固體廢棄物處理及綜合利用策略

朱慶星，李小凡，陳千

(葛洲壩集團(tuán)生態(tài)環(huán)保有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

當(dāng)前，固體廢棄物處理及綜合利用的研究和技術(shù)主要集中在以下幾個(gè)方面[1-3]：廢棄物的分類和特性研究、廢棄物處理技術(shù)的研究和開發(fā)、廢棄物資源化和能源化利用的技術(shù)和策略以及廢棄物管理政策和制度的研究。在廢棄物的分類和特性研究方面，學(xué)者們通過大量的實(shí)驗(yàn)和調(diào)查，詳細(xì)描述了各類廢棄物的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性，為廢棄物的處理和利用提供了科學(xué)依據(jù)。在廢棄物處理技術(shù)的研究和開發(fā)方面，學(xué)者們開發(fā)了一系列的物理、化學(xué)和生物技術(shù)，如填埋、焚燒、厭氧消化和物理化學(xué)處理等，這些技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。在廢棄物資源化和能源化利用的技術(shù)和策略方面，學(xué)者們提出了一系列的創(chuàng)新方法，如再利用、回收、再制造、堆肥化、焚燒發(fā)電、生物質(zhì)能和垃圾煤等，這些方法旨在實(shí)現(xiàn)廢棄物的最大化利用，減少廢棄物對環(huán)境和公共健康的影響。在廢棄物管理政策和制度的研究方面，學(xué)者們探討了如何通過政策和制度，引導(dǎo)和規(guī)范廢棄物的產(chǎn)生、處理和利用，實(shí)現(xiàn)廢棄物管理的可持續(xù)發(fā)展。然而，盡管已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但固體廢棄物的處理和利用仍面臨許多挑戰(zhàn)，如：如何提高處理效率和利用率、如何降低處理成本、如何減少二氧化碳的排放等。因此，固體廢棄物的處理和利用仍需要進(jìn)一步的研究和創(chuàng)新。

1 固體廢棄物的種類和處理技術(shù)

1.1 固體廢棄物的主要種類及其特點(diǎn)

城市固體廢棄物：這類廢物主要源自日常生活和商業(yè)活動(dòng)，內(nèi)容復(fù)雜，多樣，包括食品殘?jiān)⒓堎|(zhì)產(chǎn)品、塑料、金屬、玻璃等。更細(xì)分的話，這類廢物中可能包括有機(jī)廢物(如廚余垃圾)，可回收物(如：紙、玻璃、金屬、某些塑料)，以及其他不可回收物(如：陶瓷、橡膠)。這些廢物需要不同的處理方式，如：堆肥、焚燒、回收等。

工業(yè)固體廢棄物：工業(yè)廢物來源廣泛，包括冶金、化工、制藥、造紙、電子等行業(yè)。它們的性質(zhì)和組成多樣，可能包括廢礦渣、廢水泥、廢油、廢氣、重金屬、有機(jī)化學(xué)品等。這些廢物對環(huán)境的影響更大，可能導(dǎo)致土壤、水體、大氣的污染。

危險(xiǎn)廢物：這類廢物包括廢油、廢電池、廢溶劑、廢藥物、放射性廢物等，它們含有大量的有毒有害物質(zhì)，如：鉛、鎘、汞等重金屬，有機(jī)氯化物，多環(huán)芳烴等。這些廢物需要特殊的處理方式，如：安全儲(chǔ)存、高溫焚燒、深地層處置等。

建筑垃圾：建筑垃圾主要源自建筑施工和拆除，包括混凝土、磚石、木材、金屬、塑料等。這些廢物對城市的占地影響大，處理難度也大，一般需要通過回收再利用、填埋、焚燒等方式處理。

農(nóng)業(yè)廢物：農(nóng)業(yè)廢物包括農(nóng)作物秸稈、動(dòng)植物糞便、農(nóng)藥包裝物等，這些廢物多為有機(jī)物，可以通過堆肥、厭氧發(fā)酵、熱解等方式處理，以實(shí)現(xiàn)資源化利用。

