固体废物处置与资源化（第三版）

前言
随着我国城市化、工业化进程的高速发展，固体废物产生量逐年递增，且固体废物种类和性质更趋复杂，由此引发的环境问题也日益突出。我国对固体废物的管理工作非常重视，于1995年颁布了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》(简称《固废法》)，并于2005年对《固废法》做出了首次修订，使固体废物管理逐渐走向法制化轨道。党的十八大以来，国家高度重视固体废物污染环境防治工作，《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》中明确提出：“加快制定和修改土壤污染防治、固体废物污染防治、长江生态环境保护、海洋环境保护、国家公园、湿地、生态环境监测、排污许可、资源综合利用、空间规划、碳排放权交易管理等方面的法律法规”。因此，我国于2020年再次修订了《固废法》，有利于依法推动打好污染防治攻坚战、健全最严格最严密的生态环境保护法律制度和强化公共卫生法治保障。
固体废物污染防治作为多学科交叉的综合性研究方向，涉及生活垃圾、工业固体废物、危险废物和农业固体废物的处理处置与资源化、法规标准和管理体系等多个研究领域。固体废物处置与资源化是高等学校环境科学与工程专业的必修课，教学体系日趋完善，为培养我国固体废物污染防治的专业人才打下了坚实基础。清华大学作为国内最早开设固体废物处置与资源化相关专业基础课的院校之一，编著者根据多年从事教学、科研和工程实践工作所积累的经验和知识，并参考国内外相关资料和多位专家的意见，分别于2008年和2012年编著出版了《固体废物处置与资源化》的第一版和第二版，并分别纳入了“十一五”和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。
近年来，为深入贯彻落实强化生态文明建设，推动减污降碳协同增效目标，我国相继颁布了《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》和《“十四五”循环经济发展规划》等政策文件。因此，固体废物处置与资源化的研究进展和市场格局发生了深刻变化。首先，生活垃圾源头分类正在强力推进，生活垃圾处置从卫生填埋过渡到以焚烧发电为主，工业固废和农业固废资源化水平显著提升，危险废物处置能力大幅提升且管理标准日趋严格；其次，信息化、在线监测和监管技术被广泛地应用在固体废物处理处置与管理中；再次，生活垃圾卫生填埋、生活垃圾焚烧、工业固体废物贮存和填埋、危险废物名录等相关技术规范和标准也相继更新。鉴于此，从2021年开始，编著者在第二版教材基础上进行了大量的更新和完善，以期能够通过此书的出版优化我国固体废物处置与资源化工程领域的教学工作，促进我国固体废物处理处置的技术和管理发展。
本书继续秉承固体废物“三化原则”以及循环经济、可持续发展和“无废城市”的理念，遵循固体废物的产生、收运、贮存、利用、处理和处置的全过程管理原则编排章节，力求全面地讲述固体废物资源化和处理处置的新理论、新技术和管理体系。增加和修订的内容主要包括：合并和调整了部分章节内容，使得本书的结构和条理更加紧凑清晰；更新了固体废物管理体系和标准，以及垃圾焚烧和卫生填埋的污染控制标准；补充了生活垃圾分类收集标准和现状、工业固废的资源化技术、垃圾焚烧发电厂的信息化和在线监测等；删减了部分过时的内容。本书在内容设置上，充分体现了基础理论和工程实践相结合的特点，尽量融入国际先进的管理理念和前瞻性技术，旨在满足我国高等院校本科生和研究生培养和教学的需要，同时兼顾科研、工程和管理人员作为专业参考资料和培训教材的需要。
为帮助读者学习，本书配有课件，需要者可关注微信公众号“化工帮CIP”，回复“固体废物处置与资源化（第三版）”即可获取。
本书的编著得到清华大学环境学院固体废物控制教研所的大力支持，得到化学工业出版社的协助出版，再次谨向他们以及其他各位同仁致以诚挚的谢意！
虽然各位编著者全力以赴，但限于水平和时间，书中不妥和疏漏之处难免。恳请广大读者不吝赐教。

