環(huán)境化學原理-危險廢物的處理方法

1、工業(yè)生態(tài)學方法處理有害廢物20.7 熱處理方法 20.6 光解反應20.8 生物處理方法20.8 土地處理方法20.6光解反應l 光分解反應可以用來摧毀一定數(shù)量的危險廢棄物。反應的主要原理就是使一些難降解的有機物的化學鍵斷裂。下面以二噁英為例進行講解。l 多氯代二苯并-對-二噁英(PCDDs) 和多氯代二苯并呋喃( PCDFs) 是兩類具有含氧三環(huán)的氯代芳烴類化合物,統(tǒng)稱為二噁英類物質。l 二噁英類物質的環(huán)境毒性非常大，其毒性相當于氰化鉀(KCN) 的1000倍。20.6光解反應四八氯代PCDD/Fs在含H溶劑中的光解途徑主要是還原脫氯反應。在不含H的有機溶劑（如四氯化碳）中的光解產物主要是通

2、過C-O鍵斷裂產生。PCDD/Fs在水體中的光解反應，主要是光間接或光敏化反應。PCDDs在有機溶劑中的光解速率要高于水體中的光解速率。PCFs則相反。相對于太陽光，汞燈是較為有效的降解二噁英的光源。1. 二噁英標準物在溶液中的光降解20.6光解反應2. 實際存在介質中的二噁英的光降解土壤以及垃圾焚燒廠飛灰中的二噁英也可采用光降解技術。土壤中的二噁英降解可以通過添加合適的介質（如橄欖油）提高降解速率。飛灰中的二噁英降解需要采用與其他方法（如臭氧等氧化劑）結合才可達到降解目的。20.6光解反應2. 實際存在介質中的二噁英的光降解土壤中的二噁英：采用適當方法將土壤和橄欖油充分混合后可以提高FCDD

3、/Fs的降解速率，且可以縮短光照時間。這說明橄欖油中的不飽和脂肪酸以及酚類化合物對光的吸收導致FCDD/Fs的光敏化反應。飛灰中的二噁英：臭氧的存在促進了PCDDs的光解，在光照后6h后，PCDDs的降解率由35%上升到了50%。另外，氧化（O2/O3）條件可促進FCDD/Fs的光解，光解效率取決于光照時間，而與汞燈功率關系不顯著，F(xiàn)CDD/Fs的最大光解率可達70%。20.6光解反應光解反應可以產生一系列的反應中間體，這些中間體可以參加鏈反應導致化合物的摧毀。其中一個最重要的反應中間體就是OH自由基。在一些情況下，光敏劑被混合到反應中來吸收并生成活性物質來破壞危險廢物。危險廢物中，除了二噁英

4、，那些通過光解反應被破壞的還有除草劑（atrazine），2,4,6 - 三硝基甲苯（TNT）和多氯聯(lián)苯（PCBs）。此外，還有一種化學氧化劑過硫酸鉀，可以提高光化學反應的氧化活性。20.7熱處理方法 危險廢物的熱處理方法可以進行普通的廢物處理。如廢物減容處理，揮發(fā)性物質的移除，可燃廢物處理，移動有機質處理，有毒致病材料處理等。 危險廢物的熱處理方法中，應用最廣泛的方法是焚燒。焚燒法利用高溫，氧化環(huán)境和湍流燃燒條件來破壞廢物。20.7熱處理方法焚燒 危險廢物的熱處理方法包括：在高溫下將危險廢物和氧化環(huán)境充分接觸，通常的反應溫度超過900。通常的，焚燒所需的熱量來自燃料補充和廢物材料中有機C和H

5、的氧化。C(organic) + O2 CO2 + heat (20.7.1)4H(organic) + O22H2O + heat (20.7.2)20.7熱處理方法可焚燒垃圾 理想狀態(tài)下，主要有機材料廢物的最低燃燒熱值為5,000 Btu/lb，最適熱值超過8,000 Btu/lb。當燃燒最常見的、有機物含量較高的廢棄物時，這樣的熱值很容易獲得。這些有機物包括：甲醇、乙腈、甲苯、乙醇、醋酸戊酯、丙酮、二甲苯、甲基乙基酮、乙二酸、乙酸乙酯。 在某些情況下，有些無法單獨燃燒的可焚燒廢物 ，如甲烷、石油等，在焚燒時需要補充燃料。這類廢物的例子是不可燃的有機氯廢物，一些含水廢物，或者一些土壤中的污

6、染物。無機物質，水，和液體廢物中有機異質元素的含量等因素是重要的確定其可焚燒能力的因素。20.7熱處理方法危險廢物燃料 許多工業(yè)廢物中，危險廢物被作為燃料從而在工業(yè)鍋爐進行能量回收利用從而實現(xiàn)無害化處理。例如下水污泥的焚燒爐。目前很多可燃廢物被作為燃料被重復利用而非僅僅做焚燒處理。除了可以燃燒廢物獲得熱量，另一個一個最大的優(yōu)點就是利用現(xiàn)場設施進行廢物處理而不是獨立的作為危險廢物焚燒爐。20.7熱處理方法焚燒系統(tǒng)Figure 20.8. Major components of a hazardous waste incinerator system20.7熱處理方法焚燒系統(tǒng) 在廢物準備系統(tǒng)中，液

