環(huán)境化學(xué)原理-危險(xiǎn)廢物的處理方法

工業(yè)生態(tài)學(xué)方法處理有害廢物20.7熱處理方法

20.6光解反響20.8生物處理方法20.8土地處理方法20.6光解反響光分解反響可以用來摧毀一定數(shù)量的危險(xiǎn)廢棄物。反響的主要原理就是使一些難降解的有機(jī)物的化學(xué)鍵斷裂。下面以二噁英為例進(jìn)行講解。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(zhì)。二噁英類物質(zhì)的環(huán)境毒性非常大，其毒性相當(dāng)于氰化鉀(KCN)的1000倍。20.6光解反響四~八氯代PCDD/Fs在含H溶劑中的光解途徑主要是復(fù)原脫氯反響。在不含H的有機(jī)溶劑〔如四氯化碳〕中的光解產(chǎn)物主要是通過C-O鍵斷裂產(chǎn)生。PCDD/Fs在水體中的光解反響，主要是光間接或光敏化反響。PCDDs在有機(jī)溶劑中的光解速率要高于水體中的光解速率。PCFs那么相反。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(biāo)準(zhǔn)物在溶液中的光降解20.6光解反響2.實(shí)際存在介質(zhì)中的二噁英的光降解土壤以及垃圾燃燒廠飛灰中的二噁英也可采用光降解技術(shù)。土壤中的二噁英降解可以通過添加合適的介質(zhì)（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(jié)合才可達(dá)到降解目的。20.6光解反響2.實(shí)際存在介質(zhì)中的二噁英的光降解土壤中的二噁英：采用適當(dāng)方法將土壤和橄欖油充分混合后可以提高FCDD/Fs的降解速率，且可以縮短光照時(shí)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(dǎo)致FCDD/Fs的光敏化反響。飛灰中的二噁英：臭氧的存在促進(jìn)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(jìn)FCDD/Fs的光解，光解效率取決于光照時(shí)間，而與汞燈功率關(guān)系不顯著，F(xiàn)CDD/Fs的最大光解率可達(dá)70%。20.6光解反響光解反響可以產(chǎn)生一系列的反響中間體，這些中間體可以參加鏈反響導(dǎo)致化合物的摧毀。其中一個(gè)最重要的反響中間體就是OH自由基。在一些情況下，光敏劑被混合到反響中來吸收并生成活性物質(zhì)來破壞危險(xiǎn)廢物。危險(xiǎn)廢物中，除了二噁英，那些通過光解反響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(xué)氧化劑——過硫酸鉀，可以提高光化學(xué)反響的氧化活性。20.7熱處理方法危險(xiǎn)廢物的熱處理方法可以進(jìn)行普通的廢物處理。如廢物減容處理，揮發(fā)性物質(zhì)的移除，可燃廢物處理，移動有機(jī)質(zhì)處理，有毒致病材料處理等。危險(xiǎn)廢物的熱處理方法中，應(yīng)用最廣泛的方法是——燃燒。燃燒法利用高溫，氧化環(huán)境和湍流燃燒條件來破壞廢物。20.7熱處理方法燃燒危險(xiǎn)廢物的熱處理方法包括：在高溫下將危險(xiǎn)廢物和氧化環(huán)境充分接觸，通常的反響溫度超過900℃。通常的，燃燒所需的熱量來自燃料補(bǔ)充和廢物材料中有機(jī)C和H的氧化。C(organic)+O2→CO2+heat(20.7.1)4H(organic)+O2→2H2O+heat(20.7.2)20.7熱處理方法可燃燒垃圾理想狀態(tài)下，主要有機(jī)材料廢物的最低燃燒熱值為5,000Btu/lb，最適熱值超過8,000Btu/lb。當(dāng)燃燒最常見的、有機(jī)物含量較高的廢棄物時(shí)，這樣的熱值很容易獲得。這些有機(jī)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(dú)燃燒的可燃燒廢物，如甲烷、石油等，在燃燒時(shí)需要補(bǔ)充燃料。這類廢物的例子是不可燃的有機(jī)氯廢物，一些含水廢物，或者一些土壤中的污染物。無機(jī)物質(zhì)，水，和液體廢物中有機(jī)異質(zhì)元素的含量等因素是重要確實(shí)定其可燃燒能力的因素。20.7熱處理方法危險(xiǎn)廢物燃料許多工業(yè)廢物中，危險(xiǎn)廢物被作為燃料從而在工業(yè)鍋爐進(jìn)行能量回收利用從而實(shí)現(xiàn)無害化處理。例如下水污泥的燃燒爐。目前很多可燃廢物被作為燃料被重復(fù)利用而非僅僅做燃燒處理。除了可以燃燒廢物獲得熱量，另一個(gè)一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是利用現(xiàn)場設(shè)施進(jìn)行廢物處理而不是獨(dú)立的作為危險(xiǎn)廢物燃燒爐。