固体废物的高效处置技术

（1）脱水技术 固体废物的脱水问题常见于城市污水与工业废水处理产生的污泥处理以及类似与污泥含水率的其他固体废物的处理。按所含成分的不同，需脱水处理的固体废物分为两大类：以无机物为主要成分的无机泥渣或沉泥，以有机物为主要成分的有机泥渣或污泥。冶金、建材等工业废水处理后的固体废物多属于前者，其特性是密度较大、含水率较低，易于脱水，但流动性较差，对设备和管道磨损严重。纺织、造纸、食品等工业废水和城市污水处理后的固体废物多属于后者，其特性是有机物含量高、容易腐败发臭、密度较小、含水率较高，呈胶体结构，不易脱水，但流动性较好，便于用管道输送。

凡含水率超过90%的固体废物，必须先脱水减容，以便于包装、运输与资源化利用。

1）水分的存在形式及脱除方法。污泥中所含的水分，按它的存在形式，可分为间隙水、毛细结合水、表面吸附水和内部水四种。如图6-35所示。

图6-35 污泥中水分的存在形式

由于间隙水（约占污泥水分的70%左右）不直接与固体颗粒结合，因而很容易分离，通常采用浓缩法分离。由毛细现象形成的毛细结合水（约占污泥水分的20%左右）受到液体凝聚力和液固表面附着力作用，要分离毛细结合水需要有较高的机械作用力和能量，可以用与毛细水表面张力相反的作用力，例如离心力、负压抽真空、电渗力或热渗力等，常用离心机、真空过滤机或高压压滤机来去除这部分水。表面吸附水（约占污泥水分的7%左右）的去除较难，不能用普通的浓缩或脱水方法去除，可用加热法脱除。存在于污泥颗粒内部的水（约占污泥水分的3%左右）与固体结合得很紧，用机械方法不能脱除，但可用高温加热法或冷冻法去除。

固体废物脱水方法概括起来主要有浓缩脱水、机械脱水和干燥等。不同的脱水方法，其脱水装置、脱水效果都有所不同，表6-6为固体废物常用的脱水方法及效果。

2）污泥的消化与调理。为了改善污泥脱水性能，提高机械脱水设备的处理能力，污泥浓缩或脱水前常常采用消化或化学调理等方法进行预处理。

表6-6 固体废物常用的脱水方法及效果

污泥的消化是在人工控制下，通过微生物的代谢作用使污泥中的有机物质稳定化。污泥消化分为厌氧消化（生物还原处理）和好氧消化（生物氧化处理）两种：①厌氧消化。厌氧消化或称厌氧发酵是一种普遍存在于自然界的微生物过程。凡是存在有机物和一定水分的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发生厌氧发酵现象，有机物经厌氧分解产生CH₄、CO₂、H₂S等气体。经厌氧消化处理后的污泥称为消化污泥。这种污泥稳定，卫生学上安全无臭，除特殊情况外比生污泥脱水性好，其原因是生污泥含有较多的易堵塞滤布的黏性物质，而消化污泥减少了黏性物质，又易除去污泥中结合水，所以脱水性能得到改善。厌氧消化的微生物，按其最适宜的温度分为低温消化（5～15℃）、中温消化（30～37℃）、高温消化（50～55℃），温度的高低决定消化过程的快慢。一般中温消化需24～30天，高温消化只要一半时间。与中温消化相比，高温消化有病原菌、寄生虫卵杀灭率高，脱水性能好，挥发性酸易变为气体等优点。因此，有废热可利用或排放泥水本身温度相当高时，可采用高温消化法，不能利用废热时，通常采用中温消化法。图6-36为目前正在采用的两种厌氧消化工艺。②好氧消化。厌氧消化有不少优点并且操作容易、运转费用低。但厌氧消化建筑占地面积大，投资高（消化池投资常占全厂基建费用1/3以上），分离液呈褐色、悬浮物浓度高，BOD高达数百到数千，消化系统易受生物变异影响，会产生恶臭等。好氧消化可避免厌氧消化的许多缺点，所以逐渐引起人们的重视。特别在处理容量较小，使用厌氧消化很不经济的情况下，往往采用好氧消化法。好氧消化可以看做是一种湿式快速堆肥化过程。图6-37为好氧消化池工艺示意图。

