固体废物处理与利用.ppt

Treatment and utilization of solid waste,固体废物处理与利用,Email:办公室:202,殷宪强,教材与参考书,1.庄伟强固体废物处理与利用，化学工业出版社，2001.5第1版。2.杨慧芬，张强固体废物资源化，化学工业出版社，2004.4第1版。3.边炳鑫，赵由才农业固体废物的处理与综合利用化学工业出版社，2005.1第1版。4.芈振明固体废物的处理与处置（修订版），高等教育出版社，1993.10第2版。5.李国学固体废物处理与资源化，中国环境科学出版社，2005.7第1版。,人类社会,物质能量,废弃物,引 言,第一章 概论主要内容,第一节 固体废物的产生与污染 要求掌握固体废物的概念、来源、分类和产量计算；对固体废物的危害有足够认识和重视。第二节 固体废物的污染防治 要求掌握污染防治的“三化”原则；了解全过程管理原则。第三节 固体废物资源化方法与途径 要求了解固体废物资源化的主要方法、途径与综合处理模式。,第一节 固体废物的产生与污染,固体废物(solid waste)：在生产建设、日常生活和其它活动中产生，在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固态、半固态废弃物质。废渣(residue)：生产过程中产生 垃圾(refuse)：生活活动过程中产生,1、产生的必然性 2、时间性和空间性,一、固体废物的概念,(一)来源,二、固体废物的来源和分类,1、生产废物：生产建设过程中产生的废物。2、生活废物：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。,(二)分类,根据中华人民共和国固体废物污染环境防治法(1995年公布)及国际惯例，可分为城市固体废物、工业固体废物、农业固体废物、危险废物等。,危险废物,固体废物,一般固体废物,具有毒性易燃性、腐蚀性、反应性、传染性、放射性、爆炸性。,工业固体废物,农业废物,城市固体废物,矿业固体废物,1、按化学组成分为：有机废物和无机废物；2、按危害性分为：一般固体废物和危险性固体废物；3、按形状分为：固体废物（粉状、粒状、块状）和泥状废物（污泥）；4、按来源分为：矿业废物、工业废物、城市垃圾、农业废物和放射性废物。如下图所示：,三、固体废物的产生与产量,1.产生途径,(一)城市固体废物(城市生活垃圾),Qm=RmPm 式中:Qm某城市（地区）垃圾总产量（kg/d）；Rm该城市（地区）垃圾产率，即每日人均垃圾的产量（kg/人d）；Pm该城市（地区）总人口数。,2、城市生活垃圾产量的测算,3、城市生活垃圾的主要特点及影响因素,主要特点：组成复杂、有机物含量高。主要影响因素：自然环境、居民生活水平、生活习惯(食品结构)、季节、气候、家用燃料(能源结构)等。,4、国内外概况,城市垃圾的增长率，发达国家：3.2%4.5%；发展中国家：6%8%，我国8%11.5%目前各国垃圾增长率为：美国5%；欧盟3%；德国4%；瑞典2%；韩国12%。全球年产垃圾超过100亿吨，其中美国达30亿吨，日本10亿吨。我国垃圾产量人均12Kg，2003年，全国生活垃圾清运量为1.4857亿吨，比上年增加8.8%，生活垃圾无害化处理率为50.8%。,(二)工业固体废物,1、产生与分类,2、工矿企业固体废物产量的测算,Qi=RiPi 式中 Qi某工矿企业固体废物总产量(kg(t)/a(d)；Ri该工矿企业固体废物产率，即单位产品重量(产值)固体废物平均产量(t/t产品或t/万元)；Pi该工矿企业年(日)总产量或总产值(万元)。,3、国内外概况,全世界每天新增固体废物419.49万吨，年均增长率8.24%，高出经济平均增长速度2.53倍。据1996年统计，我国工业固废年产生量为6.4亿吨，工业固废历年堆存量已达 64亿多吨。2004年，我国工业固体废物产生量12.0亿吨，比上年增加19.5%；工业固体废物综合利用率为55.7%，比上年增加0.9%；工业固体废物排放量1762.0万吨，比上年减少7.7%。,19952004年我国工业固体废弃物的变化趋势,(三)农业固体废物,农业废弃物主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农膜、农村生活垃圾等。