了得網工業技術_建築廢物處置和資源化污染控制技術

編輯推薦

1、我國建築廢物回收利用率極低，大量堆置導致污染環境和占用土地；而建築廢物再生利用企業同時又得不到充足的可再生利用的建築廢物原料，因此急需對建築廢物進行研究管理。本書填補了這方面的空白。

2、本書配有光盤，方便讀者查閱。

內容簡介

本書主要介紹了覆蓋化工、冶金、輕工、加工等行業所涉及的一般建築廢物以及重金屬、難降解有機物、火災和爆炸以及地震災區建築廢物等處置和資源化污染控制技術。本書共分11章，分別是：概論、建築廢物取樣技術及設備、建築廢物樣品預處理與分析方法、建築廢物的污染特征、受污染建築廢物產生機制、建築廢物中污染物在環境中的遷移轉化、受污染建築廢物再生利用浸出毒性及污染控制、建築廢物無害化處理技術、含重金屬建築廢物重金屬富集回收、建築廢物污染防治管理建議、建築廢物資源化再利用技術。本書適合於從事建築廢棄物管理、建築廢物處置、建築廢物再生利用領域的工程人員、管理人員參考,也可供高等學校環境工程、市政工程及相關專業師生參閱。

第1章概論1

1.1建築廢物定義、來源與分類1

1.2建築廢物組成與性質2

1.3建築廢物產量估算2

1.4國內建築廢物管理現狀5

1.5國外建築廢物管理政策及法規現狀6

1.5.1美國7

第1章概論1

1.1建築廢物定義、來源與分類1

1.2建築廢物組成與性質2

1.3建築廢物產量估算2

1.4國內建築廢物管理現狀5

1.5國外建築廢物管理政策及法規現狀6

1.5.1美國7

1.5.2歐盟8

1.5.3日本9

第2章建築廢物取樣技術及設備10

2.1建築廢物代表取樣技術10

2.1.1建築廢物污染物的鋻別10

2.1.2拆毀前建築廢物取樣技術16

2.1.3拆毀後建築廢物取樣技術18

2.1.4地震災區建築廢物取樣技術19

2.2建築廢物取樣工具及設備20

2.2.1典型工業企業車間建築廢物取樣工具20

2.2.2建築廢物遠程取樣裝置21

2.2.3建築廢物表層剝離分離設備24

第3章建築廢物樣品預處理與分析方法27

3.1建築廢物樣品中重金屬測試分析27

3.1.1樣品預處理27

3.1.2樣品中重金屬定性及總含量分析27

3.1.3汞含量分析29

3.1.4BCR形態分析29

3.1.5重金屬浸出毒性分析30

3.1.6X射線粉末衍射分析32

3.1.7X射線光電子能譜法32

3.2建築廢物樣品中有機污染物和氰化物檢測分析32

3.2.1樣品制備與保存34

3.2.2有機物提取34

3.2.3提取液淨化34

3.2.4GC-MC定性定量分析35

3.2.5方法回收率35

3.2.6有機物浸出毒性分析39

3.2.7氰化物分析43

第4章建築廢物的污染特征45

4.1建築廢物中汞的污染特征45

4.1.1不同來源建築廢物中汞的分布特征46

4.1.2汞污染單因子評價48

4.2建築廢物中砷的污染特征49

4.2.1不同來源建築廢物砷的分布特征49

4.2.2建築廢物中砷與鐵、錳、硫和磷相關性分析51

4.2.3建築廢物砷污染單因子評價52

4.2.4建築廢物中砷、鐵、錳的化學形態和風險評估53

4.3建築廢物中銅/鋅/鉛/鉻/鎘/鎳的污染特征55

4.3.1總含量分析57

4.素組成（XRF）分析60

4.3.3建築廢物礦物晶體X射線衍射（XRD）分析61

4.3.4風險評估61

4.4不同來源建築廢物重金屬浸出毒性65

4.5重金屬污染建築廢物性質表征70

4.5.1X射線衍射（XRD）分析70

4.5.2熱重分析71

4.5.3形貌分析71

4.6建築廢物中重金屬的形態分布73

4.6.1重金屬建築廢物中重金屬BCR形態分析73

4.6.2化工冶金建築廢物中重金屬化學形態分析77

4.7建築廢物中有機物、重金屬/有機物復合污染特征89

4.7.1建築廢物中多環芳烴的污染特征90

