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固体废弃物污染控制工程概论
第一节 固体废弃物类型、来源和性质
如同污水和废气那样，固体废弃物主要产生于人类的生产和生活，即人类在从事工农业生产以及交通和商业等活动中，一方面生产出有用的工农业产品的同时有一部分资源未被有效利用而作为固体废物加入环境，如采矿业未被利用的尾矿、大米加工中未被利用的稻壳、肉联厂排放的动物皮毛、宾馆和饭店废弃的泔脚等；另一方面，许多物品和材料被人使用后因为破、旧或超过使用年限而被废弃，如饮料瓶罐、破旧衣以及使用一定年数后的建筑物也会变成固体垃圾。还有，污染净化和环境治理过程中也可能产生大量的固体或半固体的废弃物(通常称为二次污染物)，如各种烟气干法除尘过程中产生的粉尘、湿法除尘中产生的粉尘污泥，污水处理过程中产生的大量化学污泥和生物污泥等。
固体废弃物的危害性主要表现在：1)侵占土地：1991年我国单是工矿业固体废弃物累积堆放量为59.6亿T，占地50539 ha。城市郊区设大面积累积处理场，侵占农田。2)污染土壤：工业固体废弃物中含有大量有害化学物质，经过风化、雨雪淋溶和地表径流的侵蚀，化学物质大量进入土壤环境，破坏了土壤固有的生物、化学和物理环境，使得土壤成为草木不生的死亡之地。在我国被工业废渣污染的农田达25万亩。20世纪中叶如美国的房产开发商曾经在工业废物填埋场上建造居民点，使得居民饱受臭气熏天、地下室渗漏污水横溢的痛苦，最后不得不将该居民点废弃。3)污染水体：固体废物随天然降水和地表径流、地下水以及刮风进入江河湖海，污染水体。如美国新泽西州的农药厂由于填埋工业有害固体废物(含砷)、缅因州因为垃圾填埋场等造成其下游的河流和湖泊饮用水源被严重污染，而不得不花很高费用对污染环境进行长时期的净化和修复。我国一家铁合金厂的铬渣堆放场由于缺少防渗漏措施使得附近饮用地下水源遭受严重污染。4)污染大气：有些有机性固体废弃物经过微生物分解后释放出大量的有害气体，另外病原微生物与灰尘随风扩散，进一步恶化了大气环境质量。固体垃圾在焚烧过程中产生大量的粉尘和有害气体，如不妥善处理处置，也会污染大气，如焚烧后废气中的二恶英等。如表1所示是主要的固体废弃物类型、来源和性质。
表1 固体废弃物的类型、来源和性质
行业
部门
废弃物
来源
性质

工

矿

业
冶金
高炉渣
炼铁
无机废物、性质较稳定、成分较单一、有毒重金属对环境危害性较大、适用于回收利用

钢渣
炼钢，包括铁杂质、炉衬、造渣剂
赤泥
铝氧生产
有色渣
重金属冶炼
能源
煤渣
煤炭燃烧
无机废物、性质较稳定、量大、化学危害性较小、回收利用介质不及冶金废渣。废石膏造成农田和土壤板结。
粉煤灰
燃煤电厂
化工
废石膏
磷酸盐生产
硫铁矿渣
硫酸制造
同冶金废渣
废催化剂
各种催化反应过程中
无机废物、成分较单一、量小、有毒重金属对环境危害性较大、适用于回收利用
含油污泥
石油炼制
有机废物、耗氧性质、对农田和土壤危害性较大、流动性
盐泥
烧碱和纯碱生产
无机废物、成分较单一、危害性较大、流动性
食品和水产加工
动物的皮毛、骨、内脏、粪便；植物的皮、壳、根、核；
微生物发酵污泥和废渣
肉联厂、水产加工厂、碾米厂、油脂加工厂、酒厂、酱油厂

主要为有机废物、成分复杂、典型耗氧性质、极易腐败变质带来严重的卫生学问题，较难回收利用
采矿
各种围岩和尾矿
煤矿、铜矿、铜矿、石灰石开采
无机废物、量大、成分较复杂、大量侵占土地和农田、造成局部塌陷和污染地下水、较难回收利用
城建
房产开发、市政建设、建材
水泥粉尘、碎砖石、渣土、砖石、泥浆和污泥
建筑工地、水泥厂、砖瓦厂、自来水厂
无机废物、量大、大量侵占土壤和农田、较难回收利用
农
业
农作物种植和基本加工
作物的秸秆、根、茎、叶、皮、壳、核
庄稼收割和粗加工过程中留下的秸秆、茬、根；粮食加工过程中排出的谷屑、下脚料
有机性质、耗氧性质、热值高、量大、较适用于综合利用
商业
商店、超市、饭店和宾馆
各种包装物、泔脚

