典型固废资源化与无害化处置技术

典型固废资源化与无害化处置技术

周济

广东金宇环境科技股份有限公司     河源市     517000

摘要：我国是农业、工业生产大国，且人口众多，２０２１年产出的固体废弃物总量超过１１０亿吨，其中工业固体废弃物产生量在４０亿吨左右，其中含有价金属的固废约１２亿吨，危险固体废弃物约０．８亿吨。本文对典型固废资源化与无害化处置技术进行分析，以供参考。

关键词：典型固废资源化；无害化；处置技术

引言

市政污泥是指城镇生活废水经处理后遗留的产物。通常污水厂在处理生活废水时会采用沉淀、过滤等技术手段去除无机或有机颗粒物及可生物降解的化合物，处理后会产生大量的污水、污泥。近年来由于城市规模扩大、城市人口增多等因素的影响，导致市政污泥的数量也在不断增多。我国虽然在不断扩建和新修污水处理厂，但依然难以满足污泥处理处置的需求。大量未经无害化处理的污泥会造成二次污染，在治理污泥时也会造成水资源的浪费。

1水泥窑协同处置固体废弃物

填埋是固体废弃物的传统处理方式，随着填埋数量的增加和填埋时间的推移，固体废弃物填埋区的地下水及土壤有污染风险。此外，固体废弃物焚烧发电极易产生渗滤液和二噁英，同时灰渣富含重金属。水泥窑协同处置固体废弃物以新型干法烧成技术为核心，利用新型原料、燃料预均化技术、节能粉磨技术及装备，运用先进计算机集散控制技术，实现固体废弃物处置全过程的自动化。固体废弃物预处理后，进入水泥窑。水泥窑处置能力强，效率高，污染排放少，可以有效处理固体废弃物。一是废气排放少。水泥窑协同处置固体废弃物的燃烧温度一般不小于1400℃，石灰石被彻底分解成二氧化碳和氧化钙。燃烧温度始终保持在较高水平，氧化钙可以减少固体废弃物燃烧过程的氯化氢、二噁英、硫氧化物等有毒有害气体的排放。二是灰渣排放少。新型干法水泥窑协同处置固体废弃物，固体废渣、重金属颗粒物在高温煅烧环境下形成熔融玻璃体，玻璃体经急冷后生成水泥熟料。三是废液排放少。由于水泥窑的负压作用，新型干法水泥窑协同处置固体废弃物产生的废液重新进入窑内燃烧，高温分解。干法水泥窑协同处置固体废弃物，可有效利用垃圾自身热量和燃烧后产生的灰渣，有效降低城市固废存量，真正实现固体废弃物资源化、减量化与无害化处置，变废为宝。与普通焚烧炉相比，在环保方面，新型干法水泥窑处理固体废弃物的优势十分显著。首先，回转窑呈碱性气氛，碱性物质可中和回转窑燃烧产生的二氧化硫、氯化氢等酸性物质，将其变成盐类固定下来，有效避免二次污染。回转窑能够有效焚烧有毒有害废料，将其固化于熟料矿物中，达到固化重金属和净化焚烧尾气的效果，同时减少燃料使用量。部分固体废弃物含有较高热值，可有效替代水泥熟料煅烧所需的燃料。固体废弃物燃烧残渣主要为无害盐类，具有可利用的组分，可替代部分天然原料作为水泥生产的熟料，实现资源化利用。

2有机固废好氧堆肥技术

废物的减量化和资源化处置是未来社区发展方向，也是未来社区的主要建设内容和需要具备的功能。为规范、保障及指导未来社区试点建设，进一步打造有舒适感、归属感与未来感的新型城市功能单元，江苏省发展和改革委员会发布了《未来社区试点建设管理办法（试行）》，未来社区研究也得到广大环境从业工作者的关注。未来社区建设倡导打造未来低碳场景，实现人本化、生态化与数字化，提高垃圾收运系统功能，不断完善社区垃圾分类体系，进行建筑垃圾资源化利用，推进社区垃圾分类和资源回收体系的融合，从而建设花园式无废社区。传统堆肥工艺主要采用植物茎叶和人畜粪尿作为原料，当前，国内具有丰富的实践经验。随着微生物科学研究的不断深入和环境压力的不断增加，好氧堆肥技术在更广泛的领域得到应用。受能源危机和低碳发展的影响，在对有机固体废弃物进行无害化处理时，人们开始关注如何收集其中包含的巨大生物质能。在通风加氧的情况下，需氧微生物将有机物氧化并分解，细胞和微生物增长，而有机物得到分解，转化为无机物，同时这个过程会释放大量热量，微生物分解有机物后，产生的热量可用于建筑采暖及供热，实现生物质能回收利用。城市垃圾及秸秆等富能物质经过预处理后，通过好氧反应装置产生大量热量，这些热量可成为建筑物供应热水或采暖的热源，反应底物是有机肥料的原料。