7、體廢物需要過濾，沉淀來分離殘渣和污水；固體廢物需要粉碎和篩選，并需要通過混合來獲得最適宜的可燃混合物，或者加熱來減少粘性。霧化處理是廢液供料階段較常用的方法。一些機械設備，如螺旋輸送器等，被用來輸送固體廢物進入焚化爐。 最常見的燃燒室包括液體注射，固定灶臺，回轉爐，流化床。通常，危險廢物焚燒系統(tǒng)的最復雜的部分是大氣污染控制系統(tǒng)，包括幾個步驟。最常見的步驟是：燃燒氣體冷卻，熱回收，淬火，懸浮物質的移除， 酸性氣體移除，固體，淤泥，液體廢物的副產物的處理。 高溫灰塵通常用熱水淬火。在處理之前需要脫水和穩(wěn)定其化學性質。瀝濾焚燒產生的重金屬問題需要重點考慮。焚化爐類型焚化爐類型20.7熱處理方法燃燒條

8、件充足的氧氣助燃充分混合廢物和氧化劑（燃料）900以上高溫保證耐熱化合物反應充足的停留時間（=2s）保證反應發(fā)生20.7熱處理方法燃燒效力 危險廢物焚燒的美國環(huán)保署（EPA）標準是基于主要有機危險廢物成分(POHC) 。去除效率（DRE）的計算公式如下： (20.7.3) Win 和 Wout 是有機危險廢物主要成分投入輸出的質量流率。 美國環(huán)保署要求有機危險廢物的去除率達到99.99%， 四氯二苯并- p-二噁英（TCDD）的去除率達到99.9999%。20.7熱處理方法濕式空氣氧化 濕式氧化,又稱濕式燃燒,是處理高濃度有機廢水的一種行之有效的方法。其基本原理是在高溫高壓的條件下通入空氣,

9、使廢水中的有機污染物被氧化,按處理過程有無催化劑可將其分為濕式空氣氧化和濕式空氣催化氧化兩類。 濕式空氣氧化(Wet Air Oxidation , 簡稱WAO)技術是在高溫(125320 ) 高壓(0. 520 Mpa) 條件下通入空氣, 使廢水中的高分子有機化合物直接氧化降解為無機物或小分子有機物。該方法主要用于處理廢水濃度于燃燒處理而言太稀、于生物降解處理而言濃度又太高、或具有較大毒性的廢水。 濕式空氣催化氧化(Catalytic Wet Air Oxidation,簡稱CWAO)法是在傳統(tǒng)的濕式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時間內完成,濕式空氣催化氧

10、化降低了反應的溫度和壓力, 提高反應分解能力, 加快了反應速率, 縮短停留時間,也因此可以減輕設備腐蝕、降低運行費用。20.7熱處理方法濕式空氣氧化 濕式空氣氧化用于去除電鍍廢水中的氰化物。NaCl的氧化反應包括：2Na+ + 2CN- + O2 + 4H2O 2Na+ + 2HCO3-+ 2NH3 （20.7.4) 有機垃圾可以在超臨界水中被氧化，充分利用超臨界流體來溶解有機化合物。在反應過程中需要吸入氧氣保證廢物充分反應。這個反應過程只產生一小部分的CO，并不產生SO2或Nox。這種方法可以減少多氯聯(lián)苯（PCBs），二噁英，有機氯殺蟲劑，苯，尿素和許多其他有害物質的產生。20.7熱處理方法

11、光化學氧化 光化學氧化是利用光輻射下產生氧強氧化性自由基來氧化降解危險污染物的過程。根據(jù)氧化劑的種類不同，光氧化可分為UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2/O3 等系統(tǒng)。 張冬梅等采用UV/O3、UV/H2O2、UV/TiO2/H2O2 對煉油高濃度廢堿水進行預處理試驗研究。試驗結果表明：3 種方法均有較好的處理效果，其中UV/TiO2/H2O2 法的除油效果尤為明顯。在UV/O3 系統(tǒng)中紫外光使廢水COD、油、酚的去除率分別提高24 %、31 %、28 %，特別是將廢水BOD/COD 值平均提高到0.45，改善了廢水的可生化性，是一項很好的預處理技術。20.7熱處理方法我國固體廢物焚燒

