化工废渣处理及资源化

第三章化工废渣处理及资源化3.1概述固体废物是指生产和生活活动中丢弃的固体和泥状物质。“废物”具有相对性，一种过程的废物往往可以成为另一种过程的原料，所以废物也有“放在错误地点的原料”之称。为了便于环境管理，国际上也将容器盛装的易燃、易爆、有毒、腐蚀等具有危险性的废液、废气，从法律角度上定为固体废弃物，执行固体废物管理法规，划入固体废物管理范畴。固体废物的分类方法很多。按其性质可分为有机物和无机物；按其形态可分为固体的（块状、粒状、粉状的）和泥状的；按其来源可分为矿业的、工业的、城市生活的、农业的和放射性的等五类。在固体废物中凡是有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性、传染性、放射性的废物列为有害废物。3.1.1化工废渣的来源化学工业是对环境的各种资源进行化学处理和转化加工生产的部门。化工生产的特点是四多：原料多；生产方法多；产品的品种多；产生的废物多。根据化工部门的统计：用于化学工业生产的各种原料最终约有三分之二变成了废物。而这些废物中固体废物约占二分之一以上，所以所用的各种原料中，最终有三分之一变成化工废渣，可见化工废渣产生量十分巨大，而且废渣也同样会对环境造成污染、危害。化工废渣是指：化学工业生产过程中产生的固体和泥浆废弃物，包括化工生产过程中排出的不合格的产品、副产物、废催化剂、废溶剂、蒸馏残液以及废水处理产生的污泥等。化工废渣的性质、数量、毒性与原料路线、生产工艺和操作条件有很大的关系。由化工企业排放出的固体形式的废弃物质，凡是具有毒性、易燃性、腐蚀性、放射性等各种废弃物都属于有害废渣。化工废渣除由生产过程中产生之外，还有非生产性的固体废弃物，如原料及产品的包装垃圾、工厂的生活垃圾等，这些垃圾中也会有很多有害的物质。化学工业固体废物的来源及废物名称如表5-1所示。表5-1化学工业固体废物来源及主要污染物3.1.2化工废渣的分类按照化学性质进行分类：一般将化工废渣分为无机废渣有机废渣无机废渣有些是有毒的废渣，如铬盐生产排出的铬渣，其特点是废渣排放量大、毒性强，对环境污染严重。有机废渣大多指的是高浓度有机废渣，其特点是组成复杂，有些具有毒性、易燃性和爆炸性，但其排放量一般不大。根据废渣对人体和环境的危害性不同，通常又将化工废渣分为：一般工业废渣和危险废渣。一般工业废渣：常指对人体健康或环境危害性较小的废物，如硫酸矿烧渣和合成氨造气炉渣等。危险废渣：则指的是具有毒性、腐蚀性、反应性、易燃易爆性等特性之一的废渣；铬盐生产过程中产生的铬渣、水银法烧碱生产过程中产生的含汞盐泥，各种有机化工生产过程中产生的含氮、硫、磷等有机物。为了便于管理统计，化学工业固体废弃物一般按废物产生的行业和生产工艺过程进行分类。例如，a硫酸生产过程中产生的硫铁矿烧渣；b铬盐生产过程中产生的铬渣；c电石乙炔法聚氯乙烯等生产中产生的电石渣；d烧碱生产过程中产生的盐泥，e化工废水处理中产生的污泥等。图5-1为化工废渣按来源的分类。3.1.3化工废渣的特点3.1.3.1废弃物产生和排放量比较大化学工业固体废弃物产生量较大，约占全国固体废弃物产生量的6.16%；排放量约占全国工业固体废弃物总排放量的7.24%(1985年）。3.1.3.2化工固体废弃物中危险废物种类多，有毒物质含量高化学工业固体废弃物中，有相当一部分具有极毒性、反应性、腐蚀性等特征，对人体健康和环境有危害或潜在危害。其中全国化工危险废弃物产生量约占化工固体废弃物产生量的22%(1985年）。常见化工危险废弃物主要有：①四氯乙烯、二氯甲烷、丙烯腈、环氧氯丙烷、苯酚、硝基苯、苯胺等有机物原料生产中用过的废溶剂（卤化或非卤化）、产生的蒸馏重尾馏分、蒸馏釜残液、废催化剂等；②三氯酚、四氯酚、氯丹、乙拌磷、毒杀芬等农药及其中间体生产中产生的蒸馏釜残液、过滤渣、废水处理剩余的活性污泥等；③铬黄、锌黄、氧化铬绿等无机颜料、氯化法钛白粉生产中产生的废渣和废水处理污泥；④水银法烧碱生产中产生的含汞盐泥，隔膜法烧碱生产中产生的废石棉绒；⑤炼焦生产氨蒸馏塔的石灰渣、沉降槽焦油渣等。