19环境生物技术第七章固体废物的生物处理技术

第七章固体废物的生物处理技术1第七章固体废物的生物处理技术第一节固体废物的概念——”放在错误地点的原料“人类在生产与生活中产生的，生产者在一定时间和地点不再需要而丢弃的固体、半固体和泥状物质。并不意味其没有利用价值，事实上，废与不废是一个相对的概念，它与当时的社会发展阶段，技术水平与经济条件等等密切相关。特别是自20世纪中期以来，随着资源的大量消耗而导致的资源枯竭以及环境恶化给人类带来的巨大压力，人们逐渐认识到固体废物的再利用性，所以固体废物又有二次资源(Secondaryresourses)，再生资源(renewableresourses)等称谓，并将固体废物视作第二矿业(Secondarymining)，固体废物工程也发展成为一门新兴的应用技术型学科，即再生资源工程。特点：无主性、分散性、危害性、错位性基本上包括了固废的所有形态一、固体废物的涵义Solidwaste描述人类丢弃的东西，一般包括厨余物，垃圾，污泥，有害废物等，但是不包括放射性废物和原位采矿废物Refuse垃圾，涵义接近前者，但是一般指生活产生的固废Residue一般指生产中产生的固废，也叫废渣Rubbish垃圾，一般包括在refuse中，来源于生活家庭，机关，商业等Garbage厨余物，特指生的或者熟的食品残余二、固体废物的来源固体废物来源于人类的生产与消费活动。来源复杂（各行各业，各种生产和生活活动），种类繁多（几乎包括一切成形物质）。一般将其来源概括为两大类：生产废物和生活废物。生产废物不能完全利用的资源:最典型的有冶金、化工、电力、煤碳等行业产生的废渣砷渣、铬渣、铍渣、铊、汞渣、镉渣、铅等。超过使用寿命的产品:特别是电子垃圾生活废物生活活动产生的垃圾(Trash)，每年以8-10%速度增加。•城市生活垃圾–1995年己超过1亿t，每年增长10％(全世界平均年增长速度8.42％)。无害化处理的不足10％。•污水处理厂干污泥–每年产生约2×105t，以湿污泥计约为(38~50)l05t，且以每年20％的速度增长。•农业废弃物–作物秸秆、草木枝叶、人和畜禽粪便等。作物秸秆每年产量约（5~6)l08t。（薪柴、就地焚烧）–集约化畜禽生产，粪便年排放量约18.8×108t。三、固体废物的分类我国目前分为四类：工矿业固体废物，农业固体废物，城市生活垃圾及放射性固废（须专门管理）。一般按来源分为：第七章固体废物的生物处理技术2工业废物(industrialsolidwastes)：冶金、交通、化工、能源、矿业、轻工业及其它城市垃圾(municipalsolidwastes)：生活、商业、建筑、粪便农业固体废弃物(agriculturalsolidwastes)：农、林、牧、渔放射性废物(radiologicalsolidwastes)：放射性矿物、核工业、同位素加工、科研单位、医疗单位按危害性分为有毒有害性和无毒无害性有毒有害固废(hazardouswastes)：除放射性废物外，具有直接毒害，即有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性的废物如：医药废物、木材防腐化学品、废燃油、含Be（铍）、As、Cd、Hg、Te、Tl、Pb及含氰、酚、醚、多氯苯、二恶英四、固体废物对环境的污染危害(pollutionhazard)侵占土地污染土地污染水体污染大气影响环境卫生（1）侵占土地•据估算，每堆积1万吨废物，占地需0.067hm2。•我国工矿业固体废物累计堆放量达60亿吨，占地5万多公顷。•另据《2001年全国环境状况公报》公布，我国已有三分之二的城市处于垃圾包围之中，垃圾堆存占地累计达75万亩。（2）污染土地•主要通过淋滤作用和细菌分解进入土壤，一方面污染土壤，一方破坏土壤的生态平衡。•70年代，美国的密苏里州，将混有一种有机有毒化学污泥废渍的沥青铺路，造成土壤中深达60cm的污染，致使大批牲畜死亡，人产生各种怪疾，后美国环保局花3300万美元，买下该城镇的全部地产，居民搬适，并给予赔偿。•80年代,内蒙古某尾矿堆污染大片土地,造成整个村庄被迫搬迁.