目前，我国每年仅作物秸秆量就达6亿吨，6亿吨秸秆中的氮磷钾养分含量相当于400多万吨尿素，700多万吨过磷酸钙和700多万吨硫酸钾。相当于目前我过化肥施用量的四分之一。如果能够还田50，就相当于投入化肥900多万吨。但因缺乏相应的技术和设备来加以利用，其中的2/3只能废弃或焚烧。,1、产生与现状,2、农业固体废物产量计算 总产量W=W1+W2+W3+W4(1)畜禽养殖废弃物(w1),产生量估算和预测方式：W1=aiXi+kjYj 式中：W1为畜禽废物产生量(t/a)；Xi为不同种类畜禽每年饲养数(头/年)；ai 为不同畜禽每头每年产生粪尿量t/(头/年)；Yj为所使用不同种类饲料添加剂量（t/a）；Kj为不同饲料添加剂残余率。,(2)农作物秸秆(W2),据UNEP报道，世界上各种谷物每年可提供秸秆17亿吨，我国总产量达7亿多吨。我国每年的农作物秸秆约为6亿吨。农作物秸秆的产生量：W2=BiZi 式中：W2为农作物秸秆产生量(吨/年)；Zi为不同农作物每年果实收成量(吨/年)；Bi为不同农作物剩余秸秆量与农作物果实收成量之比。,(3)农用塑料残膜(W3),目前我国农膜残留量一般在6090kg/hm2，最高可达到165 kg/hm2。农膜残留量估计与预测：W3=riTiW3为农膜残留量（t/a）；ri 为不同地方不同膜在不同使用年限下该年单位土地的残留系数（kg/hm2）；Ti为不同地方不同种类膜一年的使用量（t/a）。,(4)农村生活垃圾(W4),(四)危险废物定义、分类和鉴别标准,联合国环境署（UNEP）对危险废物做出了如下定义：“危险废物是指放射性以外的那些废物（固体、污泥、液体和用容器装的气体），由于它们的化学反应性、毒性、易爆性、腐蚀性或其他特性引起或可能引起对人类健康或环境的危害。不管它是单独的或与其他废物混在一起，不管是产生的或是被处置的或正在运输中的，在法律上都称为危险废物。”美国环保局对危险废物做出的定义为：“危险废物是固体废物，由于不适当的处理、贮存、运输、处置或其他管理方面，它能引起或明显地影响各种疾病和死亡，或对人体健康或环境造成显著的威胁。”危险废物的特性通常包括急性毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、浸出毒性和疾病传染性。根据这些性质，各国均制定了自己的鉴别标准和危险废物名录。联合国环境规划署控制危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约列出了“应加控制的废物类别”共45类，“须加特别考虑的废物类别”共2类，同时列出了危险废物“危险特性的清单”共14种特性。,中华人民共和国固体废物污染环境防治法中规定：“危险废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物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。”,产生量计量单位一般用重量。城市垃圾总产量：常用单位时间的垃圾单位产生量表示，即：104t/d、104t/月、104t/a城市垃圾单位产量用每人每日(年)kg表示，即：kg/(人d)或kg/(人a)选择几个典型区域，确定各区的人口数(Pm)或居民住户数(Hm)及每户的平均人口数(Pn)，在确定的时间周期(D)内，获得各典型地区垃圾的实测重量(Qm)，则各区垃圾的产率(Rmi)：Rmi=Qm/(PmD)或 Rmi=Qm/(HmPnD),(五)固体废物的产率统计方法,1、重量负荷实测统计分析法,(1)城市垃圾,(2)工矿企业：,产率(Rii)是在确定的时间周期内实测的固体废物产量(Qi)与该周期内企业产品的产量(Pi)或产值(Pv)之比：Rii=Qi/Pi 或 Rii=Qi/Pv此方法最终获得的实测数据应是多次测定的统计结果。,步骤与1相同，除实测废物重量外，还实测相应的体积。应测出一定地点不同形式固体废物的密度数据。,2、重量-体积实测统计分析法,3、物料衡算分析法,仅适用于产生固体废物的小单元，可提供详细可靠的固体废物产生与迁移的资料。但耗资、费事、费时，只在特殊情况时用。以质量守恒规律为依据，即在一定边界所包围的系统中，物料的总投入量等于物料总产出量。