第十三章化工固廢的處理及資源化

第13章化工固廢的處理與資源化馮艷文目錄第一節(jié) 化工固廢概述一、化工固廢的來源、分類、特點(diǎn)和治理原則二、化工固廢對生態(tài)環(huán)境的危害第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選一、工業(yè)固廢的破碎二、工業(yè)固廢的分選第四節(jié)典型固體廢物的處理與利用一、粉煤灰的處理與利用二、鉻渣的處理與利用三、赤泥的處理與利用簡介定義：固體廢物（簡稱固廢）是指在社會的生產(chǎn)、流通、消費(fèi)等一系列活動中產(chǎn)生的一般不再具有原使用價值而被丟棄的以固態(tài)和泥狀貯存的物質(zhì)。固體廢物的來源大體上可分為兩類：一是生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢物（不包括廢氣和廢水），稱為生產(chǎn)廢物。另一類是在產(chǎn)品進(jìn)入市場后在流動過程中或使用消費(fèi)后產(chǎn)生的固體廢物，稱生活廢物。第一節(jié)化工固廢概述一、化工固廢的來源、分類、特點(diǎn)和治理原則1.化工固廢的來源化學(xué)工業(yè)固體廢棄物簡稱化工固廢，是指化工生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的固體、半固體或漿狀廢棄物。其來源包括化工生產(chǎn)過程中進(jìn)行化合、分解、合成等化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品（含中間產(chǎn)品）、副產(chǎn)物、失效催化劑、廢添加劑、未反應(yīng)的原料及原料中夾帶的雜質(zhì)等直接從反應(yīng)裝置排出的或在產(chǎn)品精制、分離、洗滌時由相應(yīng)裝置排出的工藝廢物空氣污染控制設(shè)施排出的粉塵，廢水處理產(chǎn)生的污泥，設(shè)備檢修和事故泄漏產(chǎn)生的固體廢棄物及報廢的舊設(shè)備，化學(xué)品容器和工業(yè)垃圾等。第一節(jié)化工固廢概述一、化工固廢的來源、分類、特點(diǎn)和治理原則1.化工固廢的來源化工廢渣中的主要成分為硅、鋁、鎂、鐵、鈣等化合物，同時還含有一些鉀、鈉、磷、硫等化合物，對于一些特定的化工廢渣，如鉻渣、汞渣、砷渣等則含有鉻、汞、砷等有毒物質(zhì)。國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布的《資源綜合利用目錄》(2003年修訂)介紹的化工固廢包括：硫鐵礦渣、硫鐵礦煅燒渣、硫酸渣、硫石膏、磷石膏、磷礦煅燒渣、含氰廢渣、電石渣、磷肥渣、硫磺渣、堿渣、含鋇廢渣、鉻渣、鹽泥、總?cè)軇┰?、黃磷渣、檸檬酸渣、制糖廢渣、脫硫石膏、氟石膏、廢石膏模等。第一節(jié)化工固廢概述2.化工固廢的分類行業(yè)名稱產(chǎn)品生產(chǎn)工藝固體廢物類型產(chǎn)生量（t廢物/t產(chǎn)品）1.無機(jī)鹽工業(yè)重鉻酸鉀氧化焙燒法鉻渣1.8-3氰化鈉氨鈉法氰渣0.057黃磷電爐法電爐爐渣富磷泥8-120.1-0.152.氯堿工業(yè)燒堿水銀法隔膜法含汞鹽泥鹽泥0.04-0.050.04-0.05聚氯乙烯電石乙炔法電石渣1-23.磷肥工業(yè)黃磷電爐法電爐爐渣8-12磷酸濕法磷石膏3-44.氨肥工業(yè)合成氨煤制氣爐渣0.7-0.95.純堿工業(yè)純堿氨堿法蒸餾殘液9-11m36.硫酸工業(yè)硫酸硫鐵礦制酸硫鐵礦燒渣0.7-17.有機(jī)原料及合成材料工業(yè)季戊四醇低溫縮合法高濃度廢母液2-3環(huán)氧乙烷乙烯氧化（鈣法）皂化廢渣3聚甲醛聚合法稀醛液3-4聚四氟乙烯高溫裂解法蒸餾高沸殘液0.1-0.15氯丁橡膠電石乙炔法電石渣3.2鈦白粉硫酸法硫酸亞鐵3.88.染料工業(yè)還原艷綠FFB苯繞蒽酮縮合法廢硫酸14.5雙倍硫化氫二硝基氯苯法氧化濾液3.5-4.5第一節(jié)化工固廢概述3.化工固廢特點(diǎn)（1）化工固廢產(chǎn)生量大，一般每生產(chǎn)1t產(chǎn)品產(chǎn)生1～3t固廢，有的產(chǎn)品甚至可高達(dá)8～12t固廢。（2）危險廢物種類多，有毒物質(zhì)含量高，對人體健康和環(huán)境危害大。化工固廢中有相當(dāng)一部分具有急性毒性、反應(yīng)性、腐蝕性等特點(diǎn)，而且廢物中有毒物質(zhì)含量高，對人體健康和環(huán)境會構(gòu)成較大威脅。（3）再資源化潛力大?；す虖U中有相當(dāng)一部分是反應(yīng)原料和反應(yīng)副產(chǎn)物，如硫鐵礦燒渣、廢膠片、廢催化劑等，通過加工就可將有價值的物質(zhì)從廢物中回收利用，能取得較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益?；のｋU固廢對人體與環(huán)境的危害廢渣主要成分及其含量危害特征鉻渣Cr6+，0.3-2.9%對人體消化道和皮膚具有強(qiáng)烈刺激和腐蝕作用，對呼吸道造成損傷，有致癌作用?？稍谒矬w內(nèi)蓄積并導(dǎo)致死亡。影響小麥、玉米等作物生長。無機(jī)鹽廢渣CN-，14%引起頭痛、頭暈、心悸、甲狀腺腫大，急性中毒時，可導(dǎo)致呼吸衰竭，對人體和生物危害極大。含汞0.2-0.3%無機(jī)汞對消化道黏膜有強(qiáng)烈腐蝕作用，吸入較高濃度的汞蒸氣可引起急性中毒，神經(jīng)功能障礙。烷基汞能在人體內(nèi)長期滯留，對鳥類、水生脊椎動物會造成危害效應(yīng)。Zn2+，7-25%Pb2+，0.3-2%Cd2+，100-500mg/kgAs3+,40-400mg/kg鉛鎘對人體神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、肝、腎、骨骼等都會引起中毒傷害。砷化物具有致癌作用，鋅鹽對皮膚和黏膜有刺激腐蝕作用。重金屬對動植物、微生物有明顯危害作用。蒸餾釜?dú)堃罕健⒈椒?、硝基苯、芳香胺、有機(jī)磷農(nóng)藥等對人體中樞神經(jīng)、肝、腎、胃、皮膚等造成障礙和損害。芳香胺類、亞硝胺類有致癌作用，對水生生物也有致毒作用。酸渣和堿渣無機(jī)酸、無機(jī)堿以及金屬離子和鹽類對人體皮膚、眼睛和黏膜有強(qiáng)烈刺激作用，導(dǎo)致皮膚和內(nèi)部器官損傷、腐蝕，對水生生物如魚類有嚴(yán)重影響。第一節(jié)化工固廢概述4.化工固廢治理技術(shù)原則（1）化工固廢治理應(yīng)從改革工藝路線入手，盡可能采用無毒、無害或低毒、低害的原料和能源，采用不產(chǎn)生或少產(chǎn)生固體廢物的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，最大限度地提高資源和能源的利用率，將廢物消除在生產(chǎn)過程中。（2）對于生產(chǎn)過程中不得不排出的廢物，應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)采取回收或綜合利用措施就地處理。但要注意的是，在利用化工固廢回收產(chǎn)品、加工建筑材料或其它制品的過程中，須防止二次污染。（3）無法或暫時無法加以綜合利用的化工固廢，必須采取無害化或焚燒、填埋等手段進(jìn)行妥善的處理處置。第一節(jié)化工固廢概述二、化工固廢對生態(tài)環(huán)境的危害（1）侵占土地：固體廢棄物不加利用就需占地堆放，堆積量越大，占地越多。據(jù)估算，每堆積一萬噸，約需占地一畝。我國僅煤矸石一項存積量就達(dá)10億噸，侵占農(nóng)田5萬畝。第一節(jié)化工固廢概述二、化工固廢對生態(tài)環(huán)境的危害（2）污染土壤：