包装物种类繁多，易于回收利用；泔脚属于有机性质、强烈耗氧、易于腐败、造成严重的卫生学问题，可以综合利用
居
民
活
动
城镇和农村的住宅
一般生活垃圾(厨余、瓶罐、废纸)、粪便；废旧电器、家具和衣物等
人们的衣食住行
成分复杂、性质多样、较难收集与回收
环
保
污水厂
多种废渣和污泥
格栅栅渣、沉砂池污渣、初沉池无机污泥、二沉池和消化池有机污泥、化学混凝的化学污泥
含水率高、流动性、量大；有机性污泥不稳定、耗氧、造成严重的卫生学问题；较难回收利用

废气处理
粉尘和污泥
各种除尘设备
一定的流动性；较稳定；金属污泥和粉尘危害性较大

第二节 固体废物污染的特点和控制方法
如同污水、废气那样，固体废弃物也属于对环境造成污染和危害的主要物质之一，其产生和来源、污染和危害性质、收集和运输以及回收利用、处理和处置上与污水以及废气有一定的共同点，但同时也具有其自身独特之处，而且固体废弃物的污染及其控制与前二者具有一定的相关性，深度了解和认识这个问题对进一步掌握固体废弃物的污染特点以及做好其污染控制十分必要，如表2所示。
表2 固体废弃物和水、气污染及其控制比较
比较内容
相同点和关联性
不同点
来源
人们的生产与生活
产生的具体途径和场所不同
收集和储存
采用一定的设备、装置和管道进行收集和储存，收集和储存可以采取就地单独收集或合并收集。
废气量大，难以储存，一般不进行压缩；污水和污泥难以压缩，通常采用池或罐进行收集储存；垃圾和废渣一般进行压缩，呆滞性大，通常采用桶、箱进行收集和储存，成分复杂的生活垃圾收集程序和措施十分复杂
输送与排放
专用的管道和运输机械
废气、污水和污泥的流动性大，一般采用专用的管道和相应的动力设备(泵与风机)进行输送；垃圾和废渣的流动性差，一般采用专用车辆和皮带运输机输送和排放
回收利用
废物(气、液、固)中含有有用物质或资源，如热能、水资源和其它有用物质
废气和污水中有用能源、资源和物质含量相对较少；固体废弃物是能源、资源和物质的浓缩，通常回收利用价值较高
污染与危害及其关联性
都可能具有卫生学危害、耗氧性质、环境累积和“三致”效应、生态学破坏等。废气治理中可能产生废渣和污水，酸雨污染土壤和水体；污水处理中产生废气和污泥；固体废弃物的淋溶导致水体和土壤污染，粉尘飞扬和垃圾臭气污染大气
污染对象：废气造成大气污染；污水造成水体污染；固体废弃物侵占土壤和农田，污染物含量高，但流动性较差
处理与处置及其关联性
分离和转化中所包含的一切物理、化学和生物学方法与技术。湿法废气净化产生的污水处理；垃圾淋溶产生的渗滤液处理；污水处理中产生的污泥和废渣的处理和处置；污水和垃圾处理中产生的废气净化
具体设备、装置、工艺流程和设计运行上以及最终出路上。废气处理有除尘器、吸收塔等设备和装置，最终出路为大气；废水处理有格栅、沉砂池、沉淀池、生化池等设备和构筑物，最终出路为天然水体；固体废弃物处理有筛分、破碎和浓缩及脱水等设备以及焚烧等装置，最终出路为填埋等
固体废弃物的处理方法主要有：
1， 物理方法：包括压缩、破碎、分选、浓缩、脱水、包埋、吸附、萃取等。固体废弃物中有用物质的回收来源往往是通过物理方法实现的。热处理包括焚烧、热解、湿式氧化以及焙烧等方法达到减容、无害化和综合利用的目的。而采用固化方法可以将固体废物固定或包覆起来以降低其危害性。
2， 化学方法：破坏废物中的有害成分降低毒害性或转化为有利于进一步处理的形态。常用的方法有：石灰稳定、湿式氧化、铁氧体固定等。
3， 生物方法：利用微生物活动对废弃物中污染物进行转化，常用的有：垃圾和有机污泥的堆肥，人畜粪便的厌氧消化和除臭、垃圾渗滤液的生物处理等。
4， 固体废物的最终处置：属于污染控制的末端环节，解决固体废物的归宿问题。包括陆地处置和海洋处置两种类型：施肥、土地填埋、焚烧、深井灌注以及投海等。
5，回收利用：如同废气和污水治理那样，固体废弃物的处理处置更应该做好废物的资源循环和回收利用，资源循环和废物利用应从单一的末端治理与回用向前转移到生产的前端，即：做好清洁生产，把综合利用贯穿于资源的开发和生产的全过程。

