固体废物的处理、处置和利用

第一节 概述

  一、固体废物的定义
  固体废物（solid wastes）亦称废物，是指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中提取所需目的成分之后，所丢弃的固态或泥浆状的物质。
  随着人类社会文明的发展，人们在索取和利用自然资源从事生产和生活活动时，由于客观条件的限制，总要把其中的一部分作为废物丢弃。另外，由于各种产品本身也有其使用寿命，超过了寿命期限，也会成为废物。其实，一种过程的废物随着时空条件的变化，往往可以成为另一过程的原料，废与不废是相对的，它与技术水平和经济条件密切相关。所以，废物也有“放在错误地点的原料”之称。
  
  二、固体废物的来源和分类
  固体废物的来源大体上可以分为两类：一类是生产过程中产生的废物（不包括废气、废水）；另一类是产品在流通过程和消费使用后产生的固体废物。
  固体废物分类方法很多，可以根据其性质、状态和来源等进行分类。如按其化学性质可分为有机废物和无机废物；按其形状可分为固体废物（粉状、粒状、块状）和泥状废物（污泥）；按其危害状况可分为有害废物（指有易燃性、易爆性、腐蚀性、毒性、传染性、放射性等废物）和一般废物。应用较多的是按其来源进行分类，分为工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物、城市垃圾和有害废物五类，见表9-1。我国从固体废物管理的角度出发，将其分为工业固体废物、危险废物和城市垃圾等三类。
  
  1．工业固体废物
  工业固体废物（industrial solid wastes）是指在工业生产、加工过程中产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥，以及在采矿过程中产生的废石、尾砂等。
  
  2．危险废物
  危险废物（hazardous wastes）是指对人类、动植物现在和将来会构成危害的，没有特殊的预防措施不能进行处理或处置的废弃物，它具有毒性（如含重金属的废物）、爆炸性（如含硝酸铵、氯化铵等的废物）、易燃性（如废油和废溶剂等）、腐蚀性（如废酸和废碱）、化学反应性（如含铬废物）、传染性（如医院临床废物）、放射性（如核反应废物）等一种或几种以上的危害特性。
  
  3．城市垃圾
  城市垃圾（municipal wastes）是指来自居民的生活消费、商业活动、市政建设和维护、机关办公等过程中产生的固体废物，包括生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便等。
  本章重点讲述工业固体废物和城市垃圾的处理、处置和利用。
  
  三、固体废物对环境的危害
  固体废物对人类环境的危害很大。一方面，固体废物是各种污染物的终态，特别是从污染控制设施排出的固体废物，浓集了许多污染物成分，而人们对这类污染物却往往产生一种稳定、污染慢的错觉；另一方面，在自然条件影响下，固体废物中的一些有害成分会转入大气、水体和土壤，参与生态系统的物质循环，具有潜在的、长期的危害性。因此，对固体废物，特别是有害固体废物处理、处置不当，会严重危害人体健康。固体废物对环境的危害主要表现在以下方面：
  
  表9-1 固体废物的分类、来源和主要组成物
  
  

分类	来源	主要组成物
矿业废物	矿山、选冶	废石、尾砂、金属、砖瓦灰石、水泥等
工业废物	冶金、交通、机械、金属结构等工业	金属、矿渣、砂石、模型、芯、陶瓷、边角料、涂料、管道、绝热和绝缘材料、黏结剂、废木、塑料、橡胶、烟尘、各种废旧建材等
	煤炭业	矿石、木料、金属、煤矸石等
	食品加工业	肉类、谷物、果类、蔬菜、烟草等
	橡胶、皮革、塑料等工业	橡胶、皮革、塑料、布、线、纤维、染料、金属等
	造纸、木材、印刷等工业	刨花、锯末、碎木、化学药剂、金属填料、塑料等
	石油化工	化学药剂、金属、塑料、橡胶、陶瓷、沥青、油毡、石棉、涂料等
	电器、仪器仪表等工业	金属、玻璃、木材、橡胶、塑料、化学药剂、研磨料、陶瓷、绝缘材料等
	纺织服装业	布头、纤维、橡胶、塑料、金属等
	建筑材料业	金属、水泥、黏土、陶瓷、石膏、石棉、砂石、纸、纤维等
	电力工业	炉渣、粉煤灰、烟尘等
城市垃圾	居民生活	食物垃圾、纸屑、布料、木料、金属、玻璃、塑料、陶瓷、庭院植物修剪物、燃料、灰渣、碎砖瓦、废器具、粪便、杂品等
	商业、机关	管道、碎砌体、沥青及其它建筑材料，废汽车、废电器、废器具，含有易燃、易爆、腐蚀性、放射性的废物，以及类似居民生活栏内的各种废物
	市政维护、管理部门	碎砖瓦、树叶、死禽畜、金属、锅炉灰渣、污泥、脏土等
农 业 废 物	农林	稻草、秸杆、蔬菜、水果、果树枝条、糠秕、落叶、废塑料、人畜粪便、农药等
	水产	腥臭死禽畜，腐烂鱼、虾、贝壳，水产加工污水、污泥等
有害废物	核工业、核电站，放射性医疗单位、科研单位	含有放射性的金属、废渣、粉尘、污泥、器具、劳保用品、建筑材料等
	其它有关单位	含有易燃性、易爆性、腐蚀性、反应性、有毒性、传染性的固体废物

  
  1．侵占土地
  固体废物不加利用时，需占地堆放，堆积量越大，占地越多。据估算，每堆积1万吨废物，占地约需1亩（666.6m2）。截止1994年，我国仅工矿业固体废物的累计堆存量就达66亿多吨，占地90多万亩。随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的很大提高，矿山废物和城市垃圾占地与人类生存和发展的矛盾日益突出，例如，根据对北京市高空远红外探测的结果显示，北京市区几乎被环状的垃圾堆群所包围。
  
  1．污染土壤
  废物堆放和没有采取适当防渗措施的垃圾填埋，经过风化、雨雪淋溶、地表径流的侵蚀，其中的有害成分很容易产生高温和有毒液体并渗入土壤，杀灭土壤中的微生物，破坏微生物与周围环境构成的生态系统，甚至导致草木不生。其有害成分若渗流入水体，则可能进一步危害人的健康。例如，在20世纪80年代，我国内蒙古包头市的某矿尾砂堆积如山，造成尾砂坝下游的大片土地被污染，一个乡的居民被迫搬迁。
  
  2．污染水体
  固体废物若随天然降水或地表径流进入河流、湖泊，或随风飘迁落入水体，则使地面水受到污染；若随渗沥水进入土壤，则使地下水受到污染；若直接排入河流、湖泊或海洋，则会造成更大的水体污染——不仅减少水体面积，而且还妨害水生生物的生存和水资源的利用。例如，德国莱茵河地区的地下水因受废渣渗沥水污染，导致当地自来水厂有的关闭，有的减产。
  