蒋建国，岳东北，田思聪，颜枫
2022年5月于清华园



第一版前言
随着我国城市化、工业化进程的高速发展和人口的迅速增长，固体废物产生量逐日递增，且其性质更趋复杂，由此引发的环境问题也日益突出。近十几年来我国对固体废物的管理工作越来越重视，特别是1995年颁布实施了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，使固体废物的管理纳入了法制化轨道。2005年，国家又对该法进行了修订，为我国深入开展固体废物管理工作奠定了更为权威的基础。但从总体上看，我国固体废物的处理处置任务还很艰巨，固体废物的处置和资源化技术水平相比发达国家还有很大的差距，管理水平也有待提高，特别是针对我国固体废物特点的处理处置及资源化技术和管理体系等方面的系统研究还有很大的发展空间。
固体废物管理作为多学科交叉的综合性研究方向，涉及生活垃圾、工业固体废物、农业废物和危险废物的处理处置与资源化、管理体系建立以及相关法规标准制定等多个研究领域。近年来，我国开设固体废物相关专业课程的院校数量与日俱增，出版与之相关的专业手册和教材的数量与水平也有了显著的提高，教学体系日趋完善，这都为我国固体废物管理的进一步发展打下了更坚实的基础。作为国内最早开设与固体废物处理处置与资源化有关的专业基础课的院校之一，笔者根据多年从事教学、科研和工程实践工作所积累的经验和知识，并参考国内外相关资料与多位专家的意见，于2005年编辑出版了《固体废物处理处置工程》一书。经过教学实践，同时鉴于国内外固体废物管理水平的提高和处理处置技术的发展，笔者深感到需要进一步完善和提高该书的架构体系来满足当前的迫切需要。于是，从2006年开始，作为教育部立项的“十一五”国家级规划教材，笔者秉承“十年树木，百年树人”的精神，在原有教材内容基础上进行了大量的完善和更新，编著了《固体废物处置与资源化》教材，以期能够通过此书的出版为促进我国固体废物的管理、处理处置和资源化方向的长远发展略尽微薄之力。
本书内容既包括对固体废物进行管理和污染控制的处理处置技术，也包括对固体废物作为可再生资源进行利用的各类资源化技术。因此，在全书编写顺序上，遵循固体废物的产生、收运、贮存、利用、处理和处置的全过程管理原则编排章节，并结合减量化、资源化、无害化的“三化原则”以及循环经济和可持续发展的理念组织内容；在内容设置上，为满足研究型人才培养的需要，充分体现基础理论和工程实践相结合的特点，同时为适应国际发展和培养高水平管理人才的需要，尽量融入国际上先进的和前瞻性的技术内容。本书的编著旨在满足我国高等院校专科生、本科生和研究生培养和教学的需要，同时兼顾科研、工程和管理人员作为专业参考资料的需要。
本书的编写得到清华大学环境科学与工程系固体废物控制研究所的大力支持，李国鼎、聂永丰、白庆中、王伟、王洪涛、李金惠、袁光裕等教授为本书的编写提供了很多宝贵的建议和许多珍贵资料，张妍、杜雪娟、陈懋喆、娄志颖、黄云峰、张唱、吴时要、王岩等参加了部分章节的文字整理和图片绘制工作，在此谨向他们致以诚挚谢意。最后由衷感谢化学工业出版社的协助出版以及其他各位同仁的鼎力支持，使此书能够顺利完成。
由于笔者水平所限，书中定有不当和疏漏之处，敬请读者同行不吝赐教。

