技术规范标准_固体废弃物处置与利用实验指导书

固体废弃物处置与利用 实验指导书 中国海洋大学 环境科学与工程学院 中国海洋大学 环境科学与工程学院 目目 录录 实验一 固体废物三成分和热值分析 3 一、实验目的和意义 3 二、实验方法 3 三、实验原理 3 四、实验仪器 4 五、实验步骤 4 实验二 危险废物固化处理 12 一、实验目的与意义 23 二、实验方法 23 三、实验原理 23 四、实验设备、原料和分析试剂 24 五、实验步骤 25 六、实验结果与讨论 27 实验三 有机垃圾生物处理过程模拟 12 一、实验目的与意义 12 二、实验原理 12 三、好氧堆肥过程模拟 14 四、厌氧消化过程模拟 16 五、实验结果讨论 22 实验四 垃圾填埋场稳定化过程模拟 28 一、实验目的与意义 28 二、实验原理 28 三、实验装置 28 四、操作步骤 30 五、实验结果整理 30 六、实验结果讨论 32 实验五、焚烧炉灰处理方案设计 33 一、实验内容与要求 33 二、实验成果 33 实验一实验一 固体废物三成分和热值分析固体废物三成分和热值分析 一、实验目的和意义一、实验目的和意义 为了有效管理固体废物和确定合理的处理处置方法，分析了解固体废物的性 质是不可缺少的第一步。 固体废物的物理性质与废物成份组成有密切的关系，它常用组分、含水率和 容重三个物理量来表示。废物的物理性质是选择压实、破碎、分选等预处理方法 的主要依据。 固体废物的化学性质包括挥发分、灰分、元素组成和发热值等参数，是选择 堆肥、发酵、焚烧、热解等处理方法的重要依据。 固体废物的生物化学性质包括生物性污染物质的组成、有机组分的生物降解 性等， 其中废物有机组分的可生化性是选择生物处理方法和确定处理工艺的主要 依据。 上述固体废物的诸多性质中三成分（水分、挥发分、灰分）和热值是最基本 的参数。因此，通过本实验要达到以下要求。 了解固体废物性质分析的目的和意义； 掌握固体废物制样、三成分和热值分析的方法。 二、实验方法二、实验方法 参见城市生活垃圾采样和物理分析方法 （CJ/T 3039-1995） 。 三、实验原理三、实验原理 1. 发热值 先用已知质量的标准苯甲酸在热量计弹筒内燃烧，求出热量计的热容量（即 在热值上等于热体系温度升高 1K 所需的热量，以 J/K 表示） ，然后使被测物质 在同样条件下，在热量计氧弹内燃烧，测量量热体系温度升高，根据所测温升高 及热体系的热容量，即可求出被测物质的发热量。 设被测热量计热容量时，标准物质所产生的热量为 Q，温度升高为t，则热 量计的热容量 E E=Q/t （J/K） 设被测物质产生的热量为 Q，体系温度升高为t，而体系温度每升高 1K， 所需的热量为 E，则被测物质热量 Q=Et （J） 四、实验仪器四、实验仪器 1. 恒温干燥箱: 由室温到 200 ; 2. 架盘天平（精度：5g） ; 分析天平（精度：0.001g） 3. 240 目标准筛 1 个; 4. 氧弹热量计 1 台套; 5. 马福炉 1 台：由室温到 1000 ; 6. 坩埚若干个 7. 干燥器 1 个; 8. 研钵 1 个 五、实验步骤五、实验步骤 （一）三成分分析 1废物的物理组成 （1） 取垃圾试样 2550kg，按照下表的分类进行粗分拣。 表 1-1 生活垃圾分类 类 别 有机物 无机物 可回收物 其 他 混 合 动物 植物 灰土 砖瓦 陶瓷 纸类塑料 橡胶 纺织 物 玻璃金属 木 竹 （2） 将粗分拣后的剩余物过 10mm 筛，筛上物细分拣各成分，筛下物按 其主要成分分类分类，无法分类的为混合类。 （3） 分类称量计算各组分组成。 Ci=Mi/M100% Ci(干) 水 水 湿 C-1 C-1 )i( )( i C 2. 含水率 （1） 将各垃圾成分的试样破碎至粒径小于 15mm 后，置于干燥箱中，在 （10510）条件下烘 48 小时，取下冷却后称量。 （2） 重复烘 12 小时，再称量，直至质量恒定。 （3） 计算含水率： )(水i C= = m j j jj M MM m 1 )( )( %100 - 1 湿 （干）湿 （水） C= （湿）水i m i i CC =1 )( 式中， ()湿i M为每次某成分湿重，g； （干）j M为每次某成分干重，g；n 为各成分 数；m 为测定次数；其余符号同前。 3. 容重 将采取的垃圾试样不加处理装满有效高度 1m、容积 100 升的硬质塑料圆桶 内，稍加振动但不压实称取并记录重量，重复 24 次后，结果按下式计算： 垃圾容重(kg/m3)= ）样品体积（ ）每次称量质量（ 称量次数L kg1000 4. 灰分和可燃物含量 垃圾灰分是指垃圾试样在 815下灼烧而产生的灰渣量。在 815温度下， 垃圾试样中的有机物质均被氧化，金属也成为氧化物，这样损失的质量也就是垃 圾试样中的可燃物质量，既挥发分的质量。其分析步骤如下。 （1） 称取并记录下一系列坩埚质量。 （2） 将粉碎后的各垃圾成分样品按物理组成的比例充分混合后，在每个 坩埚中加入适当的量，称取并记录质量。 （3） 将盛放有试样的坩埚放入到马福炉（或燃烧炉），在（81510） 下灼烧 1 h，然后取下冷却。 （4） 分别称量并计算含灰量，最后结果取平均值。 A=%100 CS SR 式中，A为垃圾试样的含灰量，%；R为在815下灼烧后坩埚和试样质量；S 为灼烧前坩埚和试样质量；C 为坩埚的质量。 （5） 垃圾的可燃物质含量（%）=100-A （二）发热值分析 1. 热量计热容量的测定 （1）试剂和材料 苯甲酸：已知热值，其热值应经国家计量机关检定。 作点火用的金属丝 （铁、 镍、 铂、 铜） 直径小于0.2毫米， 将其切成80-120 毫米的线段（长度依据氧弹内部构造和点火系统确定）再把等长的10-15根线段 同时放在天平上称重，并计算出每根的平均重量。 铁丝 6700J/g 镍铬丝 1400 J/g 铜丝 2500J/g 棉 线 17500 J/g 氧气：不应有氢和其他可燃物，禁止使用电解氧。 酸洗石棉。 （2）操作顺序 热量计的热容量就是与其量热体系具有相同热容量的水的重量（以克计） 。 热量计热容量表数值上等于量热体系温度升高1所需的热量。量热体系指在实 验过程中发生的热效应所能分布到的部分，包括量热容器，氧弹的全部以及搅拌 器，温度计的一部分。 热量计热容量用已知热值苯甲酸，在氧弹内用燃烧的方法测定。试样的测定 应与热容量的测定在完全相同的条件下进行。当操作条件有变化时，如更换或修 理热容计上的零件，更换温度计，室温与上次测定热容量时室温相差超过5以 及热量计移到别处等，均应重新测定热容量。 用研钵将苯甲酸研细，在100-105烘箱中烘干3-4小时冷却到室温，放 在称量瓶中，在盛有硫酸的干燥器中干燥，直到每克苯甲酸的重量变化不大于 0.0005克时为止。称取此苯甲酸1.0-1.2克，用压片机压成片（引火线不应压在 药内） ，再称准到0.0002克放入坩埚中。在使用石英坩埚时，为避免破裂，可用 酸洗石棉将坩埚垫充，压片放在石棉之上。 在氧弹中加入10毫升蒸馏水，把盛有苯甲酸的坩埚固定在坩埚架上，再 将一根点火线的两端固定在两个电极上，其中段放在苯甲酸片上。点火线勿接触 坩埚（可预先检查） ，拧紧氧弹上的盖，然后通过进气管缓慢的通入氧气，直到 弹内压力为25-30大气压为止。氧弹不应漏气，如有漏气现象，应找出原因，予 以修理。 将充有氧气的氧弹放入量热容器（内筒）中，加入蒸馏水约3000克（称 准到0.5克） 加入的水应淹到氧弹进气阀螺帽高度的2/3处。 每次用量必须相同。 如以量体积代替称重，必须按不同温度时水的比重加以校正（应事先做出校正 表） 。 蒸馏水的温度应根据室温和恒温外套（外筒）水温来调整，在测定开始时 外筒水温与室温相差不得超过0.5。当使用热容量较大（如3000克左右）的热 量计时，内筒水温，比外筒水温应任低0.7，当使用热容量较小（如2000克左 右）的热量计时，内筒水温应比外筒水温低1左右。 将测温探头插入内筒，测温探头和搅拌器均不得接触氧弹和内筒。 