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一文读懂工业固废处理技术

发布时间:2018-11-13 08:51:13

第一章 
概论

1、固体废物:是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

 

2、依据《固体废物污染环境防治法》对固体废物的分类,将其分为生活垃圾、工业固体废物、和危险废物等三类进行管理。

 

3、各种工矿企业生产或原料加工过程中所产生或排出的废物,统称工业固体废物。

 

4、固体废物环境污染的特点:

①产生量大,种类繁多,成分复杂;

②污染物滞留期长、危害性强;

③其他处理工程的终态,污染环境的源头。

 

5、固体废物的管理原则

(1)“三化”管理原则:资源化、无害化、减量化。

固体废物处理利用的发展趋势必然是从“无害化”走向“资源化”,“资源化”是以“无害化”为前提的,“无害化”“减量化”应以“资源化”为条件。

 

(2)“全过程”管理原则

3C原则:避免产生、综合利用、妥善处置。

3R原则:减少产生、再利用、再循环。

 

6、固体废物的物理化学特性

(一)物理性质

包括物理组成、色、臭、温度、含水率、空隙率、渗透率、粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性与弹性等。

(二)化学性质

表示固体废物化学性质的特征参数有挥发分、灰分、灰分熔点、元素组成、固定碳及发热值。

(三)生物化学性质

包括病毒、细菌、原生及后生动物、寄生虫卵等生物性污染物质的组成、有机组分的生物降解性等。

 

第二章

 

 工业固体废物的压实、破碎和分选技术

 

1、压实,又称压缩,指用机械方法增加固体废物聚集程度,增大容重和减小固体废物表观体积,提高运输与管理效率的一种操作技术。

 

2、固体废物破碎难易程度通常用机械强度或硬度来衡量。固体废物的机械强度是指固体废物抗破碎的阻力,通常以静载下测定的抗压强度为标准来衡量。一般的,抗压强度大于250MPa的称为坚硬固体废物;40——250MPa的称为中硬固体废物;小于40MPa的称为软固体废物。

 

3、固体废物的硬度是指固体废物抵抗外力机械侵入的能力。

 

4、固体废物的分选就是将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。

 

5、影响筛分效率的因素:

影响筛分效率的因素有固体废物性质、筛分设备性能、筛分操作条件。

 

6、(1)加重质的选择:最常用的加重质有硅铁、磁铁矿等。作为重介质分选的硅铁含硅量为13%——18%,磁铁矿一般要求的粒度为小于200目占60%——90%,能够均匀分散于水中,容积浓度一般为10%——15%。

 

(2)对重介质性能的要求:密度高、黏度低、化学稳定性好(不与处理的废物发生化学反应)、无毒、无腐蚀性、易回收再生。

 

 

第三章

 

工业固体废物固化/稳定化处理技术

 

1、固化:是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,从而使固体废物固定1或包容在惰性固体基材张,使之具有化学稳定性或密封性的一种无害化处理技术。

3、稳定化:是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。一般分为化学稳定化和物理稳定化。

4、包容化技术:是指用稳定剂、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。

5、固化/稳定化处理的目的

对危险废物、其他处理过程残渣及被污染的土壤进行处理,使危险废物中所有污染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。

 

6、固化/稳定化处理的基本要求

①有害物质经过固化处理后形成的固化物应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等,最好能作为资源加以利用。

②固化过程中材料和能量消耗要低,增容比要低。

③固化工艺过程简单,便于操作。

④固化剂来源丰富,价廉易得。

⑤处理费用低廉。

⑥对于发射性废物的固化产品,还应有较好的导热性和热稳定性,以便于用适当的冷却方法处理,以防止放射性衰变热使固化体温度升高,避免产生自融化现象,同时还要求产品具有较好的耐辐照稳定性。

 

7、固化处理效果常用浸出率、增容比、抗压强度等物理、化学指标予以评价。

8、水泥固化的影响因素:

①PH值;②水灰比;③水泥与废物比;④凝固时间;⑤添加剂;⑥养护条件;⑦固化产物性能。

 

 

第四章

 

工业固体废物的热化学处理

 

1、固体废物的热处理是指利用热物理方法改变固体废物状态的过程,广泛应用于固体废物的预处理过程,包括干燥、热分解、烧成、焙烧等。

2、固体废物的热化学处理是指在高温条件下使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。

3、热化学处理的优点:

①处理时间短。流化床焚烧炉几分钟即可使垃圾燃烧完全,炉排式焚烧炉垃圾停留时间仅1h。

②减容效果好。焚烧残渣体积是原来的8%——12%,如经分选后的垃圾残渣仅2%——3%。

③消毒彻底。减轻或消除后续处理过程对环境的影响,是处理带有病原菌垃圾和有机污染垃圾的良好方法。

④焚烧厂占地面积相对较小,不超过5hm2.