图6-36 标准消化池及快速消化池工作原理图

a）标准消化池 b）快速消化池

图6-37 好氧消化池工艺示意图

污泥调理方法主要有淘洗、化学调理、加热加压调理和冷冻熔融调理等。以往污泥的调理主要采用淘洗法和以石灰、铁盐、铝盐等无机混凝剂为主要添加剂的化学调理法。近年来，高分子混凝剂作为主要添加剂的化学调理以及加热加压调理、冷冻熔融调理也受到重视，特别是在污泥作为肥料再利用时，为了不使污泥中有效成分分解常采用冷冻熔融调理。在有液化石油气废热可供利用时，污泥调理又常用冷冻熔融法。但污泥调理工艺的选择，必须从污泥性状、脱水的工艺、有无废热可利用及整个处理、处置系统的关系等方面综合考虑。①污泥的淘洗。污泥的淘洗是将污泥与3～4倍污泥量的水混合而进行沉降分离的一种方法。污泥的淘洗和浓缩可分开进行，又可在同一池内进行。一般用废水处理后的出水来洗涤污泥。污泥淘洗的目的是降低污泥中的碱度和粘度，以节省混凝剂的用量，提高浓缩效果，缩短浓缩时间。污泥淘洗仅适用于消化污泥。经过淘洗的污泥，其碱度可从2000～2500mg/L降至400～50mg/L，可节省50%～80%的混凝剂。所以，消化污泥不宜直接进行化学调理。污泥淘洗工艺可分为单级、二级或多级串联洗涤及逆流洗涤等多种形式，其中二级串联逆流洗涤效果最好，其工艺如图6-38所示。②化学调理。化学调理是在污泥中加入适量的混凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，改善污泥脱水性能。由于污泥的有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小，含水率高，是呈胶状结构的亲水性物质，这使得污泥的浓缩和脱水都比较困难。要解决这个问题，需要破坏污泥胶体的稳定性，通常的化学调理就是通过化学药剂的作用降低污泥颗粒表面的电性，增大污泥颗粒之间的亲和力，使污泥颗粒聚团而增强它的沉降能力，增大与水的分离的可能性。常用的无机混凝剂有硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）等，有机高分子混凝剂有聚丙烯酰胺（PAM）。助凝剂主要有石灰，它的作用是调节污泥的pH值。混凝剂投加量以占污泥干固体重量的百分比计，一般无机混凝剂投加量约为7%～20%，高分子聚合电解质投加量在1%以下。③加热加压调理。对污泥进行加热加压调理，可使部分有机物分解及使亲水性有机胶体物质水解，颗粒结构改变，从而改善污泥的浓缩与脱水性能。按加热温度不同，可分为高温加压调理和低温加压调理两种。高温加压调理是把污泥升温到170～200℃，加压压力为1.0～1.5MPa，反应时间为40～120min。调理后污泥，再经浓缩，含水率可降至80%～87%，此时的污泥与水易于沉淀分离。再经机械脱水后，滤饼的含水率可降至40%～60%。低温加压调理的反应温度控制在150℃以下，使有机物的水受到控制。与高温加压调理相比，分离液BOD₅约低40%～50%，因此，低温加压调理得到了发展。图6-39为污泥高温加压调理典型流程。图6-40为低温加压调理的工艺流程。④冷冻融化调理。冷冻融化调理是将污泥交替进行冷冻与融化来改变污泥的物理结构，使污泥胶体脱稳凝集，细胞膜破裂，细胞内部水分得到游离，从而提高污泥的脱水性能。污泥经冷冻、融化后，其沉淀性能与过滤速度比冷冻前可提高几倍到几十倍，而且不需用混凝剂。冷冻调理近10年内在国外得到发展，它不需要药剂，处理后的污泥适用于肥料或饲料，且比加热法处理节省能源。但在处理过程中要求缓慢冷冻，逐步把水排挤出来，形成大的冰晶体，融化时水容易和固体分离。如果快冷，则会形成小的冰晶体，融化时水会被固体重新吸收。图6-41为污泥的冷冻融化调理工艺流程。

图6-38 二级串联逆流洗涤装置

图6-39 污泥高温加压调理典型流程

3）浓缩脱水。污泥的浓缩脱水主要是为了去除污泥中的间隙水，缩小污泥的体积，为污泥的输送、消化、脱水、资源化利用等创造条件。浓缩后污泥含水率仍高达90%以上，可以用泵输送。

