书城科普读物探索未知-垃圾与环境
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第11章 垃圾的再生利用(1)

有人说,世界上不存在垃圾,垃圾是放错地方的资源。若以这些垃圾为原材料,重新生产产品为人类所用,那既可以消除日益增多的垃圾带来的生存空间之患,又可以缓解人类日益严峻的资源危机。一举两得,可以说是现代人能想到的最理想的方式。

垃圾有时也是资源

物质是无法凭空产生,垃圾自然也有它的源头。我们先通过最常见的物品来寻找这个源头。我们每天都要用到书和本,书和本是用纸印制的,纸是由造纸厂生产的,纸的原料是纸浆,纸浆是从哪里来的呢?纸浆主要是用木材等生产的,而木材来自森林。原来书和本的源头是森林,是通过采伐森林,再经过多道工序加工制造出来的。

其他物品也一样。塑料是从石油中提炼制成的,易拉罐是用矿石提炼制成的。它们都经历了资源开采,然后加工成为商品。商品再经过人类的消费变成垃圾,只是有的商品变成垃圾的时间快些,有的慢些,但最终都要成为废弃的垃圾。原来不管是什么样的垃圾,它们都是通过人们加工各种资源转变成的。

上面的图反映了从资源到垃圾的大致过程,我们从中可以看到,扔掉的垃圾越多,消耗的资源就越多。但是,如果我们把箭头转向反方向,会出现什么结果呢?

许多自然资源是不可再生的,如石油、各种矿石;有些是可再生的,如树木。即便可再生的资源,也需要一定的时间才能再生。如速生丰产的杨树,也需要10年到30年的时间才能成材。如果我们无节制地消费,无节制地制造垃圾,我们就将面临一个资源耗尽的地球,我们的子孙后代也就无法生存。

我国是一个人均资源贫乏的国家,大量垃圾的产生给薄弱的资源基础雪上加霜。据内贸部统计,全国每年因垃圾造成的资源次失价值达250~300亿元;因废弃圆珠笔芯一年浪费的铜就有几十吨;因废电池损失的锌一年有数十万吨;牙膏皮一年也损失掉几万吨铝。我们每产生一样垃圾,就意味着浪费了若干宝贵的资源。

人类只有一个地球,而地球资源是有限的。怎样用有限的地球资源实现人类无限的发展?那就必须让地球资源能够持续地循环再生。资源能够变成垃圾,那么我们能不能把垃圾变成资源呢?回答是肯定的。从可持续发展的角度看,也可以说垃圾是放错了地方的资源。通过垃圾的分类回收,人们完全可以把垃圾重新变成资源。

被永久消灭的资源的生态价值是无法估算的。好的纸张是木材做成的,我国目前每年流失废纸600万吨,相当于浪费森林资源约6~33万公顷。而回收利用1吨废纸可再造出800千克好纸,可以挽救17棵大树;少用纯碱240千克,降低造纸的污染排放75%,节省造纸能源消耗40%~50%。我国已有将废塑料还原炼轻燃油的技术,轻燃油可以用做能源,这既让废塑料得到了重复使用,也减少了白色污染;但因为不能回收到足够的废塑料,这一项技术尚未得到普遍推广;炉灰等经过改造可以做成建筑材料。菜叶、果皮等生物垃圾也可以再生利用加工成绿色肥料,许多垃圾都可以回收,再生利用。

有专家计算出北京每天产生的生活垃圾中可回收的经济价值和环保价值如下:废纸约1500吨,若回收再造可产生1200吨好纸,节约木材6000立方米,少用纯碱360吨,降低造纸的污染排放75%,节电77万度;废塑料,约1500~2000吨,若回收炼油,理论上可节约50万升无铅汽油、50万升柴油,仅汽油就可供三万多辆小轿车驾驶100千米;废泡沫可制成建筑装修用优质强力胶;废玻璃约1500吨,若回收制造玻璃,可节约石英沙100万吨,少用纯碱375吨,节约长石粉90吨,煤炭15万吨,节电60万度;废织物600吨,可用于造纸等;废金属180吨;废电池约30万只,其中所含的汞、镉是污染性极强的有毒重金属,但回收后可从中提取锌、铜和二氧化碳。

