第十一章 固体废物资源化、综合利用与最终处置.ppt.ppt

第十一章固体废物资源化 综合利用与最终处置 环境工程学 石河子大学师范学院地理系 第一节固体废物资源化的意义与资源化系统一 固体废物资源化的意义固体废物资源化不仅具有环境意义 而且对社会经济的发展也有十分重要的意义 尤其是实施固化废物资源化在经济可持续发展战略中具有十分重要的意义 二 城市垃圾资源化系统 城市固体废物 处理与材料分选 化学与生物转化及综合利用 能源转化 最终处置 回收原材料 处理后的组分 能源产品 电能或热能 前处理系统 后处理系统 能源转化系统 系统边界 回收原材料 城市垃圾资源化系统 第二节材料回收系统材料回收系统 城市垃圾中含有的废纸 废橡胶 玻璃 塑料 纺织品 废钢铁与非铁金属等 都有有用的原材料 通过适当的组合处理工艺 可以一一得到加工 分选与回收 这种由单元技术组合处理工艺 形成对城市垃圾加工 分选的工程系统 国内两套不同的垃圾分选处理系统 南方垃圾分选处理系统 北方垃圾分选处理系统 国外城市垃圾分选回收的几种典型系统 常规简易材料回收系统 除适用于人工可捡选的废物外 以回收钢铁金属为主 多种物料回收系统 适用于含可回收物料种类较多的城市垃圾 家庭垃圾分选回收流程 第三节生物转化产品的回收城市垃圾中含有多种可生物降解的有机物 除食品废物占有较大比例外 废纸类与庭院废物也具有生物与化学转化性质 经过处理与物料分选回收 此类有机物进一步富集于轻组分之中 有利于生物转化处理 通过生物转化过程 可获得腐殖肥料 沼气或其他生物化学转化产品 如饲料蛋白 乙醇与糖类等 生物转化工艺主要包括堆肥化和厌氧生物发酵技术 一 城市垃圾堆肥化 一 原理 垃圾堆肥化是在一定的人工控制条件下 通过生物化学作用 使垃圾中的有机成分分解转化为比较稳定的腐殖肥料的过程 其实质是一种发酵过程 根据发酵过程中微生物对氧的需求关系 又可分为好氧与厌氧两种堆肥方式 二 好氧堆肥工艺过程 好氧堆肥化过程实际上是有机废物的微生物发酵过程 只进行到腐熟阶段 并不需有机物的彻底氧化 一般认为堆料中易降解有机物基本上被降解即达到腐熟 若堆肥过程产生热量 堆肥向环境的散热 堆肥物料的温度 短期内就可达到60 70 甚至80 然后逐渐降温而达到腐熟 在堆肥过程中 堆内的有机物 无机物发生着复杂的分解与合成的变化 微生物组成也发生着相应的变化 工厂化机械堆肥 先进的 很有前途的快速堆肥方法 目前堆肥生产主要采用这种工艺 尽管这种堆肥系统形式多种多样 但基本工序通常都由预处理 主发酵 一次发酵 后发酵 二次发酵 后处理及贮藏五个工序组成 好氧堆肥工艺 野外人工堆肥 在传统的农家堆肥的基础上发展起来的 操作简单 费用低廉 许多国家都有应用 按堆肥配料比将垃圾 污水处理厂污泥或粪便等进行调配 选择野外空地 堆成平行条堆 每堆宽1 2 2m 长1 8 3m 用人工定期翻动 一般每周1 2次 直到发酵完毕 该方法对通气 水分 温度等条件不易控制 这种好气堆肥工艺适用于分散的农家堆肥 工厂化机械堆肥工艺流程 上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程 武汉市城市垃圾堆肥发酵系统 杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图 长野县堆肥化系统流程图 德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程 二 城市垃圾厌氧消化处理与沼气回收通过厌氧细菌的生物转化作用 将城市垃圾中大部分可生物降解的有机质转化为能源产品 沼气 是城市垃圾又一资源化途径 城市垃圾厌氧消化工艺流程 预处理 配料制浆 厌氧消化处理与沼气回收 厨余垃圾厌氧发酵工艺流程 离心机等脱水机械 粗大物体如骨头 兼性和厌氧微生物菌种 去除发酵气中h2s等杂质气体 