固體廢棄物的處理處置與資源化綜述解析

1、固體廢棄物的處理處置與資源化綜述摘 要 本文主要介紹了固體廢棄物的定義和分類，闡述了工業(yè)廢棄物的來源、特點及其在建筑材料中的應用與前景，固體廢棄物轉化為建材產品，能夠節(jié)約自然資源，緩解資源枯竭的問題，變廢為寶，化害為利，產生巨大的經濟效益，是廢棄物綜合利用，走可持續(xù)發(fā)展道路的重要途徑。關鍵詞：工業(yè)廢棄物；建筑材料；綜合利用Treatment and disposal of solid waste and recyclingAbstract this paper mainly introduces the definition and classification of solid waste,

2、 this paper expounds the sources and characteristics of industrial waste and its application and prospect in building material, solid waste into building materials products, can save natural resources, alleviate the problem of resource depletion, and waste useful for profit, generate huge economic b

3、enefits, is the comprehensive utilization of waste, walk the path of sustainable development important way.Keywords: industrial waste; construction materials; comprehensive utilization1固體廢物固體廢棄物是指人類在生產、消費、生活和其他活動中產生的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(國外的定義則更加廣泛，動物活動產生的廢棄物也屬于此類)，通俗地說，就是“垃圾”。主要包括固體顆粒、垃圾、爐渣、污泥、廢棄的制品、破損器皿、殘次品、

4、動物尸體、變質食品、人畜糞便等。有些國家把廢酸、廢堿、廢油、廢有機溶劑等高濃度的液體也歸為固體廢棄物。1根據(jù)目前的技術條件,在生產中,總免不了會將所利用的一部分天然資源作為廢棄物而丟棄;在消費中,各種產品又都有一定的使用壽命,超過一定期限就會成為廢棄物而被拋棄。所以,在當前的生產、生活中,固體廢棄物的產生和排棄有其必然性。而解決環(huán)境問題的最有效方法就是放棄那種大量生產、大量消費的社會生活方式,以減少材料的生產、使用和廢棄。但是如果這樣做,工業(yè)生產就會停滯不前,大眾的消費水準就會降低。所以,單純地抑制經濟增長只會激化矛盾,因此,增長是絕對必要的。持續(xù)增長必須以環(huán)境問題為前提,通過新技術的進步來滿

5、足人類社會的各種需求。2固體廢棄物的處理處置近十年來,鑒于固體廢棄物運輸和處置成本的不斷提高,因填埋而使城市周圍可用土地的日漸減少,人類社會對環(huán)境保護的迫切要求,有限自然資源的逐步枯竭,這就使各發(fā)達國家在固體廢棄物管理中,將變廢棄物為有用材料和能源的轉換,已經成為比過去更有吸引力的一種選擇。在當今發(fā)達的國家里,廢棄物被定義為“不得其所的資源”, 是在不恰當?shù)臅r間,放在不恰當?shù)牡胤降脑牧稀?。在最近幾年?各行各業(yè)不斷使用“回用”、“再生”和“資源化”這些字眼,而且這種趨勢還將繼續(xù)?！盎赜谩?是指不止一次地使用廢舊材料和產品;“再生”,是指例如紙、塑料、玻璃這些固體廢棄物,用比較經濟的加工方法使

6、之成為再生材料;“資源化”,常指用固體廢棄物制取可用的材料或能量,包括廢棄物的綜合利用。雖然這些用詞之間有著重要的技術上的區(qū)別,但從概念上來說都有一個目標,就是使廢棄物具有最佳的經濟價值,減少和防止從一切生產和消費活動中產生固體廢棄物。固體廢棄物處理的最終出路在于“廢棄物資源化”,這種哲理在世界各國中正變成一種廢棄物管理體系的基本政策。目前,發(fā)達國家已將“廢棄物資源化”列為國家經濟建設的重點,并將固體廢棄物列入資源的范疇,將再生資源的開發(fā)利用視為第二礦業(yè),掀起了“二次物料工業(yè)革命”的熱潮,形成了一個新興的工業(yè)體系。在我國,科學技術發(fā)展的戰(zhàn)略目標是有效地控制和緩解人口、資源和環(huán)境的壓力。在199