图6-40 低温加压调理工艺流程

①重力浓缩。重力浓缩的构筑物称为浓缩池。按其运行方式可分为间隙式浓缩池和连续式浓缩池。前者用于小型处理厂或工业企业的污水处理厂，后者用于大中型污水处理厂。在给入污泥前必须先放空上清液，腾出池容。为此，在浓缩池不同高度上设有多个上清液排放管。图6-42为国内有些工厂采用的间隙式浓缩池示意图。连续式重力浓缩池结构类似于辐射式沉淀池。一般都是直径5～20m圆形或矩形钢筋混凝土构筑物。可分为带刮泥机与搅动栅、不带刮泥机、带刮泥机多层浓缩池三种。重力浓缩法操作简便，维修管理及动力费用低，但占地面积较大。

图6-41 污泥的冷冻融化调理工艺流程

图6-42 间隙式浓缩池示意图

②气浮浓缩。气浮浓缩与重力浓缩正好相反，它是依靠大量微小气泡附着在污泥颗粒上，形成污泥颗粒-气泡结合体，进而产生浮力把污泥颗粒带到水表面，用刮泥机刮除的过程。澄清水部分从池底部排除，部分加压回流，混入压缩空气，通过容器罐，供给所需要的微小气泡。按气浮原理，气浮适宜的对象是疏水性污泥。与重力浓缩法相比，其速度为重力浓缩法的1/3，占地较少，生成的污泥较干燥，表面刮泥较方便。但基建和操作费用较高，管理较复杂，运行费用约高2～3倍。图6-43为污泥气浮浓缩工艺流程。

图6-43 污泥气浮浓缩工艺流程示意图

③离心浓缩。这种方法是利用污泥中的固体颗粒与水的密度及惯性的差异，在高转速的离心机中，固体颗粒和水分别受到大小不同的离心力而被分离的过程。由于离心力远远大于重力，因此，其占地面积小，造价低，但运行与机械维修费用较高。

4）机械过滤脱水。机械过滤脱水是以过滤介质两边的压差为推动力，使污泥中的水分强制通过过滤介质成为滤液，固体颗粒被截流成为滤饼的固液分离操作。机械过滤脱水主要用于脱除污泥中毛细结合水和表面吸附水。在污泥机械脱水中，所用的过滤介质主要是滤布，包括棉、毛、丝、麻等天然纤维及由各种合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的网状物。

机械过滤脱水的主要方法有三种：①采取加压或抽真空将滤层内液体用空气或蒸汽排除的通气脱水法。②靠机械压缩作用的压榨法，它往往以浓度很高的污泥、半固体原料及滤饼为操作对象。③用离心力作为推动力除去料层内液体的离心脱水法。

过滤污泥的机械脱水设备按作用又可分为真空式、加压式与离心式三种：①真空过滤脱水机。真空过滤机是目前应用较多的机械脱水设备，它是在负压下操作的脱水过程。在含水固体废物脱水中，国内常用的是转鼓式真空抽滤机。真空抽滤是连续性操作，效率高，操作稳定，易于维修，适于各种污泥脱水。脱水后泥渣含水率为75%～80%。缺点是运行费用高，建筑面积大，开放性操作，气味较大。②压滤机。压滤机是在外加一定压力的条件下使含水固体废物过滤脱水的操作，可分为间隙式与连续式两种。间隙式的典型压滤机为板框压滤机，连续型的为带式压滤机。③离心脱水机。利用离心力取代重力或压力作为推动力对污泥进行沉降分离、过滤及脱水的设备称为离心脱水机。离心脱水可连续进行，操作方便，可自动控制，卫生条件好，占地面积小。但污泥的预处理要求高，必须使用高分子聚合电解质进行化学调理。目前主要用于粗粒沉渣的脱水。

5）干燥。污泥脱水滤饼仍含有45%～86%的水分，用做肥料或土壤改良剂回用时水分偏高，不利于分散及装袋运输，因而必须通过干燥等操作将滤饼水分降到20%～40%以下。

干燥是通过加热使潮湿滤饼中水分蒸发，也就是随着相变化使水分离出去，同时进行传热和传质扩散过程的操作。滤饼内的水分以液体状态从滤饼内边移动边扩散到滤饼表面而汽化，或者在滤饼内部直接汽化而向表面移动和扩散。干燥有三种加热方式：对流、传导与辐射。固体废物干燥过程多采用对流加热。对流加热又分为多种炉型。表6-7列出几种典型的对流加热干燥器的操作特性。

