第七章 固体废弃物处理与资源化利用

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1、第七章固体废弃物处理与资源化利用第一节固体废弃物概述固体废弃物（简称废弃物）是指在社会的生产、流通、消费等一系列活动中产生的一般 不再具有原使用价值而被丢弃的以固态和泥状存在的物质，或者是提取目的成分后弃之不用 的剩余物质。主要包括工业废弃物和生活废弃物。一、固体废弃物的来源和分类1. 固体废物的来源固体废物来自人类生产和生活过程中的很多环节。2固体废物的分类和主要理化性质 固体废弃物分类方法很多，按组成可分为有机废物和无机废物；按形态可分为固体（块 粒、粒状和粉状）和泥状（污泥）等废物；按来源可分为工业废物、矿业废物、城市垃圾、 农业废物和放射性废物；按其危害状况可分为有害废物和一般废弃物。

2、但较多以来源进行分 类。1. 产业固体废弃物产业固体废弃物是工农业生产企业在生产过程中未被利用的副 产物，分为以下两类： 工业独体废弃物是指工业生产过程和工业加工过程产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥 等 农林固体废弃物农林牧副渔各项活动中丢弃的固体废物，主要成分是秸秆、树枝、 树叶等，以及动物尸体和骨髓，工业化畜禽场产生的大量粪便废物。2. 生活消费固体废弃物是指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等过程产生的固体废弃物。3. 有害固体废弃物和放射性固体废弃物有害固体废弃物，国际上称之为危险固体废物。这类废物具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性，因而可能 对人类的生活环境产生危

3、害。我国目前将固体废弃物分为四大类：城市生活垃圾、一般工业固体废弃物、有害固体废 弃物和其他。其中反射性固体废弃物和有害的固体废物不属于一般的工业固体废物，属于专 门管理类型。二、固体废弃物污染环境的特点1. 废弃物的污染途径 由于固体废弃物来源途径不同，所含的有害有毒成分以及病原微生物类型以不同，由此其污 染途径也是不同的。一是工矿企业固体废物所含化学成分形成的化学物质性污染；二是人畜 粪便和生活垃圾成为各种病原微生物的孽生地和繁殖场，对环境构成病原体型污染。2. 固体废弃物的污染和环境危害 我国是世界上人口最多的国家，现有城市350多个，城市人口达2 亿多，年产垃圾5000多 万吨，并且每

4、年还以10%的速度增长，到2000年城市垃圾总量已达到17560 万吨。工业固 体废物是我国另外一类重要的废弃物，到1995 年工业固体废弃物排放量达61420万吨，预 计 2000 年可达 69350 万吨，综合利用率仅为 28.2% ，而工业固体废弃物累计堆存量达 67.5 亿吨。乡镇企业是我国国民经济的一支重要力量，1985 年，全国乡镇企业1094 万个，总产 值为2481亿元，而到了1993年已达2.9 万亿元。据统计，我国万元产值乡镇企业固体废渣 的排放量为4.85 吨，因此粗略估算全国乡镇企业排放的废渣重量可达14 亿吨。 城市垃圾如果处理不当，直接适用于农田，对农业环境的危害与

5、污染主要表现在：一是对土壤理化性状将产生不良影响。中国农业科学院土肥所得试验表明，亩施lOOOOKg 未经处理的垃圾，在020cm的土层中，土壤渣砾（2mm）和砂砾（0.01mm）的组分上 升，而土壤粘粒（0.005mm）和粉砂粒（0.010.005mm）的组分大幅度下降，从而使土壤 保水能力下降，土壤阳离子代换量减少 13%22%，氮素和钾素流失严重。二是长期使用垃圾将导致农田中重金属含量积累。中国农科院土壤所对小麦连续两年施用垃 圾实验，每亩产500Kg，发现小麦籽粒中重金属含量比使用化肥处理的高。三是日益增多的有机合成材料和塑料及其制品，大部分未经利用随垃圾进入农业环境。破碎 的塑料薄膜

6、残体被埋入土中，阻碍了土壤水分输送和植物根系的伸长，不利于作物生长发育。 四是由于城市垃圾多未经任何无害化处理直接是与农田，就将会产生大量的细菌类病原菌、 病毒和寄生虫卵带入=土壤，成为各种疾病的传播源。三、固体废物的污染控制途径与技术措施1. 污染控制途径（1）完善和改造生产工艺从改造和完善企业技术入手，减少固体废物的产生量。（2）发展物质循环工艺往往单个产品的生产企业所生产的废物可能是下一个企业的原料。 因此发展多级物质循环工艺，这样最后剩下少量废物进入环境，达到经济、环境和 社会的综合效应。（3）进行综合利用积极开展固体废物资源化利用途径和技术。（4）进行无害化处理与处置利用对非等生物方