7、5 年通過的社會發(fā)展科技計劃綱要中“, 廢棄物資源化”這一提法也已正式出現(xiàn)在國家的重要文件中。2固體廢棄物按管理需要將其分為三類：即工礦業(yè)固體廢物、有毒有害固體廢物和城市垃圾。3一般工礦業(yè)固體廢物是指工業(yè)生產、加工和采礦過程中排出的廢渣、粉塵、廢屑、污泥、廢石和尾礦等。如：冶金工業(yè)產生的高爐礦渣、鋼渣、赤泥；采煤和選礦過程中排出的煤矸石；燃煤設備產生的粉煤灰、煙道灰；木材加工工業(yè)產生的刨花、木屑、邊角料；選礦過程中經過提取精選后剩余的尾渣，其產生量相當大，多堆棄在選礦作業(yè)場附近。有毒有害固體廢物指凡能引起或導致人及動物或死亡或嚴重疾病的固體廢物，在我國，放射性固體廢物屬于有毒有害固體廢物，對有

8、毒有害固體廢物的管理一直是國家廢物管理的重點之一。有毒有害固體廢物的危害特性不盡相同，大體可分為：易燃性、腐蝕性、化學反應性、浸出毒性、急性毒性、放射性和變異性。城市垃圾是指城市居民在日常生活中拋棄的固體垃圾。它主要包括：生活垃圾、市場垃圾、零散垃圾、醫(yī)院垃圾、建筑垃圾和街道掃集物等。其中醫(yī)院垃圾（特別是帶有病原體的）和建筑垃圾應予單獨處理，其他通常由環(huán)衛(wèi)部門集中處理的稱為生活垃圾。生活垃圾是一種由多種物質組成的異質混合體，其處理方法大致有焚燒、衛(wèi)生填埋和堆肥。城市是人口密集的地方，也是工業(yè)、經濟和技術集中的地方。由于人口增長、經濟發(fā)展和生活水平的提高，城市垃圾產量迅速增長，成分也越來越復雜，

9、污染問題已成為世界性城市環(huán)境公害之一。3固體廢物資源化應當遵循以下原則：第一，資源化技術應是可行的；第二，固體廢物資源化的經濟效益應是較大的；第三，固體廢物應盡可能利用，以便節(jié)省廢物收貯、運輸?shù)冗^程的投資，提高資源化的經濟效益；第四，固體廢物資源化產品應當具有與相應的原材料所得產品相競爭的能力，否則，采用的技術不可能持久。3世界各國對于固體廢棄物資源化的技術水平并不高,其處理方法也較為消極,基本都限于單種廢棄物的回收利用。見下圖2雖然大范圍的廢棄物處理仍處在較為低端的狀態(tài)，但是有關固體廢棄物處理處置與資源化的新方法在近些年層出不窮，在此挑選一些有代表性的方法做簡單說明。2.1 廢棄物復合材料1

10、995 年10 月國家科委召開了“全國社會發(fā)展工作會議”,會議文件資源綜合利用科技專項行動中,就提到了一個科研成果:“廢棄物復合材料是我國獨創(chuàng)的一項技術,具有兼具鋼鐵與高分子聚合物特性的新型高強度材料,可以在廣泛的應用領域中代替木材、鋼鐵、塑料、瓷等。不僅可以大幅度地消耗不同類型廢棄物,而且還有很強的市場競爭力。廢棄物復合材料,是全部用固體廢棄物作為原料制成的一種復合材料,這類復合材料包括的品種很多,按基體性質的不同,可歸納分為三種類型,即聚合物基、硅酸鹽基(陶瓷基) 、金屬基。實踐證明,單種固體廢棄物回收利用,成本高,再生品質量低,無競爭力。但如果根據(jù)復合材料的概念,把多種不同類的固體廢棄物

11、制成各種各樣的固體廢棄物復合材料,則會得到在材料性能上揚長避短,使固體廢棄物增值的最佳效益。這種材料既保持各組分原有的主要性能,又往往具有原組分中所沒有的新特性。22.2 等離子體技術等離子體技術應用于污染治理的研究開始于20世紀50年代,由于等離子體中的電子具有較寬的能量分布,電子能量高,可與原子、分子碰撞,產生各種粒子,從而進行熱化學較困難甚至不可能進行的化學反應。4 目前等離子體處理廢棄物的應用研究均取得了較好的效果。中國科學院等離子體研究所通過150 kw的高效電弧在等離子高溫無氧狀態(tài)下,將危險廢棄物在爐內分解成氣體、玻璃體和金屬三種物質,然后從各自的排放通道有效分離。由于整個處理過程

