固体废弃污染物的化学处理技术

第1章 固体废弃污染物概述 1.1 固体废弃物的定义、来源和危害 1.1.1 固体废弃物的定义和来源 根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的规定，固体废弃物是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废弃物管理的物品、物质。 废弃物根据物质存在状态可以划分为固态、液态和气态废弃物质。对于液态和气态废弃物，如果其污染物质混掺在水和空气中，直接或者经过处理后排入水体和大气，称它们为废水和废气。而对于不能排入水体的液态废弃物和不能排入大气的置于容器中的气态物质，由于多具有较大的危害性，一般归入固体废弃物管理体系，如废油、废酸、废碱、废氯氟烃等。 固体废弃物具有鲜明的时间特性和空间特性。时间特性是指就目前的科学技术和经济条件而言，一时尚无法利用，随着科学技术的发展，今天的废弃物将成为明天的资源。空间特性是指废弃物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值，而非在一切过程或一切方面都没有使用价值，某一过程的废弃物往往是另一过程的原料；某一地点被丢弃的东西，又可能在另一地点发挥作用。 固体废弃物主要来源于人类的生产和消费活动，人类在资源开发和产品制造过程中，必然有废物产生，任何产品经过使用和消耗后，*终都会变成废物。 废物的来源大体上可分为两类：一类是生产过程中所产生的废物(不包括废气和废水)，称为生产废物。人类生产过程的每一个步骤都是固体废弃物的产生源，只是不同生产性质会产生不同类型的固体废弃物。另一类是在产品进入市场后在流动过程中或使用消费后产生的固体废物，称为生活废物。固体废弃物伴随着社会的存在和发展而产生，源自于人类生产和生活的每个角落。 1.1.2 固体废弃物的危害 1.对土壤的危害 固体废弃物不加以利用时就需要占地堆放，就会占用大量土地，随着堆积量的增加，占地面积也会增加。据估算，每堆积1万t废渣大约需要占地1亩（1亩≈666.67m2，后同）。许多城市利用市郊堆放城市垃圾，侵占了大量农田。土地是十分宝贵的资源，尤其是耕地，我国虽幅员辽阔，耕地却十分紧张，是世界平均值的1/3。由于垃圾产生量的增长速度很快，城市垃圾占地的矛盾也日益突出，目前我国约2/3的城市陷入垃圾的包围中；同时大量废弃物的堆积也严重破坏了地貌、植被和自然景观。固体废弃物的堆放和没有适当防渗措施的垃圾填埋，其中的有害物质很容易通过风化、雨淋、地表径流侵蚀渗入土壤之中，改变土壤的结构和性质。这些有害成分的存在，不仅妨碍植物根系的发育和生长，而且会在植物有机体内积蓄。人与受到污染的土壤直接接触，或者生吃受污染土壤种植的蔬菜、水果，就会危及人体健康。另外，土壤是许多微生物聚居的场所，这些微生物形成了一个生态系统，固体废弃物中的有害物质能够对土壤中微生物的活动产生影响，使土壤中的生态系统遭到破坏，甚至导致寸草不生。 2.对水体的危害 世界范围内有不少国家直接将固体废弃物倾倒于河流、湖泊或海洋，甚至把海洋当成处置固体废弃物的场所之一。固体废弃物弃置于水体，将使水质直接受到污染，严重危害水生生物的生存条件，并影响水资源的充分利用。 此外，堆积的固体废弃物经过天然降水或地表径流进入河流、湖泊或随风飘迁落入河流、湖泊并污染地表水，并随渗沥水渗透到土壤进入地下水，使地下水污染。 固体废弃物排入水体，还会导致河床淤塞，缩减江河湖面的有效面积，使其排洪和灌溉能力有所降低。目前我国每年在不同地区仍有成千上万吨的固体废弃物直接倾入江河湖海之中，产生的后果将是不堪设想的，这种局面不应再继续发展下去。 3.对大气的危害 堆放的固体废弃物中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬扩散到很远的地方，从而对大气环境造成粉尘污染。