固体废物处理与资源化(赵由才)（第三版）

《固体废物处理与资源化（第三版）》教材是由同济大学博导、国内知名的固废专家赵由才教授主持编写，编写团队具有丰富的固体废物处理与资源化利用相关科研和工程经验。教材内容紧紧结合当前生活垃圾共卫生填埋为主向焚烧发电为主的转变主线，新增环境卫生信息化和在线监测及监管等结合大数据和人工智能的新技术，是一本在高等院校本科教材结合社会信息化大环境的与时俱进的新教材。同时，教材配有二维码动画资源，具有很强的可读性和趣味性，增强读者的学习兴趣。 

本书共分为9章，主要内容包括固体废物的收集、运输和预处理，生活垃圾卫生填埋技术，危险废物安全填埋技术，固体废物焚烧技术，有机固体废物堆肥与厌氧发酵技术，生物质热解技术，工业固体废物处理与资源化技术，典型固体废物资源化技术。

本书可作为高等学校环境工程、环境科学、资源循环科学与工程等专业师生的教材，也可供从事固体废物处理的工程技术人员、管理人员阅读使用。

 

赵由才，同济大学环境学院，教授 博导，  1991 年 10 月到同济大学工作至今。在生活垃圾填埋场稳定化、填埋场中矿化垃圾利用原理与技术、垃圾渗滤液处理、污泥填埋技术、危险废物固化和氧化锌矿清洁生产与资源利用方面作了创新性研究工作。

      赵由才 1995 年获欧盟 Marie-Curie （玛丽 – 居里）奖学金，入选国家教育部 ( 教委 ) 跨世纪优  秀人才、上海市科技 ” 启明星 ” 人才计划和 “ 启明星后 ” 人才跟踪计划，被评为上海市优  秀青年教师。

      担任《环境污染与防治》、《环境化学》、《环境工程》、《过程工程学报》、《同济大学学报 – 自然科学版》杂志编委、《苏州科技学院学报》顾问，华东理工大学兼职教授和博导、江苏工业学院、南京化工大学、石油大学（北京）兼职教授，中国环境保护产业协会城市垃圾处理专家委员会专家和中国建设部市政公用行业专家委员会环境卫生专家组专家、上海市
“ 十五 ” 期间科技发展重点领域技术预见专家，上海市环卫局科技顾问。

     

 