各類固體廢棄物的性質(zhì)不同，處理方式也不同，因此對固體廢棄物的分類管理至關(guān)重要。

1.2 目前常用的固體廢棄物處理技術(shù)

1.2.1 填埋

填埋仍然是最廣泛使用的固體廢棄物處理技術(shù)[4]。這種技術(shù)依賴于多種無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，如：中和反應(yīng)，吸附，離子交換等。例如，廢物中的酸性物質(zhì)(H+) 可以與填埋場土壤中的堿性物質(zhì)(OH-)發(fā)生中和反應(yīng)，生成水(H2O)和鹽。然而，這種方法的主要問題在于它占用大量的土地，并可能導(dǎo)致地下水污染。此外，廢物的有機(jī)組成部分可以在填埋場中分解，產(chǎn)生大量的甲烷(CH4)，這是一種強(qiáng)效溫室氣體。

1.2.2 焚燒

焚燒是將固體廢物在高溫下氧化分解的過程。在這個(gè)過程中，廢物中的有機(jī)物質(zhì)在高溫和充足的氧氣條件下氧化，生成CO2、水和大量的熱能。然而，焚燒的過程中會(huì)生成一些有害物質(zhì)，如二噁英和多環(huán)芳烴。為了減少這些有害物質(zhì)的排放，需要采用特殊的煙氣處理技術(shù)，如：活性炭吸附、刮板塔洗滌、電除塵等。

1.2.3 厭氧消化

厭氧消化是一種生物技術(shù)，利用微生物在無氧環(huán)境下分解有機(jī)物質(zhì)。在這個(gè)過程中，微生物的酶將有機(jī)物質(zhì)分解成較小的分子，然后通過一系列的酶反應(yīng)，將這些小分子轉(zhuǎn)化為甲烷(CH4) 和二氧化碳(CO2)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它既能處理廢棄物，又能產(chǎn)生可用于能源的甲烷氣。

對具有較高含量生物質(zhì)的廢棄物[5]，例如：食物殘?jiān)?、廢水處理廠的污泥和農(nóng)業(yè)廢棄物，厭氧消化是一種非常有效的處理方式。厭氧消化是在無氧環(huán)境下，由一系列微生物共同作用，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過程。具體的反應(yīng)可以簡化為：

以上反應(yīng)以葡萄糖為例，實(shí)際上在厭氧消化過程中，復(fù)雜的有機(jī)物首先會(huì)被水解為較小的分子，如：糖、氨基酸等，然后通過一系列的酶反應(yīng)，將這些分子轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它可以處理大量的生物質(zhì)廢棄物，同時(shí)產(chǎn)生的甲烷可以作為清潔的能源使用。然而，它需要較長的處理時(shí)間，而且對溫度和酸堿度等條件有較高的要求。

1.2.4 物理化學(xué)處理

物理化學(xué)處理是結(jié)合物理方法和化學(xué)方法對固體廢棄物進(jìn)行處理的技術(shù)。常見的物理方法有篩選、磨碎、磁選、重力選等，化學(xué)方法主要包括酸堿中和、氧化還原、熱解等。通過物理化學(xué)處理，可以實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的分類、減量化和無害化，是目前固體廢棄物處理中非常重要的一種技術(shù)。其中，熱解是一種常見的化學(xué)處理方法。在無氧或低氧條件下，高分子有機(jī)物被分解為低分子有機(jī)物，這個(gè)過程主要通過斷裂高分子有機(jī)物的化學(xué)鍵，使其變成低分子化合物。這一過程可以產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，如氫氣、甲烷、乙烷等，這些氣體可以被回收作為能源使用。此外，熱解還可以產(chǎn)生焦炭和生物油，這些產(chǎn)品都有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然而，物理化學(xué)處理技術(shù)對廢棄物的成分、物理性質(zhì)有一定的要求，處理設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本相對較高。