  3．污染大气
  固体废物一般通过如下途径污染大气：以细粒状存在的废渣和垃圾，在大风吹动下会随风飘逸，扩散到远处；运输过程中会产生有害的气体和粉尘；一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下会被微生物分解，释放出有害气体；固体废物本身以及在对其处理（如焚烧）时散发的毒气和臭气等。典型的例子是曾在我国各地煤矿多次发生的煤矸石的自燃，散发出大量的SO2、CO2、NH3等气体，造成了严重的大气污染。
  
  4．影响环境卫生
  城市的生活垃圾、粪便等若清运不及时，就会产生堆存，严重影响人们居住环境的卫生状况，对人们的健康构成潜在的威胁。
  
  四、固体废物的处理原则
  固体废物处理（treatment of solid wastes），是指通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化成适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。随着对环境保护的日益重视以及正在出现的全球性的资源危机，工业发达国家开始从固体废物中回收资源和能源，并且将再生资源的开发利用视为“第二矿业”，给予高度重视。我国于80年代中期提出了“无害化”、“减量化”、“资源化”的控制固体废物污染的技术政策，今后的趋势也是从无害化走向资源化。
  1．“无害化”
  固体废物“无害化”（innocuity）处理是指将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康、不污染周围自然环境的目的。目前，固废“无害化”处理技术有：垃圾焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等。其中“高温快速堆肥处理工艺”、“高温厌氧发酵处理工艺”，在我国都已达到实用程度，“厌氧发酵工艺”用于废物“ 无害化”处理的理论已经成熟，具有我国特点的“粪便高温厌氧发酵处理工艺”在国际上一直处于领先地位。
  2．“减量化”
  固体废物的“减量化”（minimization）是指通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。这需要从两方面着手，一是减少固体废物的产生，二是对固体废物进行处理利用。首先从废物产生的源头考虑，为了解决人类面临的资源、人口、环境三大问题，人们必须注重资源的合理、综合利用，包括采用经济合理的综合利用工艺和技术，制定科学的资源消耗定额等。另外，对固体废物采用压实、破碎、焚烧等处理方法，也可以达到减量和便于运输、处理的目的。
  3．“资源化”
  固体废物“资源化”（resource recovery）是指采取适当的工艺技术，从固体废物中回收有用的物质和能源。近40年来，随着工业文明的高速发展，固体废物的数量以惊人的速度不断增长，而另一方面世界资源也正以惊人的速度被开发和消耗，维持工业发展命脉的石油和煤炭等不可再生资源已经濒于枯竭。在这种形势下，欧美及日本等许多国家纷纷把固体废物资源化列为国家的重要经济政策。世界各国的废物资源化的实践表明，从固体废物中回收有用物资和能源的潜力相当大，表9-2是美国资源回收的经济潜力，由此可见固体废物资源化可观的经济效益。

    表9-2 美国资源回收的经济潜力

废物料	年产生量 （百万吨/年）	可实际回收量 （百万吨/年）	二次物料价格 （美元/吨）	年总收益 （百万美元）
纸   黑色金属       铝       玻璃   有色金属       总收益	40.0   10.2        0.91 12.4   0.36 —	32.0   8.16       0.73       9.98       0.29   —	22.1   38.6   220.5   7.72 132.3   —	705   316   160 77 38 1296

  我国虽然资源总量丰富，但人均资源不足。而且我国资源利用率低，浪费严重。据统计，在我国的国民经济周转中，社会需要的最终产品仅占原材料的20%～30%，即70%～80%成为废物。另一方面我国的废物资源利用率也很低，与发达国家的差距很大，因此，固体废物资源化及开发再生资源，更应该成为我国应对资源危机、解决生存与环境问题的国策。
  
  固体废物资源化的优势很突出，主要有以下几个方面：①生产成本低，例如用废铝炼铝比用铝矾土炼铝可减少资源90%～97%，减少空气污染95%，减少水质污染97%；②能耗少，例如用废钢炼钢比用铁矿石炼钢可节约能耗74%；③生产效率高，例如用铁矿石炼1吨钢需8个工时，而用废铁炼1吨电炉钢只需2～3个工时；④环境效益好，可除去有毒、有害物质，减少废物堆置场地，减少环境污染。
  可见，推行固体废物资源化，不但可节约投资、降低能耗和生产成本，而且可减少自然资源的开采、治理环境，维持生态系统的良性循环，是保证国民经济可持续发展的一项有效措施。
  
   

第二节
  固体废物处理基本方法

  固体废物处理（treatment of solid wastes），如前所述，是指通过物理、化学和生物的方法，使固体废物转化成适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。按其处理过程可分为预处理和资源化两个阶段，按其处理方法可分为物理处理、化学处理和生物处理等。
  
  一、固体废物的预处理
  固体废物预处理（pretreatment）又称前处理，是资源化前的预处理，主要包括收集、运输、压实、破碎、分选等工艺过程。预处理常涉及固体废物中某些组分的分离与浓集，因而往往又是一种回收材料的过程。
  
  1．固体废物的收集和运输
  固体废物的收集（collection）是一项困难而又复杂的工作，尤其是城市垃圾的收集更加复杂。由于产生垃圾的地点分散在每条街道、每幢住宅和每个家庭，且垃圾的产生不仅有固定源，还有移动源，因此给垃圾的收集工作带来许多困难。
  
  一般，产生废物较多的工厂在厂内外都建有自己的堆场，收集、运输工作由工厂负责。零星、分散的固体废物（工业下脚料及居民废弃的日常生活用品）则由商业部门所属废旧物资公司负责收集。此外，有关部门还组织城市居民、农村基层供销合作社收购站代收废旧物资。回收的品种有黑色金属、有色金属、橡胶、塑料、纸张、破布、玻璃、机电、五金、化工下脚料等16大类1000多个品种。
  
  城市垃圾包括生活垃圾、商业垃圾、建筑垃圾、粪便及污水处理厂的污泥等。在我国，它们的收集工作是分开处理的：商业垃圾及建筑垃圾原则上由产生单位自行清除；粪便的收集按其住宅有无卫生设施分成两种情况，具有卫生设施的住宅，居民粪便的小部分进入污水厂作净化处理，大部分直接排入化粪池。没有卫生设施的使用公厕或倒粪站进行收集，并由环卫专业队伍用真空吸粪车清除、运输，一般每天收集一次，当天运出市区。
  