4.7.2農藥廠揮發性有機物存在特征92

4.7.3農藥廠建築廢物污染特征93

4.8有機磷農藥污染建築廢物場地風險評估100

4.8.1污染風險評估概述100

4.8.2污染建築廢物分析結果與評價100

4.8.3暴露評估101

4.8.4毒性評估105

4.8.5風險表征105

4.9氰化物污染建築廢物107

第5章受污染建築廢物產生機制110

5.1重金屬靜態浸泡110

5.1.1pH變化110

5.1.2單一重金屬浸泡液中重金屬的吸附量變化112

5.1.3混合重金屬浸泡液中重金屬吸附量變化114

5.2表面接觸性重金屬的污染深度116

5.2.1pH變化117

5.2.2溶液中重金屬濃度變化117

5.2.3混凝土中重金屬分布118

5.2.4小結120

5.3不同建築材料對氣態汞的吸附模擬研究121

5.3.1建築材料表征121

5.3.2不同建築材料對氣態汞吸附分析123

5.3.3水泥混凝土立方體標準試塊汞模擬吸附126

5.4外源有機物污染物與建築廢物的交互作用128

5.4.1有機污染物在建築廢物表面的嵌合機制128

5.4.2建築廢物對重金屬-有機復合污染物的吸附129

5.4.3揮發性有機污染物的吸附和解吸133

第6章建築廢物中污染物在環境中的遷移轉化137

6.1酸中和容量（ANC）與重金屬浸出研究137

6.1.1酸中和容量137

6.1.2重金屬浸出行為138

6.2重金屬污染建築廢物在不同酸雨條件下的污染遷移139

6.2.1滲濾液產量141

6.2.2pH變化141

6.2.3電導率與溶解性總固體含量142

6.2.4重金屬與鈣的遷移143

6.3不同氣候條件下有機污染物的遷移和轉化規律149

6.3.1光照、通風、溫度和濕度的影響149

6.3.2遷移柱的搭建和取樣150

6.3.3農藥的遷移規律150

第7章受污染建築廢物再生利用浸出毒性及污染控制153

7.1重金屬污染建築廢物再生混凝土試塊-浸出毒性特征153

7.2六種不同建築材料制備再生混凝土塊-浸出毒性特征156

7.2.1受重金屬污染建築材料的制備156

7.2.2再生混凝土試塊的制備及浸出毒性特征157

第8章建築廢物無害化處理技術160

8.1重金屬污染建築廢物處理技術160

8.1.1檸檬酸洗脫160

8.1.2草甘膦洗脫163

8.1.3固定穩定化164

8.1.4草甘膦和納米鐵粉重金屬處理的對比165

8.1.5檸檬酸洗-水洗-固化穩定工藝172

8.1.6草甘膦洗脫工藝174

8.2有機物污染建築廢物熱處理修復技術176

8.3超高壓液壓壓制大密度污染建築廢物178

8.4粉塵控制措施180

第9章含重金屬建築廢物重金屬富集回收181

9.1風選富集含鉛鋅建築廢物181

9.2富集含鋅鉛建築粉塵中分離去除雜質氯183

9.3含鉛鋅建築粉塵強堿浸出工藝186

9.3.1浸出影響因素分析186

9.3.2微波輔助浸取187

9.3.3超聲輔助浸取189

9.3.4壓力強化浸取192

9.3.5各種工藝的浸出渣及條件下的金屬離子浸出率193

9.4“低電壓直流電解-活性鋅粉置換”兩步法回收鉛195

9.4.1低電壓電解回收195

9.4.2活性鋅粉置換回收鉛197

9.4.3置換過程的影響因素199

9.5氧化鈣添加法回收建築廢物中的鋁201

9.6鋅電解回收工藝201

9.6.1電解鋅粉的工藝條件202

9.6.2堿法電解鋅粉工藝中的金屬雜質209

9.6.3鉛、鋁對成核過程的影響213

第10章建築廢物污染防治管理建議218

10.1工業廠房構築物重金屬污染防護218

10.1.1污染防護設計與施工218

10.1.2污染防護措施的運營與維護221

10.2建築廢物污染鋻別與分離222

10.2.1污染建築廢物的鋻別222

10.2.2受污染建築廢物的分離224