1.2.5 高級(jí)氧化技術(shù)

高級(jí)氧化是一種先進(jìn)的廢物處理技術(shù)，它主要用于處理含有難降解有機(jī)物質(zhì)的廢物。這種技術(shù)的核心是生成高活性的羥基自由基(-OH)，這些自由基可以與廢物中的有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)，將其氧化分解為較小的分子。高級(jí)氧化技術(shù)主要包括光催化氧化，臭氧氧化，F(xiàn)enton 反應(yīng)等。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它能有效處理各種難降解有機(jī)物質(zhì)，而且處理效果好，無二次污染。然而，這種方法的缺點(diǎn)在于，它需要較高的能源消耗，而且對操作條件要求較高。

例如，F(xiàn)enton 反應(yīng)(H2O2/Fe2+) 是一種典型的高級(jí)氧化過程，反應(yīng)如下：

在這個(gè)反應(yīng)中，過氧化氫(H2O2) 和二價(jià)鐵離子(Fe2+)反應(yīng)，生成三價(jià)鐵離子(Fe3+)、氫氧根離子(OH-)和高活性的羥基自由基(-OH)。這個(gè)自由基有很強(qiáng)的氧化能力，可以與廢物中的有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)，將其氧化分解為較小的分子。

2 固體廢棄物的綜合利用策略

2.1 資源化利用

資源化利用是將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為可以再利用的資源，這種策略不僅減少了廢棄物的處理量，同時(shí)也節(jié)約了自然資源。它包括以下幾個(gè)主要方式：

(1)再利用：是指將廢棄物直接作為物質(zhì)再次使用，而不改變其形態(tài)和性質(zhì)。例如，建筑拆除產(chǎn)生的混凝土塊可以作為基礎(chǔ)建設(shè)的原材料、廢舊金屬可以回收熔煉。

(2) 回收：是指從廢棄物中回收出有價(jià)值的物質(zhì)。例如，從廢電子設(shè)備中回收稀有金屬，從廢紙中回收纖維。

(3)再制造：是指將廢棄物經(jīng)過加工和修復(fù)后，再次制造成新的產(chǎn)品。例如，利用廢舊輪胎制作橡膠跑道，利用廢舊塑料制作再生塑料。

(4)堆肥化：是指將有機(jī)廢棄物經(jīng)過生物分解后，轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料。例如，將農(nóng)作物秸稈和食品廢棄物堆肥化。

這些方法都能夠?qū)⒐腆w廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源，實(shí)現(xiàn)廢物的最大化利用。然而，資源化利用也需要面對一些挑戰(zhàn)，如如何提高回收率、如何保證產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性等。

2.2 能源化利用

能源化利用是將固體廢棄物轉(zhuǎn)化為能源，包括以下幾個(gè)主要方式：(1)焚燒發(fā)電：將固體廢棄物在高溫下氧化分解，產(chǎn)生的熱能可以用于發(fā)電。這種方法可以大大減少廢物的體積，同時(shí)產(chǎn)生的電能可以供社會(huì)使用。(2)生物質(zhì)能：將有機(jī)廢棄物經(jīng)過生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源，如生物氣、生物油和生物炭等。(3)垃圾煤：將固體廢棄物經(jīng)過碾壓、干燥和固化，制作成垃圾煤，用于熱力發(fā)電或供熱。

能源化利用可以實(shí)現(xiàn)廢物的高效利用，同時(shí)減少了化石能源的消耗。然而，能源化利用也需要面對一些挑戰(zhàn)，如如何降低處理成本和如何減少二氧化碳的排放等。

2.3 其他創(chuàng)新利用方式

除了資源化利用和能源化利用，還有許多其他創(chuàng)新的利用方式。例如：通過高溫熔煉，可以將廢棄物轉(zhuǎn)化為建筑材料，如：礦渣磚、飛灰混凝土等；通過化學(xué)轉(zhuǎn)化，可以將廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化工原料，如從廢塑料中提取單體，從廢電池中提取重金屬等。這些創(chuàng)新的利用方式都在試圖實(shí)現(xiàn)廢物的全面利用，盡可能地提高廢物的價(jià)值。然而，這些方法通常需要較高的技術(shù)和設(shè)備投入，因此，如何降低處理成本，如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭力，都是這些方法需要面對的挑戰(zhàn)。

