固体废弃物的处理处置与资源化综述.docx

固体废弃物的处理处置与资源化综述
固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃圾”。主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。有些国家把废酸、废碱、废油、废有机溶剂等高浓度的液体也归为固体废弃物。[1]
随着科学技术的进步,社会经济进入了高速发展时期。在工业生产发展的同时,自然资源的消耗和废物的产生也同样急剧增长,由此造成了一些自然资源的日益枯竭和世界性环境污染的日趋严重。
根据目前的技术条件,在生产中,总免不了会将所利用的一部分天然资源作为废弃物而丢弃;在消费中,各种产品又都有一定的使用寿命,超过一定期限就会成为废弃物而被抛弃。所以,在当前的生产、生活中,固体废弃物的产生和排弃有其必然性。而解决环境问题的最有效方法就是放弃那种大量生产、大量消费的社会生活方式,以减少材料的生产、使用和废弃。但是如果这样做,工业生产就会停滞不前,大众的消费水准就会降低。
所以,单纯地抑制经济增长只会激化矛盾,因此,增长是绝对必要的。持续增长必须以环境问题为前提,通过新技术的进步来满足人类社会的各种需求。
近十年来,鉴于固体废弃物运输和处置成本的不断提高,因填埋而使城市周围可用土地的日渐减少,人类社会对环境保护的迫切要求,有限自然资源的逐步枯竭,这就使各发达国家在固体废弃物管理中,将变废弃物为有用材料和能源的转换,已经成为比过去更有吸引力的一种选择。在当今发达的国家里,废弃物被定义为“不得其所的资源”, 是在不恰当的时间,放在不恰当的地方的原材料”。
在最近几年里,各行各业不断使用“回用”、“再生”和“资源化”这些字眼,而且这种趋势还将继续。“回用”,是指不止一次地使用废旧材料和产品;“再生”,是指例如纸、塑料、玻璃这些固体废弃物,用比较经济的加工方法使之成为再生材料;“资源化”,常指用固体废弃物制取可用的材料或能量,包括废弃物的综合利用。虽然这些用词之间有着重要的技术上的区别,但从概念上来说都有一个目标,就是使废弃物具有最佳的经济价值,减少和防止从一切生产和消费活动中产生固体废弃物。
固体废弃物处理的最终出路在于“废弃物资源化”,这种哲理在世界各国中正变成一种废弃物管理体系的基本政策。目前,发达国家已将“废弃物资源化”列为国家经济建设的重点,并将固体废弃物列入资源的范畴,将再生资源的开发利用视为第二矿业,掀起了“二次物料工业革命”的热潮,形成了一个新兴的工业体系。
在我国,科学技术发展的战略目标是有效地控制和缓解人口、资源和环境的压力。在1995 年通过的《社会发展科技计划纲要》中“, 废弃物资源化”这一提法也已正式出现在国家的重要文件中。[2]
固体废弃物按管理需要将其分为三类：即工矿业固体废物、有毒有害固体废物和城市垃圾。[3]
一般工矿业固体废物是指工业生产、加工和采矿过程中排出的废渣、粉尘、废屑、污泥、废石和尾矿等。如：冶金工业产生的高炉矿渣、钢渣、赤泥；采煤和选矿过程中排出的煤矸石；燃煤设备产生的粉煤灰、烟道灰；木材加工工业产生的刨花、木屑、边角料；选矿过程中经过提取精选后剩余的尾渣，其产生量相当大，多堆弃在选矿作业场附近。
有毒有害固体废物指凡能引起或导致人及动物或死亡或严重疾病的固体废物，在我国，放射性固体废物属于有毒有害固体废物，对有毒有害固体废物的管理一直是国家废物管理的重点之一。有毒有害固体废物的危害特性不尽相同，大体可分为：易燃性、腐蚀性、化学反应性、浸出毒性、急性毒性、放射性和变异性。
城市垃圾是指城市居民在日常生活中抛弃的固体垃圾。它主要包括：生活垃圾、市场垃圾、零散垃圾、医院垃圾、建筑垃圾和街道扫集物等。其中医院垃圾（特别是带有病原体的）和建筑垃圾应予单独处理，其他通常由环卫部门集中处理的称为生活垃圾。生活垃圾是一种由多种物质组成的异质混合体，其处理方法大致有焚烧、卫生填埋和堆肥。城市是人口密集的地方，也是工业、经济和技术集中的地方。由于人口增长、经济发展和生活水平的提高，城市垃圾产量迅速增长，成分也越来越复杂，污染问题已成为世界性城市环境公害之一。[3]