典型的大型工业化沼气发酵工艺流程 三 生物化学处理新技术在固体废物资源化中的应用新开发的生物化学技术已应用于某些单一性工业废渣与城市垃圾的处理 并可回收专项转化产品 如 利用生物酶催化作用 催化水解含纤维素的固体废物 并回收饲料葡萄糖 精制葡萄糖乃至单细胞蛋白与洒精等产品 糖化处理 生产单细胞蛋白和生产酒精 废纤维素酶解制取葡萄糖的工艺流程图 单细胞蛋白 singlecellprotein简称scp 通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质 又称微生物蛋白 这些微生物蛋白不仅蛋白质含量高于传统的蛋白质食品 而且氨基酸组成齐全 配比适当 富含人畜生长代谢必需的8种氨基酸组分和多种维生素 是理想的食品和动物饲料来源 蔗渣生产单细胞蛋白工艺流程图 固体废物生产酒精 许多含纤维素 淀粉和糖的废物都可用来发酵生产酒精 如稻草 玉米杆 麦杆 玉米芯以及废弃腐烂的水果等 纯酒精或汽油和酒精的混合物都可作一次燃料 以糖蜜为原料生产酒精的工艺流程图 第四节城市垃圾焚烧与热转化产品的回收一 城市垃圾焚烧概述焚烧法是一种高温热处理技术 即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应 废物中的有害有毒物质在高温下氧化 热解而被破坏 是一种可同时实现废物无害化 减量化 资源化的处理技术 1 焚烧的目的焚烧的主要目的是尽可能焚毁废物 使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容 并尽量减少新的污染物质产生 避免造成二次污染 对于大 中型的废物焚烧厂 能同时实现使废物减量 彻底焚毁废物中的毒性物质 以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的 2 可焚烧处理的废物类型焚烧法不但可以处理固体废物 还可以处理液体废物和气体废物 不但可以处理城市垃圾和一般工业废物 而且可以用于处理危险废物 危险废物中的有机固态 液态和气态废物 常常采用焚烧来处理 在焚烧处理城市生活垃圾时 也常常将垃圾焚烧处理前暂时贮存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧处理 焚烧适宜处理有机成分多 热值高的废物 当处理可燃有机物组分很少的废物时 需补加大量的燃料 这会使运行费用增高 但如果有条件辅以适当的废热回收装置 则可弥补上述缺点 降低废物焚烧成本 从而使焚烧法获得较好的经济效益 3 废物焚烧处理方式废物焚烧处理的工艺流程及其焚烧炉的结构 主要由废物种类 形态 燃烧特性和补充燃料的种类来决定 同时还与系统的后处理以及是否设置废热回收设备等因素有关 一般说来 对于易处理 数量少 种类单一及间歇操作的废物处理 工艺系统及焚烧炉本体尽量设计得比较简单 不必设置废热回收设施 对于数量大的废物 并需连续进行焚烧处理时 焚烧炉设计要保证高温 除将废物焚毁外 应尽可能地考虑废热回收措施 以充分利用高温烟气的热能 二 焚烧炉类型固体废物焚烧炉种类繁多 主要有炉排型焚烧炉 炉床型焚烧炉和沸腾流化床焚烧炉三种类型 但每一种类型的炉子又视其具体的结构不同又有不同的型式 具体分为以下几种类型 1 炉排型焚烧炉固定炉排焚烧炉 活动炉排焚烧炉 即为机械炉排焚烧炉 典型的机械炉排焚烧炉 马丁炉 吊车 装料 通道 抓斗 废热锅炉 出灰机 机械炉排 炉体 2 炉床式焚烧炉炉床式焚烧炉采用炉床盛料 燃烧在炉床上物料表面进行 适宜于处理颗粒小或粉状固体废物以及泥浆状废物 分为固定炉床和活动炉床两大类 3 流化床焚烧炉这是一种近年发展起来的高效焚烧炉 利用炉底分布板吹出的热风将废物悬浮起呈沸腾状进行燃烧 一般常采用中间媒体即载体 砂子 进行流化 再将废物加入到流化床中与高温的砂子接触 传热进行燃烧 