如果我们的子孙都像我们一样,生活在地球上,而不是像天外怪兽一样去掠夺其他星球,那地球资源的轨迹就必须是一个圆圈,可以循环再生。垃圾分类回收是地球资源循环再生链条中至关重要的一环。垃圾不分类回收就是污染环境、耗竭资源的魔鬼;分类回收就是造福于人和自然的宝贝。现在我们找到了答案。

让垃圾成为魔鬼还是变成宝贝,从根本上来讲,取决于我们每个家庭的选择。

固体废物资源化

固体废物资源化是指采取管理和工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。

早在12世纪,中国南宋时期的著名学者朱熹就提出“天无弃物”的观点。近二三十年来,环境问题日益尖锐,资源日益短缺,处置固体废物并把它转化为可供人类利用的资源也越来越引起人们的重视。主要表现在两个方面:(1)加强固体废物资源的管理。许多国家都制定了有关固体废物的法规,在立法上可以看出由消极处置转到积极利用的发展趋势。如美国1965年制定《固体废物处置法》,1970年修订成为《资源回收法》,1976年又修订成为《资源保护再生法》,明确规定固体废物不准任意弃置,必须作为资源利用起来。为了实现固体废物资源化,许多国家采取了鼓励利用废物的政策和措施。如中国1979年制定的《关于工业“三废”综合利用的若干规定》等法令,规定工业废渣无偿利用,废渣产品在一定时期内减免税收等。

许多国家都建立了专业化的废物交换和回收机构,开展废物交换和回收的活动。中国各城市普遍建立了物资回收公司。美国环境保护局在全国设立200个废物交换点和3000个回收中心。欧洲一些国家自20世纪70年代以来,开始实行废物交换。原德意志联邦共和国化学工业协会最早建立废物交换制度,并与邻国奥地利、卢森堡、荷兰、比利时、丹麦等签订合作协议。西欧共同体商工委员会于1978年建立废物交换市场。北欧的瑞典、丹麦、芬兰和挪威建立了北欧废物交换所,促进了废物资源化的发展。

(2)采取固体废物资源化的工艺措施。固体废物是一种资源,如城市垃圾中含有大量有机物,经过分选和加工处理,可作为煤的辅助燃料,也可经过高温分解制取人造燃料油,也可利用微生物的降解作用制取沼气和优质肥料。固体废物除从中回收有用的金属材料、非金属材料和能源外,主要是用于生产建筑材料。

一、固体废物建筑材料

煤矸石、粉煤灰、煤渣、高炉渣、钢渣等多种固体废物都具有建筑材料所需要的成分和性质,可以制作建筑材料。建筑材料需要量大,可以容纳大量的固体废物;建筑材料使用期限长,不会产生二次污染,也不会很快重新变成废物。所以利用固体废物制造建筑材料是节约资源、消除废物、保护环境的有效途径。

人们早就把工业废渣直接用作建筑材料和制造建筑材料,例如用矿渣垫基、铺路,用煤渣拌制三合土等。根据工业废渣的化学成分、物理状态和矿物组成的不同,可以制作各种不同性能的建筑材料。例如高炉渣具有足够的强度,经水淬或破碎后可直接作为水泥混凝土的骨料;并可按不同工艺制成膨珠、浮石等轻质骨料。钢渣破碎为碎块,质重而表面粗糙,与沥青粘结牢固,强度高,耐磨性能好,是优良的路面沥青混凝土的骨料。

有的工业废渣含有大量硅、铝、钙等成分,具有水硬胶凝性。如粉煤灰、经过粉碎的高炉渣和钢渣、赤泥等可作为硅酸盐水泥的混和材料。高炉渣和部分水泥熟料共同磨制成的水泥,称为矿渣硅酸盐水泥,是中国的主要水泥品种之一。以粉煤灰、煤矸石作原料可制成火山灰质硅酸盐水泥。