整个实验分为三个阶段： 初期：这是试样燃烧以前的阶段。在这一阶段观测和记录周围环境与量热体 系在试验开始温度下的热交换关系。每隔半分钟读取温度一次，共读取十一次， 得出十个温度差（即十个间隔数） 。 主期：燃烧定量的试样，产生的热量传给热量计，使热量计装置的各部分温 度达到均匀。 在初期的最末一次读取温度的瞬间，按下点火键点火（点火时的电压应根据 点火线的粗细试验确定。在点火线与两极连接好后，不放入氧弹内，通电实验以 点火线烧断为适合） ，然后开始读取主期的温度，每半分钟读取温度一次，直到 温度不再上升而开始下降的第一次温度为止，这个阶段算做主期。 末期： 这一阶段的目的与初期相同， 是观察在试验终了温度下的热交换关系。 在主期读取最后一次温度后，每半分钟读取温度一次，共读取十次作为实验的末 期。 停止观测温度后，从热量计中取出氧弹，用放气帽缓缓压下放气阀，在1 分钟左右放尽气体，拧开并取下氧弹盖，量出未燃完的引火线长度，计算其实际 消耗的重量。随后仔细检查氧弹，如弹中有烟黑或未燃尽的试样微粒，此试样应 作废。如果未发现这些情况，用蒸馏水洗涤弹内各部分，坩埚和进气阀，将全部 洗弹液和坩埚中的物质收集在洁净的烧杯中，洗弹液量为150-200毫升。 用干布将氧弹内外表面和弹盖拭净，最好用热风将弹盖及零件吹干或风 干。 将盛洗弹液的烧杯加盖微沸5分钟， 加两滴1%酚酞， 以0.1N氢氧化钠液 滴到粉红色，保持15秒不变为止。 热容量的测定结果不得少于5次，每两次间的误差不应超过40焦耳，如 果前四次间的误差不超过20焦耳，可以省去第5次测定，取其算术平均值，作 为最后结果。 （3） 测定结果计算 测定结果按下列公式计算： K=（Qa+gb+1.43*4.18*C）/t 式中： K热量计的热容量（J/K） Q苯甲酸的热值（J/g） a苯甲酸重量（g） g点火线的燃烧热（J/g） b实际消耗的点火线重量（g） 1.43相当于1毫升0.1N氢氧化钠溶液的硝酸的生成热和溶解热。 C滴定洗弹液所消耗的0.1N氢氧化钠溶液容积（毫升） 。 热量计热交换校正值t，用奔特公式计算。 t=(V+V1)*m/2+V1*r 式中： V初期温度速度 V1末期速度温度 m 在主期中每分钟温度上升不小于0.3的间隔数，第一个间隔不管温 度升多少都计入m中。 r在主期中每分钟温度上升小于0.3的间隔数。 （4）记录及计算实例 室内温度22.3 内筒温度22.5 外筒温度21.8 所用苯甲酸的热值为26328J/g。 表1-2 热容量数据 序号 初期 主期 末期 0 0.848 1 - 1.090 m 2.860 2 0.849 1.930 m 2.859 3 - 2.930 m 2.858 4 0.850 2.610 r 2.857 5 - 2.722 r 2.856 6 0.851 2.782 r 2.855 7 - 2.817 r 2.854 8 0.852 2.837 r 2.853 9 - 2.849 r 2.852 10 0.853 点火，m2.856 r 2.851 11 2.860 r 12 2.861 r 13 2.862 r 14 2.862 r 15 2.861 r V=(0.848-0.853)/10=-0.0005 V1=(2.861-2.851)/10=0.001 t=(-0.0005+0.001)*3/2+0.001*12=0.01275 a=1.1071克 gb=34J C=4.01毫升 K=(26328*1.107+8+1.43*4.18*4.01)/(2.861-0.853+0.01275)=14533(J/g) 2. 试样热值的测定 以煤为例： （1）称取粒度小于0.2mm的分析试样1.01.2克（称准到0.0002克） ，放 在垫有酸洗石棉的坩埚中，当测定低热值或灰份大于40%的煤不易燃烧完全时， 可加入少量（0.2克左右）已知热量的苯甲酸。 （2）一般的煤可作粉状燃烧，挥发大的烟煤或褐煤作粉状燃烧时，可能溅 出，故用镜头纸包样燃烧（计算时必须减去纸的热值） ，或先将试样压成片（压 力不宜过大） ，碎成45块，粒度约13mm，然后进行测定。 （3）实验步骤同于水当量的测定。 （4）必须用氧弹法测定全硫含量以计算高位发热量时，应收集洗弹液（从 实验末期终了时刻算起，半小时后再放余气） ，按重量法测定硫。否则，可不收 集。 （5）发热量测定结果计算： 测定结果按下列公式计算： Q=(K*T-gb)/G Q用弹筒法测定的分析试样的发热量(J/K) G分析试样的重量（克） 其余符号的意义见测定结果计算（1） （6）高位发热量的计算： 高位发热量按以下公式计算： QfGW=Q-(94*S+a*Q) 式中： QfGW分析基高位发热量(J/g) Q分析基弹筒发热量(J/g) S氧弹燃烧法测定的硫含量(%) 94每0.01克硫（相当于每1克煤中含1%的硫）由二氧化硫生成硫酸的 生成热与硫酸的溶解热之和(J) a硝酸的生成热和溶解热的补正系数，对无烟煤和贫煤为0.001，对其他 煤种为0.0015。 可按下列公式将分析基结果换算为应用基。 QyGW=QfGw*(100-Wy)/(100-Wf) 式中： Wy应用基全水分(%) Qcw应用基高位发热量(J/K) Wf分析基水分含量(%) （7）低位发热量的计算和换算： 低位发热量按下列公式计算： QyDW=QyGW-26(9*Hy+Wy) 式中： QyDW应用基低位发热量(J/g) QyGW应用基高位发热量(J/g) Hy应用基的氢含量(%) 实验二实验二 有机垃圾生物处理过程模拟有机垃圾生物处理过程模拟 一、实验目的与意义一、实验目的与意义 部分有机固体废物可以通过微生物的氧化、分解等生物化学过程转化为稳定 的腐殖质、沼气和化学转化品，实现无害化和资源化。好氧堆肥和厌氧消化是有 机固体废物生物处理的主要工艺技术。本实验的目的是： 观察有机固体废物在生物处理过程中的变化，加深对堆肥和厌氧消化概念 的理解； 掌握好氧堆肥和厌氧消化工艺过程和控制方法。 了解好氧堆肥和厌氧消化工艺影响因素。 二、实验原理二、实验原理 1. 好氧堆肥 堆肥工艺是一种很古老的有机固体废物的生物处理技术， 早在化肥还没有被 广泛施于农业以前，堆肥一直是农业肥料的来源，人们将杂草落叶、动物粪便等 堆积发酵，其产品称之为农家肥，用它使土地肥沃以保证土壤必需的有机营养， 由此获得农作物的优质高产。随着科学技术的不断进步，人们已将这一古老发酵 方式转为机械化和自动化。如今的堆肥技术已发展到以城市生活垃圾、污水处理 厂的污泥、人畜粪便、农业废物及食品加工废物等为原料，以机械化代替原先的 手工操作，并通过对发酵工艺的开发，使堆肥处理工程走向现代化。 好氧堆肥是在有氧条件下，好氧菌对废物进行吸收、氧化、分解。微生物通 过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的有机物，同时释放出 可供微生物生长活动需要的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微 生物不断生长繁殖，产生出更多的生物体的过程。 有机物生化降解的同时，伴有热量产生，因发酵工程中该热能不会全部散发 到环境中，就必然造成发酵物料的温度升高。这样就会使那些不耐高温的微生物 死亡，耐高温的细菌快速繁殖。生态动力学研究表明，好氧分解中，发挥主要作 用的是菌体硕大、性能活泼的嗜热细菌群。该菌群在大量氧分子存在下降有机物 氧化分解，同时释放大量能量。据此，发酵过程应伴随着两次高温，将其分成如 下三个过程：起始阶段、高温阶段和熟化阶段。 （1） 起始阶段 不耐高温的细菌分解有机物中易降解的葡萄糖、脂肪酸，同 时放出热量使温度上升。温度可达 1540。 （2） 高温阶段 耐高温菌迅速繁殖，在供氧条件下，大部分较难降解的有机 物（蛋白质、纤维等）继续被氧化分解，同时放出大量热能，使温度上升至 6070。 当有机物基本分解完。嗜热菌因缺乏养料而停止生长，产热随之停止， 堆肥的温度逐渐下降， 当温度稳定在 40， 发酵基本达到稳定， 形成腐殖质。 （3） 熟化阶段 冷却后的发酵，一些新的微生物借助残余有机物（包括死 掉的细菌残体）而生长，将发酵过程最终完成。 在基本掌握了堆肥的原理和过程之后，发酵堆肥过程的关键就是如何选 择工艺条件，促使微生物降解的过程顺利进行，主要考虑供氧量、含水量、 碳氮比、碳磷比、pH 值等条件。 2. 厌氧消化 厌氧消化是指在无分子氧的条件下，通过兼性细菌和专性厌氧细菌的作用， 使污水或污泥中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。 其最 终产物与好氧处理不同：碳素大部分转化为甲烷，氮素转化为氨，硫素转化为硫 化物，中加产物除同化合成细胞质外，还合成复杂而稳定的腐殖质。 厌氧消化过程是一个极其复杂的生物化学过程。1997 年，伯力特（Bryant） 等人根据微生物的生理种群提出的厌氧消化三阶段理论， 是当前较为公认的理论 模式，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。 第一阶段为水解酸化阶段。第一阶段为水解酸化阶段。在此阶段，复杂的大分子、不溶性有机物先在细 胞外酶的作用下水解为小分子，溶解性有机物，然后襂入细胞体内，分解产生挥 发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级的脂肪酸。碳水化合物、 蛋白质和脂肪被分解和酸化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等。 固态有机物的水解、溶解态有机物的酸化无法分开，并且反应速度快。这一过程 在厌氧消化中不起控制作用。 如果污水或污泥中含有硫酸盐， 另一组细菌脱硫弧菌就利用有机物和硫酸 根合成新的细菌，产生 H2S 和 CO2 ，在进行甲烷发酵前就代谢掉许多有机物，是 甲烷产量降低。 第二阶段为产氢产乙酸阶段。第二阶段为产氢产乙酸阶段。 在产氢产乙酸细菌的作用下， 第一阶段产生的 各种有机酸被分解转化成乙酸、CO2和 H2，例如： CH3CH2CH2COOH+2H2O CH3CH2COOH+CH3COOH+2H2 （戊酸） （丙酸） （乙酸） CH3CH2COOH+2H2O CH3COOH+3H2+CO2 （丙酸） （乙酸） 第三阶段为产甲烷阶段。第三阶段为产甲烷阶段。产假万细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和 H2等转化为甲 烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷细菌，一组把氢和二氧化碳转化为甲烷， 另一组从乙酸或乙酸盐脱氢产生甲烷。前者约占总量的 1/3，后者约占 2/3。 4H2+CO2产甲烷菌 CH4+2H2O （占 1/3） CH3COOH+H2O产甲烷菌 2CH4+2CO2 （占 2/3） CH3COONH4+H2O产甲烷菌 CH4+NH4HCO3 产甲烷细菌由甲烷杆菌、甲烷球菌等绝对厌氧细菌组成。由于产甲烷细菌世 代时间长、繁殖速度慢，所以这一阶段控制了整个厌氧消化过程。 虽然厌氧消化过程可分为上述三个阶段，但在厌氧反应器中，三个阶段是同 时进行的， 并保持某种程度的动态平衡。 这种动态平衡一旦被某种外加因素打破， 首先将是产甲烷阶段受到抑制，并导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变 化，甚至会导致整个厌氧消化过程的停滞。一次，为保证消化过程正常进行，必 须建立这一平衡。 三、好氧堆肥过程模拟三、好氧堆肥过程模拟 1. 实验装置 由 6 个有机玻璃制发酵抽屉、增氧泵 1 台、布气管路 1 套、固体支架 1 套、 连接管道等组成，每个发酵箱容积为 20L。规格：720mm*450mm*1000mm。 装置结构见下面示意图。 2. 操作步骤 （1）将 40kg 有机垃圾进行人工剪切破碎，并筛分，使垃圾粒度小于 10mm。 （2）测定有机垃圾的含水率。 （3）将破碎后的有机垃圾投加到每个反应器中，控制供气流量为 1m 3/(ht)。 （4）在堆肥开始第 1、3、5、8、10、15 天分别取样测定堆体的含水率，记录堆 体中央温度，从气体取样口取样测定 CO2和 O2浓度。 （5）再调节供气流量分别为 1.5 m 3/(ht)和 2 m3/(ht)，重复上述实验步骤。 3. 试验结果整理 （1）记录试验主体设备尺寸、试验温度、气体流量等基本参数。 （2）试验数据可参考表 3-1 记录。 表 3-1 垃圾发酵试验数据记录表 项目 供气流量 1m 3/(ht) 供气流量 1.5m 3/(ht) 供气流量为 2m 3/(ht) 含水 率/% 温度 / CO2 /% O2/ % 含水 率/% 温度 / CO2 /% O2 /% 含水 率/% 温度 / CO2/% O2/ % 原始 垃圾 第 1 天 第 3 天 第 5 天 第 8 天 第 10 天 第 15 天 四、厌氧消化过程模拟四、厌氧消化过程模拟 1. 实验装置 发酵罐为有机玻璃制。配套附件有：1）进水泵 1 台；2）废水配水箱 1 个； 3）厌氧搅拌系统 1 套；4）不锈钢加热罐 1 个；5)加热恒温水套 1 套（反应 温度控制 40 度左右） ；6）温度控制系统 1 套（控温精度：1 度） 7）湿式气 体流量计 1 台；8）水封槽 2 个； 9）小型电器控制柜 1 个；10）漏电保护器 1 个；11）不锈钢实验台架；12）连接管道及阀门等若干。 装置整体尺寸约：长*宽*高=1000mm*500mm*1500mm。 装置结构见下图。 图中 A 为电源开关，B 为循环水加热锅，C 为搅拌机电机，D 为气体湿式流量计，E 为循环泵， F 为外层保温水，G 为内层溢流管，H 为排放口，I 为加热锅溢流管，J 为保温水排放口，K 为出气管，K1、K2、K3 分别为阀门，M 为保温水循环管，M0、M1 分别为阀门，N 为进 料口，P 为温度计，Q 为压力计，R 为出气孔，S 为放水阀，2 为搅拌器开关，3 为加热器开 关，4 为循环泵开关 测试装置密闭性测试装置密闭性 关闭K3，打开K1、K2，由M1向装置鼓气，一段时间后关闭M1。在各接 口处抹肥皂水，没有气泡即不漏气。若不漏气打开M1，关闭K1、K2。连接湿 式气体流量计，记录流量计初始读数。 操作步骤 （1） 关闭保温水排放口J，将锅盖顺时针方向旋转45左右，用接在水龙头上 的水管向锅内注水。同时，打开电源总开关，按下电源控制器上的4键打 开循环泵，当锅上的溢流管I开始出水时停止向锅内注水。将锅盖恢复原 状，并检查连接处是否拧紧。 （2） 按电源控制器上的3键打开加热器，设定温度对循环水加热。 （3） 当达到预定温度后， 关闭排放口H的阀门M0， 内层溢流管G的阀门M1。 打开进料口N上的螺栓， 填入垃圾， 然后盖上N拧紧螺栓。 打开K1、K2、 K3，按下电源控制器上的2键，打开搅拌机，开始厌氧消化。 （4） 实验进行一段时间后，记录流量计读数。 （5） 当全部实验结束后，关闭电源，打开排放口H,将垃圾抽出。 （6） 打开保温水排放口J,将保温水放出。 2. 仪器设备 （1） 消化反应器：2500mL 的两口小口瓶，1 只。 （2） 湿式气体流量计：1 台 （3） 白炽灯泡：100W，6 个 （4） 温度指标控制仪：1 台 （5） COD 测定仪器：1 套 （6） 测定碱度仪器：1 套 （7） 烘箱：1 台 （8） 马福炉：1 台 （9） 分析天平：1 台 （10） 气相色谱仪：1 台 （11） 酸度计：1 台 （12） 漏斗、螺丝夹等 3. 操作步骤 （1） 从城市污水厂取回成熟的消化污泥，并测定其 MLSS、MLVSS。 （2） 取消化污泥 2L 装入厌氧消化器内（控制污泥浓度为 20g/L 左右） 。 （3） 密闭消化反应系统，放置 1d，以碱性细菌消耗消化反应器内的氧气。 （4） 配制 10g/L 的谷氨酸钠溶液。