  我国对城市生活垃圾的收集，一般是由垃圾发生源送至垃圾桶（箱），统一由环卫工人将垃圾桶（箱）装入垃圾车，再运至中转站，最后由中转站运到最终处理场或填埋场处置，形成了一套固定模式的收集—中转—集中处置系统。城市生活垃圾的收集频率应由季节、气候、垃圾数量和民众需求等因素决定。医院垃圾则由医院自行焚烧处理，再送至处置场所。
  
  在有些发达国家，垃圾的收集和加工处理系统已经成为拥有现代化技术装备的重要部门。美、英、法和瑞士等国，由居民从垃圾中分出玻璃、黑色金属、织物、废纸、纸板等，分装入不同的垃圾箱或不同颜色的垃圾袋，进行垃圾分类收集，这样就可以将不同成分的垃圾直接运往垃圾处理厂。目前，在我国的个别城市也正进行垃圾分装和上门收集的试验。
  
  比较先进的垃圾收集和运输方法是采用管道输送。在瑞典、美国和日本的有些城市就是采用管道输送垃圾的，并已取代了部分垃圾车，这是最有前途的垃圾输送方法。利用气流系统，可将垃圾从多层住宅运出20公里之外。
  
  收集和运输垃圾的费用很大，在发达国家已达到处理总费用的80%左右。运输费用与焚烧、填埋或处理厂的距离成正比，由于处理厂必须与居民区保持足够的距离，必然会增加运费；但是，如果对垃圾收集和运输线路进行优化，并采取垃圾分类方法，所需运输费用会有所降低。
  
  2．固体废物的压实
  压实又称压缩（compressing），是一种采用机械方法将固体废物中的空气挤压出来、减少其空隙率以增加其聚集程度的过程。其目的一是为了减少体积、增加容重以便于装卸和运输，降低运输成本；二是制作高密度惰性块料以便于贮存、填埋或作建筑材料。大部分固体废物（除焦油、污泥等）都可进行压实处理。
  
  
  

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压实技术最初主要用来处理金属加工业排出的各种松散废料，后来逐步发展到处理城市垃圾如纸箱、纸袋和纤维制品等。一般固体废物经过压缩处理后，压缩比（即体积减少的程度）为3～5，如果同时采用破碎和压实技术，其压缩比可增加到5～10。压缩后的垃圾或袋装或打捆，对于大型压缩块，往往先将铁丝网置于压缩腔内，再装入废物，因而压缩完成后即已牢固捆好。
  
  除了便于运输外，固体废物压实处理还具有以下优点：
  （1）减轻环境污染。经过高压压缩的垃圾块切片用显微镜镜检表明，它已成为一种均匀的类塑料结构。日本东京湾的垃圾块在自然暴露三年后检验，没有任何可见的降解痕迹，足见其确已成为一种惰性材料，从而减轻了对环境的污染。
  
  （2）快速安全造地。用惰性固体废物压缩块作地基或填海造地材料，上面只需覆盖很薄土层，所填场地不必作其它处理或等待多年的沉降，即可利用。
  
  （3）节省贮存或填埋场地。对于废金属切屑、废钢铁制品或其它废渣，其压缩块在加工利用之前，往往需要堆存保管，对于放射性废物要深埋于地下水泥堡或废矿坑等中，压缩处理可大大节省贮存场地；对于城市垃圾的填埋处置，生活垃圾压缩后容积可减少60%～90%，从而可大大节省目前国内外均日趋紧张的填埋用地。
  
  固体废物的压实过程是用固体废物压实器完成的，其结构主要由容器单元和压实单元两部分组成。容器单元接受废物；压实单元利用液压或气压作动力，使废物致密化。压实器有固定式和移动式两种形式，固定式一般设在废物转运站、高层住宅垃圾滑道底部等需要压实废物的场合，移动式压实器一般安装在收集垃圾的车上，收集到废物后即行压缩，随后运往处置场地。图9-1所示是常见的固体废物压实器。
  
  固体废物压实处理流程随固体废物性质的差异和处理目的的不同而不尽相同。图9-2所示是较为先进的国外城市垃圾的压缩处理工艺流程。垃圾先装入垫有铁丝网的容器中，然后送入压实机压缩，压力为160～200kgf/cm2（1kgf≈9.8N），压缩比为5。压块由上向运动活塞推出压缩腔，送入180～200℃的沥青浸渍池浸渍10秒，以涂浸沥青防漏，冷却后经输送皮带装入汽车运往垃圾填埋场。压缩污水经油水分离器进入活性污泥处理系统，处理水灭菌后排放。
  
  3．固体废物的破碎
  
  固体废物破碎（fragmentation）就是利用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块以便资源化利用或进行最终处置的过程。使小块固体废物颗粒分裂成细粉的过程称为磨碎。经过破碎和磨碎的固体废物，粒度变得小而均匀，具有以下优点：便于压缩、运输、贮存和高密度填埋；可提高焚烧、热解、熔烧及压缩等处理过程的稳定性和处理效率；便于分选、拣选回收有价物质和材料；避免粗大、锋利的废物损坏分选、焚烧、热解等设备或炉腔；为固体废物的下一步加工和资源化作准备。
  
  固体废物的破碎按原理通常有两类方法：物理方法和机械方法。前者有低温冷冻破碎法和超声波破碎法，低温冷冻破碎已成功用于废塑料制品、废橡胶制品等的破碎；超声波破碎法目前还处于实验室阶段。机械方法有挤压、劈裂、弯曲、磨剥、冲击和剪切破碎等方法，如图9-3所示。
   
  

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  选择机械破碎方法时，需视固体废物的机械强度特别是其硬度而定。对于脆硬性废物，如废石和废渣等多采用挤压、劈裂、冲击、磨剥方法破碎；对于柔硬性废物，如废钢铁、废汽车、废塑料等多采用冲击和剪切破碎。对于含有大量废纸的城市垃圾，一般采用的是湿式和半湿式破碎。对于一般的粗大固体废物，通常是先剪切，压缩成一定形状，再送入破碎机。
   

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  下面简要介绍几种普遍采用的固体废物破碎方式及其设备。
  
  （1）挤压式破碎。挤压式破碎是一种利用机械的挤压作用使废物破碎的方法（图9-3（a））。所用设备一般采用一个挤压面固定，另一个挤压面作往复运动的形式，也称为颚式破碎机。
  （2）冲击式破碎。冲击式破碎是一物体撞击另一物体时，前者的动能迅速转变为后者的形变位能，而且集中在被撞击处，从而使物料破碎的一种方法。如果撞击速度很高，形变来不及扩展到被撞击物全部，就在撞击处产生相当大的局部应力。如果进行反复冲击，则可使载荷超过疲劳极限，使被撞击物碎裂。因此用高频率冲击法破碎有很好的效果。冲击式破碎机大多是旋转式，都是利用冲击作用进行破碎的。图9-4为Hazemag型冲击式破碎机。冲击式破碎几乎适于所有颗粒较为粗大的固体废物。
  