3典型固废资源化与无害化处置技术

3.1废催化剂处理技术

我国每年废催化剂产生量超过８０万吨，包括ＦＣＣ、ＳＣＲ、废加氢、重整、钯碳、含银、含钒催化剂等，卸载后的部分废催化剂首先经过清洗、修复之后还可以循环使用，ＦＣＣ催化剂也首先通过磁选等预处理方式将符合性能要求的部分催化剂返回使用，其它报废的废催化剂进入处理环节。ＦＣＣ催化剂量大，但回收利用价值低，一般含有１％～２％镍、０．５％～１．０％钒、３％～５％镧和铈等稀土元素，该催化剂以无害化处置为主，目前多采用填埋、高温焙烧、高温熔炼等方式进行无害化处理。ＳＣＲ脱硫脱硝催化剂含有钨、钼、钒、镍等有价金属，回收利用价值比ＦＣＣ要高，近年来国内中科院过程所、矿冶科技集团等针对ＳＣＲ催化剂研究较多，开发了焙烧—碱浸—酸浸—分离提纯等技术，ＳＣＲ废催化剂首先在８００～９００℃条件下进行直接焙烧或钠化焙烧，焙烧后的物料先用碱浸分离钨、钼，从浸出液中再进行钨钼分离。浸出后液采用硫酸浸出钒、镍，然后沉钒、沉镍，实现ＳＣＲ废催化剂的有价金属回收利用。国内北京工业大学也在研究载体制备光催化材料的技术，已完成了实验室阶段性试验。

3.2电镀污泥处理技术

电镀污泥含有铜、镍、锌等有价金属，同时含有铬等有毒有害重金属元素，目前主要采用湿法浸出—火法无害化的工艺，电镀污泥首先进行硫酸浸出，铜、镍、锌、铬溶解进入溶液，首先中和除铬和铁，可作为生产铬铁合金的原料。除杂后液萃取—电积生产阴极铜，萃铜余液继续采用萃取回收锌和镍，分别获得硫酸镍和碳酸锌产品。矿冶科技集团开发了高温还原熔炼和协同冶炼技术，在高温下生产冰铜或合金，中间富集物再进一步分离提取有价金属。

3.3多相催化剂

液化技术采用的是多相催化剂时多半会出现失活的现象，因此，同时需要通入具有还原性的气体。多相催化剂多半为固体，通常为过渡元素的金属氧化物或盐类，活性成分包括铁、锌、钴、镍、铜等，载体采用氧化铝、沸石和分子筛等。张等人研究了镁铝复合氧化物作为催化剂，催化尿素与苯酚合成水杨酰胺，研究结果表明，最适宜的反应条件为温度210℃、时间12h、催化剂加载量为0.3g，此时，最终产物水杨酰胺的产率为41.2%，而且，催化剂在重复利用4次后催化活性依旧保持不变，真正实现了绿色催化效果的多相催化剂。我国相关领域的学者们在有机物直接液化方面也做了研究。例如，纤维素的连续催化水解、生物质与煤作为反应原料进行共同液化反应，以硫铁化物作为催化剂等。有机固体中生物质经过液化处理后，其产物的能量密度较之原料得到大幅度的提高，最终产物的生物油本质为含氧有机物，例如酚类、醇类、有机酸、醚类、酯类等，其种类达到数百种之多。虽然如此，但是该类生物油的质量低下，具有含氧量高、密度大、品质低等缺点，且生物油的热值量不到同等质量的汽油的一半，可见其油品较差。不仅如此，生物油还具有腐蚀性、粘度大和稳定性低等缺点。国内外众多学者针对提高有机固体废弃物的直接液化转化率做了大量的研究，力争将结焦率降到最低、提升生物油的品质，有机物的液化技术得到了广泛的应用。在未来，有机物的催化液化裂解提取生物油并将其精制的相关技术将成为有机固体废弃物能源化利用的重点研发方向，利用该方法精炼的生物油的密度更小、含氧量更低、热值更高，有望解决一部分燃油缺口。

3.4污泥焚烧技术

污泥焚烧能使污泥的体积最大程度地降低，目前污泥焚烧技术可使污泥体积缩减至原污泥的10%以下。经焚烧处理的污泥成为较为稳定的惰性灰渣，此类灰渣是建材利用的原料，因此污泥焚烧技术是实现污泥循环利用的重要前提技术，并且在污泥焚烧过程中可回收热量进行污泥的干化，极大降低能源支出，使得污泥处理全流程有机联合。污泥焚烧工程极为复杂，且建设成本、运行成本均较高，极大制约着污泥焚烧技术的推广应用，由于技术成本的限制，目前尚不能大规模推进污泥焚烧技术的工业利用。以上海某污泥处理项目为例，其项目建设成本高达6亿元，而处理污泥的每吨成本超过200元，因此，我国在现有技术水平下，还无法通过焚烧实现污泥的循环利用。但污泥焚烧技术前景广阔，因此焚烧技术、相关设备的研发等一直受到重视，目前我国已建设一批示范工程，对推进污泥焚烧技术的发展有引领作用。这其中，异重流化床污泥清洁焚烧技术值得重视，该技术利用石英砂床料，并在流化床上添加钙基物质，是实现污泥循坏焚烧的重要基础技术。

3.5湿式空气氧化技术

该技术是针对有机质含量丰富的污泥，通过将污泥储存在密闭的反应器中，通过构建高压、高温环境，加快有机质的氧化分解，最终生成二氧化碳和水。但该技术适用面较窄，且污泥有机质含量差异较大，反应基础不同导致的结果也不同。

结束语

未来社区采用好氧堆肥技术，可以减少垃圾排放，实现能量的回收利用，减少有机固体废弃物的二次污染，改善卫生环境。在未来低碳社区开发过程中，好氧堆肥技术具有很多优点，可以回收生物质能，实现多元能源协同供应。好氧堆肥技术可以实现有机固体废弃物的无害化处理，城市社区有机垃圾的输出量将大大减少，极大地美化社区环境，若该技术在政策上得到一定支持，将会在未来社区得到更好的应用。

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