导论Chapter7固废物处理技术.ppt

1、环境科学与工程导论,华南理工大学环境科学与工程学院 吴锦华 副教授固体废物污染与控制,2,固体废物概念、来源及分类,概念 1）定义是指人类在生产建设、日常生活和其它活动（社会生产、流通和消费活动）中产生的，在一定时间和地点无法利用（相对占有者不具原有使用价值）而被丢弃的污染环境的固态、半固态（泥状）物质。 2）与固废危害性相关的因素 固废的种类、性质和数量 农家沤肥无环境问题，而大量堆放的城市垃圾会对环境造成污染； 建筑垃圾堆放无甚污染，而废电池等丢弃严重污染。,3,分类,按组成分：有机废物和无机废物； 按形态分：固态废物（粉状、粒状、块状）和半固态废物（污泥）； 按

2、污染特性分：危险废物和一般废物； 按来源分：城市生活垃圾(Municipal solid wastes)、工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物和危险（有害）废物(Hazardous wastes) 。,4,固体废物的污染与控制,固废的污染途径 1）固废的性质： （1）是各种污染物的终态，往往浓集众多污染物成 （2）其中的部分有害成分会转入大气、水体和土壤，参与生态系统的物质循环，具潜在的、长期的危害性。 2）污染途径： 露天存放或处理处置不当时，其中的化学有害成分可通过环境介质大气、水体、土壤等直接或间接传至人体，造成健康威胁。,5,固体废物处理与处置,固体废物处理与处置的含义 1）固体废

3、物处理（Treatment of Solid Wastes）：指通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、储存、资源化利用以及最终处置的一种过程。 2）固体废物处置（Disposal of Solid Wastes）：主要解决固废的归属问题，是固废污染控制的末端环节，指最终处置（final disposal）或安全处置（secure disposal）。,6,物理处理：通过浓缩或相变化改变固废的结构，使之成为便于运输、储存、利用或处置的形态。具体方法有：压实、破碎、分选、增稠、吸附等。 化学处理：利用化学方法破坏固废中的有害成分从而使其达到无害化。具体方法有：氧化、还原、中和、

4、化学沉淀和化学溶出等。,固废处理方法,包括：物理处理、化学处理、生物处理、热处理和固化处理。,7,固废处理方法,生物处理：利用微生物分解固废中可降解的有机物从而使其达到无害化或综合利用。具体方法有：好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理。 热处理：通过高温破坏和改变固废组成和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。具体方法有：焚化、热解、焙烧、烧结等。 固化处理：采用固化基材将废物固定或包裹起来以降低起对环境的危害，从而能较安全地运输和处置。其主要对象是危险性固体废物。,8,主要包括海洋处置和陆地（地质）处置两大类。前者包括深海投弃和海上焚烧（已被国际公约禁止）；后者包括土地耕作、土地填埋和深井

5、灌注及深地层处置等。,固废处置方法,9,固废的管理体系（管理措施与技术政策）,基本框架 由于固废污染环境的滞后性和复杂性，对固废污染的重视程度远不如对废水和废气那样深刻。到90年代中期尚未形成一个完整的、有效的固废管理体系。 1995年10月30日第八届全国人大常委会第十六次会议通过了中华人民共和国固体废物污染环境防治法，并于1996年4月1日起施行，这为固废管理体系的建立和完善奠定了法律基础。 固废法中首先确立了固废污染防治的“三化”原则，即: 减量化 资源化 无害化。,10,堆肥化技术,堆肥是城市生活垃圾处埋的四大技术之一。 城市生活垃圾进行地肥处理，将其中的有机可腐物转化为土壤可接受且迫

6、切需要的有机营养土或腐殖质。 如果将我国每年产生的近1.4亿吨的城市垃圾用来堆肥，加入类便、桔秆和菌种，每年可生产1.5亿吨有机肥这样每年可以创造2500亿元的国民财富。,11,堆肥化(composting)就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其本质是一种发酵过程。 堆肥化系统分类方法有多种：按堆肥方式可分为间歇堆积法和连续堆积法；按原料发酵所处状态可分为静态发酵法和动态发酵法；按培制过程的需氧量可分为好氧法和厌氧法等。 化统堆肥化技术采用厌氧的野外堆积法，这种方法占地大、时间长。现代化的堆肥生

