常见化工固体废弃物的处置方法

【案例8-7】 2015年6月25日新华网（来源：兰州晚报）报道：2014年，兰州市工业固体废物产生量为624.57万吨，综合利用量为608.17万吨，其中综合利用往年储存量0.01吨，利用率为97.37%。工业固体废物处置量为14.75万吨，其中处置往年储存量为0。工业固体废物储存量为1.65万吨，储存率为0.26%。此外，去年全市工业危险废物产生量为10.15万吨，其中综合利用量为0.2万吨，利用率为2%，处置量为9.95万吨，处置率为98.03%，储存量为0.0006万吨。

（一）压实技术

压实，又称压缩，是通过外力加压于松散的化工固体废物，缩小其体积，使化工固体废物变得密实的操作技术。化工固体废物经过压实处理，既可增大容重、减小体积，便于装卸和运输，确保运输安全与卫生，降低运输成本；也可制取高密度惰性块料，便于储存、填埋或作为建筑材料使用。

1.压实原理

大多数化工固体废物是由不同颗粒与颗粒间的孔隙组成的集合体。一堆自然堆放的化工固体废物，其表观体积是废物颗粒有效体积与孔隙占有的体积之和。即

Vm=Vs+Vv

式中，Vm——化工固体废物的表观体积，单位为m3；

Vs——化工固体颗粒的体积（包括水分），单位为m3；

Vv——孔隙体积，单位为m3。

当对化工固体废物实施压实操作时，随着压力的增大，孔隙体积减小，表观体积也随之减小，容重增大。因此，化工固体废物压实的本质是施加一定压力，增大废物容重的过程。当化工固体废物受到外界压力时，各颗粒之间相互挤压、变形或破碎，从而重新组合。

在压实过程中，某些可塑性废物当解除压力后不能恢复原状，而有些弹件废物在解除压力后的几秒钟内，体积可膨胀20%，几分钟后可达到50%。因此，如纸箱、纸袋、冰箱、洗衣机、金属细丝、纤维等压缩性能大而复原性小的物质适合做压实处理；而玻璃、塑料、木头、污泥、焦油等化工固体废物则不宜做压实处理技术。

2.压实设备

根据操作情况，化工固体废物的压实设备可分为固定式压实设备和移动式压实设备两大类。

（1）固定式压实设备

凡是采用人工或机械方法（液压方式为主）把废物送到压实机械中进行压实的设备都称为固定式压实器。各种家用小型压实器、废物收集车上配备的压实器和转运站配置的专用压实机等均属固定式压实设备。

固定式压实器通常是由一个容器单元和一个压实单元组成的。容器单元通过料箱或料斗接收废物物料，并把它们送入压实单元，压实单元通常装有液压或气压控制操作的挤压头，利用一定的挤压力把化工固体废物压成致密的形式。常用的固定式压实器主要有水平压实器、三向联合压实器和回转式压实器等。水平压实器常用于转运站固定型压实操作，三向联合压实器适用于压实松散的金属废物和松散的垃圾，回转式压实器适于压实体积小、质量小的化工固体废物。图8-9～图8-11分别为这三种压实器的结构示意图。

图8-9　水平压实器结构示意图

图8-10　三向联合压实器结构示意图

图8-11　回转式压实器结构示意图

除了以上形式压实器外，还有袋式压实器。这类压实器中填装一个袋子，当袋子满时必须将废物移走，并换上另一个空的袋子。它们适于工厂中某些均匀类型废物的收集和压缩。

（2）移动式压实设备

带有行驶轮或可在轨道上行驶的压实器称为移动压实器。主要用于填埋场压实所填埋的废物，也有安装在垃圾车上压实垃圾的。

移动式压实器按压实过程工作原理的不同，可分为碾（滚）压、夯实、振动三种，相应的压实器即为碾（滚）压实机、夯实压实机、振动压实机。化工固体废物压实处理主要采用碾（滚）压方式。如图8-12所示为填埋场常用的压实机。

