固體廢物的固化與穩(wěn)定化技術(shù)在固體廢物無害化上的應(yīng)用及發(fā)展

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固體廢物是指在社會的生產(chǎn)、流通、消費(fèi)等一系列活動中產(chǎn)生的一般不再具有原使用價值而被丟棄的以固態(tài)和泥態(tài)賦存的物質(zhì)。

為了便于環(huán)境管理，國際上也將容器盛裝的易燃、易爆、有毒、腐蝕等具有危險(xiǎn)性的廢液、廢氣，從法律角度上定為固體廢物，執(zhí)行固體廢物管理法規(guī)，劃入固體廢物管理范疇。

固體廢物的分類通常按形態(tài)、化學(xué)性質(zhì)、危害性、來源等來區(qū)分。按形態(tài)可分為固體(塊狀、粒狀、粉狀等)和半固體(泥狀、漿狀等)廢物；按化學(xué)性質(zhì)分為有機(jī)廢物和無機(jī)廢物；按它的危害狀況分為有害廢物和一般廢物；為便于管理，按來源分為礦業(yè)固體廢物、工業(yè)固體廢物、城市垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物和放射性固體廢物。也有人將礦業(yè)固體廢物和工業(yè)固體廢物統(tǒng)稱為工業(yè)固體廢物，是工業(yè)生產(chǎn)、加工，燃料燃燒，礦物采選、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，以及環(huán)境治理過程中所丟棄的固體、半固體物質(zhì)的總稱。

“廢物”是一個相對概念。在某一條件下為廢物，在另一條件下卻可能成為寶貴的資源，所以固體廢物在某種意義上可被視為“二次資源”。固體廢物的堆置不僅占用了大量土地，而且廢物經(jīng)雨雪淋溶浸出有害成分，使土壤污染，嚴(yán)重時導(dǎo)致地下水污染。傾人自然水體的固體廢物，將造成水質(zhì)嚴(yán)重污染和水生生物資源的破壞，甚至給防洪排澇和某些水利、水運(yùn)工程帶來威脅。粉狀的固體廢物，隨風(fēng)飛揚(yáng)，污染大氣。經(jīng)濟(jì)的不斷增長，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人類需求的不斷提高，隨之而來的固體廢物排出量也不斷增加。

目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的工業(yè)固體廢物每年平均以2％～4％的增長率增加。其主要發(fā)生源是冶金、煤炭、火力發(fā)電三大部門。固體廢物的產(chǎn)生有其必然性。這一方面是由于人們在索取和利用自然資源從事生產(chǎn)和生活活動時，限于實(shí)際需要和技術(shù)條件，總要將其中一部分作為廢物丟棄；另一方面是由于各種產(chǎn)品本身有其使用壽命，超過了一定期限，就會成為廢物。

沿革   

固體廢物的處理和利用有悠久的歷史，早在公元前3000～1000年，古希臘米諾斯文明時期，克里特島的首府諾薩斯即有垃圾覆土埋人大坑的處理。但大部分古代城市的固體廢物都是任意丟棄，年復(fù)一年，甚至使城市埋沒。為了保護(hù)環(huán)境，古代有些城市頒布過管理垃圾的法令。古羅馬的一個標(biāo)志臺上就曾寫著“垃圾必須倒往遠(yuǎn)處，違者罰款”。英國于1384年頒布禁止把垃圾倒入河流的法令。蘇格蘭大城市愛丁堡18世紀(jì)設(shè)有大廢料場，將廢料分類出售。產(chǎn)業(yè)革命后，1874年英國建成世界第一座焚化爐，垃圾焚化后，將余燼填埋。1875年英國頒布公共衛(wèi)生法，規(guī)定由地方政府負(fù)責(zé)集中處置垃圾。最早的處理方法主要是填埋或露天焚燒。中國、印度等亞洲國家，自古以來就有利用糞便和利用垃圾堆肥的處置方法。進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人口進(jìn)一步向城市集中，消費(fèi)水平迅速提高，固體廢物尤其是工業(yè)固體廢物的排出量急劇增加，成為嚴(yán)重的環(huán)境問題。20世紀(jì)60年代中期之后，環(huán)境保護(hù)受到重視，污染治理技術(shù)迅速發(fā)展，大體形成了填埋、焚化、堆肥、海洋投棄、隔離堆存等一系列處置方法。20世紀(jì)70年代以來，美國、英國、聯(lián)邦德國、法國、日本等國由于廢物放置場地緊張，處理費(fèi)用浩大，也由于資源缺乏，提出了“資源循環(huán)”的概念，由消極處理轉(zhuǎn)向再資源化。為了加強(qiáng)固體廢物的管理，許多國家設(shè)立了專門的管理機(jī)關(guān)和科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，研究固體廢物的來源、性質(zhì)、特征和對環(huán)境的危害，研究固體廢物的處置、回收、利用的技術(shù)和管理措施，制定各種規(guī)章和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。如日本頒布了《廢棄物處理和清掃法》(如由1970年第137號法頒布，后經(jīng)1974年第71號法修正)。美國于1976年頒布了《固體廢棄物處置法》、1978年頒布了《資源保全回收法》，1980年頒布了《廢油循環(huán)使用法》，同年在對以上三個法規(guī)進(jìn)行修正后又頒布了《固體廢物處置法》。英國于1974年頒布了《污染控制法》。中國于1973年11月17日公布《工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)》。在對固體廢物特別是工業(yè)固體廢物處理技術(shù)的研究方面，借鑒于冶金、采礦、選礦、化工、建材、生物工程等學(xué)科的知識、逐步形成了自身獨(dú)特的技術(shù)領(lǐng)域，成為環(huán)境工程的重要組成部分。如在冶金工業(yè)中對7臺金礦山固體廢物處理和利用、冶金渣處理和利用、有色金屬熔鑄渣處理和利用、放射性廢渣處置、廢水沉渣處理、廢觸媒處理、粉煤灰處理和利用、工業(yè)粉塵處理和利用等方面都有所發(fā)展和進(jìn)步。