第三节 固体废弃物的预处理
固体废弃物在进行处理处置以及回收利用之前应该进行必要的预处理以便于回收利用、降低污染负荷以及减少运输、处理和处置费用。预处理方法有：收集和运输、压实、破碎、浓缩、脱水、分选等
一、 收集和运输
固体废弃物的类型和产生途径不同，则其收集和运输的方式也不同。
对废物量大的工业企业，一般都有自己专门的堆场和相应的收集和运输措施。对于生活垃圾和商业垃圾，我国一般又当地的物资回收站或废品收购站负责收集与运送以及回收，其收集的废物品种十分繁多，按照废物类型及其最终利用途径分为：黑色金属、有色金属、橡胶、塑料、纸张、破布、麻、棉、牲骨、人发、玻璃、油脂、化工废料等16类约1000多个品种，这种实践在我国已经实行多年，效果很好，如上海市1983年物资回收公司的回收总量为166万T，其中工业废料占85％，20世纪80年代中期上海市的郊区乡镇电镀厂产生的电镀废渣和废液一般由专门的厂家进行收集、再加工和利用，有效地防止了污染的扩散，并获得了一定的经济收益。
城市垃圾中，商业垃圾和建筑垃圾原则上由各单位自行清除，大型的土建项目均按照有关规定使用运输车辆将渣土及时收集运送进行土地回填或用于绿地建设等。有卫生设备的住宅其粪便一般先进入室外化粪池经过预处理后进入污水厂处理，公共厕所和倒粪池的粪便由分片的环卫车定期抽吸、运输和集中处置。家庭生活垃圾在清除之前，通常进行分类收集，也可以由拾荒者从垃圾桶、垃圾箱和垃圾场中进行分离收集并卖给物资回收站和废品站。许多发达国家提倡和实行生活垃圾的袋装化，可以有效地减轻臭气和蚊蝇孳生，还可以减少垃圾装卸时间并便于回收利用，垃圾的袋装化在我国一些城市已经逐步推广实行。有些居民小区还规定了垃圾投放时间，以减少对环境卫生的影响。
工矿业产生的大量固体垃圾和废渣可能采取火车及皮带运输机进行输送，含水较多的污泥可能采取管道或渠道输送，而城市垃圾则一般采用专门的车辆运送，在河网密布的城镇也可以采用水运。在上海市许多环卫站、所设有专门的垃圾运输队伍和车辆，河岸设有倒粪站并配备有专用船只，靠近水体的污水厂还设置有专门的倒泥码头和运泥船，局部地区设置有垃圾中转站，依次完成各种垃圾的收集、储存和运输。
二、 压实
在固体废弃物运输和处理处置前通常采用一定的方法对其进行压实或压缩，以减小其体积和重量，便于装卸、运输、储存和处理处置。在垃圾运输过程中，有些垃圾车本身同时具有垃圾压实功能，操作机械化程度也较高。
压实适用对象是固体废弃物中压缩性能大、复原性能小的物质，对于污泥和油污等一般不宜进行压实处理。
压缩设备主要有：三向联合式压实机和回转式压实机等，如图1和图2所示。
图1 三向联合式压实机
图2 回转时压实机

图3 城市垃圾压实机

三、 破碎
对固体废弃物进行破碎目的是：减小体积，便于运输和储存；为分选创造必要条件；提高比表面积，便于焚烧、热解和熔融以及生物处理；便于回收利用；防止对后续处理设备的破坏与堵塞。
破碎方法有压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎等，破碎方法的选择和物料性质有关：对坚硬废物采用挤压破碎和冲击破碎；对韧性废物采用剪切破碎和冲击破碎以及磨碎；对脆性废物采用劈碎和冲击破碎。如下图3、5和5以及6、7是几种常用破碎机：鄂式破碎机、锤式破碎机、剪切式破碎机和球磨时破碎机以及湿式磨破碎机。
图4 锤式破碎机

图6 旋转式剪切机
图7 球磨式破碎机
在高温钢渣的破碎过程中还可以使用煮沸破碎法，其做法是向高温钢渣中泼水碱性冷却降温。由于钢渣的导热系数小，当大量冷水喷入热渣后钢渣表层受激冷，温度急剧下降，而其内层由于未受到喷水继续保持高温，于是在钢渣表层产生巨大的拉应力导致其背面开裂。随着喷水的碱性，钢渣的开裂由外而内逐渐深入，最后导致整块钢渣破碎。另外，由于钢渣中存在大量的氧化钙和硅酸二钙等物质在煮沸过程中发生化学反应导致体积急剧膨胀使得钢渣内部产生应力，加速了钢渣的破碎。