图8-12　填埋场常用的压实机

（二）破碎技术

利用外力克服化工固体废物质点间的内聚力而使化工固体废物粒度减小的过程就是化工固体废物的破碎。化工固体废物经过破碎，不但可以减小化工固体废物的颗粒尺寸，而且还可降低其孔隙率、增大废物的容量，使化工固体废物有利于后续处理与资源化。

1.破碎原理

化工固体废物种类繁多，不同种类的废弃物，其破碎的难易程度是不同的。化工固体废物破碎的难易程度通常用机械强度或硬度来衡量。

需要破碎的化工固体废物，大多数机械强度较低、硬度较小、较易破碎。但也有些化工固体废物，如橡胶、塑料等由于其在常温下具有较高的韧性和塑性，常温下难以破碎，因此，这部分化工固体废物需采用低温破碎的方法才能将其有效破碎。

按外力的不同，破碎可分为机械能破碎和非机械能破碎两种方法。机械能破碎是利用破碎工具如破碎机的锤子、球磨机的钢球等对化工固体废物施加力从而将其破碎的办法。非机械能破碎是利用电能、热能等对化工固体废物进行破碎的新方法，如低温破碎、超声波破碎等。目前，广泛应用的是机械能破碎。如图8-13所示为常用破碎机的机械破碎方法。一般来说，破碎机破碎废物时，常常受两种或两种以上的破碎力的同时作用，如挤压和劈碎、冲击破碎和磨剥等。

图8-13　常用破碎机的机械破碎方法

2.破碎设备

化工固体废物常用的破碎设备有颚式、锤式、冲击式、剪切式、辊式破碎机和粉磨机6种。

（1）颚式破碎机。颚式破碎机是一种古老的破碎设备，属挤压型破碎机械。适用于坚硬和中硬废物的破碎。由于其结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便等特点，至今仍广泛应用于冶金、建材和化学工业部门。

（2）锤式破碎机。锤式破碎机是最普通的一种工业破碎设备。主要用于破碎中等硬度、腐蚀性弱、体积较大的化工固体废物，也可破碎纤维结构物质、含水分及油脂的有机物、弹性和韧性较强的木块、石棉水泥废料、回收石棉纤维和金属切屑等。

（3）冲击式破碎机。冲击式破碎机是一种新型高效破碎设备，可破碎中等硬度、软质、脆性、纤维状等废物，且具有构造简单、外形尺寸小、安装方便和易于维护的特点。

（4）剪切式破碎机。剪切式破碎机根据活动刀的运动方式，可分为往复式和回旋式两种。剪切式破碎机适于处理松散状态的大型废物和强度较小的可燃性废物。

（5）辊式破碎机。辊式破碎机根据辊子的特点可分为光辊破碎机和齿辊破碎机。光辊破碎机的辊子表面光滑，主要破碎作用为挤压与研磨，适用于硬度较大的废物的中碎或细碎。齿辊破碎机辊子表面有破碎齿牙，主要破碎作用为劈裂，可用于脆性或黏性较大的废物或堆废物料的破碎。根据齿辊数目的多少，齿辊破碎机可分为单齿辊和双齿辊两种，如图8-14所示。

图8-14　齿辊破碎机

（6）粉磨机。进行粉磨的目的是：对废物进行最后一段粉碎，使其中各种成分单体分离，为下一步分选创造条件；对多种废物原料进行粉磨，同时起到把它们均匀混合的作用；制造废物粉末，增加物料比表面积，加速物料化学反应的速度。

（三）分选技术

化工固体废物的分选就是将化工固体废物中各种可回收利用的废物或不符合后续处理工艺要求的废物组分采用适当技术分离出来的过程。分选的基本原理是利用物料某些性质为识别标志，用机械或电磁的分选装置加以选别，达到分离的目的。由于化工固体废物的种类复杂繁多，因此，分选机械也多种多样，有手工拣选、筛选、风力分选、磁选、静电分选等。

