主要包括各种化工产品的原料及材料的生产过程所产生的固体废物，如化学药剂、催化剂、涂料、沥青等。

（3）危险废物：

危险废物通常来自于核工业系统、科研单位以及医疗卫生业，如含有放射性的废渣、医疗垃圾等，往往具有毒性、腐蚀性、传染性、反应性、浸出毒性、易燃易爆性等独特危险特性，易对人体和环境产生极大危害，所以必须对其加以重点管理，采取特殊措施保证其妥善处理。

（4）医疗废物：

医疗废物分为感染性废物、病理性废物、损伤性废物、药物性废物和化学性废物5类。

感染性废物是指携带病原微生物具有引发感染性疾病传播危险的医疗废物塑料制品医疗废物，包括被病人血液、体液、排泄物污染的物品，传染病病人产生的垃圾等；病理性废物是指在诊疗过程中产生的人体废弃物和医学试验动物尸体，包括手术中产生的废弃人体组织、病理切片后废弃的人体组织、病理腊块等；损伤性废物是指能够刺伤或割伤人体的废弃的医用锐器，包括医用针、解剖刀、手术刀、玻璃试管等；药物性废物是指过期、淘汰、变质或被污染的废弃药品，包括废弃的一般性药品，废弃的细胞毒性药物和遗传毒性药物等；化学性废物是指具有毒性、腐蚀性、易燃易爆性的废弃化学物品，如废弃的化学试剂、化学消毒剂、汞血压计、汞温度计等。

（5）农业废物：

在农业活动过程中产生的固体废物，主要包括农业种植生产、农产品加工、畜禽养殖业等过程产生的固体废物。

主要包括农作物秸秆、稻草、农药、禽畜粪便、腐烂的鱼虾贝类等。

（6）建筑垃圾：

按产生源分类，建筑垃圾可分为工程渣土、装修垃圾、拆迁垃圾、工程泥浆等；按组成成分分类，建筑垃圾中可分为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆、泥浆、沥青块、废塑料、废金属、废竹木等。

4.1.2固体废物对自然环境的影响

固体废物污染对自然环境的影响可以分为以下几个方面：

（1）对水体环境的影响：

一方面，固体废物大量进入地表径流，会减少水域面积，影响水生生物的生存，污染人类饮用水水源，危害人体健康。

另一方面，露天堆置固体废物经过雨水的浸渍和废物本身的分解，所产生的渗滤液和有害化学物质不断转化、迁移，会对周边区域的水体造成污染。

（2）对土壤环境的影响：

任意露天堆放的固体废物会占用大量的土地，导致可利用的土地资源减少，其渗滤液和淋沥液中所含的有毒有害物质会改变土壤的性质和结构，阻碍植物根系的生长发育，并影响土壤中微生物的活动，破坏土壤原有的生态系统，通过食物链使有毒有害物质积存在于人体内，危害健康。

