固体废物固化稳定化技术在固体废物无害化中的应用与发展

固体废物是指在社会生产、流通和消费等一系列活动中产生的，一般不再具有原有使用价值，以固态和泥状状态被丢弃的物质。为便于环境管理，国际上从法律角度将容器内盛装的易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等有害废液、气体归类为固体废物，实施《固体废物管理条例》，将其归入固体废物管理范畴。固体废物的分类通常是根据其形态、化学性质、危害性和来源进行分类。按形态可分为固体(块状、颗粒状、粉末状等。)和半固态(泥浆、泥浆等。)浪费；根据化学性质，分为有机垃圾和无机垃圾；根据其危险状态，分为危险废物和一般废物；为便于管理，按来源分为矿业固体废物、工业固体废物、城市废物、农业废物和放射性固体废物。也有人将采矿固体废物和工业固体废物统称为工业固体废物，是工业生产、加工、燃料燃烧、矿物开采、交通运输等行业以及环境治理中废弃的固体和半固体物质的总称。“浪费”是一个相对的概念。在一种条件下是废物的东西，在另一种条件下可能会变成有价值的资源，所以固体废物在某种意义上可以算是“二次资源”。固体废弃物的堆放不仅占用大量土地，还会通过雨雪从废弃物中浸出有害成分，污染土壤甚至地下水。向自然水体倾倒固体废物会造成严重的水污染和水生生物资源的破坏，甚至对防洪排涝和一些水利水运工程造成威胁。随风飞扬的粉末状固体废物污染了大气。随着经济的不断增长，生产规模的不断扩大和人类需求的不断提高，固体废物的排放量也在不断增加。目前，发达国家的工业固体废物以年均2% ~ 4%的速度增长。其主要来源是冶金、煤炭和火力发电。固体废物的产生有其必然性。一方面，由于人们在索取和利用自然资源进行生产生活活动时，受到实际需要和技术条件的限制，总是把一部分资源作为废物扔掉；另一方面，因为各种产品都有自己的使用寿命，过了一定时间就会变成废品。固体废物的处理和利用有着悠久的历史。早在公元前3000 ~ 1000年，古希腊米诺斯文明时期，克里特岛首府诺萨斯的坑中就埋有垃圾。然而，大多数古代城市的固体垃圾被随意丢弃，年复一年，甚至城市被掩埋。为了保护环境，一些古代城市颁布了关于垃圾管理的法律法规。古罗马的一块牌子上写着“垃圾必须倾倒在很远的地方，违者罚款”。1384年，英国颁布法律，禁止向河流倾倒垃圾。公元18世纪，苏格兰的大城市爱丁堡建立了一个大型的废品场，将废品分类出售。工业革命后，英国于1874建造了世界上第一座焚烧炉。垃圾焚烧后，余烬被掩埋。1875年，英国颁布了公共卫生法，规定由地方政府负责垃圾集中处理。最早的处理方法主要是填埋或露天焚烧。中国、印度和其他亚洲国家自古以来就有使用粪便和垃圾堆肥的处理方法。进入20世纪后，随着生产力的发展，人口进一步向城市集中，消费水平迅速提高，固体废物尤其是工业固体废物的排放量急剧增加，成为严重的环境问题。自20世纪60年代中期以来，环境保护受到重视，污染控制技术发展迅速，普遍形成了填埋、焚烧、堆肥、海洋倾倒、隔离储存等一系列处置方式。从20世纪70年代开始，美国、英国、联邦德国、法国、日本等国家因垃圾处理场地不足、资源匮乏，提出了“资源循环利用”的概念，从被动处理转变为循环利用。为了加强对固体废物的管理，许多国家成立了专门的管理机关和科研机构，研究固体废物的来源、性质、特性及其对环境的危害，研究固体废物处理、回收和利用的技术和管理措施，制定各种法规和环境标准。比如日本颁布了《废弃物处理和清扫法》(比如由1970的137号法颁布，后由1974的71号法修正)。美国在1976年颁布了《固体废物处理法》，在1978年颁布了《资源保护和回收法》，在1980年颁布了《废油回收法》。同年，对上述三部法律法规进行修改后，颁布了《固体废物处理法》。英国于1974颁布了污染控制法。中国于2007年6月5438+0973+065438+10月17颁布了《工业“三废”排放试行标准》。在固体废物特别是工业固体废物处理技术的研究中，通过借鉴冶金、采矿、选矿、化工、建材、生物工程等学科的知识，逐渐形成了自己独特的技术领域，成为环境工程的重要组成部分。例如，在冶金工业中，固体废物的处理和利用、冶金渣、有色金属铸造渣、放射性废渣处理、废水沉淀物处理、废催化剂处理、粉煤灰处理和利用、工业粉尘处理和利用都有所发展和进步。