循环流化床焚烧炉 三 城市垃圾焚烧系统一个完整的城市垃圾焚烧热源回收系统通常包括七个支系统 垃圾处理与储存系统进料系统燃烧室废气排放与污染控制系统排渣系统焚烧炉的控制与测试系统热资源回收系统 垃圾焚烧的典型过程 深圳垃圾焚烧厂主要工艺流程 规模300t d 该厂于1985年11月破土动工 1988年6月试车成功 同年11月正式投产 总投资4729万元 四 焚烧炉的效率 一 炉渣中可燃物剩余率e 1 mr mf 100 二 等值浓度公式e 1 fr ar fr 五 热转化产品与能源的利用城市垃圾采用焚烧处理过程中 焚烧炉产生的蒸汽可以并入城市热力管网 供民用与工业用 但由于处理厂大都远离城市与居民区直接利用不方便 因此 需要将焚烧产物进一步转化为易于输送的能源 如城市垃圾热转化系统与电站合建 和产电能 广州市李坑生活垃圾焚烧发电厂 上海江桥生活垃圾焚烧厂 第五节固体废物的最终处置一 最终处置的涵义与处置途径固体废物经过减量化和资源化处理后 剩余下来的无再利用价值的残渣 往往富集了大量的不同种类的污染物质 对生态环境和人体健康具有即时性和长期性的影响 必须妥善加以处置 安全 可靠地处置这些固体废物残渣 是固体废物全过程管理中的最重要环节 固体废物最终处置的途径可归纳为两种 陆地处置与海洋处置 陆地处置是当前国际上较普遍采用的基本途径 如陆地填埋处置 土地耕作处置 深井灌注 尾矿坝 废矿坑处置等 二 城市垃圾陆地填埋处置土地填埋处置的种类很多 采用的名称也不尽相同 按填埋场地形特征可分为山间填埋 峡谷填埋 平地填埋 废矿坑填埋 按填埋场地水文气象条件可分为干式填埋 湿式填埋和干 湿式混合填埋 按填埋场的状态可分为厌氧性填埋 好氧性填埋 准好氧性填埋和保管型填埋 按固体废物污染防治法规 可分为一般固体废物填埋和工业固体废物填埋 1 山谷型填埋我国大部分填埋场属山谷型填埋场 通常的做法是在山谷出口处设一垃圾坝 在填埋场上方设挡水坝 在填埋场四周开挖排洪沟 严格控制地表排水不进入填埋场 对于安全土地填埋场 还需要采取防渗措施 山谷型填埋法主要是利用山坡地带的地形 占地少 填埋量大 覆盖土可不需外运 2 平地型填埋方法平地型可分为地上式 地下式及半地下式 而地上式填埋通常适用于地下水位较高或者地形不适于挖掘的地方 是地下水位较高的平原区唯一可能采用的方法 一 填埋场选址一个固体废物填埋场场址的选择和最终选择确定是一个复杂而漫长的过程 必须以场地详细调查 工程设计和费用研究 及环境影响评价为基础 大多数城市和地区在实施固体废物管理计划时 最困难的任务是选择一个合适的填埋场场址 它制约了填埋场工程安全和投资程度 在此将对填埋场选址的要求 必须考虑的因素及选址过程进行讨论 填埋场选址总原则 以合理的技术 经济方案 尽量少的投资 达到最理想的经济效益 实现保护环境的目的 在规划一新的填埋场时 首先应对适宜处置废物的填埋场场址进行现场勘查 并根据所能收集到的当地地理 地质 水文地质和气象资料 初步筛选出若干可供建设城市垃圾卫生填埋场的地区 再根据选址基本准则 对这些可供选择的场址进行比较和评价 在评价一个用于长期处置固体废物的填埋场场址的适宜性时 必须考虑的因素主要有以下几个方面 1 场地有效利用面积 2 运输距离 3 场址限制条件对居民区的影响 场址至少应位于居民区1km 参照德国标准 以外或更远 运输或作业期间有害废物飘尘或气味应在当地气象扩散条件下不影响居民区 并在建场前应做好这方面的环境影响评价 填埋场在作业期间 噪声的影响应符合居民区的噪声标准 填埋场能否对居民区造成影响 关键是场地距居民区的安全距离 目前在国内很少有实践经验 参照国外的有关规范是很有必要的 4 地形 地貌及土壤条件 场地地形 其坡度应有利于填埋场施工和其它配套建筑设施的布置 不宜选址在地形坡度起伏变化大的地方和低洼汇水处 原则上地形的自然坡度不应大于5 