  （3）剪切式破碎。剪切式破碎是一种利用机械的剪切力破碎固体废物的方法。剪切式破碎作用发生在互呈一定角度能够逆向运动或闭合的刀刃之间。一般刀刃分固定刃和可动刃，可动刃又分往复刃和回转刃。图9-5所示为林德曼（Lindemann）式剪切破碎机，其可动刃为往复式，分预备压缩机和剪切机两部分。剪切式破碎适于处理城市垃圾中的纸、布等纤维织物，金属类废物等。
   

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  （4）磨剥式破碎。磨剥式破碎即磨碎，在固体废物处理与利用中占有重要地位。图9-6是磨剥式破碎常用设备球磨机的构造示意图。它主要由圆柱形筒体、端盖、中空轴颈、轴承和传动大齿圈等部件组成。筒体装有直径为25～150mm的钢球。当电机联轴器和小齿轮带动大齿圈和筒体转动时，在磨檫力、离心力和筒壁衬板的共同作用下，钢球和物料被提升到一定高度，然后在其本身重力作用下，产生自由泻落和抛落，从而对筒体内底脚区的物料产生冲击和研磨作用，使物料粉碎。物料达到磨碎细度要求后，由风机抽出。磨剥式破碎广泛用于用煤矸石、钢渣生产水泥、砖瓦、化肥等过程以及垃圾堆肥的深加工过程。
  
  （5）低温破碎。对于在常温下难以破碎的固体废物，可利用其低温变脆的性能而有效地破碎，亦可利用不同物质脆化温度的差异进行选择性破碎，即所谓低温破碎。低温破碎技术适用于常温下难以破碎的复合材质的废物，如钢丝胶管、橡胶包覆电线电缆，废家用电器等橡胶和塑料制品等。
  低温破碎的工艺流程如图9-7所示。先将固体废物投入预冷装置，再进入浸没冷却装置，这样橡胶、塑料等易冷脆物质迅速脆化，然后送入高速冲击破碎机破碎，使易脆物质脱落粉碎。破碎产品再进入各种分选设备进行分选。
  
  采用低温破碎，同一种材质破碎的尺寸大体一致，形状好，便于分离。但因通常采用液氮作制冷剂，而制造液氮需耗用大量能源，因此，发展该技术必须考虑在经济效益上能否抵上能源方面的消耗费用。
  
  （6）湿式和半湿式破碎。湿式破碎技术最早是美国开发的，主要以回收城市垃圾中的大量纸类为目的。由于纸类在水力的作用下发生浆化，然后将浆化的纸类用于造纸，从而达到回收纸类的目的。图9-8为湿式破碎机。垃圾用传送带投入破碎机，破碎机于圆形槽底上安装多孔筛，筛上设有6个刀片的旋转破碎辊，使投入的垃圾和水一起激烈旋转，废纸则破碎成浆状，透过筛孔由底部排出，难以破碎的筛上物（如金属等）从破碎机侧口排出，再用斗式提升机送至磁选器将铁与非铁物质分离。
  
  

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  半湿式破碎则是利用各类物质在一定均匀湿度下的耐剪切、耐压缩、耐冲击性能等差异很大的特点，在不同的湿度下选择不同的破碎方式，实现对废物的选择性破碎和分选。
  湿式和半湿式破碎特别适于回收含纸屑较多的城市垃圾中的纸纤维、玻璃、铁和有色金属。
  
  4．固体废物的分选
  固体废物分选（selecting），就是把固体废物中可回收利用的或不利于后续处理、处置工艺要求的物粒分离出来。这是继破碎以后固体废物处理过程中重要的处理环节之一。根据废物的物理和物理化学性质不同，主要有以下分选方法：筛分、重力分选、磁力分选、静电分选、光电分选、涡电流分选以及浮选等。
  
  （1）筛分。筛分亦称筛选，是利用具有不同粒度分布的固体物料之粒度差别，将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛网，而大于筛孔的粗粒物料留在筛网上面，完成粗、细料分离的过程。影响筛分效率的因素，包括振动方式、振动频率、振动方向、筛子角度、粒子反弹力差异、筛孔数目及与筛孔大小相近的粒子占总粒子的百分数等。筛分设备有固定筛、振动筛和滚筒筛等。它们通常被组装于其它分选设备中，或者和其它分选设备串联使用。筛分技术在固体废物资源回收和利用方面应用很广泛。
  
  （2）重力分选。重力分选是根据混合固体废物在介质中的密度差进行分选的一种方法。不同密度的固体废物颗粒在同一运动介质中，由于受到重力、介质动力和机械力的共同作用，使具有相同密度的粒子群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度的产品。固体颗粒只有在运动的介质中才能分选。重力分选介质可以是空气、水，也可以是重液(密度大于水的液体)和重悬浮液（由高密度的固体微粒和水组成）等。固体废物的重力分选方法较多，按作用原理可分为风力分选、惯性分选、摇床分选、重介质分选和跳汰分选等。
  
  1）风力分选又称气流分选，是基于固体废物颗粒在空气气流作用下，密度大的沉降末速度大，运动距离比较近；密度小的沉降末速度小，运动距离比较远的原理。此方法适用于颗粒的形状、尺寸相近的固体废物分选。有时也可先经破碎、筛选后，再进行风力分选。风力分选设备按工作气流的主流向分为水平、垂直和倾斜三种类型，其中尤以垂直气流风选机应用最为广泛。
  2)惯性分选是基于混合固体废物中各组分的密度和硬度差异而进行分离的一种方法。用高速传送带、旋转器或气流沿水平方向抛射粒子，粒子沿抛物线运行的轨迹随粒子的大小和密度不同而异，粒径和密度越大飞得越远。这种方法又称为弹道分离法。目前这种方法主要用于从垃圾中分选回收金属、玻璃和陶瓷等物。根据惯性分选原理而设计制造的分选机械主要有弹道分选机、反弹滚筒分选机和斜板输送分选机等。
  
  3)摇床分选是利用混合固体废物在随床面作往复不对称运动时，由于横向水流的流动和床面的摇动作用，不同密度的颗粒在床面上形成扇形分布，从而达到分选的目的。摇床床面近似长方形，微向轻质产物排出端倾斜，床面上钉有或刻有沟槽。摇床分选用于分选细粒和微粒物料。在固体废物处理中，目前主要用于从含硫铁矿较多的煤矸石中回收硫铁矿，分选精度很高。最常用的摇床分选设备是平面摇床。
  
