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第七章固体废弃物污染与治理固体废弃物和废水、废气一样，是人类生产和生活活动的代谢产物。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，使固体废弃物的排放量猛增，日益增长的固体废弃物给环境带来很大危害。固体废弃物污染已经成为影响环境污染的主要因素之一。本章的主要内容第一节固体废弃物及其分类第二节固体废弃物对环境的污染及其管理第三节固体废弃物的利用第四节固体废弃物的处理第五节固体废弃物的处置第一节固体废弃物及其分类一、固体废弃物的概念固体废弃物，通常指人类在生产与生活中产生，生产者在一定时间和地点不再需要而丢弃的固体、半固体或泥状物质。“废弃物”是一个相对概念，是有一定时空条件的。往往一种过程中产生的废弃物，可以成为另一过程的原料，所以废弃物也有放在错误地点的原料之称。二、固体废弃物的分类固体废弃物可以按不同的方式进行分类。按其组成可分为有机废弃物和无机废弃物；按其形态可分为固体(块状，粒状，粉状)和泥状的废弃物；按其来源可分为工业废弃物、矿业废弃物、城市垃圾、农业废弃物和放射性废弃物等；按其危害特性可分为有害和无害废弃物。国内外普遍采用的是按来源进行分类，如图7—1所示。图7—1固体废弃物的分类1、工业固体废弃物2、矿业固体废弃物3、城市垃圾4、农业固体废物5、放射性固体废弃物三、有害废弃物有害废弃物是一类具有特殊物理、化学、生物特性的物质。一旦管理不当，就会对人体健康和环境造成危害。这种危害包括即时急性危害，如急性中毒、火灾爆炸等；还包括长期潜在性危害，如慢性中毒、致癌、污染地面或地下水等。一般将具有下列危害的废弃物定义为有害废弃物：1、引起或导致死亡率增加的废弃物。2、引起各种疾病的增加的废弃物。3、降低对疾病的抵抗力的废弃物。4、在处理、贮存、运输、处置或其他管理不当时，对人体健康或环境造成即时或潜在性的危害的废弃物。第二节固体废弃物对环境的污染及其管理一、固体废弃物对环境污染的危害固体废弃物堆积量大、占地广。从有害成分迁移转化的角度看，由于废水、废气在处理时其有害成分往往转化成固体形态，因此，固体废弃物在某种意义上成了有害成分存在的终态。存于固体废弃物中的有害物质不易破坏衰减，其危害具有长期性和潜在性，不易被人们发现。由于过去只注意防治水、气的污染，加上法制不健全，管理不完善，随意无控处置这些固体废弃物，有的甚至直接倒入江河湖海，造成严重污染。1、侵占土地2、污染土地3、污染水体4、污染大气5、影响环境卫生二、固体废弃物的污染途径固体废弃物虽然不是环境介质，但常常是多种污染成分存在的终态而长期存在于人类环境之中，在一定条件下会发生物理的、化学的以及生物的转化，对周围环境造成影响。如果处理、处置、管理不当，污染成分就会通过水、气、土壤、食物链各种途径污染环境，危害人类健康。一般工矿业废弃物所含的化学成分会形成化学物质型污染，如图7—2所示。图7—2化学物质型固体废弃物致病途径人畜粪便和有机垃圾是各种病原微生物的孳生地，形成病原体型污染，如图7—3所示。图7—3人畜粪便传播疾病途径三、固体废弃物环境管理的特点固体废弃物与水污染和大气污染相比，在管理方面有它自己的特点，主要表现在以下几个方面：1、要作最终处置2、要作妥善的途径管理3、要注意潜在危害上述特点决定了对于固体废弃物的管理将完全不同于水体、大气污染那样的管理体制。对于废水、废气，通常采用的是控制污染源的管理体制；而对于固体废物，则必须实行从产生到最终处置的全过程的管理体制，而将产生、运输、综合利用、处理、处置等所有废弃物运动过程所涉及的各环节都作为污染源进行管理和控制。这一管理体制按照其先后次序可以分为以下几个方面。●产生、分类、标识。●运输。●加工处理。●交换和能量回收。●焚烧和无害化处理。●贮存和完全处置。●浸出液管理、处置场监督、管理。第三节固体废弃物的利用许多固体废弃物实际上仍有利用价值。尤其是不少工业固体废弃物可以作为二次资源加以利用。