工業(yè)固體廢物，特別是有害固體廢物，經(jīng)過風(fēng)化、雨淋，產(chǎn)生高溫、毒水或其他反應(yīng)，能殺傷土壤中的微生物和動物，改變土壤的成分和結(jié)構(gòu)阻礙植物根系的發(fā)育和生長，我國受工業(yè)廢渣污染的農(nóng)田已達(dá)25萬畝。鋅污染第一節(jié)化工固廢概述二、化工固廢對生態(tài)環(huán)境的危害（3）污染水體：隨天然降水徑流，造成地表水污染；隨滲瀝水滲到土壤中，造成地下水污染；我國因固體廢物，20世紀(jì)80年代水面較50年代減少約2000萬畝。富營養(yǎng)化、有機(jī)毒物復(fù)合型污染重金屬、有機(jī)毒物復(fù)合污染第一節(jié)化工固廢概述二、化工固廢對生態(tài)環(huán)境的危害（4）污染大氣：釋放有害氣體；粉塵污染——粉煤灰堆遇到四級以上風(fēng)力，可被剝離1～1.5厘米，灰塵飛揚(yáng)可高達(dá)20～50米；自燃污染——煤矸石，產(chǎn)生大量的二氧化硫焚燒處理污染——二惡英重金屬飄塵第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選一、工業(yè)固廢的破碎1.破碎的理論基礎(chǔ)破碎：用外力克服固體廢物質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力而使大塊固體廢物分裂成小塊的過程；磨碎：使小塊固體廢物顆粒分裂成細(xì)粉的過程。（1）破碎的目的使固體廢物的容積減小，便于運(yùn)輸和貯存。為固體廢物的分選提供所要求的入選粒度，以便有效地回收固體廢物中的某種成分。使固體廢物的比表面積增加，提高焚燒、熱分解、熔融等作業(yè)的穩(wěn)定性和熱效率。為固體廢物的下一步加工作準(zhǔn)備，例如，煤矸石的制磚、制水泥等，都要求把煤石破碎和磨碎到一定粒度以下，以便進(jìn)一步加工制備使用。對破碎后的生活垃圾進(jìn)行填埋處置時，壓實(shí)密度高而均勻，可以加快復(fù)土還原。防止粗大、鋒利的固體廢物損壞分選、焚燒和熱解等設(shè)備。第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選（2）固體廢物的機(jī)械強(qiáng)度固體廢物的機(jī)械強(qiáng)度是指固體廢物抗破碎的阻力，通常用靜載下測定的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度來表示。其中抗壓強(qiáng)度最大，抗剪強(qiáng)度次之，抗彎強(qiáng)度較小，抗拉強(qiáng)度最小。一般以固體廢物的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)來衡量?？箟簭?qiáng)度大于50MPa者為堅硬固體廢物；40—25MPa者為中硬固體廢物；小于25MPa者為軟固體廢物。固體廢物的機(jī)械強(qiáng)度與廢物顆粒的粒度有關(guān)，粒度小的廢物顆粒，其宏觀和微觀裂縫比大粒度顆粒要少，因而機(jī)械強(qiáng)度較高。