⑤回收能源和资源。

 

4、热化学处理存在的问题

①投资和运行费用高。

②操作运行复杂。

③焚烧使垃圾利用率降低。

④同时带来二次污染。

 

5、焚烧温度、搅拌混合程度、气体停留时间(一般称为3T)及过剩空气率合称为焚烧的4大控制参数。

6、固体废物热解就是利用有机物的热不稳定性,在无氧或缺氧条件下,利用热能使化合物的化学键断裂,由大相对分子质量的有机物转化为小相对分子质量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程。

虽然热解和焚烧都是热化学转化过程,但二者又是完全不同的两个过程,主要区别具体表现在三个方面:

①焚烧是放热的,热解是吸热的;

②焚烧的产物主要是二氧化碳和水,而热解的产物主要是可燃的低分子化合物;

③焚烧产生的热能量大的可用于发电,热能量小的只可供加热水或产生蒸汽,适合就近利用,热解产物是燃料油及燃料气,便于贮藏及远距离输送。

 

7、影响热解的主要因素有热解温度、加热速率,物料性质、物料停留时间、供气供氧以及反应器类型等。

 

第五章

 

 矿山固体废物综合利用

 

1、矿山固体废物主要是指矿山开采和矿石选冶加工过程中产生的废石和尾矿。

2、矿山固体废物按其来源和组成,可以分为废石、剥离岩石、尾矿、粉尘和其他废物共5类。

3、煤矸石的综合利用技术:

(一)煤矸石发电;

(二)煤矸石作为建筑材料的应用(制烧结砖,制免烧砖,用煤矸石制水泥,用煤矸石生产轻骨料);

(三)从煤矸石中提取化工产品;

(四)用煤矸石生产肥料;

(五)煤矸石作为填充材料的应用(煤矸石制炭黑用于橡胶填充,煤矸石改性后直接用于补强橡胶)。

 

第六章

 

 能源工业固体废物的综合利用

 

1、粉煤灰的综合利用:

粉煤灰粒细质轻、疏松多孔、表面能高,具有一定的活性基团和较强的吸附能力,在环保领域中已广为应用,主要用于废水治理、废气脱硫、噪声防治及垃圾卫生填埋填料等。粉煤灰主要是通过吸附过程去除有害物质的,其中还包括中和、絮凝、过滤等协同作用。

 

2、粉煤灰作土壤改良剂:

①改善土壤的可耕性;

②改善酸性土和盐碱土;

③提高土壤的温度;

④提高土壤保水能力;

⑤增加土壤的有效成分,提高土壤能力。

 

3、炉渣在工业废水处理中的应用:

粉煤灰本身已具有较强的吸附性能,经硫铁矿渣、酸、碱、铝盐或铁盐溶液改性后,辅以适量的助凝剂,可用来处理各类废水,如城市生活污水、电镀废水、焦化废水、造纸废水、印染废水、制革废水、制药废水、含磷废水、含油废水、含氟废水、含酚废水、酸性废水等。大量实践表明,在废水脱色除臭、有机物和悬浮胶体去除、细菌微生物和杂质净化,以及Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni+、Zn2+等重金属离子去除上,粉煤灰均有显著的处理效果。

 

影响粉煤灰处理废水效果的主要因素有以下几点:

①粉煤灰的粒径和比表面积。粒径越细、比表面积越大,处理效果越好。如粉煤灰粒径从125μm下降到53μm时,对含铬染料C0D的去除率由64%增加到91%。

②粉煤灰的化学组成。粉煤灰中Si02及Al203,等活性物质含量高,

有利于化学吸附。粉煤灰中Ca0含量较低时,应投加石灰对粉煤灰进行改性。高温脱除粉煤灰中的结合水,能够使粉煤灰活化,提高处理效果。

 