  4)重介质分选是将两种密度不同的固体混合物放在一种密度介于二者密度之间的重液(如氯化锌、四氯化碳、四溴乙烷等)中，密度小于重液密度的固体颗粒上浮，大于重液密度的固体颗粒下沉，从而实现两种固体颗粒分离。从理论上讲，由于重液分选主要是依靠密度的差异进行的，而受颗粒粒度和形状的影响很小，从而可对密度差很小的固体物质进行分选。不过，当入选物质粒度过小，且固体废物的密度与介质密度非常接近时，其沉降速度很慢，造成分选效率低，故一般需将入选渣料粒度控制在2～3mm范围内。
  
  5)跳汰分选是使磨细的混合废物中的不同密度的粒子群，在垂直脉冲运动介质中按密度分层，不同密度的粒子群在高度上占据不同的位置，大密度的粒子群位于下层，小密度的粒子群位于上层，从而实现物料分离。跳汰介质可以是水或空气。目前用于固体废物跳汰分选的介质都是水。跳汰分选为一古老的选矿方式，对固体废物中混合金属细粒的分离，是一种有效的分离方法。
  
  （3）磁力分选。磁力分选技术是借助磁选设备产生的磁场使铁磁物质组分分离的一种方法。固体废物包括各种不同的磁性组分，当这些不同磁性组分物质通过磁场时，由于磁性差异，受到的磁力作用互不相同，磁性较强的颗粒会被带到一个非磁性区而脱落下来，磁性弱或非磁性颗粒，仅受自身重力和离心力的作用而掉落到预定的另一个非磁性区内，从而完成磁力分选过程。固体废物的磁力分选主要用于从固体废物中回收或富集黑色金属（铁类物质）。磁场强弱不同的磁选设备可选出不同磁性组分的固体废物。固体废物的磁选设备根据供料方式的不同，可分为带式磁选机和辊筒式磁选机两大类。
  
  （4）静电分选。静电分选技术是利用各种物质的电导率、热电效应及带电作用的差异而进行物料分选的方法。可用于各种塑料、橡胶和纤维纸、合成皮革、胶卷、玻璃与金属等物料的分选。例如给两种不同性能的塑料混合物加以电压，使一种塑料带负电，另一种带正电，就可以使两者得以分离。
  
  （5）涡电流分选。涡电流分选技术是从固体废物中将非磁性导电金属(如钢、铝、锌等)分选出来的分选技术。当含有非磁性导电金属的固体废物流以一定的速度通过一个交变磁场时，这些非磁性导电金属内部会感生涡电流，并对产生涡流的金属块形成一个电磁排斥力。作用于金属上的电磁排斥力取决于金属的电阻率、导磁率、磁场密度的变化速度以及金属块的形状尺寸等，因而利用此原理可使一些有色金属从混合废物中分离出来。
  
  （6）浮选。浮选是在固体废物与水调制的料浆中加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留驻料浆内，通过适当处理后废弃。固体废物浮选主要是利用欲选物质对气泡粘附的选择性。其中有些物质表面的疏水性较强，容易粘附在气泡上，而另一些物质表面亲水，不易粘附在气泡上。物质表面的亲水、疏水性能，可以通过浮选药剂的作用而加强。因此，在浮选工艺中正确选择、使用浮选药剂是调整物质可浮性的主要外因条件。在我国，浮选法已应用于从粉煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属。
  
  二、固体废物的主要处理方法
  1. 固体废物的堆肥化处理
  堆肥化（composting）是指在人工控制的条件下，依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，使可生物降解的有机固体废物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。所谓稳定是相对的，是指堆肥产品对环境无害，并不是废物达到完全稳定。固体废物堆肥化是对有机固体废物实现资源化利用的无害化处理、处置的重要方法。
  
  堆肥化按需氧程度可分为好氧堆肥和厌氧堆肥。现代化堆肥工艺特别是城市垃圾堆肥工艺，基本上都是好氧堆肥。好氧堆肥温度高（一般为50～65℃，最高可达80～90℃），基质分解比较彻底，堆制周期短，异味小，可以大规模采用机械处理。厌氧堆肥是利用厌氧微生物完成分解反应，空气与堆肥相隔绝，堆制温度低，工艺比较简单，产品中氮保存量比较多；但堆制周期太长（需3～12个月），异味浓烈，分解不够充分。
  
  堆肥化的产物称作堆肥（compost）。它是一类腐殖质含量很高的疏松物质，故也称“腐殖土”。早在1000年前，中国和印度等东方国家的农民就有将作物秸杆、落叶、野草、海草和人、畜粪便等堆积一起使其发酵获得肥料的方法。但在堆肥系统化、工厂化方面的巨大进展则是始于1925年。此后堆肥的工艺也在不断地发展。与此同时，堆肥化由以制做肥料为目的而逐渐转化为以处理固体废物为目的，同时生产出有机肥料。堆肥化的原料有城市垃圾、由纸浆厂和食品厂等排水处理设施来的污泥、家畜粪尿、树皮、锯末、糠壳和秸杆等等。
  
  2. 固体废物的焚烧处理
  焚烧法（incineration method）是一种热化学处理过程。通过焚烧可以使固体废物氧化分解，能迅速大幅度地减容（一般体积可减少80%～90%），可彻底消除有害细菌和病毒，破坏毒性有机物，回收能量及副产品，同时残渣稳定安全。由于焚烧法适用于废物性状难以把握，废物产量随时间变化幅度较大的情况，加之某些带菌性或含毒性有机固体废物只能焚烧处理，故应用十分广泛。
  
  焚烧法历史悠久，所积累的经验丰富，技术可靠。焚烧设备主要有流化床焚烧炉、转窑式焚烧炉、多膛式焚烧炉、固定床型焚烧炉等。采用回转窑焚烧废塑料时，对负荷变动适应性强，但是焚烧发烟物或有机污泥时，粉尘量大。采用流化床焚烧炉时，废物颗粒和气体间的传质、传热速度快，温度易于控制，特别在流化床炉的上半部分可进行干燥过程，故往往采用多段流化床焚烧炉。采用固定床炉型焚烧纤维质废物时效率较高。
  
  熔融型焚烧处理是将废物在1400～1650℃ 的高温下焚烧，可以把废物的可燃部分燃烧与不可燃部分熔融在同一过程中进行，然后经冷却、凝固变成最安全的适于填埋的固体烧结物。在最终填埋处置时，因为不含有机物及恶臭成分，并有很高的密度，故不会有粉尘飞扬，且填埋后也不会有有害物浸出。烧结物通常为黑色砾石形粒状物，减容比(指容量减少的比率)大，可用作建筑材料、骨料和铺路材料。
  
