存余垃圾无害化处置与二次污染防治技术及装备

全国范围内，存在着成千上万座非正规填埋场和卫生填埋场，存储了几十亿吨存余垃圾（存量垃圾），占地面积广大，内含数十亿吨陈腐有机物、塑料、织物、无机惰性物，潜在资源巨大，但污染严重。欧美国家早在20 世纪70 年代就开始研发应用堆场整治技术，包括原位好氧稳定化预处理、公园化、绿化、开采筛分后焚烧或生产垃圾衍生燃料或回填，但近年来相关报道较少。与之相反，鉴于国家重大需求，近20 年来我国的相关研究工作一直未中断过。
生活垃圾在填埋场中经生物、化学和物理作用，易腐有机物转化为腐殖质，病原微生物逐步消失，恶臭强度逐步下降，污染物逐步转化为资源。填埋场中的垃圾，若干年后基本稳定化，在一定条件下可开采分选利用。现状是可燃物（筛上轻质物）焚烧发电，筛下腐殖土、无机惰性物卫生填埋或回填，部分陈腐有机物用作生物填料或绿化用土，并已经应用于大量堆场治理修复，但治理工艺简单粗放，筛分效果差，装备自动化程度低，未实现资源高值转化利用。
存余垃圾无害化处置与资源化利用是支撑国家生态文明建设、资源循环利用的途径之一。本书基于国家重点研发计划“存余垃圾无害化处置与二次污染防治技术及装备”（项目编号：2018YFC1901400）项目成果，围绕存余垃圾无害化处置与二次污染防治目标，系统描述了存余垃圾污染属性与资源属性的定性定量化识别、交互作用和耦合机制，高效预处理技术，智能分选和分质资源化利用技术与装备，原位和异位快速强化稳定化—二次污染控制—开采分选洁净资源转化—渗滤液处理与资源回收—精深加工—商业模式创新全新技术路线，以及3 座示范工程，从根本上解决了筛上轻质物直接焚烧以及无机骨料和筛下腐殖土回填的传统低值化处理、恶臭和病原微生物污染、渗滤液浓缩液无害化程度差的重大技术难点，为我国固体废物污染控制与资源化事业高质量快速发展提供重大科技支撑。
本书由赵由才等编著，具体分工如下：第1章 由周涛、耿晓梦、林坤森、魏然、赵春龙、赵由才编著；第2章 由赵由才、周涛、黎佳茜、马杰、徐斌、耿晓梦、伍娜、赵春龙、魏然、林坤森、陈博、刘爱荣、徐斌、彭帅、付小花、向东方、叶霖海、何小松编著；第3章 由陈善平、邰俊、宋立杰、夏旻、王川、张瑞娜、贾川、刘爱荣、徐斌、吴军编著；第4章 由王松林、杨明月、陈朱琦、魏云春、李进、林石鑫、廖朱玮、汪佳、龚庆、罗放、彭宇轩、陈朱蕾编著；第5章 由吴军、张文涛、陈轶凡、吕宜廉、江伟、朱晨曦、马海涛、朱俊伟、李平海、叶承明、许杰、杨强、高林燕、寿文琪、苏子龙、郭小境、王雨纯、焦冠通、潘周志、薛王峰、杨智力、陶洁、万珊、喻富根、杨斌、李梅编著；第6章 由岳东北、白皓、孙越、董新维、梁镓宁、张龄月、唐楚、方定、李明春、汪慧静、张洵铭、李荭鑫、孟夏编著；第7章由耿欣、王敬民、段怡彤、刘涛、童琳、景国瑞、范晓平、屈志云、邢丽娜、耿晓梦、赵春龙、周涛、林坤森、陈博编著。全书最后由赵由才统稿并定稿。
本书是国家重点研发计划“固体资源化”专项“存余垃圾无害化处置与二次污染防治技术及装备”项目的研究成果。图书编著过程中，许多研究成果和应用成效还在提炼和总结；并且一些重要研究成果和工程技术参数目前不宜公开。本书描述了可以公开且是经过验证的研发与应用成果，也在一定程度上反映了项目的成就。限于编著者水平及编著时间，书中不足和疏漏之处在所难免，敬请读者提出修改建议。