7、产一般采用好氧堆肥工艺。,12,好氧堆肥原理,在有氧的条件下，借助好氧微生物(主要是好氧细菌)的作用来进行的。 有机废物中的可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物所吸收；固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，然后在微生物所分泌的胞外酶的作用下分解为可溶性物质，再渗入细胞内部。 微生物通过一系列自身的生命活动氧化还原和生物合成过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出微生物生长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。,13,有机物的好氧堆肥过程,14,堆肥机械与设备,1)预处理没备的分类 分选及分选设备 分选是固体废

8、物处理的一种单元操作过程，目的是将固体废物中回收利用的或不利于后续处理工艺要求的物料分离出来。分选通常分为两种：一是人工分选；二是人工和机械相结合的分选方式。分选设备主要有旋转筛分选振动筛分选机、园盘筛分选机、比重分选机、风选机、磁选机等。 破碎及破碎设备 通常有常温型破碎机、低温型破碎饥、湿型破碎机、半湿型破碎机。 混合设备 为保证堆肥有机质含量、水分、空隙、C/N比等因素的最佳状态，发酵前物料必须进行混合搅拌，这种混合设备多采用双螺杆搅拌机、园盘给料机等。,15,(2)发酵设备,16,17,18,19,可燃固体废物的焚烧,一、可燃固体废物： 从焚烧角度分析，城市生活垃圾可分为可燃和不可燃两

9、部分: 可燃垃圾橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、果皮及动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和燃烧特性等非常复杂，不易直接填埋； 不可燃垃圾金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等，除可回收利用部分外，大多可直接安全填埋。,20,焚烧法概述,焚烧法一般是指将垃圾作为固体燃料送入焚烧炉中，在高温条件下（一般为900左右，炉心最高温度可达1100），垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈化学反应，放出热量，转化成高温烟气和性质稳定的固体残渣。 优点 垃圾焚烧后，体积可减少8595%，质量减少2080%。 高温焚烧消除了垃圾中的病原体和有害物质无害化。 焚烧排出的气体和残渣中的一些有害副产物的处理远比有害废弃物直接处置容

10、易得多。 焚烧法具有处理周期短、占地面积小、选址灵活等特点。 因此，焚烧法能以最快的速度实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化。目前，在发达国家已被广泛采用。,21,缺点,焚烧法对垃圾的热值有一定要求，,建设成本和运行成本相对较高，,管理水平和设备维修要求较高；,焚烧产生的废气若处理不当，很容易对环境造成二次污染。 不同季节，年份垃圾热值的变化。,22,23,固体废物焚烧过程,一、垃圾焚烧过程各阶段的划分 燃烧本质由质量传递、热量传递、动量传递、化学反应、结构变化等过程综合在一起的物理化学过程。 焚烧过程：需燃烧的物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整个过程。 第一阶段：物料的干燥加热阶段

11、 第二阶段：燃烧阶段主阶段 第三阶段；燃尽阶段，即生成固体残渣的阶段。,燃烧过程污染物的产生与防治,25,1.二恶英的定义 二恶英(dioxins,简称DXN)是指一类具有某种类似的化学结构且生物作用方式基本相同的化合物。 是一类多氯代三环芳烃类化合物的统称。 氯代二苯并二恶英(CDDs),有75种同类物; 氯代二苯并呋喃(CDFs),有135种同类物; 多氯联苯(PCBs),有209种同类物。 在这419种化合物中只有30种属于二恶英类化合物,其中多氯二苯二恶英(PCDDs)7种，多氯二苯呋喃(PCDFs)10种，多氯联苯(PCBs)13种。其中研究最多、毒性最强的化合物是2,3,7,8-T

12、CDD。,26,2.二恶英的分子结构,27,3.二恶英的化学特性 二恶英在常温下呈固态,熔点为303305。 容易生成的温度是180400 一般在705以下非常稳定，705以上开始分解，不易燃烧； 酸碱环境中稳定; 难溶于水,常温下水中溶解度仅为7.210-6mg/L; 易溶于二氯苯，常温下在二氯苯中溶解度高达1400mg/L,故二恶英易溶于脂肪，会在身体内积累，并难以排除。 附着于土壤的能力非常强，不易渗出，污染地下水的可能性很小；在土壤中的半衰期至少在1年以上。意大利的塞维招（Seveso）二恶英污染事件发生10年后，在被污染过的土壤中仍然残存有二恶英； 在人体中的半衰期至少为7年，人体吸