在我国的煤炭工业中，一些煤矿堆积在一起，这些煤石有可能会发生自燃，救援工作艰难，火势难以扑灭，大量的二氧化硫被释放出来污染环境。诸如水泥和粉煤灰之类的固体废弃物扩散到空气中，使空气变脏，危害人类健康。堆积的废弃物中某些物质的分解和化学反应可以不同程度地产生毒气或恶臭，造成垃圾堆放场区臭气冲天、老鼠成灾，有大量的含氨、硫污染物的释放，造成地区性空气污染。当温度和湿度都满足时，有机固体废弃物会被微生物分解，释放出大量有害气体造成大气污染。例如，变质的果制品固体在没有及时处理的情况下会形成固体废弃物散发出腥味来污染大气。废弃物填埋场逸出的沼气，会消耗上层空间中的氧使植物衰败。沼气中的CH4会对臭氧层造成破坏，其破坏力比CO2大得多。 4.对人体健康的危害 在固体废弃物特别是有毒有害固体废弃物存放、处理处置和利用过程中，因其具有毒性、易燃性、反应性、疾病传染性等特点，若处理不当，一些有害成分会通过水、大气、食物等多种途径被人类吸收，危害人体健康。工业废弃物所含化学成分可污染饮用水，生活垃圾携带的病原菌、垃圾焚烧过程中产生的飞灰、二英等都会对人体健康造成严重的影响。 5.对环境卫生的危害 我国生活垃圾、粪便的清运能力较低，无害化处理低，很大一部分垃圾堆放在城市的一些死角，严重影响城镇的环境卫生。未进行处理的工业废渣、露天堆放的垃圾等，除了导致直接的环境污染外，还严重影响了城市容貌和环境卫生。其中“白色垃圾”对环境和市容的影响就是*典型的例子。 1.2 固体废弃物的分类 固体废弃物有不同的来源，而不同来源的固体废弃物具有不同的特征。对于不同的固体废弃物应采用不同的处理、技术和管理方式，因此对固体废弃物进行分类具有非常重要的意义。目前，固体废弃物的分类方法主要有三种：按组成分类、按污染特性分类以及按固体废弃物来源分类。 1.2.1 按组成分类 固体废弃物按其组成可分为有机废弃物和无机废弃物。有机废弃物是指废弃物的化学成分主要是有机物的混合物；无机废弃物是指废弃物的化学成分主要是无机物的混合物。 1.2.2 按污染特性分类 按污染特性分类可以分为危险废弃物和一般废弃物。危险废弃物通常带有一定的毒性、腐蚀性、传染性，这些垃圾的存在对人们生活的影响明显高于一般性固体垃圾。高毒性、腐蚀性、传染性固体废弃物来源非常广泛，成分复杂多变，并且在不同行业领域产生的危险固体废弃物的性质也大不相同。通常，医疗废弃物、工业源废弃物、社会源废弃物、电子废弃物都是高危险固体废弃物的主要类型。一般废弃物是指除危险废弃物以外的废弃物。 1.2.3 按固体废弃物来源分类 按其来源可分为工业废弃物、矿业废弃物、城市垃圾、农业废弃物和放射性废弃物等。根据来源区域的差异，将固体废弃物分为城市生活垃圾、工业固体废弃物和危险废弃物三类进行管理。 1.城市生活垃圾 生活垃圾是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废弃物，包括城市生活废弃物和农村生活废弃物，由日常生活垃圾、保洁垃圾、商业垃圾、医疗废弃物垃圾、城镇污水处理厂污泥、文化娱乐业垃圾等为生活提供服务的商业或事业所产生的垃圾组成。它的主要特点是成分复杂，有机物含量高，产量不均匀。生活垃圾主要有纸品类、金属类、塑料类、橡胶类、玻璃类、废电池类、电子废弃物及有机垃圾等。生活垃圾的组分复杂多变，受生活区域的规模、居民生活习惯、能源结构、城市发展水平、消费水平、地理气候及季节变化等诸多因素影响。 伴随我国经济和城镇化水平不断提升，城市生活垃圾产量日益增多。截止到2016年底，全国城市生活垃圾清运量高达2.04亿t，在近20年里翻了一倍。目前城市生活垃圾比较突出的是电子废弃物及塑料薄膜白色污染。至今，许多城市的垃圾处理方式还是以卫生填埋为主，无任何防护措施，大量垃圾污水由地表渗入地下，对大气、土壤、水体环境造成了很大污染，严重危害人类健康。