编著者
2022年8月

赵由才，男，1963年7月生于福建泉州市安溪县，教授、博导。1980年9月安溪一中高中毕业，1984年四川大学化学系本科毕业，1989年12月北京中关村中国科学院化工冶金研究所博士毕业（现过程所，硕博连读），1991年复旦大学化学系博士后流动站出站后到同济大学工作至今。1995-2000年曾在美国、瑞士、新加坡、希腊等国家工作4年。1992年6月晋升副教授，1996年1月晋升教授，1999年9月聘为博导，2008年1月被聘为同济大学首批二级教授。连续22年为本科生、硕士生、博士生讲授固体废物处理与资源化课程。国家重点研发项目负责人。入选多种人才计划，获得中共中央、国务院、中央军委颁发的建国70周年纪念章、国务院特殊津贴多种荣誉称号。从事生活垃圾、泥质废物、建筑废物、危险废物、工业废物处理与资源化研究与应用，研发成果获得广泛应用。主持了一批国家重点研发项目、国家基金、国家863和科技支撑、环保部公益性科研专项、教育部重大重点、上海市科委重大重点项目，以及企业委托项目。作为一完成人主持的科研项目分别获国家科学技术进步奖二等奖、上海市科技进步奖一等奖、国家教育部科技进步奖一等奖、上海市技术发明奖二等奖。一发明者授权发明专利72项，非一发明者授权发明专利18项；SCI收录论文135篇，在Elsevier和Springer出版社出版英文学术专著6部，国内出版社分别出版学术专著8部、学术著作83部、参编学术著作11部。指导博士生57名，硕士生80名，工程硕士25名，博士后5名，教育部委派进修生9名。

本书针对规范和非规范填埋场存余垃圾污染与资源属性并存特点，系统介绍了存余垃圾无害化处置、资源化利用与二次污染防控技术，主要内容包括存余垃圾污染与资源属性识别、污染物与可回收物交互耦合机制、存余垃圾采选及资源化过程中恶臭和病原微生物污染控制、存余垃圾原位和异位处置场强化稳定化、存余垃圾智能组合分选、存余垃圾分质资源化与示范工程建设、高浓度渗滤液碳氮协同削减及浓缩液全量化处理、存余垃圾原位削减和无害化处理技术体系及商业化模式等，为我国固体废物污染控制与资源化事业高质量快速发展提供重大科技支撑。
本书具有较强的针对性和技术应用性，可供从事垃圾处理处置、污染控制及资源化利用等的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、市政工程、生态工程及相关专业师生参阅。

第1章 存余垃圾污染控制与资源化
1.1 存余垃圾定义和特征 2
1.2 存余垃圾污染与资源双重属性 2
1.2.1 存余垃圾污染属性特点 2
1.2.2 存余垃圾资源属性特点 3
1.2.3 污染与资源属性的转化 3
1.3 存余垃圾产物含量特征与资源化工艺 4
1.3.1 存余垃圾预处理技术 4
1.3.2 存余垃圾挖采资源化 5
1.3.3 主要筛分产物含量特征 5

