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幾種固體廢物處理處置技術(shù)比較

文檔作者：田鍵1,2 ,黃志林1 ,肖曉玉1 ,黃紅旗1 ,朱艷超1,2 文檔來源： 1.湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2.湖北大學(xué)天沭新能源材料工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月19日
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doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2017.03.022
幾種固體廢物處理處置技術(shù)比較
田 鍵1,2 ,黃志林1 ,肖曉玉1 ,黃紅旗1 ,朱艷超1,2
(1.湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,武漢430062;
2.湖北大學(xué)天沭新能源材料工業(yè)研究設(shè)計(jì)院,武漢430062)
摘 要: 固體廢物污染與我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、資源循環(huán)利用及環(huán)境保護(hù)的矛盾日益尖銳。簡述我國固體廢物現(xiàn)
狀,分析并比較目前國內(nèi)外常用固體廢物處理處置技術(shù)的優(yōu)劣,展望固體廢物處理處置技術(shù)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞: 固體廢物; 資源循環(huán)利用; 處理處置技術(shù)
Comparison of Several Solid Waste Disposal Technologies
TIAN J ian 1,2 ,HUANG Zhi-lin 1 ,X IAO Xiao-yu 1 ,HUANG H ong-qi 1 ,Z HU Yan-chao 1,2
(1.College of Materials Science and Engineering,Hubei University,Wuhan 430062,China;
2.Tianshu New Energy Materials Industry Research &amp;amp; Development Institute,Hubei University,
Wuhan 430062,China)
Abstract: The contradiction among solid waste pollution,the coordinated development of the economy and society,
resource recycling and environmental conservation becomes increasingly highlighted.Through briefly introducing of the
current situation of solid waste,this article analyzes and compares the advantages and disadvantages of the most common
solid waste disposal techniques at home and abroad,and looks forward to the development tendency of solid waste
disposal technologies.
Key words: solid waste; resource recycling; disposal techniques
收稿日期:2017-04-10. 基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(21571056)和湖北省重大科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2014ACA042). 作者簡介:田 鍵(1967-),博士,教授.E-mail:tj-lily@sohu.com 通訊作者:黃志林(1992-),碩士.E-mail:huang.zhilin@foxmail.com
固體廢物是指日常生產(chǎn)、生活中所產(chǎn)生的固體與泥狀物質(zhì)以及源自廢水、廢氣的固體顆粒物,按照理化
性質(zhì)可將固體廢物劃分為工業(yè)固體廢物、生活垃圾以及伴有毒害的危險(xiǎn)固體廢物[1]。
目前國內(nèi)對于生活垃圾、工業(yè)垃圾等固廢的治理主要采用傳統(tǒng)的“末端治理”方法,主要方式有填埋、焚
燒、堆肥等,這些處置方式雖然比較簡單,但都存在著二次污染的問題,已不滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)安全的