固體廢物的固化/ 穩(wěn)定化技術(shù)

采用固化基材將固體廢物固定或包覆起來以降低其對環(huán)境的危害，因而能較安全地運(yùn)輸和處置的一種處理過程。固化處理的對象主要是有害廢物和放射性廢物。固化過程有的是將有害廢物通過化學(xué)轉(zhuǎn)化或引入某種穩(wěn)定的晶格中的過程，有的是將有害廢物用惰性材料加以包容的過程；有的兼容上述兩種過程。固化時所用的惰性材料稱為固化劑。固化技術(shù)可按固化劑分為水泥固化、瀝青固化、塑料固化、玻璃固化、石灰固化、水玻璃固化等。

(1)水泥固化。以水泥為固化劑將有害廢物進(jìn)行固化的一種處理方法。

(2)瀝青固化。以瀝青固化劑與有害廢物在一定的溫度、配料比、堿度和攪拌作用下產(chǎn)生皂化反應(yīng)，使有害廢料均勻地包容在瀝青中，形成固化體。瀝青固化一般用于處理中、低放射水平的蒸發(fā)殘液，廢水化學(xué)處理產(chǎn)生的沉渣，焚燒爐產(chǎn)生的灰燼、塑料廢物、電鍍污泥、砷渣等。

(3)塑料固化。以塑料為固化劑與有害廢物按一定的配料比，并加入適量的催化劑和填料(骨料)進(jìn)行攪拌混合，使其共聚合固化而將有害廢物包容形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的固化體。塑料固化可以在常溫下操作；為使混合物聚合凝結(jié)僅加入少量的催化劑即可；增容比和固體化的密度較小。它既能處理干廢渣，也能處理污泥漿。其主要缺點(diǎn)是塑料固化體耐老化性能較差，混合過程中釋放有害煙霧、污染周圍環(huán)境。

(4)玻璃固化。以玻璃原料為固化劑，將其以一定的配料比混合后，在高溫(900～1200℃)下熔融，經(jīng)退火后即可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的玻璃固化體。玻璃固化法主要用于高放廢物。與高放廢液的其他固化法相比，玻璃固化法所形成的固化體致密，在水及酸、堿溶液中的浸出率小，增容比小并具有較高的導(dǎo)熱性，熱穩(wěn)定性和輻射穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是裝置較復(fù)雜，處理費(fèi)用昂貴、工作溫度較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，以及放射性核素?fù)]發(fā)量大等。

(5)石灰固化。以石灰為固化劑，以粉煤灰、水泥窯灰為填料，專用于固化含有硫酸鹽或亞硫酸鹽類廢渣的一種固化方法。它適用于固化鋼鐵、機(jī)械的酸洗工序所排放的廢液和廢渣、電鍍污泥、煙道脫硫廢渣、石油冶煉污泥等。該法所使用的填料來源豐富，價廉易得，操作簡單，處理費(fèi)用低。其主要缺點(diǎn)是增容比大，固化體易受酸性介質(zhì)浸蝕，需對固化體表面進(jìn)行涂覆。

(6)水玻璃固化。以水玻璃(又名硅酸鈉，俗稱泡化堿)為固化劑，無機(jī)酸類(如硫酸、硝酸、鹽酸和磷酸)為助劑，與有害污泥按一定的配料比進(jìn)行中和與縮合脫水反應(yīng)，形成凝膠體，將有害污泥包容，經(jīng)凝結(jié)硬化逐步形成水玻璃固化體。水玻璃法具有工藝操作簡便、原料價廉易得、處理費(fèi)用低、固化體耐酸性強(qiáng)、抗透水性好、重金屬浸出率低等特點(diǎn)。