10.3建築廢物監管建議225

10.3.1建築廢物污染防治管理建議225

10.3.2工業企業火災、爆炸建築廢物污染防治問題及對策建議227

10.3.3填埋場污染控制管理建議228

10.3.4建築廢物再生利用的監管建議230

第11章建築廢物資源化再利用技術233

11.1建築廢物再生集料制備利用233

11.1.1再生集料生產工藝233

11.1.2再生集料後續利用237

11.2建築廢物再生利用工程實例242

11.2.1南通市建築垃圾資源化處置項目242

11.2.2上饒市建築垃圾資源化項目248

11.2.3蘇州市建築材料再生資源利用中心工程253

11.2.4都江堰市災毀建築垃圾處理及資源綜合循環利用工程257

附錄一建築廢物重金屬含量檢測方法標準（草案）259

附錄二工業源建築廢物重金屬污染程度鋻別技術規範（草案）262

附錄三建築廢物污染環境防治管理辦法（草案）265

附錄四《異源或同源不同功能區建築廢物再生產品環境保護質量標準》（草案）270

附錄五《受污染建築廢物作為再生集料、再生砂石、再生砌塊的污染控制技術規範（3類產品）》（草案）275

參考文獻279

前言

建築廢物又被稱作建築垃圾，是一種資源和原材料，又是一種廢物。本書按建築廢物是否被污染、材料本身是否含有有毒有害物質（如石棉、油基漆等）將建設廢物分為一般建築廢物和危險建築廢物。危險建築廢物主要是指受有毒有害物質污染和本身材質含有有毒有害物質，含量超過一定限值的建築廢物。其中，受有毒有害物質污染的建築廢物（受污染建築廢物）主要來源於廢棄工廠車間及由於安全事故毀壞的工廠車間產生的建築廢物，也可稱為污染工業建築廢物。危險建築廢物必須經過無害化處理後方可進行終處置和資源化利用；否則，將會帶來嚴重的環境風險，污染土壤和地下水，影響周邊生態環境，對居民造成潛在健康威脅。一般建築廢物是指不含有毒有害物質的或含量低於限值的建築廢物，可直接利用之。針對當前我國建築廢物尤其是危險建築廢物無害化處置和資源化利用的環境管理缺失及環境壓力大的現狀，在2013年環境保護部公益性科研專項資助下，開展了覆蓋化工、冶金、輕工、加工等行業所涉及的一般建築廢物以及重金屬、難降解有機物、火災和爆炸以及地震災區建築廢物等處置和資源化污染控制技術研究；提出了建築廢物代表性取樣技術與方法；闡明受污染建築廢物的產生和污染特點、有害物質存在特征及其在環境介質中的遷移轉化規律；揭示了利用消納和填埋處置過程中污染物的釋放潛力，比選可控制和消除污染物釋放的技術，並據此提出污染防治技術路線；描述建築廢物資源化利用的典型產品特征污染物在環境中的釋放速率和釋放量，並評價其環境安全性和風險，提出了實現污染控制要求的利用方式等。構建了“源頭鋻別—分類分離富集—堆場監測評估—重金屬洗脫和固化穩定化—有機物輻照降解—粉塵抑制—再生集料高值利用—終產品再利用風險評估—管理政策支撐”的建築廢物源頭至末端全過程高效處置和監管鏈，並實現了無害化過程污染物的零排放。本書第1章為緒論，通過建築廢物的定義、來源與性質、產量估算和國內外建築廢物的管理法規和條例的介紹，旨在幫助讀者對建築廢物產業有較為繫統的了解，同時這一部分也是後續章節所闡述的無害化和資源化技術的重要基礎。第2章介紹了幾種建築廢物取樣技術及設備，提出了包括一套用於危險環境的固體顆粒取樣收集裝置及方法，一套可具備切割、刮磨、抽吸、除塵、收集、破碎功能的建築廢物剝離分級機等在內的拆毀前建築廢物取樣技術；綜合生活垃圾取樣規範、污染土壤取樣規範以及工業固體廢物采樣制樣技術規範，結合實際勘測經驗，針對重金屬和有機污染建築廢物擴充了權威采樣法，提出了拆毀後建築廢物取樣技術。第3章介紹了建築廢物樣品預處理與分析方法，通過干燥-破碎-消解預處理，建築廢物固體中重金屬加標回收率大於90%。通過索氏提取、超聲提取等對比，確定了超聲-離心耦合萃取-硅膠固相萃取柱淨化預處理技術，有機污染物加標回收率平均為97.6%。