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几种固体废物处理处置技术比较

文档作者：田键1,2 ,黄志林1 ,肖晓玉1 ,黄红旗1 ,朱艳超1,2 文档来源： 1.湖北大学材料科学与工程学院 2.湖北大学天沭新能源材料工业研究设计院,		点击数：	更新时间： 2022年11月19日
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doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2017.03.022
几种固体废物处理处置技术比较
田 键1,2 ,黄志林1 ,肖晓玉1 ,黄红旗1 ,朱艳超1,2
(1.湖北大学材料科学与工程学院,武汉430062;
2.湖北大学天沭新能源材料工业研究设计院,武汉430062)
摘 要: 固体废物污染与我国经济社会发展、资源循环利用及环境保护的矛盾日益尖锐。简述我国固体废物现
状,分析并比较目前国内外常用固体废物处理处置技术的优劣,展望固体废物处理处置技术的发展趋势。
关键词: 固体废物; 资源循环利用; 处理处置技术
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. 基金项目:国家自然科学基金面上项目(21571056)和湖北省重大科技创新计划项目(2014ACA042). 作者简介:田 键(1967-),博士,教授.E-mail:tj-lily@sohu.com 通讯作者:黄志林(1992-),硕士.E-mail:huang.zhilin@foxmail.com
固体废物是指日常生产、生活中所产生的固体与泥状物质以及源自废水、废气的固体颗粒物,按照理化
性质可将固体废物划分为工业固体废物、生活垃圾以及伴有毒害的危险固体废物[1]。
目前国内对于生活垃圾、工业垃圾等固废的治理主要采用传统的“末端治理”方法,主要方式有填埋、焚
烧、堆肥等,这些处置方式虽然比较简单,但都存在着二次污染的问题,已不满足我国经济发展和生态安全的
要求。如何有效的防治固体废物造成的污染,无害化处置固体废物成为亟待解决的重要问题。该文分析并
比较目前几种固废处理处置技术的优劣,积极探寻清洁处理处置固体废物的新工艺及新技术,以此缓解固废
污染与经济发展、资源循环利用、环境保护之间的多重压力,进而全面落实我国可持续发展战略。
1 国内固体废物现状
随着我国城市现代化进程的加速,城市固体废物总量呈爆发式增长,其中尤以生活固体废物和工业固体
废物的堆存量增长显著,曾造成“固废围城”的困境。固体废物的产量日益增多,种类愈加复杂,污染事件逐
年增加,资源浪费严重,已成为社会公众关注的焦点问题[2,3]。
目前我国平均每人每天产生0.9~1.2 kg 垃圾,而且每年以9%的速度增长,全国主要城市年产生活垃
圾1.9 亿t[4],产生量惊人,已成为破坏环境、危害公众身心健康的重要污染源。据全国大、中城市固体废物
污染环境防治年报统计,仅2015 年,工业固体废物产生量达19.1 亿t,较2005 年激增5.8 亿t,综合利用率
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不足62%,还处于利用率相对较低的阶段[5]。为实现固废无害化、减量化、资源化的目标,解决当前固体废
物污染环境问题,研究合适的固体废物处理处置技术已迫在眉睫。
2 固废处理处置传统技术
我国通过多年的实践经验总结以及不断借鉴发达国家的固体废物管理经验和治理技术,对固体废物实
施全过程管理,以逐步实现其“三化”的目标。固体废物无害化处理处置技术是固体废物最终处置的技术[6]。
固体废物经过分选,破碎,压实和固化等预处理工艺,进行填埋、焚烧和堆肥等最终处置措施,实现有用资源
回收,降低固体废物对环境的污染。
2.1 土地填埋
土地填埋法是大量消纳固体废物的有效方法,也是最终的处理办法[7]。它是将固体废弃物存储在相对