第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選硬度在實(shí)際工程中，固體廢物的硬度在一定程度上反映被破碎的難易程度，因而可以用廢物的硬度表示其可碎性。礦物的硬度可按莫式硬度分為十級，其硬度從小到大排列如下：(1)滑膏：(2)石膏：(3)方解石；(4)螢石；(5)灰石；(6)長石：(7)石英：(8)黃玉石；(9)剛玉；(10)金剛石。各種固體廢物的硬度可通過與這些礦物相比較來確定。各種硬度物料的分類（3）破碎方法分類：按破碎固體物所用的外力，即消耗能量的形式可分為機(jī)械能破碎和非機(jī)械能破碎兩類方法。機(jī)械能破碎：利用破碎工具(如破碎機(jī)的齒板、錘子、球磨機(jī)的鋼球等)對固體廢物施力而將其破碎的。非機(jī)械能破碎（物理法）利用電能、熱能等對固體廢物進(jìn)行破碎的新方法，如低溫破碎、熱力破碎、減壓破碎及超聲破碎等。目前廣泛應(yīng)用的是機(jī)械能破碎，主要有壓碎、劈碎、折斷、磨碎和沖擊破碎等方法。

破碎方法的選擇選擇破碎方法時，需視固體廢物的機(jī)械強(qiáng)度，特別是廢物的硬度而定。對堅硬物采用擠壓破碎和沖擊破碎十分有效；對脆性廢物則采用劈碎、沖擊破碎為宜。一般破碎機(jī)都是由兩種或兩種以上的破碎方法聯(lián)合作用對固體廢物進(jìn)行破碎的，例如壓碎和折斷、沖擊破碎和磨碎等。（3）破碎方法第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選一、工業(yè)固廢的破碎2.破碎機(jī)固體廢物的破碎多采用機(jī)械方法進(jìn)行破碎，而且通常采用兩種或兩種以上的設(shè)備聯(lián)合使用。顎式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)沖擊式破碎機(jī)剪切式破碎機(jī)輥式破碎機(jī)球磨機(jī)等（1）簡單擺動顎式破碎機(jī)

簡單擺動顎式破碎機(jī)主要由機(jī)架、工作機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、保險裝置等部分組成。工作原理：皮帶輪帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)時，偏心頂點(diǎn)牽動連桿上下運(yùn)動，也就牽動前后推力板作舒張及收縮運(yùn)動。從而使顎時而靠近固定顎，時而又離開固定顎。動領(lǐng)靠近固定額時京對破碎腔內(nèi)的物料進(jìn)行壓碎、劈碎及折斷。破碎后的物料在動顎后退時靠自重從破碎腔內(nèi)落下。

顎式破碎機(jī)(2)復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)從構(gòu)造上看，復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)與簡單擺動顎式破碎機(jī)的區(qū)別是少了一根動顎懸掛的心軸，動顎與連桿合為一個部件，沒有垂直連桿，肘板也只有一塊?？梢姡瑥?fù)雜擺動領(lǐng)式破碎機(jī)構(gòu)造簡單。但動顎的運(yùn)動卻較簡單擺動顎式破碎機(jī)復(fù)雜，動顎在水平方向有擺動，同時在垂直方向也有運(yùn)動，是一種復(fù)雜運(yùn)動，不失為稱復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)。復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)破碎產(chǎn)品較細(xì)，破碎比大(一般可達(dá)4—8、簡擺型只能達(dá)3—6)。規(guī)格相同時，復(fù)擺型比簡擺型破碎能力高20—30％。

顎式破碎機(jī)(3)顎式破碎機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

顎式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固、維護(hù)方便、高度小、工作可靠等特點(diǎn)。在固體廢物破碎處理中，主要用破碎強(qiáng)度及韌性高、腐蝕性強(qiáng)的廢物。例如，煤矸石作為沸騰爐燃料，制磚和水泥原料時的破碎等。既可用于粗碎，也可用于中、細(xì)碎。

