危险废物处理技术现状及发展趋势

羊建波 常 青 杨 逸 王 悦

(中国恩菲工程技术有限公司, 北京 100038)

0 前言

随着经济的快速发展,我国危险废物的产生量逐年增多。2021年全国危险废物产生量为8 189万t［1］,较2011年增加了6 599万t,年均复合增长率为11.78%,但2016—2021年年均增速缓降至6.3%,呈现总量增加但增速下降的态势。“十四五”期间,我国危险废物的总量仍将不断增加,环境问题亦将日益严峻。在绿色高质量发展的背景下,提高危险废物的无害化和资源化利用技术水平尤为重要。

本文以危险废物作为研究对象,系统梳理危险废物的处理技术现状及未来发展趋势,结合国家层面推荐的先进适用技术,罗列危险废物处理的主流技术、先进技术和未来可能推广应用的技术,以期为企业和广大学者提供技术信息支撑。

1 危险废物概述

危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物。按照《国家危险废物名录》(2021年版),危险废物分46个大类、467个品种,包括工业危险废物、医疗废物和其他社会源危险废物等(图1)。其中,工业危险废物占总量的70%以上,其次为医疗废物,约占14%。工业危险废物中80%来源于化工、电子、机械等制造业和热电、通讯、冶炼等行业。

图1 危险废物的分类

综合利用和处置是目前工业危险废物处理的主要途径。2019年,工业危险废物综合利用量占总产量的47.2%,处置量占比为38.5%,贮存量占比为14.3%［2］。

2 危险废物的处理技术现状

危险废物的处理技术主要包括预处理、无害化、资源化三方面(图2)。

图2 危险固废处理方式简图

2.1 危险废物的预处理技术

由于危险废物品种繁多,化学成分复杂,因此预处理阶段必不可少。预处理过程包括分类、分析、配伍三个主要步骤,有时因物料特殊性质可能还需进行二次预处理。预处理可以实现前端的减量化、有效分离、分类等,从而可以减轻后处理压力。随着新材料的不断涌现和新装备的投入使用,高级氧化技术如电催化氧化、湿式催化氧化、超临界水氧化技术已从有机废水处理拓展至危险废物预处理。高级氧化技术设备投入大,更加节能,操作更简单,在欧美等发达国家已有成功运用,但在国内没有形成大规模应用［3］。其中,超临界水氧化法在欧美国家广泛应用于塑料降解、有机废水以及生物污泥的处理当中［4-5］。

2.2 无害化处置技术

无害化技术中,应用较多的有焚烧、热解气化、固化、填埋等方法。各种技术的特点见表1。

表1 危险废物无害化处置技术的特点及适用范围

2.2.1 焚烧

焚烧处理是目前危险固废主要的处理方式,是无害化、减量化的有效手段。焚烧技术主要包括回转窑焚烧技术、水泥窑协同处置技术、等离子体焚烧技术等。其中,回转窑焚烧技术是国内危险废物处理领域广泛应用的技术,是国家环保部发布的危险废物处理政策中推荐的技术。水泥窑协同处理技术在国外应用较为广泛,国内近些年来也在推广,但我国在处置危险废物的运营、监管等管理体系尚不完善,业内专家、学者对该技术的广泛应用都保持谨慎的态度。等离子体焚烧技术是对固体危险废物物进行熔融处理的一种关键技术［6］,适合于医疗垃圾、飞灰、钢渣、电镀污泥、铬渣、放射污染等固体危险废物的环保处理,目前发达国家已建成了一些基于等离子体技术的处理装置,并投入工业化运行［7］。在中国,上海固废处置中心已引入美国等离子焚烧技术。

2.2.2 热解气化

热解气化技术是指有机物在无氧或缺氧条件下的高温分解技术,是一种有效处理医疗固体废弃物的手段。缺氧环境下的热降解不仅降低环境污染,还能对医疗废物进行最大化资源化利用。混合医疗废物的热解气化及热解后生成产物的资源化利用是未来的技术研究方向［8］。

2.2.3 稳化/固化

稳化/固化技术是危险废物无害化处置的重要技术方法,适用于工业危险废物以及污染土壤的处理,包括药剂固化、水泥固化以及熔融固化等。目前稳定化/固化技术已经比较成熟,与焚烧以及堆肥技术相比,其处置成本更低,可有效杜绝二次污染,大规模高效处理含油污泥是未来固化处理技术的研究方向。

2.2.4 快速碳酸化技术

快速碳酸化技术的原理是将危险废物全部暴露在浓度较高的二氧化碳环境中,经过特定化学反应,使有害物质在热反应的作用下进行分解,生成其他不具备危害或危害程度较低的物质,最终降低危险固体废弃物的危害程度［9］。快速碳酸化技术最初被用于矿产行业中,随着技术的不断创新,逐渐应用于危险固体废弃物的无害化处置,如钢铁渣、电石渣、废石灰等的焚化炉灰、废弃建筑材料以及金属冶炼废渣等。尽管处置效果较好,但工艺相对复杂,经济成本较高,大规模应用还有诸多难题需要解决。