表6-7 对流加热干燥器的操作特性

选择干燥器时须考虑下列因素：①物料干燥过程的基本参数，包括初始含水率、含水类型（结合水、非结合水或两者兼有）、最高干燥温度、干燥时间、干燥后的含水率。②操作特性，包括操作方式选择、能源与维修要求、噪声输出及水、空气污染控制要求等。③场地、空间、高度与通道等环境因素的要求。

在固体废物的干燥操作中，目前用得较多的是转筒干燥器和带式流化床干燥器。

（2）焚烧处理技术

1）焚烧处理技术的适用性与焚烧过程。焚烧处理是一种固体废物的高温热处理工艺。在800～1000℃的焚烧炉膛内，废物中的有机活性成分被充分的氧化，留下的无机成分成为熔渣被排出，从而使废物减容并稳定。焚烧处理由于占地面积少，全天候操作，适用性广，废物稳定效果好等优点而成为当前废物处理的主要方法之一。几乎所有的有机固体废物都可以用焚烧法处理，对于可燃性的无机固体废物也可用焚烧法处理，如煤矸石。对于无机-有机混合性固体废物，如果有机物是有毒有害物质，最好采用焚烧法处理。某些特定的有机性固体废物只适合于焚烧法处理，如医院带菌性废弃物，石油化工厂和塑料厂的含毒性中间副产物和焦状废渣。对于多氯联苯等高浓、高稳定性物质，目前最适宜的处理方法是高温焚烧法。

固体废物焚烧处理的目的之一是利用焚烧产生的热量。焚烧热的利用包括供热、发电和热电联供。

废物能否进行焚烧处理，主要取决于其可燃性及热值。几乎所有的有机固体废物和可燃性无机废物，只要其热值达到一定的数值，均可直接用焚烧处理。固体废物的热值是指单位质量的固体废物完全燃烧所释放出来的热量，一般以kJ/kg计。要使固体废物维持燃烧，则要求燃烧释放出来的热量足以提供加热废物到达燃烧温度所需要的热量和发生燃烧反应所必需的活化能。否则，便要添加辅助燃料才能维持燃烧。根据经验，城市垃圾的热值大于3350kJ/kg时，燃烧过程无需加辅助燃料，易于实现自燃烧。

可燃的固体废物基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成，有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。如：①有机碳的焚烧产物是二氧化碳。②有机物中的氢的焚烧产物是水。③有机硫和有机磷，在焚烧过程中生成二氧化硫或三氧化硫及五氧化二磷。④有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量氮氧化物。⑤有机氟化物的焚烧产物是氟化氢。若体系中氢的量不足以与所有的氟结合生成氟化氢，可能出现四氟化碳或二氟氧碳，除非有其他元素存在，如金属元素，它可与氟结合形成金属氟化物。添加辅助燃料（CH₄、油品）增加氢元素，可以防止四氟化碳或二氟氧碳生成。⑥有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。当体系中氢量不足时，有游离的氯气产生，添加辅助燃料（天然气或石油）或较高温度的水蒸气（约1100℃）可以减少废气中游离氯气的含量。⑦有机溴化物和碘化物焚烧后生成溴化氢及少量溴气以及元素碘。⑧根据焚烧元素的种类和焚烧温度，金属在焚烧以后可生成卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物等。(www.xing528.com)

有害有机物，经焚烧处理后要求：主要有害有机组成物的破坏去除率应达到99.9%以上。

从工程技术的观点看，需焚烧的物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整个过程，可总称为焚烧过程。燃烧过程包括三个阶段：第一阶段是物料的干燥加热阶段；第二阶段是焚烧过程的主阶段，即真正的燃烧阶段；第三阶段是燃尽阶段，即生成固态残渣的阶段。三阶段并非界限分明，尤其是对混合废物之类的焚烧过程更是如此。

影响废物焚烧的主要因素包括：废物本身的性质、停留时间、温度、湍流度、空气过量系数及其他因素。其中停留时间、温度及湍流度称为“3T”要素，是反映焚烧炉性能的主要指标。

2）固体废物的焚烧设备。焚烧设备包括焚烧炉及其附属的供料斗、炉体、助燃器和出渣机等。目前世界上焚烧炉的型号已达200多种，其中较广泛应用炉型按燃烧方式可分为流化床焚烧炉、机械炉排焚烧炉和回转窑式焚烧炉等。