7、法、热处理和固化处理方法对固体废物进 行无害化最终处置，以达到固体废物排放标准。2. 控制固体废物污染的技术政策 我国在20世纪80年代初期开始有限地进行资源化，并于20世纪80年代中期提出了“资 源化、无害化和减量化”作为控制固体废物污染的技术政策。由于受资金、技术和其他原因 限制，是我国固体废物利用的发展趋势采用无害化为先导、资源化为目的，进行减量化。 无害化是指将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围环境。无害化处理 的方法很多，如垃圾卫生填埋、高温堆肥、沼气发酵等。此外采用焚烧、热解等方法也可以 明显达到无害化处理目的，但是我国固体废物的类型不同，其特性也很大不同，不能采

8、用一 种方法去处理任何一种废弃物。如城市垃圾处理，若采用焚烧方法虽然可以有明显的无害化 效果，但需配合能耗和要求高热能的垃圾，才能实现，而我国的垃圾组成可燃成分偏低，不 适宜采用焚烧方法，而采用高温堆肥技术较为经济、有效。 减量化是通过适宜的手段减少固体废物的数量和容积。其具体做法是采用固体废物处理方法， 即通过如堆肥、焚烧等处理方法达到减量化。另外一方面是在生产过程中减少固体废弃物的 产生。 资源化是采用工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源或者通过一定的技术措施达到 使固体废弃物重新利用的目的。四目前固体废弃物资源利用存在的问题【1】1 没有长远的统一规划，管理环节薄弱。有的固体废弃物资

9、源利用事业尚未制定一个长期的统一规划，各地市在进行垃圾处理厂 建设时各行其是，技术选用不当，垃圾处理厂选址、布局不合理或项目建成后不能正常运行 的情况时有发生。已建垃圾处理厂的城市，往往忽视对垃圾处理各个环节的管理，特别是垃 圾源头的管理工作。个别垃圾处理厂在日常运行中不按规范标准和运行程序操作，造成资金 浪费及周边环境的污染。2 处理技术落后，无害化处理率低由于缺乏资金投入，固体废弃物资源利用技术尚处于初始发展阶段。采用简易填埋或原 始堆放的方式，这些固体废弃物简易填埋或露天堆放，造成周边环境污染，不仅感观污染， 更严重的是对地下水、农田、土壤、大气的污染。许多城市都发生过由于垃圾渗滤液污染

10、农 田而支付赔偿的事件。3 收集手段落后，资源化利用率低4 固体废物再资源化的途径很多固体废物具有两重性，它虽占用大量土地，污染环境， 但本身又含有多种有用物质。20 世纪 70 年代以前，世界各国对固体废物的认识还只是停 留在处理和防止污染上。20 世纪 70 年代以后，由于能源和资源短缺，以及对环境问题认 识的逐步加深，人们已由消极的处理转向再资源化。资源化就是采取管理或工艺等措施，从 固体废物中提取有利用价值的物资和能源。我国在农业废弃物利用方面尚存在诸多问题，包括农业废弃物产生量巨大且总量不清、 农业废弃物粗放低效利用且闲置状况严重、农业废弃物利用技术与产业化水平滞后，以及农 业废弃物

11、利用相关的政策法规与社会化服务体系不健全等问题，我国农业废弃物资源化利用 的几个发展方向，即向能源化、肥料化、饲料化、材料化、基质化和生态化发展。在此基础 上提出了我国农业废弃物资源化发展的对策措施，包括：（1）建立与健全农业废弃物资源化 利用与无害化处理相关的政策法规；（2）结合新农村建设，加大资金扶持力度，加强农业废 弃物利用的基础设施建设；（3）加快推动农业废弃物资源化利用的产业化进程，大力发展循 环经济；（4）鼓励和推动农业废弃物资源化利用技术的创新研究、示范与推广工作【2】 第二节有机固体废弃物的农业利用技术固体废弃物中有许多种类属于可降解和可利用的有机的有击鼓固体废弃物：生活污泥、