  3. 固体废物的热解处理
  固体废物热解(thermal destruction)是指在缺氧条件下，使可燃性固体废物在高温下分解，最终成为可燃气、油、固形炭等形式的过程。固体废物中所蕴藏的热量以上述物质的形式贮留起来，成为便于贮藏、运输的有价值的燃料。
  
  热解与充分供氧、废物完全燃烧的焚烧过程是有本质区别的。燃烧是放热反应，而热解是吸热过程。而且，焚烧的结果产生大量的废气和部分废渣，环保问题严重。除显热利用外，无其它利用方式。而热解的结果则产生可燃气、油等，可多种方式回收利用。
  
  固体废物热解是一个复杂、连续的化学反应过程，在反应中包含着复杂的有机物断键、异构化等化学反应。在热解过程中，其中间产物存在二种变化趋势，它们一方面由大分子变成小分子直至气体的裂解过程，而另一方面又由小分子聚合成较大分子的聚合过程。在利用固体废物热解制造燃料时，由于固体废物的类型、热解温度和加热时间不同，生成的燃料可以是气体、油状液体，也可以是二者兼有。如果被热解处理的固体废物中塑料和橡胶的含量较大，则回收的液态油占总装料量的百分比就要高于一般垃圾。除此之外，固体废物热解产物的产率也与温度有关，分解温度越高产气越多，分解温度低则油的产率高。
  
  城市固体废物、污泥、工业废物如塑料、树脂、橡胶以及农业废料、人畜粪便等具有潜在能量的各种固体废物都可以采用热解方法，从中回收燃料。
  焚烧热回收利用与热解燃料化处理是固体废物能利用的途径。焚烧热回收是一种直接利用法，可用来生产蒸汽和发电，已达到工业规模程度。热解燃料化利用法是一种间接回收利用法，它把固体废物能转变为可以贮存和输送的燃料形式如沼气、燃油和燃气。其能源回收性好，环境污染小，这也是热解处理技术最优越、最有意义之处。
  
  三、固体废物的最终处置
  固体废物处置（disposal of solid wastes）是指对在当前技术条件下无法继续利用的固体污染物终态，因其自行降解能力很微弱而可能长期停留在环境中，为了防止它们对环境造成污染，必须将其放置在一些安全可靠的场所。对固体废物进行处置，也就是解决固体废物的最终归宿问题：使固体废物最大限度地与生物圈隔离以控制其对环境的扩散污染。因此，最终处置是对固体废物全面管理的最后一环。
  
  固体废物处置一般来说可分为陆地处置（land disposal）和海洋处置（ocean disposal）两大类。所谓陆地处置就是在陆地上选择合适的天然场所或人工改造出合适的场所，把固体废物用土层覆盖起来的一项技术。陆地处置的基本要求是废物的体积应尽量小，废物本身无较大危害性，废物处理设施结构合理。所谓海洋处置就是利用海洋巨大的环境容量和自净能力，将固体废物消散在汪洋大海之中的一种处置方法。海洋处置具有填埋处置的显著优点，而又不需要填埋覆盖。
  
  1. 固体废物陆地处置
  根据废物的种类及其处置的地层位置，如地上、地表、地下和深地层，可将陆地处置分为土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋以及深井灌注等。
  
  （1）土地耕作处置。土地耕作（soil plowing）处置是使用表层土壤处置工业固体废物的一种方法。它把废物当作肥料或土壤改良剂直接施到土地上或混入土壤表层，利用土壤中的微生物种群，将有机物和无机物分解成为较高生命形式所需的物质形式而不断在土壤中进行着物质循环。土地耕作是对有机物消化处理，对无机物永久“贮存”的综合性处置方式。它具有工艺简单、费用适宜、设备维修容易，对环境影响较小，能够改善土壤结构和提高肥效等优点。土地耕作法主要用来处置可生物降解的石油或有机化工和制药业所产生的可降解废物。
  为了保证在土地耕作处置过程中，一方面获得最大的生物降解率，另一方面限制废物引起二次污染，在实施土地耕作时，一般要求土地的pH值在7～9之间，含水量为6%～20%。由于废物的降解速度随温度降低而降低，当地温达到0℃时，降解作用基本停止，因此土地耕作处置地温必须保持在0℃以上。土地耕作处置废物的量要视其中有机物、油、盐类和金属含量而定，废物的铺撒分布要均匀，耕作深度以15～20cm比较适宜。另外，土地耕作处置场地选择要避开断层、塌陷区，避免同通航水道直接相通，距地下水位至少1.5m，距饮用水源至少150m，耕作土壤为细粒土壤，表面坡度应小于5%，耕作区域内或30m以内的井、穴和其它与底面直接相通的通道应予堵塞。
  
  （2）深井灌注处置。深井灌注（deep-well injection）处置是将液状废物注入与饮用水和矿脉层隔开的地下可渗透性岩层中。深井灌注方法主要用来处置那些实践证明难于破坏，难于转化，不能采用其他方法处理、处置，或者采用其他方法处置费用昂贵的废物。它可以处置一般废物和有害废物，可以是液体、气体或固体。
  
  在实施灌注时，将这些气体或固体都溶解在液体里，形成直溶液、乳浊液或液固混相体，然后加压注入井内，灌注速率一般为300～4000L/min。对某些工业废物来说，深井灌注处置可能是对环境影响最小的切实可行的方法。但深井灌注处置必须注意井区的选择和深井的建造，以免对地下水造成污染。
  
  （3）土地填埋处置。固体废物的土地填埋（landfill）处置是一种最主要的固体废物最终处置方法。土地填埋是由传统的倾倒、堆放和填地处置发展起来的。按照处置对象和技术要求上的差异，土地填埋处置分为卫生土地填埋和安全土地填埋两类。前者适于处置城市垃圾，后者适于处置工业固体废物，特别是有害废物，也被称作安全化学土地填埋。
  卫生土地填埋（sanitary landfill）始于60年代，是在传统的堆放、填地基础上，对未经处理的固体废物的处置从保护环境角度出发取得的一种科学进步。由于卫生土地填埋安全可靠、价格低廉，目前已被世界上许多国家采用。卫生土地填埋工程操作方法大体可分为场地选址、设计建造、日常填埋和监测利用等步骤。
  
  场地选择要考虑到水文地质条件、交通方便、远离居民区、要有足够的处置能力以及废物处置代价低，便于利用开发等因素。卫生土地填埋主要用于处置城市垃圾，处置的容量要与城市人口数量和垃圾的产率相适应，一般建造一个场地至少要有20年的处置能力。
  