3 固體廢棄物處理及綜合利用案例

(1)三峽水利樞紐工程中的混凝土回收：在三峽水利樞紐工程中，工程廢棄物主要是混凝土。項(xiàng)目組開發(fā)了一種先進(jìn)的混凝土破碎和分類技術(shù)。這個(gè)系統(tǒng)由粗破碎機(jī)、細(xì)破碎機(jī)和自動(dòng)分選機(jī)組成。首先，廢棄的混凝土被粗破碎機(jī)破碎成較大的碎片，然后，這些碎片被細(xì)破碎機(jī)進(jìn)一步破碎成較小的粒子。最后，自動(dòng)分選機(jī)根據(jù)粒子的大小和重量，將其分成不同的等級(jí)。這個(gè)技術(shù)不僅提高了廢棄混凝土的回收率，也大大降低了廢棄物處理的成本。

(2)廢舊輪胎的熱解和再生技術(shù)：有一項(xiàng)廢舊輪胎的處理項(xiàng)目采用了熱解和再生技術(shù)。首先，廢舊輪胎在無氧環(huán)境下被加熱至450～500 ℃，進(jìn)行熱解過程。這一過程能產(chǎn)生炭黑、熱解油和熱解氣。其中，炭黑可以用于制作再生橡膠或作為工業(yè)炭黑使用；熱解油經(jīng)過精煉可以用作燃料或化工原料；熱解氣可用于發(fā)電或作為工業(yè)燃?xì)狻＿@個(gè)項(xiàng)目的成功因素在于它采用了新穎的熱解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廢舊輪胎的高效利用，同時(shí)也解決了廢舊輪胎處理的環(huán)境問題。

(3)農(nóng)業(yè)廢棄物的生物質(zhì)炭化技術(shù)：有一項(xiàng)以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的生物質(zhì)炭化項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用了一種稱為“快速熱解”的新技術(shù)，將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)炭、熱解油和熱解氣。生物質(zhì)炭可以作為土壤改良劑或燃料使用，熱解油可以作為生物燃料或化工原料，熱解氣可以用于發(fā)電。這個(gè)項(xiàng)目的成功因素在于它采用了新穎的熱解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的高效利用，同時(shí)也提供了一種可持續(xù)的能源解決方案。

4 結(jié)語

固體廢棄物處理及綜合利用建議與展望：

(1)提高固體廢棄物的分類回收效率：分類回收是提高廢棄物資源化利用率的關(guān)鍵步驟。應(yīng)該通過制定更詳細(xì)的分類規(guī)則，提供更方便的回收設(shè)施，以及加大分類宣傳教育力度，提高固體廢棄物的分類回收效率。

(2)優(yōu)化固體廢棄物處理技術(shù)：目前，固體廢棄物的處理技術(shù)仍存在許多問題，如：處理效率低、環(huán)境影響大等。應(yīng)該通過技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化現(xiàn)有的處理技術(shù)，提高處理效率，減少環(huán)境影響。

(3)推動(dòng)固體廢棄物的資源化利用：固體廢棄物中包含了豐富的資源。應(yīng)該通過發(fā)展新的利用技術(shù)，推動(dòng)固體廢棄物的資源化利用，提高資源利用效率，減少資源浪費(fèi)。

(4)加強(qiáng)固體廢棄物的綜合管理：固體廢棄物的處理涉及到多個(gè)領(lǐng)域，如環(huán)境、能源、資源、健康等。應(yīng)該建立一個(gè)綜合的管理體系，統(tǒng)籌規(guī)劃固體廢棄物的處理和利用，以實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的可持續(xù)管理。