（3）对大气环境的影响：

固体废物在堆置时，往往因为气流的影响四处扩散，空气中可吸入颗粒物增多，能见度下降，污染大气环境的同时影响了人们的正常生活。

当外界条件适宜时，一些有机固体废物还可发生生物降解，释放出沼气，不但消耗了氧气使得植物衰败，还容易引发自燃和爆炸，恶化环境。

固体废物焚烧时所产生的强致癌物质二噁英，对大气环境造成极大的危害。

（4）对自然资源的影响：

固体废物的产生及处理处置过程都会消耗能源，所排放出的二氧化碳、甲烷等气体加剧了全球变暖的趋势；排放的氯氟烃、卤代烷等气体则会破坏臭氧层。

露天堆积的固体废物不仅侵占土地，影响景观，还会使土壤的成分、结构、性质和功能发生变化，如失去肥力和净化能力，甚至导致沙漠化。

4.1.3固体废物的管理的原则

1.“三化”原则

（1）减量化：

通过适当的技术，减少固体废物的排出量和容量。

可通过选用合适的生产原料、采用清洁能源、利用二次资源、采用无废或低废工艺、提高产品质量和使用寿命以及废物综合利用等途径实现。

（2）无害化：

通过采用适当的工程技术对废物进行处理，达到不损害人体健康，不污染周围自然环境的目的。

如使用卫生土地填埋、安全土地填埋以及土地深埋技术等无害化处置技术。

（3）资源化：

从固体废物中回收有用的物质和能源。

固体废物资源化具有环境效益高、生产成本低、生产率高、能耗低等优势，应积极寻求废物开发利用的途径，既消除对环境的污染，又能实现物尽其用。

2.“全过程”原则

即对固体废物的产生、收集、运输、综合利用、处理、储存和处置实行全面管理，在每一环节都将其作为污染源进行严格的控制。

4.2固体废物的收集与运输

收集与运输是固体废物处理系统的第一步，城市生活垃圾收集和运输通常经过三个阶段：

（1）垃圾的收集、搬运和贮存（简称运贮）：

是指由垃圾产生者（家庭或企事业单位）或环卫系统将生活垃圾从垃圾的源头送至贮存容器或集装点的过程。

（2）垃圾的收集和清运（简称清运）：

是指清运车沿着一定的路线收集清运容器或其他贮存设施中的垃圾，并运至垃圾中转站的操作过程，有时也可以直接送至附近的垃圾处理处置场，一般是短距离运输。

（3）垃圾的远程运输（简称转运）：

是指用大型的垃圾运输车（船）将垃圾从垃圾中转站运至最终处理处置场的过程。

4.2.1收集方式与设施

城市生活垃圾收集主要分为两大类：

混合收集和分类收集。

混合收集是指收集未经任何处理的原生垃圾的收集方式。

此种方式简便易行、费用低，但是降低了其中有用物质的纯度与再生利用价值，不易实现资源化，同时增加了后续处理的成本。

分类收集是指按废物分组进行收集的方法。

此种方式可有效提高资源化的比率，较大幅度回收有用物质，后续处理工艺简便、费用低廉，但实现分类收集比较困难。

混合收集和分类收集都需要通过不同收集方法来实现，本文主要讨论混合收集方式。

城市生活垃圾的收集系统有以下几种：

（1）管道收集系统。

密闭式垃圾收集系统，多见于高层住宅区和多层住宅区，主要设施为垂直垃圾通道和垃圾容器间。

居民将垃圾装袋后经由倾倒口进入垂直垃圾通道内，袋装垃圾自重经管道滑入垃圾容器内，工作人员定时将垃圾容器送至垃圾装车点，然后随垃圾车运往垃圾中转站或垃圾处理场所。

（2）露天垃圾容器收集系统。

开放式垃圾收集系统，多见于疏松型的低层住宅区或者较为密集的独户住宅区，主要设施为露天垃圾收集点。

居民装袋后的垃圾直接送入放置于露天垃圾收集点的垃圾容器内，然后由垃圾车运往垃圾处理场。

（3）集装箱收集系统。

袋装化、密闭化、容器化和不定时的收集系统，多见于住宅广场、商业区广场和企事业单位内。

居民袋装垃圾送入放置于楼下或进出通道两侧的指定地点或容器，工作人员将垃圾装载送至集装箱垃圾收集站，装入集装箱内，然后由垃圾收集车运往中转站或垃圾填埋场。

（4）气力抽吸式垃圾管道收集系统。

密闭式收集系统，只有少数发达国家采用，多见于收集医院、住宅区、商业区生活垃圾。

垃圾经倾倒口投入到垃圾通道内，最终倾泻到通道底部的垃圾接收间。

垃圾数量达到一定数值后，监测系统自动发出信号，垃圾通道阀和气力输送系统自动开启，垃圾由气力输送管道输送到垃圾收集站的机械中心进行处理。

（5）定时收集系统。

普遍存在于住宅区、商业区、企事业单位、工厂等，居民在每月或每周□定时间，将分类收集后的垃圾（通常为废旧家电家具、饮料瓶、废纸、废橡胶、有色金属等）交由工作人员接收，并换取一定的报酬。

（6）申报收集。

适用于大件垃圾（如废旧家电家具等）收集，一般采用电话申报制度。

（7）墨洛科收集系统。

垃圾桶部分埋在地下，1/3露出地面，垃圾由桶上盖的投入口投入，靠自重压紧。

在垃圾桶内放置垃圾袋，垃圾袋底部可以打开。

打开桶的上盖，用吊车将垃圾袋吊起，垃圾袋底部对准垃圾收集车，打开底部，垃圾靠重力自动散落，完成装车。

（8）“双十”收集系统。

在一辆拖车上分两层放置20个垃圾桶，每个垃圾桶上都贴有所投放垃圾名称的标签，下层垃圾桶装满后，利用液压系统将下层垃圾桶升起，同时放下上层垃圾桶，待全部装满后由牵引车将拖车拖至转运点，在转运点将满桶装上卡车运往中转站。