①流化床焚烧炉。流化床焚烧炉是在炉内铺设一定厚度、一定粒度范围的石英石或炉渣，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将沙粒吹起、翻腾、浮动。流化床炉采用石英石作为热载体，蓄热量大，燃烧稳定性较好，燃烧反应温度均匀，很少局部过热。因此，能处理生活垃圾、有机污泥和有毒有害废液等废物种类，有害物质分解率高。流化床燃烧温度在800～900℃，过量空气系数小，氮氧化物生成量少，有害气体生成易于在炉内得到控制，是新一代“清洁”焚烧炉，极具发展前途。此外，流化床焚烧炉无运动部件，结构简单，故障少，投资维修费低。图6-44为流化床焚烧炉燃烧原理。

图6-44 流化床焚烧炉燃烧原理

②机械炉排焚烧炉。机械炉排焚烧炉的心脏是焚烧炉的燃烧室及机械炉排，燃烧室几何形状（即气流模式）与炉排的结构及性能，决定了焚烧炉的性能及固体废物焚烧处理效果。这类焚烧炉发展历史最长，技术最成熟，应用实例也最多。炉排的主要作用是运送固体废物和炉渣通过炉体，还可以不断地搅动固体废物，并在搅动的同时使从炉排下方吹入的空气穿过固体燃烧层，使燃烧反应进行的更加充分。焚烧炉燃烧室内放置的一系列机械炉排，通常按其功能分为干燥段、燃烧段和燃尽段。各段的供应空气量和运行速度可以调节。图6-45为机械炉排炉的燃烧概念图。

③回转窑式焚烧炉。回转窑式焚烧炉形式是在圆柱形金属壳内砌筑耐火砖，水平安放稍有倾斜。通过炉体整体转动达到固体废物均匀混合并沿倾斜角度向出料端移动。根据燃烧气体和固体废物前进是否一致，回转窑式焚烧炉分为顺流、逆流两种。焚烧处理高水分固体废物时选用逆流炉，助燃器设置在回转炉前方（出渣口方）。而处理高挥发性固体废物时常用顺流炉。回转焚烧炉比其他炉型操作弹性大，可以耐废物性状（粘度、水分）、发热量、加料量等条件变化的冲击，是处理多种混合固体废料的较好设备。另外，由于回转炉机械结构简单很少发生事故，能长期连续运转。但其热效率低，只有35%～40%左右。因此在处理较低热值固体废物时，必须加入辅助燃料。回转窑式焚烧炉可处理多种物料，如污泥、各种塑料、废树脂、硫酸沥青渣、城市垃圾等。回转窑式焚烧炉需配备二次燃烧室，废物在回转窑炉内分解气体产生可燃气体，其中未燃烧的可燃气体在二次燃烧室内达到完全燃烧。图6-46为逆流式回转炉。

（3）热解技术

1）热解是一种古老的工业化生产技术，该技术最早应用于煤的干馏，所得到的焦炭产品主要作为冶炼钢铁的燃料。20世纪70年代初期，热解技术开始用于固体废物的资源化处理。热解在工业上也称为干馏，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下使有机物受热分解成分子量较小的气态、液态和固态物质的过程。

图6-45 机械炉排炉的燃烧概念图

固体废物的热解过程是一个复杂的化学反应过程，包括大分子键的断裂、异构化等化学反应。热解过程中，其中间产物存在两种变化趋势，它们一方面有从大分子变成小分子甚至气体的裂解过程，一方面又有小分子聚合成较大分子的聚合过程。

图6-46 逆流式回转炉

不同的废物类型，不同的热解反应条件，热解产物都有差异。含塑料和橡胶成分比例大的废物其热解产物中含液态油较多，包括轻石脑油、焦油以及芳香烃油和混合物。生活垃圾、污泥热解产物则较少。焦油是一种褐黑色的油状混合物，从苯、萘、葱等芳香族化合物到沥青为主，另外含有游离碳、焦油酸、焦油碱及石蜡、环烷、烯类的化合物。

热解过程产生可燃气量大，特别是温度较高情况下，废物有机成分的50%以上都转化成气态产物。这些产品以H₂、CO、CH₄、C₂H₆为主，其热值高达6.37×10³～1.021×10⁴kJ/kg。除少部分供给热解过程所需的自用热量外，大部分气体成为有价值的可燃气产品。

