固体废弃物污染控制工程讲义

固体废弃物污染控制工程概论第一节固体废弃物类型、来源和性质如同污水和废气那样，固体废弃物主要产生于人类的生产和生活，即人类在从事工农业生产以及交通和商业等活动中，一方面生产出有用的工农业产品的同时有一部分资源未被有效利用而作为固体废物加入环境，如采矿业未被利用的尾矿、大米加工中未被利用的稻壳、肉联厂排放的动物皮毛、宾馆和饭店废弃的泔脚等；另一方面，许多物品和材料被人使用后因为破、旧或超过使用年限而被废弃，如饮料瓶罐、破旧衣以及使用一定年数后的建筑物也会变成固体垃圾。

还有，污染净化和环境治理过程中也可能产生大量的固体或半固体的废弃物(通常称为二次污染物)，如各种烟气干法除尘过程中产生的粉尘、湿法除尘中产生的粉尘污泥，污水处理过程中产生的大量化学污泥和生物污泥等。

固体废弃物的危害性主要表现在：1)侵占土地：1991年我国单是工矿业固体废弃物累积堆放量为59.6亿T，占地50539 ha。

城市郊区设大面积累积处理场，侵占农田。

2)污染土壤：工业固体废弃物中含有大量有害化学物质，经过风化、雨雪淋溶和地表径流的侵蚀，化学物质大量进入土壤环境，破坏了土壤固有的生物、化学和物理环境，使得土壤成为草木不生的死亡之地。

在我国被工业废渣污染的农田达25万亩。

20世纪中叶如美国的房产开发商曾经在工业废物填埋场上建造居民点，使得居民饱受臭气熏天、地下室渗漏污水横溢的痛苦，最后不得不将该居民点废弃。

3)污染水体：固体废物随天然降水和地表径流、地下水以及刮风进入江河湖海，污染水体。

如美国新泽西州的农药厂由于填埋工业有害固体废物(含砷)、缅因州因为垃圾填埋场等造成其下游的河流和湖泊饮用水源被严重污染，而不得不花很高费用对污染环境进行长时期的净化和修复。

我国一家铁合金厂的铬渣堆放场由于缺少防渗漏措施使得附近饮用地下水源遭受严重污染。

4)污染大气：有些有机性固体废弃物经过微生物分解后释放出大量的有害气体，另外病原微生物与灰尘随风扩散，进一步恶化了大气环境质量。

固体垃圾在焚烧过程中产生大量的粉尘和有害气体，如不妥善处理处置，也会污染大气，如焚烧后废气中的二恶英等。

如表1所示是主要的固体废弃物类型、来源和性质。

表1 固体废弃物的类型、来源和性质第二节固体废物污染的特点和控制方法如同污水、废气那样，固体废弃物也属于对环境造成污染和危害的主要物质之一，其产生和来源、污染和危害性质、收集和运输以及回收利用、处理和处置上与污水以及废气有一定的共同点，但同时也具有其自身独特之处，而且固体废弃物的污染及其控制与前二者具有一定的相关性，深度了解和认识这个问题对进一步掌握固体废弃物的污染特点以及做好其污染控制十分必要，如表2所示。

固体废弃物的处理方法主要有：1，物理方法：包括压缩、破碎、分选、浓缩、脱水、包埋、吸附、萃取等。

固体废弃物中有用物质的回收来源往往是通过物理方法实现的。

热处理包括焚烧、热解、湿式氧化以及焙烧等方法达到减容、无害化和综合利用的目的。

而采用固化方法可以将固体废物固定或包覆起来以降低其危害性。

2，化学方法：破坏废物中的有害成分降低毒害性或转化为有利于进一步处理的形态。

常用的方法有：石灰稳定、湿式氧化、铁氧体固定等。

3，生物方法：利用微生物活动对废弃物中污染物进行转化，常用的有：垃圾和有机污泥的堆肥，人畜粪便的厌氧消化和除臭、垃圾渗滤液的生物处理等。

4，固体废物的最终处置：属于污染控制的末端环节，解决固体废物的归宿问题。

包括陆地处置和海洋处置两种类型：施肥、土地填埋、焚烧、深井灌注以及投海等。

5，回收利用：如同废气和污水治理那样，固体废弃物的处理处置更应该做好废物的资源循环和回收利用，资源循环和废物利用应从单一的末端治理与回用向前转移到生产的前端，即：做好清洁生产，把综合利用贯穿于资源的开发和生产的全过程。

