朱庆星，李小凡，陈千

(葛洲坝集团生态环保有限公司，湖北 武汉 430000)

0 引言

当前，固体废弃物处理及综合利用的研究和技术主要集中在以下几个方面[1-3]：废弃物的分类和特性研究、废弃物处理技术的研究和开发、废弃物资源化和能源化利用的技术和策略以及废弃物管理政策和制度的研究。在废弃物的分类和特性研究方面，学者们通过大量的实验和调查，详细描述了各类废弃物的物理、化学和生物学特性，为废弃物的处理和利用提供了科学依据。在废弃物处理技术的研究和开发方面，学者们开发了一系列的物理、化学和生物技术，如填埋、焚烧、厌氧消化和物理化学处理等，这些技术已经在全球范围内得到广泛应用。在废弃物资源化和能源化利用的技术和策略方面，学者们提出了一系列的创新方法，如再利用、回收、再制造、堆肥化、焚烧发电、生物质能和垃圾煤等，这些方法旨在实现废弃物的最大化利用，减少废弃物对环境和公共健康的影响。在废弃物管理政策和制度的研究方面，学者们探讨了如何通过政策和制度，引导和规范废弃物的产生、处理和利用，实现废弃物管理的可持续发展。然而，尽管已经取得了一些进展，但固体废弃物的处理和利用仍面临许多挑战，如：如何提高处理效率和利用率、如何降低处理成本、如何减少二氧化碳的排放等。因此，固体废弃物的处理和利用仍需要进一步的研究和创新。

1 固体废弃物的种类和处理技术

1.1 固体废弃物的主要种类及其特点

城市固体废弃物：这类废物主要源自日常生活和商业活动，内容复杂，多样，包括食品残渣、纸质产品、塑料、金属、玻璃等。更细分的话，这类废物中可能包括有机废物(如厨余垃圾)，可回收物(如：纸、玻璃、金属、某些塑料)，以及其他不可回收物(如：陶瓷、橡胶)。这些废物需要不同的处理方式，如：堆肥、焚烧、回收等。

工业固体废弃物：工业废物来源广泛，包括冶金、化工、制药、造纸、电子等行业。它们的性质和组成多样，可能包括废矿渣、废水泥、废油、废气、重金属、有机化学品等。这些废物对环境的影响更大，可能导致土壤、水体、大气的污染。

危险废物：这类废物包括废油、废电池、废溶剂、废药物、放射性废物等，它们含有大量的有毒有害物质，如：铅、镉、汞等重金属，有机氯化物，多环芳烃等。这些废物需要特殊的处理方式，如：安全储存、高温焚烧、深地层处置等。

建筑垃圾：建筑垃圾主要源自建筑施工和拆除，包括混凝土、砖石、木材、金属、塑料等。这些废物对城市的占地影响大，处理难度也大，一般需要通过回收再利用、填埋、焚烧等方式处理。

农业废物：农业废物包括农作物秸秆、动植物粪便、农药包装物等，这些废物多为有机物，可以通过堆肥、厌氧发酵、热解等方式处理，以实现资源化利用。

各类固体废弃物的性质不同，处理方式也不同，因此对固体废弃物的分类管理至关重要。

1.2 目前常用的固体废弃物处理技术

1.2.1 填埋

填埋仍然是最广泛使用的固体废弃物处理技术[4]。这种技术依赖于多种无机化学反应，如：中和反应，吸附，离子交换等。例如，废物中的酸性物质(H+) 可以与填埋场土壤中的碱性物质(OH-)发生中和反应，生成水(H2O)和盐。然而，这种方法的主要问题在于它占用大量的土地，并可能导致地下水污染。此外，废物的有机组成部分可以在填埋场中分解，产生大量的甲烷(CH4)，这是一种强效温室气体。

1.2.2 焚烧

焚烧是将固体废物在高温下氧化分解的过程。在这个过程中，废物中的有机物质在高温和充足的氧气条件下氧化，生成CO2、水和大量的热能。然而，焚烧的过程中会生成一些有害物质，如二噁英和多环芳烃。为了减少这些有害物质的排放，需要采用特殊的烟气处理技术，如：活性炭吸附、刮板塔洗涤、电除尘等。