即：Q投入=Q输出=Q产品+Q副产品+Q流失+Q废物则Ri=Q废物/Q产品=(Q投入-Q流失)/Q产品1,四、固体废物的污染危害,固体废物特别是有害固体废物，处理处置不当，能通过不同途径危害人体健康。化学物质型污染工矿业固体废物 病源体型污染人畜粪便和生活垃圾,(一)对人类健康的危害,1、固体废物中的有害化学物质致人疾病的途径,化学物质型型污染,2、环境中病原体向人类传播疾病的途径,病原体型污染,（二）对环境的危害,1、侵占土地：堆放1万吨垃圾占地1亩。1994年，我国仅工矿业废渣、煤矸石、尾矿堆积量就有66亿吨，占地90万亩。,2、污染土壤,废物直接进入土壤造成污染，有害成分经风化雨淋地表径流等进入土壤造成污染。,3、污染水体,有害成分随地面径流或随风飘迁落入水体、随渗滤液进入土壤使地下水污染。,4、污染空气,细小的颗粒垃圾随风漂浮、垃圾分解释放有毒气体、焚烧法处理固体废物也会污染大气。,5、影响环境卫生,固体废物综合处理率低，环境污染严重，对人体健康构成威胁。,6、其他危害,可能造成燃烧、爆炸、接触中毒、严重腐蚀等特殊损害。,生物群落特别是一些水生动物的休克死亡，可以认为是废物（包括垃圾）处置场释出污染物质的前兆。例如，由于填埋处置不当，在雨季使地表径流或渗沥液中的化学毒物进入江河湖泊而引起大量的鱼群死亡。这类危害效应可从个体发展到种群，直到生物链，并导致受影响地区营养物循环的改变或产量降低。,第二节 固体废物的污染防治,一、固体废物污染防治的“三化”原则二、固体废物的全过程管理原则三、固体废物污染控制途径四、管理措施,一、固体废物污染防治的“三化”原则,我国固体废物污染控制工作起步较晚，开始于80年代初期。由于技术力量和经济力有限，近期内还不可能在较大的范围内实现“资源化”。我国于80年代中期提出了以“资源化”、“无害化”、“减量化”作为控制固体废物污染的技术政策，并确定今后较长一段时间内应以“无害化”为主。我国固体废物处理利用的发展趋势必然是从“无害化”走向“资源化”，“资源化”是以“无害化”为前提的，“无害化”和“减量化”则应以“资源化”为条件。,(一)减量化,1、概念：减量化就是通过适宜的手段减少固体废物数量、体积，并尽可能地减少固体废物的种类、降低危险废物的有害成分浓度、减轻或清除其危险特性等，从“源头”上直接减少或减轻固体废物对环境和人体健康的危害，最大限度地合理开发和利用资源和能源。是防治固体废物污染环境的优先措施。,（1）选用合适的生产原料。原料品味低、质量差，是固废产生量大的主要原因。例如：高炉炼铁（2）采用无废或低废工艺。例如：苯胺生产工艺（3）提高产品质量、使用寿命，提高物品重复利用次数。例如：商品包装物的重复使用。（4）废物综合利用。是最根本、最彻底、也最理想的减量化过程。例如：城市垃圾、硫铁矿烧渣的回收利用。,2、减量化途径,(二)资源化,1、概念：资源化就是指采用适当的技术从固体废物中回收有用组分和能源，加速物质和能源的循环，再创经济价值的方法。一切废物，都是尚未被利用的资源，是人类拥有的有限资源的一部分，不能随意丢弃。工业发达国家已把固体废物资源化纳入资源和能源开发利用之中，逐步形成了一个新兴的工业体系：资源再生工程。目前，日本、西欧各国固体废物资源化率已达60%左右，我国仍很低。,2、固体废物资源化的范畴,(1)物质回收，即处理废弃物并从中回收可回收物如纸张、玻璃、金属等物质；(2)物质转化，即利用废弃物制取新形态的物质，如利用废玻璃和废橡胶生产铺路材料，利用炉渣生产水泥和其他建筑材料，利用有机垃圾生产堆肥和有机复混肥料等；(3)能量转化，即从废物处理过程中回收能量，如通过可燃垃圾的焚烧处理回收热量，进一步发电，利用可降解垃圾的厌氧消化产生沼气，作为能源向居民或企业供热或发电等。,(1)环境效益高。减少废物堆置场地和废物贮放量。(2)生产成本低。废铝炼铝比用铝矾土炼铝能减少能源90%-97%，减少空气污染95%，减少水质污染97%。(3)生产效率高。如用铁矿石炼1t钢需8个工时，而废铁只需要2-3个工时。(4)能耗低 用废钢炼钢比用铁矿石炼钢可节约能耗74%。,3、固体废物资源化的优势,(三)无害化,概念：无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能资源化利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处理、处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。