第1章绪论

1.1固体废物的定义、性质和分类1

1.1.1固体废物的定义1

1.1.2固体废物的性质1

1.1.3固体废物的分类1

1.2固体废物产生量预测2

1.3城市生活垃圾末端处置2

1.4生活垃圾分类及其资源化3

1.4.1生活垃圾分类的定义3

1.4.2以资源化为导向的生活垃圾分类方法4

1.4.3生活垃圾分类与资源化利用技术6

1.4.4发达国家生活垃圾资源化7

1.5环境卫生信息化7

1.5.1环卫信息化系统建设的目的和意义7

1.5.2环卫信息化系统的建设范围8

1.5.3环卫信息化系统典型技术架构8

1.5.4环卫信息化系统的网络拓扑9

1.5.5信息化在环卫车辆作业监管中的应用10

1.5.6信息化在环卫设施环境监测中的应用10

1.5.7信息化在市容环境质量监测中的应用11

1.6工业固体废物11

1.6.1化工冶金采矿废物11

1.6.2废机电和废家电12

1.6.3废橡胶12

1.6.4建筑垃圾12

1.7危险废物13

1.8医疗废物13

第2章生活垃圾清运保洁和机械分选技术

2.1生活垃圾的收集与运输15

2.1.1混合收集15

2.1.2分类收集15

2.2生活垃圾清运17

2.2.1拖曳容器收集操作法17

2.2.2固定容器收集操作法19

2.2.3收集车辆20

2.2.4收集次数与作业时间21

2.2.5垃圾收集质量要求21

2.2.6生活垃圾收运路线22

2.2.7生活垃圾转运22

2.2.8集装化转运系统中转站24

2.3固体废物分选24

2.3.1固体废物筛分25

2.3.2风力分选28

2.3.3磁选29

2.3.4电力分选31

2.4城市道路保洁技术33

第3章生活垃圾卫生填埋技术

3.1生活垃圾卫生填埋过程35

3.2填埋场总体设计36

3.2.1填埋场工程36

3.2.2规划布局37

3.2.3填埋区构造及填埋方式37

3.2.4地表水排水设施38

3.2.5环境监测设施38

3.2.6基础设施38

3.2.7终场规划38

3.3填埋工艺38

3.4场地处理与场底防渗系统40

3.4.1场地处理40

3.4.2场底防渗系统40

3.4.3人工水平防渗系统41

3.4.4渗滤液收集系统42

3.5渗滤液产生与处理46

3.5.1渗滤液的来源与特性46

3.5.2渗滤液处理方法47

3.6填埋气体的导排及综合利用51

3.6.1填埋气体的组成与性质51

3.6.2产气量确定51

3.6.3填埋气体的主动导排方式及系统组成52

3.6.4填埋气体的利用55

3.6.5填埋场温室气体减排与控制55

3.7终场覆盖、封场与土地利用56

3.8城镇污水处理厂污泥改性与卫生填埋操作技术57

3.8.1污泥改性与卫生填埋57

3.8.2污泥调理固化压滤深度脱水处理59

3.8.3污泥填埋场稳定化过程59

3.8.4污泥填埋场渗滤液60

3.9可持续生活垃圾填埋技术60

3.10卫生填埋作业信息化61

第4章危险废物鉴别与末端安全处置技术

4.1概述63

4.2危险废物的判别方法及鉴别标准63

4.2.1危险废物名录法判断63

4.2.2危害特性鉴别法64

4.3危险废物预处理66

4.4危险废物固化/稳定化68

4.4.1水泥固化/稳定化69

4.4.2石灰固化70

4.4.3熔融固化技术70

4.4.4药剂稳定化处理技术71

4.5危险废物安全填埋技术72

4.5.1建设框架72

4.5.2选址74

4.5.3总体设计75

4.5.4填埋区构造及填埋方式77

4.5.5终场规划78

4.5.6填埋工艺78

4.5.7水平防渗系统78

4.5.8垂直防渗系统80

4.5.9填埋气体导排81

4.5.10渗滤液产生与处理81

4.5.11终场覆盖与封场82

4.5.12环境监测83

4.5.13现场运行管理83

4.6危险废物焚烧处置技术84

4.6.1危险废物焚烧厂选址84

4.6.2危险废物焚烧系统85

4.7其他处置技术87

第5章固体废物焚烧技术

5.1概论89

5.2焚烧过程及焚烧产物90

5.2.1焚烧的产物90

5.2.2焚烧技术指标和标准92

5.2.3影响焚烧的主要因素93