封闭的设施内,且该设施经过防渗处理操作,通常设置在陆地上面。
土地填埋法处理量大、管理方便易行、处理成本低及适应性强,对于经济相对落后且土地资源宽裕的地
区而言优势显著。在我国城市固体废物处理中一直占最主要的地位,处理的固体废物占总量的60%以
上[8]。但由于固体废物中常混有金属、塑料和其他有机废物,在填埋过程中将会产生重金属和其他污染物
质[9]。同时,固体废物渗滤液也是一个严重的污染源,其中有机污染物及重金属含量较高,严重威胁着土壤
环境及人体健康[10]。
2.2 固废焚烧
在我国,焚烧是一种应用范围最广的固体废物高温处置技术,也是处理固体有机废物最有效、最彻底的
方法。它是将固体废物置于高温炉中,使其中可燃成分充分氧化,最终转换成水与二氧化碳,经由净化操作
后直接排入大气。该技术常采用全封闭模式,以规避污染物泄露,全面控制生活垃圾的气味与渗滤液,这与
填埋与堆肥法相比具有一定优势。焚烧技术可使固废减容85%以上,不仅节约土地资源,而且焚烧热量可
回收用于发电和供暖等[11],适用于人口密集、土地资源紧张的区域。
但对焚烧技术水平、人员素质和技术管理有较高的要求,经济成本较大;垃圾预分选困难;焚烧的过程中
不仅会产生焚烧残渣,还有硫氧化物、氮氧化物等大气污染物,而且产生的飞灰中还携带了Hg,Pb 等重金属
和多环芳烃等污染物,这些都极大地威胁着环境安全和居民健康[12,13]。
2.3 固废堆肥
堆肥是指生物质有机物在微生物的作用下,进行生物化学反应,最终形成一种类似腐殖质的过程。产物
可用作肥料或土壤改良剂[14]。堆肥技术处理成本小、操作简单、能实现废物资源化利用。堆肥用于农田,改
善土壤中微量营养元素构成,同时增强土壤涵水能力和离子交换能力[15]。该方法主要适用于固废中可腐有
机物含量高以及待处理生活垃圾产品的消纳能力强的地区。
但是由固废处理而来的肥料仍存在一些问题,如在堆肥过程中重金属的累积和污染,这些重金属可在土
壤中长期存在并通过食物链逐级富集进入人体,危害人类健康[16]。简而言之,固废堆肥技术虽能实现“资源
化、减量化”目标,但长期严重的环境风险仍不可避免。
3 固废处理处置新技术
我国对固体废物污染控制起步较晚,近些年在固体废物的治理与利用方面虽然取得一定进展,但与欧美
日等发达国家相比,固体废物治理整体水平偏低,处理处置技术还远不能满足公众对良好生态环境的需
求[17]。为此,研究并开发费用低、处理彻底、无二次污染的新型清洁固废处理处置技术成为环境保护领域的
重要课题。在固体废物的处理处置技术研究中,已经涌现出许多高新技术如:热解法、厌氧沼气工程技术、共
处置法、等离子体技术等。
3.1 热解法
有机固体废物具有热不稳定性,热解法正是利用这一特点使有机固体废物在无氧或缺氧的条件下受热
分解。因其温度较焚烧法低很多,所以可以从有机固体废物分解产物中直接回收燃料油和燃料气等[18]。
热解法主要适用于处理有机废渣、油泥、有机污泥等有机物,虽然对设备要求较高,但热解可以产生无菌
废渣,且热解后的气体能与煤气混合使用;热解原料可以是固态废物、液态废物、油或含塑料垃圾等;热解工
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艺不易发生机械故障,与焚烧技术相比,具有处理范围更广、针对性更强、更环保以及可以得到更具有价值的
副产品等优点。
固废热解技术的研究开始于20 世纪60 年代,欧美发达国家在积极地进行研究,且已形成许多成熟的工
艺和操作方法[18]。目前国内已有对废旧塑料、有机污泥、废轮胎等固废采用流化床热解工艺制取燃气及燃
料油的研究[19,20]。
3.2 厌氧沼气工程技术
厌氧沼气工程是在温和条件下利用厌氧微生物对生物质有机组分进行分解,消化后的残渣和沼液是优
质的有机肥料,可用于农田土壤的改良,尤其是同步产生大量高热值含甲烷的沼气,能明显降低温室气体排
放量,是最有前景的生物质能源利用技术之一[21]。
20 世纪90 年代,厌氧沼气工程技术应用日益成熟,开始在德国及整个欧洲大规模投入使用[22]。目前国