要求。如何有效的防治固體廢物造成的污染,無害化處置固體廢物成為亟待解決的重要問題。該文分析并
比較目前幾種固廢處理處置技術(shù)的優(yōu)劣,積極探尋清潔處理處置固體廢物的新工藝及新技術(shù),以此緩解固廢
污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源循環(huán)利用、環(huán)境保護(hù)之間的多重壓力,進(jìn)而全面落實(shí)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
1 國內(nèi)固體廢物現(xiàn)狀
隨著我國城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加速,城市固體廢物總量呈爆發(fā)式增長,其中尤以生活固體廢物和工業(yè)固體
廢物的堆存量增長顯著,曾造成“固廢圍城”的困境。固體廢物的產(chǎn)量日益增多,種類愈加復(fù)雜,污染事件逐
年增加,資源浪費(fèi)嚴(yán)重,已成為社會(huì)公眾關(guān)注的焦點(diǎn)問題[2,3]。
目前我國平均每人每天產(chǎn)生0.9~1.2 kg 垃圾,而且每年以9%的速度增長,全國主要城市年產(chǎn)生活垃
圾1.9 億t[4],產(chǎn)生量驚人,已成為破壞環(huán)境、危害公眾身心健康的重要污染源。據(jù)全國大、中城市固體廢物
污染環(huán)境防治年報(bào)統(tǒng)計(jì),僅2015 年,工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量達(dá)19.1 億t,較2005 年激增5.8 億t,綜合利用率
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不足62%,還處于利用率相對較低的階段[5]。為實(shí)現(xiàn)固廢無害化、減量化、資源化的目標(biāo),解決當(dāng)前固體廢
物污染環(huán)境問題,研究合適的固體廢物處理處置技術(shù)已迫在眉睫。
2 固廢處理處置傳統(tǒng)技術(shù)
我國通過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及不斷借鑒發(fā)達(dá)國家的固體廢物管理經(jīng)驗(yàn)和治理技術(shù),對固體廢物實(shí)
施全過程管理,以逐步實(shí)現(xiàn)其“三化”的目標(biāo)。固體廢物無害化處理處置技術(shù)是固體廢物最終處置的技術(shù)[6]。
固體廢物經(jīng)過分選,破碎,壓實(shí)和固化等預(yù)處理工藝,進(jìn)行填埋、焚燒和堆肥等最終處置措施,實(shí)現(xiàn)有用資源
回收,降低固體廢物對環(huán)境的污染。
2.1 土地填埋
土地填埋法是大量消納固體廢物的有效方法,也是最終的處理辦法[7]。它是將固體廢棄物存儲(chǔ)在相對
封閉的設(shè)施內(nèi),且該設(shè)施經(jīng)過防滲處理操作,通常設(shè)置在陸地上面。
土地填埋法處理量大、管理方便易行、處理成本低及適應(yīng)性強(qiáng),對于經(jīng)濟(jì)相對落后且土地資源寬裕的地
區(qū)而言優(yōu)勢顯著。在我國城市固體廢物處理中一直占最主要的地位,處理的固體廢物占總量的60%以
上[8]。但由于固體廢物中?；煊薪饘?、塑料和其他有機(jī)廢物,在填埋過程中將會(huì)產(chǎn)生重金屬和其他污染物
質(zhì)[9]。同時(shí),固體廢物滲濾液也是一個(gè)嚴(yán)重的污染源,其中有機(jī)污染物及重金屬含量較高,嚴(yán)重威脅著土壤
環(huán)境及人體健康[10]。
2.2 固廢焚燒
在我國,焚燒是一種應(yīng)用范圍最廣的固體廢物高溫處置技術(shù),也是處理固體有機(jī)廢物最有效、最徹底的
方法。它是將固體廢物置于高溫爐中,使其中可燃成分充分氧化,最終轉(zhuǎn)換成水與二氧化碳,經(jīng)由凈化操作
后直接排入大氣。該技術(shù)常采用全封閉模式,以規(guī)避污染物泄露,全面控制生活垃圾的氣味與滲濾液,這與
填埋與堆肥法相比具有一定優(yōu)勢。焚燒技術(shù)可使固廢減容85%以上,不僅節(jié)約土地資源,而且焚燒熱量可
回收用于發(fā)電和供暖等[11],適用于人口密集、土地資源緊張的區(qū)域。
但對焚燒技術(shù)水平、人員素質(zhì)和技術(shù)管理有較高的要求,經(jīng)濟(jì)成本較大;垃圾預(yù)分選困難;焚燒的過程中
不僅會(huì)產(chǎn)生焚燒殘?jiān)?還有硫氧化物、氮氧化物等大氣污染物,而且產(chǎn)生的飛灰中還攜帶了Hg,Pb 等重金屬
和多環(huán)芳烴等污染物,這些都極大地威脅著環(huán)境安全和居民健康[12,13]。
2.3 固廢堆肥
堆肥是指生物質(zhì)有機(jī)物在微生物的作用下,進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng),最終形成一種類似腐殖質(zhì)的過程。產(chǎn)物