5.2.4四个控制参数的关系95

5.3焚烧过程平衡分析96

5.3.1物质平衡分析96

5.3.2热平衡分析97

5.3.3主要焚烧参数计算100

5.4固体废物焚烧系统102

5.4.1垃圾接收系统103

5.4.2焚烧系统104

5.4.3助燃空气系统104

5.4.4余热利用系统105

5.4.5蒸汽及冷凝水系统107

5.4.6烟气净化系统108

5.4.7灰渣处理系统108

5.4.8飞灰处理技术109

5.4.9自动燃烧控制技术113

5.5固体废物焚烧炉113

5.5.1炉排型焚烧炉113

5.5.2流化床焚烧炉115

5.5.3回转窑焚烧炉116

5.5.4各种焚烧炉的综合性能对比117

5.6废物焚烧炉设计118

5.6.1炉型118

5.6.2送风方式119

5.6.3炉膛尺寸的确定119

5.6.4设计参数119

5.6.5机械炉排焚烧炉的设计121

5.6.6机械炉排焚烧炉升温与降温123

5.7焚烧烟气控制技术123

5.7.1湿法净化工艺123

5.7.2半干法净化工艺124

5.7.3干法净化工艺126

5.7.4NOx净化工艺128

5.8垃圾焚烧厂选址原则129

5.9生活垃圾焚烧发电厂信息化130

5.9.1信息化在生活垃圾焚烧厂的应用130

5.9.2生活垃圾焚烧厂信息化系统架构131

5.9.3生活垃圾焚烧厂信息化SIS系统132

5.9.4生活垃圾焚烧厂数据预警系统134

5.9.5生活垃圾焚烧厂信息化指标性能计算分析系统135

5.9.6生活垃圾焚烧厂信息化经济指标考核系统135

5.9.7生活垃圾焚烧厂信息化生产报表管理系统136

5.9.8生活垃圾焚烧厂信息化MIS系统136

5.9.9生活垃圾焚烧厂信息化资产管理系统139

5.9.10生活垃圾焚烧厂信息化经营管理系统140

5.10生活垃圾焚烧厂在线监测技术141

5.10.1烟气排放连续监测系统141

5.10.2数据采集与处理系统144

5.10.3焚烧厂CEMS关键技术要求145

第6章有机固体废物堆肥与厌氧发酵技术

6.1堆肥原理及影响因素147

6.1.1定义与分类147

6.1.2好氧堆肥原理 147

6.1.3影响堆肥的因素149

6.1.4堆肥的腐熟度及其判定151

6.2有机废物堆肥工艺152

6.2.1好氧堆肥的基本工艺152

6.2.2典型好氧堆肥工艺153

6.3好氧堆肥设备154

6.3.1进料供料设备155

6.3.2发酵设备155

6.4有机固体废物厌氧发酵160

6.4.1有机固体废物厌氧发酵定义160

6.4.2厌氧发酵原理161

6.4.3厌氧发酵过程中的微生物群落161

6.4.4甲烷形成理论及计算164

6.4.5厌氧发酵反应热力学与动力学168

6.5厌氧发酵设备与工艺169

6.5.1传统发酵系统169

6.5.2现代大型工业化沼气发酵设备173

6.5.3发酵工艺174

6.6湿式发酵与干式发酵处理工艺176

6.7沼气与沼渣的综合利用177

6.7.1沼气的利用177

6.7.2沼液与沼渣的利用177

6.8有机垃圾生物发酵产氢产甲烷178

6.8.1生物制氢178

6.8.2日处理量10t餐厨垃圾联合产氢产甲烷一体化设备179

第7章有机固体废物热解技术

7.1热解原理185

7.1.1热解定义185

7.1.2热解过程及产物185

7.1.3热解特点186

7.2热解动力学模型187

7.2.1热解动力学方程187

7.2.2数值解求解方法188

7.2.3转化函数189

7.3热解工艺190

7.3.1工艺分类190

7.3.2影响热解的主要参数192

7.4热解装置194

7.4.1固定床194

7.4.2流化床195

7.4.3回转窑196

7.5热解产物197

7.5.1生物油197

7.5.2热解气198

7.5.3生物炭199

7.6生活垃圾热解案例分析200

第8章工业固体废物处理与资源化技术

8.1工业固体废物的处理原则与技术202

8.1.1处理技术202

8.1.2资源化途径203

8.2矿业固体废物的处理与资源化203

8.2.1矿业固体废物的产生、特点和危害203