  场地建造工艺要有防止对地下水污染的措施和气体排出功能，例如：①设置防渗衬里。衬里分人造和天然两类：人造衬里有沥青、橡胶和塑料薄膜；天然衬里主要是粘土，渗透系数小于10-7cm/s，厚度为lm。②设置导流渠或导流坝，减少地表径流进入场地。③选择合适的覆盖材料，减少雨水的渗入。
  
  垃圾填埋后，由于微生物的生化降解作用，会产生甲烷和二氧化碳气体，也可能产生含有硫化氢或其他有害或具有恶臭味的气体。当有氧存在时，甲烷气体浓度达到5%~15%就可能发生爆炸，所以对所产生气体的及时排出是非常必要的。工程上一般采用可渗透性排气如图9-9(a)和不可渗透阻挡层排气如图9-9(b)两种排气方法。可渗透排气是在填埋物内利用比周围土壤容易透气的砾石等物质作为填料建造排气通道，产生的气体可水平方向运动，通过此通道排出。边界或井式排气通道也可用来控制气体水平运动。不可渗透阻挡层排气，是在不透气的顶部覆盖层中安装排气管，排气管与设置在浅层砾石排气通道或设置在填埋物顶部的多孔集气支管相连接，可排出气体。产生的甲烷经脱水→预热→去除二氧化碳后可作为能源使用。
  
  安全土地填埋（secure landfill）是处置工业固体废物，特别是有害废物的一种较好的方法，是卫生土地填埋方法的改进型方法，它对场地的建造技术及管理要求更为严格：填埋场必须设置人造或天然衬里，保护地下水免受污染，要配备浸出液收集、处理及检测系统。安全土地填埋处置场地不能处置易燃性废物、反应性废物、挥发性废物、液体废物、半固体和污泥，以免混合以后发生爆炸、产生或释出有毒有害的气体或烟雾。
  
  
  

[资料] 固体废物的处理、处置和利用

  封场是土地填埋操作的最后一环。封场要与地表水的管理，浸出液的收集监测以及气体控制等措施结合起来考虑。封场的目的是通过填埋场地表面的修筑来减少侵蚀并最大限度排水。一般在填埋物上覆盖一层厚l5cm、渗透系数为≤10-7cm/s的土壤，其上再覆盖45cm厚的天然土壤。如果在其上种植植物，上面再覆盖一层15～100cm厚的表面土壤。
  土地填埋最大的优点是：工艺简单、成本低，适于处置多种类型的固体废物。其致命的弱点是：场地处理和防渗施工比较难于达到要求，以及浸出液的收集控制问题。在美国等一些发达国家，随着可供土地填埋用地的日趋紧张，固体废物的土地填埋处置比例正逐渐下降，而且从降低运输费用和处置费用角度考虑，固体废物在土地填埋前应尽量进行减容处理。
  
  2. 固体废物的海洋处置
  海洋处置主要分为两类：一类是海洋倾倒，另一类是近年来发展起来的远洋焚烧。
  
  海洋倾倒有两种方法：一种是将固体废物如垃圾、含有重金属的污泥等有害废弃物以及放射性废弃物等直接投入海中，借助于海水的扩散稀释作用使浓度降低；另一种方法是把含有有害物质的重金属废弃物和放射性废弃物用容器密封，用水泥固化，然后投放到约5000m深的海底。固化方法有两种，一种是将废物按一定配比同水泥混合，搅匀注入容器，养护后进行处置；另一种方法是先将废物装入桶内，然后注入水泥或涂覆沥青，以降低固化体的浸出率。由于海洋有足够大的接受能力，且又远离人群，污染物的扩散不容易对人类造成危害，因而是处置多种工业废物的理想场所。处置场的海底越深，处置就越有效。海洋倾倒不需覆盖物，只需将废物倒入海中，因此该方法为一种最经济的处置方法。
  
  远洋焚烧是利用焚烧船在远海对固体废物进行焚烧处置的一种方法，适于处置各种含氯有机废物。试验结果表明，含氯有机化合物完全燃烧产生的水、二氧化碳、氯化氢以及氮氧化合物排入海中，由于海水本身氯化物含量高，并不会因为吸收大量氯化氢而使其中的氯平衡发生变化。此外，由于海水中碳酸盐的缓冲作用，也不会使海水的酸度由于吸收氯化氢发生变化。又由于焚烧温度在1200℃以上，对有害废物破坏效率较高。远洋焚烧能有效地保护人类的大气环境，凡是不能在陆地上焚烧的废物，采用远洋焚烧是一个较好的方法。为了便于废物充分燃烧，焚烧器结构一般多采用由同心管供给空气和液体的液、气雾化焚烧器。
  
  总之，海洋处置能做到将有害废物与人类生存、生活环境隔离，是一种高效、经济的最终处置方法。但对于有害固体废物，特别是放射性废物，不管采用何种方式投放海中，也许短期内很难发现其危害，长期并不加控制的投放必将造成海洋污染，杀死鱼类，破坏海洋生物，最终祸及人类自身。
  
  为保护海洋，防止海洋污染，加强对固体废物海洋处置的管理，国际上已制定了许多相应法规、标准和国际性协议，明确海洋固体废物处置的范围和处置量。例如，生物战剂、化学战剂或放射性战剂、强放射性废物以及可能冲蚀海岸的永久性惰性漂浮物质禁止海洋处置；汞、镉等重金属，有机卤素以及漂浮油脂类废物禁止大量向海洋倾倒；对其它重金属元素及其化合物，有机硅化合物，无机和有机工业废物的海洋处置也要进行严格控制。
  
  


  

第三节
  固体废物的综合利用

  固体废物经过一定的处理或加工，可使其中所含的有用物质提取出来，继续在工、农业生产过程中发挥作用，也可使有些固体废物改变形式成为新的能源或资源。这种由固体废物到有用物质的转化称为固体废物的综合利用，或称为固体废物的资源化。
  固体废物综合利用的原则：首先是综合利用技术应是可行的；其次是固体废物综合利用要有较大的经济效益，要尽可能在排出源就近利用，以便节省废物收贮和运输等过程的投资，提高综合利用的经济效益；最后，固体废物综合利用生产的产品应当符合国家相应产品的质量标准，具有与用相应的原材料所制的产品相竞争的能力。
  固体废物综合利用的范围很宽，主要包括建材利用、农业利用、化工利用以及固体废物能的利用等方面。
  