12、和處理環(huán)境實現(xiàn)了“全封閉”,因此不會造成對空氣的污染,同時排放出的玻璃體可用作建材,金屬可回收使用,從而基本上實現(xiàn)了真正意義上的污染物“零排放”。52.3 熱裂解技術處理熱裂解是一種古老的工業(yè)化生產技術,該技術最早用于煤的干餾,所得焦炭產品主要作為冶煉鋼鐵的燃料。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,該技術的應用范圍逐漸得到擴大,被用于各相關領域。特別是世界性能源危機對工業(yè)化國家經濟的沖擊,使得人們逐漸意識到開發(fā)再生能源的重要性,熱裂解技術被逐漸用于固體廢物的資源化處理。同時,熱裂解是在缺氧條件下,把高分子結構轉換為低分子結構,可以對有毒物質進行分解,減輕對環(huán)境的污染,因此將熱裂解技術用于固體廢物處理,既可極

13、大限度的回收能源,又可無害化處理。熱解在英文中使用“Pyrolysis”一詞,在工業(yè)上也稱為干餾。它是將有機物在無氧或缺氧狀態(tài)下加熱,使之分解為:(1) 以氫氣、一氧化碳、甲烷等低分子碳氫化合物為主的可燃性氣體;(2) 在常溫下為液態(tài)的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在內的可燃油;(3) 純碳與玻璃、金屬、土砂等混合形成的炭黑的化學分解過程。采用熱裂解技術處理固體廢物,不但可以避免感染的危險,也可除去毒物,保護環(huán)境,加上能源的回收,可謂是一舉數(shù)得,其將取代傳統(tǒng)焚化而變成處理固體廢物特別是有害廢棄物的主流。62.4 生物制氫早在 19 世紀,人們就已經認識到細菌和藻類具有產生分子氫的特性。生物制氫想

14、法最先是由Lewis于1966 年提出的7, 20 世紀70 年代世界性的能源危機爆發(fā), 生物制氫的實用性及可行性才得到高度的重視。當今人類所面臨的能源與環(huán)境雙重壓力,使生物制氫研究再度受到重視, 人們試著把氫氣的獲取和固體廢棄物的處理結合起來, 即以有機固體廢棄物為供氫體, 利用純的光合細菌或厭氧細菌制備氫氣。20 世紀90 年代后期, 人們直接以厭氧活性污泥作為天然產氫微生物菌群, 通過厭氧發(fā)酵亦成功制備出氫氣8。厭氧發(fā)酵的優(yōu)勢在于, 首先固體廢棄物轉化為氫氣的過程中實現(xiàn)了垃圾的減量化;其次,與好氧過程相比,厭氧消化過程不需要氧氣,降低動力消耗,因而將大大降低運行成本。利用固體廢棄物生物制

15、氫,一方面可以減少固體廢棄物的排放量,減輕固體廢棄物給環(huán)境造成的壓力,起到治理環(huán)境的作用;另一方面,使固體廢棄物中的有用物質轉化能源及對環(huán)境有益的二次產物,具有明顯的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益, 是實現(xiàn)有機廢物無害化、減量化、資源化的有效的途徑。我們相信,隨著科學技術的進一步發(fā)展,會有更為有效的生物制氫處理工藝被發(fā)明并應用于實踐,從而真正實現(xiàn)由“廢物”變“財富”的夢想。92.5 仿生群樂體十多年前,國際上創(chuàng)建了無廢生產的概念。在理論上,從生產工藝本身出發(fā)建立無廢生產工藝是可行的,是治理工業(yè)三廢的重要途徑。但是,目前無廢生產工藝還僅限于單個生產工藝,而對于全社會各行各業(yè)的三廢綜合治理仍有著極大

16、地局限性。而傳統(tǒng)三廢治理措施,由于治理范圍的局限性和經濟效益不明顯,已成為制約實施的關鍵。所以無廢生產在現(xiàn)實中很少見。在自然界里,各種生物不是各自獨立地散布在地球上,而是有機地、有規(guī)律地在一定空間中共處。各種生物種群結合在一起,組成了一個個生物群落。對生物體來說,它們一方面從動植物的腐解物和排泄物中吸取營養(yǎng),另一方面又以自身成長或其他方式返回給動植物。它們既是消費者,又是生產者。生物群落的生存和發(fā)展,主要是靠它們良好的內循環(huán)和自凈系統(tǒng)。否則,廢物堆積,它們就無法長期生存和繁殖。這一特性,為我們治理三廢,建立仿生群樂體,展示了理想的前景。在無廢生產體系中,生產過程所排出的廢物,以及產品經消費后所

