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浅谈危险废物处理处置工程的规划及设计

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[摘要]据统计,2003年我国危险废物产生量约1171万t,贮存量约423万t,处置量约375万t,还有相当数量的危险废物没有得到妥善处理处置,如不严格控制和管理、加快处理处置进程,必将对生态环境和人体健康构成严重威胁。为此国家近期相继颁发了一系列有关危险废物处理处置的标准、技术规范和法规文件,为规范危险废物处理处置和运营提供了法律、法规依据。然而,发达国家也是在20世纪70年代才建立了较为完善、严格的危险废物安全处理处置和管理技术,我国在90年代中后期才开始有相对正规化的危险废物处理处置设施,真正将危险废物处理处置工作提到议事日程加以重视是在2003年抗击“非典”以后,有关危险废物处理处置的技术规范、标准大部分是在近两年内颁发的,在此之前对危险废物处理处置技术和管理方面研究不够,资金投入也少,因此国内目前能完全满足上述标准、技术规范要求的,适合国情的处理技术很少,可供借鉴的运行、管理经验也很缺乏,反过来在一定程度上影响了制定危险废物处理处置标准、技术规范的水平,从而使危险废物处理处置工作的实际

据统计,2003年我国危险废物产生量约1171万t,贮存量约423万t,处置量约375万t,还有相当数量的危险废物没有得到妥善处理处置,如不严格控制和管理、加快处理处置进程,必将对生态环境和人体健康构成严重威胁。为此国家近期相继颁发了一系列有关危险废物处理处置的标准、技术规范和法规文件,为规范危险废物处理处置和运营提供了法律、法规依据。然而,发达国家也是在20世纪70年代才建立了较为完善、严格的危险废物安全处理处置和管理技术,我国在90年代中后期才开始有相对正规化的危险废物处理处置设施,真正将危险废物处理处置工作提到议事日程加以重视是在2003年抗击“非典”以后,有关危险废物处理处置的技术规范、标准大部分是在近两年内颁发的,在此之前对危险废物处理处置技术和管理方面研究不够,资金投入也少,因此国内目前能完全满足上述标准、技术规范要求的,适合国情的处理技术很少,可供借鉴的运行、管理经验也很缺乏,反过来在一定程度上影响了制定危险废物处理处置标准、技术规范的水平,从而使危险废物处理处置工作的实际步伐不得不减缓。为此根据笔者近10年来在这个领域的工作体会,与读者共同探讨有关危险废物处理处置工程的规划、设计中常遇到的问题。
2危险废物处理处置工程规划与设计原则
根据危险废物具有毒性、易燃易爆性、腐蚀性、反应性、传染性等危险特性,在工程规划、设计中至少应考虑如下原则。
(1)危险废物处理处置技术路线应遵循“减量化”、“资源化”、“无害化”原则,符合国家有关法律、法规和标准的要求。
(2)对危险废物的收集运输、计量、鉴别、暂存、处理、处置全过程实行监控,危险废物的收集、运输原则上应由处理处置单位统一负责,对其危险特性实施严格控制。
(3)功能齐全、综合配套,按照工程建设内容兼顾当前和今后发展,一次性规划,分期分步实施。功能齐全、综合配套有利于处理处置设施集中、提高处理处置和管理水平,减少不同处理设施之间物料转运量,利于废物流的顺畅,降低成本。危险废物产生量及其种类、成分随着政府部门的立法和执法程度、产生危险废物企业的减废计划、工艺转型、自行处理实施、区域经济和产业结构调整、危险废物处理处置单位之间的市场竞争等因素的变化而变化,因此处理处置工程应采取一次规划,以保证工程总平面布置的紧凑、合理、物流顺畅,操作安全;初期建设规模不宜过大,可根据生产过程中废物的变化情况分期分步调整处理处置规模,尽量减小建设和营运风险。