四、 浓缩和脱水
在废水或废气处理的过程中往往产生大量的污泥。对于城市污水处理而言，其产生的污泥总量约为所处理污水的0.5％左右，但其处置费用却与污水处理费用相当。一些工业废水过程中产生的污泥含有大量有毒有害物质，如不妥善处置将对环境仍然构成很大的潜在污染。
污泥其所含主要按成分划分有有机污泥和无机污泥。典型的有机性污泥如城市污水厂的活性污泥、生物膜污泥和消化污泥；典型的无机污泥如电镀废水处理中的重金属污泥。在城市污水厂，按照污泥产生的按来源，污泥(渣)可分为栅渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥、二沉池剩余活性污泥和消化污泥等。
含水率是污泥重要指标，含水率高低不仅影响污泥的流动特征和输送，也影响污泥的稳定性(有机性污泥)以及处置费用。对含水率很高的污泥，如污水厂生物污泥，其密度与水相近，因此污泥的体积和含水率以及质量之间存在如下换算公式。
V1/V2=W1/W2=100-p2/100-p1=c2/c1 (3－41)
式中：V1、V2为脱水前后污泥的体积(L)
W1、W2为为脱水前后污泥的质量(kg)
p1、p2为脱水前后污泥的含水率(％)
c1、c2为脱水前后污泥的质量浓度(mg/l)
污泥中含有大量的水分，如城市污水厂剩余活性污泥含水率为99.5% 左右。污泥含水率太高导致污泥体积过大，给后续的处理和装置造成困难，而且不利于污泥的稳定以及最终综合利用。污泥脱水的方法主要有：浓缩、机械脱水和干化以及焚烧等。浓缩主要脱除污泥中的颗粒的间隙水(一般占污泥总含水的70％左右)，机械脱水主要脱除污泥的颗粒间隙水和毛细水，干化主要脱除污泥的毛细水和结合水。
表3 污泥的脱水方法、设备和效果
脱水方法
脱水设备
脱水后含水率(％)
脱水后外观
浓缩法
重力、气浮和离心浓缩
95～97
近似糊状
自然干化法
自然干化场、晒砂场
70～80
泥饼状
机械脱水
真空吸滤法
真空转鼓、真空转盘
60～80
泥饼状
压滤法
板框压滤机
45～80
泥饼状
滚压带法
滚压带式压滤机
78～86
泥饼状
离心法
离心机
80～85
泥饼状
干燥法
焚烧法
各种干燥设备
各种焚烧设备
10～40
0～10
粉状、粒状
和灰状
1，浓缩脱水
污泥的浓缩方法有重力浓缩法、气浮浓缩和离心浓缩三种。
(1)重力浓缩
重力浓缩池类似于污水处理的沉淀池(如图所示)，浓缩池大多为辐流式，其泥斗多为多斗式(浓缩后的体积仍然庞大)。重力浓缩池的附属设备有刮泥机或吸泥机、搅动栅。搅动栅的作用是浓缩时每个栅条后可形成微小的涡流，以促进细小的SS絮凝，并可形成空穴以促进间隙水释放和气泡的逸出，提高浓缩效果、缩短浓缩时间。
重力浓缩池的设计停留时间为9－12 h，设计池表面水力负荷率为1.2～1.6 m3/m2.h(初沉池污泥)、0.2～0.4 m3/m2.h (二沉池污泥)，设计表面固体负荷率为3.9～5.9 kg/m2.h(初沉池污泥)、0.5～1.5 kg/m2.h (二沉池污泥)。经过重力浓缩后，初沉池污泥的含水率降低到90％～95％(体积减少3～5倍)，二沉池污泥含水率降低到97％～98％(体积减少2～3倍)，消化池污泥含水率降低到88％～92％(体积减少2倍左右)。
图8 重力浓缩池

(2)气浮浓缩
气浮浓缩脱水的基本原理与污水的气浮法处理相同。与重力浓缩相比，污泥的气浮浓缩的脱水效果更好，浓缩后污泥不易腐化，适用于有机污泥的浓缩。污泥的气浮浓缩需要制作大量的溶气水，能耗较高。
污泥的气浮浓缩分离室池表面水力负荷率为1.0～3.6 m3/m2.h，分离室池表面固体负荷率分别1.8～2.0 kg/m2.h(活性污泥)、5.0～6.0 kg/m2.h(初沉池污泥)。城市污水厂的活性污泥经过气浮浓缩后其含水率可由99％降低到95～97％左右；其体积减少到原来的1/2～1/4。
(3)离心浓缩
离心浓缩的关键设备为离心机。常用的污泥浓缩离心机有转盘式、篮式和转鼓式三种。
表4 几种主要型式的离心机及其浓缩性能
污泥种类
离心机
处理量
(l/s)
浓缩前含水率
(%)
浓缩后含水率
(%)
固体回收率
(%)
剩余活性污泥
转盘式
9.5
99～99.3
94.5～95
90
剩余活性污泥
篮式
2.1～4.4
99.3
90～91
70～90
剩余活性污泥
转鼓式
0.63～0.76
98.5
87～91
90
表5 各种污泥浓缩方法的比较