17、形成的廢物,可以而且一定要返回工業(yè)生產中作為二次原料加以利用,就象生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈的結構一樣。我們可以仿效自然界中生物種群間相生相克的原理,把各種“生產消費三廢利用”通過優(yōu)化選擇,組合成一個個相互制約的仿生群體系統(tǒng),即環(huán)境綜合治理體系。但是,現(xiàn)存生物群落是經過數(shù)十萬年形成的自然規(guī)律,而這種環(huán)境綜合治理體系則是人類的自覺行為。所以,這種不同于生物群落的環(huán)境綜合治理體系,可取名為“仿生群樂體”。這個經濟技術的新概念,為快速地、經濟地解決環(huán)境問題,開辟了新的途徑。例如,根據(jù)我國政府綠色科技的戰(zhàn)略思想,鑄造廢砂、尾礦、爐渣、粉煤灰等廢棄物必須資源化。這些廢棄物與其他領域產生的廢棄物,如廢塑料、污泥、

18、廢雜有色金屬等,可根據(jù)廢棄物復合材料的制造原理,變成種種新的材料資源。成功的例子如鑄造廢砂或尾礦與廢地膜制成的聚合物基復合材料,鑄造廢砂或尾礦與鍋爐渣、石灰或污泥制成的硅酸鹽基復合材料、碎玻璃與易拉罐制成的金屬基復合材料等等。23處理廢棄物的法律規(guī)制對固體廢棄物的治理僅僅有方法是不夠的，更重要的是要將方法運用到實踐中去。發(fā)達國家和地區(qū)在固體廢棄物處理方面的的基本經驗是通過體現(xiàn)國家管制的立法來對固體廢棄物處理問題進行規(guī)制，我國現(xiàn)有固體廢棄物處理的法律制度有很多成就，但也存在不少問題，需要進行多方面的完善。10在處理固體廢棄物方面，世界各國都很重視加強法律規(guī)制。西方發(fā)達國家和地區(qū)較早已經開始固體廢

19、棄物處理立法，其中以美國、德國、日本和歐盟的立法具有代表性。美國在這方面起步很早，是相關立法最為系統(tǒng)的國家之一。在基本法方面，它制定了固體廢棄物處理法案（1965年）、資源恢復法案（1970年）、資源保護及回收法案（1976年）和危險及固體廢棄物修正案（1984年、1988 年、1996年）。此外，美國還在一些具體領域制定了很多重要法案，如有毒物質控制法案（1976年）、全國飲料容器重復使用和回收法案（1994年），以及含汞可充電電池管理法案（1996年）等等。德國在1972年就制定實施了廢棄物處理法，當時主要用以解決如何“處理”廢棄物的問題。1986年，該法被修改為廢棄物限制處理法，強調采用

20、節(jié)約資源的工藝技術和可循環(huán)的包裝，把避免廢物的產生作為廢物管理的首要目標。1991年，德國頒布了包裝廢棄物處理法，要求商品包裝物要盡可能減少并回收利用，以減輕填埋和焚燒的壓力。1994年，德國又頒布了循環(huán)經濟和廢物處置法，規(guī)定對廢物管理的手段首先是盡量避免產生，同時要求對已經產生的廢物進行循環(huán)使用和最終資源化的處置。日本是世界上固體廢棄物處理相關立法比較完善的典型，日本的立法重點在于促進固體廢棄物的循環(huán)使用。其主要立法有：固體廢棄物管理和公共清潔法（1970年制定，1991年修訂）、資源再生利用促進法（1991年）、促進建立循環(huán)社會基本法（2000年）、促進建立循環(huán)社會基本法（2000年）、資

21、源有效利用促進法（2001年）和綠色采購法（2001年），以及其他一些單行立法。歐盟也很重視固體廢棄物處理立法。例如1975年歐共體理事會通過了廢物指令，明確要求各成員國應采取適當措施，鼓勵廢物的預防、再生和加工，并確保廢物的處理不會危及環(huán)境和人類健康。2004 年8 月13 日，歐盟電子垃圾處理法正式出臺。它要求生產商、進口商和經銷商在2005 年8 月13日以后，必須負責回收、處理進入歐盟市場的廢棄電器和電子產品，并要求在2006 年7 月1 日以后投放歐盟市場的電器和電子產品不得含有鉛、汞、鎘等6種有害物質。我國現(xiàn)有的固體廢棄物處理立法，尤其是清潔生產促進法和固防法，吸納了國外比較成熟的