第三节固体废弃物的预处理固体废弃物在进行处理处置以及回收利用之前应该进行必要的预处理以便于回收利用、降低污染负荷以及减少运输、处理和处置费用。

预处理方法有：收集和运输、压实、破碎、浓缩、脱水、分选等一、收集和运输固体废弃物的类型和产生途径不同，则其收集和运输的方式也不同。

对废物量大的工业企业，一般都有自己专门的堆场和相应的收集和运输措施。

对于生活垃圾和商业垃圾，我国一般又当地的物资回收站或废品收购站负责收集与运送以及回收，其收集的废物品种十分繁多，按照废物类型及其最终利用途径分为：黑色金属、有色金属、橡胶、塑料、纸张、破布、麻、棉、牲骨、人发、玻璃、油脂、化工废料等16类约1000多个品种，这种实践在我国已经实行多年，效果很好，如上海市1983年物资回收公司的回收总量为166万T，其中工业废料占85％，20世纪80年代中期上海市的郊区乡镇电镀厂产生的电镀废渣和废液一般由专门的厂家进行收集、再加工和利用，有效地防止了污染的扩散，并获得了一定的经济收益。

城市垃圾中，商业垃圾和建筑垃圾原则上由各单位自行清除，大型的土建项目均按照有关规定使用运输车辆将渣土及时收集运送进行土地回填或用于绿地建设等。

有卫生设备的住宅其粪便一般先进入室外化粪池经过预处理后进入污水厂处理，公共厕所和倒粪池的粪便由分片的环卫车定期抽吸、运输和集中处置。

家庭生活垃圾在清除之前，通常进行分类收集，也可以由拾荒者从垃圾桶、垃圾箱和垃圾场中进行分离收集并卖给物资回收站和废品站。

许多发达国家提倡和实行生活垃圾的袋装化，可以有效地减轻臭气和蚊蝇孳生，还可以减少垃圾装卸时间并便于回收利用，垃圾的袋装化在我国一些城市已经逐步推广实行。

有些居民小区还规定了垃圾投放时间，以减少对环境卫生的影响。

工矿业产生的大量固体垃圾和废渣可能采取火车及皮带运输机进行输送，含水较多的污泥可能采取管道或渠道输送，而城市垃圾则一般采用专门的车辆运送，在河网密布的城镇也可以采用水运。

在上海市许多环卫站、所设有专门的垃圾运输队伍和车辆，河岸设有倒粪站并配备有专用船只，靠近水体的污水厂还设置有专门的倒泥码头和运泥船，局部地区设置有垃圾中转站，依次完成各种垃圾的收集、储存和运输。

二、压实在固体废弃物运输和处理处置前通常采用一定的方法对其进行压实或压缩，以减小其体积和重量，便于装卸、运输、储存和处理处置。

在垃圾运输过程中，有些垃圾车本身同时具有垃圾压实功能，操作机械化程度也较高。

压实适用对象是固体废弃物中压缩性能大、复原性能小的物质，对于污泥和油污等一般不宜进行压实处理。

压缩设备主要有：三向联合式压实机和回转式压实机等，如图1和图2所示。

图1 三向联合式压实机图2 回转时压实机图3 城市垃圾压实机三、破碎对固体废弃物进行破碎目的是：减小体积，便于运输和储存；为分选创造必要条件；提高比表面积，便于焚烧、热解和熔融以及生物处理；便于回收利用；防止对后续处理设备的破坏与堵塞。

破碎方法有压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎等，破碎方法的选择和物料性质有关：对坚硬废物采用挤压破碎和冲击破碎；对韧性废物采用剪切破碎和冲击破碎以及磨碎；对脆性废物采用劈碎和冲击破碎。