20.7熱處理方法燃燒系統(tǒng)Figure20.8.Majorcomponentsofahazardouswasteincineratorsystem20.7熱處理方法燃燒系統(tǒng)在廢物準(zhǔn)備系統(tǒng)中，液體廢物需要過濾，沉淀來別離殘?jiān)臀鬯还腆w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(jī)械設(shè)備，如螺旋輸送器等，被用來輸送固體廢物進(jìn)入焚化爐。最常見的燃燒室包括液體注射，固定灶臺，回轉(zhuǎn)爐，流化床。通常，危險(xiǎn)廢物燃燒系統(tǒng)的最復(fù)雜的局部是大氣污染控制系統(tǒng)，包括幾個(gè)步驟。最常見的步驟是：燃燒氣體冷卻，熱回收，淬火，懸浮物質(zhì)的移除，酸性氣體移除，固體，淤泥，液體廢物的副產(chǎn)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(xué)性質(zhì)。瀝濾燃燒產(chǎn)生的重金屬問題需要重點(diǎn)考慮。焚化爐類型焚化爐類型20.7熱處理方法燃燒條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(yīng)充足的停留時(shí)間（>=2s）保證反應(yīng)發(fā)生20.7熱處理方法燃燒效力危險(xiǎn)廢物燃燒的美國環(huán)保署〔EPA〕標(biāo)準(zhǔn)是基于主要有機(jī)危險(xiǎn)廢物成分(POHC)。去除效率〔DRE〕的計(jì)算公式如下：)

Win和Wout是有機(jī)危險(xiǎn)廢物主要成分投入輸出的質(zhì)量流率。美國環(huán)保署要求有機(jī)危險(xiǎn)廢物的去除率到達(dá)99.99%，四氯二苯并-p-二噁英〔TCDD〕的去除率到達(dá)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(jī)廢水的一種行之有效的方法。其根本原理是在高溫高壓的條件下通入空氣,使廢水中的有機(jī)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(WetAirOxidation,簡稱WAO)技術(shù)是在高溫(125～320℃)高壓(0.5～20Mpa)條件下通入空氣,使廢水中的高分子有機(jī)化合物直接氧化降解為無機(jī)物或小分子有機(jī)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(CatalyticWetAirOxidation,簡稱CWAO)法是在傳統(tǒng)的濕式氧化處理工藝中參加適宜的催化劑使氧化反響能在更溫和的條件下和更短的時(shí)間內(nèi)完成,濕式空氣催化氧化降低了反響的溫度和壓力,提高反響分解能力,加快了反響速率,縮短停留時(shí)間,也因此可以減輕設(shè)備腐蝕、降低運(yùn)行費(fèi)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的氧化反響包括：2Na++2CN-+O2+4H2O→2Na++2HCO3-+2NH3〔20.7.4)有機(jī)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(jī)化合物。在反響過程中需要吸入氧氣保證廢物充分反響。這個(gè)反響過程只產(chǎn)生一小局部的CO，并不產(chǎn)生SO2或Nox。這種方法可以減少多氯聯(lián)苯〔PCBs〕，二噁英，有機(jī)氯殺蟲劑，苯，尿素和許多其他有害物質(zhì)的產(chǎn)生。20.7熱處理方法光化學(xué)氧化光化學(xué)氧化是利用光輻射下產(chǎn)生氧強(qiáng)氧化性自由基來氧化降解危險(xiǎn)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(jìn)行預(yù)處理試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果說明：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(xiàng)很好的預(yù)處理技術(shù)。20.7熱處理方法我國固體廢物燃燒處置現(xiàn)狀及趨勢截至2021年底，?中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒?顯示我國無害化處置廠共有509座，無害化處置能力達(dá)315153t/d;其中衛(wèi)生填埋廠407座、堆肥廠14座、燃燒廠74座，處置能力分別為253268，5386和51606t/d?，F(xiàn)階段我國固體廢物主要以填埋方式為主(占60%以上)，以燃燒和堆肥為輔。