工业固体废弃物是在工业生产过程中排出的采矿废石、选矿尾矿、燃料废渣、冶炼及化工过程废渣等固体废物。根据国家统计局的相关数据,我国工业固废年产生量逐年上升,近5年来更是以平均每年近10%的增长率增长。而其中电力、热力的生产和供应业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属矿采选业、煤炭开采和洗选业、黑色金属矿采选业等五大行业的固体废弃物产生量占总量的近80%。我国已堆积的以及每年新产生的大量工业固废不仅侵占了宝贵的土地资源,而且给土壤、水体和大气带来了不同程度的污染。大量的工业固废对环境构成巨大威胁,同时作为“放错了地方的资源”,对其简单处理也可作为一种资源浪费。
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》于2004年12月29日修订通过,自2005年4月1日起施行。其中指出我国固废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,“无害化”和“减量化”则应以“资源化”为条件。
1.工业固废危害
未经处理的工厂废物和生活垃圾简单露天堆放,占用土地,破坏景观,而且废物中的有害成分通过刮风进行空气传播,经过下雨侵入土壤和地下水源、污染河流,这个过程就是固体废弃物污染。
(1)污染水体
固体废物未经无害化处理随意堆放,将随天然降水或地表径流入河流、湖泊,长期淤积,使水面缩小,其有害成分的危害将是更大的。固体废物的有害成分,如汞(来自红塑料、霓虹灯管、电池、朱红印泥等)、镉(来自印刷、墨水、纤维、搪瓷、玻璃、镉颜料、涂料、着色陶瓷等)、铅(来自黄色聚乙烯、铅制自来水管、防锈涂料等)等微量有害元素,如处理不当,能随溶沥水进入土壤,从而污染地下水,同时也可能随雨水渗入水网,流入水井、河流以至附近海域,被植物摄入,再通过食物链进入人体,影响人体健康。我国个别城市的垃圾填埋场周围地下水的浓度、色度、总细菌数、重金属含量等污染指标严重超标。
(2)污染大气
固体废弃物中的干物质或轻质随风飘扬,会对大气造成污染。焚烧法是处理固体废弃物目前较为流行的方式,但是焚烧将产生大量的有害气体和粉尘,一些有机固体废弃物长期堆放,在适宜的温度和湿度下会被微生物分解,同时释放出有害气体。
(3)污染土壤
土壤是许多细菌、真菌等微生物聚居的场所,这些微生物在土壤功能的体现中起着重要的作用,它们与土壤本身构成了一个平衡的生态系统,而未经处理的有害固体废物,经过风化、雨淋、地表径流等作用,其有毒液体将渗入土壤,进而杀死土壤中的微生物,破坏了土壤中的生态平衡,污染严重的地方甚至寸草不生。
(4)侵占土地
不断增加的工业固废产生量相当迅速,许多城市利用大片的城郊边缘的农田来堆放它们,难怪科学家从卫星拍回的地球照片上,围绕着城市的大片白色垃圾是那么显眼。
2.常用的处理技术
(1)压实:利用机械的方法增加固体废物的聚集程度,增大容重和减小体积,便于装卸、运输、贮存和填埋。
(2)破碎(磨碎):利用外力克服固体废物物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块的过程。
(3)分选:是实现固体废物资源化、减量化的重要手段,通过分选将有用的成分选出来加以利用,将有害的成分分离出来;另一种是将不同粒度级别的废弃物加以分离。分选的基本原理是利用物料的某些性质方面的差异,将其分离开。
(4)固化:通过物理—化学方法将有害固体废物固定或包容在密实的惰性固化基材中的方法。