顎式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)工作原理利用沖擊摩擦和剪切作用將固體廢物粉碎。主要構(gòu)件：轉(zhuǎn)子+重錘+破碎板錘式破碎機(jī)分類：單轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)(只有一個轉(zhuǎn)子)；單轉(zhuǎn)子破碎機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，又可分為：可逆式(轉(zhuǎn)子可兩個方向轉(zhuǎn)動)不可逆式(轉(zhuǎn)子只能一個方向轉(zhuǎn)動)雙轉(zhuǎn)子破碎機(jī)(它有兩個作相對回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子)。錘式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)優(yōu)點(diǎn)：適用于大體積、硬質(zhì)物質(zhì)的破碎，破碎顆粒均勻。錘式破碎機(jī)缺點(diǎn)：噪聲大，安裝需要防震和隔音措施。耐腐蝕性較弱，破碎中等硬度且腐蝕性弱的物質(zhì)。典型機(jī)型：BJD型普通錘式破碎機(jī)家具電器等BJD型破碎金屬切屑錘式破碎機(jī)金屬團(tuán)塊HammerMills型錘式破碎機(jī)汽車等大型固廢Novorotor型錘式破碎機(jī)有磨碎裝置，破碎比>30剪切式破碎機(jī)工作原理：剪切式破碎機(jī)是通過固定刀和可動刀(往復(fù)式刀或旋轉(zhuǎn)式刀)之間的嚙合作用，將固體廢物切開或割裂適宜的形狀和尺寸。適用范疇：特別適合破碎低二氧化硅含量的松散物料。類型根據(jù)刀刃的運(yùn)動方式：往復(fù)式+回轉(zhuǎn)式典型機(jī)型：馮.羅爾（VonRoll）型往復(fù)剪切破碎機(jī)：7片固定刀+6片活動刀林德曼（Lindemann）型剪切破碎機(jī)：預(yù)壓機(jī)+剪切機(jī)旋轉(zhuǎn)剪切破碎機(jī)：不適用于破碎硬大的廢物球磨機(jī)簡介：磨碎在固體廢物處理與利用中占有重要地位。對于礦業(yè)廢物和工業(yè)廢物尤其是這樣。適用于物料的深加工。例如，在煤矸石生產(chǎn)水泥、磚瓦、矸石棉、化肥和得取化工原料等；在硫鐵礦燒渣煉鐵制造球團(tuán)，回收有色金屬、制造鐵粉和化工原料、生產(chǎn)鑄石等；電石渣生產(chǎn)水泥、磚瓦、回收化工原料等；鋼渣生產(chǎn)水泥、磚瓦、化肥、溶劑等等過程都離不開球磨機(jī)對固體廢物的磨碎。主要構(gòu)件組成圓柱筒體、端蓋、中空軸頸、軸承、傳動大齒圈工作原理依靠鋼球和物料的沖擊和研磨作用，將物料磨碎。（三）非機(jī)械能破碎低溫破碎技術(shù)對于常溫下難以破碎的固體廢物如汽車輪胎、包覆電線、家用電器等，可利用其低溫變脆的性能而有效地破碎。亦可利用不同的物質(zhì)脆化溫度的差異進(jìn)行選擇性破碎，即所謂。低溫破碎介質(zhì)液氮液氮具有致冷溫度低、無毒、無爆炸危險等優(yōu)點(diǎn)。但制備液氮需耗用大量能源，故低溫破碎的對象僅限于常溫難破碎的廢物，如橡膠和塑料。低溫破碎超聲波破碎空化效應(yīng)由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，在傳播過程中，介質(zhì)的壓力作交替變化。在負(fù)壓區(qū)域，液體中產(chǎn)生撕裂的力，并形成真空的氣泡。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時，氣泡迅速增長，在正壓區(qū)域氣泡由于受到壓力擠破滅、閉合。此時，液體間相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波。雖然位移、速度都非常小，但加速度卻非常大，局部壓力可達(dá)幾千個大氣壓，這就是所謂的空化效應(yīng)。利用空化效應(yīng)形成的剪切力進(jìn)行破碎。第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選二、工業(yè)固廢的分選1.篩分篩分是利用篩子將粒度范圍較寬的顆粒群分成窄級別的作業(yè)。該分離過程可看作是由物料分層和細(xì)粒透過篩子兩個階段組成的。物料分層是完成分離的條件，細(xì)粒透過篩子是分離的目的。常見的篩分設(shè)備有：固定篩、筒形篩和振動篩等。固定篩：篩面由許多平行排列的篩條組成，可以水平安裝或傾斜安裝。固定篩由于構(gòu)造簡單、不耗用動力、設(shè)備費(fèi)用低和維修方便，在固體廢物處理中廣泛應(yīng)用。筒形篩：筒形篩是一個傾斜的圓筒，置于若干滾子上，圓筒的側(cè)壁上開有許多篩孔。圓筒以很慢的速度轉(zhuǎn)動（10-15r/min），因此不需要很大動力，這種篩的優(yōu)點(diǎn)是不會堵塞。筒形篩篩分時，固體廢物在篩中不斷滾翻，較小的物料顆粒最終通過篩孔篩出。振動篩：振動篩由于篩面強(qiáng)烈振動，消除了堵塞篩孔的現(xiàn)象，有利于濕物料的篩分，可用于粗、中細(xì)粒的篩分，還可以用于振動和脫泥篩分。固定篩圓筒篩振動篩第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選二、工業(yè)固廢的分選2.重力分選（1）重介質(zhì)分選重介質(zhì)有重液和重懸浮液兩大類?？梢詫X從較重的物料中分離出來，或應(yīng)用在選煤中。（2）跳汰分選跳汰分選是在垂直脈沖介質(zhì)中顆粒群反復(fù)交替地膨脹收縮，按密度分選固體廢物的一種方法。供料在水介質(zhì)中受到脈沖力作用，于是整個篩面上的物料層不斷地被沖起又落下，顆粒之間頻繁接觸，逐漸形成一按密度分層的床層。（3）風(fēng)力分選（氣流分選）風(fēng)力分選簡稱風(fēng)選，又稱氣流分選，是以空氣為分選介質(zhì)，將輕物料從較重物料中分離出來一種方法。（4）搖床分選搖床分選是在一個傾斜的床面上，借助床面的不對稱往復(fù)運(yùn)動和薄層斜面水流的綜合作用，使細(xì)粒固體廢物按密度差異在床面上呈扇形分布而進(jìn)行分選的一種方法。第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選二、工業(yè)固廢的分選3.磁力分選磁力分選簡稱磁選。磁選有兩種類型：一種是傳統(tǒng)的磁選法，另一種是磁流體分選法，后者是近二十年發(fā)展起來的一種新的分選方法。磁選過程示意圖第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選二、工業(yè)固廢的分選4.電力分選廢物顆粒的電選分離過程，廢料由給料斗均勻給入輥筒上，隨著輥筒的旋轉(zhuǎn)，廢物顆粒進(jìn)入電暈電場區(qū)，由于空間帶有電荷，使導(dǎo)體和非導(dǎo)體顆粒都獲得負(fù)電荷（與電暈電極相反）。導(dǎo)體顆粒一面帶電，一面又把電荷傳給輥筒，其放電速度快，因此，當(dāng)廢物顆粒隨著輥筒的旋轉(zhuǎn)離開電暈電場區(qū)而進(jìn)入靜電場區(qū)時，導(dǎo)體顆粒的剩余電荷少。第二節(jié)工業(yè)固廢的破碎與分選二、工業(yè)固廢的分選5.浮選浮選是利用廢水中的顆粒的疏水性，通過在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡，使廢水中的污染物吸附在氣泡上，隨氣泡的上浮，污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層，收集泡沫層即可把污染物與水分離。第三節(jié)工業(yè)固廢的焚燒與熱解一、化工固廢的焚燒1、焚燒法焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，即以一定的過剩空氣量與被處理的有機(jī)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，廢物中的有害有毒物質(zhì)在高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時實(shí)現(xiàn)廢物無害化、減量化、資源化的處理技術(shù)。主要目的是盡可能焚毀廢物，使被焚燒的物質(zhì)變?yōu)闊o害和最大限度地減容，并盡量減少新的污染物質(zhì)產(chǎn)生，避免造成二次污染。焚燒法不但可以處理固體廢物，還可以處理液體廢物和氣體廢物；不但可以處理城市垃圾和一般工業(yè)廢物，而且可以用于處理危險廢物。危險廢物中的有機(jī)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)廢物，常用焚燒來處理。第三節(jié)工業(yè)固廢的焚燒與熱解一、化工固廢的焚燒2、焚燒系統(tǒng)一座大型垃圾焚燒廠通常包括下述八個系統(tǒng)：(1)貯存及進(jìn)料系統(tǒng)(2)焚燒爐(3)廢熱回收系統(tǒng)(4)發(fā)電系統(tǒng)(5)給水處理系統(tǒng)(6)廢氣處理系統(tǒng)(7)廢水處理系統(tǒng)(8)灰渣收集及處理系統(tǒng)圖13-1典型垃圾焚燒工藝系統(tǒng)示意圖