蒋建国
2007年11月于清华园



第二版前言
随着我国城市化、工业化进程的高速发展和人口的迅速增长，固体废物产生量逐日递增，且其性质更趋复杂，由此引发的环境问题也日益突出。近十几年来我国对固体废物的管理工作越来越重视，特别是1995年颁布实施的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，使固体废物的管理纳入了法制化轨道。2005年，国家又对该法进行了修订，为我国深入开展固体废物管理工作奠定了更为权威的基础。但从总体上看，我国固体废物的处理处置任务还很艰巨，固体废物的处置和资源化技术水平相比发达国家还有很大的差距，管理水平也有待提高，特别是针对我国固体废物特点的处理处置及资源化技术和管理体系等方面的系统研究还有很大的发展空间。
固体废物管理作为多学科交叉的综合性研究方向，涉及生活垃圾、工业固体废物、农业废物和危险废物的处理处置与资源化、管理体系建立以及相关法规标准制定等多个研究领域。近年来，我国开设固体废物相关专业课程的院校数量与日俱增，出版与之相关的专业手册和教材的数量与水平也有了显著的提高，教学体系日趋完善，这都为我国固体废物管理的进一步发展打下更坚实的基础。作为国内最早开设与固体废物处理处置与资源化有关的专业基础课的院校之一，笔者根据多年从事教学、科研和工程实践工作所积累的经验和知识，并参考国内外相关资料与多位专家的意见，于2008年编著出版了《固体废物处置与资源化》(“十一五”国家级规划教材)一书。经过几年的教学实践，同时鉴于国内外固体废物管理水平的提高和处理处置技术的发展，特别是我国于2009年颁布实施《循环经济促进法》后，在固体废物管理领域密集出台了一批与生活垃圾、工业固体废物、大宗固体废物、废弃电器电子产品、污水厂剩余污泥等资源化利用相关的政策和规划，在危险废物和污染场地等方面的管理也出现了一系列新问题需要解决，鉴于此，笔者深感到需要进一步完善和提高该书的架构体系来满足当前的迫切需要。于是，从2011年开始，笔者在原有教材内容基础上进行了大量的完善和更新，以期能够通过此书的出版为促进我国固体废物的管理、处理处置和资源化方向的长远发展略尽微薄之力。
本书为《固体废物处置和资源化》(第二版)，其内容既包括对固体废物进行管理和污染控制的处理处置技术，也包括对固体废物作为可再生资源进行利用的各类资源化技术。因此，在全书编写顺序上，遵循固体废物的产生、收运、贮存、利用、处理和处置的全过程管理原则编排章节，并结合减量化、资源化、无害化的“三化原则”以及循环经济和可持续发展的理念组织内容；在内容设置上，为满足研究型人才培养的需要，充分体现基础理论和工程实践相结合的特点，同时为适应国际发展和培养高水平管理人才的需要，尽量融入国际上先进的管理理念和前瞻性的技术内容。本书的编著旨在满足我国高等院校专科生、本科生和研究生培养和教学的需要，同时兼顾科研、工程和管理人员作为专业参考资料和培训教材的需要。
本书的编著得到清华大学环境学院固体废物控制研究所的大力支持，在此谨向他们致以诚挚谢意。由衷感谢化学工业出版社的协助出版以及其他各位同仁的鼎力支持，使此书能够顺利完成。
由于笔者水平有限，书中定有不当和疏漏之处，敬请读者同行不吝赐教。

蒋建国
2012年9月于清华园

本书遵循固体废物产生、收运、贮存、利用、处理和处置的全过程管理原则，全面讲述固体废物资源化和处理处置的新理论、新技术和管理体系。本书共分9章，内容包括固体废物的环境问题及其管理，固体废物的产生、特征及采样方法，固体废物的收集、运输及转运系统，固体废物的压实、破碎、分选及脱水处理技术，危险废物的固化/稳定化处理技术，固体废物的生物处理技术，固体废物热化学处理技术，固体废物焚烧处理技术，固体废物填埋处置技术。书中还配有大量例题和习题。
本书充分体现基础理论和工程实践相结合的特点，既可供高等院校环境专业师生教学使用，也可供相关科研、工程和管理人员作为专业参考资料和培训教材。

1固体废物的环境问题及其管理001
1.1固体废物的定义及鉴别001
1.1.1固体废物的定义001
1.1.2固体废物的鉴别002
1.1.3固体废物的二重性003
1.2固体废物的分类003
1.2.1生活垃圾003
1.2.2工业固体废物005
1.2.3危险废物006
1.2.4农业固体废物008
1.2.5其他废物009
1.3固体废物的污染特点及其环境影响009
1.3.1固体废物对环境潜在污染的特点009
1.3.2固体废物对环境的影响010
1.3.3固体废物对人体健康的影响012
1.4我国固体废物的产生和管理现状013
1.4.1我国固体废物管理的历史及发展013
1.4.2我国城市生活垃圾的产生和管理现状013
1.4.3我国工业固体废物的产生及处理现状016
1.4.4我国危险废物的产生及处理现状017
1.5固体废物的管理原则018
1.5.1“三化”基本原则018
1.5.2全过程管理原则019
1.5.3循环经济理念下的固体废物管理原则020
1.5.4面向可持续发展的固体废物管理原则022
1.5.5“无废城市”管理理念023
1.6我国固体废物管理体系024
1.6.1固体废物管理的法律法规024
1.6.2固体废物环境管理制度026
1.6.3固体废物管理的系统029
1.7我国固体废物环境管理标准体系029
1.7.1固体废物分类标准030
1.7.2固体废物鉴别方法标准030
1.7.3固体废物污染控制标准031
1.7.4固体废物综合利用法规标准032
讨论题033