(5)生物分解:是利用微生物对有机固体废物的分解作用使其无害化,可以使有机固体废物转化为能源、食品、饲料和肥料,还可以从废品和废渣中提取金属,是固化废物资源化的有效的技术方法,目前应用比较广泛的有:堆肥化、沼气化、废纤维素糖化、废纤维饲料化、生物浸出(经洗涤或渗滤从固体混合物中萃取可溶性化合物)等。
(6)焚烧:焚烧是固体废物高温分解和深度氧化的综合处理过程,好处是大量有害的废料分解而变成无害的物质。其热能可利用,占地少,处理量大。
(7)热解:利用有机物的热不稳定性,在无氧或缺氧条件下受热分解的过程。
3.固体废物的处置
固体废物的处置主要有以下几种。陆地处置包括土地填埋、土壤耕作和深井灌注。土地填埋:最原始、最简单的方法。关键是浸出液的收集控制。主要有惰性废物填埋、卫生土地填埋(城市垃圾)、工业废物土地填埋(工业无害废物)、安全土地填埋(有害废物)。土壤耕作:利用土壤中的微生物处理可生物降解的固体废物。深井灌注:利用废弃的矿井、黏土坑充填固体废物,如矿山复原。
4.不同类型工业固废处理与处置
(1)工业固废的产生量与堆积情况
根据国家统计局的统计数据,预计到“十二五”末我国工业固废年产生量将达到30亿吨。近10年来我国工业固废总产生量高速增长,但是平均综合利用率处在60%以下,平均每年贮存和处置总量超过5亿吨,总堆积量已经超过100亿吨。
(2)工业固废的类型
从近几年统计资料来看,工业固体废弃物的组成相对稳定,其中以尾矿和采矿、燃煤产生的工业固体废弃物最多,包括形成的固体颗粒,主要由硅铝铁的氧化物组成,此外还含有钼、银、铬等稀有金属。
(3)工业固废综合利用
粉煤灰农业方面的应用主要是作为PH调节剂和无机肥;用于工业、环保等高值利用领域,如制备白炭黑、沸石和用于稀有金属回收等;此外,利用粉煤灰制造玻璃材料、废水废油固定剂、尾气吸附材料、固氮微生物和磷细菌的载体等高值利用技术。
尾矿综合利用手段主要有尾矿再选,将其经过处理后掺入或用来生产水泥以及烧砖等建材产品、用作土壤改良剂和微量元素肥料,以及回填和复垦植被等。此外,我国也开展了利用尾矿制取微晶玻璃、玻化砖、墙地砖、无机染料等研究。
炉渣是钢铁、铁合金及有色重金属冶炼和精炼等过程的重要产物之一。电炉渣的利用主要有内部循环、建筑和农业生产3个方面。在钢铁企业内部的循环利用包括电炉渣返回高炉、用作炼钢返回渣、用于铁水预处理等途径。电炉渣用作建筑材料,主要用于生产钢渣水泥、钢渣白水泥,用作筑路材料、地基回填材料及其他建筑材料(钢渣砖、小型空心砌块等)。根据化学组成特点,在农业生产方面主要用于生产钢渣磷肥、硅肥以及作为土壤改良剂等。在高值利用方面,近年来用炉渣制备的水处理材料、烟气脱硫剂、微晶玻璃、陶瓷、矿渣棉和岩棉、筑路用保水材料、多彩铺路料等高附加值产品逐渐投入市场,但尚未形成规模。
工业副产石膏是指工业生产中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣,目前工业副产石膏累积堆存量已超过3亿吨,其中脱硫石膏5000万吨以上,磷石膏2亿吨以上。工业副产石膏经过适当处理,完全可以替代天然石膏。当前,工业副产石膏的综合利用主要有两种途径:(1)用作水泥缓凝剂,约占工业副产石膏综合利用量的70%;(2)生产石膏建材制品,包括纸面石膏板、石膏砌块、石膏砖、石膏空心条板、干混砂浆等。
赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物,主要采取堆存覆土的处置方式。但赤泥提取铁等有价金属、配料生产水泥、建筑用砖、矿山胶结充填胶凝材料、路基固结材料和高性能混凝土掺合料、化学结合陶瓷(CBC)复合材料、保温耐火材料、环保材料等。但这些研究尚处于实验室阶段,还未实现产业化。
图4-6 工业固废综合利用