固体废物热解后，减容量大，残余炭渣较少。这些炭渣化学性质稳定，含炭量高，有一定热值，一般可用做燃料添加剂或道路路基材料、混凝土骨料、制砖材料。纤维类废物（木屑、纸）热解后的渣，还可经简单活化制成中低级活化碳，用于污水处理等。

热解工艺按供热方式、产物状态、热解炉结构等的不同，可分为不同类型。按热解温度不同，分为高温热解、中温热解和低温热解。按供热方式不同，分为直接（内部）供热和间接（外部）供热。按热解炉的结构不同，分为固定床、流化床、移动床和旋转炉等。按热解产物的聚集状态不同，可分为汽化方式、液化方式和碳化方式。按热解与燃烧反应是否在同一设备中进行，热解又分为单塔式和双塔式。但热解工艺通常按热解温度或供热方式分类。

影响热解过程的主要因素有：温度、加热速率、反应时间等。另外，废物成分、反应器的类型及作为氧化剂的空气供氧程度等，都对热解反应过程产生影响。温度是热解过程最重要的控制参数，它的变化对产品产量、成分比例有较大影响。在较低温度下，油类含量相对较多，随着温度升高，气体产量成正比增长。加热速率对生成产品成分比例影响较大。通常在较低和较高的加热速率下热解产品气体含量高。反应时间是指反应物料完成反应在炉内停留的时间。它与物料尺寸、物料分子结构特性、反应器内的温度水平、热解方式等因素有关，并且它又会影响热解产物的成分和总量。

2）热解反应器。一个完整的热解工艺包括进料系统、反应器、回收净化系统、控制系统等几部分。其中反应器部分是整个工艺的核心，热解过程就在反应器中发生。不同的反应器类型往往决定了整个热解反应的方式以及热解产物的成分。反应器主要根据燃烧床条件及内部物流方向进行分类。燃烧床有固定床、流化床、旋转炉、分段炉等。物流方向指反应器内物料与气体相向流向，有同向流、逆向流、交叉流。

①固定床反应器。在固定燃烧床反应器中，维持反应进行的热量是由废物部分燃烧所提供的。由于采用逆流式物流方向，物料在反应器中滞留时间长，保证了废物最大程度地转换成燃料。同时，由于反应器中气体流速相应较低，在产生的气体中夹带的颗粒物质也比较少。固体物质损失少，加上高的燃料转换率，则将未汽化的燃料损失减到最少，并且减少了对空气污染的潜在影响。但固定床反应器也存在一些技术难题，如有黏性的燃料诸如污泥和湿的固体废物需要进行预处理，才能直接加入反应器。未粉碎的燃料在反应器中也会使气流成为槽流，使汽化效果变差，并使气体带走较大的固体物质。另外，由于反应器内气流为上行式，温度低，含焦油等成分多，易堵塞气化部分管道。图6-47为固定燃烧床热解反应器。

图6-47 典型的固定燃烧床热解反应器

②流化床反应器。在流化床中，气体与燃料同流向相接触。由于反应器中气体流速高到可以使颗粒悬浮，使得固体废物颗粒不再像在固定床反应器中那样连续地靠在一起，反应性能好，速度快。在流化床的工艺控制中，要求废物颗粒本身可燃性好。还在未适当汽化之前就随气流溢出，另外，温度应控制在避免灰渣熔化的范围内，以防灰渣熔融结块。流化床适应于含水量高或含水量波动大的废物燃料，且设备比固定床的小，但流化床反应器热损失大，气体中不仅带走大量的热量而且也带走较多的未反应的固体燃料粉末。所以在固体废物本身热值不高的情况下，尚须提供辅助燃料以保持设备正常运转。图6-48为流化床反应器。

③回转炉。回转炉的主要设备为一个稍为倾斜的圆筒，它慢慢地旋转，因此可以使废料移动通过蒸馏容器到卸料口。蒸馏容器由金属制成，而燃烧室则是由耐火材料砌成。分解反应所产生的气体一部分在蒸馏容器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧，这部分热量用来加热废料。因为在这类装置中热传导非常重要，所以分解反应要求废物必须破碎较细，尺寸一般要小于5cm，以保证反应进行完全。此类反应器产生的可燃气热值较高，可燃性好。图6-49为回转炉反应器。

