主题:【转帖】固体废弃物的综合利用

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固体废弃物主要包括工业废渣和生活垃圾两大类。据估计,当物体消耗100份时,就会平均产生固体废物42份。近20年来全世界固体废物年均增长速度高达8.42%;我国的400多个主要城市,至少2/3的城市已处于固体废物的重重包围之中。

    由于工业废渣综合利用率不高,城市生活垃圾的处理率更低,往往堆积在城市郊区或荒滩野地上,弄得堆放处臭气冲天,蝇鼠孳生,传染疾病,或渗入地下、流人江海、污染水源、恶化土壤。即使采用焚化措施,也会将其中含硫、氮的化合物,化为有害气体,从而增加大气中的污染物。致癌性极强的二唿英就是焚化时生成的产物。

    工业废渣的数量很大,种类繁多,如冶金渣、煤矸石、粉煤灰各种类化工渣等。据计,每炼1 t生铁的产生的高炉渣约为300~900 kg,每炼1 t钢产生的钢渣在300 kg左右。它们不仅占用大量土地,浪费资源,而且长期堆积,废物中的有害物质,将污染土壤、江河,最终危及人体健康。同时,也应看到固体废弃物仍是一种可开发的资源,只要对其综合利用,即可收到“化废为宝”之功。

    固体废弃物的综合利用方法很多,但可概括为:单纯再利用;部件的回收再利用;作为原料的利用;能源的回收利用和生产建材、化肥和其他新产品等。试分述如下:

    1.冶金渣

    冶金渣范围极广,包括高炉渣、钢渣、有色金属渣等。其中以高炉渣和利用最为广泛(利用率在80%以上),废钢渣和有色金属渣则利用得较少。

    (1)制造矿渣水泥  用水淬高炉渣作为水硬性混合材料,与水泥熟料混合粉磨,生产矿渣水泥,与普通硅酸盐水泥相比,其耐热性和不透水性较好,后期强度较高,加之成本低,故得到广泛应用。

    (2)矿渣碎石  用高炉渣经过破碎制得的矿渣碎石,含有许多小气孔,对光的漫反射性能好,摩擦系数大,用它铺设的沥青路面,既明亮、又能提高抗变形性,增强防滑性能,是很理想的筑路材料,获得广泛应用。 

  (3)矿渣微晶玻璃  它比铝轻,耐化学侵蚀性、耐热性和机械强度都高,还是良好的电气绝缘和装饰材料,故其用途很广,常用作冶金、化工、机械制品等各部门容器设备的防蚀层和金属表面的耐磨保护层等。

  (4)矿渣铸石  是将高炉渣熔成玻璃状熔体后浇铸成制品,再经结晶、退火等工序,代替以玄武岩、辉绿石等作原料而得的产品。如在浇铸时配以钢筋,即可制成钢筋铸石件。如直接用从高炉出来的高温熔渣,更为经济。铸石耐磨耐蚀、绝缘、硬度大、抗压强度高,可代替金属、合金及橡胶制品,最宜于作耐磨耐酸材料使用。

  (5)农业肥料  高炉渣作硅钙肥料使用的历史,已近半个世纪。将矿渣送人回转炉烘干后、粉碎再筛分即得。它除起硅钙肥料作用外,还起土壤改良剂和微量元素肥料的作用,对水稻、蔬菜、果树等都有肥效。

  (6)矿渣棉和连续纤维  用高炉渣生产的矿渣棉,可用作保温、隔热和防火材料;由矿渣棉制成的耐火材料,在700℃下使用不变质、不燃烧。日本以高炉渣为原料拉制连续纤维,它不仅成本低,且耐酸耐碱性均好。



  此外,膨胀矿渣还可作轻质混凝土骨料;高炉渣还可作为制砖、瓷砖和搪瓷等的原料,等等。

  2.粉煤灰

    是燃煤电厂的烟道气经除尘分离收集的细灰,其化学成分以SiO2、Al2O3为主,其次为Fe2O3和少量未燃尽的碳。

    粉煤灰在我国年发生量在1亿吨以上,大部分(约占总量的80%~90%)为小粒飞灰,能与石灰或水泥水化产生的Ca(OH)2等反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等产物,硬化后有明显的强度,可作混凝土特定的胶凝组分。

    粉煤灰的综合利用技术有三个层次:初级层次是结构回填、矿井回填等,是大量利用的有效途径;中级层次是在建筑上用作水泥混合料和混凝土掺和料等,其应用量也大,技术较成熟;高级层次则是高技术综合治理,实现深度开发,从其中提取漂珠、微珠、选铁、选碳,并探索微珠在塑料、橡胶中作填料等途径。这些层次既解决了环境污染又可获得较大的经济效益。

    3.煤矸石   

    是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低而质地坚硬的黑色岩石,发热量一般为4~12 kJ·kg-1。一般每开采1 t原煤,排矸石1 t以上,煤矿坑口边的矸石山已成一大公害,亟需加以综合利用。

    含碳量较高的煤矸石可与煤混合用作燃料;含碳量较低的可用来生产水泥、砖瓦和轻骨料;含碳量少的则用于回填或路基材料;有的煤矸石还用于改良土壤或作肥料。尚未充分利用的煤矸石,可充填矿井、沟谷和塌陷区,也可覆土造田、种草植树。

    4.化工废渣

    种类极多,包括无机化工和有机化工生产的废渣。其综合利用途径如下:

    (1)提取金属及化工产品。如从电解精炼铜阳极泥中提取铂、金等贵金属;从废塑料、橡胶

中提取燃料油,等等。

    (2)作二次原料资源。如从硫铁矿渣中炼铁;炼油酸性渣加氨水制造化肥硫酸铵等。

    (3)生产建筑、轻工材料;或用于农牧业。

    5.城市垃圾

    成分十分复杂,有各种无机物和有机物;还有微量元素和有害元素以及各类生物病原体。处理好城市垃圾,使之成为有用资源,是艰巨而又必不可少的任务。

    (1)分选回收  城市垃圾应逐步推广分类收集,将分选的金属、玻璃、塑料和橡胶等分送不同部门制作新产品。磁选、重介质分选和静电分选等机械化、自动化分选技术已用于生产中。

    (2)金属废料可提取和精炼得到再生金属,发达国家使用的再生金属量为总消费量的1/4,有的金属(如铜)竟达52.6%;废玻璃可回炉处理,再生产各类制品;也可综合利用,如制造微晶玻璃、泡沫玻璃、玻璃微珠、玻璃化肥等;或用于生产通用建材(如陶瓷质建材、水磨石、玻璃、马赛克和人造大理石、花岗岩等)以及公路路面覆盖层等。

    废纸回收和再利用的意义极大。它节省原材料,降低成本;保护森林;减缓水体的污染并节省外汇支出。废纸可以制成强度较高的复合材料,可用于改良土壤,制作饲料和培育农副产品 (如废纸育菇)等。

    废塑料、废橡胶的利用有极大的经济意义。以废塑料而论,它可再生(单纯再生与复合再生两类);也可经热解为单体再聚合为高聚物或直接得到燃油、燃气;也可与其他垃圾混合焚烧,回收热量或用于发电;还可制作建筑材料、化工新产品与日杂用品等。废橡胶的综合利用与此类似,还可得到大量的活性炭。
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日本最近建成投产的垃圾处理装置,勿需分选。垃圾经除臭、压缩、脱气后,送至高温气化反应炉进行气化处理。该炉用高浓氧气进行燃烧,最高温度2000℃。垃圾在1200℃气化改质,熔化金属、陶瓷、玻璃等,并放出大量气体。被熔物于1600℃送人“均质化炉”,再分离成金属类和矿渣类。气体则进入快速冷却塔中,在1200℃下,通过酸、碱清洗和急冷、降温至70℃;再送人气体精制装置,制成燃气和硫磺。过程中有大量水和其他物质产生;用水处置装置制出纯水,提出混合盐和金属氢氧化物。
    这套装置可100%地将垃圾转化,残渣可作铺路材料;不会产生二嗯英;其建设成本只有一般焚化式的80%。
    (3)制有机垃圾肥料  分选出金属、玻璃、陶瓷等后,根据物理性能,研究和发展机械化、自动化分选垃圾技术。如利用振动弹跳法分选软、硬物质;用旋风分离和其他的分离方法,分离不同的物质等。将垃圾与粪便按一定比例混合,保持通风和适当的水分,在嗜氧微生物作用下,有机物转化为腐殖质,有机胺转化为无机氨,便成为高效的有机肥料。发酵温度在50~80℃,可杀死垃圾中大部分的致病菌和寄生虫卵,故称高温堆肥法。
    日本最近发现一种耐高温的微生物,称"YM菌”。它可在120Y;条件下,对垃圾、污泥等进行发酵处理,并在40~50天内使之转化为高效有机堆肥。
    若将垃圾等有机废料送人发酵池中,经过生物发酵,化学调控pH值等步骤和一定时间,即可产生沼气。待沼气放完,滤出的发酵液可直接用作农肥,滤后的残渣经晒干、粉碎,可制成颗粒复合肥。
    上述措施都是对城市垃圾的有效利用。
    (4)提取有用物质  利用化学方法(如热解、水解、低温氧化、氢化等反应),可从有机垃圾中提取燃油、燃气和工业酒精等。
    (5)焚烧  焚烧垃圾可彻底消灭其中的致病菌和虫卵,产生的热量可供热发电。我国引进90年代最先进的技术,以垃圾为燃料发电、生产流程全封闭,“三废”排放可达到世界最严格的欧盟标准。广州生活垃圾中含可燃的有机物较多,建成电厂后可日处理2000 t(约占该市垃圾日产量的一半),垃圾处理完全无害化,变废为宝,还洁于民。
    (6)研制可降解塑料  聚乙烯、聚氯乙烯塑料薄膜,在土壤中约需300~400年才能完全降解,因此获得了“白色污染”的恶名。尽快研制可降解塑料,已成当务之急,且已取得可喜的进展。例如,合成光降解塑料、生物降解塑料(如淀粉共聚物、乳酸共聚物和可食性包装材料等)已先后问世,但其价格较贵,推广应用受到限制。从长远看,它们是有很强的生命力的!

  固体废弃物经回收、提取有用物质后,其残渣仍是多种污染物的存在状态,须对它做最终的安全处理:
    (1)化学稳定化  对少量(如放射性废物等)的高危险性物质,可将其通过物理或化学的方法进行(玻璃、水泥、岩石的)固化,再进行深地填埋或孤岛处置。
    (2)土地填埋  这是许多国家作为固体废弃物最终处置的主要方法。要求被填埋的废物应是惰性物质或经微生物分解成为无害物质。填埋场地应远离水源,场地底土不透水、不能穿人地下水层。填埋场地可改建为公园或草地。因此,这是一项综合性的土木工程技术。
    (3)废矿井或塌陷区回填
    (4)改良土壤  将某些可降解的废弃物作为肥料或土壤改良剂用到土地上或混入其表层。但要控制用量,限制有害金属离子量维持在无害的水平;废物中不含有“二次污染”的危害组分。
    (5)海洋处置  将废弃物倾人海中是传统的、最方便的方法。但从长远看是“得不偿失”的,目前至少应禁止将核废料和放射性废物倒进海洋。
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