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燃燒處置現(xiàn)狀及趨勢20.72021年各區(qū)域的危險(xiǎn)廢物集中處置狀況20.8生物處理方法處理固體廢物堆肥法堆肥法是指在控制條件下，利用微生物的生化作用，將廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)分解、腐熟并轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定腐殖土的微生物過程，不同于有機(jī)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，1～3d〕；高溫階段〔主發(fā)酵、一次發(fā)酵，3～8d〕；降溫和腐熟保肥階段〔后發(fā)酵、二次發(fā)酵，需時(shí)20～30d〕。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(xué)會的定義：“垃圾衛(wèi)生填埋是指一種不產(chǎn)生公害，或?qū)娊】导捌桨膊划a(chǎn)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(nèi)，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(gòu)建特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)，利用土壤微生物將固體廢物中有機(jī)物質(zhì)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：反響式填埋場；剩余式填埋場；惰性材料填埋場；地下填埋場。20.8生物處理方法處理氣體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(jī)物能力降解惡臭物質(zhì)與有機(jī)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；活性污泥法那么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(diǎn)是微生物處于固著態(tài)，實(shí)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、本錢低等特點(diǎn)。20.8生物處理方法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(jī)污染物被降解并轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使污水得以凈化。生物循環(huán)污水處理技術(shù)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外表上呈附著生長狀態(tài)。生物循環(huán)污水處理技術(shù)作為與活性污泥法平行開展起來的生物處理工藝，在廢水處理中的應(yīng)用具有處理能力大的特點(diǎn)，促進(jìn)凈化功能的顯著提高。20.8生物處理方法處理污水高負(fù)荷生物濾池通過限制進(jìn)水BODS值和采用處理水回流等技術(shù)而達(dá)到降低濾池進(jìn)水有機(jī)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(jìn)入池體，并通過由填料組成的濾層，在填料表面形成生物膜。由池下部通過空氣管向?yàn)V層進(jìn)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(jī)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(zhuǎn)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(yīng)用。20.8生物處理方法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(jī)廢水。在池內(nèi)充填惰性填料，已經(jīng)預(yù)先充氧曝氣的廢水浸沒并流經(jīng)全部填料，廢水中的有機(jī)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(jìn)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(diǎn)。生物流化床技術(shù)以砂、活性炭、焦碳、陶粒、塑料等顆粒為載體充填于生物反應(yīng)器內(nèi)，因載體多孔并表面附著生長著生物膜而使其質(zhì)變輕，當(dāng)廢水以一定流速從下向上流動時(shí)，載體便處于流化狀態(tài)?？稍黾臃磻?yīng)槽內(nèi)微生物的數(shù)量，有機(jī)物去除率較高；時(shí)進(jìn)水