3、焚燒爐（1）機(jī)械爐排焚燒爐機(jī)械爐排焚燒爐的心臟是機(jī)械爐排及燃燒室。爐排的主要作用是運(yùn)送固體廢物和爐渣通過爐體，還可以不斷地攪動固體廢物，并在攪動的同時使從爐排下方吹入的空氣穿過固體燃燒層，使燃燒反應(yīng)進(jìn)行得更加充分。圖13-2機(jī)械爐排焚燒爐結(jié)構(gòu)示意圖

圖爐排焚燒爐的燃燒示意概念圖

（2）回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐因其獨(dú)特的爐身構(gòu)造而具有以下特點(diǎn)：進(jìn)料適應(yīng)性廣，能焚燒不同物態(tài)（固體、液體、污泥）及形狀（粉末、顆粒、塊狀）的廢物，可在熔融態(tài)下工作；工作連續(xù)，且可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制停留時間；結(jié)構(gòu)簡單，故障少，維修費(fèi)用低；過?？諝庀禂?shù)大，故熱效率偏低（35%-40%）；球形廢物已滾出回轉(zhuǎn)窯，不易完全燃燒。圖13-4逆流回轉(zhuǎn)焚燒爐

（3）流化床焚燒爐流化床焚燒爐特點(diǎn)：氣固混合強(qiáng)烈，過?？諝庀禂?shù)較小，燃燒效率高；傳熱均勻，床溫易于控制；構(gòu)造簡單，造價低，故障率亦低；大塊物料需預(yù)破碎，廢氣中粉塵含量高；動力消耗很大。圖13-5流化床焚燒爐1-污泥供料管；2-泡罩；3-熱電偶；4-分配板；5-補(bǔ)助燃燒噴嘴；6-耐火材料；7-燃燒室

（4）特殊焚燒爐——多段爐多段爐的特點(diǎn)：廢物在爐內(nèi)停留時間長，能揮發(fā)較多水分，特別適合處理含水多、熱值低的污泥，目前世界70%的污泥焚燒都使用多段爐。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移動零件多，易出故障，維修費(fèi)用高。圖13-6立式多段焚燒爐