优点
缺点
重力浓缩法
储存污泥的能力高；
操作要求低；
运行电耗少
占地面积大；
浓缩后的污泥含水率仍然较高；
会散发一定的臭气
气浮浓缩法
浓缩后的污泥含水率低；
占地少；
不散发臭气；
能去除油脂
运行费用较高；
污泥储存能力小
离心浓缩法
设施紧凑，占地最少；
没有臭气问题
处理能力有限；
电耗较高；
对操作的要求较高
2，机械脱水
污泥的机械脱水是使用专门的脱水机械，在过滤介质(网、布、管、毡)两侧形成压差(正压或负压)造成脱水的推动力从而将污泥中的水分部分脱除。其中，形成正压差的称为压滤脱水，如板框压滤机、带式压滤机等；形成负压差的称为吸滤脱水，如真空过滤机。
图9 板框压滤机

图10 带式压滤机工作原理图

图11 带式压滤机的多孔滚筒
板框压滤的特点是过滤的推动力大，构造简单，但不能象真空和带式过滤机那样连续工作，脱水后的卸泥方式有人工卸泥和自动卸泥两种。板框压滤机的过滤压力为4～5公斤，对于活性污泥的处理能力为2～10 kgSS/m2.h，对于消化污泥的处理能力为2～4 kgSS/m2.h，过滤周期为1.5～4h。
在污泥的机械脱水之前，往往要对原污泥进行预调理以降低污泥的过滤比阻、改善污泥的内部结构，提高脱水机械的工作效率。常用的污泥调理方法有：投加化学混凝剂(主要是无机的铁盐和铝盐)、添加助滤剂(如木屑、石灰、粉煤灰等)和热处理以及冷冻处理。
表6 经过化学药剂调理后板框压滤机的脱水性能
污泥种类
原污泥
含水率(％)
压滤周期
(h)
化学调理剂用量(g/kgSS)
经调理压滤后
含水率(％)
未经调理压滤后
含水率(％)
三氯化铁
氧化钙
粉煤灰
初沉污泥
90～95
2
50
100
0
55
61
活性污泥
95～99
2.5
75
150
2000
55
63
消化污泥
90～94
1.5
50
100
1000
50
62
带式压滤机有辊压式和挤压式两种型式，靠辊压力或滤布张力的相互挤压使得污泥脱水，其动力消耗少，污泥的投加和泥饼铲除均可连续进行。辊压带的上层为金属丝网、下层为滤布带。污泥先经过浓缩阶段使得其失去流动性，再进行挤压脱水。其泥饼含水率一般为75～80％。
真空过滤机有折带式真空过滤机和盘式真空过滤机等形式，由真空过滤机、真空泵、空气压缩机(用于吹脱泥饼)等组成。真空过滤机的表面固体负荷率为：初沉污泥30～50 kg(干污泥)/m2.h；活性污泥为10～15 kg(干污泥)/m2.h，消化污泥为为15～25 kg(干污泥)/m2.h。脱水后的泥饼量较大时，要考虑皮带运输。滤液中含有的气体可用滤液罐排除。转鼓真空过滤机的工作过程包括三个阶段：滤饼形成阶段、吸干阶段、反吹阶段。
3，干化脱水
污泥的干化脱水在干化场中进行，干化场按照其滤水层的构造来分有：自然滤层干化场和人工滤层干化场两种。前者适宜于自然土质渗透性能良好、地下水位低、渗水不会污染地下水的地区，如我国的西北地区。其他地区则采用人工滤层干化场。
图12 污泥干化场示意图
污泥干化场的脱水作用主要靠三个方面：重力过滤、日晒和风吹和撇除，其中过滤、渗透脱水一般在污泥进入干化场后的2～3天内完成，此时污泥含水率降低到85％左右，然后主要靠蒸发作用进一步脱水。其基本组成有：不透水底板、滤层、布泥系统、排水系统、泥饼的铲除与运输系统、围堤和隔墙。滤层由砂或矿渣和卵石组成，其砂层厚度一般为20～30 cm，在每次铲除泥饼时也会铲除一定的砂层，故要经常补充砂量；砂层之下为卵石层，起到承托作用，厚度为20～30 cm。当干化场渗水可能污染地下水时，应在砂床下面设20～40 cm的夯实粘土层或10～15 cm厚的素混凝土的不透水层，不透水底板应有0.01～0.02的坡度坡向排水管。在卵石层中间敷设10 cm管径的排水管，其间距为3 m左右，坡度采用0.002～0.003，排水管的起点覆土厚度(管顶到砂层距离)不小于1.2 m。砂床常用土堤或板墙分隔成若干单元，以适宜运行时的需要，顺序使用各分块，这样铲除泥饼较方便，干化场利用率高。泥饼的铲除与运输方式取决于泥饼量的多少和进一步处置的方式。对于小型污水厂，可采用人工铲除泥饼，板车运输。中大型污水厂，泥饼多用污泥提升机铲除并用皮带输送。
在多雨和严寒地区，干化场上方应建玻璃棚进行覆盖，以减少气候对污泥脱水的影响。在干化场运行时，每次灌泥厚度为20～30 cm，待污泥表面出现裂纹、含水率降低到75％左右时，即可予以铲除。干化场从灌泥、干化脱水到铲泥，完成一个工作周期。
影响污泥干化场脱水的因素主要有：地区气候如降雨雪量、云层覆盖情况、气温、相对湿度和风速；污泥性质，对于比阻大、粘稠和含水率高的污泥，在排入干化场时其水分不易从稠密的污泥层中渗透下去，往往形成沉淀而分离出上清液，此时用撇水调节窗进行脱水。在雨水多的地区也可使用撇水窗撇除污泥面上的雨水。
城市污水处理厂，其污泥干化场每年可望工作6～10次、每次工作周期为35～60天左右，按此计算每m2的干化场每年可接受污泥1.2～2 m3 (干化场的表面负荷率)。
4，烘干脱水
通过机械或干化场脱水后，污泥的含水率为45～70％左右，其体积仍然很大。在经过烘干后含水率可进一步减到30％左右。常用的干燥设备有：回转圆筒干燥器、急骤干燥管、带式干燥器等。
表7 三种污泥干燥设备及其脱水性能

