固体废物规模化利用是将废物中的材料和能源进行粗略回收,可在较大程度上缓解环境污染和资源浪费的问题。《2020 年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》统计数据显示,2019 年一般工业固体废物产生量达 13.8 亿t,综合利用量 8.5 亿t。一般工业固体废物的规模化利用可以总结为以下 5 个方面:
从有色金属渣中可提取金、银、钴、金、硒、磷、铊、钯、铂等。飞灰和煤矸石中含有铁、钼、钪、锗、钒、铀、铝等金属,但存在提取过程繁杂、成本高的问题。
以粉煤灰、煤矸石、工业副产石膏等为代表的含有硅、铝、钙等元素的固废可用于生产水泥、充当混凝土骨料、制备墙体材料等。尾矿经再选烧制后获得的尾矿砖,其各项性能指标甚至能超过普通黏土砖,在极大程度上缓解了尾矿堆存问题。然而,我国的工业固废中常含有重金属,将其应用于建材生产与使用过程中,重金属可能会迁移到土壤、地表水、地下水环境中造成环境污染。
有机工业固体废弃物用于生产肥料是实现无害化和资源化处理的有效途径。此外,粉煤灰、磷石膏、高炉炉渣、钢渣、铁合金炉渣等废渣富含硅、钙及少量钼、硼、铜、锰、锌和稀土元素,能优化土壤中的矿物组分,改良土壤结构(如增强土壤孔隙度、透气透水性、导热性等),对提高地温,特别是对改善胶质土壤的物理化学性状具有很好的效果。
很多工业固体废物热值高,可作为潜在热源充分利用。如通过有机废物的焚烧处理回收热能、通过热裂解技术回收燃料、利用堆肥产生沼气等。
以高炉渣为例,其主要工业应用除生产水泥和混凝土之外,还可用于生产矿渣骨料、膨珠、矿渣棉等。钢渣由于含有CaO和铁氧化物等可作为烧结熔剂代替石灰石,也可用作炼钢返渣减少初期渣对炉衬的侵蚀,降低耐火材料的消耗。
预处理的主要措施有分级、破碎、风选、磁选等。城市垃圾经过输料装置传送至破碎装置,可将袋装混合垃圾破碎散落出来,再经过风选、磁选等系统筛选出轻质垃圾和金属类垃圾,实现可利用垃圾回收。不可回收垃圾将进行卫生填埋处理、焚烧处理和堆肥处理等。
卫生填埋法是一种垃圾无害化处理方法。它分为一般卫生填埋法和过滤排水循环卫生填埋法两种。在垃圾填埋的土地上,一般 20 年不应建造房屋,只作为公园、绿地、牧场等。
生活垃圾分类后,将可燃烧且热值较高部分用作燃料在特定条件下进行高温焚烧,再利用热电转化技术将热能转化为电能,可为垃圾焚烧厂自身运行或周边其他配套设施的运行提供电力能源。垃圾焚烧发电的实现方式主要分为两种:一是在高温焚烧中产生的热能转化为高温蒸汽推动涡轮机转动,使发电机产生电能;二是对不能燃烧的有机物进行厌氧处理,最后干燥脱硫,产生甲烷燃烧,最终将热能转化电能。
堆肥处理的原理是利用微生物生理代谢降解垃圾中的有机物。一般来说,垃圾在堆肥过程中可产生一定的热量,使得细菌、寄生虫卵、杂草种子失活,促进了有机成分转化为肥料。堆肥法的优点是无害化和资源化效果好,且出售肥料产品有一定的经济收益。但是,该法需要一定的技术和设备投入,投资和处理成本较高,堆肥产品的产量、质量和价格受垃圾成分的影响较大。
农业固体废物中有机物含量高,规模化利用方式主要有堆肥、生产沼气和其他生物质燃烧等。农业固废堆肥工艺主要包括好氧堆肥和厌气堆肥。好氧堆肥的温度一般为 50 ~ 65 ℃,最高可达 90 ℃,堆肥周期短;厌氧堆肥由空气发酵原料,低温堆肥,工艺简单,成品堆肥中氮滞留较多。固体废物厌氧发酵产沼气有两种方法:一种是将有机固体废弃物卫生填埋,自然发酵产生沼气,如城市生活垃圾卫生填埋,有机物分解过程中气体中含有甲烷、二氧化碳,以及少量碳氢化合物和少量硫化氢等;另一种方法是农村家庭沼气池厌氧发酵产气。其他生物质燃料主要是以农业废弃物为原料,经粉碎后加压增密成型制备有机质燃料颗粒或经发酵后制工业酒精等。
《2020 年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》显示,2019 年,196个大、中城市工业危险废物产生量达 4 498.9 万t,综合利用量 2 491.8 万t,处置量 2 027.8 万t,贮存量 756.1 万t。工业危险废物综合利用量占利用处置及贮存总量的 47.2%,处置量、贮存量分别占比 38.5%和 14.3%。综合利用和处置是处理工业危险废物的主要途径。
目前,《国家危险废物名录(2021 年版)》将危险废物分为 50 个大类。危险废物种类繁多且无害化资源化利用难度较大。企业危险废物管理人员普遍缺乏危险废物管理知识,对生产原材料和工艺不熟悉,无法规范分类和包装各类危险废物。多种危险废物混合收集与暂存额外产生了大量包装类危险废物,导致终端处置需耗费更多检验和时间成本,极大地增加了安全风险。工业危险废物处置的一般方法仍以填埋法、焚烧法、堆肥法、固化/稳定化处理为主。