8.2.2矿山废石与尾矿204

8.2.3冶炼渣205

8.3煤矸石的处理与资源化207

8.3.1煤矸石的产生与分类207

8.3.2煤矸石的组成与危害208

8.3.3煤矸石的资源属性与利用途径208

8.4粉煤灰的处理与资源化209

8.4.1概况209

8.4.2粉煤灰在建材工业中的应用209

8.4.3粉煤灰在环保上的应用210

8.4.4粉煤灰的工程填筑应用211

8.4.5从粉煤灰中回收有用物质211

8.4.6生产功能性新型材料211

8.5钢铁工业固体废物的处理与资源化212

8.5.1钢铁工业固体废物概况212

8.5.2高炉渣212

8.5.3钢渣214

8.6化学工业固体废物的处理与资源化215

8.6.1概况215

8.6.2硫铁矿渣216

8.6.3磷石膏218

8.6.4铬渣220

8.7清洁生产与工业产业园221

8.7.1清洁生产的定义和原则221

8.7.2清洁生产技术及其实施途径222

8.7.3生态产业园222

第9章典型固体废物资源化技术

9.1废橡胶的回收处理方法224

9.1.1整体再用或翻新再用224

9.1.2生产胶粉224

9.1.3制造再生胶225

9.1.4热解与焚烧226

9.2废汽车的回收与处理227

9.2.1废汽车材料回收的工艺流程227

9.2.2部分配件的再生228

9.2.3金属材料回收228

9.2.4废汽车中铝金属的回收228

9.2.5废汽车镁合金的再生工艺230

9.2.6废汽车的热解与焚烧处理230

9.3电子废物的处理与利用230

9.3.1电路板的机械处理方法231

9.3.2电子废物的火法冶金技术234

9.3.3热解法234

9.4废塑料的回收利用和处理234

9.4.1废塑料基本分类234

9.4.2废塑料来源236

9.4.3废塑料回收利用及处理技术236

9.5废电池的回收与综合利用240

9.5.1废电池再生利用技术240

9.5.2废干电池的综合处理技术240

9.5.3废镉镍电池的综合处理技术242

9.5.4混合电池的处理技术244

9.5.5铅酸蓄电池的回收利用技术245

9.6碱溶性金属废物碱介质提取技术246

9.6.1废物和尾矿中碱溶性金属碱介质浸出过程 247

9.6.2浸出工艺及动力学248

9.6.3碱溶性金属废物碱介质中金属提取技术248

9.7污泥厌氧消化249

9.7.1污泥厌氧消化的影响因素249

9.7.2消化池设计250

9.8餐厨垃圾处理251

9.8.1堆肥处理251

9.8.2厌氧发酵处理253

参考文献256

 

前言

“固体废物处理与资源化”是高等学校环境工程和环境科学专业的一门必修课程。由赵由才、牛冬杰、柴晓利等编写的高等学校教材《固体废物处理与资源化》第二版自2012年3月出版以来，深受读者欢迎。近年来，固体废物处理与资源化应用技术发生了深刻变化，生活垃圾从卫生填埋为主开始向焚烧发电为主过渡，生活垃圾源头分类正在强力推进，危险废物管理日趋严格，全国各地建设并投入运行了成千上万座大中型生活垃圾、危险废物和工业固体废物处理设施。同时，环境卫生信息化和在线监测及监管技术发展迅速，应用广泛，因此，急需对第二版的内容进行修订。

本书第三版对第二版的内容进行了修改补充，增加了近年来固体废物方面的研发和工程应用进展，以生活垃圾和工业废物为主线，力求全面完整地描述固体废物处理与资源化新技术、新方法、新理论。增加的内容包括城市生活垃圾分类与资源化、环境卫生信息化、危险废物处理与资源化、卫生填埋信息化、焚烧发电厂信息化和在线监测等，对一些过时的内容进行了删减。同时，插入必要的二维码动画片，以增加可读性和趣味性。本书的编写分工如下：赵由才编写第1章、第3章、第4章，柴晓利、赵由才编写第2章、第9章，柴晓利编写第5章，牛冬杰编写第6章、第8章、第9章，马文超、柴晓利编写第7章。黄庭梁（环境卫生信息化）、潘慧（生活垃圾焚烧过程信息化）、孙向军（生活垃圾焚烧在线监测）参与了部分内容编写工作。陈彧、戴世金等协助制作了相关动画片。周涛参编部分内容，参与全书文字润色、修改工作。本书可与《固体废物处理与资源化实验》（ISBN 978-7-122-32576-1）和相关在线教材配合使用。