谷氨酸钠化学式为 NaOOC CH2 CH2 CH COOH NH2 （5） 第二天，将消化反应器内的混合也摇匀，按确定的水力停留时间由螺夹 6 处排去消化反应器内的混合液（例如，水力停留时间为 5d，应排去混合液 400mL） 。 （6） 按确定的停留时间投加谷氨酸钠溶液和磷酸二氢钾溶液， 使消化反应器内 混合液体积仍然是 2L。具体操作为： （1）先到少量谷氨酸钠溶液于进料漏 斗，微微打开螺丝夹是溶液缓缓流入消化反应器，并继续加谷氨酸钠和磷 酸二氢钾溶液； （2）当漏斗中溶液只剩很少量时，迅速关紧螺丝夹，以免 空气进入实验装置。 （7） 摇匀消化反应器内的混合液，开始进行厌氧消化反应。 （8） 第二天记录湿式气体流量计读数，计算一天的产气量，测定排除混合液的 pH。 （9） 以后每天重复实验步骤 58。一般情况下，运行 12 个月可以得到稳定的 消化系统。 （10） 实验系统稳定后连续 3d 测定 Ph、 气体成分、 碱度、 进水 COD、 MLSS、 MLVSS。 实验时应注意下述实验条件： 实验时应注意下述实验条件： 绝对厌氧 由于甲烷细菌使专性厌氧细菌，实验装置（或生产设备）应 保证绝对厌氧条件。 pH 实验系统的 Ph 宜控制在 6.57.5mg/L(CaCO3)。当 Ph 低于 6.5 时， 实验系统内可以投加碳酸氢钠调节碱度，生产性设备中则可投加石灰石调节碱 度。 营养 兼性细菌、厌氧细菌与好氧细菌一样，需要氮、磷营养元素以及 各种微量元素，厌氧消化过程中氮、磷可按 BOD5：N：P=（200300） ：5：1 进 行投加。如果实验污水或污泥含氮量不够，可以投加氯化铵作为氮源，但不能投 加硫酸铵，因为硫酸弧菌会利用硫酸铵与产甲烷菌争夺有机物，产生 H2S、CO2 并合成细胞，降低 CH4的产量。 温度 甲烷细菌对于温度的适应性，可分为两类，即中温甲烷菌（适应 温度区 3035）和温度甲烷菌（适应温度区 5055） 。两区之间，反应速 率反而减慢。可见消化反应与温度之间的关系不是连续的。厌氧消化允许的温度 变化范围为3的变化时，就会抑制消化速率。 污泥龄与负荷 厌氧消化效果的好坏与污泥龄有直接关系。 在污泥厌氧 消化工艺中，污泥龄（c）等于水力停留时间（SRT） 。 对于上流式厌氧污泥床， 厌氧滤池和厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷 在中温时为 515kg(COD)/(m 3d)，也可高达 30 kg(COD)/(m3d)。最好通过实 验来确定最适合的负荷。 污水或污泥在厌氧消化设备中的停留时间以不引起厌氧 细菌流失为准，它与操作方式有关。但温度为 35时，对于间歇进料的实验， 水力停留时间约为 57d。 混合与搅拌 混合与搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。 适当的混合 与搅拌可以使厌氧细菌与有机物充分接触， 使有机物分解过程加快， 增加产气量， 还可以打碎消化池面上的污渍，是反应器内的环境因素保持均匀。实验室里间歇 进料的厌氧消化实验，在温度 35时，每日混合 23 次即可。 有毒物质 与耗氧处理相同，有毒物质会影响或破坏厌氧消化过程。例 如，重金属、HS -、NH 3、碱与碱土金属（Na +、K+、Ca2+、Mg2+）等都会影响厌氧消 化。 厌氧消化实验可以用污水、污泥马粪等进行，也可以用自己已知成分的化学 药品（如醋酸、醋酸钠、谷氨酸）等进行。本实验是在 35条件下，采用校园 垃圾、食堂厨余垃圾或污水厂污泥进行实验。 本实验采用间歇进料方式，进行厌氧消化研究时，一般采用连续进料方式。 注意事项： 注意事项： （1） 为使实验装置不漏气，可用橡皮泥或四氟乙烯袋等其他方法密封各接口。 （2） 每组宜做两个对比实验，一个为水力停留时间长于 7d，另一个为短于 7d， 以观察 pH、碱度、产气量、COD 去除率的变化情况。停留时间短于 7d 装 置可在实验开始后的 1020d 左右测定上述项目。 