1.2.3 厌氧消化

厌氧消化是一种生物技术，利用微生物在无氧环境下分解有机物质。在这个过程中，微生物的酶将有机物质分解成较小的分子，然后通过一系列的酶反应，将这些小分子转化为甲烷(CH4) 和二氧化碳(CO2)。这种方法的优点在于，它既能处理废弃物，又能产生可用于能源的甲烷气。

对具有较高含量生物质的废弃物[5]，例如：食物残渣、废水处理厂的污泥和农业废弃物，厌氧消化是一种非常有效的处理方式。厌氧消化是在无氧环境下，由一系列微生物共同作用，将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程。具体的反应可以简化为：

以上反应以葡萄糖为例，实际上在厌氧消化过程中，复杂的有机物首先会被水解为较小的分子，如：糖、氨基酸等，然后通过一系列的酶反应，将这些分子转化为甲烷和二氧化碳。这种方法的优点在于它可以处理大量的生物质废弃物，同时产生的甲烷可以作为清洁的能源使用。然而，它需要较长的处理时间，而且对温度和酸碱度等条件有较高的要求。

1.2.4 物理化学处理

物理化学处理是结合物理方法和化学方法对固体废弃物进行处理的技术。常见的物理方法有筛选、磨碎、磁选、重力选等，化学方法主要包括酸碱中和、氧化还原、热解等。通过物理化学处理，可以实现固体废弃物的分类、减量化和无害化，是目前固体废弃物处理中非常重要的一种技术。其中，热解是一种常见的化学处理方法。在无氧或低氧条件下，高分子有机物被分解为低分子有机物，这个过程主要通过断裂高分子有机物的化学键，使其变成低分子化合物。这一过程可以产生大量的可燃气体，如氢气、甲烷、乙烷等，这些气体可以被回收作为能源使用。此外，热解还可以产生焦炭和生物油，这些产品都有一定的经济价值。然而，物理化学处理技术对废弃物的成分、物理性质有一定的要求，处理设备复杂，投资和运行成本相对较高。

1.2.5 高级氧化技术

高级氧化是一种先进的废物处理技术，它主要用于处理含有难降解有机物质的废物。这种技术的核心是生成高活性的羟基自由基(-OH)，这些自由基可以与废物中的有机物质反应，将其氧化分解为较小的分子。高级氧化技术主要包括光催化氧化，臭氧氧化，Fenton 反应等。这种方法的优点在于，它能有效处理各种难降解有机物质，而且处理效果好，无二次污染。然而，这种方法的缺点在于，它需要较高的能源消耗，而且对操作条件要求较高。

例如，Fenton 反应(H2O2/Fe2+) 是一种典型的高级氧化过程，反应如下：

在这个反应中，过氧化氢(H2O2) 和二价铁离子(Fe2+)反应，生成三价铁离子(Fe3+)、氢氧根离子(OH-)和高活性的羟基自由基(-OH)。这个自由基有很强的氧化能力，可以与废物中的有机物质反应，将其氧化分解为较小的分子。