1.筛分

（1）筛分原理

筛分是利用不同筛孔尺寸的筛子将松散废物分成不同粒度级别的分选方法。经过筛分，化工固体废物中大于筛孔的粗粒废物留在筛面上，小于筛孔的细粒废物透过筛面，从而完成粗、细废物的分离。

筛分过程包括物料分层和细粒透筛两个阶段，其中物料分层是完成筛分的条件，细粒透筛是筛分的目的。为实现筛分过程，要求废物在筛面上要有适当的相对运动，保证筛面上物料层处于松散状态，使废物能按粒度分层：粗颗粒位于上层、细颗粒位于下层，并透过筛孔。同时废物和筛子的相对运动能使堵在筛孔上的颗粒脱离筛面，有利于颗粒透过筛孔。

（2）筛分设备

在化工固体废物的处理中，最常用的筛分设备是固定筛、滚筒筛和振动筛。

①固定筛。由于其结构简单、设备费用低、不耗用动力和维修方便的特点，在化工固体废物处理中应用广泛。固定筛可以水平安装或倾斜安装，其筛面由许多平行排列的筛条组成，筛面是固定不动的，废物靠自身重力作用做自由落体运动。

②滚筒筛。也称转筒筛，具有带孔的圆柱形筛面或截头的圆锥体筛面。滚筒筛在传动装置带动下，筛筒绕轴缓缓旋转。为使废物在筒内沿轴向方向运动，筛筒的轴线应倾斜3°～5°安装。

③振动筛。它是通过由不平衡物体的旋转所产生的离心力使筛箱产生振动的一种筛子。适用手细粒废物（0.1～0.15mm）的筛分，也可用于潮湿或黏性废物的筛分。

2.磁选

（1）磁选原理

磁力分选简称磁选，是借助磁选设备产生的磁场使铁磁物质组分分离的两种方法。因此磁选在化工固体废物的处理中的主要作用是回收或富集黑色金属，或在某些工艺中用以排除铁质物质。

化工固体废物可根据磁性分为强磁性、中磁性、弱磁性和非磁性等组分。当这些组分通过磁场时，磁性较强的颗粒会被吸附到产生磁场的磁选设备上，而弱磁性和非磁性的颗粒则会被输送设备带走或受自身重力作用或离心力的作用下掉落到预定的区域内，从而完成磁选过程。

（2）磁选设备(www.xing528.com)

目前，在化工固体废物的处理中，最常用的磁选设备是滚筒式磁选机和悬挂带式磁选机。

①滚筒式磁选机由磁力滚筒和输送带组成。当输送带上的废物通过磁力滚筒时，铁磁性物质在磁力作用下被吸附到输送带上，并随输送带一起向前运动，而非磁性物质则在重力及惯性的作用下，被抛落到滚筒的前方。

②悬挂带式磁选机是在输送带的上方，悬挂一大型固定磁铁，并配有一传送带。由于磁力的作用输送带上的铁磁物质会被吸附到位于磁铁下方磁性区域的传送带上，并随传送带一起向一方移动，当传送带离开磁性区域时，铁磁物质就会在重力作用下脱落，从而完成铁磁物质的分离。

（四）固化处理

固化处理技术是利用物理或化学方法将有害废物与能聚结成固体的某些惰性基材混合，使化工固体废物固定或包容在惰性固体基材中，使之具有化学稳定性或密封性的一种无害化的处理技术。在实际应用中，固化处理可分为两个既相互关联又相互区别的固化技术和稳定化技术。而实际操作过程中，固化和稳定化过程是同时发生的。

1.相关概念

（1）固化。在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。

（2）固化剂。固化所用的惰性材料。

（3）固化体。有害废物经过固化处理后所形成的固化产物。

（4）稳定化。将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的过程。

（5）化学稳定化。通过化学反应使有毒物质变成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固定不动的过程。