第2章 存余垃圾污染风险评估及与可回收物交互耦合机制
2.1 填埋场污染物赋存状态及风险评估 9
2.1.1 相关场地信息 9
2.1.2 金属污染特征分析 10
2.1.3 挥发性有机物特征分析 12
2.1.4 填埋场污染物风险评估方法建立 15
2.2 复杂堆积体系污染资源演变规律及填埋龄判断 16
2.2.1 Prophet 模型模拟预测填埋场污染物演变规律 16
2.2.2 基于腐殖质分子量指标的填埋龄判断 21
2.2.3 基于三维荧光变化特征的填埋龄判断 27
2.3 污染物与可回收物的交互耦合机制 29
2.3.1 典型污染物与可回收物的交互作用机制 29
2.3.2 废塑料洁净及其与污染物的交互关联作用 30
2.3.3 老化微塑料对亲水性有机污染物的吸附行为及作用机理 31
2.4 存余垃圾开采筛分资源化技术及碳排放分析 36
2.4.1 废塑料性能演变及资源转化 37
2.4.2 腐殖土特性及资源转化 38
2.4.3 无机骨料资源转化 44
2.5 污染属性与资源属性判别模型 45
2.5.1 基本模型构建 45
2.5.2 模型参数计算 45
2.5.3 模型修订与构建 47

第3章 存余垃圾采选及资源化过程中恶臭和病原微生物污染控制
3.1 恶臭快速监测平台及时空变化规律 53
3.1.1 填埋场恶臭产生情况 53
3.1.2 臭气浓度标准监测方法及优化手段 54
3.1.3 存余垃圾填埋场恶臭气体时空分布规律 55
3.1.4 恶臭快速检测平台 57
3.1.5 存余垃圾开采筛分过程恶臭浓度 59
3.2 病原微生物时空变化规律 63
3.2.1 填埋场微生物多样性 63
3.2.2 生物气溶胶的潜在风险 64
3.2.3 填埋场内微生物时空分布 64
3.2.4 存余垃圾资源化工程的微生物采集与分析 66
3.3 恶臭抑制低毒药剂开发及应用 70
3.3.1 低毒化学药剂 70
3.3.2 低毒化学药剂小试验证 71
3.3.3 低毒化学药剂中试验证 78
3.4 短时成膜覆盖材料开发及应用 80
3.4.1 膜材料配方开发 80
3.4.2 膜材料物理化学表征 85
3.4.3 膜材料性能验证 87
3.5 腐殖土固定床处理有组织排放气体 88
3.5.1 腐殖土固定床原理 88
3.5.2 腐殖土固定床用于处理有组织排放尾气的设计 89
3.5.3 有组织排放尾气处理中试验证 91
3.6 高能质子装置处理有组织排放气体 93
3.6.1 高能离子超导次声净化技术原理及工艺路线 93
3.6.2 高能离子超导次声净化技术除臭工程试验方案设计 95
3.6.3 高能离子超导次声净化技术除臭效果分析 96

第4章 存余垃圾原位快速稳定化预处理与可回收物清洁回收和陈腐有机物利用技术装备及示范
4.1 多相注入原位生物反应器强化快速稳定化及污染负荷削减预处理工艺 98
4.1.1 好氧曝气加速稳定化效果 98
4.1.2 污染负荷削减过程 98
4.1.3 污染降解动力学模型 105
4.1.4 降解表征指标相关性分析 106
4.2 高压风箱快速去水-循环风无轴滚筛-斜板振动和动力风选精细筛分设备 108
4.2.1 存余垃圾筛分工艺技术路线 108
4.2.2 主体设备性能 109
4.3 筛分产物资源化利用工艺 110
4.3.1 轻质物料无水干洗装置 110
4.3.2 垃圾烘干清洗机 111
4.3.3 EDTA/腐殖酸与柠檬酸/腐殖酸对腐殖土中重金属淋洗效果 111
4.3.4 EDTA/腐殖酸与柠檬酸/腐殖酸淋洗腐殖土中重金属参数优化及绿化应用 117
4.4 工程示范设计施工运维集成技术装备 121
4.4.1 垃圾堆放场开挖技术评价指标体系 121
4.4.2 填埋场开挖技术及边坡稳定性分析 128
4.4.3 堆体开挖工程施工建议 132
4.5 示范工程建设与运行 133
4.5.1 示范工程依托项目 133
4.5.2 示范工程总体工艺流程 133
4.5.3 示范工程建设情况 134
4.5.4 垃圾筛分系统 134
4.5.5 筛分物资源化系统 136
4.5.6 腐殖土利用技术应用与推广 137