22、經驗，確立了我國固體廢棄物處理的基本原則?？傮w來說，我國已經初步建立起了固體廢棄物處理的法律機制，但與發(fā)達國家相比，我國現(xiàn)有的法律制度還存在不少差距和不足。我國立法盡管很重視國家政府管制在固體廢棄物處理方面的功能，并建立了前述各種相關的法律制度。但一方面，這些制度本身存在需要進一步細化的問題：現(xiàn)有立法規(guī)定大都過于原則化和粗略化，可能需要制定一些更為細致的法律。另一方面，現(xiàn)有立法過于重視一些強制性的管制手段，即直接要求主體必須做什么和不能做什么，而忽視了國家在激勵和引導方面的功能，忽視了基于市場的管制手段的運用。再生資源產業(yè)在發(fā)達國家被稱為“第四產業(yè)”，是循環(huán)經濟的重要組成部分。 在日益強調社會

23、可持續(xù)發(fā)展的今天,我國這方面相對落后局面不僅會進一步加劇生態(tài)環(huán)境污染,失去大量可利用的再生資源,而且在一定程度上制約著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。所以,我國在廢棄物利用方面還面臨著艱巨而緊迫的任務?？梢灶A見,隨著環(huán)保意識不斷增強和技術水平的不斷提高,我國廢棄物循環(huán)再生利用必將實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保的目標,為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施做出巨大貢獻。4.工業(yè)固體廢棄物在建筑材料中的應用和現(xiàn)狀 工業(yè)固體廢棄物的治理、綜合利用日益受到世界各 國的重視。許多國家都把工業(yè)廢棄物作為一種新資源, 通過綜合利用減少對自然資源的開發(fā)和解決工業(yè)固體 廢棄物的污染治理工作。在美國, 粉煤灰和礦渣被列在 石灰和石膏

24、之前。在國外工業(yè)固體廢棄物的建材資源化 是解決廢物利用的主要手段之一。下面介紹幾種比較常 見工業(yè)固體廢棄物在建筑材料領域的應用。 4.1 粉煤灰 粉煤灰是燃煤電廠排放的工業(yè)廢渣。作為一個以煤 為主要能源的國家, 我國對粉煤灰的開發(fā)利用潛力和意 義都很大。粉煤灰在建材工業(yè)領域具有廣闊的應用空 間。 國外利用粉煤灰制作建筑材料已經有相當長的歷 史了, 在發(fā)達國家粉煤灰利用在高速公路路堤、公路、機 場和一些大型工程上。 我國從 20 世紀 50 年代開展粉煤灰綜合利用研究 以來, 粉煤灰的利用方面, 主要有: 建筑材料、回填物、垃圾場表層、土壤改良劑、路基加固材料、路基材料、生產 粉煤灰水泥、泥漿墻

25、、水凝填料等, 除此外, 近年粉煤灰 的研究利用領域擴展很大, 如在塑料、保溫材料、土壤磁 性復合肥、環(huán)境除污等方面都有研究并取得了進展4。 另外, 還可以制成粉煤灰礦棉、微晶玻璃、陶瓷、新型膠 凝材料、石膏制品等。 隨著納米技術和納米材料的發(fā)展, 近年來增添了粉 煤灰新型球體超細空心微珠新材料用作一些制品的填 料, 以獲取很大的利潤。 在當今的一些研究表明, 不僅僅采用單一的工業(yè)廢 渣進行生產建材制品, 而是復合兩種或兩種以上的工業(yè) 固體廢棄物進行綜合利用, 在提高利用率的同時, 增加 其制品的某些性能。 4.2 煤矸石 煤矸石是夾在煤層中的巖石, 是采煤和選煤過程中 排出的廢棄物5。我國煤矸石的排放量達 1 億多噸, 其 中一半以上均沒有被有效利用。 煤矸石的處理和應用, 在國外日益受到重視, 特別 是在 20 世紀 80 年代后, 其在建筑材料領域的應用已經 成為一種趨勢, 生產產品越來越多, 應用范圍越來越廣, 其生產的主要產品有: 煤矸石燒結磚、煤矸石輕骨料、水 泥混合材煤矸石砌塊、采用煤矸石生產水泥, 此外可以 生產高硅矸石微晶玻璃產品等。 最近研究表明, 煤矸石