（6）物理稳定化。将污泥或半固体物质与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成一种颗粒的过程，此颗粒组成有土壤状坚实度的固体，这种固体可以用运输机械送至处置场。

（7）包容化技术。用稳定剂、固化剂凝聚，将有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程。

2.固化处理的目的

对其他处理过程留下的残渣、危险废物及被污染的土壤进行处理，使其中有毒有害组分呈现化学惰性或被包容起来，减少后续处理与处置的潜在危险。

3.固化处理对不同化工固体废物的适用性

根据固化基材和固化过程，常用的固化技术有：水泥固化、石灰固化、自胶结固化、有机聚合物固化、塑性材料固化、熔融固化和陶瓷固化。不同固化处理的适用对象和优缺点见表8-8。

表8-8　不同固化处理的适用对象和优缺点

（五）焚烧、热解

化工固体废物的热处理是利用物理方法改变废物状态的过程，广泛应用于化工固体废物的预处理过程，如干燥、焙烧等。化工固体废物的热化学处理是在高温条件下，使化工固体废物中可回收利用的物质转化为能源的过程，主要包括焚烧和热解。

热化学处理的优点有：处理时间短，减容效果好，消毒彻底，焚烧厂占地面积相对较小，可回收能源和资源。但采用热化学处理的同时也存在着很大的问题，如投资和运行费用较高、操作运行复杂、焚烧使垃圾利用率降低、带来二次污染。

1.焚烧

（1）焚烧原理

焚烧是一种高温高热处理技术，是以一定量的空气与被处理的废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，使废物中的有毒有害成分在高温下氧化、热解从而被破坏掉，是一种可以同时实现废物减量化、无害化和资源化的处理技术。

焚烧适合处理有机成分多、热值高的废物。不但可以处理化工固体废物，还可以处理化工废气和化工废水；既可以处理一般性废物，也可以处理危险废物。

（2）焚烧设备

焚烧设备一般由焚烧炉及其附属的料斗、推料器、助燃器和出渣器等组成。焚烧炉是整个焚烧过程的核心部分，焚烧炉的类型不同，焚烧效果也不尽相同。目前，广泛应用的为机械炉排焚烧炉、多段焚烧炉、回转窑式焚烧炉和流化床焚烧炉。

①机械炉排焚烧炉的炉排是构成焚烧炉燃烧室的最关键部件，炉排的上部是炉膛。机械炉排焚烧炉中的废物燃烧主要是在炉排上完成的。炉排可以搅拌和混合物料，使从炉排下方进入的空气一次性顺利地通过燃烧层，并通过炉膛输送废物和灰渣。

②多段焚烧炉适用于颗粒小或粉末状化工固体废物及泥浆状废物的处理。多段焚烧炉的炉体是一个垂直的内衬耐火材料的钢制圆筒，由许多段（层）组成，每段（层）是一个炉膛。多段焚烧炉操作弹性大、适应性强、可靠性高，可以长期连续运行。但其机械设备较多，其中的小部件易受损伤，因此，需要较多的维修和保养。

③回转窑式焚烧炉是一种炉床可动的焚烧设备。它可以使废物在炉床上松散或移动，从而改善焚烧条件，并可自动加料和自动出灰。目前，应用最多的是旋转窑焚烧炉。旋转窑焚烧炉可耐废物性状（如黏度、水分），而且不受发热量、加料量等条件突然变化的影响，可处理污泥、塑料、废树脂等多种废物。另外，旋转窑焚烧炉需配备二次燃烧室，废物在旋转窑焚烧炉内受热分解产生的可燃性气体，在二次燃烧室内可达到完全燃烧。

