环境化学原理-危险废物的处理方法

1、工业生态学方法处理有害废物20.7 热处理方法 20.6 光解反应20.8 生物处理方法20.8 土地处理方法20.6光解反应l 光分解反应可以用来摧毁一定数量的危险废弃物。反应的主要原理就是使一些难降解的有机物的化学键断裂。下面以二噁英为例进行讲解。l 多氯代二苯并-对-二噁英(PCDDs) 和多氯代二苯并呋喃( PCDFs) 是两类具有含氧三环的氯代芳烃类化合物,统称为二噁英类物质。l 二噁英类物质的环境毒性非常大，其毒性相当于氰化钾(KCN) 的1000倍。20.6光解反应四八氯代PCDD/Fs在含H溶剂中的光解途径主要是还原脱氯反应。在不含H的有机溶剂（如四氯化碳）中的光解产物主要是通

2、过C-O键断裂产生。PCDD/Fs在水体中的光解反应，主要是光间接或光敏化反应。PCDDs在有机溶剂中的光解速率要高于水体中的光解速率。PCFs则相反。相对于太阳光，汞灯是较为有效的降解二噁英的光源。1. 二噁英标准物在溶液中的光降解20.6光解反应2. 实际存在介质中的二噁英的光降解土壤以及垃圾焚烧厂飞灰中的二噁英也可采用光降解技术。土壤中的二噁英降解可以通过添加合适的介质（如橄榄油）提高降解速率。飞灰中的二噁英降解需要采用与其他方法（如臭氧等氧化剂）结合才可达到降解目的。20.6光解反应2. 实际存在介质中的二噁英的光降解土壤中的二噁英：采用适当方法将土壤和橄榄油充分混合后可以提高FCDD

3、/Fs的降解速率，且可以缩短光照时间。这说明橄榄油中的不饱和脂肪酸以及酚类化合物对光的吸收导致FCDD/Fs的光敏化反应。飞灰中的二噁英：臭氧的存在促进了PCDDs的光解，在光照后6h后，PCDDs的降解率由35%上升到了50%。另外，氧化（O2/O3）条件可促进FCDD/Fs的光解，光解效率取决于光照时间，而与汞灯功率关系不显著，FCDD/Fs的最大光解率可达70%。20.6光解反应光解反应可以产生一系列的反应中间体，这些中间体可以参加链反应导致化合物的摧毁。其中一个最重要的反应中间体就是OH自由基。在一些情况下，光敏剂被混合到反应中来吸收并生成活性物质来破坏危险废物。危险废物中，除了二噁英

4、，那些通过光解反应被破坏的还有除草剂（atrazine），2,4,6 - 三硝基甲苯（TNT）和多氯联苯（PCBs）。此外，还有一种化学氧化剂过硫酸钾，可以提高光化学反应的氧化活性。20.7热处理方法 危险废物的热处理方法可以进行普通的废物处理。如废物减容处理，挥发性物质的移除，可燃废物处理，移动有机质处理，有毒致病材料处理等。 危险废物的热处理方法中，应用最广泛的方法是焚烧。焚烧法利用高温，氧化环境和湍流燃烧条件来破坏废物。20.7热处理方法焚烧 危险废物的热处理方法包括：在高温下将危险废物和氧化环境充分接触，通常的反应温度超过900。通常的，焚烧所需的热量来自燃料补充和废物材料中有机C和H

5、的氧化。C(organic) + O2 CO2 + heat (20.7.1)4H(organic) + O22H2O + heat (20.7.2)20.7热处理方法可焚烧垃圾 理想状态下，主要有机材料废物的最低燃烧热值为5,000 Btu/lb，最适热值超过8,000 Btu/lb。当燃烧最常见的、有机物含量较高的废弃物时，这样的热值很容易获得。这些有机物包括：甲醇、乙腈、甲苯、乙醇、醋酸戊酯、丙酮、二甲苯、甲基乙基酮、乙二酸、乙酸乙酯。 在某些情况下，有些无法单独燃烧的可焚烧废物 ，如甲烷、石油等，在焚烧时需要补充燃料。这类废物的例子是不可燃的有机氯废物，一些含水废物，或者一些土壤中的污