第4～第6章對受污染建築廢物的產生和污染特點、有害物質存在特征及其在環境介質中的遷移轉化進行了繫統地表征。汞的含量跟行業使用的原料、加工過程均有關，化工建築廢物汞的平均含量是的，輕工行業建築廢物牆體橡膠保溫夾層汞含量較高；重金屬污染主要集中在化工、冶金等行業，特別是電鍍廠和煉鋅廠。輕工樣品中鎘呈現高環境風險。電鍍廠和冶鋅廠中鋅具有高或非常高的環境風險，其次為鉻、銅和鎳，而鉛和鎘呈現出無或低環境風險。來自於生產車間的建築廢物，重金屬含量很高，且大部分集中在酸可提取態、可還原態、可氧化態中。酸可提取態的遷移性很高，可能對環境造成危害，威脅人體健康，這些受污染的建築廢物處置前需進行無害化處理。有機物以石油污染、多環芳烴、農藥及其中間體為主要特征污染物，其分布在農藥廠區內部差異顯著。重污染點處於農藥廠大型貯料罐內部，潛在的風險為罐體氧化開裂造成內部污染物洩漏造成的二次污染。管理和處置應針對其生產工藝，快速排查確立高污染風險污染點，開展原位削減或源頭分離。農藥污染物濃度可能較大，三種污染嚴重的區域分別為建築廢物集中收集點、廢棄貯罐表面以及封閉車間，露天隨意丟置的建築廢物堆體污染同樣嚴重，其致癌風險雖然較低，但是非致癌毒性風險極高。火災、爆炸現場地面散落固體廢物中，土壤中污染物濃度要小於建築廢物表面刮取物。高濃度污染建築廢物主要來自小塊散落的建築廢物殘骸。火災/爆炸建築廢物是重要的污染源和污染擴散方式，具有比較大的環境風險。建築廢物具有一定的酸中和能力，填埋堆體中Zn的釋放量呈現強酸性降雨＜中性降雨＜弱酸性降雨，Pb的釋放量也呈現弱酸性降雨＜強酸性降雨＜中性降雨，Cu、Cd、Cr的釋放量變化規律與Cu相同，呈現弱酸性降雨＜中性降雨＜強酸性降雨的規律，重金屬的累積釋放規律符合負指數衰減模型。農藥等非持久性有機污染物，其濃度及釋放潛力隨環境變化大，復合因素復雜，隨著通風條件變好，農藥衰減速率先增大後減小；陰涼干燥密閉環境下，揮發性較強的農藥衰減速率仍較慢；光照和氣溫條件是重要的揮發和衰減調控因子；日光直射的寬敞的倉庫內，固體表面幾乎無殘留。水泥磚與再生集料的孔隙率較大。整體上建築廢物粒徑越小對汞吸附量越大，不同建築材料表面結構也能影響其汞吸附能力，紅磚是容易受污染的建築材料，其次是泡沫混凝土和再生砂石。主要污染存在於表層0～1.5cm範圍內，汞污染嚴重的工廠和車間等在拆遷、改建過程中，可對其表層剝離，去除汞污染。通過浸出濃度和浸出率，評估了重金屬的環境風險。對比研究了幾種浸出方法。TCLP法重金屬浸出率低於1.5%；SPLP浸出法素浸出率大多低於0.5%；而EA NEN7371浸出法比TCLP和SPLP浸出率高，其重金屬浸出率高於9%，浸出率為Cu，高達18.6%。浸出量隨有機物種類變化較大，冰醋酸-氫氧化鈉體繫≥水體繫＞硫酸-硝酸體繫，浸出量提高10%～25%。中間體浸出基本不隨浸提劑變化，高濃度有機磷農藥浸出率僅為0.1%左右。石塊、渣土為主的地面建築廢物浸出濃度較高，而牆體、磚等建築廢物浸出濃度較低。研究了都江堰災區現場粉塵遷移傳播規律與粉塵控制措施，包括采用SEF技術封閉模塊式建築垃圾處置繫統，設備立體布局、模塊組合，建築垃圾整個處置過程在封閉模塊裡進行。第7章對於再生利用典型產品之再生混凝土，考察了不同建築材料制備再生混凝土塊重金屬的溶出機理，為繫統評估其環境影響和再生混凝土塊的應用潛能提供參考。總體而言，寶鋼耐火磚制備的再生混凝土塊重金屬浸出毒性相對偏高，其次為水泥磚制備的再生混凝土塊，但泡沫混凝土、紅磚、都江堰再生集料和浦東再生砂石制備的再生混凝土塊浸出率均較低。第8章對比研究了幾種建築廢物的無害化技術，檢測了經酸洗—水洗—固化穩定化處理的建築廢物的浸出毒性。重金屬建築廢物經檸檬酸洗、水洗後，采用磷酸二氫鈣和石灰可達到較好的穩定化效果，采用0.1mol/L檸檬酸洗—水洗—25g/kg石灰固化或0.05mol/L檸檬酸洗—水洗—80g/kg磷酸二氫鈣固化的處理方法，重金屬建築廢物的浸出液中重金屬濃度可到達《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中Ⅲ類水質標準限值。