12、城市 生活垃圾、糖厂废渣、畜禽粪便、农林产品加工废弃物、食品工业废弃物等。因此按照无害 化、资源化途径可以将之首先无害化处理，再进一步转化为其他农业可利用的资源，如堆肥， 颗粒化复合肥，沼气发酵生产沼气和沼肥。一、有机废弃物的能源利用1. 厌氧产沼厌氧发酵产沼是利用微生物在隔绝空气的条件下分解废物中的有机物的一种方法，代谢 过程中产生以甲烷为主的可燃性气体即沼气。沼气是一种比较清洁的能源，是固体废弃物能 源回收的重要方法之一。厌氧产沼可以在专门的厌氧发酵罐中进行，也可在填埋坑进行，其原理相同。（1）厌氧发酵产沼的基本原理厌氧发酵大体分为3 个阶段：第一阶段，固体有机物在纤 维分解菌、蛋白水解菌

13、等体外酶解作用下，将复杂的有机物水解成简单的可溶性有机物，如 多糖类水解成单糖，蛋白质转变成氨基酸，脂肪变成甘油和脂肪酸等。第二阶段是在产酸菌 （主要是醋酸分解菌）作用下，把第一阶段产物转变成低分子挥发性脂肪酸，如乙酸、丙酸 和丁酸等。第一、二阶段中起作用的细菌统称为不产沼（甲烷）菌，是兼性厌氧微生物。第 三阶段是在产甲烷菌把简单的有机物发酵成甲烷和二氧化碳等，这类微生物实验个厌氧的， 其生长繁殖速度非常慢，比对环境的十分敏感。工程上为了控制、操纵的方便往往把上述过 程只分为产酸和产沼两个阶段。（2） 厌氧发酵的工艺参数与影响因素 有机物投入量厌氧发酵罐中，发酵原料液所含的固形物浓度（蒸发残渣

14、 TS ），极限 是 10%12%，下水污泥是 2%5% ，家畜粪尿是 2%8%，一般认为极限是 8% 。固 形物分为挥发性有机物（6000C强热减量）和灰分。适宜的有机物投入量需根据菌 体的性质、发酵温度等决定。如对于单厌氧发酵槽方式甲烷发酵法，用猪粪做为 基质时，中温发酵的有机复合是每天23Kg挥发型固体，高温发酵的有机复合是 56Kg;固形物中有机物含有率通常是60%80%,甲烷发酵后35%45%。 营养为使甲烷发酵有效地进行，C/N比和C/P比是重要的因素。碳为微生物提供能 源，氮、磷作为形成微生物的氨基酸、蛋白质、核酸的最重要营养源。产生沼气 的最佳C/N比是1216。C/N比小时，

15、C不足，菌体繁殖速度降低，氮不能充分利 用，过剩的氮变成有利的氮，对甲烷菌的活动有抑制作用。 粒度粒度要尽可能地小，因发酵过程是在可溶性有机物中进行的。 发酵温度发酵温度和有机物负荷与沼气生成量有关，所以希望尽可能是发酵温度 恒定。 发酵槽搅拌适当的搅拌有利于物料充分混合并使浮渣充分破碎。圆锥形、卵形的 发酵槽不会产生死角，容易混合。搅拌的方式有泵循环、机械搅拌、浮渣破碎机、 气体搅拌等。 厌氧状态（氧化还原电位）在产酸阶段，属兼性阶段，因此有养或缺氧情况下也 能增殖。在产沼阶段，是绝对厌氧的，氧的存在起阻碍作用，因此应完全密闭， 发酵液中氧的存在程度可用氧化还原电位（ORP）表示。 加温厌氧

16、发酵要有适宜温度，为了保持良好状态必须加温。 平均滞留时间平均滞留时间是指水力学的平均滞留时间，用调整浓度后的原料液 的体积流量出发酵槽的液体容积而求得。平均滞留时间的倒数定义为连续发酵槽 的稀释率。 pH值的影响在产酸阶段因是兼性厌氧菌，pH值得允许范围是4.04.5,。在产沼阶 段甲烷菌群很容易受pH值得影响，在兼性厌氧菌群和绝对厌氧菌群共生的系统， pH 值 6.57.5 最适宜。 铵浓度原料中氮化合物的时候，由于甲烷发酵，蛋白质、氨基酸、尿酸、尿素等 被分解成铵盐。铵浓度在50008000mg/L时，对产沼发生阻碍。也有报道，对家 畜粪尿从3000mg/L就开始发生阻碍。在原料中氮化合物多时，为避免这种阻碍， 用适当的碳源来调整C/N值至1216.阳离子及其化合物据报道，铵盐、钠、钾、重金属、