2 固体废弃物的综合利用策略

2.1 资源化利用

资源化利用是将固体废弃物转化为可以再利用的资源，这种策略不仅减少了废弃物的处理量，同时也节约了自然资源。它包括以下几个主要方式：

(1)再利用：是指将废弃物直接作为物质再次使用，而不改变其形态和性质。例如，建筑拆除产生的混凝土块可以作为基础建设的原材料、废旧金属可以回收熔炼。

(2) 回收：是指从废弃物中回收出有价值的物质。例如，从废电子设备中回收稀有金属，从废纸中回收纤维。

(3)再制造：是指将废弃物经过加工和修复后，再次制造成新的产品。例如，利用废旧轮胎制作橡胶跑道，利用废旧塑料制作再生塑料。

(4)堆肥化：是指将有机废弃物经过生物分解后，转化为有机肥料。例如，将农作物秸秆和食品废弃物堆肥化。

这些方法都能够将固体废弃物转化为有价值的资源，实现废物的最大化利用。然而，资源化利用也需要面对一些挑战，如如何提高回收率、如何保证产品的质量和安全性等。

2.2 能源化利用

能源化利用是将固体废弃物转化为能源，包括以下几个主要方式：(1)焚烧发电：将固体废弃物在高温下氧化分解，产生的热能可以用于发电。这种方法可以大大减少废物的体积，同时产生的电能可以供社会使用。(2)生物质能：将有机废弃物经过生物技术转化为生物质能源，如生物气、生物油和生物炭等。(3)垃圾煤：将固体废弃物经过碾压、干燥和固化，制作成垃圾煤，用于热力发电或供热。

能源化利用可以实现废物的高效利用，同时减少了化石能源的消耗。然而，能源化利用也需要面对一些挑战，如如何降低处理成本和如何减少二氧化碳的排放等。

2.3 其他创新利用方式

除了资源化利用和能源化利用，还有许多其他创新的利用方式。例如：通过高温熔炼，可以将废弃物转化为建筑材料，如：矿渣砖、飞灰混凝土等；通过化学转化，可以将废弃物转化为有价值的化工原料，如从废塑料中提取单体，从废电池中提取重金属等。这些创新的利用方式都在试图实现废物的全面利用，尽可能地提高废物的价值。然而，这些方法通常需要较高的技术和设备投入，因此，如何降低处理成本，如何提高产品的质量和竞争力，都是这些方法需要面对的挑战。

3 固体废弃物处理及综合利用案例

(1)三峡水利枢纽工程中的混凝土回收：在三峡水利枢纽工程中，工程废弃物主要是混凝土。项目组开发了一种先进的混凝土破碎和分类技术。这个系统由粗破碎机、细破碎机和自动分选机组成。首先，废弃的混凝土被粗破碎机破碎成较大的碎片，然后，这些碎片被细破碎机进一步破碎成较小的粒子。最后，自动分选机根据粒子的大小和重量，将其分成不同的等级。这个技术不仅提高了废弃混凝土的回收率，也大大降低了废弃物处理的成本。

(2)废旧轮胎的热解和再生技术：有一项废旧轮胎的处理项目采用了热解和再生技术。首先，废旧轮胎在无氧环境下被加热至450～500 ℃，进行热解过程。这一过程能产生炭黑、热解油和热解气。其中，炭黑可以用于制作再生橡胶或作为工业炭黑使用；热解油经过精炼可以用作燃料或化工原料；热解气可用于发电或作为工业燃气。这个项目的成功因素在于它采用了新颖的热解技术，实现了废旧轮胎的高效利用，同时也解决了废旧轮胎处理的环境问题。

(3)农业废弃物的生物质炭化技术：有一项以农业废弃物为原料的生物质炭化项目。该项目采用了一种称为“快速热解”的新技术，将农业废弃物转化为生物质炭、热解油和热解气。生物质炭可以作为土壤改良剂或燃料使用，热解油可以作为生物燃料或化工原料，热解气可以用于发电。这个项目的成功因素在于它采用了新颖的热解技术，实现了农业废弃物的高效利用，同时也提供了一种可持续的能源解决方案。

4 结语

固体废弃物处理及综合利用建议与展望：

(1)提高固体废弃物的分类回收效率：分类回收是提高废弃物资源化利用率的关键步骤。应该通过制定更详细的分类规则，提供更方便的回收设施，以及加大分类宣传教育力度，提高固体废弃物的分类回收效率。

(2)优化固体废弃物处理技术：目前，固体废弃物的处理技术仍存在许多问题，如：处理效率低、环境影响大等。应该通过技术创新，优化现有的处理技术，提高处理效率，减少环境影响。

(3)推动固体废弃物的资源化利用：固体废弃物中包含了丰富的资源。应该通过发展新的利用技术，推动固体废弃物的资源化利用，提高资源利用效率，减少资源浪费。

(4)加强固体废弃物的综合管理：固体废弃物的处理涉及到多个领域，如环境、能源、资源、健康等。应该建立一个综合的管理体系，统筹规划固体废弃物的处理和利用，以实现固体废弃物的可持续管理。