12、處置現(xiàn)狀及趨勢我國固體廢物焚燒處置現(xiàn)狀及趨勢 截至2008 年底，中國城市建設統(tǒng)計年鑒顯示我國無害化處置廠共有509 座，無害化處置能力達315 153 t/d; 其中衛(wèi)生填埋廠407 座、堆肥廠14 座、焚燒廠74 座，處置能力分別為253 268，5 386 和51 606 t/d?，F(xiàn)階段我國固體廢物主要以填埋方式為主( 占60%以上) ，以焚燒和堆肥為輔。20.7 我國城市固體廢物無害化處置量20.7熱處理方法我國固體廢物焚燒處置現(xiàn)狀及趨勢我國固體廢物焚燒處置現(xiàn)狀及趨勢20.7 2008 年各區(qū)域的危險廢物集中處置狀況20.8生物處理方法處理固體廢物處理固體廢物堆肥法堆肥法是指在控制條件

13、下，利用微生物的生化作用，將廢棄物中的有機物質分解、腐熟并轉化成穩(wěn)定腐殖土的微生物過程，不同于有機廢物的自然腐化與腐爛。堆肥法的微生物作用原理主要包括：發(fā)熱階段（主發(fā)酵前期，13 d）；高溫階段（主發(fā)酵、一次發(fā)酵，38 d）；降溫和腐熟保肥階段（后發(fā)酵、二次發(fā)酵，需時2030 d）。填埋法填埋法是廢棄物的中間處理及最終處置方法。根據(jù)美國土木工程學會的定義：“垃圾衛(wèi)生填埋是指一種不產生公害，或對公眾健康及安全不產生危害的廢棄物處置方法。該法使用工程原理將廢棄物局限在最小的區(qū)域內，每日廢棄物傾倒處理完畢后加覆土壤”。垃圾衛(wèi)生填埋法是一種自然生物處理法。它是在自然條件下構建特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)，利用土

14、壤微生物將固體廢物中有機物質分解，使其體積減小而漸趨穩(wěn)定的過程。填埋場的種類主要有：反應式填埋場；殘余式填埋場；惰性材料填埋場；地下填埋場。20.8生物處理方法處理處理氣體氣體廢物廢物 廢氣的生物處理法主要是指利用微生物吸附分解有機物能力降解惡臭物質與有機廢物的方法。 主要分生物過濾法和活性污泥法兩種。生物過濾按濾料及過濾方式不同又分為生物濾池法和生物滴濾池法；活性污泥法則按氣液接觸方式不同又可分為生物暴氣法和生物洗滌法。生物過濾法的特點是微生物處于固著態(tài)，實際上屬于生物膜法。活性污泥法與廢水處理的活性污泥類似，微生物處于懸浮態(tài)。廢氣生物處理具有處理徹底、成本低等特點。20.8生物處理方法處理

15、污水處理污水 污水的生物處理就是利用微生物的新陳代謝功能，使污水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機污染物被降解并轉化為無害物質，使污水得以凈化。生物循環(huán)污水處理技術是廢水生物處理的主要工藝之一，微生物以膜狀固著在某種載體的表面上呈附著生長狀態(tài)。生物循環(huán)污水處理技術作為與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物處理工藝，在廢水處理中的應用具有處理能力大的特點，促進凈化功能的顯著提高。20.8生物處理方法處理污水處理污水高負荷生物濾池 通過限制進水BODS 值和采用處理水回流等技術而達到降低濾池進水有機物濃度，保證生物濾池供氧充足曝氣生物濾池 下向流曝氣生物濾池的原污水從池上部進入池體，并通過由填料組成的濾層，在填料表

16、面形成生物膜。由池下部通過空氣管向濾層進行曝氣，空氣由填料的間隙上升，與下流的污水相向接觸，在微生物的新陳代謝作用下，有機污染物被降解。 上向流曝氣生物濾池的原污水和池下部，的空氣共同向上流動，有利于氣與水的充分接觸并提高氧的轉移速率和底物的降解速率。生物濾池 由池體、濾料、布水裝置和排水系統(tǒng)等四部分組成。濾料是生物濾池的主體。 它對生物濾池的凈化功能有直接影響。因其環(huán)境較差，處理效率較低，目前已很少應用。20.8生物處理方法處理污水處理污水生物接觸氧化池 用于處理生活污水和某些工業(yè)的有機廢水。 在池內充填惰性填料，已經預先充氧曝氣的廢水浸沒并流經全部填料，廢水中的有機物與填料上的生物膜廣泛接觸，在微生物的新陳代謝作用下污染物得到去除。 主要是由池體、填料床、曝氣裝置、進出水裝置等組成。用于小規(guī)模污水處理中具有布置緊湊、占地小、管理簡單的優(yōu)點。生物流化床技術 以砂、活性炭、焦碳、陶粒、塑料等顆粒為載體充填于生物反應器內，因載體多孔并表面附著生長著生物膜而使其質變輕，當廢水以一定流速從下向上流動時，載體便處于流化狀態(tài)。 可增加反應槽內微生物的數(shù)量，有機物去除率較高；時進水水流