(3)污染水体(contaminatedwaterbodies)•主要通过浸渍、渗滤作用与细菌分解作用进入水体。•美国的罗芙运河（LoveCanal）事件–1930－1953年，美国胡光化学工业公司在纽约州尼亚加拉瀑布附近的罗芙运河废潭谷填埋了2800多吨桶装有害固废，1953年填平覆土，在上面兴建了学校和住宅。–1978年，由于大雨和融化的冰雪造成有害废物外溢，以后，陆续发现该地区井水变臭，婴儿畸型，居民身患怪疾。–检测结果发现：该地区大气中有害物浓度超标500多倍，有毒物质82种，致癌物质11种。由此，总统颁布紧急法令，封闭住宅，关闭学校，居民全部迁居，拨款2700万元补救治理。•我国一家铁合金厂其铬渣堆场缺乏防渗措施，6价铬污染了20多km2的地下水，致使7个村1800多眼井无法饮用，工厂先后花费7000万元用于赔款和补救。•我国某锡矿：含砷废渣长期堆放，渗滤污染水井，曾一次造成308人中毒，6人死亡。(4)污染大气第七章固体废物的生物处理技术3•主要通过漂逸扩散、焚烧处理进入大气–尾矿库（坝）的扬尘，甚至能形成局部沙尘暴；–运输过程中产生的有害气体和粉尘；–污泥和垃圾中的尘粒及臭气；–一些有机固体废物,在适宜的温度和湿度下被微生物分解,能释放出有害气体;–固体废物焚烧引起的二恶英污染。(5)影响环境卫生主要是感官污染并引起疾病传播我国生活垃圾,粪便的清运能力不高,无害化处理率低，很大一部分垃圾堆存在城市的一些死角，严重影响环境卫生，对人们的健康构成潜在的威胁．五、固体有机废物的处理和处置原则资源化、无害化和减量化①资源化有机固体废物被称为“放错地点的原料”，为“二次资源”或“再生资源”，可用于生产生物能源、生物肥料和饲料。②无害化杀灭或去除固体废弃物中的病原菌、害虫和寄生虫（害虫和寄生虫卵）、杂草种子和有害化学物质，处置过程需符合国家的无害化标准。③减量化经过最终处理、处置的部分能减量到最少的程度。（1）无害化(Detoxification)经各种处理后，达到不损害人体健康、不污染周围的环境（包括原生环境与次生环境）。所谓“害”，应包括两个方面的含义：–对人和动物的直接危害如传播疾病，引起火灾–对环境的危害如占用土地，污染土壤，水体和空气废物残渣最终处置方法的选择–孤岛处置、极地处置或深地层处置；–排入海洋或其他大的水域；–在地面上进行处置固体废物的土地填埋卫生填埋及安全填埋---适合我国国情的处置技术（2）减量化(Minimization/reduction)---减少固体废物的产生量•通过适宜手段使固废的容积降到最低值(针对生活垃圾)。–如采用破碎和压实，压缩比可达5～10。•减少污染源的废物产生量是解决固废问题的最佳方案–改变生产过程–革新生产工艺–重新调整化学品的配方–无害化学品替代有毒化学品–简化操作和改善运行管理清洁生产国际定义借助此生产方法，所有的原料和能量在原料资源—生产—消费—二次原料资源的循环中得到合理和综合利用，同时对环境的任何作用都不致破坏它的正常功能。目的：解决自然资源的合理利用和环境保护问题。第七章固体废物的生物处理技术4现阶段定义该生产方法的实际活动对环境所造成的影响不超过允许的环境卫生标准；同时由于技术、经济、组织或其它方面的原因，部分原材料可能转化成长期存放或埋藏的废料。实现清洁生产的主要途径－原料的综合利用－改革原有工艺或开发全新流程－实现物料的闭路循环－工业废料转化成二次资源－改进产品的设计，加强废品的回收利用（3）资源化(reclamation)---废物的再循环利用，回收能源和资源•天然资源是不可再生的–一般，社会需要的最终产品仅为原料的20～30％，70～80％成为废物。资源化基本任务是采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。定义：废物的再循环利用，回收能源和资源•资源化的经济效益又是非常明显的。