固体废物资源化应当遵循以下原则：第一，资源化技术应是可行的；第二，固体废物资源化的经济效益应是较大的；第三，固体废物应尽可能利用，以便节省废物收贮、运输等过程的投资，提高资源化的经济效益；第四，固体废物资源化产品应当具有与相应的原材料所得产品相竞争的能力，否则，采用的技术不可能持久。[3]
世界各国对于固体废弃物资源化的技术水平并不高,其处理方法也较为消极,基本都限于单种废弃物的回收利用。见下图[2]

虽然大范围的废弃物处理仍处在较为低端的状态，但是有关固体废弃物处理处置与资源化的新方法在近些年层出不穷，在此挑选一些有代表性的方法做简单说明。
废弃物复合材料
1995 年10 月国家科委召开了“全国社会发展工作会议”,会议文件《资源综合利用科技专项行动》中,就提到了一个科研成果:“废弃物复合材料是我国独创的一项技术,具有兼具钢铁与高分子聚合物特性的新型高强度材料,可以在广泛的应用领域中代替木材、钢铁、塑料、瓷等。不仅可以大幅度地消耗不同类型废弃物,而且还有很强的市场竞争力。
废弃物复合材料,是全部用固体废弃物作为原料制成的一种复合材料,这类复合材料包括的品种很多,按基体性质的不同,可归纳分为三种类型,即聚合物基、硅酸盐基(陶瓷基) 、金属基。
实践证明,单种固体废弃物回收利用,成本高,再生品质量低,无竞争力。但如果根据复合材料的概念,把多种不同类的固体废弃物制成各种各样的固体废弃物复合材料,则会得到在材料性能上扬长避短,使固体废弃物增值的最佳效益。这种材料既保持各组分原有的主要性能,又往往具有原组分中所没有的新特性。[2]
等离子体技术
等离子体技术应用于污染治理的研究开始于20世纪50年代,由于等离子体中的电子具有较宽的能量分布,电子能量高,可与原子、分子碰撞,产生各种粒子,从而进行热化学较困难甚至不可能进行的化学反应。[4]
目前等离子体处理废弃物的应用研究均取得了较好的效果。中国科学院等离子体研究所通过150 kw的高效电弧在等离子高温无氧状态下,将危险废弃物在炉内分解成气体、玻璃体和金属三种物质,然后从各自的排放通道有效分离。由于整个处理过程和处理环境实现了“全封闭”,因此不会造成对空气的污染,同时排放出的玻璃体可用作建材,金属可回收使用,从而基本上实现了真正意义上的污染物“零排放”。[5]
热裂解技术处理
热裂解是一种古老的工业化生产技术,该技术最早用于煤的干馏,所得焦炭产品主要作为冶炼钢铁的燃料。随着现代化工业的发展,该技术的应用范围逐渐得到扩大,被用于各相关领域。特别是世界性能源危机对工业化国家经济的冲击,使得人们逐渐意识到开发再生能源的重要性,热裂解技术被逐渐用于固体废物的资源化处理。同时,热裂解是在缺氧条件下,把高分子结构转换为低分子结构,可以对有毒物质进行分解,减轻对环境的污染,因此将热裂解技术用于固体废物处理,既可极大限度的回收能源,又可无害化处理。
热解在英文中使用“Pyrolysis”一词,在工业上也称为干馏。它是将有机物在无氧或缺氧状态下加热,使之分解为:
(1) 以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体;
(2) 在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的可燃油;
(3) 纯碳与玻璃、金属、土砂等混合形成的炭黑的化学分解过程。
采用热裂解技术处理固体废物,不但可以避免感染的危险,也可除去毒物,保护环境,加上能源的回收,可谓是一举数得,其将取代传统焚化而变成处理固体废物特别是有害废弃物的主流。[6]
生物制氢
早在 19 世纪,人们就已经认识到细菌和藻类具有产生分子氢的特性。生物制氢想法最先是由Lewis于1966 年提出的[7], 20 世纪70 年代世界性的能源危机爆发, 生物制氢的实用性及可行性才得到高度的重视。当今人类所面临的能源与环境双重压力,使生物制氢研究再度受到重视, 人们试着把氢气的获取和固体废弃物的处理结合起来, 即以有机固体废弃物为供氢体, 利用纯的光合细菌或厌氧细菌制备氢气。20 世纪90 年代后期, 人们直接以厌氧活性污泥作为天然产氢微生物菌群, 通过厌氧发酵亦成功制备出氢气[8]。厌氧发酵的优势在于, 首先固体废弃物转化为氢气的过程中实现了垃圾的减量化;其次,与好氧过程相比,厌氧消化过程不需要氧气,降低动力消耗,因而将大大降低运行成本。