2.3 资源化利用技术

资源化回收技术是以减少危险废物排放为目的,回收能再次利用的物质,降低危险废物对周边环境的危害的方法。危险废物的资源化主要集中于金属、油脂、溶剂、塑料等物质的回收利用。目前资源化利用技术主要应用于废酸、废矿物油、含油污泥、废有机溶剂、废盐、废包装桶、废催化剂等废弃物的回收,主要方法和技术发展现状见表2。下文着重阐述有色冶炼渣金属回收技术和废线路板(WPCBs)回收技术。

表2 危险废物资源化利用主要技术的特点及发展现状

2.3.1 有色金属冶炼渣金属回收技术

目前有色金属冶炼废渣有价金属提取大多采用的是湿法冶炼工艺,其基本原理就是将有色金属冶炼渣进行酸碱化、电化学等方式处理,从而保证废渣中的有价金属被有效提取［10］。湿法冶炼工艺溶液控制相对容易,提取的金属纯度高,金属回收率也较高。主要方法有电化学法、沉淀法、吸附法、离子交换法和液膜分离法等［11］。液膜分离法在近几年发展迅速,开发稳定高效的液膜是其主要研究方向［12］。吸附法、离子交换法和液膜分离法三种方法的广泛应用将逐渐代替易产生二次污染的沉淀法和成本高的电化学法。

2.3.2 废线路板(WPCBs)资源回收技术

对于废线路板资源回收,目前国内外成熟的方法有机械分离法和湿法,较为成熟的有火法和热解法,最新出现的方法有微生物及超临界法等。

机械处理法是目前WPCBs回收应用最广泛方法之一,未来的研究重点包括有毒金属的分离、减少破碎过程中有机物的分解及探索分选效率更高的方法等［13］;湿法大多用于回收WPCBs中的贵金属,例如硫脲浸金和硫代硫酸盐浸金方法是取代氰化物浸金的两种最有前景的方法,暂无大规模工业应用,未来研究重点为浸滤液选择与后续分离操作［14］;火法冶金主要有焚烧熔出工艺、高温氧化熔炼工艺、电弧炉烧结工艺等,未来熔池熔炼可作为废线路板主流处理方法,此外废线路板可与低品位铜污泥、杂铜等协同熔炼;低温热解是一种可替代火法冶金的处理方法,但废电路板热解处理技术尚未成熟,不具备规模化运作的条件,但具有良好的发展前景;生物冶金尚未应用到工业中,未来研究重点在于菌种浸出效率的提高、高效工程菌的选育、细菌氧化活性的增强等;超临界流体技术包括超临界流体萃取工艺和超临界流体氧化工艺,是一种理想的预处理技术,目前多为实验室试验,尚不能大规模应用。

3 危险废物处理技术发展趋势

《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确提出了“2030年碳达峰”的目标,危废处置作为生态环保中重要的一环,未来在政策日趋严格的背景下,其预处理、无害化和资源化技术将不断创新或优化。政策层面以源头减量为主,鼓励提高资源综合利用率;在预处理方面,着重开发自动化处理装备,提高分选效率;在资源化利用方面,突破废酸废油污泥等回收的瓶颈技术,重点研究膜分离技术、含油污泥大规模高效处理、混合医疗废物及热解后产物的资源化利用、有色冶炼渣湿法冶金的金属提取技术、废线路板资源化利用技术、多种危险废物协同冶炼技术等;在先进技术开发方面,除了积极引进国际先进技术装备并加以改进外,还要积极参与全球性危险废物处理技术研发课题,努力提升自主创新能力。

根据历年《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录》《矿产资源节约和综合利用先进适用技术目录》《“无废城市”建设试点先进适用技术汇编》,结合相关文献资料,按冶金危险废物、石化及化工危险废物、医疗危险废物、再生资源回收利用、多种危险废物协同处理分类,总结了相关的主流技术、先进技术/推广技术和未来技术/研发技术(表3)。

表3 危险废物处理技术总结

4 结束语

目前焚烧处理是危险废物主要的处理方式,包括回转窑焚烧技术、水泥窑协同处置技术等。我国危险废物处理起步晚,无害化和资源化利用整体水平仍有待提高,不同细分行业技术表现差异较大。预处理技术比较粗放,分选归类的自动化、智能化程度低,配伍标准不完善;资源化利用技术(如等离子焚烧技术、废矿物油及含油污泥回收技术等)水平与发达国家相比还存在一定差距。我国正引进国外先进的处理技术及系统装置,但需根据现实情况对技术设备进行优化改造。

我国危险废物产业当前处于快速发展阶段,很多新技术正在研发阶段,如超临界水氧化技术在危险废物预处理过程中的应用,离子交换法、液膜分离法在有色冶炼渣有价金属提取中的应用,热解法、熔盐法在废线路板综合利用中的应用等。

未来危险废物处理仍以“减量化、资源化、无害化”为原则,在信息化、智能化、协同化发展的大趋势下,强化源头减量化和资源化技术创新或优化,提高危险废物的综合利用效率,加强综合处置能力。