(4)技术先进性、可靠性与经济合理性相统一。在“用者自付”的市场机制下,必须就每一废物种类选择投资和运行成本较低的处理方法,一般来说,不同的危险废物处理设施的成本由低至高依次为安全填埋、生物处理、稳定化/固化处理、物理/化学处理、高温焚烧。
(5)危险废物每种废物数量不是很多,许多处理工艺都是不同处理单元的组合,性质相近的废物可采用同一设施处理,而且对现有设施稍作调整或稍新增一部分设施就可处理另一类废物,因此工艺设计应充分考虑通用性和普遍性,以利于处理设施运行的灵活性和广泛适应性。
(6)充分考虑危险废物处理处置的特殊性,加强劳动保护、安全卫生、消防和环境保护措施,提高机械化、自动化水平。
3危险废物处理处置工程设施配置规划
一个功能相对齐全的现代化危险废物综合处理处置工程一般具有管理、收集运输、计量鉴别、暂存交换、综合利用和处理处置等功能。根据国内外危险废物处理处置工程的运行实践,危险废物综合处理处置工程一般由以下设施组成:(1)管理中心、研究开发中心;(2)废物收集运输设施;(3)计量、鉴别、暂存交换设施;(4)综合回收利用设施;(5)物理/化学处理设施;(6)焚烧设施;(7)稳定化/固化设施;(8)废水处理设施;(9)安全填埋场;(10)与上述设施配套的其它公用、辅助设施。
当然,就某个具体工程而言,其设施的配置应根据服务范围内目前需处理和将来可能要处理的废物种类、数量、成分等具体情况而定,作出相应增减,突出其重点。
4危险废物处理处置工程规划与设计重点
4.1物流体系
根据国内外危险废物处理处置工程的运行实践,对一个具体的危险废物处理处置工程而言,一般可将危险废物分为四大部分。
(1)有资源回收价值的废物通过合理利用进行资源回收;有的可以通过直接交换用于其它企业的原辅材料。
(2)热值较高或毒性较大的废物采用焚烧处理工艺进行无害化处理,并回收焚烧余热用于综合利用和物/化处理以及职工洗浴、生活等,减少处理成本和能源的浪费。
(3)没有回收价值的废物经各种无害化处理(如物理/化学处理、稳定化/固化处理)后进行安全填埋。

4)性质未经确认、暂时不能处理处置或需积累到一定量后再进行处理的废物,暂时存放于废物暂存库。
综上所述,可将处理处置工程内危险废物的物流体系归纳成图1。



图1处理处置工程内的危险废物物流体系图
4.2工程规划与设计方案
(1)收集运输
首先废物产生者必须设置危险废物安全贮存设施,将产生的危险废物收集后妥善贮存、包装和保管,待处理处置单位派车运走。
典型的贮存设施有容器和散装罐,容器贮存具有便于移动、适用于液体、泥渣和固体等多种形态的废物、填装方式灵活(如泵送、铲装或倾倒等)等优点;贮罐适用于贮存可采用管线、皮带等输送的散装、液态废物。常用的贮存、包装设施有:200L带塞钢圆桶或钢圆罐,适于盛装废油和废溶剂;200L带卡箍盖钢圆桶,适于盛装固态或半固态有机物;30L,45L和200L塑料桶或聚乙烯罐,适于盛装无机废液;200L带卡箍盖钢圆桶或塑料桶,适于盛装无机固体或污泥。装满危险废物的容器或贮罐应清楚地标明废物类别、数量、主要成分、盛装日期、危险特性等,包装应足够安全,以防搬移、运输途中渗漏、溢出或挥发。
最通用的危险废物运输方法是公路运输,为尽量减小或避免运输风险,可从以下几个方面对危险废物运输过程进行控制。
①危险废物运输必须严格执行危险废物转移联单管理制度。
②危险废物运输需持有管理部门颁发的许可证,运输人员必须通过培训才能上岗。
③采用危险废物专用车辆运输,运输车辆应有明显的标志或适当的危险符号,以引起关注。
④危险废物运输事先需作出周密的运输计划和行驶路线,并制定有效的废物泄漏情况下的应急计划。
⑤运输车上应附带所运输废物的来源、废物成分、危险特性、应急方法、联络人员单位和联系电话等资料,并配备急救药品、工器具等,有条件的可配备GPS系统,以备发生事故时及时抢救和处理。
(2)计量、鉴别和暂存交换
计量主要负责验证危险废物转运联单、检查在清运过程中发生倾倒废物污染环境的违法行为和记录进入处理处置工程内的危险废物数量。