利用固体废弃物生物制氢,一方面可以减少固体废弃物的排放量,减轻固体废弃物给环境造成的压力,起到治理环境的作用;另一方面,使固体废弃物中的有用物质转化能源及对环境有益的二次产物,具有明显的经济效益、环境效益和社会效益, 是实现有机废物无害化、减量化、资源化的有效的途径。我们相信,随着科学技术的进一步发展,会有更为有效的生物制氢处理工艺被发明并应用于实践,从而真正实现由“废物”变“财富”的梦想。[9]
仿生群乐体
十多年前,国际上创建了无废生产的概念。在理论上,从生产工艺本身出发建立无废生产工艺是可行的,是治理工业三废的重要途径。但是,目前无废生产工艺还仅限于单个生产工艺,而对于全社会各行各业的三废综合治理仍有着极大地局限性。而传统三废治理措施,由于治理范围的局限性和经济效益不明显,已成为制约实施的关键。所以无废生产在现实中很少见。
在自然界里,各种生物不是各自独立地散布在地球上,而是有机地、有规律地在一定空间中共处。各种生物种群结合在一起,组成了一个个生物群落。对生物体来说,它们一方面从动植物的腐解物和排泄物中吸取营养,另一方面又以自身成长或其他方式返回给动植物。它们既是消费者,又是生产者。生物群落的生存和发展,主要是靠它们良好的内循环和自净系统。否则,废物堆积,它们就无法长期生存和繁殖。这一特性,为我们治理三废,建立仿生群乐体,展示了理想的前景。
在无废生产体系中,生产过程所排出的废物,以及产品经消费后所形成的废物,可以而且一定要返回工业生产中作为二次原料加以利用,就象生态系统中的食物链的结构一样。我们可以仿效自然界中生物种群间相生相克的原理,把各种“生产———消费———三废利用”通过优化选择,组合成一个个相互制约的仿生群体系统,即环境综合治理体系。但是,现存生物群落是经过数十万年形成的自然规律,而这种环境综合治理体系则是人类的自觉行为。所以,这种不同于生物群落的环境综合治理体系,可取名为“仿生群乐体”。这个经济技术的新概念,为快速地、经济地解决环境问题,开辟了新的途径。
例如,根据我国政府绿色科技的战略思想,铸造废砂、尾矿、炉渣、粉煤灰等废弃物必须资源化。这些废弃物与其他领域产生的废弃物,如废塑料、污泥、废杂有色金属等,可根据废弃物复合材料的制造原理,变成种种新的材料资源。成功的例子如铸造废砂或尾矿与废地膜制成的聚合物基复合材料,铸造废砂或尾矿与锅炉渣、石灰或污泥制成的硅酸盐基复合材料、碎玻璃与易拉罐制成的金属基复合材料等等。[2]
对固体废弃物的治理仅仅有方法是不够的，更重要的是要将方法运用到实践中去。发达国家和地区在固体废弃物处理方面的的基本经验是通过体现国家管制的立法来对固体废弃物处理问题进行规制，我国现有固体废弃物处理的法律制度有很多成就，但也存在不少问题，需要进行多方面的完善。[10]
在处理固体废弃物方面，世界各国都很重视加强法律规制。西方发达国家和地区较早已经开始固体废弃物处理立法，其中以美国、德国、日本和欧盟的立法具有代表性。
美国在这方面起步很早，是相关立法最为系统的国家之一。在基本法方面，它制定了《固体废弃物处理法案》（1965年）、《资源恢复法案》（1970年）、《资源保护及回收法案》（1976年）和《危险及固体废弃物修正案》（1984年、1988 年、1996年）。此外，美国还在一些具体领域制定了很多重要法案，如《有毒物质控制法案》（1976年）、《全国饮料容器重复使用和回收法案》（1994年），以及《含汞可充电电池管理法案》（1996年）等等。
德国在1972年就制定实施了《废弃物处理法》，当时主要用以解决如何“处理”废弃物的问题。1986年，该法被修改为《废弃物限制处理法》，强调采用节约资源的工艺技术和可循环的包装，把避免废物的产生作为废物管理的首要目标。1991年，德国颁布了《包装废弃物处理法》，要求商品包装物要尽可能减少并回收利用，以减轻填埋和焚烧的压力。1994年，德国又颁布了《循环经济和废物处置法》，规定对废物管理的手段首先是尽量避免产生，同时要求对已经产生的废物进行循环使用和最终资源化的处置。