第5章 存余垃圾异位预处理及智能化组合分选和分质资源化技术装备及示范
5.1 存余垃圾异位强化稳定化技术 139
5.1.1 存余垃圾稳定化程度评价方法及异位快速稳定化运行工艺优化 139
5.1.2 低温蒸发含水率控制技术 140
5.1.3 毛细均匀配水技术 142
5.1.4 异位好氧稳定化集装箱设备 143
5.2 存余垃圾填埋场无人机勘察及智能组合分选技术 145
5.2.1 无人机成像激光遥测现场勘察技术 145
5.2.2 可见光成像深度学习机器视觉的存余垃圾智能分选 146
5.2.3 存余垃圾滚筒筛智能清堵设备 149
5.3 轻质物多效洁净以及分类资源转化技术 154
5.3.1 废弃高分子材料老化规律 154
5.3.2 筛上轻质物多效洁净及深度资源化利用技术 156
5.3.3 废弃高分子材料化学再生资源化技术 159
5.4 陈腐有机物加工生产绿化用土、生物反应器腐殖填料技术 164
5.4.1 颗粒腐殖生物填料技术 164
5.4.2 腐殖土废弃填料协同资源化 167
5.5 存余垃圾预处理过程中二次污染控制技术 169
5.5.1 “三位一体”同步治理恶臭气体和废水的技术 169
5.5.2 新型交替曝气生物滤池治理异位稳定化废水技术 170
5.5.3 粉末活性炭吸附澄清池深度处理异位稳定化废水技术 172
5.6 工程验证与示范推广 178
5.6.1 利辛县农村生活垃圾及存余垃圾治理工程 178
5.6.2 贵州德江生活垃圾卫生填埋场综合整治示范工程 182

第6章 高浓度渗滤液碳氮协同削减及浓缩液全量化处理技术装备与示范
6.1 渗滤液碳氮协同削减技术 187
6.1.1 渗滤液中难降解碳源识别 187
6.1.2 难降解碳源的分解及利用 187
6.2 渗滤液蒸发系统构建及优化 195
6.2.1 盐分的分离与资源化 195
6.2.2 泡沫控制 202
6.2.3 能量回收及新型蒸发系统构建 210
6.3 渗滤液全量化处理物质流及能量流分析 211
6.3.1 物质流分析 211
6.3.2 能量流分析 217
6.4 成果应用 221

第7章 存余垃圾原位削减和无害化处理与资源化利用技术体系及商业化模式
7.1 残余物风险识别、评估体系和风险控制方法 225
7.1.1 残余物概述及其危害 225
7.1.2 残余物的检测及环境风险识别 225
7.1.3 残余物中重金属污染环境风险评估 226
7.1.4 残余物中重金属污染环境风险判定 228
7.1.5 残余物末端处置 230
7.2 存余垃圾挖采资源化智慧管理平台 233
7.2.1 存余垃圾挖采资源化智慧管理平台简介 233
7.2.2 系统建设原则 234
7.2.3 系统架构 234
7.2.4 功能模块设计 235
7.2.5 平台建设内容 235
7.2.6 管理平台控制系统 237
7.3 原位削减、无害化处理与资源化利用模块化技术体系 238
7.3.1 总体技术路线 238
7.3.2 原位稳定化模块 240
7.3.3 挖采模块 246
7.3.4 异位稳定化模块 248
7.3.5 筛分模块 250
7.3.6 资源化模块 252
7.3.7 无害化处置模块 256
7.3.8 臭气控制技术模块 257
7.3.9 污水处理技术模块 258
7.3.10 场地修复技术模块 259
7.3.11 示范工程后评估评价指标体系 260
7.4 具有短周期适应性的商业化推广创新模式 262
7.4.1 商业化模式必要性分析 262
7.4.2 商业化模式的设计 262
7.4.3 RSL 短周期适应性的商业化推广创新模式 263
7.4.4 物有所值评价 266

参考文献