6、染物。无机物质，水，和液体废物中有机异质元素的含量等因素是重要的确定其可焚烧能力的因素。20.7热处理方法危险废物燃料 许多工业废物中，危险废物被作为燃料从而在工业锅炉进行能量回收利用从而实现无害化处理。例如下水污泥的焚烧炉。目前很多可燃废物被作为燃料被重复利用而非仅仅做焚烧处理。除了可以燃烧废物获得热量，另一个一个最大的优点就是利用现场设施进行废物处理而不是独立的作为危险废物焚烧炉。20.7热处理方法焚烧系统Figure 20.8. Major components of a hazardous waste incinerator system20.7热处理方法焚烧系统 在废物准备系统中，液

7、体废物需要过滤，沉淀来分离残渣和污水；固体废物需要粉碎和筛选，并需要通过混合来获得最适宜的可燃混合物，或者加热来减少粘性。雾化处理是废液供料阶段较常用的方法。一些机械设备，如螺旋输送器等，被用来输送固体废物进入焚化炉。 最常见的燃烧室包括液体注射，固定灶台，回转炉，流化床。通常，危险废物焚烧系统的最复杂的部分是大气污染控制系统，包括几个步骤。最常见的步骤是：燃烧气体冷却，热回收，淬火，悬浮物质的移除， 酸性气体移除，固体，淤泥，液体废物的副产物的处理。 高温灰尘通常用热水淬火。在处理之前需要脱水和稳定其化学性质。沥滤焚烧产生的重金属问题需要重点考虑。焚化炉类型焚化炉类型20.7热处理方法燃烧条

8、件充足的氧气助燃充分混合废物和氧化剂（燃料）900以上高温保证耐热化合物反应充足的停留时间（=2s）保证反应发生20.7热处理方法燃烧效力 危险废物焚烧的美国环保署（EPA）标准是基于主要有机危险废物成分(POHC) 。去除效率（DRE）的计算公式如下： (20.7.3) Win 和 Wout 是有机危险废物主要成分投入输出的质量流率。 美国环保署要求有机危险废物的去除率达到99.99%， 四氯二苯并- p-二噁英（TCDD）的去除率达到99.9999%。20.7热处理方法湿式空气氧化 湿式氧化,又称湿式燃烧,是处理高浓度有机废水的一种行之有效的方法。其基本原理是在高温高压的条件下通入空气,

9、使废水中的有机污染物被氧化,按处理过程有无催化剂可将其分为湿式空气氧化和湿式空气催化氧化两类。 湿式空气氧化(Wet Air Oxidation , 简称WAO)技术是在高温(125320 ) 高压(0. 520 Mpa) 条件下通入空气, 使废水中的高分子有机化合物直接氧化降解为无机物或小分子有机物。该方法主要用于处理废水浓度于燃烧处理而言太稀、于生物降解处理而言浓度又太高、或具有较大毒性的废水。 湿式空气催化氧化(Catalytic Wet Air Oxidation,简称CWAO)法是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成,湿式空气催化氧

10、化降低了反应的温度和压力, 提高反应分解能力, 加快了反应速率, 缩短停留时间,也因此可以减轻设备腐蚀、降低运行费用。20.7热处理方法湿式空气氧化 湿式空气氧化用于去除电镀废水中的氰化物。NaCl的氧化反应包括：2Na+ + 2CN- + O2 + 4H2O 2Na+ + 2HCO3-+ 2NH3 （20.7.4) 有机垃圾可以在超临界水中被氧化，充分利用超临界流体来溶解有机化合物。在反应过程中需要吸入氧气保证废物充分反应。这个反应过程只产生一小部分的CO，并不产生SO2或Nox。这种方法可以减少多氯联苯（PCBs），二噁英，有机氯杀虫剂，苯，尿素和许多其他有害物质的产生。20.7热处理方法

11、光化学氧化 光化学氧化是利用光辐射下产生氧强氧化性自由基来氧化降解危险污染物的过程。根据氧化剂的种类不同，光氧化可分为UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2/O3 等系统。 张冬梅等采用UV/O3、UV/H2O2、UV/TiO2/H2O2 对炼油高浓度废碱水进行预处理试验研究。试验结果表明：3 种方法均有较好的处理效果，其中UV/TiO2/H2O2 法的除油效果尤为明显。在UV/O3 系统中紫外光使废水COD、油、酚的去除率分别提高24 %、31 %、28 %，特别是将废水BOD/COD 值平均提高到0.45，改善了废水的可生化性，是一项很好的预处理技术。20.7热处理方法我国固体废物焚烧