可用作肥料或土壤改良劑[14]。堆肥技術(shù)處理成本小、操作簡單、能實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用。堆肥用于農(nóng)田,改
善土壤中微量營養(yǎng)元素構(gòu)成,同時(shí)增強(qiáng)土壤涵水能力和離子交換能力[15]。該方法主要適用于固廢中可腐有
機(jī)物含量高以及待處理生活垃圾產(chǎn)品的消納能力強(qiáng)的地區(qū)。
但是由固廢處理而來的肥料仍存在一些問題,如在堆肥過程中重金屬的累積和污染,這些重金屬可在土
壤中長期存在并通過食物鏈逐級(jí)富集進(jìn)入人體,危害人類健康[16]。簡而言之,固廢堆肥技術(shù)雖能實(shí)現(xiàn)“資源
化、減量化”目標(biāo),但長期嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍不可避免。
3 固廢處理處置新技術(shù)
我國對固體廢物污染控制起步較晚,近些年在固體廢物的治理與利用方面雖然取得一定進(jìn)展,但與歐美
日等發(fā)達(dá)國家相比,固體廢物治理整體水平偏低,處理處置技術(shù)還遠(yuǎn)不能滿足公眾對良好生態(tài)環(huán)境的需
求[17]。為此,研究并開發(fā)費(fèi)用低、處理徹底、無二次污染的新型清潔固廢處理處置技術(shù)成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的
重要課題。在固體廢物的處理處置技術(shù)研究中,已經(jīng)涌現(xiàn)出許多高新技術(shù)如:熱解法、厭氧沼氣工程技術(shù)、共
處置法、等離子體技術(shù)等。
3.1 熱解法
有機(jī)固體廢物具有熱不穩(wěn)定性,熱解法正是利用這一特點(diǎn)使有機(jī)固體廢物在無氧或缺氧的條件下受熱
分解。因其溫度較焚燒法低很多,所以可以從有機(jī)固體廢物分解產(chǎn)物中直接回收燃料油和燃料氣等[18]。
熱解法主要適用于處理有機(jī)廢渣、油泥、有機(jī)污泥等有機(jī)物,雖然對設(shè)備要求較高,但熱解可以產(chǎn)生無菌
廢渣,且熱解后的氣體能與煤氣混合使用;熱解原料可以是固態(tài)廢物、液態(tài)廢物、油或含塑料垃圾等;熱解工
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藝不易發(fā)生機(jī)械故障,與焚燒技術(shù)相比,具有處理范圍更廣、針對性更強(qiáng)、更環(huán)保以及可以得到更具有價(jià)值的
副產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。
固廢熱解技術(shù)的研究開始于20 世紀(jì)60 年代,歐美發(fā)達(dá)國家在積極地進(jìn)行研究,且已形成許多成熟的工
藝和操作方法[18]。目前國內(nèi)已有對廢舊塑料、有機(jī)污泥、廢輪胎等固廢采用流化床熱解工藝制取燃?xì)饧叭?
料油的研究[19,20]。
3.2 厭氧沼氣工程技術(shù)
厭氧沼氣工程是在溫和條件下利用厭氧微生物對生物質(zhì)有機(jī)組分進(jìn)行分解,消化后的殘?jiān)驼右菏莾?yōu)
質(zhì)的有機(jī)肥料,可用于農(nóng)田土壤的改良,尤其是同步產(chǎn)生大量高熱值含甲烷的沼氣,能明顯降低溫室氣體排
放量,是最有前景的生物質(zhì)能源利用技術(shù)之一[21]。
20 世紀(jì)90 年代,厭氧沼氣工程技術(shù)應(yīng)用日益成熟,開始在德國及整個(gè)歐洲大規(guī)模投入使用[22]。目前國
內(nèi)對厭氧沼氣工程技術(shù)的研究還處于起步階段,主要集中在對餐廚垃圾的厭氧消化處置上,但投入實(shí)際運(yùn)行
的餐廚垃圾厭氧處置工程較少[23]。
厭氧消化技術(shù)具有能耗低、二次污染少、可產(chǎn)生清潔能源等優(yōu)點(diǎn),因此與其它處理技術(shù)相比,具有明顯的
環(huán)境優(yōu)勢和更高的投入產(chǎn)出效益。隨著高效預(yù)處理技術(shù)、特效菌種的研發(fā)以及過程控制技術(shù)的提高,傳統(tǒng)過
程存在的技術(shù)問題逐步被克服[24-26],其優(yōu)勢和潛能將會(huì)越來越明顯,厭氧沼氣技術(shù)在我國餐廚垃圾處理方面
推廣應(yīng)用的潛力巨大。
3.3 共處置法
固體廢物共處置是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用固體廢物,通過固廢來替代一次燃料和原料,從固廢中再生
能量和材料。尤其在建筑材料領(lǐng)域,共處置技術(shù)是解決大宗工業(yè)固體廢物難題最有效的方法[27]。
共處置技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已有三十多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯[28]。國內(nèi)水泥