3.1.3.3废弃物再资源化可能性大化工固体废弃物组成中有相当一部分是未反应的原料和反应副产物，它们都是很宝贵的资源，如硫铁矿烧渣、合成氨造气炉渣、烧碱盐泥等，可用作制砖、水泥的原料。一部分硫铁矿烧渣、废胶片、废催化剂中还含有金、银、铂等贵金属，有回收利用的价值。3.1.4固体废弃物的影响固体废弃物由于产生量大，处理和处置水平与废气、废水处理水平相比要低得多，综合利用少、占地多、危害严重，是我国的主要环境问题之一。目前，化工生产过程排出的废渣，除少部分综合利用和回收利用外，大部分排出的废渣采取堆存处理，每万吨废渣占地面积约1.2-1.4亩露天堆放废渣，不仅占用了大量的土地，而且废弃物经过雨淋湿浸出毒物，使土地毒化、酸化、碱化，其污染面积往往超过所占土地的数倍，并导致水体的污染。中国很多城市已被垃圾所包围。废弃物如堆置不当还会造成很大的灾难，如尾矿或粉煤灰库冲决泛滥，淹没村庄、农田；泥石流中断公路、铁路、堵塞河道等灾难。一些工矿企业因无场地堆放废渣直接排往江河湖海，1989年排往江河湖海的固体废弃物达1250万t。固体废弃物对大气的污染也是极为严重的。如固体废弃物中的尾矿粉煤灰、干污泥和垃圾中的尘粒将随风飞扬，进而移往远处；有些地区煤矸石含硫量高而自燃，像火焰山一样散发出大量的二氧化硫；化工和石油化工中的多种固体废弃物本身或在焚烧时能散发毒气和臭味，恶化周围的环境。固体废弃物对土壤的污染方面也同样严重：废物堆置或垃圾填埋处理，经雨水浸淋，其渗出液及沥滤液中含有的有害成分会改变土壤和土质的结构，影响其中的微生物活动，妨碍植物的根系生长，甚至使所在之处成为不毛之地，或在植物机体内积蓄，危害食用在固体废弃物的危害中，最为严重的是危险性废物的污染。易燃、易爆和腐蚀性、剧毒性废物，易造成突发性严重灾难，而且有毒性或潜在毒性的废弃物会造成持续性的危害。如：美国纽约州的“拉夫”运河，20世纪50年代曾埋进80多种化学废物，十余年后陆续发现水井变臭、儿童畸形、成年人患无名奇症等问题，曾迫使200余户搬迁，直至该区成为无人居住的“禁区”。类似的例子，在世界范围内屡见不鲜，惨痛教训应当深深吸取。化工废渣的种类复杂，成分繁多，性质各异，故目前对废渣的治理还不能像治理废气及废水那样形成系统。3.2化工废弃物处理技术化工废弃物的处理与处置包括处理、处置两个方面。化工废弃物处理是指通过物理、物化、化学、生物等不同方法，使化工废弃物转化成为适于运输、储存、资源化利用以及最终处置的一种过程。化工废弃物的处理方法主要有物理处理、物化处理、化学处理、生物处理等四种。具体见图5-2。化工废渣综合利用及处理方法物理处理法物理化学法化学法生物化学法其它图5-2化工废渣主要处理方法废弃物常用的处理方法简要介绍：A.压实亦称压缩，是用物理方法提高固体废弃物的聚集程度，增大其在松散状态下的容重，减少固体废弃物的容积，以便于利用和最终处置。根据废弃物的类型和处置目的的不同，压实的处理流程不同。目前，压实处理技术在部分工业发达国家已得到应用，并取得一定的经济效益，在我国还未广泛使用。压实处理的主要机械设备为压实器。B.破碎指用机械方法将废弃物破碎，减小颗粒尺寸，使之适合于进一步加工或能经济地再处理。所以通常不是最终处理，而往往作为运输、储存、焚烧、热分解、熔融、压缩、磁选等的预处理过程。这一技术在固体废弃物的处理和处置过程中，应用已相当普及，技术亦已相当成熟。按破碎的机械方法不同分为剪切破碎、冲击破碎、低温破碎、湿式破碎、半湿式破碎等。（1）剪切破碎是靠机械的剪切力（固定刀和可活动刀之间的啮合作用）将固体废弃物破碎成为适宜尺寸的过程。当前这种处理技术已广泛使用于金属、木质、塑料、橡胶、纸等许多固体废弃物的破碎。