③废水的pH值。pH值对废水处理效果的影响与污染物的性质有关,如粉煤灰处理含氟废水,酸性条件效果好,而处理含磷废水,则选中性为宜。

 

④温度。温度越低,废水中有害物质的去除率越高,如用粉煤灰处理含铬染料废水时,温度从30升至50C,去除率从91%下降至69%。

 

⑤污染物的性质。废水中污染物的溶解度、分子极性、相对分子质量大小、浓度等对处理效果均有影响,如相对分子质量越大、溶解度越小,处理效果越好。

 

目前,粉煤灰在废水处理工程中的应用实践,尚存在如下问题需要解决:

①理论研究基础薄弱,特别是粉煤灰吸附及动力学研究有待深入;

②缺乏有效的灰水分离工艺,吸附饱和灰若处置不当,会引起二次污染;

③污水处理效能受到粉煤灰吸附容量的限制,工程应用需要廉价高效的粉煤灰复合混凝剂。

 

第七章

 

 冶金工业固体废物的综合利用

1、高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排放的废物。炼铁的原料主要是铁矿石、焦炭和助溶剂烧结矿和球团矿等。在高炉冶炼过程中,各种物料通过热交换和氧交换发生复杂的化学反应。当炉内温度达到1300——1500摄氏度时,炉料融化,矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂等非挥发性组分形成以硅酸盐和铝酸盐为主,浮在铁水上面的熔渣,称为高炉渣。

 

高炉渣的产量与矿石的品位和焦炭的灰分含量以及助溶剂的质量有关,也和冶炼工艺水平相关。一般采用贫铁矿炼铁时,每吨生铁产生1.0——1.2吨高炉渣;采用富铁矿炼铁的时候,每吨铁只产生0.25吨高炉渣。随着选矿和炼铁技术的提高,高炉渣产生量已大大降低。

 

2、高炉渣分类:

按矿渣的碱度区分:

高炉渣的主要成分中的碱性氧化物与酸性氧化物的含量比称为高炉渣的碱度或碱度率,以M0表示。即

 

按照高炉渣的碱度率可把矿渣分为如下三类:

①碱性矿渣,碱度率M0大于1的矿渣;

②中性矿渣,碱度率M0等于1的矿渣;

③酸性矿渣,碱度率M0小于1的矿渣。

 

3、活性:活性指钢渣中具有水硬胶凝性活性矿物的含量。

4、稳定性:稳定性指钢渣中游离氧化钙等不稳定组分的含量。

 

第八章

 

化学工业固体废物的综合利用

 

1、目前治理铬渣的方法基本分三类:高温还原法(干法)、湿法还原法(湿法)和固定法。

 

2、铬渣的固化/稳定化处理是将铬渣粉碎后加入一定量的无机酸或硫酸亚铁,使其中的  还原成  ,再加入相当量的水泥,加水搅拌,凝固,随着水泥的水化与凝结硬化过程,铬化物会形成稳定的晶体结构或化学键,且被封闭在固体基材中,不易再溶出,从而达到稳定化和无害化的目的。

 

3、铬渣的资源化:

铬渣的熔融固化就是使铬渣在高温下熔化,并在还原性气氛中使   转化成    形成含   的熔体,冷却后成为玻璃态固熔体的过程,固熔体作为产品直接利用。

 

4、磷石膏的处理利用技术

①磷石膏做水泥缓冲剂;

②磷石膏做石膏建材;

③磷石膏做硫酸联产水泥;

④磷石膏做土壤改良剂;

⑤用磷石膏制硫酸铵和多种盐。

 

第九章

 

 石油化学工业固体废物的综合利用

 

1、石油化学固体废物一般按生产行业、化学性质、危险性程度进行分类。按生产行业可分为石油炼制行业固体废物、石油化工行业固体废物、石油化纤行业固体废物。

 

石油炼制行业固体废物主要有酸碱废液、废催化剂、页岩渣;石油化工、化纤行业固体废物主要有废添加剂、聚酯废料、有机废液等。

按化学性质可分为有机固体废物和无极固体废物。

 