固体废物固化/稳定化技术是将固体废物用固化的基质固定或包覆，以减少其对环境的危害，使其能够安全运输和处置的处理过程。固化处理的对象主要是危险废物和放射性废物。有的固化过程是通过化学转化将危险废物引入稳定晶格的过程，有的是用惰性材料包容危险废物的过程；有些兼容以上两种工艺。固化中使用的惰性材料称为固化剂。固化技术可分为水泥固化、沥青固化、塑料固化、玻璃固化、石灰固化、水玻璃固化等。(1)水泥养护。一种以水泥为固化剂固化危险废物的处理方法。(2)沥青养护。沥青固化剂与有害废弃物在一定的温度、配比、碱度和搅拌下发生皂化反应，使有害废弃物均匀地包含在沥青中，形成固化体。沥青固化一般用于处理中低放射性水平的蒸发残液、废水化学处理产生的沉淀物、焚烧炉产生的灰渣、塑料垃圾、电镀污泥、砷渣等。(3)塑料固化。以塑料为固化剂和危险废物按一定比例，加入适量的催化剂和填料(骨料)搅拌混合，使其共聚固化，进而包容危险废物，形成具有一定强度和稳定性的固化体。塑料固化可在室温下操作；只需加入少量催化剂即可使混合物聚合凝结；增容比和固体密度小。它既能处理干废渣，又能处理污泥泥浆。其主要缺点是塑料固化体耐老化性能差，混合时释放有害烟雾，污染周围环境。(4)玻璃固化。以玻璃原料为固化剂，按一定比例混合，经高温(900 ~ 1200℃)熔融，退火后转变为稳定的玻璃固化体。玻璃固化法主要用于高放废物。与其他高放废物固化方法相比，玻璃固化法形成的固化体致密，在水、酸、碱溶液中浸出率低，增容比小，具有较高的热导率、热稳定性和辐射稳定性。缺点是设备复杂，处理费用昂贵，工作温度高，设备腐蚀严重，放射性核素挥发量大。(5)石灰固化。以石灰为固化剂，以粉煤灰和水泥窑灰为填料，专门用于固化含有硫酸盐或亚硫酸盐的废渣。适用于固化钢铁、机械酸洗过程中排放的废液、废渣、电镀污泥、烟道脱硫废渣、石油冶炼污泥等。该方法所用填料来源丰富，廉价易得，操作简单，处理成本低。其主要缺点是增容比大，固化体易被酸性介质腐蚀，需要在固化体表面进行涂层。(6)水玻璃固化。以硅酸钠(又称硅酸钠，俗称发泡碱)为固化剂，以无机酸(如硫酸、硝酸、盐酸、磷酸)为助剂，按一定比例与有害污泥通过中和、缩合脱水反应形成凝胶，凝胶中含有有害污泥，通过凝结硬化逐渐形成硅酸钠固化体。硅酸钠法具有工艺操作简单、原料廉价易得、处理成本低、耐酸性强、透水性好、重金属浸出率低等特点。固体废物的处置方式是指最终处置或安全处置的技术，是固体废物污染控制的终端环节，是解决固体废物去向问题的方法。一些固体废物经过处理利用后，总会有一些残渣，难以再利用，而这些残渣往往富含大量有毒有害成分；还有一些固体废弃物无法利用，它们会长期残留在环境中，是潜在的污染源。为了控制其对环境的污染，最终应将其处置并最大限度地与生物圈隔离。固体废物处置方法包括海洋处置和陆地处置。海洋处置方式按处置方式和海洋处置方式可分为海洋倾倒和海洋焚烧两大类。(1)海洋倾倒。选择一个距离和深度合适的处理场，将废物直接倒入海洋。海洋倾倒是20世纪60年代美国高放废物的主要处置方法。(2)海洋燃烧。外海焚烧船处理和处置固体废物的方法。其法律定义是指以高温损害为目的，故意在海上焚烧设施上焚烧废弃物或其他物质。它适用于处理和处置各种含卤素的有机废物，如氯化有机废物多氯联苯。海洋处置具有无需填埋覆盖的填埋处置的明显优势。为此，美国、日本和欧洲经济共同体成员国都进行了海洋处置。对于这种处置方式，国际上还是有很大争议的，中国基本持否定态度。关于海洋处置，主要有两种观点:一种认为海洋的容量是无限的，是处置各种工业废物的理想场所，而且处置地的海底越深，处置效果越好；对于海洋焚烧，这被认为是一个可以接受的方法，如果不是一个理想的方法。另一种观点认为，如果这种状态持续下去，会造成海洋污染，杀死鱼类，破坏海洋生态。生态问题是一个长期的问题，海洋处置在短时间内造成的污染很难得出一个确定的结论，但必须充分考虑。土地处置法是基于固体废物的土地处置法。根据固体废物的种类及其处置地点，土地处置主要包括土地填埋和深井灌注处置。(1)填埋处置。它是由传统堆填和填埋处置发展而来的一种最终处置技术，至今没有统一的定义。它是一项综合性的岩土处理技术。它具有工艺简单、成本低的优点，适用于各种固体废弃物的处理。这是固体废物最终处置的主要方法。