二、工業(yè)固廢的熱解1.熱解概念熱解(pyrolysis)在工業(yè)上也稱為干餾。固體廢物熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧條件下受熱分解的過程。2.影響有機(jī)固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素影響有機(jī)固體廢棄物熱解產(chǎn)物的因素有很多，如物料特性、熱解終溫、爐型、堆積特性、加熱方式、各組分的停留時間等，而且這些因素都是互相耦合的，形成非線性的關(guān)系。各種影響因素的關(guān)聯(lián)度大小為：熱解終溫>物料特性>加熱速率>物料的填實(shí)度>物料粒徑。熱解終溫的關(guān)聯(lián)度數(shù)值最大，這說明熱解終溫是最重要的參數(shù)之一。3.典型固體廢物的熱解（1）廢塑料的熱解主要產(chǎn)物為C1~C44的燃料油和燃料氣以及固體殘渣。在通常情況下，產(chǎn)生的燃料氣基本上在系統(tǒng)內(nèi)全部消耗掉，燃料油也部分消耗。聚烯烴在熱作用下可以發(fā)生裂解，產(chǎn)生低分子量化合物，有氣體、液體、固體，其中氣體可作燃?xì)?，液體作汽油、柴油等，固體作鋪路材料。有催化劑存在時會改變裂解機(jī)理或裂解速度，使產(chǎn)物組分發(fā)生改變。聚烯烴在催化劑存在下分解，其分解速度大大增加，如PE（聚乙烯）在熔融鹽分解爐中有沸石催化劑存在時，在420-580℃分解，其分解速度提高2-7倍。廢舊PE（聚乙烯）和PP（聚丙烯）聚合物在高溫下可以發(fā)生裂解，隨溫度不同，裂解產(chǎn)物有所變化。裂解溫度在800℃時，熱分解產(chǎn)物大部分是乙烯、丙烯和甲烷；在中等溫度400-500℃之間，熱分解產(chǎn)物有液體、氣體、固體殘留物，其中氣體占20％-40％，液體35％-70％，殘留物10％-30％；在較低溫度下裂解產(chǎn)生較多的是高沸點(diǎn)化合物。隨溫度提高，低分子量物質(zhì)含量會提高，在常溫下為氣體。3.典型固體廢物的熱解（2）橡膠的熱解處理廢輪胎高溫?zé)峤饪客獠考訜崾够瘜W(xué)鏈打開，有機(jī)物得以分解或液化、汽化。熱解溫度在250℃-500℃范圍內(nèi)，當(dāng)溫度高于250℃時，破碎輪胎分解出的液態(tài)油和氣體會隨溫度升高而增加。400℃以上時依采用的方法不同，液態(tài)油和固態(tài)炭黑的產(chǎn)量隨氣體產(chǎn)量的增加而減少。4%NaOH溶液是最常用的廢輪胎熱解催化劑，它能加速高分子鏈的斷裂，在相同的溫度下可以增加液態(tài)油的產(chǎn)量，同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量。輪胎橡膠的熱穩(wěn)定性可以用三個溫度區(qū)域表示：<200℃，200℃-300℃及300℃以上。在200℃以下無氧存在時，橡膠較穩(wěn)定。在200℃-300℃，橡膠特性粘數(shù)迅速改變，低分子量的物質(zhì)被“熱餾”出來，殘余物成為不溶性干性物。此時橡膠中的高分子鏈有些還未斷裂，有些斷裂成為較大分子量的化學(xué)物質(zhì)，因此產(chǎn)生的油黑而且粘，分子量大，碳黑生成很不完全。當(dāng)溫度高于300℃時，橡膠分解加快，斷裂出來的化學(xué)物質(zhì)分子量較小，產(chǎn)生的油流動性較好，而且透明。第四節(jié)典型固體廢物的處理與利用一、粉煤灰的處理與利用1.粉煤灰簡介粉煤灰是燃煤電廠排出的主要污染物。粉煤灰實(shí)際上是煤的非揮發(fā)物殘渣。它是煤粉進(jìn)入1300℃-1500℃的爐膛，在懸浮燃燒后產(chǎn)生的3種固體產(chǎn)物的總和，包括：①漂灰，它是從煙囪中漂出來的細(xì)灰；②粉煤灰，又稱飛灰，它是煙道氣體中收集的細(xì)灰；③爐底灰，是從爐底中排出的爐渣中的細(xì)灰。一般煙煤的灰分含量都小于25%，而褐煤、低品級煙煤以及石煤灰分含量較高，有的高達(dá)50%以上。我國煤的平均粉煤灰產(chǎn)出量是25-30kg/t。每一萬千瓦發(fā)電機(jī)組排灰渣量約19-110萬噸。2.粉煤灰結(jié)構(gòu)在普通光學(xué)顯微鏡下呈球形,泛貝殼狀光澤,很象粒粒晶瑩珍珠的微珠；在掃描電鏡下觀察,會發(fā)現(xiàn)這些微珠并不像在顯微鏡下看到的中空亮球,而是微珠的外表有許多不規(guī)則的突起,殼壁上可見氣孔,而且大顆粒里面包裹了大量的玻璃微珠,象石榴一樣,粒徑約為6μm,壁厚。這就是通常所稱的子母珠或復(fù)珠。粉煤灰結(jié)構(gòu)：顯微照片3.粉煤灰的物理性質(zhì)粉煤灰是固體物質(zhì)的細(xì)分散相，顏色由灰白色至黑色。粉煤灰顆粒大部分為空心微珠；微珠表面凹凸不平，極不均勻，微孔較??；一部分因在溶融狀態(tài)下互相碰撞而連接，成為粗糙表面，棱角較多的蜂窩狀粒子，顆粒粒徑集中在10-1000μm之間，約占85%以上。比重——211-214g/cm3容重——15-110g/cm3比表面積——2000-4000cm2/g粉煤灰吸附氣態(tài)水的能力和吸水的能力與土壤大致相同，最大吸水量在417-1038g/kg間，不同粉煤灰之間的差異較大。4.粉煤灰的活性（1）物理活性物理活性是指粉煤灰在硅酸鹽材料中的顆粒形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)的總和。它能促進(jìn)硅酸鹽制品的膠凝活性和改善制品的性能(如強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性等)，是早期活性的主要來源。（2）化學(xué)活性粉煤灰的化學(xué)活性來源于熔融后被迅速冷卻而形成的玻璃態(tài)顆粒(多孔玻璃體和玻璃珠)中可溶性的SiO2、Al2O3等活性組分?