日本是世界上固体废弃物处理相关立法比较完善的典型，日本的立法重点在于促进固体废弃物的循环使用。其主要立法有：《固体废弃物管理和公共清洁法》（1970年制定，1991年修订）、《资源再生利用促进法》（1991年）、《促进建立循环社会基本法》（2000年）、《促进建立循环社会基本法》（2000年）、《资源有效利用促进法》（2001年）和《绿色采购法》（2001年），以及其他一些单行立法。
欧盟也很重视固体废弃物处理立法。例如1975年欧共体理事会通过了《废物指令》，明确要求各成员国应采取适当措施，鼓励废物的预防、再生和加工，并确保废物的处理不会危及环境和人类健康。2004 年8 月13 日，欧盟《电子垃圾处理法》正式出台。它要求生产商、进口商和经销商在2005 年8 月13日以后，必须负责回收、处理进入欧盟市场的废弃电器和电子产品，并要求在2006 年7 月1 日以后投放欧盟市场的电器和电子产品不得含有铅、汞、镉等6种有害物质。
我国现有的固体废弃物处理立法，尤其是《清洁生产促进法》和《固防法》，吸纳了国外比较成熟的经验，确立了我国固体废弃物处理的基本原则。总体来说，我国已经初步建立起了固体废弃物处理的法律机制，但与发达国家相比，我国现有的法律制度还存在不少差距和不足。我国立法尽管很重视国家政府管制在固体废弃物处理方面的功能，并建立了前述各种相关的法律制度。但一方面，这些制度本身存在需要进一步细化的问题：现有立法规定大都过于原则化和粗略化，可能需要制定一些更为细致的法律。另一方面，现有立法过于重视一些强制性的管制手段，即直接要求主体必须做什么和不能做什么，而忽视了国家在激励和引导方面的功能，忽视了基于市场的管制手段的运用。[10]
再生资源产业在发达国家被称为“第四产业”，是循环经济的重要组成部分。[11] 在日益强调社会可持续发展的今天,我国这方面相对落后局面不仅会进一步加剧生态环境污染,失去大量可利用的再生资源,而且在一定程度上制约着可持续发展战略的实施。所以,我国在废弃物利用方面还面临着艰巨而紧迫的任务。[12]
可以预见,随着环保意识不断增强和技术水平的不断提高,我国废弃物循环再生利用必将实现节能、节地、节水、节材、环保的目标,为我国可持续发展战略的实施做出巨大贡献。

2012年10月8日

参考文献
[1]百度百科.固体废弃物.
[2]孙可伟.固体废弃物资源化的现状和展望.中国资源综合利用,2000/01
[3]王国贞,刘贵明,何亚利.固体废物资源化处理与人类发展的关系.中国资源综合利用,2002/05
[4]李学丹.低温等离子体化学[J].化学通报,1991,(5):17.
[5]林小英,李玉林.等离子体技术在固体废弃物处理中的应用.资源调查与环境,第26卷 第2期
[6]谢小兵,欧阳小琴,唐本义.固体废弃物的热裂解技术处理.江西能源,2004,(1)
[7]Fang HP,Zhang T,Liu H.Microbial diversity of mesophilic hydrogen-producing sludge. Appl Microbiol Biotechonl, 2002, 58: 112−118.
[8]Ueno Y,Haruta S,lshii M,et a1.Microbial community in anaerobic hydrogen-producing microflora enriched from sludge compost. Appl Microbiol Biotechnl, 2001, 57: 555−562
[9]李延川,魏云林,王华.固体废弃物处理与产氢技术.生物工程学报, Chin J Biotech 2008, June 25; 24(6): 914-920
[10]张霞.固体废弃物处理的法律规制. BELLS AND WHISTLES AT LEGAL SYSTEM
[11]胡春华,陈雯,汪茜.固体废弃物资源的综合利用及管理探讨
[12]甄晓夏.我国固体废弃物的现状及存在的问题.山西建筑,第34卷 第10期　
[13] 徐玉朋,郑贤敏,高良军.含油固体废弃物的综合处理.石油库与加油站，第15卷 第5期