这种二次资源与自然资源相比有三大优点：生产效率高、能耗低和环境效益高。因此，世界各国都广泛开展了固体废弃物的综合利用。一、固体废弃物作建筑材料许多工业固体废弃物如煤矸石、粉煤灰、高炉渣、钢渣等都具有建筑材料所需要的成分和性质，可以制成建筑材料。建筑材料需要量大，可以容纳大量的固体废弃物；建筑材料使用期限长，不会产生二次污染，也不会很快重新变成废弃物。所以，利用固体废弃物制造建筑材料是节约资源，消除污染，保护环境的有效途径。工业废渣作为建筑材料方面的用途列于表7-1。表7—1工业废渣作为建筑材料方面的用途工业废渣用途高炉渣、粉煤灰、煤渣、煤矸石、钢渣、电石渣、尾矿粉、赤泥、铜渣、镍渣、铅渣、硫铁矿渣、铬渣、废石膏、水泥窑灰等(1)制造水泥原料或混凝土(2)制造墙体材料(3)道路材料，制造地基垫层材料高炉渣(气冷渣、粒化渣、膨胀矿渣等)、粉煤灰(煤矸石、亦泥、铜渣、镍渣等)作为混凝：上骨料和轻质骨料制陶高炉渣、铜渣、镍渣、铬渣、粉煤灰、煤矸石等制造热铸制品高炉渣(渣棉、水渣)、粉煤灰、煤渣等制造保温材料二、固体废弃物作工业原料固体废弃物中含有多种有益成分，除可以用来生产建筑材料外。还可以做某些工业的原料，如钢渣可以代替焙剂用于烧结生产，可以做高炉、化铁炉的熔剂，也可以返回转炉炼钢利用；铬渣可以代替铬矿粉作玻璃着色剂；洗煤厂排出的煤泥可在铸造过程中作砂的粘结剂。在国外还可用浮选尾煤作塑料的原料等。三、固体废弃物作能源来源于煤炭、石油、动植物的固体废弃物，大多含有一定量的煤炭、油和生物能。固体废弃物作为能源的途径有两条：一条是将固体废弃物直接焚烧，然后利用焚烧释放出的热量供热或发电，又称为直接回收利用法；另一条是先将固体废弃物加工成原料，然后再进行焚烧供热或发电，这是一种间接回收利用法，此法得到的燃料为垃圾衍生燃料(RDF)。四、固体废弃物在农业上的利用固体废弃物中常含有丰富的有机质和作物养分，可以用来改良土壤，为作物提供营养元素等。固体废弃物在农业上的利用主要有两个方面：一是作土壤改良剂，用来改良土壤；二是用来作肥料，为作物提供生长所需的养分。1、固体废弃物生产堆肥堆肥是指在一定的条件下，通过生物化学作用使来源于生物的有机固体废弃物分解成为较稳定的腐殖质的过程。2、改良土壤许多固体废弃物具有改良土壤的功能，因而被作为土壤的改良剂。第四节固体废弃物的处理固体废弃物处理通常是指通过物理、化学、生物、物化及生化方法把固体废物转化为适于运输、贮存、利用或处置的过程。固体废弃物处理的目标是无害化、减量化、资源化。对于不同成份的废弃物，要综合考虑各种因素，并通过分析、论证，才能确定采用哪种处理方法才是符合环境、经济和具有社会效益要求的处理方法。一、固体废弃物的压实为了减少固体废弃物的运输和处置体积，从而减少运输和处置费用，必须对固体废弃物进行压实处理。压实一般用压实器进行。压实是一种普遍采用的固体废弃物预处理方法。如汽车、易拉罐、塑料瓶等通常首先采用压实处理。二、固体废弃物的破碎为了使进入焚烧炉、填埋场、堆肥系统等废弃物的外形尺寸减小，预先必须对固体废弃物进行破碎处理。经过破碎处理的废物，由于消除了大的空隙，不仅使尺寸大小均匀，而且质地也均匀，在填埋过程中更容易压实。固体废弃物的破碎方法很多，主要有冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎、摩擦破碎等，此外还有专用的低温破碎和湿式破碎等。三、固体废弃物的分选固体废弃物在处理、处置与利用之前必须进行分选，将有用的成分选出来加以利用，将有害的成分分离出来，防止损坏处理、利用及处置设施或设备。分选一般有两种：一种是将不同的物质加以分离；另一种是将不同粒度级别的废弃物加以分离。分选的基本原理是利用物料的某些性质方面的差异，将其分选开。四、固体废弃物的固化固化和化学稳定是指通过物理—化学方法将有害固体废弃物固定或包容在惰性固化基材中的一种无害化处理过程。固化处理的目的是使废弃物中所有污染成分呈现化学惰性或被包容起来，以便运输、利用或处置。