；钚許iO2、Al2O3在有水存在時，可以與Ca(OH)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣(C-S-H)和水化硅酸鋁(A-S-H)。這一性質(zhì)成為粉煤灰在水泥和棍凝土中以及粉煤灰建材制品中應(yīng)用的基礎(chǔ)。5.粉煤灰用途（1）粉煤灰在建筑材料中的應(yīng)用電廠排放的粉煤灰可直接用作建筑材料，如可用粉煤灰制作空心磚、砌塊和水泥的填料。粉煤灰中含有少量炭，可節(jié)省燃料，降低能耗。粉煤灰磚比粘土磚輕10-20%，可減輕建筑物自重和建筑工人勞動強(qiáng)度。以粉煤灰為主要原料制成的粉煤灰砌塊，具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、成型方便、工藝簡單等特點(diǎn)，可取代粘土磚，廣泛用于建筑行業(yè)。（2）粉煤灰在建筑工程中的應(yīng)用粉煤灰在建筑工程中可用于制作砂漿粉和混凝土的摻料。粉煤灰砂漿粉是以粉煤灰為主要原料，按一定比例加入水泥、石灰、石膏等制成。用固化劑固化粉煤灰作建筑材料，其性能優(yōu)于粘性土料，達(dá)到并超過用10%的水泥固化粉煤灰的性能。5.粉煤灰用途（3）粉煤灰在道路工程中的應(yīng)用利用粉煤灰代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂、土或其他填筑材料，不僅可做道路基層混合料，還是路堤填方的好材料，其原因?yàn)椋簼B透性好、密度較小、粒徑適中、穩(wěn)定性好、壓縮系數(shù)小。粉煤灰在道路工程中的應(yīng)用比較廣泛，不僅用于路堤填筑、鐵路路基，而且可以用于路面基層和底基層的混合料中以及機(jī)場場道基層中。我國粉煤灰路堤應(yīng)用舉例：第一條試驗(yàn)公路是在云南324國道上，高7.6m；第一條高速公路試驗(yàn)路堤是在1985年修筑的滬嘉高速公路上；第一條加筋粉煤灰擋墻高速路堤是在1991年青平一級公路上，最高達(dá)8.75m。在1993年竣工的濟(jì)青高速公路上粉煤灰路堤試驗(yàn)段長3625m，消化濕排粉煤灰近40萬t，節(jié)約土地300余畝，解決了高填土路基填料不足的困難。5.粉煤灰用途（4）粉煤灰在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用①利用粉煤灰改良鹽堿地施加粉煤灰的鹽堿地土壤變松散，返鹽返堿程度輕，可防止或減少由于表土鹽分過高而鹽害幼苗的現(xiàn)象。②利用粉煤灰作堆肥粉煤灰堆肥發(fā)酵比純用城市垃圾堆肥慢，不過發(fā)酵后熱量散失也慢，雨水不易滲下去，對防止肥效流失有利。粉煤灰比垃圾干凈，無雜質(zhì)、無蟲卵與病菌，有利于田間操作及減凈，無雜質(zhì)、無蟲卵與病菌，有利于田間操作及減少作物病蟲害的傳播。③粉煤灰肥料由于粉煤灰含有鋅、銅、硼、鉬、鐵等微量元素，可將其加工成高效復(fù)合肥料，比如制成硅、鈣肥。。④用于水稻育秧粉煤灰可代替馬糞等做水稻秧田的覆蓋物，而且育出的秧苗具有苗壯、根系發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，效果良好。5.粉煤灰用途（5）粉煤灰在環(huán)保與化工方面的應(yīng)用①物理吸咐粉煤灰比表面不大，但粒徑很小，有眾多微孔和次微孔，合適的孔結(jié)構(gòu)為廢水中污染物提供了極好的通道與被吸咐孔穴。物理吸咐主要特征是吸附時粉煤灰顆粒表面能降低、放熱，故在低溫下可自發(fā)進(jìn)行；吸咐無選擇性，對各種污染物都有一定的吸附去除能力。②化學(xué)吸咐粉煤灰分子結(jié)構(gòu)中存在大量Al-O和Si-O活性基團(tuán)，能與吸咐質(zhì)化學(xué)鍵或離子發(fā)生結(jié)合，從而產(chǎn)生吸咐。其特點(diǎn)是選擇性強(qiáng)，通常為不可逆。③中和反應(yīng)粉煤灰組分中含有CaCO3、MgO、K2O等堿性物質(zhì)，可用來中和氣體中的酸性成分，凈化含酸性污染物的廢水和氣體。5.粉煤灰用途（5）粉煤灰在環(huán)保與化工方面的應(yīng)用④制備混凝劑在粉煤灰中加入少量硫鐵礦燒渣和適量氯化鈉，在一定溫度下用鹽酸浸提，即制得集物理吸咐和化學(xué)混凝為一體的粉煤灰混凝劑。這種混凝劑可用于造紙、制藥、印染、制革等工業(yè)廢水處理。⑤深度處理焦化廢水采用粉煤灰凈化生化出口水，可使污染物含量達(dá)到國家限值要求，同時有較好的脫色除臭效果。⑥制備煙氣脫硫吸收劑粉煤灰與氫氧化鈉反應(yīng)能夠生成沸石，沸石分子篩對二氧化硫吸咐作用很強(qiáng)。合成沸石還可用于處理垃圾焚燒煙道氣，以去除汞和二惡英等異物。二、鉻渣的處理與利用1.鉻渣簡介鉻渣是金屬鉻和鉻鹽生產(chǎn)過程中排放的廢渣。通常，每生產(chǎn)1t鉻鹽可排放3~5t鉻渣。含鉻固體廢渣是危險的固體廢棄物，它會對周圍生態(tài)環(huán)境造成持續(xù)性的污染。鉻渣中的有害成分主要是可溶性鉻酸鈉、酸溶性鉻酸鈣等六價鉻離子。2.鉻渣中的主要化學(xué)成分鉻渣為有毒廢渣，具有致癌性，其外觀有黃、黑、赭等顏色，鉻渣的組成隨原料和生產(chǎn)工藝的不同而改變。鉻渣中常含有鎂、鈣、鋁等氧化物、三氧化二鉻、水溶性鉻酸鈉（Na2CrO3）、酸溶性鉻酸鈣（CaCrO4）等。組成Cr2O3CaOMgOAl2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％2.5~429~3620~335~8組成Fe2O3SiO2水溶性Cr6+酸溶性Cr6+質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％7~118~110.28~1.340.9~1.49表13-7鉻渣組成