内对厌氧沼气工程技术的研究还处于起步阶段,主要集中在对餐厨垃圾的厌氧消化处置上,但投入实际运行
的餐厨垃圾厌氧处置工程较少[23]。
厌氧消化技术具有能耗低、二次污染少、可产生清洁能源等优点,因此与其它处理技术相比,具有明显的
环境优势和更高的投入产出效益。随着高效预处理技术、特效菌种的研发以及过程控制技术的提高,传统过
程存在的技术问题逐步被克服[24-26],其优势和潜能将会越来越明显,厌氧沼气技术在我国餐厨垃圾处理方面
推广应用的潜力巨大。
3.3 共处置法
固体废物共处置是指在工业生产过程中使用固体废物,通过固废来替代一次燃料和原料,从固废中再生
能量和材料。尤其在建筑材料领域,共处置技术是解决大宗工业固体废物难题最有效的方法[27]。
共处置技术在发达国家已有三十多年的应用经验,环境效益、经济效益和社会效益明显[28]。国内水泥
企业目前正在大力尝试用工业废渣、有机废物代替原料及燃料,即废物的水泥原料化和燃料化。例如,水泥
窑协同处置城市固废技术替代部分燃煤及原料正实践于固废处理[29];采用“一磨多用”技术粉磨工业固体废
物作为水泥替代原料[30];采用磷石膏制备硫酸联产水泥等[31]。除建材外,很多行业也开展固废处理技术研
究,如利用炼铁高炉处理金属尾渣及矿砂、废塑料和煤焦油等[32],利用电厂锅炉处理污水厂污泥[33],已经取
得了较好的经济效益和环境效益。
处理各种固体废物将成为各企业“十三五”期间维持生存的重要法宝,甚至成为发展新行业的切入点。
充分开发工业窑炉进行工业固体废物、危险废物和有机废物协同处置技术,将固废处置与本行业的产业链相
结合,是未来固体废物处置的一个重要发展方向。
3.4 等离子体技术
采用等离子体技术处理固体废物的设备是等离子气化炉[34]。它是在高温条件(1 000~1 700 ℃)下将
固体废物彻底分解,再重新组合,有害物质、重金属被分离开来,其余部分熔融固化后形成玻璃体。采用该技
术可有效地摧毁二噁英和呋喃等有害物质;金属可回收使用;形成的玻璃体材料可用于生产耐用陶瓷等建
材,从而基本上实现污染物“零排放”[35]。
国外首先将等离子体技术应用在固化放射性废物上,该处理技术已较为成熟,在欧洲、亚洲一些国家核
电站已投入工业化使用[36,37]。我国在等离子体用于核废料处理领域起步较晚,国内的研究主要集中在工艺
尝试、探索和实验室小试、中试阶段[38-40]。国内不少学者将等离子体技术用于城市固废处理,主要集中在处
理电子垃圾、生化污泥、垃圾飞灰、医疗废物等领域[41-44],为应用于工程实践积累了经验。
等离子体技术在固废处理上以其高效率、安全、无二次污染的特点,具有良好的应用推广前景。
4 结论及展望
固体废物成分愈加复杂,为实现热解、厌氧沼气堆肥、共处置等清洁处理方式提供了物质条件。与传统
的固废处理方式相比,新型清洁处理技术效率高、环境友好,有明显的优势和先进性;随着技术壁垒的不断攻
克,运营成本的逐渐降低,未来必有广阔的发展前景。
因此各地区应该根据固体废物特性,本着因地制宜,因时制宜,因技术制宜的原则,选择针对性的处理方
法,分类化、集中化地处理固体废物,充分发挥各种处理技术的优势,形成完整的综合处理系统,从而改善整
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体处理效果,降低处理成本,最终实现固体废物减量化、资源化、无害化的目标。
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7 结 语
通航产业园以通航全产业集群为依托为载体,对于拉动社会经济发展,响应国家战略政策有着重大影响
和积极深远的意义,产业园的建设与发展充分整合利用土地、政策、资金及基础设施等资源,并与当地经济进
行融合达到互利共赢、可持续的发展态势。今后的产业园的空间布局上是否会有更适应我国国情的新模式
出现,有待我们进一步的思考与论证。
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