④流化床焚烧炉是近几年发展起来的一种高效焚烧炉，适用于处理多种废物，如有机污泥、有机废液和化工固体废物等。流化床焚烧炉是利用炉底吹出的热风将废物悬浮起来并呈现沸腾状后进行燃烧的一种设备。

2.热解

（1）热解原理

热解也称干馏，是一种古老的工业化生产技术，最初应用于煤的干馏，直至20世纪70年代初才应用于处理固体废物。热解是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下，使有机物受热分解成分子量较小的物质的过程。它与焚烧是完全不同的两个过程，主要区别如下。

①热解吸热，焚烧放热。

②热解产物主要是可燃性低分子化合物（如燃料油或燃料气），便于储存和远距离输送；焚烧产物主要是CO2和H2 O，焚烧过程中所产生的热能大的可用于发电，热能小的只可供加热水或产生蒸汽，适用于就近利用。

化工固体废物的热解过程是一个复杂、连续的化学反应过程。包含大分子键的断裂、小分子的聚合和分子间的异构化，最后生成各种较小分子的过程。这些反应没有明显的界线，许多反应都是交叉进行的。

通常，热解可用如下通式表示：

（2）热解反应器

热解反应器依据燃烧床条件可分为固定床、流化床、旋转炉、分段炉等；根据物料流动方向可分为同流向、逆流向和交叉流向热解反应器。

①固定床热解反应器。这种反应器的产物包括从顶部排出的气体和从底部排出的熔渣或灰渣。顶部排出的气体中常含有一定量的焦油、木醋等成分，经冷却洗涤后可用作燃气。

②流化床热解反应器。流化床反应器适用于含水量高或水量波动大的废物。其设备尺寸比固定床的要小，但热损失大，排出的气体中不仅带走大量的热量，也带走较多的未反应的燃料粉末。因此，若废物本身热值不高，则需提供辅助燃料以保证设备的正常运行。

③旋转炉反应器。是一种间接加热的高温分解反应器。旋转炉的主体设备是一个稍微倾斜的圆筒，它缓缓旋转，可以使废料经过蒸馏容器移至卸料口。这类装置要求废物必须破碎较细，以尺寸不超过5cm为宜，从而保证反应的完全进行。

（六）生物处理

生物处理分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种。好氧生物处理是在有充分溶解氧的前提下，利用好氧微生物的活动，将化工固体废物中的有机物分解为二氧化碳、水、氨和硝酸盐的过程。厌氧生物处理是在缺氧的条件下，利用厌氧微生物的活动，将化工固体废物中的有机物分解为甲烷、硫化氢、二氧化碳、水和氨的过程。生物处理法具有运行费用低、效率高等特点。化工固体废物处理中常用的生物处理法如下。

1.沼气发酵

沼气发酵属于厌氧生物处理法中的一种，是有机物质在隔绝空气的前提下，并保持一定水分、温度、酸度和碱度，利用厌氧微生物分解有机物质的过程。污水处理厂的污泥、人畜粪便等都可作为沼气发酵的原料。为了使沼气发酵持续进行，必须提供并保持发酵过程中微生物所需的各种条件。

2.细菌冶金

细菌冶金也称生物冶金或微生物浸出，是利用微生物的生物催化作用或新陈代谢作用，使矿石或化工固体废物中的金属溶解出来，从而提取所需金属的过程。它与传统的提炼金属的过程相比较具有如下特点。

（1）设备简单，操作方便。

（2）特别适宜处理尾矿、废矿和炉渣。

（3）可综合浸出，并分别回收多种金属。

3.堆肥

将化工固体废物或垃圾等堆积起来，利用微生物的作用，使堆料中有机物质分解，并产生高热以杀灭寄生虫卵和病原菌，从而产生肥料的过程就是堆肥。化工固体废物生产或代替农肥具有广阔的前景。粉煤灰、铁合金渣、钢渣、高炉渣甚至可以直接作为硅钙肥在农田中使用，而含磷量较高的钢渣还可用来生产钙镁磷肥。