回转圆筒干燥器
急骤干燥管
带式干燥器
热气体温度(℃)
干燥后含水率(％)
干燥时间(min)
热效率
120～150
15～20
30～32分钟
低
530
10％
少于1分钟
高
160～180
10～15
25～40
低
表8 干燥温度与污泥热分解的关系以及各种干燥器的比较
干燥温度℃
干燥时间(分钟)
臭气发生情况
热分解程度
250－300
200－250
180－220
150－190
140－170
140以下
3－6
10
10－20
240
长时间
长时间
强烈的臭气
较重的臭气
稍许臭气
几乎没有臭气
没有臭气
没有臭气
发生强烈热分解【
发生热分解
发生少量热分解
不分解
有机物稳定
有机物稳定
五、分选
固体废弃物分选的目的是便于回收和分类处理处置。分选的方法有：筛选、重力分选、磁力分选、电力分选、浮选等，依据物料性质(颗粒粒度、密度、磁性、电性、弹性以及表面润湿情况)进行具体选用。
1，筛滤分选
筛滤分选又称为筛选，其基本原理是利用筛孔将固体废物中 粗、细物质分离开来。
影响筛分效率的因素：固体废物的性质(粒度及其分布、含水率)；筛分设备性能(筛网类型：棒条、钢板冲孔、钢丝编织：钢丝编织网表面积最大，筛分效率高；筛网运动方式：固定筛、转筒筛、摇动筛、振动筛：振动筛效率最高，固定筛最低，筛面倾角以15 o－20o为宜)；筛分条件(均匀给料、及时清理和维修筛面)。
筛分设备：固定筛(格筛)、滚筒筛或转筒筛、惯性振动筛、共振筛。如图13所示。
图13 共振筛

2，重力分选
按照介质的不同，重力分选又分为：重介质分选、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。其共同废热作用原理是：固体废物中的颗粒之间存在密度差、过程在运动介质中进行、在重力和介质动力以及机械力的综合作用下使得颗粒松散并按照密度分层，彼此分离，并获得密度不同的产品。
(1) 重介质分选
密度大于水的通常称为重介质，其密度要比颗粒中轻物质小、比颗粒中重物质大，使得轻物质和重物质依据密度差在分离过程中各自聚集在分离设备的上部和下部，得以分离。
对重介质的要求：密度高、粘度低、化学稳定性好(不和其它物质反应)、无毒、无腐蚀性、易于回收和再生等。一般可以投加加重质如硅铁颗粒和磁铁矿来制备重介质。常见设备为鼓型重介质分选机：如图14所示。
图14 鼓型重介质分选机
(2) 跳汰分选
在垂直变速介质流中按照密度差异分选固体废物。分选介质为水，固体颗粒分布于跳汰机的筛板上，从筛板下面周期性地供给上下交变的水流使得固体颗粒床层分散并按照密度分层，其中上层的轻物料随水流带走成为机外轻产物，下层的重物料或透过筛孔或通过特殊的排料装置排出成为重产物。在跳汰分选设备中，可以用隔膜或空气流的间歇运动来提供分选的脉冲型动力。
图15 隔膜鼓动式跳汰机