對比了草甘膦和腐殖酸溶液的洗脫效果，去除率的Cu為31.3%，其次是Zn（27.5%），的是Cd（13.5%）。腐殖酸重金屬洗脫率從高到低排序為Cu>Zn>Cr>Pb>Cd。草甘膦對Cr、Cu和Zn的洗脫率均超過80%，Cr去除率高達85.9%。草甘膦對Zn和Cu的去除率是腐殖酸的2～3倍，對Cr、Pb和Cd的去除率是腐殖酸的4～5倍。草甘膦是一種有效的重金屬洗脫劑。納米鐵粉固定和草甘膦洗脫對受重金屬污染CRG的修復效果均較好，處理後浸出液重金屬濃度遠低於國家危險廢物鋻別標準閾值(GB 5085.3—2007)。Zn、Cr和Pb使用草甘膦洗脫能達到一個更低的浸出率，而Cu和Cd，使用納米鐵粉固定效果更好。針對封閉陰暗空間，設計發明了一種受有機污染物污染建築廢物原位處理繫統，向塗有微波吸附塗層的受污染建築表面發射特定功率微波，微波吸附塗層在微波作用下急劇升溫，對受污染建築加熱，使其中殘留的有機污染物在高溫條件下揮發分解，4-氨基聯苯去除率達到97.35%。探討了超高壓液壓壓制在建築廢物中的作用特點和效果。壓制後，污染物浸出濃度均得到降低，有機物降低59%，重金屬降低19%。相比於重金屬、有機復合污染建築廢物，單一污染源浸出濃度削減率更高，說明壓制過程中污染物可能存在的耦合/固定等作用存在競爭效應。建立了組合式水洗脫氯流程，先采用500W微波預加熱樣品3min；再取出加熱後樣品，在150W超聲波輻射下，水洗40min（50℃,10∶1L/S）。此優化後的水洗脫氯流程可脫除掉樣品中85%的氯，比普通水洗脫氯效率高約20%。第9章介紹了含重金屬建築廢物的重金屬富集技術，圍繞如何有效回收建築廢物強堿浸出液中的溶解鋁，降低鋅電解成型的控制風險開展了研究，發現添加CaO去除化強堿液體中溶解鋁的效果顯著。在不同鈣鋁摩爾比，鋁回收率可達58%～63%。采用物理風選等方法初步提質分選含鋅顆粒物，設計了一套基於文丘裡管的風選裝置，開展了風選產物在強堿介質中的浸出行為研究，發現在低濃度堿液和低液固比時，微波輻射對浸出效率則有明顯的提高。總結了微波強化浸取的工藝條件為微波輻射循環次數為4，NaOH濃度為5mol/L,液固比為10∶1；當超聲輔助浸出反應時間達到80min時，液固比為6∶1和8∶1時超聲強化可分別使浸出效率約提高15%和10%。第10章對建築廢物總體防治管理、工業企業火災和爆炸建築廢物污染防治和應急處置、建築廢物填埋場污染控制管理以及再生利用監管提出建議，旨在基於科學研究成果，結合現代信息化技術，科學有效地防控建築廢物污染，並通過技術創新推動制度創新，實現建築廢物再生利用技術的快速發展。第11章在再生集料利用工藝的基礎上，介紹了建築廢物再生利用工程實例，其中重金屬污染建築廢物洗脫-固定穩定化技術應用於上饒市建築垃圾資源化項目，項目一期年處理建築廢物30萬噸；資源循環利用年產再生集料5萬噸、再生微粉8萬噸等；有機污染建築廢物原位熱處理技術應用於蘇州市建築材料再生資源利用中心工程；基於建築廢物文丘裡風力分離分選的重金屬（主要為鋅和鉛）的富集技術應用於南通市區建築廢物資源化利用項目，該項目年處理建築廢物100萬噸，並配有專門的建築廢物試驗車間，為南通市城市建築廢物再生資源化的規範管理及建築廢物研究項目的建設、運行提供了支撐。另外,為便於讀者進一步了解建築廢物處置及資源化污染相關知識,本書後特附加了光盤。本書主要由趙由纔、餘毅、徐東升等著，其他作者還有黃晟、高小峰、謝田、孫艷秋、李強、楊德志、阮志偉、馬建立、牛鼕傑、柴曉利、施慶燕、楊韜、蘇良湖、左敏瑜、米瓊、肖燦、易天晟、李杭芬、李陽、陸瀋磊、王聲東、吳奇方、王瑟瀾等。限於著者水平，書中不足和疏漏之處在所難免，敬請讀者提出批評和修改建議。著者2017年9月

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