4.2.2运输设备

目前，城市垃圾收集运输设备主要为收集车，收集车的类型有以下几种：

（1）自装卸式收集车。

以车辆自身配置的装置和动力，配合集装垃圾的定型容器自行将垃圾装入车厢、转运和倾倒。

（2）压缩式收集车。

装备有液压举升机构和尾部填塞器，能将垃圾自行装入车厢、转运和倾倒。

（3）摆臂式收集车。

装备有可回转的起重摆臂，车斗或集装箱悬吊在起重臂上，随着起重臂回转、起落实现垃圾的自装自卸。

（4）车厢可卸式收集车。

装备有液压装卸机构、能将专用车厢拖吊到车上或倾倒一定角度卸下垃圾，并能将车厢卸下。

4.2.3垃圾清运系统的管理模式

在垃圾清运系统的宏观体系种，最主要的是装备管理和环境管理，一般包括三个方面：

（1）清运系统装备的源头管理。

应根据环卫的装备规划、装备生产企业的加工能力及其质量保证体系、环卫系统中用户的使用情况等综合因素进行考虑和评审。

（2）清运系统装备的过程管理。

实施环卫装备动态管理，对现有装备与目录管理的规定的符合性、技术状态及车容车貌等综合因素进行评价，符合条件的装备粘贴专用标志，并将它列入考核的指标中。

（3）垃圾清运系统的效果管理。

主要体现在垃圾渗滤液、作业装备的清洗用水管理，臭气防治，设备设施的造型、色彩、风格等要与所处的环境氛围协调等方面。

4.2.4转运站的设置

垃圾转运站是垃圾从产生源到达处理场的中间转运场所，即城市垃圾一般首先经由环卫部门通过小型垃圾收集车收集清运到垃圾转运站，然后再在转运站使用大型运输工具将垃圾转运到垃圾处理场。