由于编写时间所限，教材疏漏之处在所难免，敬请各位读者批评指正。

赵由才

2019年3月于同济大学

第一版前言

固体废物是固态或半固态废弃物的总称，包括城市生活垃圾（亦称城市固体废物）、工业垃圾等。固体废物的任意排放会严重污染和破坏环境，其处理与处置一直受到各级政府、科技界、产业界和环境保护企业界的重视。

固体废物处理与资源化涵盖了城市生活垃圾的减量化、资源化和无害化，工业固体废物的末端处理与综合利用及以削减固体废物产生量、提高劳动生产率为目的的清洁生产与管理等内容。目前我国城市生活垃圾每年的收集量达1.4亿吨以上，并仍以较快的速度在增长。根据我国目前的经济和社会发展水平，在当前和今后相当长的时期内，城市生活垃圾仍然以填埋为主，辅之以焚烧、堆肥等其他处理方法。垃圾的分类收集是必然趋势，但必须开发分类后各种废物经济可行的处理与资源化技术。

工业固体废物种类繁多，成分复杂，其污染控制与资源化方法包括填埋、焚烧、综合利用等。有些工业固体废物中，有害有毒物质的含量并不高，如铬渣、汞渣等，但处理难度相当大。因此，对于工业固体废物来讲，也必须遵循减量化、资源化和无害化的原则，即清洁生产。清洁生产是通过产品设计、原料选择、工艺改革等途径，使工业生产以全新的工业生产方法和管理模式，最终产生最少的污染物,改变原来的末端治理为过程治理，具有巨大的经济效益和环境效益。

固体废物处理与资源化既是一门科学，也是一种行业，必须有相应的法律法规加以规范和约束。因此，有必要对固体废物处理与资源化所涉及的法律法规进行论述，使读者了解相关的知识，这对于防止和消除固体废物污染环境具有重要意义。

近年来，固体废物处理与资源化领域发生了许多变化。在城市生活垃圾方面，人们更强调源头分类收集，同时在垃圾收集运输工具、固体废物预处理、填埋、焚烧、裂解、气化和综合利用等处理技术方面有了长足的进步。另外，垃圾分类收集技术与管理也进一步完善，并得到社会的共识。但新问题也出现了，就是分类后各类垃圾的出路比较困难，处理技术不完善，这使垃圾分类收集遇到了很大障碍。

在工业固体废物处理与资源化方面，清洁生产和绿色技术已经越来越受到重视。单纯的末端治理已无法适应时代的要求。随着科学技术的发展，原来无法解决的末端治理问题通过清洁生产就可顺利解决。例如铬渣的处理是一个长期未能解决的难题，近几年来，人们采用烧碱法，以烧碱代替纯碱，使矿石中铬的提取率明显提高，铬渣中含铬量下降，才有可能从根本上解决铬渣处理难的问题。

目前固体废物处理与资源化领域面临的新问题包括废汽车、废机电和废家电（工业设备、计算机、手机、CD、VCD、冰箱等）、泔脚、医疗垃圾、包装品废物等。某些固体废物问题在我国刚刚出现，对其处理与资源化的管理研究、技术开发还未引起注意。另外，我国的固体废物处理处置行业近年来才逐步被重视，而发达国家已经走过了几十年的历史。因此，有必要对发达国家的固体废物处理与资源化的历史进程进行总结，供国内借鉴。

“固体废物处理与资源化”是高等学校环境工程和环境科学专业的一门必修或选修课程。本书的编写是以固体废物的处理和资源化为两条主线，重点论述生活垃圾、危险废物和一般工业固体废物的处理与资源化，涉及卫生填埋、安全填埋、生物处理、焚烧和热解、循环利用等，全面描述各种方法的原理、工艺、管理、法律和法规，力求全面完整地描述固体废物处理与资源化新技术、新方法、新理论。本书主要适合作为大中专院校环境工程等专业的教材，也可供从事固体废物处理的工程技术人员、管理人员等阅读和参考。