图6-48 流化床反应器

图6-49 回转炉反应器

（4）危险固体废物的化学处理技术 危险固体废物泛指具有放射性、毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性等特征的废物。这类固体废物的数量约占一般固体废物的1.5%～2.0%，其中大约一半为化学工业固体废物。

危险废物处理技术包括焚烧法、化学处理法、生物处理法、海洋投弃和填埋等。其中，化学处理是指固体废物中易于对环境造成严重后果的有毒有害成分，通过化学转化呈现化学惰性或被包裹起来以便运输、利用和处置。

1）药剂稳定化技术。通过药剂的作用，将危险废物中的有毒有害污染物转变成低溶解性、低迁移率及低毒性的物质过程，称为药剂稳定化过程。

①中和。中和是最普遍、最简单的处理酸性废渣或碱性废渣的技术。酸、碱性废渣主要产生于化工、冶金、电镀与金属表面处理等工业中，这类废渣直接排入环境极易对土壤和水体造成危害。酸性泥渣常用碱性中和剂（表6-8），碱性泥渣则宜采用硫酸或盐酸中和。多数情况下，同一城市或地区，通常既有产酸性泥渣，又有产碱性泥渣的产业，通过设计者的调查与协调，使之互为中和剂，以达到最经济有效的中和处理效果。中和反应设备可以采用罐式机械搅拌或池式人工搅拌方式，前者多用于大规模中和处理，而后者多用于间断的小规模处理。

表6-8 常用碱性中和剂

②沉淀。沉淀就是借助于沉淀剂的作用，使废物中的目的组分（重金属离子）选择性地呈难溶化合物形态沉淀析出的过程。沉淀剂的选择除要考虑经济因素外，还应使沉淀剂对目的重金属离子具有较高的选择性，并使生成的沉淀物具有最低的溶度积。常用的沉淀技术包括水解沉淀、硫化物沉淀、碳酸盐沉淀等。除部分碱金属和个别碱土金属之外，大多数金属氢氧化物都是难溶化合物，因此可通过水解沉淀稳定废物中重金属离子。水解沉淀通常只需用酸（碱）调整废物悬浮液的pH值，而各种难溶盐沉淀除要求一定的pH值外，还需添加沉淀剂。如绝大多数金属硫化物的溶度积均很小，因此可以用硫化物沉淀的形式来稳定废物中的重金属离子。除硫化物外，还有许多金属盐难溶于水，也可用来稳定废物中的重金属离子。沉淀过程所用设备很简单，主要是机械搅拌槽。为了加快沉淀速度，沉淀过程常在高于室温的条件下进行。

2）固化技术。固化处理技术是利用物理或化学方法将危险固体废物固定或包容在惰性固体基质内，使之呈理化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。固化处理机理十分复杂，目前尚在研究和发展中。危险废物经过固化处理，终端产物中有害成分的渗透性和溶出率大大降低，因而可安全方便地进行运输、资源化利用或处置。

①水泥固化。水泥是一种无机胶结材料，经过水化反应后可生成坚硬的水泥固化体，将砂、石等添加料牢固地凝结在一起，因此，常用水泥作为废物固化剂使用。水泥最适用于固化无机废物，尤其是含重金属离子的污泥。固化时，水泥与污泥中的水分发生水化反应生成凝胶，将有害污泥颗粒分别包容，并逐步硬化形成水泥固化体，也被称为混凝土。污泥中的重金属离子会由于水泥的高pH值作用而生成难溶的氢氧化物或碳酸盐沉淀。某些重金属离子也可以固定在水泥机体的晶格中，从而有效地防止重金属离子的浸出。水泥固化法对含高毒性重金属废物的处理特别有效，固化工艺和设备比较简单，设备和运行费用低，水泥原料和添加剂便宜易得，对含水量较高的废物可以直接固化，固化产品经过沥青涂覆能有效地降低污物浸出，固化体的强度、耐热性、耐久性均好，产品适于投海处置，有的产品可作路基或建筑物基础材料。水泥固化产品一般都比废物原体积增大1.5～2.0倍，固化体中污物的浸出率比较高，须作涂覆处理。