另外，单一的垃圾处理方式难以应对生活垃圾的大幅提升以及垃圾组分复杂的问题，因此会引发一系列生态环境问题，造成垃圾围城的困境，制约城市的可持续发展。 2.工业固体废弃物 工业固体废弃物是指工业生产、加工过程中产生的固体状、半固体状和高浓度液体状废弃物，主要形态有废料、废渣、粉尘和污泥等。按行业划分，工业固体废弃物可以分为矿业固体废弃物、冶金工业固体废弃物(如高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣等)、能源工业固体废弃物、石油工业固体废弃物(如碱渣、酸渣等)、化工固体废弃物(如硫酸渣、废石膏、盐泥废石、化学矿山尾矿渣等)、燃料灰渣(如粉煤灰、煤渣、烟道灰、页岩灰等)等。典型的工业固体废弃物来源与种类如表1-1所示。表1-1工业固体废弃物来源与种类工业类型产废工艺废弃物种类军工及副产品生产、装配金属、塑料、橡胶、木材、织物等食品类产品加工、包装、运送肉、油脂、蔬菜、水果、果壳等织物产品编织、加工、染色、运送织物及过滤残渣服装裁剪、缝制、熨烫织物、纤维、金属、塑料木材及木制品木质容器、各类木制产品的生产碎木头、刨花、锯屑、金属、塑料、胶、涂料等金属家具家庭及办公家具的生产、锁、弹簧、框架金属、塑料、树脂、玻璃、木头、橡胶、织物等纸类产品造纸、纸和纸版制品、纸板箱及纸容器的生产纸和纤维残余物、化学试剂、包装纸及填料等化学试剂及其产品无机化学制品的生产和制备(药品、涂料、油漆等)有机无机化学制品、金属、塑料、涂料、溶剂等石油精炼及其工业生产铺路和覆盖屋顶的材料沥青和焦油、石棉、织物、纤维等橡胶及各种塑料制品橡胶和塑料制品的加工工业橡胶和塑料碎料、化合物染料等皮革及皮革制品皮革和衬垫材料加工业皮革碎料、线、染料、油等金属工业冶炼、铸造、锻造冲压、滚轧、成型黑色及有色金属碎料、炉渣、铁屑、润滑剂等金属加工产品金属容器、手工工具、非电加热器、管件附件加工产品、农用机械设备、金属丝和金属的涂层与电镀金属、尾矿、炉渣、铁屑、涂料、溶剂、润滑剂等机械(不包括电动)建筑、采矿设备、电梯、输送机、卡车、拖车、升降机、机床等炉渣、尾矿、铁芯、金属碎料、木材、塑料、树脂、橡胶、涂料等电动机械电动设备、机床、冲压、焊接机械等金属碎料、炭、玻璃、橡胶、树脂、纤维、织物等运输设备摩托车、卡车、飞机、船舶等金属碎料、玻璃、橡胶、塑料、树脂、纤维、织物、石油产品等专用控制设备生产工程、实验室及研究仪器等金属、玻璃、橡胶、塑料、树脂、纤维、织物等〖KH-*2〗相关数据表明，近年来，我国在日常工业生产过程中产生的固体废弃物的总量呈逐年上升的态势，尤其在经济快速发展、迅速工业化的新时代背景下，工业固体废弃物的同比年均增长率达到了10%。热力行业、电力电气行业、有色金属采集行业、黑色金属加工冶炼行业以及黑色有色金属矿采行业所产生的废弃物占到了国内工业固体废弃物总量的80%以上，并且因为处理方式方法不够先进的原因，资源浪费的现象在这些行业中也屡见不鲜。 3.危险废弃物 危险废弃物是指列入《国家危险废物名录》或者根据国家规定的危险废弃物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废弃物。它是从对环境的是否危害的角度来分类的，是相对于无危害的一般固体废弃物而言的。危险废弃物是一类对环境影响极为恶劣的废弃物，许多国家或组织对其定义不同。概括中国、美国以及世界卫生组织的定义，危险废弃物是当操作、储存、运输、处理或其他管理不当时，会对人体健康或环境带来重大威胁，因而必须对其进行特殊处理和处置的极为恶劣的固体废弃物称为危险废弃物。 1.3 固体废弃物的处理技术 固体废弃物处理是指将固体废弃物转变成适用于运输、利用、储存或*终处置的过程，主要处理方法有土地填埋法、物理处理法、生物处理法、化学处理法等。 1.3.1 土地填埋法 固体废弃物的土地填埋是一项*终处置技术，也是固体废弃物*终处置的一种主要方法。土地填埋处理技术是将固体废弃物直接填入深层土地中，