鉴别分为定性或简单定量快速鉴别和复杂的定量鉴别,主要是验证危险废物转运联单、留样备查、进行废物分类、确定废物在处理处置工程内部的流向、贮存方式和地点、初步的处理处置方法等,并可防止不相容废物互相混合,发生危险。
暂存交换主要是对暂时不能处理或需积累到一定量后才处理的废物在处理处置工程内设置暂存场所进行贮存,暂存场所的规划设计按《危险废物贮存污染控制标准》执行;有些废物对产生者而言是危险废物,而对使用者来说可能是原辅材料,此时可利用处理处置单位的信息、经营许可证等中介优势充当交换中心的作用,对这些废物进行交换,化害为利,提高资源的利用率。
(3)危险废物处理
危险废物在最终处置之前可采取多种不同的处理技术进行处理,其目的都是为了改变废物的物理化学性质,如解毒、固定有毒成分、减容等。处理某种废物应选用何种最佳实用技术取决于废物性质、处理设施的有效性、适用性、安全和排放标准、处理成本等诸多因素。处理危险废物的方法很多,据有关资料,目前有50多种工程单元(如:蒸发、蒸馏、过滤、结晶、絮凝、中和、沉淀、氧化、还原、离子交换、焚烧等等)用于处理危险废物,少数废物可采用单个工程单元处理,但大多数废物需通过多个工程单元的组合进行处理。对于一个具体的处理处置工程来说,根据废物性质,废物的处理可划分成综合利用、物/化处理、焚烧、稳定化/固化等四大类,各大类中的处理方法也都是这些工程单元的优化组合。
①综合利用
根据国内的危险废物综合利用情况,目前主要集中在金属(如电镀业、印影业的贵金属回收,线路板蚀刻液的铜回收、电池中铅、镍、锡回收等)、废有机溶剂和废油方面,废旧家用电器的回收也已提到议事日程。金属回收工艺单元主要有还原、中和、沉淀分离、焚烧、浓缩结晶等;废有机溶剂和废油的回收主要是根据各组分沸点的不同采用蒸馏、冷却的方法;废旧家用电器的回收主要是物理方法,如拆解、破碎、磁选、电选等。
对有回收价值的废物应尽量进行综合利用,这与环境保护总原则和资源有限的观点是相符的,但实际情况是否可行,则应视在满足环保标准前提下,是否仍有经济效益。在我国有许多所谓从事回收或再生的工艺,是在造成二次污染、付出环境代价的条件下谋取利润的。人们对回收或再生的一个普遍误解是物质回收产生的利润足以抵消处理过程中所需要的全部费用。进行危险废物综合利用设施规划、设计时在这方面应引起足够重视。
②物/化处理
按物化性质和处理方法相近的废物归类的原则,适合采用物/化处理的危险废物大致可分成酸碱废液(各种废酸、废碱和含重金属废液)、有机废液(主要是乳化液、染料、涂料废液)和需单独处理的毒性较大的废液(如含氰废液等)。物/化处理的作用主要体现在解毒(如将毒性较大的CN-、Cr6+转化成无毒或毒性小的CO2,N2和Cr3+等)、减容分离(如将废液处理后分成废水和泥渣)和减轻后续处理设施的负荷(如大幅度减少稳定化/固化处理废物的含水、进废水处理设施的废水中重金属、COD等污染物的浓度和含量)。

对酸、碱废液的处理通常采用氧化(如鼓空气氧化、加双氧水等氧化剂)、还原(如加亚硫酸盐、Fee+盐等)、中和反应(如加入Ca(OH)2,NaOH)和硫化沉淀反应(加入硫化钠)的方法处理;对废乳化液主要采用破乳、气浮的方法处理,对染料、涂料废液常采用加酸、气浮的方法处理;含氰废液采用碱(NaOH)氯(NaCIO)法处理。
③焚烧
由于焚烧处理的投资和成本均较高,因此焚烧处理技术主要用于处理热值较高和毒性较大的危险废物,如废矿物油、废有机溶剂、医药废物、医疗废物、精(蒸)馏残渣、农药废物、废漆渣、有机氯化物等。目前国内外用于危险废物焚烧的主要炉型有炉排炉、液体注射式焚烧炉、流化床焚烧炉、多层床焚烧炉、热解焚烧炉和回转窑焚烧炉等。另外还有国外新近发展起来的微波处理、蒸汽消毒、等离子处理等技术,但微波处理、等离子处理等方法对设备要求较高、投资较大、运行成本高,目前在国外成功运行的设施数量也不是很多,国内可供借鉴的经验更少,有的甚至没有。根据我国对危险废物焚烧技术的要求,危险废物焚烧炉型应优先采用对废物种类适应性强的回转窑焚烧炉,医疗废物焚烧炉型选择时,单台处理能力在10t/日以上的焚烧炉应优先采用回转窑焚烧炉,鼓励采用连续热解焚烧炉;小于10t/日的优先采用连续热解焚烧炉、高温蒸煮等工艺,严禁采用单燃烧室焚烧炉和炉排炉。