例如：垃圾的焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等。注意：各种无害化技术的通用性是有限的，其优劣程度往往不是有技术、设备条件本身所决定。例如垃圾的焚烧处理必须以垃圾含有高热值和可能的经济投入为条件。当前的发展垃圾经过高温堆肥无害化处理后再进行垃圾复混肥的加工有着更为广阔的发展空间。焚烧处理只能有条件的利用。,二、固体废物的全过程管理原则,固废法确立了对固体废物进行全过程管理的原则，对固体废物从产生、收集、运输、利用、贮存、处理和处置的全过程及各个环节都实行控制管理和开展污染防治，故亦称为“从摇篮到坟墓”的管理原则。这主要是基于固体废物从其产生到最终处置的全过程中的各个环节都有产生污染危害的可能性，如固体废物焚烧处理中产生的空气污染、固体废物土地填埋处理中产生的渗滤液对地下水体的污染，因而有必要对整个过程及其每一个环节都实施控制和监督。,(一)管理体系,我国的固体废物管理体系是以环境保护主管部门为主，结合有关的工业主管部门以及城市建设主管部门，共同对固体废物实行全过程管理。1、各级环保主管部门对固体废物污染环境的防治工作实施统一监督管理。2、国务院有关部门、地方人民政府有关部门在各自的职责范围内负责固体废物污染环境防治的监督管理工作。3、各级人民政府环境卫生行政主管部门负责城市垃圾的清扫、贮存、运输和处置的监督管理工作。,(二)管理制度,1、分类管理制度2、工业固体废物申报登记制度3、固体废物污染环境影响评价制度及其防治设施的“三 同时”制度4、排污收费制度5、限期治理制度6、进口废物审批制度7、危险废物行政代执行制度8、危险废物经营许可证制度9、危险废物转移报告制度,(三)污染控制标准,1、分类标准：主要包括国家危险废物名录、危险废物鉴别标准、城市垃圾产生源分类及垃圾排放等2、监测标准：主要包括固体废物的样品采集、样品处理以及样品分析方法的标准。如固体废物浸出毒性测定方法3、污染控制标准：固废管理标准中最重要的标准，是环境影响评价等一系列管理制度的基础。它分为两类：一是废物处置控制标准，如城市垃圾产生源分类及垃圾排放；二是设施控制标准，如一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准。4、综合利用标准：为推行综合利用，并避免在综合利用中产生二次污染，将制定一系列有关固体废物综合利用的规范和标准。首批将要制定的综合利用标准包括有关电镀污泥、含铬废渣、磷石膏等废物综合利用的规范和技术规定。以后，还将根据技术的成熟程度陆续制定有关各种废物综合利用的标准。,三、固体废物污染控制途径,一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。主要有以下几个方面。（一）改革生产工艺 1、采用清洁生产；2、采用精料；3、提高产品质量和使用寿命。（二）发展物质循环利用工艺（三）进行综合利用（四）进行无害化处理与处置,四、管理措施,产生者：要求其按照有关标准，将所产生的废物分类，并用符合法定标准的容器包装，做好标记、登记记录，建立废物(主要是有害废物)清单，待收集运输者运出。容器：对不同废物要求采用不同容器包装。贮存：对固体废物进行处理处置前的贮存过程实行控制。收集运输：对各厂家的收集和集过程中的运输和收集后运送到中间贮存处或处理处置厂(场)的过程所需实行污染控制。综合利用：包括用于农业、建材、回收资源和能源过程中对于污染的控制。处理处置：包括有控堆放、卫生填埋，安全填埋、深地层处置，深海投弃、焚烧、生化解毒和物化解毒等。,（一）管理程序和内容,中国环境科学研究院标准所和固体所,1、划定有害废物与非有害废物的种类和范围（1）名录法：根据经验与实验，将有害固体废物的品名列成一览表，将非有害固体废物列成排除表，再由国家管理部门以立法形式予以公布。1998年1月4日，1998年7月1日实施。（2）鉴别法：在专门的立法中对有害废物的特别性及其鉴别分析方法以“标准”的形式予以规制，依据鉴别分析方法，测定废物的特性，进而判定其属于有害固体废物或非有害固体废物。