固體廢物處置方法   

指最終處置(final disposal)或安全處置的技術(shù)，它是固體廢物污染控制的末端環(huán)節(jié)，是解決固體廢物的歸宿問題。一些固體廢物經(jīng)過處理和利用，總還有部分殘?jiān)嬖冢液茈y再加以利用，這些殘?jiān)指患舜罅康挠卸居泻Τ煞郑贿€有些固體廢物尚無法利用，它們都將長期地保留在環(huán)境中，是一種潛在的污染源。為了控制其對環(huán)境的污染，應(yīng)進(jìn)行最終處置，使之最大限度地與生物圈隔離。固體廢物處置方法包括海洋處置和陸地處置兩大類。

海洋處置方法    根據(jù)處置方式、海洋處置分海洋傾倒和海洋焚燒兩類。(1)海洋傾倒。選擇距離和深度適宜的處置場，將廢物直接倒人海洋。海洋傾倒在20世紀(jì)60年代是美國高放射性廢物的主要處置方法。(2)海洋焚燒。利用焚燒船在遠(yuǎn)海對固體廢物進(jìn)行處理處置的一種方法。其法律定義系指以高溫破壞為目的而在海洋焚燒設(shè)施上有意地焚燒廢物或其他物質(zhì)的行為。它適于處理處置各種含鹵素有機(jī)廢物，如含氯有機(jī)廢物PCBs。海洋處置具有填埋處置的顯著優(yōu)點(diǎn)而又不需要填埋覆蓋。為此，美國、日本及歐洲經(jīng)濟(jì)共同體成員國都進(jìn)行過海洋處置。對此處置方法在國際上尚存有很大爭議，中國基本持否定態(tài)度。對海洋處置主要存有兩種看法：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，海洋具有無限的容量，是處置多種工業(yè)廢物的理想場所，處置場的海底越深，處置就越有效；對于海洋焚燒，則認(rèn)為，即便不是一種理想方法，也是一種可接受的方法。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這種狀態(tài)持續(xù)下去會造成海洋污染，殺死魚類、破壞海洋生態(tài)。生態(tài)問題是一個長期才顯現(xiàn)變化的問題，短時期內(nèi)對海洋處置所造成的污染雖很難得出確切結(jié)論，但也必須充分加以考慮。

陸地處置方法    基于土地對固體廢物進(jìn)行處置的方法。根據(jù)固體廢物的種類及其處置的地層位置，陸地處置主要有土地填埋和深井灌注處置。(1)土地填埋處置。是以傳統(tǒng)的堆放和填地處置發(fā)展起來的一項(xiàng)最終處置技術(shù)，至今尚無統(tǒng)一的定義，它是一項(xiàng)綜合性土工處置技術(shù)。具有工藝簡單、成本較低、適于處置多種固體廢物的優(yōu)點(diǎn)，是固體廢物最終處置的一種主要方法。采用較多的是衛(wèi)生土地填埋、安全土地填埋和淺地層埋藏法。衛(wèi)生土地填埋是處置一般固體廢物，而不會對公眾健康及環(huán)境安全造成危害的一種方法，主要用來處置城市垃圾。安全土地填埋是一種改進(jìn)的土地填埋方法，又稱為化學(xué)土地填埋或安全化學(xué)土地填埋。它主要用來處置有害廢物，因此對場地的建造技術(shù)要求更為嚴(yán)格。如土里的滲透系數(shù)要小于8.64×10-6m/s，浸出液要加以收集和處理，地表徑流要加以控制等。淺地層填埋處置是指地表或地下的、具有防護(hù)覆蓋層的、有工程屏障或沒有工程屏障的淺埋處置，埋藏深度一般在地面下50m以內(nèi)。淺地層埋藏處置適于處置中低放固體廢物，投資較少，在國外應(yīng)用很廣。(2)深井灌注處置。把液狀廢物注入到地下與飲用水和礦脈層隔開的可滲透性的巖層中的一種處置方法。一般廢物和有害廢物，都可采用深井灌注方法處置，此法主要是用來處置那些難以破壞、難于轉(zhuǎn)化、不能采用其他方法處置，或者采用其他方法費(fèi)用昂貴的廢物。不過也有人認(rèn)為這種處置方法缺乏遠(yuǎn)見，擔(dān)心深井一旦產(chǎn)生裂隙可能導(dǎo)致蓄水層的污染。