场地内有利地形范围应满足使用年限内可预测的固体废物产生量 应有足够的可填埋作业的容积 并留有余地 应利用现有自然地形空间 将场地施工土方量减至最小 作为防渗层使用的粘土密封层材料和作为排水层的滤料材料因用量大 为了节省投资 应尽量就地取材 并应有充足的可采量的质量来保证填埋场的施工要求 5 气象条件 6 地质和水文地质条件 场址应选在渗透性弱的松散岩层或坚硬岩层的基础上 并具有一定厚度 场地基础岩性应对有害物质的运移 扩散有一定的阻滞能力 场地基础的岩性最好为粘性土 砂质粘土以及页岩 粘土岩或致密的火成岩 场地应避开断层活动带 构造破坏带 褶皱变化带 地震活动带 石灰岩溶洞发育带 废弃矿区或坍陷区 含矿带或矿产分布区 以及地表为强透水层的河谷区或其他沟谷分布区 7 当地环境条件 填埋场场地位置选择 应在城市工农业发展规划区 风景规划区 自然保护区之外 应在供水水源保护区和供水远景规划区之外 应具备较有利的交通条件 填埋场在其运营期间应尽可能减少对周围景观的破坏 并且不要对周围主要的有价值的地貌 地形造成不必要的损坏 在填埋前必须制定一个计划 避免产生不利的景观影响 并确保在封场后尽快加以复原 填埋场可用树木或灌木或借助自然地形将填埋场与周围公众活动场所隔开 以改变视野 封场后 应尽快使填埋场同周围环境融为一体 填埋场使用完毕 封场后 场地可考虑作为其他目的的开发利用 二 填埋场中的渗滤液固体废物填埋场对环境的影响 主要是废物在填埋处置过程中产生的含有大量污染物的渗滤液所造成的 渗滤液的污染控制乃是填埋场设计 运行和封场的关键性问题 1 渗滤液的产生与迁移控制a 渗滤液的产生与性质卫生填埋场渗滤液来源于被填埋垃圾自身生物降解的产物 以及外部地面径流水和地下水通过垃圾层时携带其中可溶性与悬浮性污染物而下渗的液体 b 填埋场渗滤液的主要成分 1 常见元素和离子 如mg fe na nh3 碳酸根 硫酸根和氯根等 2 微量金属 如mn cr ni pb cd等 3 有机物 常以bod cod来计量 酚等也可以单独计量 4 微生物 c 渗滤液的控制措施垃圾填埋场渗滤液是高污染废液 必须严密控制其向地下水迁移 因此 预设防渗层是十分必要的 通常利用不透气性材料在填埋场四周铺衬全封闭型防渗层 最经济的防渗材料为压实黏土衬层 另外改良沥青或沥青混凝土以及压实土喷涂混凝土等也可作为防渗层材料 为能将聚集于防渗层上部的渗滤液及时抽走 须在防渗层上部设置收集管道系统 与抽提泵相连 连续地将渗滤液输送到处理系统中 封场后的顶部覆土应由中心向四周坡降 场外地面沟通排水系统 以便疏导地表径流水 三 填埋气体的产生与控制为阻止填埋场气体 lfg 的直接向上或是通过填埋场周围土壤的侧向和竖向迁移 进而通过扩散进入大气层 在填埋场内一般设有气体控制系统 用以收集场中填埋废物所产生的气体 并将其用于生产能量或是在有控制的条件下放空或火化 其目的在于减少对大气的污染 填埋场的主要气体是填埋废物中的有机组分通过生化分解所产生 其中主要含有氨 二氧化碳 一氧化碳 氢 硫化氢 甲烷 氮和氧等 它的典型特征为 温度达43 49 相对密度约1 02 1 06 高位热值在15630 19537kj m3 影响填埋气体迁移和释放的因素废物中有机物的生物降解不断产生气体 使垃圾内部压力增加并且通常会超过大气压 一旦填埋场内部压力和大气压力相同时 将发生lfg迁移和排放 影响lfg迁移和排放的主要因素包括 1 覆盖和垫层材料低渗透性的覆盖层可阻止气体向大气的排放 但如覆盖物渗透性低并且垃圾未垫封或垫层材料是可渗透性的 将主要产生横向迁移 2 地质条件周围的地质条件会影响地下迁移 lfg可以绕过非渗透性障碍进行迁移 例如粘土层 或通过疏松层或沙砾层进行迁移 3 水文条件地下水位可以影响lfg迁移和排放 通常春天从地表径流或融雪释放的地下水会使地下水位上升 水位的上升和垃圾压力产生的影响 能够增加lfg地下迁移和