  一、能源与冶金工业固体废物的资源化处理
  能源是人类赖以生存和发展的基础。化石燃料，即煤、石油、天然气等由地壳内动植物遗体经过漫长的地质年代转化形成的矿物燃料，是人类目前消耗的主要能源，也是造成环境污染的主要来源。尤其是我国的能源结构，今后十年乃至几十年内，煤炭仍将是主要能源之一。煤炭的采挖及燃煤发电过程都会产生大量的固体废物，如矿石、煤矸石、炉渣、粉煤灰等，对这些废物的综合利用，既可以减少对这些宝贵而又有限的能源的消耗，还可以减轻对环境的危害和污染。
  
  冶金工业是国民经济中的原料生产部门，它涉及到经济建设的各行各业，尤其是钢铁工业，它支撑着国民经济发展的基础。冶金工业固体废物是指金属（钢铁等）生产过程中产生的固体、半固体或泥浆状废物，主要包括采矿废石、矿石洗选过程中排出的尾砂、矿泥，以及冶炼过程中产生的各种冶炼渣等。随着我国经济的迅速发展，冶金工业特别是黑色金属工业——钢铁业也得到迅猛发展，各种固体废物的产出量相应增加，不仅占用大量土地、严重污染环境，而且造成资源浪费。以下主要介绍煤矸石、粉煤灰、高炉渣和钢渣的综合利用。
  
  1．煤矸石的综合利用
  煤矸石是煤矿开采过程中产生的废渣，由有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成，其中的C、H、O是燃烧时能产生热量的元素。煤矸石的矿物组成主要有高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝。煤矸石中的金属组分含量偏低，一般不具回收价值。表9-3列出了国内几种煤矸石的主要化学成分。

    表9-3 煤矸石的主要化学成分 ％

序号	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	可燃物
1	59.5	22.4	3.22	0.46	0.76	0.12	10.49
2	57.24	25.14	1.86	0.96	0.53	1.78	12.75
3	52.47	15.28	5.94	7.07	3.51	1.99	13.27

  
  煤矸石的综合利用是尽量将其资源化，以减少环境污染。含碳量较高的煤矸石可作燃料；含碳量较低的和自燃后的煤矸石可生产砖瓦、水泥和轻骨料；含碳量很少的煤矸石可用于填坑造地、回填露天矿和用作路基材料。一些煤矸石粉还可用来改良土壤或作肥料。
  
  （1）用煤矸石作燃料。由于煤矸石含有一定数量的固定炭和挥发分，其发热量一般为1000～3000kcal/kg（l cal=4.1868J），因此当可燃组分较高时，煤矸石可用来代替燃料。如铸造时，可用焦炭和煤矸石的混合物作燃料来化铁；可用煤矸石代替煤炭烧石灰，亦可用作生活炉灶燃料等。四川永荣矿务局发电厂用煤矸石掺入发电，五年间利用煤矸石22.4×104t，相当于节约原煤17×104t。近10年来，煤矸石被用于代替燃料的比例相当大，一些矿山的矸石山甚至消失。
  
  （2）用煤矸石生产砖、瓦。煤矸石经过配料、粉碎、成型、干燥和焙烧等工序可制成砖和瓦。除煤矸石必须破碎外，其它工艺与普通粘土砖、瓦的生产工艺基本相同，但由于可利用煤矸石自身的发热量，这种砖瓦可比一般砖瓦节约用煤量50%～60%。黑龙江鹤岗等八个企业用煤矸石生产矸石砖、空心砖、矸石水泥瓦、陶粒、水泥等产品，使煤矸石的处理利用率达87%以上，经济效益十分明显。
  
  （3）用煤矸石生产水泥。煤矸石中二氧化硅、氧化铝及氧化铁的总含量一般在80%以上，它是一种天然粘土质原料，可代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、煤矸石炉渣水泥等。
  
  （4）用煤矸石生产预制构件。利用煤矸石中所含的可燃物，经800℃煅烧后成为熟煤矸石，再加入适量磨细的生石灰、石膏，经轮辗、蒸气养护可生产矿井支架、水沟盖板等水泥预制构件，其强度可达200～40Okg/cm2。这种水泥预制的灰浆参考配比为:熟煤矸石85%～90%，生石灰8%～10%，石膏1%～2%，外加水18%～20%。
  
  （5）用煤矸石生产空心砌块。煤矸石空心砌块是以煤矸石无熟料水泥作胶结料、自然煤矸石作粗细骨料、加水搅拌配制成半干硬性混凝土，经振动成型，再经蒸气养护而成的--种新型墙体材料。其规格可根据各地建筑特点选用。生产煤矸石空心砌块是处理利用煤矸石的一条重要途径，具有耗量大、经济、实用等优点，可以大量减少煤矸石的占地。
  （6）用煤矸石生产轻骨料。轻骨料是为了减少混凝土的比重而选用的一类多孔骨料，轻骨料应比一般卵石、碎石的密度小得多，有些轻骨料甚至可以浮在水上。用煤矸石烧制轻骨料的原料最好是碳质页岩或洗煤厂排出的矸石，将其破碎成块或磨细后加水制成球，用烧结机或回转窑焙烧，使矸石球膨胀，冷却后即成轻骨料。
  
  在产煤地区，煤矸石是对环境影响较大的一类固体废物。随着市场经济的继续深入，对煤矸石的开发利用也在不断发展。煤矸石除作以上用途外，自燃后的煤矸石可用作公路路基和堤坝材料；用煤矸石(含氧化铝较高的一种)还可生产耐火砖等。
  
  2．粉煤灰的综合利用
  粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃煤电厂将煤磨细成100μm以下的煤粉，用预热空气喷入1300～1500℃的炉膛内，在其悬浮燃烧后形成的固体废物。产生的高温烟气，经收尘装置捕集就得到粉煤灰(或叫飞灰)。少数煤粉在燃烧时因互相碰撞而粘结成块，沉积于炉底成为底灰。飞灰约占灰渣总量的80%～90%，底灰约占其总量的10%～20%。
  粉煤灰收集包括烟气除尘和底灰除渣两个系统，粉煤灰的排输分干法和湿法两种方法。干排是将收集到的飞灰直接输入灰仓。湿排是通过管道和灰浆泵，利用高压水力把粉煤灰输送到贮灰场或江、河、湖、海。湿排又分灰渣分排和混排。目前我国大多数电厂采用湿排。
  
  粉煤灰的化学组成与煤的矿物成分、煤粉细度和燃烧方式有关，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭，另含有少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。表9-4为我国一般低钙粉煤灰的化学成分，其成分与粘土类似。
  

表9-4 我国一般低钙粉煤灰的化学成分  

成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O3及K2O	烧失量
百分含量/%	40～60	17～35	2～15	1～10	0.5～2	0.1～2	0.5～4	1～26

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