綜合利用現(xiàn)狀    隨著20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)的世界性石油危機(jī)以及對固體廢物認(rèn)識的深入，對待固體廢物的方針也從消極處置，轉(zhuǎn)為積極利用，把廢物視為一種加以循環(huán)利用的資源。對于城市垃圾，采取分選回收方法，利用廢物的化學(xué)、物理性質(zhì)等的不同，進(jìn)行分選。再用干法、水漿機(jī)法、高溫或中溫分解法等處理，從中回收金屬、玻璃、造紙?jiān)稀⑺芰系?，垃圾作為輔助燃料或在焚化垃圾過程中回收熱能和可燃?xì)怏w發(fā)電等。對于工業(yè)廢渣，大多作為資源開展綜合利用。美國自20世紀(jì)70年代以來，已將每年排出的4000多萬t鋼鐵渣，全部加工利用；英國、法國、日本、聯(lián)邦德國、瑞典、比利時等國的高爐渣也已全部利用；原蘇聯(lián)的利用率達(dá)70％。丹麥、日本等國的煤灰渣已全部利用。日本1974年已有25.3％的城市(145個城市)開展了從垃圾中分選回收物品的業(yè)務(wù)活動，1976年回收廢物3900萬t，占當(dāng)年排出廢物量的49.5％。中國水淬礦渣幾乎已全部利用，現(xiàn)有30多座鋼渣水泥廠，年產(chǎn)鋼渣水泥幾百萬噸，用鋼渣100多萬t。粉煤灰用于建材、筑路、回填等現(xiàn)每年約120多萬t。相對而言，中國廢物資源利用率很低，以工業(yè)固體廢物為例，1991年的利用率僅為18.6％。中國“再生資源”流失造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)每年2504300億元，如不大幅度提高回收利用率，預(yù)計(jì)到2000年，造成的經(jīng)濟(jì)損失將高達(dá)400～450億元。

發(fā)展趨勢   

為了保護(hù)環(huán)境和發(fā)展生產(chǎn)，許多國家不斷采取新措施和新技術(shù)來處理和利用固體廢物。礦業(yè)廢物從在低洼地堆存，發(fā)展為礦山土地復(fù)原，安全筑壩等。工業(yè)廢物從消極堆存，發(fā)展到綜合利用。城市垃圾從人工收集、輸送發(fā)展到機(jī)械化、自動化和管道化收集輸送；從無控制的填埋，發(fā)展到衛(wèi)生填埋、濾瀝循環(huán)填埋；從露天焚化和利用焚化爐，發(fā)展到回收能源的焚化、中溫和高溫分解等；從壓縮成型發(fā)展到高壓壓縮成型。城市有機(jī)垃圾和農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物還用于制取沼氣和回收能源。工業(yè)有害渣從隔離堆存發(fā)展到化學(xué)固定、化學(xué)轉(zhuǎn)化以防止污染。總的趨勢是從消極處置轉(zhuǎn)向積極利用，實(shí)現(xiàn)廢物的再資源化。中國的固體廢物污染控制工作起步較晚，開始于20世紀(jì)80年代初期。由于技術(shù)力量和經(jīng)濟(jì)能力有限，近期內(nèi)還不可能在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源化。為此，中國于20世紀(jì)80年代中期提出了以“資源化”、“無害化”、“減量化”作為控制固體廢物污染的技術(shù)政策，并確定在今后較長一段時間應(yīng)以“無害化”為主。將固體廢物中可利用的那部分材料，充分回收利用無疑是控制固體廢物污染的最佳途徑，但它需要較大的資金投入，并需要有先進(jìn)的技術(shù)作先導(dǎo)。中國固體廢物發(fā)展利用的發(fā)展趨勢必然是從“無害化”走向“資源化”，“資源化”是以“無害化”為前提，“無害化”和“減量化”則應(yīng)以“資源化”為條件。

無害化其基本任務(wù)是將固體廢物通過工程處理，達(dá)到不損害人體健康，不污染周圍的自然環(huán)境(包括原生環(huán)境與次生環(huán)境)。廢物“無害化”處理工程已經(jīng)發(fā)展成為一門嶄新的工程技術(shù)。諸如，垃圾的焚燒、衛(wèi)生填埋、糞便的厭氧發(fā)酵，有害廢物的解毒處理和熱處理等。

減量化其基本任務(wù)是通過適宜的手段減少和減小固體廢物的數(shù)量和容積。這一任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，要從減少固體廢物的產(chǎn)生和對固體廢物進(jìn)行處理利用兩個方面著手。減少固體廢物的產(chǎn)生，屬于物質(zhì)生產(chǎn)過程的前端，需從資源的綜合開發(fā)和生產(chǎn)過程中物質(zhì)資料的綜合利用著手。對固體廢物進(jìn)行處理利用，屬于物質(zhì)生產(chǎn)過程的末端，即為固體廢物資源化。實(shí)現(xiàn)固體廢物“減量化”，必須從“固體廢物資源化”延伸到“資源綜合利用”上來，其工作重點(diǎn)包括采用經(jīng)濟(jì)合理的綜合利用工藝和技術(shù)，制定科學(xué)的資源消耗定額等。