焚烧炉烟气中的主要污染物有烟尘、CIF,HCI,NOx,SOx,CO2,CO和二恶英等,烟气净化工艺主要有干法、半干法和湿法。目前危险废物焚烧领域烟气净化工艺使用较多的是半干法和干法组合(即余热锅炉+喷雾干燥+消石灰粉和活性炭加入装置+布袋除尘器)或干法和湿法组合(即余热锅炕+急冷塔+消石灰粉和活性炭加入装置+布袋除尘器+酸性气体洗涤塔),采用何种方法则应根据废物成分、要求达到的环保标准和处理成本等因素确定。
④稳定化/固化
稳定化/固化主要是对不能直接进安全填埋场填埋的含重金属、酸碱污泥和焚烧灰渣的处理。稳定化/固化技术按所用固化剂、稳定剂的不同可分为水泥稳定化/固化、石灰稳定化/固化、沥青稳定化/固化、塑料稳定化/固化和玻璃稳定化/固化等。根据废物性质的不同和在保证达到环保要求的前提下尽量降低处理成本的原则进行选择,目前用得较广泛的是水泥稳定化/固化和石灰(粉煤灰)稳定化/固化,根据重金属种类和含量的不同,有时需添加少量硫化钠、硫代硫酸钠或有机鳌合剂等稳定剂。
稳定化/固化后的固化体输送至填埋场的方法可划分成四种:第一种是固化体直接由车送至填埋场,固化体在填埋场养护;第二种是固化体直接由泵送至填埋场,固化体在填埋场养护;第三种是固化体先泵送(或车送)至养护场,养护一段时间后再用车送至填埋场;第四种是固化体先用容器盛装送至养护场,养护一段时间后再用车送至填埋场。在规划、设计中应考虑填埋场距稳定化/固化设施的距离、占地情况、固化体块度、当地气候(如雨天、低温天气时间等)等因素确定采用何种方法。
(4)危险废物最终处置
危险废物最终处置通常有安全填埋、有控共处置、土地处理(土地耕作)、永久贮存或贮留地贮存、地下处置(深井灌注、液体废物废矿井处置和深地层埋藏)等方法,根据我国危险废物处理处置法律、法规和技术规程、规范的规定,目前我国危险废物的最终处置主要采取安全填埋。
根据填埋废物类别和填埋场污染防治原理的不同可划分成自然衰减型填埋场、全封闭型填埋场和半封闭型填埋场,自然衰减型和半封闭型填埋场常用于城市生活垃圾处置,而处置危险废物的安全填埋场属全封闭型填埋场。根据填埋场构筑方式、填埋方式和地形地貌的差异可划分成山谷型填埋场和平地型填埋场,平地型填埋场又可分为地上式、地下式和半地下式。我国大部分已建和正在筹建的填埋场属山谷型;地上式填埋场是地下水位较高的平原区唯一可能采用的形式;地下式和半地下式填埋场适合于场地有丰富的覆盖层物质可供开挖而地下水位较深的地方。
选择一个合适的安全填埋场是危险废物处理处置工程规划、设计的一项重要工作,对于大多数工程来说,也是一项困难的工作,它关系着安全填埋场的工程安全、投资规模、运行管理费用和难易程度。在进行安全填埋场选址过程中,应从与国家有关技术规范、标准的符合性、现场建设条件、环境影响、建设费用、运行成本、填埋场封场后场地是否可被利用等方面进行分析论证。
安全填埋场规划、设计内容主要包括进场道路及地磅、废物拦挡坝、截洪沟、场底防渗系统、地下水导排系统、渗滤液收集系统、渗滤液调节池和处理设施、填埋场区雨水导排系统、填埋覆土和封场覆土取土土源及临时堆放场所、填埋场分区或分期规划、办公和生活福利设施等。
5结语
危险废物的特性决定了没有所谓“一劳永逸”的万能处理设施,根据国内外危险废物处理处置设施的运行经验,在工艺流程和设计方面需根据市场上的危险废物种类和数量的变化不断作出调整。
参考文献:略


来源:环境科学
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