是否设置转运站，主要基于处置场所与收集点的距离远近。

设置中转站，一方面要考虑采用大容量运输车远距离运输是否有助于降低垃圾收运的总费用，另一方面要考虑增加设置中转站是否同时增加了的垃圾处理的总成本。

故此，需要对当地条件和和要求经济性分析。

4.2.5危险固体废物的运输

危险废物是指具有一些特性如化学反应、毒性、易燃易爆性、腐蚀性、传染性及其他化学反应特性等，这些属性会对人类健康、动植物或环境的现在及将来产生危害。

4.2.5.1危险废物的收集与贮存

（1）盛装容器。

应根据废物的性质和形态选择适宜的尺寸和材质。

按材质分有钢制容器和塑料容器，按盛装的废物种类可分为以下几种：

1）200L带塞钢圆桶或钢圆桶，用于贮存废油和废溶剂；

2）200L带卡箍盖钢圆桶，用于贮存固态或半固态有机物；

3）30L、45L或200L塑料桶或聚乙烯罐，用于贮存无机盐液；

4）200L带卡箍盖钢圆桶或塑料桶，用于贮存散装的固态或半固态危险废物；

5）贮罐，外形与尺寸可根据需要设计加工，适宜于贮存可通过管线、皮带等输送方式进行运输的散装液态危险废物。

无论采用什么类型的容器，都必须是安全可靠的，包装时必须经过严密的检查，防止在搬移、装载或清运途中出现渗漏、溢出或抛洒、挥发的现象，以免引起环境的污染问题。

同时，各种容器都应在使用时清楚地标明所盛装危险废物的名称、日期、类别、数量以及危害说明等项目。

（2）贮存方式。

放置在场内经严格包装的危险废物可由产出者直接运往场外的收集中心或回收站，也可以通过地方主管部门配备的专用运输车按规定路线运往指定的地点贮存或做进一步处理处置。

其一般工作流程如图1所示。

图1危险废物典型收集转运一般工作流程

收集站地面通常铺设有混凝土，同时设置有砖砌的防火墙，作为废物的储藏室应保证空气流通，以防具有毒性和易燃易爆性的气体大量积聚进而产生危险。

废物收入储藏室时应进行详细登记，包括其类型、名称、数量等有关信息，并按照其不同的特性分别妥善存放。

转运站因其使用需求，要选择在交通道路便利的地区或临近地区，由设有隔离带或埋于地下的液态危险废物贮罐、油分离系统及盛装有废物的桶或罐等库房群所组成。

负责转运工作的操作人员应严格执行危险废物的交接手续，按时将所存放的危险废物装人运往危险废物处理场的运输车内，并由运输车的工作人员负责途中的安全问题。

其内部典型运作方式如图2所示。

图2危险废物转运站内部的典型运作方式

4.2.5.2危险废物的运输

危险废物可以通过各种运输工具进行清运，包括公路、铁路、水路以及空运。

在实际应用中，通常采用公路运输，为了确保危险废物公路运输过程中的安全，在采用汽车作为运输工具时，应采取如下措施：

（1）危险废物的运输车辆必须经过主管单位检查，并持有有关单位签发的许可证，负责运输的司机应通过专门的培训，持有证明文件；

（2）承载危险废物的车辆必须有明显的标志或适当的危险符号，以引起关注；

（3）载有危险废物的车辆在公路上行驶时需持有运输许可证，其上应注明废物来源、性质和运往地点，必要时要有专门单位人员负责押运工作；

（4）组织危险废物的运输单位，在事先需做出周密的运输计划和行驶路线，其中包括有效的废物泄漏情况下的紧急补救措施。

为了保证危险废物运输的安全，我国实行危险废物转移联单管理模式，即危险废物产生者填写一份记录废物名称、数量、特性、形态、包装方式等情况的运货清单经主管部门批准，然后交由废物运输承担者负责清点并填写装货日期、签名并随身携带，再按货单要求分送有关人员或单位，最后将剩余一单交给原主管部门检查，并存档保管。

4.3固体废物的预处理

4.3.1固体废物的压实

压实，又称为压缩，是指通过外力加压于松散的固体物上，以缩小体积、增大密度的一种操作方法。

4.3.1.1固体废物压实的原理

大多数固体废物是由不同颗粒与颗粒间的空隙组成的集合体，当受到外界压力时，各个颗粒之间相互挤压、变形或者破碎，固体废物的空隙体积随着压强的增大而减少，其表观体积随之减少而密度增大，从而达到重新组合的效果。