②石灰固化。石灰固化是用石灰作基材，以粉煤灰、水泥窑灰作添加剂，专用于处理含有硫酸盐或亚硫酸盐类泥渣的一种方法。此法是基于水泥窑灰和粉煤灰含有活性氧化铝和二氧化硅，因而能同石灰在有水存在的条件下发生反应生成对硫酸盐、亚硫酸盐起凝结硬化作用的物质，最终形成具有一定强度的固化体。石灰固化法适于处理钢轨、机械工业酸洗钢铁部件时排出的废水和废渣、电镀工艺产生的含重金属污泥，以及由于采用石灰吸收烟道气或石油精炼气而产生的泥渣等。石灰固化法使用的添加剂本身是废物，来源广、成本低、操作简单，不需要特殊设备，被处理的废物不要求完全脱水，在常温下操作，没有尾气处理问题。但石灰固化产品比原废物的体积和重量增加较大，易被酸性介质侵蚀，要求表面进行涂覆。

③热塑性材料固化。热塑性材料固化法是用热塑性物质作固化剂，在一定温度下将废物进行包裹处理。热塑性物质在常温下呈固态，高温时变成黏液，故可用于包裹废物。目前，固化处理应用的热塑性材料有沥青、石蜡、聚乙烯、聚丁二烯等。目前，在各种热塑性固化基材中以沥青的利用较为普遍，有关沥青固化法的研究进展也比较快。此种方法一般要求先将废物脱水，再同沥青在高温下混合。也可以将废物与沥青共同加热脱水，再冷却、固化。热塑性材料固化法所得产品的空隙降低，污染物浸出率低于水泥固化法和石灰固化法，干废物对固化基材的掺和量从1∶1～2∶1，可以减少容器费和运输费以及最终处置费，固化基材对溶液或微生物具有强浸蚀性，固化体不需作长时间的养护。热塑性固化材料是热的不良导体，蒸发过程的热效率低，废物中含有大量的水分时，蒸发过程会有起泡现象。气泡破碎易污染空气。含量大的废物需先冷冻、融解或离心脱水处理。由于基材具有可燃性，故不宜处理高放射性废物。热塑性材料价格昂贵，操作复杂，设备费用高，对于在高温下易分解的废物，有机溶剂以及强氧化性废物不宜使用。

④有机物聚合固化。有机物聚合固化法是将一种有机聚合物的单体与湿废物或干废物在一个容器或一个特殊设计的混合器里完全混合，然后加入一种催化剂搅拌均匀，使其聚合、固化。在固化过程中，废物被聚合物包胶，通常使用的有机聚合物主要有脲醛树脂和不饱和聚酯。用有机聚合物固化法，在常温下操作时，添加的催化剂数量很少，终产品体积比其他固化法小。此法能处理干渣，也能处理湿泥浆，固化体不可燃，掺和废物比例高，固化体密度小。有机聚合物固化法属物理包胶法，不够安全，有时包胶剂要求用强酸性催化剂，因而在聚合过程中会使重金属熔出，并要求使用耐腐蚀设备，某些有机聚合物能被生物降解，固化物老化破碎后，污染物可能再进入环境。此法要求操作熟练，在最终产品处置前都应有容器包装。

⑤自胶结固化法。自胶结固化法是将大量硫酸钙或亚硫酸钙的废物，在控制的条件下煅烧到部分脱水至产生有胶结作用的硫酸钙或半水硫酸钙状态，然后与某些添加剂混合成稀浆，凝固后生成像塑料一样硬的透水性差的物质。此法原理是基于亚硫酸钙半水化合物具有最终形成类似于含有两个结晶水的硫酸钙的固化物。自胶结固化法使用的添加剂是现场可以取得的石灰、水、泥灰、粉煤灰等废料，其凝结硬化时间短，产品具有良好的操作性能，而且性质稳定，加入添加剂量只有总混合物的10%左右，对处理的废物不需完全脱水。

⑥玻璃固化。利用制造陶瓷或玻璃的成熟技术，将废物在高温下煅烧成氧化物，再与加入的添加剂煅烧、熔融、烧结，成为硅酸盐岩石或玻璃体。对于含重金属污泥的玻璃固化处理，要求添加玻璃化所需的硅质材料。玻璃固化法处理效率最好，固化体中有害元素的浸出率最低，固化废物的减容大。由于烧结过程需要在800～1200℃下进行，会有大量有害气体产生，其中含有挥发金属，要求有尾气处理系统。同时，由于在高温下操作，会给工艺带来一系列困难，使处理成本增高。