因此，理想的固化产物应具有良好的抗渗透性，良好的机械特性，以及抗浸出性、抗干一湿，抗冻一融特性。固化方法可以根据固化基材及固化过程分为以下六类：●水泥固化●石灰固化●热塑性材料固化●有机聚合固化●自胶结固化●玻璃固化、陶瓷固化等五、固体废弃物的焚烧和热解由于固体废弃物中可燃物的比例逐渐增加，采用焚烧方法处理固体废弃物，利用其热能已成为必然的发展趋势。以此种处理方法处理固体废弃物，占地少。处理量大，在保护环境、提供能源等方面可取得良好的效果。与焚烧法相比，热解法则是更有前途的处理方法。它的显著优点是基建投资少。此外。工艺流程对环境的污染降低，并且可以制取新的产物，如气、液、乳、渣等。第五节固体废弃物的处置无论技术多么先进，总不可避免产生出—些无法利用和处理的固体废弃物。这些固体废弃物是多种污染物质存在的终态。处于终态的固体废弃物要长期存在于环境之中，为了防止其对环境的污染，必须进行最终处置。处置的目的和技术要求是，使固体废弃物在环境中最大限度地与生物圈隔离，避免或减少其中的污染组分对环境的污染与危害。固体废弃物的最终处置是固体废弃物管理的关键环节。早期的处置方法是随意排入水体或倾倒在露天土地上，或是就地焚烧，废弃物中的污染组分将进入水体、空气或土壤。上世纪60年代后对由此而酿成的污染问题和公害事件有所认识，开始改变处置的方法。现在所说的处置是指安全处置。固体废弃物处置可分为海洋处置和陆地处置两大类。一、海洋处置海洋处置分为两种：一种是传统的海洋倾倒；另一种是近年发展起来的远洋焚烧。1、海洋倾倒2、远洋焚烧二、卫生土地填埋卫生土地填埋法始于60年代，它是在传统的堆放、填埋基础上，从保护环境角度出发所采用的一种进步方法。它与传统的垃圾堆放和填埋处置的主要区别是，卫生土地填埋是一种要经过科学的选址、要有必要的场地防护处理和其他严格管理制度等一系列科学的工程措施和管理措施的赴置方法。由于卫生土地填埋安全可靠，价格低廉，目前已为世界上许多国家所采用。卫生土地填埋是处置一般固体废弃物使之不会对公众健康及安全造成危害的一种处置方法，主要用来处置城市垃圾。通常把运到土地填埋场的废弃物在限定的区域内铺撒成40—75厘米的薄层，然后压实以减少废弃物的体积，每层操作之后用15—30厘米厚的土壤覆盖，并压实。压实的废弃物和土壤覆盖层共同构成一个单元。具有同样高度的—系列相互衔接的单元构成一个升层。完整的卫生土地填埋场是由一个或多个升层组成的。当土地填埋达到最终的设计高度之后，再在填埋层之上覆盖—层90—120厘米厚的土壤，压实之后就得到一个完整的卫生土地填埋场，如图7—4所示。图7—4卫生土地填埋场剖面图三、安全土地填埋安全土地填埋是处置有害废弃物的一种较好办法，它实际上是卫生地填埋方法的进一步改进，对场地的建造技术要求更为严格。衬里系统的渗透系数要小于10-8厘米／秒：浸出液则要加以收集和处理；地表径流要加以控制。安全土地填埋场必须设置人造或天然衬里；最下层的土地填埋物要位于地下水位之上；要采取适当的措施控制和引出地表水；要配备浸出液收集、处理及监测系统，采用覆盖材料或衬里控制可能产生的气体，以防气体释出；要记录所处置的废弃物的来源、性质和数量，把不相容的废弃物分开处置。图7—5是典型的安全土地填埋场示意图。图7—5安全土地填埋场示意图四、深井灌注应该指出，需要进行终态处置的废弃物中，有时也有液状物质。利用深井灌注可以安全处置这类废弃物。深井处置系统要求适宜的地层条件，并要求废弃物跟建筑材料、岩层间的液体以及岩层本身具有相容性。对于在石灰岩或白云岩层处置容纳废物的主要机理是基于空穴型孔隙，加上断裂层和裂缝。对于在砂石岩层处置，废弃物的容纳主要依靠存在于穿过密实砂床，内部相连的间隙，如图7—6所示。图7—6深井灌注处置井剖面图五、土地耕作土地耕作是使用表层土壤处置工业固体废弃物的方法，它是把废弃物当作肥料或土壤改良剂，直接施用在土地上或混入土壤表层。根据处置废弃物的种类及施用方式，土地耕作还称为土地铺散、土地应用、污泥造田、土壤耕种和土地处置等。土地耕作是一种简单的固体废弃物处置方法，它具有工艺简单