如下图3、5和5以及6、7是几种常用破碎机：鄂式破碎机、锤式破碎机、剪切式破碎机和球磨时破碎机以及湿式磨破碎机。

图4 锤式破碎机图6 旋转式剪切机图7 球磨式破碎机在高温钢渣的破碎过程中还可以使用煮沸破碎法，其做法是向高温钢渣中泼水碱性冷却降温。

由于钢渣的导热系数小，当大量冷水喷入热渣后钢渣表层受激冷，温度急剧下降，而其内层由于未受到喷水继续保持高温，于是在钢渣表层产生巨大的拉应力导致其背面开裂。

随着喷水的碱性，钢渣的开裂由外而内逐渐深入，最后导致整块钢渣破碎。

另外，由于钢渣中存在大量的氧化钙和硅酸二钙等物质在煮沸过程中发生化学反应导致体积急剧膨胀使得钢渣内部产生应力，加速了钢渣的破碎。

四、浓缩和脱水在废水或废气处理的过程中往往产生大量的污泥。

对于城市污水处理而言，其产生的污泥总量约为所处理污水的0.5％左右，但其处置费用却与污水处理费用相当。

一些工业废水过程中产生的污泥含有大量有毒有害物质，如不妥善处置将对环境仍然构成很大的潜在污染。

污泥其所含主要按成分划分有有机污泥和无机污泥。

典型的有机性污泥如城市污水厂的活性污泥、生物膜污泥和消化污泥；典型的无机污泥如电镀废水处理中的重金属污泥。

在城市污水厂，按照污泥产生的按来源，污泥(渣)可分为栅渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥、二沉池剩余活性污泥和消化污泥等。

含水率是污泥重要指标，含水率高低不仅影响污泥的流动特征和输送，也影响污泥的稳定性(有机性污泥)以及处置费用。

对含水率很高的污泥，如污水厂生物污泥，其密度与水相近，因此污泥的体积和含水率以及质量之间存在如下换算公式。

V1/V2=W1/W2=100-p2/100-p1=c2/c1 (3－41)式中：V1、V2为脱水前后污泥的体积(L)W1、W2为为脱水前后污泥的质量(kg)p1、p2为脱水前后污泥的含水率(％)c1、c2为脱水前后污泥的质量浓度(mg/l)污泥中含有大量的水分，如城市污水厂剩余活性污泥含水率为99.5% 左右。

污泥含水率太高导致污泥体积过大，给后续的处理和装置造成困难，而且不利于污泥的稳定以及最终综合利用。

污泥脱水的方法主要有：浓缩、机械脱水和干化以及焚烧等。

浓缩主要脱除污泥中的颗粒的间隙水(一般占污泥总含水的70％左右)，机械脱水主要脱除污泥的颗粒间隙水和毛细水，干化主要脱除污泥的毛细水和结合水。

表3 污泥的脱水方法、设备和效果脱水方法脱水设备脱水后含水率(％) 脱水后外观浓缩法重力、气浮和离心浓缩95～97 近似糊状自然干化法自然干化场、晒砂场70～80 泥饼状机械脱水真空吸滤法真空转鼓、真空转盘60～80 泥饼状压滤法板框压滤机45～80 泥饼状滚压带法滚压带式压滤机78～86 泥饼状离心法离心机80～85 泥饼状干燥法焚烧法各种干燥设备各种焚烧设备10～400～10粉状、粒状和灰状1，浓缩脱水污泥的浓缩方法有重力浓缩法、气浮浓缩和离心浓缩三种。

(1)重力浓缩重力浓缩池类似于污水处理的沉淀池(如图所示)，浓缩池大多为辐流式，其泥斗多为多斗式(浓缩后的体积仍然庞大)。

重力浓缩池的附属设备有刮泥机或吸泥机、搅动栅。

搅动栅的作用是浓缩时每个栅条后可形成微小的涡流，以促进细小的SS絮凝，并可形成空穴以促进间隙水释放和气泡的逸出，提高浓缩效果、缩短浓缩时间。

重力浓缩池的设计停留时间为9－12 h，设计池表面水力负荷率为 1.2～1.6 m3/m2.h(初沉池污泥)、0.2～0.4 m3/m2.h (二沉池污泥)，设计表面固体负荷率为3.9～5.9 kg/m2.h(初沉池污泥)、0.5～1.5 kg/m2.h (二沉池污泥)。

经过重力浓缩后，初沉池污泥的含水率降低到90％～95％(体积减少3～5倍)，二沉池污泥含水率降低到97％～98％(体积减少2～3倍)，消化池污泥含水率降低到88％～92％(体积减少2倍左右)。