卫生填埋、安全填埋和浅埋被广泛采用。卫生填埋是在不对公众健康和环境安全造成危害的情况下处置一般固体废物的方法，主要用于处置城市垃圾。安全土地填埋是一种改进的土地填埋方法，也称为化学土地填埋或安全化学土地填埋。主要用于处置危险废物，所以对场地建设的技术要求更加严格。例如，土壤中的渗透系数应小于8.64×10-6m/s，应收集和处理渗滤液，并控制地表径流。浅层填埋处置是指在地表或地下进行浅埋处置，有保护层，有或无工程屏障，埋深一般在地面以下50m以内。浅层掩埋处置适用于低放射性固体废物的处置，投资少，在国外应用广泛。(2)深井灌注处置。一种将液体废物注入与饮用水和地下矿脉层分离的渗透性岩石层的处理方法。一般废物和危险废物均可采用深井注入的方式进行处置，深井注入主要用于处置那些难以销毁、难以转化、无法采用其他方法处置或采用其他方法费用昂贵的废物。但也有人认为这种处置方式缺乏预见性，担心深井一旦出现裂缝，可能导致含水层污染。综合利用现状随着20世纪70年代中期世界石油危机和对固体废物认识的不断深入，处理固体废物的政策从被动处置转变为主动利用，废物被视为一种可循环利用的资源。对于城市垃圾，采用分离回收法，利用垃圾的化学和物理性质进行分离。然后用干法、水浆机法、高温或中温分解法等进行处理。，从中提炼出金属、玻璃、造纸原料、塑料等。将垃圾作为辅助燃料或在垃圾焚烧过程中回收热能和可燃气体进行发电。对于工业废渣，大部分作为资源进行综合利用。自20世纪70年代以来，美国每年对排放的4000多万吨钢渣进行了充分处理和利用。英国、法国、日本、联邦德国、瑞典、比利时等国的高炉渣也得到了充分利用；前苏联利用率达到70%。丹麦、日本等国的粉煤灰得到了充分利用。1974年，日本25.3%的城市(145城市)开展了垃圾分类回收物品的业务，1976年回收了3900万吨垃圾，占当年排放垃圾的49.5%。我国几乎全部使用了水淬矿渣，矿渣水泥厂有30多家，年产矿渣水泥几百万吨，钢渣1多万吨。粉煤灰用于建筑材料、筑路、回填等。现在大概是每年1.2万吨。相对而言，我国的废弃物资源利用率很低。以工业固废为例，1991年利用率仅为18.6%。中国“可再生资源”的损失每年造成的直接经济损失达2504.3亿元。如果回收利用率不大幅提高，预计到2000年经济损失将高达400-450亿元。发展趋势为了保护环境和发展生产，许多国家都在不断采用新的措施和技术来处理和利用固体废物。采矿废物已经从在低洼地区堆存发展到矿区土地恢复和安全筑坝。工业废物从被动堆存发展到综合利用。城市垃圾从人工收运发展到机械化、自动化、管道收运；从无控制填埋到卫生填埋和渗滤液循环填埋；从露天焚烧、利用焚烧炉到焚烧、回收能源的中温、高温分解；从压缩成型到高压压缩成型。城市有机废物和农业有机废物也用于生产沼气和回收能源。工业危险渣从隔离贮存发展到化学固定和化学转化防止污染。总的趋势是从被动处置向主动利用转变，实现废弃物的循环利用。我国固体废物污染治理起步较晚，始于20世纪80年代初。由于技术实力和经济能力有限，近期不可能大规模实现资源利用。因此，上世纪80年代中期，我国提出将“资源化”、“无害化”、“减量化”作为控制固体废物污染的技术政策，并确定“无害化”应是今后相当长一段时间的主要政策。充分回收固体废弃物中可利用的材料无疑是控制固体废弃物污染的最佳途径，但这需要大量的资金投入和先进的技术作为指导。我国固体废物开发利用的发展趋势必然是从“无害化”到“资源化”，这是以“无害化”为基础的，而“无害化”和“减量化”要以“资源化”为基础。无害化的基本任务是通过工程处理固体废物，使其不危害人体健康，不污染周围的自然环境(包括原生环境和次生环境)。“无害化”废物处理工程已发展成为一种全新的工程技术。如垃圾焚烧、卫生填埋、粪便厌氧发酵、危险废物解毒和热处理等。减量化的基本任务是通过适当的手段减少固体废物的数量和体积。要实现这一任务，应从减少固体废物的产生和处理利用固体废物两方面着手。减少固体废弃物的产生属于物质生产过程的前端，需要从生产过程中的资源综合开发和物质数据综合利用入手。固体废物的处理和利用属于物质生产过程的末端，是固体废物的再利用。要实现固体废物的“减量化”，必须从“固体废物循环利用”向“资源综合利用”延伸，其工作重点包括采用经济合理的综合利用技术和制定科学的资源消耗定额。