13、收的二恶英很难排除体外,28,垃圾中自身含有的二恶英类物质； 含氯前驱体，如氯苯、氯酚、聚氯酚类物质（PCBs）通过重排、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英; 小分子碳氢化合物通过聚合和环化形成多环烃化合物，这些化合物和氯反应形成二恶英； 在较低温度下（300500），二恶英前驱体在飞灰的重金属催化下从新生成。 焚烧炉尾部净化温度在200300 下，HCl和单质氯在飞灰催化作用下与碳氢化合物反应生成二恶英。,垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径,29,影响二恶英生成的因素,碳源 氯源 温度 催化剂 氧 水 反应时间,30,焚烧厂二恶英防治措施(1),l）控制燃烧温度：二恶英的最佳生成温度为300，但

14、是在400以上时，仍然有二恶英生成的可能。当温度达到9001000时，二恶英将无法生成。因此，维持燃烧温度高于 1000 是防止二恶英生成的首要条件； 2）提高燃烧效率：因为二恶英的生成与燃烧效率有直接的关系，CO中的碳可能参与二恶英的生成反应。因此，供氧充足，减少CO的生成，可以间接地减少二恶英的生成；烟气中比较理想的CO浓度指标是低于60mg/m3, O2浓度不少于6%,在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s; 3）加强烟道气温度控制：一般新建的大型垃圾焚烧厂都有废热回收系统，烟道气自燃烧室进入该系统后，温度将逐渐降低至250350左右，而此温度范围又恰巧是：二恶英生成反应（DeNovo

15、合成反应）的最佳区域，因此，必须将焚烧炉出来的烟气在短时间内骤降至150以下，以确保有效遏止二恶英的再生成；,31,焚烧厂二恶英防治措施(2),化学加药：向烟道中喷入NH3或喷入CaO等吸收HCl，以抑制前驱物质的生成。 选用新型袋式除尘器,控制除尘器入口处的烟气温度低于200,并在进入袋式除尘器的烟道上设置活性碳等反应剂的喷射装置,进一步吸附二恶英; 在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统,使焚烧和净化工艺得以良好执行; 通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧厂; 由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成,所以对飞灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质

16、送安全填埋场进行无害化处理,有条件时可以对飞灰进行低温（300400）加热脱氯处理,或熔融固化处理后再送安全填埋场处置,以有效地减少飞灰中二恶英的排放。,32,、恶臭,1.恶臭（stench）的定义 垃圾厌氧发酵和有机物不完全燃烧产生的。多为有机硫化物或氮化物。 恶臭污染物是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。从广义上说,我们把散发在大气中的一切有味物质统称为恶臭气体。 2.恶臭的危害 恶臭属于感觉公害,直接作用于嗅觉,给人们造成危害。轻者给人以不愉快的感觉;重者使人呼吸困难,恶心呕吐,流泪,甚至会引起中毒。其中有些是三致物质，有些会影响神经系统和造血系统，有些则会引起机

17、体的变态反应。,33,3.恶臭的产生和组成 产生：未完全燃烧 一是含硫化合物,如硫化氢、硫醇类、硫醚类等; 二是含氮的化合物,如氨、胺类、酰胺、吲哚类等; 三是卤素及其衍生物,如氯气、卤代烃等; 四是烃类,如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等; 五是含氧的有机物,如酚、醇、醛、酮、有机酸等。 4.恶臭的防治,34,常见的脱臭方法概况,35,.粉尘,粉尘焚烧烟气中的粉尘（颗粒物）是垃圾焚烧过程中产生的微小无机颗粒物质。 物理原因产生的粉尘燃烧空气卷起的微小不燃物，可燃物的灰分等。发生不完全燃烧时，未燃碳分、纸灰等也会成为粉尘的一部分。 热化学反应产生的粉尘高温燃烧室内氮化的盐类，在烟气冷却后凝结成盐颗粒

18、。,36,四、炉渣和飞灰,焚烧过程产生的灰渣（炉渣和飞灰）一般为无机物质，他们主要是金属的氧化物、氢氧化物和碳酸盐、硫酸盐以及硅酸盐。,37,焚烧灰渣是判定焚烧炉运行正常与否的最有力的数据，通过测定焚烧灰渣热灼减量，可以推算焚烧的完成状况。 炉渣分类按焚烧温度 焚烧残渣：1000以下焚烧炉火热分解炉产生的残渣。 烧结残渣：1500高温焚烧炉排出的熔融状态的残渣。 炉渣的利用,38,填埋处理工程,废物填埋的特性 垃圾填埋是一 种不妨害公众健康与安全的将城市垃圾与土壤在陆地上交替分层铺开的废物处理方式。城市垃圾是城市的必然产物，随着现代化城市的发展，城市人口的增长，城市垃圾也随之增加。据调查全球每