2固体废物的产生、特征及采样方法034
2.1固体废物产生量及预测034
2.1.1城市生活垃圾产生量及预测034
2.1.2工业固体废物产生量及预测038
2.2固体废物的物理及化学特性039
2.2.1固体废物的物理特性039
2.2.2固体废物的化学特性042
2.2.3危险废物特性及鉴别试验方法047
2.2.4危险废物判定规则054
2.3固体废物的采样方法054
2.3.1采样统计方法055
2.3.2单一随机采样法057
2.3.3分层随机采样法057
2.3.4系统随机采样法057
2.3.5阶段式采样法058
2.3.6权威性采样法058
2.3.7混合采样法058
2.3.8不同废物贮存形态的取样方法059
2.3.9我国生活垃圾采样标准060
2.3.10我国用于鉴别固体废物危险特性的采样方法062
讨论题063

3固体废物的收集、运输及转运系统065
3.1固体废物的收集方式与生活垃圾分类收集066
3.1.1收集方式066
3.1.2国外生活垃圾分类收集概况066
3.1.3我国生活垃圾分类收集的发展历程067
3.1.4我国生活垃圾分类收集现状及发展趋势068
3.2固体废物收运系统及其分析方法071
3.2.1废物收运系统分类071
3.2.2拖曳容器系统分析方法073
3.2.3固定容器系统分析方法076
3.3固体废物收集路线及规划设计080
3.3.1固体废物收集路线的规划081
3.3.2固体废物收集路线的设计081
3.4固体废物的运输086
3.4.1车辆运输086
3.4.2船舶运输087
3.4.3管道运输087
3.4.4危险废物运输的特殊要求089
3.5固体废物转运系统089
3.5.1垃圾转运的必要性089
3.5.2转运站分类090
3.5.3不同类型转运站介绍091
3.5.4转运站选址095
3.5.5转运站配置要求096
3.5.6转运站环境保护与劳动安全卫生098
3.5.7转运站工艺设计098
3.6固体废物收运系统的优化099
讨论题101

4固体废物的压实、破碎、分选及脱水处理技术103
4.1概述103
4.2固体废物的压实技术103
4.2.1压实原理103
4.2.2压实机械105
4.2.3压实器的选择106
4.2.4填埋场的压实107
4.3固体废物的破碎技术107
4.3.1概述107
4.3.2破碎机械109
4.3.3特殊破碎技术111
4.4固体废物的分选技术113
4.4.1分选的定义及评价指标113
4.4.2筛分114
4.4.3重力分选116
4.4.4磁选技术120
4.4.5浮选技术122
4.4.6半湿式破碎分选技术123
4.4.7淋洗技术124
4.5固体废物的脱水技术125
4.5.1固体废物的含水率及水的分布形态125
4.5.2高含水固体废物浓缩技术127
4.5.3高含水固体废物调质技术129
4.5.4高含水固体废物机械脱水技术130
讨论题135