企業(yè)目前正在大力嘗試用工業(yè)廢渣、有機(jī)廢物代替原料及燃料,即廢物的水泥原料化和燃料化。例如,水泥
窯協(xié)同處置城市固廢技術(shù)替代部分燃煤及原料正實(shí)踐于固廢處理[29];采用“一磨多用”技術(shù)粉磨工業(yè)固體廢
物作為水泥替代原料[30];采用磷石膏制備硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥等[31]。除建材外,很多行業(yè)也開展固廢處理技術(shù)研
究,如利用煉鐵高爐處理金屬尾渣及礦砂、廢塑料和煤焦油等[32],利用電廠鍋爐處理污水廠污泥[33],已經(jīng)取
得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
處理各種固體廢物將成為各企業(yè)“十三五”期間維持生存的重要法寶,甚至成為發(fā)展新行業(yè)的切入點(diǎn)。
充分開發(fā)工業(yè)窯爐進(jìn)行工業(yè)固體廢物、危險(xiǎn)廢物和有機(jī)廢物協(xié)同處置技術(shù),將固廢處置與本行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈相
結(jié)合,是未來固體廢物處置的一個(gè)重要發(fā)展方向。
3.4 等離子體技術(shù)
采用等離子體技術(shù)處理固體廢物的設(shè)備是等離子氣化爐[34]。它是在高溫條件(1 000~1 700 ℃)下將
固體廢物徹底分解,再重新組合,有害物質(zhì)、重金屬被分離開來,其余部分熔融固化后形成玻璃體。采用該技
術(shù)可有效地摧毀二噁英和呋喃等有害物質(zhì);金屬可回收使用;形成的玻璃體材料可用于生產(chǎn)耐用陶瓷等建
材,從而基本上實(shí)現(xiàn)污染物“零排放”[35]。
國外首先將等離子體技術(shù)應(yīng)用在固化放射性廢物上,該處理技術(shù)已較為成熟,在歐洲、亞洲一些國家核
電站已投入工業(yè)化使用[36,37]。我國在等離子體用于核廢料處理領(lǐng)域起步較晚,國內(nèi)的研究主要集中在工藝
嘗試、探索和實(shí)驗(yàn)室小試、中試階段[38-40]。國內(nèi)不少學(xué)者將等離子體技術(shù)用于城市固廢處理,主要集中在處
理電子垃圾、生化污泥、垃圾飛灰、醫(yī)療廢物等領(lǐng)域[41-44],為應(yīng)用于工程實(shí)踐積累了經(jīng)驗(yàn)。
等離子體技術(shù)在固廢處理上以其高效率、安全、無二次污染的特點(diǎn),具有良好的應(yīng)用推廣前景。
4 結(jié)論及展望
固體廢物成分愈加復(fù)雜,為實(shí)現(xiàn)熱解、厭氧沼氣堆肥、共處置等清潔處理方式提供了物質(zhì)條件。與傳統(tǒng)
的固廢處理方式相比,新型清潔處理技術(shù)效率高、環(huán)境友好,有明顯的優(yōu)勢和先進(jìn)性;隨著技術(shù)壁壘的不斷攻
克,運(yùn)營成本的逐漸降低,未來必有廣闊的發(fā)展前景。
因此各地區(qū)應(yīng)該根據(jù)固體廢物特性,本著因地制宜,因時(shí)制宜,因技術(shù)制宜的原則,選擇針對性的處理方
法,分類化、集中化地處理固體廢物,充分發(fā)揮各種處理技術(shù)的優(yōu)勢,形成完整的綜合處理系統(tǒng),從而改善整
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體處理效果,降低處理成本,最終實(shí)現(xiàn)固體廢物減量化、資源化、無害化的目標(biāo)。
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建材世界 2017 年 第38 卷 第3 期
萬方數(shù)據(jù)
7 結(jié) 語
通航產(chǎn)業(yè)園以通航全產(chǎn)業(yè)集群為依托為載體,對于拉動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,響應(yīng)國家戰(zhàn)略政策有著重大影響
和積極深遠(yuǎn)的意義,產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)與發(fā)展充分整合利用土地、政策、資金及基礎(chǔ)設(shè)施等資源,并與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)進(jìn)
行融合達(dá)到互利共贏、可持續(xù)的發(fā)展態(tài)勢。今后的產(chǎn)業(yè)園的空間布局上是否會(huì)有更適應(yīng)我國國情的新模式
出現(xiàn),有待我們進(jìn)一步的思考與論證。
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