19、年新增垃圾约100多亿吨。我国人口多，城市规模大，城市垃圾问题尤为突出约年产垃圾7000多万吨，年增长速率为9一115。 城市垃圾的剧增，堆放和处理地的日益减少，以及由于处理不当所造成的对土壤、地下水的严重污染。加剧了垃圾对环境和人体健康的危。它对环境的污染主要是风蚀、水蚀、渗透、渗沥等作用，造成饮用水的严重污染及有毒有害物质的迁移、扩散。 处理城市垃圾的主要方法有填埋、堆肥和焚烧，其中垃圾填埋是世界上最常用的处理技术，在美国及世界等大部分国家填埋法被认为是最简便、最经济的固体废物处理方式。,39,垃圾填埋的功能,垃圾填埋场的功能可外为三大类：贮存垃圾，隔断垃圾与外界的水力联系和对垃圾本身所产

20、生水、气的处理。 贮存功能 利用自然形成或人工构筑形成的一定空间，将垃圾贮存在内，待空间充满后进行覆盖或封闭，恢复这一地区的面貌。 隔水功能 一方面，要防止由于垃圾本身所带水分以及降水与垃圾接触后产生的垃圾渗滤液对地下水和地表水的污染，必须将渗滤掖与外界的联系切断，这就需要填埋场必须具有防渗层、渗滤液集排水系统； 另一方面，还要防止外界降水和地表径流、地下水进入填埋场，以减少掺滤液的产生量，这就需要填埋场有必要的场内雨水集排水系统、周边雨水(洪水)排泄系统、地下水集排水系统和每日封闭系统、封顶层等。,40,处理功能 一方面，当垃圾填埋后，有机物的可生物降解组分立即开始进行细菌分解。 最初，这种

21、分解是在好氧下进行的，这时填埋场中的氧是在填埋垃圾时带入的，但在氧被耗尽之后，就进行厌氧下的分解。垃圾中的厨余物、纸类、纤维、草木类、有机沼泥等可分解有机物质在微生物的作用下，逐步分解为气态物质(CO2、CH4、H2S等)、水和无机盐。达到减容和稳定的目的。 另一方向，在上述垃圾分解过程中要产生大量的废水，是垃圾渗滤液的主要组成部分。垃圾分解过程中还产生甲烷等垃圾填埋气。这些排放的废水和废气必须得到合理的处理。,41,填埋场的主要设备,填埋场的运行中有三项基本工作： 一是将卸车后的垃圾摊开、撒匀； 二是压实垃圾，增加填埋容量； 三是摊平并压实每日覆盖层和中间覆盖层。 要完成这些任务的设备包括：

22、 推土机、压实机、挖掘机和铲运机。,42,渗滤液的产生与控制,渗滤液是穿经垃圾并自垃圾中吸收容纳溶解物和悬浮物的液体。渗滤液的来源主要有四个方面： 一是直接降雨，目前这是垃圾渗滤液的主要来源； 二是垃圾分解产生； 三是地表水的渗入这部分水的产生受到土壤渗透率、覆盖物质种类、地面地形坡度等出素的影响； 四是地下水的渗入。 发达国家的垃圾成分与我国主要城市酌垃圾成分差异很大，食品垃圾和灰渣所占比例明显低于我国，而纸类、玻璃、塑料等则明显高于我国；同时国外垃圾含水率一般为20一30，与土壤持水能力相当，而我国垃圾含水率一般在40一50，夏季更高。 这种状况决定了我国垃圾填理场渗滤液控制既要借鉴同外经验，也要考虑自身特点。,43,1、渗滤液的化学成分极为复杂既有无机成分，又有有机成分，还含有一些微量重金属污染成分，表现出很强的综合污染特征。 2、渗滤液污染成分浓度很高，如COD高达105mg/L以上，氨氮的平均浓度高达700mg/L以上，硬度高达7000mg/L以上。 3、有机物含量高，成分复杂。日前已经发现在渗滤液中可能存在的有机物超过100种，其中主要是低分子的脂肪酸、腐殖酸类和高分子的灰黄酸类物质。从广州某填埋场的渗滤液中检测出的77种有机物，其中芳烃类29种，烷烃烯烃类18种，酸类8种，酯类5种，醇、酚类6种，酮、