(3) 风力分选
类似于污水处理的沉淀池或烟气处理的重力除尘器。以空气作为分选介质，在气流作用下使得固体废物依照密度不同而彼此改变了相对位置。按照气流方向，分为：水平流分选机(卧式)和垂直流分选机(升流或立式)。如图16、27所示。
图16 卧式风力分选机工作原理示意图
给料 接除尘器

空气

重质组分 中重质组分 轻质组分

图27 立式曲折型风力分选机

(4) 摇床分选
类似于农民筛米的筛子。在一个倾斜的床面上借助床面不对称的往复运动和薄层斜面水流的综合作用使得细小的固体颗粒按照密度差异在床面上形成扇形分布的集中区而与其它组分分离。目前主要用于从煤矸石中风力获得硫铁矿。
3，浮力分选
浮力分选又称为浮选，在滚筒废物与水调制的浆料中加入浮选剂，并通入空气形成微小气泡使得被浮选位置粘附于气泡上随气泡上升于表面成为泡沫而分离回收。浮选剂有捕收剂、起泡剂和调整剂三类。捕收剂：选择性地吸附在被分离位置的表面，使得被分离位置的疏水性增强，提高可浮性。包括两亲分子异极性捕收剂(黄原酸盐)和非极性油类捕收剂(脂肪烷烃和环烷烃，常用的有煤油)。从煤矸石中回收黄铁矿，常用黄原酸盐作为捕收剂；而从粉煤灰中回收炭则常用煤油作为捕收剂。起泡剂：表面活性剂在水－气界面上形成许多微小气泡，并且防止气泡兼并，增大分选面积，提高气泡与颗粒粘附的稳定性，形成泡沫层。常见的起泡剂有：松油、松醇油和脂肪醇。调整剂：有活化剂(促进捕收剂与被分选物质的相互作用，提高颗粒的可浮性。如硫化钠、硫酸铜)、抑制剂(削弱非选物质与捕收剂之间的作用力，抑制其可浮性能。如水玻璃、单宁、淀粉)、介质调整剂(调整浆料的性质，如改变浆料的离子组成、pH和可溶盐的浓度，使得浆料对分选被选颗粒更为有利。如酸、碱)、混凝剂(促进细小微粒的凝聚，提高浮选效果。如石灰、明矾、聚丙烯酰胺等)。浮选工艺：浆料调制、加药调整、充气浮选。浮选法的主要缺点：物料浮选前需要破碎和磨碎到一定程度；需要配制成浆料；浮选剂做成污染、需要一套浓缩、过滤、脱水和干化的过程与设备。

4，磁力分选
利用固体废弃物中各组分之间存在磁性差异而进行的。
图18 颗粒在磁选机中分离的原理

5，电力分选
利用滚筒废弃物中各组分在高压电场中导电性能的差异而实现分选的一种方法。废料由滚筒的转动进入电晕电场区，由于空间带电荷使得导体、半导体和非导体均获得电荷。其中，导体颗粒一面荷电，一面放电，直至负电荷全部释放而带正电荷，带正电荷的导体颗粒被滚筒(带正电荷)所排斥，结果在电力、重力和离心力的作用下先行被分离进入导体斗。而半导体以及非导体颗粒由于带有较多负电荷，与滚筒之间的静电引力较强，难以从滚筒上脱落下来而分别在后续的半导体出口以及非导体出口分离出去。
图19 电选分离过程示意图