12、处置现状及趋势我国固体废物焚烧处置现状及趋势 截至2008 年底，中国城市建设统计年鉴显示我国无害化处置厂共有509 座，无害化处置能力达315 153 t/d; 其中卫生填埋厂407 座、堆肥厂14 座、焚烧厂74 座，处置能力分别为253 268，5 386 和51 606 t/d。现阶段我国固体废物主要以填埋方式为主( 占60%以上) ，以焚烧和堆肥为辅。20.7 我国城市固体废物无害化处置量20.7热处理方法我国固体废物焚烧处置现状及趋势我国固体废物焚烧处置现状及趋势20.7 2008 年各区域的危险废物集中处置状况20.8生物处理方法处理固体废物处理固体废物堆肥法堆肥法是指在控制条件

13、下，利用微生物的生化作用，将废弃物中的有机物质分解、腐熟并转化成稳定腐殖土的微生物过程，不同于有机废物的自然腐化与腐烂。堆肥法的微生物作用原理主要包括：发热阶段（主发酵前期，13 d）；高温阶段（主发酵、一次发酵，38 d）；降温和腐熟保肥阶段（后发酵、二次发酵，需时2030 d）。填埋法填埋法是废弃物的中间处理及最终处置方法。根据美国土木工程学会的定义：“垃圾卫生填埋是指一种不产生公害，或对公众健康及安全不产生危害的废弃物处置方法。该法使用工程原理将废弃物局限在最小的区域内，每日废弃物倾倒处理完毕后加覆土壤”。垃圾卫生填埋法是一种自然生物处理法。它是在自然条件下构建特殊的人工生态系统，利用土

14、壤微生物将固体废物中有机物质分解，使其体积减小而渐趋稳定的过程。填埋场的种类主要有：反应式填埋场；残余式填埋场；惰性材料填埋场；地下填埋场。20.8生物处理方法处理处理气体气体废物废物 废气的生物处理法主要是指利用微生物吸附分解有机物能力降解恶臭物质与有机废物的方法。 主要分生物过滤法和活性污泥法两种。生物过滤按滤料及过滤方式不同又分为生物滤池法和生物滴滤池法；活性污泥法则按气液接触方式不同又可分为生物暴气法和生物洗涤法。生物过滤法的特点是微生物处于固着态，实际上属于生物膜法。活性污泥法与废水处理的活性污泥类似，微生物处于悬浮态。废气生物处理具有处理彻底、成本低等特点。20.8生物处理方法处理

15、污水处理污水 污水的生物处理就是利用微生物的新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害物质，使污水得以净化。生物循环污水处理技术是废水生物处理的主要工艺之一，微生物以膜状固着在某种载体的表面上呈附着生长状态。生物循环污水处理技术作为与活性污泥法平行发展起来的生物处理工艺，在废水处理中的应用具有处理能力大的特点，促进净化功能的显著提高。20.8生物处理方法处理污水处理污水高负荷生物滤池 通过限制进水BODS 值和采用处理水回流等技术而达到降低滤池进水有机物浓度，保证生物滤池供氧充足曝气生物滤池 下向流曝气生物滤池的原污水从池上部进入池体，并通过由填料组成的滤层，在填料表

16、面形成生物膜。由池下部通过空气管向滤层进行曝气，空气由填料的间隙上升，与下流的污水相向接触，在微生物的新陈代谢作用下，有机污染物被降解。 上向流曝气生物滤池的原污水和池下部，的空气共同向上流动，有利于气与水的充分接触并提高氧的转移速率和底物的降解速率。生物滤池 由池体、滤料、布水装置和排水系统等四部分组成。滤料是生物滤池的主体。 它对生物滤池的净化功能有直接影响。因其环境较差，处理效率较低，目前已很少应用。20.8生物处理方法处理污水处理污水生物接触氧化池 用于处理生活污水和某些工业的有机废水。 在池内充填惰性填料，已经预先充氧曝气的废水浸没并流经全部填料，废水中的有机物与填料上的生物膜广泛接触，在微生物的新陈代谢作用下污染物得到去除。 主要是由池体、填料床、曝气装置、进出水装置等组成。用于小规模污水处理中具有布置紧凑、占地小、管理简单的优点。生物流化床技术 以砂、活性炭、焦碳、陶粒、塑料等颗粒为载体充填于生物反应器内，因载体多孔并表面附着生长着生物膜而使其质变轻，当废水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流化状态。 可增加反应槽内微生物的数量，有机物去除率较高；时进水水流