参加本书编写人员的分工如下：赵由才、祝优珍编写第1章，赵由才编写第3章、第4章，牛冬杰编写第6章、第8章、第9章、第10章部分内容，柴晓利编写第2章、第5章、第7章、第10章部分内容。

周莉菊编写了部分习题，宋玉、楼紫阳、石磊、郭强、魏俊等参与了校对、修改和部分内容编写工作，在此谨向他们表示感谢。

由于时间及编者水平所限，书中疏漏之处在所难免，欢迎专家、学者及广大读者批评指正。

赵由才

2005年12月于同济大学

第二版前言

“固体废物处理与资源化”是高等学校环境工程和环境科学专业的一门必修或选修课程。由赵由才、牛冬杰、柴晓利等编的高等学校教材《固体废物处理与资源化》(第一版)（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）自2006年2月出版以来，深受读者欢迎。六年来，固体废物处理与资源化应用技术发生了许多变化，科学技术研发取得了重要进展，建设与运行了成千上万座大中型生活垃圾和工业固体废物处理设施，为实现资源与环境的可持续发展奠定了初步基础，急需对第一版的内容进行修订。

本书第二版对第一版的内容进行了适当压缩，增加了六年来固体废物方面的研发和工程应用进展，以生活垃圾和工业废物为主线，力求全面完整地描述固体废物处理与资源化新技术、新方法、新理论；删除了有关固体废物实验的内容。本教材于2014年被教育部遴选为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。本书配套电子教案，请发信到[email protected]免费索取；或到化学工业出版社教学资源网http:∥www.cipedu.com.cn免费下载。

参加本书编写的人员主要有赵由才（第1章、第3章、第4章）、牛冬杰（第6章、第8章、第9章）、柴晓利（第2章、第5章、第7章）。《固体废物处理与资源化实验》已经由化学工业出版社出版（2008年1月）。本书可与《固体废物处理与资源化实验》配合使用。崔亚伟参与了书稿部分内容的整理和编排，朱英参与了污泥卫生填埋部分的编写工作。

由于作者时间和水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者多提宝贵意见。

赵由才

2012年3月于同济大学

 

《固体废物处理与资源化》是高等学校环境工程和环境科学专业的一门必修或选修课程。由赵由才、牛冬杰、柴晓利等编的高等学校教材《固体废物处理与资源化》（化学工业出版社，北京，国家“十一五”和“十二五”规划教材）第二版自2012年3月出版以来，深受读者欢迎。五年来，固体废物处理与资源化应用技术发生了深刻变化，生活垃圾从卫生填埋为主开始向焚烧发电为主过渡，危险废物管理日趋严格，建设与运行了成千上万座大中型生活垃圾、危险废物和工业固体废物处理设施，同时，环境卫生信息化和在线监测技术发展迅速，应用广泛，因此，急需对第二版的内容进行修订。

本书第三版对第二版的内容进行了修改补充，增加了五年来固体废物方面的研发和工程应用进展，以生活垃圾和工业废物为主线，力求全面完整地描述固体废物处理与资源化新技术、新方法、新理论。增加的内容包括城市生活垃圾分类与资源化、环境卫生信息化、危险废物处理与资源化、卫生填埋信息化、焚烧发电厂信息化和在线监测等。参加本书编写的人员主要有赵由才（第一章、第三章、第四章）、牛冬杰（第六章、第八章、第九章）、柴晓利（第二章、第五章、第七章）。黄庭梁（环境卫生信息化）、潘慧（生活垃圾焚烧过程信息化）、曾超（城市生活垃圾分类）、孙向军（生活垃圾焚烧在线监测）参与了部分内容编写工作。本书可与《固体废物处理与资源化实验》配合使用。