5危险废物固化稳定化处理技术136
5.1概述136
5.1.1固化稳定化的定义136
5.1.2固化稳定化技术的特点及其应用136
5.1.3固化稳定化技术对不同危险废物的适应性138
5.2固化稳定化技术所涉及的基本原理139
5.2.1化学反应原理139
5.2.2包容原理140
5.2.3吸附原理140
5.2.4氧化还原解毒原理140
5.2.5超临界流体原理142
5.3水泥固化技术143
5.3.1基本理论143
5.3.2水泥固化的影响因素145
5.3.3水泥固化工艺介绍146
5.3.4水泥固化技术的应用147
5.4塑性材料包容技术148
5.4.1热固性塑料包容148
5.4.2热塑性材料包容148
5.5熔融固化技术150
5.5.1定义及其技术种类150
5.5.2原位熔融固化技术150
5.5.3异位熔融固化技术152
5.6高温烧结技术155
5.6.1烧结原理155
5.6.2影响烧结的因素156
5.6.3烧结窑炉类型156
5.6.4烧结技术156
5.6.5烧结中的重金属行为157
5.7地质聚合物固化稳定化技术157
5.7.1概述157
5.7.2地质聚合物合成原理158
5.7.3地质聚合物主要特点159
5.7.4影响地质聚合物性能的因素160
5.7.5地质聚合物固化稳定化技术的应用161
5.8化学稳定化处理技术162
5.8.1概述162
5.8.2化学稳定化技术的基本原理163
5.8.3氢氧化物化学稳定化技术165
5.8.4硫化物化学稳定化技术166
5.8.5硅酸盐化学稳定化技术167
5.8.6碳酸盐化学稳定化和加速碳酸化技术168
5.8.7磷酸盐化学稳定化技术170
5.8.8共沉淀稳定化技术171
5.8.9无机及有机螯合物化学稳定化技术172
5.9固化稳定化产物性能的评价方法173
5.9.1概述173
5.9.2固化稳定化处理效果的评价指标174
5.9.3固体废物的浸出机理175
5.9.4浸出率的定义及浸出试验177
5.9.5国内外固体废物标准浸出毒性方法及其应用179
讨论题182

6固体废物生物处理技术184
6.1概述184
6.1.1固体废物的生物处理184
6.1.2有机废物生物处理过程的基本原理185
6.2固体废物生物处理的典型技术187
6.2.1固体废物的堆肥化技术187
6.2.2固体废物的厌氧消化技术189
6.2.3固体废物的其他生物处理技术190
6.3堆肥化原理及其影响因素分析192
6.3.1堆肥化原理192
6.3.2堆肥化过程温度变化规律194
6.3.3堆肥化生物动力学基础195
6.3.4堆肥化的影响因素及其控制196
6.4堆肥化工艺204
6.4.1概述204
6.4.2典型堆肥工艺204
6.4.3典型的机械堆肥工艺流程206
6.5堆肥产品及其腐熟度评价207
6.5.1堆肥产品的质量要求和标准207
6.5.2堆肥产品腐熟度评价方法208
6.5.3堆肥的功效及其利用212
6.5.4堆肥产品中重金属的影响及其控制213
6.6厌氧消化原理及其影响因素214
6.6.1厌氧消化产沼的机理及途径214
6.6.2厌氧消化产沼的生物化学过程216
6.6.3厌氧消化的影响因素及其控制217
6.7厌氧消化处理工艺219
6.7.1低固体厌氧消化技术219
6.7.2高固体厌氧消化技术220
6.7.3典型厌氧消化处理技术和工艺222
6.8厌氧消化反应器种类及其性能评价223
6.8.1厌氧消化反应器种类223
6.8.2厌氧消化反应器性能评价指标225
6.8.3不同消化反应器的比较225
6.9有机废物单相厌氧消化处理系统226
6.9.1一阶段完全混合湿式处理系统226
6.9.2一阶段干式处理系统228
6.10有机废物两相厌氧消化处理系统231
6.10.1无微生物滞留的两阶段“湿-湿”处理工艺231
6.10.2有微生物滞留的两阶段“湿-湿”处理工艺233
6.10.3两阶段厌氧消化工艺水解段的影响因素及控制234
6.10.4有机垃圾水解液气化技术及其影响因素236
6.11序批式处理系统238
讨论题239

7固体废物热化学处理技术242
7.1固体废物热解处理技术242
7.1.1概述242
7.1.2热解原理及其影响因素243
7.1.3热解工艺类型及其在固体废物处理中的应用245
7.2固体废物熔融处理技术251
7.2.1概述251
7.2.2废物熔融技术工艺过程251
7.2.3燃料热源熔融技术252
7.2.4电热源熔融技术254
7.2.5高温等离子体熔融技术256
7.3污泥热干化处理技术259
7.3.1概述259
7.3.2污泥干化特性及影响因素260
7.3.3污泥干化工艺262
7.3.4污泥热干化设备264
7.3.5污泥干化工艺中的安全问题273
讨论题275