为了处理不同固体废弃物而设计的剪切破碎机械有冯罗尔（VonRoll）式往复剪切破碎机、林德曼（Lindemann）式剪切破碎机、旋转剪切破碎机、托尔马什（Tollemacshe）式旋转剪切冲击破碎机、油压式剪切破碎机。（2）冲击破碎是靠打击锤（或打击刃）与固定板（或打击板）之间的强力冲击作用将固体废弃物破碎的过程。这种处理技术主要适用于废玻璃、瓦砾、废木质、塑料及废家用电器等固体废弃物的处理。用于固体废弃物处理的冲击破碎机多数属旋转式，最常用的是锤式破碎机。（3）低温破碎是利用固体废弃物低温变脆的性质而进行有效破碎的方法，主要适用于废汽车轮胎、包覆、电线、废家用电器等。通常采用液氮作制冷剂。有代表性的废聚氯乙烯合成材料低温破碎流程为：废物→切割机→储料槽→液氮室→冷却室→粉碎机→粗筛→分离器。（4）湿式破碎是为了回收城市垃圾中的大量纸浆而发展起来的一种破碎技术。是基于纸浆在水力作用下发生浆化，因而可将废物处理与制浆造纸结合起来。该技术在部分工业发达国家已开始应用，主要通过湿式破碎机破碎。见图5-3。此设备为一圆形立式转筒装置，底有许多筛眼，转筒内装有六只破碎刀，垃圾中的废纸经过分选作为处理原料，投入转筒内，因受大水量的激流搅动和破碎刀的破碎形成浆状，浆体由底部筛孔流出，经固液分离器把其中的残渣分出，纸浆送到纤维回收工段，经过洗涤、过筛、将分离出纤维素后的有机残渣与城市下水污泥混合脱水至50%，送去焚烧炉焚烧处理，回收废热。在破碎机内未能粉碎和未通过筛板的金属、陶瓷类物质从机器的侧口排出，通过提斗送到传送带上，在传送过程中用磁选器将铁和非铁类物质分开。（5）半湿式选择破碎该技术是基于废弃物中各种组分的耐剪切、耐压缩、耐冲击性能的差异，采用半湿式（加少量的水）在特制的具有冲击、剪切作用的装置中，对废物作选择性破碎的一种技术。半湿式选择破碎机结构见图5-4，物料在半湿式选择破碎机中的选择破碎和分选分三级进行。物料投入后，刮板首先将垃圾组分中的玻璃、陶瓷等性质脆而易碎的物质破碎成细粒、碎片，通过第一阶段的筛网分离出去。分出的第一组物质采用磁力反拨、风力分选设备分别去除废铁、玻璃、塑料等得到堆肥原料。剩余垃圾进入滚筒第二阶段，继续受到刮板的冲击和剪切作用，具有中等强度的纸类物质被破碎，从第二阶段筛网排出。分出的第二组物质采用分选设备先去除长形物，然后用风力分选器将相对密度大一些的厨芥类和相对密度小的纸类分开。残余的垃圾，在滚筒内继续受到刮板的冲击和剪切作用而破碎，从滚筒的末端排出，其主要成分为延形性大的金属以及塑料、纤维、木材、橡胶、皮革等物质。第三组物质的分选设备由磁选机和剪切机组成，剪切式破碎机把原料剪切到合乎热分解气化要求的粒度，然后可以利用其相对密度的差异，进一步将金属类和非金属类分开。C.分选主要是依据各种废弃物的不同物理性能进行分选处理的过程。固体废弃物的分选有很大的意义。废弃物在回收利用时，分选是继破碎以后的重要操作工序，分选效率直接影响到回收物质的价值和市场销路。分选的方法主要有筛分、重力分选、磁力分选、浮力分选等。（1）筛分是利用固体废弃物之间的粒度差，通过一定孔径的筛网上的振动来分离物料的一种操作方法。把可以通过筛孔的和不能通过筛孔的粒子群分开。筛分法通常和其他设备串联使用。该技术已经在固体废弃物资源回收和利用方面得到广泛应用。影响筛分效率的因素包括入选物料的性质、筛子的振动方式、振动频率、振幅大小、振动方向、筛子角度、粒子反弹差异、筛孔目数及筛孔大小等。（2）重力分选是利用混合固体废弃物在介质中的相对密度差进行分选的一种方法。分选的介质可以是空气、水，也可以是重液、重悬液等。从而可分为风力分选、惯性分选、重液分选等几种形式。①风力分选是基于固体废弃物颗粒在风力作用下，相对密度大的沉降末速度大，运动距离比较近，相对密度小的沉降末速度小，运动距离比较远的原理，对不同相对密度的物质加以分选。目前，该技术在城市垃圾处理中已经得到广泛使用，不过影响固体颗粒物沉降末速度的因素很多，以至于在风选时往往不易达到预期的目的。为此，