＋

＋
空气

导体 半导体 非导体
图20 固体废弃物分选回收综合系统
第三节 固体废弃物的稳定化和无害化处理
一、 稳定化
广义上讲，固体废弃物的稳定化使得其中各种化学组分易于变化的性质得以稳定以及减轻对环境的危害性等的所有方法。但传统意义上，固体废弃物的稳定化主要包括：有机污泥的生物法和化学法稳定。其中，生物消化稳定包括污泥的厌氧消化和好氧消化以及堆肥；化学稳定包括污泥的石灰稳定和湿式氧化稳定。稳定化的同时具有无害化的作用。
1， 有机垃圾和污泥的生物稳定与堆肥
(1)污泥的厌氧消化稳定
对于含有机成分较多的城市污水厂污泥，可以采用厌氧消化法进行处置。这不仅将改善污泥的卫生状况、脱水性能，而且还能生产一定的沼气，达到废物利用目的。
有机污泥的厌氧消化情况与高浓度有机污水厌氧消化类似，其相同内容不再赘述。
经过两级消化后污泥的含固率可提高到8％左右，大量病原微生物被杀灭，污泥的有机质含量降低，比阻下降。
(2)污泥的好氧消化稳定
当污泥量不大时(<18000 t/d的处理能力)，采用厌氧消化法不仅装置复杂、投资大，而且沼气收益很小。好氧消化也是污泥稳定的一种方法，在较小规模的处理情况下它不仅具有初投资少的优点，而且操作简单、不产生臭气、消化后的上清液中污染物浓度低。好氧消化时，微生物首先消耗污泥中的有机物，并在持续曝气下进入自身氧化(内源呼吸)阶段。好氧消化的不足之处在于运行能耗较高。
(3)有机垃圾和污泥堆肥
堆肥化处理技术具有悠久的历史，对堆肥技术进行科学探讨开始于1920年，英国农学家艾．霍华德在印度发明了印多尔堆肥法，但仅限于厌氧发酵。随后，贝盖洛尔建立了以促进堆肥的好氧发酵为目的的贝盖洛尔堆肥法。从此，世界各国对有机固体废弃物的堆肥化技术进行了系统的大规模的研究，并取得了很大的发展。目前，我国在上海、杭州、无锡等地建立了具有一定处理能力和机械化程度的高温好氧堆肥试验工厂。
有机垃圾和污泥的堆肥法通过许多学科的综合运用，借助于混合的微生物群落在特定的环境中对多相的有机物进行分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥用或土壤改良。由于堆肥化技术在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。因此，70年代后，引起了世界各国的广泛重视，并迅速成为环保领域内的一个研究热点。尤其在近代，围绕着处理城市垃圾和污泥等固体有机废物，堆肥化技术得到了很大的发展。好的垃圾堆肥，对改善土壤结构、培养土壤肥力确实能起到较好的作用，可望为“生态农业”的发展做出贡献．因此，采用传统的堆肥法，结合生物技术手段高效处理有机垃圾，即可减轻环境污染负荷和二次污染，又可生产有机肥，是固体废弃物和垃圾综合利用的一个重要方向。目前，世界上已经有数百座污泥堆肥化处理设施和数种堆肥化工艺投入使用。
堆肥化(Composting)是在人工控制条件下，使来源于有机固体废物进行生物稳定的作用的过程。这个定义有三层的含义，首先，强调作为堆肥化的原料是来自生物的固体废物；第二，强调这一过程在人工控制条件下进行，既是采取有效措施促进生物分解，说明它不同于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化等形式的分解；第三，强调这一过程发生“生物稳定”作用，既讲明了堆肥化的实质是生物化学过程，又讲明了实现无害化的条件，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。堆肥主要依靠细菌、真菌等微生物的作用，促进生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的过程，促进了自然界的物质循环。通过堆肥化，我们可以把有机物转变为有机肥料，有效地防止土地肥力下降；同时堆肥过程中释放出热量能够有效消灭各种病源微生物和植物虫害、草籽、昆虫和昆虫卵，并大大的降低废气物的恶臭散发。
图21 小型垃圾处理机

1) 堆肥类型
堆肥化系统有三种分类方法。按需氧程度区分，有好氧堆肥和厌氧堆肥；按温度区分，有中温堆肥和高温堆肥；按技术区分，有露天堆肥和机械密封堆肥。习惯上都按好氧堆肥和厌氧堆肥区分。好氧堆肥是指在有氧的环境下进行有机基质的分解，生物代谢的主要产物是CO2、水和热；厌氧堆肥是有机物在缺氧的情况下分解，生物代谢的最终产物是CH4、 CO2和无数的中间产物，如低分子量的有机酸等。
现代化堆肥工艺，基本上都是好氧堆肥。这是因为好氧堆肥温度高、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，并能更有效的防止二次污染等优点。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，温度低，工艺比较简单，产品中氮保存量较多。它与好氧堆肥相比，每单位重量有机物分解释放的能量明显要少些，厌氧堆肥由于许多中间代谢物的性质缘故，会产生更多的恶臭。因而普遍采用好氧堆肥。
2) 好氧堆肥原理与过程
典型的好氧堆肥过程包括矿化的生物转化，可通过如下反应式表达：
有机废弃物+ O2 微生物的代谢作用 稳定的有机残渣+ CO2 +H2 O+能量 (1)
如下图24所示为堆肥化系统的主要组成部分示意图。在所有供料组分进入堆肥化设备之前，都予以存放、计量和预混合。
图22 堆肥化系统的主要组成部分示意图
堆肥产物回收利用或处置

堆肥产物供料箱
颗粒化
颗粒破碎

产品储存（必要时封闭）

条垛式或露天干化
制成颗粒

回流堆肥产物
热处理垛
封闭式
堆肥化
搅拌和控制性通气

物料
预混合
调理剂供料箱

封闭式发酵仓干化

湿泥饼供料箱

水
污泥饼供进

排气脱臭
排气管消散

在堆肥堆肥过程中一方面借助堆肥产生的高温有效的杀死病源微生物及各种蠕虫卵；另一方面通过添加反稀释剂、调理剂、膨胀剂以改善污泥的进一步腐殖化，植物可利用的养分增加，重金属的生物利用性降低，大大地提高了肥料的利用价值。污泥堆肥在城市园林绿地施用，可促进树木、花卉及草坪的生长。污泥堆肥可改善土壤的