8固体废物焚烧处理技术276
8.1焚烧技术及其发展276
8.1.1焚烧技术的定义及特点276
8.1.2焚烧技术的历史及发展277
8.1.3固体废物焚烧厂选址279
8.2固体废物的焚烧特性及原理280
8.2.1固体废物的三组分280
8.2.2固体废物的热值280
8.2.3固体废物焚烧和燃烧的关系281
8.2.4固体废物焚烧的原理281
8.3焚烧效果的评价及影响因素283
8.3.1焚烧效果的评价指标283
8.3.2影响焚烧效果的主要因素285
8.4焚烧主要参数及热平衡计算286
8.4.1焚烧空气量及烟气量286
8.4.2焚烧烟气温度290
8.4.3焚烧系统热平衡计算290
8.5典型焚烧系统及工作原理294
8.5.1机械炉床式焚烧炉294
8.5.2旋转窑式焚烧炉299
8.5.3流化床式焚烧炉302
8.5.4模组式固定床焚烧炉(控气式焚烧炉)304
8.6焚烧烟气污染物及其控制306
8.6.1焚烧烟气组成及其控制标准306
8.6.2粒状污染物控制技术308
8.6.3氮氧化物控制技术308
8.6.4酸性气体控制技术310
8.6.5重金属控制技术313
8.6.6二英和呋喃控制技术315
8.7焚烧灰渣及其处理处置318
8.7.1焚烧产生灰渣的种类318
8.7.2焚烧灰渣的收集及输送319
8.7.3焚烧灰渣的处理处置及再利用319
8.8垃圾焚烧系统信息化320
8.8.1信息化在垃圾焚烧厂的应用320
8.8.2垃圾焚烧厂的信息化系统构架321
8.8.3生活垃圾焚烧烟气排放连续监测系统322
讨论题323

9固体废物填埋处置技术325
9.1填埋处置技术及其发展325
9.1.1固体废物处置的定义325
9.1.2固体废物最终处置原则326
9.1.3填埋处置的历史与发展326
9.1.4填埋处置的目的及特点328
9.1.5生物反应器填埋场及其发展329
9.2填埋处置技术分类331
9.2.1惰性填埋法3319.2.2生活垃圾卫生填埋法332
9.2.3一般工业固体废物贮存和填埋场335
9.2.4危险废物安全填埋法336
9.3填埋场总体规划及场址选择339
9.3.1填埋场总体规划339
9.3.2填埋场选址的依据、原则和要求340
9.3.3填埋场选址步骤342
9.3.4填埋场库容和规模的确定342
9.4填埋场防渗系统343
9.4.1填埋场防渗技术类型343
9.4.2国内外填埋场防渗层典型结构344
9.4.3填埋场防渗层铺装及质量控制346
9.5地表水和地下水控制系统348
9.5.1地表水控制系统构成及要求349
9.5.2地表水排洪系统设计350
9.5.3地下水控制系统353
9.6填埋气体的产生、迁移及控制354
9.6.1废物稳定化基本原理354
9.6.2填埋气体的组成特性356
9.6.3填埋气体产生量计算358
9.6.4填埋场气体的迁移361
9.6.5填埋气体收集系统364
9.6.6填埋气体处理和利用367
9.7填埋场渗滤液的产生及控制368
9.7.1渗滤液产生量计算368
9.7.2渗滤液水质特性370
9.7.3渗滤液调节池373
9.7.4渗滤液处理技术373
9.7.5填埋场中水及污染物的迁移375
9.8填埋场封场及运行管理378
9.8.1填埋场终场覆盖与场址修复378
9.8.2填埋场环境保护措施380
9.8.3填埋场环境监测381
9.8.4填埋场信息化管理382
讨论题382

附录384
附录1单位换算384
附录2典型难溶化合物的溶度积384
附录3填埋场中12种微量气体组分的物理特性参数386
附录4在298K时各主要物质的生成热386
附录5各种气体的平均定压比热容387

参考文献388