在压实过程中，有些弹性废物在解除压力后，体积会存在一定程度的膨胀，而某些可塑性强的固体废物，在压力解除后不能恢复原状。

因此，通常能够使用压实处理的固体废物主要是压缩性能大而复原性小的物质，如冰箱、洗衣机类的家电产品，纸箱、纸袋和纤维类的编织品，废金属、废塑料类等。

有些固体废物如木头、玻璃、金属、塑料块等已经很密实的固体或是焦油、污泥等半固态废物不宜做压实处理。

4.3.1.2压实质量的影响因素

（1）压力：

开始压实时，垃圾组分之间较大的空气空隙和部分空隙水在作用力下被排挤出来，产生较大的不可逆变形，即塑性变形。

随着变形量的增加，阻力增大，只有当压力大于阻力时才可继续形变。

当外压继续增加时，组分间的空隙和部分结合水被挤出，使得垃圾体内部产生新的变形，即垃圾体的不可逆蠕变过程。

最后，垃圾体组分大量的内部结合水被排挤出来，部分组分破碎，发生固体范性变形。

（2）垃圾组分：

竹木、纤维、胶带、纺织品等：

本身的结构特点和韧性较好，起到垃圾体骨架支撑的作用；

玻璃、硬塑料、陶瓷和砖瓦等：

压实效果较差；

金属、橡胶、泡沫海绵等：

具有良好的弹性，在压实弹性形变过程中作用很大；

纸类：

易于折叠、变形性良好，在压实初期效果较好；

厨房垃圾：

在范性变形阶段能起到主导作用，在总体的减容上表现较好。

（3）垃圾含水率：

垃圾含水率较低时，组分间的内摩擦力和材料的内聚力阻碍压实，所以提高含水率，有利于减少阻力。

根据一般经验，当垃圾的含水率达到50％左右时，压实效果最好。

当含水率较低时，可以掺入一些吸水材料（如灰渣等），再分层压实；当含水率较高时，应停止作业，避免作业面被破坏。

（4）垃圾层的厚度：

垃圾层越厚，压实效果越差。

对于较厚的待压实垃圾层，必须增加压实机械在同一位置的行程次数，从而增大了机械功能的消耗。

垃圾层的适宜压实厚度在0.4～0.8m之内。

（5）机械的行程次数：

直接影响压实效果，但垃圾体的压实度并不是随压实次数的增加呈现无限增长趋势，仅前几次压实对压实度的影响较大。

（6）行驶速度：

初始时垃圾颗粒松散，低速碾压可以较好地嵌入，使得压实机械行驶稳定，之后再提高速度，可显著提高生产率并保证碾压质量。

因此，在压实过程中，行驶速度适宜先慢后快。

（7）压实方向对斜坡作业的影响：

斜坡作业较为特殊，压实机械从不同起始方向开始压实，对压实度贡献不同。

碾压方向由坡底向上对增加压实度更有利。

4.3.1.3压实设备

固体废物的压实设备可分为移动式和固定式两大类。

移动式压实设备使指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压实机、钢轮式布料压实机以及其他专门设计的压实机具。

固定式压实设备是指凡用人工或机械方法（液压方式为主）把废物送到压实机械中进行压实的设备。

各种家用小型压实器、废物收集车上配备的压实器及中转站配置的专用压实机等，均属固定式压实设备。

4.3.2固体废物的破碎

固体废物的破碎是通过机械方法减小固体废物的颗粒尺寸，使大块的固体废物分裂为小块，小块的固体废物分裂为细粉，以便于资源化利用和进行最终处置的过程。

4.3.2.1破碎的原理

破碎是通过人力或机械等外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间作用力而使物裂变碎的操作。

破碎原因主要基于以下几点：

（1）分选操作对入选颗粒的粒度有一定的要求，使原来的联生矿物或联结在一起的异种材料等单体分离，从而更有利于提取其中的有用物质与材料；

（2）如分选机、炉膛等处理机械对固体废物的形状有一定的要求，破碎处理可以防止大块、锋利的固体废物损坏运行中的处理机械；

（3）使得通过磁选等方法回收小块的固体颗粒更容易；

（4）固体废物密度的增加，使得贮存于远距离运输更加经济有效，易于进行；

（5）破碎后的固体废物混合均匀，比表面积增加，易于实现稳定、安全、高效的燃烧，且尽可能回收其中的潜在热值，也有助于提高堆肥效率；

（6）填埋操作时，破碎后的固体废物有效密度增加，减少用土覆盖的频率，加快实现垃圾干燥覆土还原。

与好氧条件相结合，可有效去除蚊蝇、恶臭问题，减少疾病传播的可能。

4.3.2.2影响破碎难易程度的因素

（1）机械强度：

机械强度越大的固体废物，破碎越困难。

固体废物的机械强度与其颗粒粒度有关，粒度小的废物颗粒，其宏观和微观裂隙比大粒度颗粒要小，因而机械强度较高，破碎较困难。

（2）硬度：

常见的固体废物通常硬度较小，大多数机型强度也不高，破碎较容易。

但也存在一些在常温常压下呈现出较高韧性和塑性的固体废物，难以破碎，如橡胶、塑料等，对这类固体废物需要采用特殊的破碎方法。

4.3.2.3破碎方法

（1）干式破碎。

按破碎时所用的外力不同，分为机械能破碎和非机械破碎两种方法。

机械能破碎。

利用破碎工具如破碎机的齿板、锤子、球磨机的钢球等对固体废物施力而将其破碎的方法。

常见的机械破碎方法，有挤压、劈碎、剪切、磨剥、冲击破碎等：

一般来说，破碎机都是由两种或两种以上的破碎方法联合作用对固体废物进行破碎的。

对于脆硬性固体废物，如废玻璃、废石尾矿等，宜采用劈碎、冲击破碎、挤压破碎等方法。

对于有韧性的硬性废物，如废钢铁、废汽车、废器材和废塑料等，宜采用剪切、冲击破碎法，或利用其低温变脆的性质而有效的破碎。

而当固体废物体积较大，需先将其切割到适当的尺寸，再送入破碎机内破碎。

非机械能破碎。

利用电能、热能等对固体废物进行破碎的新方法，如低温破碎、热力破碎、减压破碎及超声波破碎等。

（2）湿式破碎。

湿式破碎是利用特制的破碎机将投入机内的含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆液的过程，是基于回收城市垃圾中的大量纸类为目的而发展起来的一种破碎方法。

（3）半湿式破碎。

利用不同物质在一定均匀湿度下其强度、脆性（耐冲击性、耐压缩性、耐剪切性）不同而破碎成不同粒度。

4.3.2.4破碎设备

破碎设备主要有：

辊式破碎机、鄂式破碎机、剪切式破碎机、粉磨机、锤式破