3.鉻渣的危害和對環(huán)境的影響鉻渣對環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在：﹙1﹚對大氣環(huán)境影響。鉻渣對大氣的影響主要表現(xiàn)在大風(fēng)使鉻渣揚(yáng)塵，全國每年排放含鉻粉塵約2400t，其中大部分為生產(chǎn)過程排放，少部分為鉻渣揚(yáng)塵。﹙2﹚對土壤和水環(huán)境影響。如果鉻渣堆場沒有可靠的防滲漏設(shè)施，遇雨水沖刷，含鉻污水四處溢流、下滲，造成對周圍土壤、地下水、河道的污染。如錦州鐵合金廠周圍土壤和地下水污染范圍長達(dá)12.5km，寬1km，有9個自然村、千眼井受六價鉻不同程度的污染。（3）對農(nóng)作物影響。食物中含鉻在0.175×10-6~0.47×10-6，飼料中含鉻在2×10-6以下，一般認(rèn)為是允許的。4.鉻渣的綜合利用（1）鉻渣用于煉鐵工業(yè)用鉻渣代替白云石、石灰石作為生鐵冶煉過程的添加劑，在高爐冶煉過程中六價鉻可完全被還原，同時還原后的金屬鉻進(jìn)入生鐵中使其機(jī)械性能、硬度等都有所提高。（2）鉻渣生產(chǎn)鈣鎂磷肥鉻渣中含MgO27~31%，SiO24~30%，因此適當(dāng)調(diào)整配料比例，可用鉻渣作熔劑生產(chǎn)鈣鎂磷肥。將磷礦石、白云石、硅石、鉻渣及焦碳按一定比例投入高爐，經(jīng)高溫熔融，水淬驟冷，使晶態(tài)磷酸三鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樗纱嗟臒o定形、易被植物吸收的鈣鎂磷肥。同時在高溫還原狀態(tài)下，鉻渣中有毒的六價鉻離子被轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定性強(qiáng)、沒有毒性的三價鉻氧化物存在于玻璃體中，鉻渣得到解毒和綜合利用。4.鉻渣的綜合利用（3）鉻渣用于水泥生產(chǎn)鉻渣外觀與鐵粉相似，但曬干后為黃白色顆粒，主要礦物組成為硅酸二鈣、鐵鋁酸鈣和方鎂石（三者含量達(dá)70%），與水泥熟料礦物組成相似，這為鉻渣用于水泥生產(chǎn)提供了依據(jù)。（4）利用鉻渣燒制彩釉?；u將鉻渣與陶瓷原料制得的基料按比例充分混合，噴入霧化水，混勻，造粒、用壓機(jī)成型，干燥后素?zé)?，然后上釉再干燥，最后入窯燒成。（5）鉻渣制造微晶玻璃建筑裝飾板微晶玻璃是一定組成的配合料經(jīng)熔融成型后，通過特定溫度的受控結(jié)晶，在均質(zhì)玻璃體中形成數(shù)量大而尺寸細(xì)小的晶粒。以鉻渣為主要原料制備微晶玻璃，鉻渣中的Cr2O3正是理想的成核劑。三、赤泥的處理與利用1.赤泥簡介赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的廢料，化學(xué)成分極其復(fù)雜，一般每生產(chǎn)一噸氧化鋁大約產(chǎn)出1.0ｔ-1.3ｔ赤泥。赤泥的產(chǎn)生量與氧化鋁的生產(chǎn)方法及礦石品位有關(guān)，一般每生產(chǎn)1t氧化鋁產(chǎn)出1.5t左右赤泥。據(jù)不完全統(tǒng)計，1997年我國排放赤泥約163.5萬t，歷年累計堆存量為2164萬t，堆存占地面積為137.8萬m2。赤泥的排放占用了大量土地，嚴(yán)重污染了環(huán)境。2.赤泥的化學(xué)成份（1）赤泥的礦物組成赤泥的主要礦物組成為文石和方解石，含量為60%-65%，其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦，含量最少的是鈦礦物、菱鐵礦、天然堿、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。其礦物組成復(fù)雜，且不符合天然土的礦物組合。組成β-C2SFe2O3·nH2OC3A﹢C3ASх﹙6-2n﹚H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％50-604-75-10組成NAS2·nH2OCaCO3CaOTi