煤灰渣包括炉渣、粉煤灰、水淬溶渣,大部分来自热电厂,一部分来自烟囱除尘,小部分来自供热锅炉排渣。从燃煤电站烟囱捕获的细灰称为粉煤灰。炉底排出口为炉渣,炉渣可用于铺路。粉煤灰掺入适量炉渣、矿渣等骨料,再加石灰、石膏和水拌和,可制成蒸汽养护砖、砌块、大型墙体材料等,也可以生产烧结砖和轻质混凝土骨料。尾矿、电石渣、铝渣、锌渣等都可制成砖材。

煤矸石主要成分是硅、铝和铁等的氧化物,含有可燃成分。用以烧制砖瓦,可以代替粘土,其中的可燃成分在焙烧过程中也可发挥能源作用,减少燃料消耗。中国、日本、法国、英国、波兰等国都把煤矸石焙烧成为轻质骨料,或用以生产陶瓷、耐火材料和铸石等。

高炉渣是在高炉炼铁时产生的,它由矿石中脉石、燃料中的灰分和熔剂中的非挥发组份形成的矿渣。我国生产1吨铁产生0.6~0.7吨高炉渣。高炉渣有炼钢生铁渣,铸造生铁渣和锰铁渣,其主要成分是钙、硅、铁、锰、硫的氧化物。利用高炉熔渣的高温条件,可加气吹制成矿渣棉,是具有保温、吸声和防火性能的建筑材料,可以制作保温板、吸声板和防火纤维材料。

钢渣是炼钢过程排出的废渣,其成分为钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等的氧化物,其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。将熔融钢渣泼成30厘米厚的渣层,喷适量水,使其凝固,然后铲起、破碎、筛分成钢渣碎石,可作为炼钢、炼铁的材料。因钢渣碎石不滑移,强度高,耐磨,耐蚀,所以特别适宜作为路基材料。

二、固体废物堆肥

堆肥是固体废物处理和利用的一种方法。固体废物中的有机物在微生物作用下,发生生物化学反应而降解形成一种类似腐殖质土壤的物质,用作肥料并用来改良土壤。

堆肥技术已有悠久的历史。中国古代在农事活动中已使用堆肥法。真正对堆肥技术进行科学探讨始于1920年。英国的A.霍华德在印度把牲畜粪便、树叶、垃圾等放入土坑,贮存6个月,进行厌氧发酵。同年,意大利人G.G.贝卡里也向政府申报专利。他堆肥的方法同霍华德相似,只是不用土坑而用混凝土堆肥坑。

堆肥作为废弃物处理的一种方法已经得到广泛重视。完成堆肥过程的细菌、酵母菌、真菌和放线菌是土壤和垃圾中本来就有的。堆肥初期,细菌和酵母菌占优势;后期,真菌和放线菌占优势。细菌中有需氧性的形成孢子的杆菌属,还有革兰氏阴性杆菌(大肠杆菌等)。典型的真菌有:麦曲菌、镰刀菌、青霉菌和酒麦曲菌等属。放线菌中有链丝菌、诺卡氏菌和小单孢子菌等属。用作堆肥的废弃物的化学成分由于这些微生物的活动而发生改变。糖和淀粉最容易被微生物利用,类脂物或脂肪的抗降解作用不大,纤维素和半纤维素有中等的抗降解作用,木质素的抗降解作用最大。有机物经堆制后所形成的腐殖质既是土壤改良剂,也是优质肥料。堆肥过程中产生的生物热温度可达50℃~55℃,能杀灭垃圾、粪便中的病菌、虫卵和蝇蛆。

堆肥过程一般分为四步:

(1)准备:先从垃圾中剔出大块废物、玻璃、金属、塑料、橡皮、破布等;再将垃圾破碎成匀质状,常用的方法为“落锤”捣碎、“锉切法”和“湿捣成浆法”等;匀质废物的最佳含水率为45%~60%;碳氮比约为25∶1。如果达不到,可掺加废水污泥。因此堆肥厂设在污水处理厂近旁最为合适。

(2)细菌分解:按作用原理,分为高温需氧性分解和低温厌氧性分解。在温度、水分、氧气适宜条件下,需氧微生物迅速生长繁殖,开始需氧性分解过程,产生大量的热(温度50℃~55℃),将各种有机物转化成为无害的肥料,这种方法称为高温堆肥。厌氧堆肥在缺氧条件下进行,堆内的温度最高不超过45℃,腐熟时间较长。按堆肥方法,分为露天堆肥法和机械化堆肥法。中国天津等地采用的露天堆肥法,是先将选净后的垃圾同粪便混和(垃圾3/4,粪便1/4)铺在地面,厚度为10~20厘米,在平面上每隔1米放上两根直径为10~15厘米的竹竿,在竹竿中部竖起两根竹竿,然后均匀地堆撒80~100厘米厚的垃圾和粪便为一层。逐层堆成底宽4米、顶宽1~1.5米、高2米、长度视情况而定的肥堆。然后用泥抹面,厚约2~3厘米,两天后抽出竹竿。竿孔留作肥堆通风供氧。在夏、秋季竿孔需用纱布封好,用泥固定以防止生蛆。肥堆在夏、秋季约20天左右即可腐熟使用,冬季一般需延长10天。露天堆肥法较为经济,缺点是易受气候条件影响,臭味难以控制,时间长,用地多等。中小城市或发展中的国家多采用这种方法。美国有两家典型的利用容器的机械化堆肥工厂,一家建在宾夕法尼亚州,1960年以来日产量25吨。容器中氧气含量为12%~16%,温度65℃~74℃,pH值5.5~5.9,处理周期4~5天。产品的1/3为肥料,其余部分分选出金属、玻璃、塑料、破布等废物出售,不能利用的填地处理。另一家建在佛罗里达州,日加工量为150吨,处理周期为4~6天。

(3)熟化:露天堆肥一般需要两个星期的熟化时间。如不经熟化施入田间,就要经过几个月以后才能种植。机械化堆肥有的不需熟化,有的需要3周左右,待肥质完全稳定后方可施用,以免微生物夺去土壤中的氮素。

(4)储存和处置:肥料的施用有季节性,因此必须有足够的储存场地。运来的废物,其中一般都有30%左右不能用来堆肥。堆肥厂附近宜有可填埋废物的场地。

三、固体废物能源

来源于煤炭、石油、动植物的固体废物,大多含有一定量的煤炭、油和生物能。20世纪70年代世界性能源短缺现象出现后,从固体废物特别是城市垃圾中回收能源的技术得到迅速发展。

垃圾常作为辅助燃料。美国圣路易联合电力公司1972年实现以垃圾为辅助燃料发电。其方法是:先以落锤将垃圾破碎,磁选除铁后压缩打包,运往电厂。在电厂,垃圾经过空气分选机进一步除铁,并除去其他金属、玻璃、大块木头、塑料等,通过输送系统,送入锅炉中燃烧。其热值达到正规满载燃烧的10%~15%,即垃圾相当于煤发热量的10%。这种方法节约了用煤,相应地减少了硫氧化物的生成量,从而减轻了对空气的污染,还回收了金属、玻璃等原料。

从焚化炉中回收废热,是近年在欧洲和美国发展起来的一项技术,其方法是利用水冷式炉壁取代耐火材料的炉壁,垃圾焚烧过程中产生的热使水温升高以至变成蒸汽,供附近地区采暖。这种方法的优点是维修费用低,空气污染容易治理。缺点是垃圾量不稳定,供热有时中断,影响使用。另一种方法是在焚化炉的燃烧室后建一锅炉,生产蒸汽,用以发电。