我国危险废物鉴别标准中包括腐蚀性鉴别（GB5085.1-1996）、急性毒性初筛（GB5085.2-1996）和浸出毒性鉴别（GB5085.3-1996）三类，目前正在制订危险废物鉴别总则、易燃性、反应性和毒性物质含量鉴别标准。2、完善固体废物法和加大执法力度美国的资源保护和回收法(1984);日本的全面环境责任承担赔偿和义务法(1986);英国污染控制法;控制危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约(1989)。我国固体废物污染环境防治法(1995),2004年12月31日修订。,（二）管理方法,第三节 固体废物资源化方法与途径,一、固体废物资源化方法二、固体废物资源化途径三、固体废物的综合处理四、固体废物的最终处置,一、固体废物资源化方法,固体废物处理（treatment of solid waste)是通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。包括：物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法。,(一)物理处理方法,物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废物结构，但不破坏固体废物组成的一种处理方法，包括压实、破碎、筛分、分选、脱水、蒸发、萃取、吸附等工序，主要作为资源化的预处理技术。,(二)化学处理方法,采用化学方法使固体废物发生化学转化从而回收物质和能源的一种资源化方法。化学处理方法包括煅烧、焙烧、烧结、溶剂浸出、热分解、焚烧、电力辐射等。由于化学反应条件复杂，影响因素较多，故化学处理方法通常只用在所含成分单一或所含几种化学成分特性相似的废物资源化方面。,(三)生物处理方法,生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化或综合利用。固体废物经过生物处理，在容积、形态、组成等方面均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。生物处理包括好氧处理（堆肥）、厌氧处理（沼气）和兼性厌氧处理（细菌冶金）。生物处理在经济上一般比较便宜，应用也相当普遍，但处理过程所需时间较长，处理效果有时不够稳定。,二、固体废物资源化途径,（一）提取各种有价组分 有色金属渣和化工渣中提取多种金属。（二）生产建筑材料 是一条固体废物消耗量最大的利用途径，且一般不会产生二次污染问题。可生产的建筑材料主要包括以下几种：生产碎石，水泥、硅酸盐建筑制品、铸石和微晶玻璃、矿渣棉和轻质骨料。还可以用来生产陶瓷、玻璃、耐火材料等。（三）生产农肥如利用可降解废物进行堆肥；工业废物生产肥料或直接用于农肥(注意有毒物质的检测和去除)。（四）回收能源：如产生蒸汽、沼气、回收油、发电和直接作为燃料。（五）取代某种工业原料：如煤矸石代替焦炭作为能源生产磷肥；电石渣或合金冶炼中的硅钙渣可代替石灰直接用于工业民用建筑中或作为硅酸盐建筑制品的原料；赤泥和粉煤灰经加工可作为塑料制品的填充剂等。,三、固体废物的综合处理,综合处理就是将各中小企业产生的各种废物集中到一个地点，根据废物的特征，把各种废物处理过程结合成一个系统，以便把各过程得到的物质和能量进行合理的集中利用。这样可以对废物进行有效处理，减少最终废物排放量，减轻对地区的污染，防止二次公害的分散化，同时还能做到总处理费用低、资源利用效率高。必须先弄清废物产量与组分，一般将同样或类似的废物进行混合处理。将由基本处理过程组成的总系统称为废物综合处理系统，如下图所示。,固体废物综合处理系统,四、固体废物的最终处置,固体废物处置（disposal of solid waste）是指最终处置或安全处置，是解决固体废物的归宿问题。海洋处置：深海投弃、海上焚烧 陆地处置：土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋、深井灌注,思考题,1、解释：固体废物，固体废物处理，固体废物处置，资源化，无害化，减量化。2、略述固体废物的污染特点与危害，管理原则以及管理程序、内容和方法。3、略述固体废物资源化方法和污染控制途径。4、简述固废产量的计算方法。,