按照固体废物对人体和环境所造成的危害程度,又将固体废物分为一般固体废物和危险固体废物。一般固体废物常指对人体健康和环境危害性较小的废物,如经过处理的废白土、废分子筛、废吸附剂、电石渣等;危险性固体废弃物则指具有毒性、腐蚀性、反应性、易燃性、爆炸性、浸出毒性等特征的有毒。有害物质,如酸碱废液、甲乙酮废液、杂醇废液及含重金属的废催化剂等。

 

2、石油炼制工业产生的固体废物主要来自于生产工业本身及污水处理设施。主要包括废酸、碱液、废白土渣、废页岩渣、各种催化剂及污水处理厂污泥。

 

3、废酸液主要来源于油品酸精制和烷基化装置排出的废硫酸催化剂。其成分除硫酸外还有硫酸酯、磺酸等有机物及叠氮化物。

 

4、废碱液的处理利用:

①硫酸中和法回收环烷酸、粗酚;

②二氧化碳中和法回收环烷酸、碳酸钠;

③利用废碱液造纸。

 

5、废酸液的利用技术:

①热解法回收硫酸;

②废酸液浓缩后作为原料。

 

 

第十章

 

 污泥的浓缩与脱水

污泥处置是指处理后污泥的消纳过程,处置方式主要有土地利用、填埋、焚烧及建材利用等。应综合考虑污泥泥质特征及未来的变化、当地的土地资源及环境背景状况、  可利用的水泥厂或热电厂等工业窑炉状况、经济社会发展水平等因素,结合可采用的处理技术,合理确定本地区的主要污泥处置方式或组合,其选择原则见表22-1。

第十一章

工业固体废物的最终处置技术

1、处置,是指将固体废物焚烧和用其他改变固体废物的物理化学、生物特性的方法,达到减少已产生的固体废物数量、缩小固体废物体积、减少或者消除其危险成份的活动,或者将固体废物最终置于符合环境保护要求的场所或者设施并不再回取的活动。

 

2、在评价一个用于长期处置固体废物的填埋场厂址的适宜性时,必须加以考虑的因素主要有:运输距离、厂址限制条件、可用土地面积、出入场地道路、地形地貌及土壤条件、气候条件、地表水文条件、地质和地质水文条件、当地环境条件、地方公众意见以及填埋场封场后是否可被利用。

 

3、填埋场渗滤液的主要成分:

①常见元素和离子,如

②微量金属,如

③有机物,常以TOC,COD来计量,酚等也可以单独计量。

④微生物。

 

4、渗滤液的来源:

①直接降水是渗滤液产生的主要来源,其确切数字可根据当地的气象资料确定。

②地表径流对渗滤液的产生量也有较大的影响。具体数字取决于填埋场地周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及排水设施的完善程度等。

③地表灌溉,影响程度与地面的种植情况和土壤类型有关。

④地下水。如果填埋场地的底部在地下水位以下,地下水就可能渗入填埋场内。如果在设计施工中采取防渗措施,可以避免或减少地下水的渗入量。

⑤废物中水分。随固体废物进入填埋场中的水分,包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量。入场废物携带的水分有时是渗滤液的主要来源之一(比如污泥填埋)。

⑥覆盖材料(砂、黏土)携带的水分。典型田间持水量对于砂而言为6%——12%,对于黏土质的土壤为23%——31%。

⑦有机物分解生成水。

 

5、渗滤液产生量的影响因素:

填埋场渗滤液的产生量通常由:获水能力、场地地表条件、固体废物条件、埋场构造、操作条件等五个相互有关的因素决定。

 

6、填埋气体的组成特征:

填埋场气体主要有两类:一类是填埋场主要气体,另一类是填埋场微量气体。

 

①填埋场的主要气体是填埋废物中的有机组分通过生化分解所产生,其中主要含有氨、二氧化碳、一氧化碳、氢、硫化氢、甲烷、氮和氧等。它的典型特征为:温度达43——49摄氏度,相对密度约1.02——1.06,为水蒸气所饱和,高位热值在15630——19537千焦每立方米。

②甲烷和二氧化碳是填埋场气体中的主要气体。


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