•资源化应该遵循的三个原则•大宗利用原则•多用途开发原则•高附加值产品原则•资源化一般处理技术第二节固体废物的处理处置技术处理方法(processing/treatmentmethod)预处理分选脱水生物处理焚烧处理热解处理化学处理海洋处置陆地处置处置方法(disposalmethod)一、固体废物处理方法Treatmentmethodsofsolidwaste（1）物理处理：不改变固废的成分，仅改变固废结构的处理方法，如破碎、压实、分选等；（2）化学处理：将固废中的有害成分转变为无害的处理方法，如氧化、还原、化学沉淀等；（3）生物处理：利用微生物分解固废中的有机物使之达到无害的处理方法，如堆肥等；（4）热处理：采用高温破坏和改变固废的组成和结构，可同时达到减容、无害和热利用的目的。如焚烧、热解等；（5）固化处理：采用固化基材将固废固定或包覆以降低其危害的方法，如水泥固化、第七章固体废物的生物处理技术5沥青固化。二、固体废物的预处理技术三、固体废物的分选技术——资源化的基础四、处理有机固体废物的方法主要有堆制法、厌氧消化法、填埋法和焚烧法固体废物的处置方法处置即最终处置（finaldisposal），或安全处置，是固体废物污染控制的末端环节，是解决固体废物的归宿问题方法有：海洋处置和陆地处置两种：•海洋处置(seabeddisposal)：海洋倾倒和远洋焚烧•陆地处置(landdisposal)：土地耕作，工程库或贮留池贮存，土地填埋（安全、卫生）和深井灌注等。海洋倾倒实际上是选择距离和深度适宜的处置场，把废物直接倒入海洋。对海洋处置的两种观点：一是海洋具有无限的容量；二是持续下去将造成海洋污染、杀死鱼类、破坏海洋生态。注意问题对生态环境影响如何；同其他处置方法相比是否经济可行；是否满足有关海洋法规的规定。为防止海洋污染需对海洋倾倒进行科学管理。远洋焚烧•用焚烧船在远海对废物进行焚烧破坏，主要用来处置卤化物，冷凝液及焚烧残渣直接排入海。•焚烧设施：船舶、平台或其他人工构筑物•与陆上焚烧区别含氯有机物完全燃烧产生的水、二氧化碳及氯化氢以及氮氧化物，由于海水本身氯化物含量高，并不会因为吸收大量氯化氢而使其中的氯平衡发生变化。此外，由于海水中碳酸盐的缓冲，也不会因吸收氯化氢使海水的酸度发生变化。第三节堆制处理一、堆制的概念及其优缺点1、堆制(Composting)的概念堆制处理是利用多种微生物人为地促进生物来源的有机废物好氧分解和稳定化的过程。堆制处理后，产物中含丰富的氮、磷营养物质和有机物质，故又称为堆肥(Compost)。好氧堆制定义的含义原料为可生物降解废物，固体或半固体；传统：秸秆、落叶、野草和禽畜粪便堆积发酵制作肥料。本世纪20年代后：生活垃圾、污水污泥、人和禽畜粪便以及农林废物等人工控制下进行；传统:手工操作和自然堆积方式，并依靠自发的生物转化作用，发酵周期长，处理量小本世纪20年代后；出现了机械堆制技术第七章固体废物的生物处理技术6多种微生物联合作用实现，不同阶段，不同的微生物起主导作用。•堆制过程好氧、放热，为稳定化过程；•能杀死病原菌和寄生虫和害虫卵，达到无害化、安全性；2、堆制处理的优点①有机废物分解并达到稳定化易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质，体积大大缩小(40％~60％干有机质被分解)，便于处置和运输。有毒化学品(如农药)形成腐殖质，消除毒性。②干化作用人粪尿、动物粪便和污泥含水达80％~95％，经过堆制处理，大大降低其含水率。③杀灭有害生物–堆制过程释放大量热能，堆温较高。据测定，60~70℃维持3d，可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵失活。–堆温50~60℃，持续6~7d，即可杀灭病原和虫卵。④堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂3、堆肥处理存在的问题①堆肥质量不易稳定；②原料来源不同、随季节变化，给标准化处理带来困难；③物料温度不均匀；④受社会、文化、经济因素的影响；二、好氧堆制的微生物学过程1、微生物学过程及特点根据温度变化和微生物生长情况，分为潜育期、中温期、高温期、腐熟期四个时期1）潜育期(