4. 实验结果整理 （1）记录实验设备和操作基本参数： 实验开始日期 年 月 日 实验结束日期 年 月 日 消化器容积 L 实验温度 泥龄1= 2= 谷氨酸钠投加量 g/d 磷酸二氢钾投入量 g/d （2）参考表 3-2 记录产气量和 pH 表 3-2 产气量和 pH 水力停留时间1= 日期 湿式气体流量计读数 产气量/(mL d -1) PH （3）气相色谱仪测得的气体成分可参考表 3-3 记录 表 3-3 厌氧消化气体成分 成分 h(CH4)/cm CH4/% h(CO2)/cm CO2/% h(H2)/cm H2/% 标准样 成分 h(CH4)/cm CH4/% h(CO2)/cm CO2/% h(H2)/cm H2/% 日 期 （4）碱度测定数据可按表 3-4 记录，并计算碱度（以 CaCO3计） 表 3-4 碱度测定数据记录 日期 1/d H2SO4的用量 H2SO4的浓度/（molL -1） 后读数 初读书 差值 （5）COD 测定数据可参考表 3-5 记录，并计算 COD 表 3-5 COD 测定数据记录 日 期 1/d 空白 进水 COD 出水 COD 硫酸亚铁铵 浓度/ （molL -1） 后 读 数 初 读 数 差 值 水 样 体 积 /mL 后 读 数 初 读 数 差 值 水 样 体 积 /mL 后 读 数 初 读 数 差 值 水 样 体 积 /mL （6）MLSS 和 MLVSS 的测定数据可参考表 3-6 记录，并计算 MLSS 和 MLVSS 表 3-6 MLSS 和 MLVSS 的测定数据 滤纸灰分 日期 1/d 坩埚编号 坩埚+滤纸/g 坩埚+滤纸+污泥/g 灼烧后质量/g 五、实验结果讨论五、实验结果讨论 1. 绘制堆体温度随时间变化的曲线。 2. 根据实验结果讨论环境因素对好氧堆肥和厌氧消化的影响。 实验三实验三 危险废物固化处理危险废物固化处理 一、实验目的与意义一、实验目的与意义 危险废物指具有腐蚀性、急性毒性、浸出毒性、反应性、传染性、放射性等 一种或一种以上危险特性的废物。危险废物的污染危害具有长期性和潜伏性，可 以延续很长时间，因此国内外废物管理都将危险废物作为重点管理对象。 固化/稳定化技术是目前被广泛应用于处理电镀污泥、 铬渣、 砷渣和汞渣的有 效的危险废物处理手段。固化处理的效果常采用浸出率、增容比、抗压强度等指 标加以衡量。其中浸出率是评价固化处理效果和衡量固化体性能的一项重要指 标。了解浸出率有助于比较和选择不同的固化方案，有利于估计各类固化体凿贮 存、运输等条件下与水接触所引起的危险大小。 因此，通过本实验要达到以下要求。 掌握固体废物固化处理的工艺操作过程； 了解我国危险废物鉴别标准中规定的危险特性和鉴别方法。 掌握固化体浸出率测试方法。 二、实验方法二、实验方法 浸出率测定依据危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别 （GB5085.3-1996）和 浸出液的制备 （GB5086.2-1997） 固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法 。 三、实验原理三、实验原理 汞、砷、铅、铬、铜等有害物质及化合物遇水通过浸沥作用，从危险废物中 迁移转化到水溶液中。 延长接触时间，采用水平振荡器等强化可溶解物质的浸出，测定强化条件下 浸出的有害物质浓度可以表征危险废物的浸出毒性。 四、实验设备、原料和分析试剂四、实验设备、原料和分析试剂 1. 实验设备 固化块浸出毒性采用自制模具。 选用 PPR 热水管 （外径 50.2mm 内径 40.3mm） 分段切割成高为 802mm 的小段若干，即制成40mmh80mm 模具。从横截面直 径起沿圆柱中心线切合成两半，用直径为 1.5mm 的铁丝上下分两圈箍紧，并编号 1-80 待用。 表 2-1 试验名称及相关设备 试验名称 设备名称 含水率试 验 北京赛尔多利 斯天平有限公司产 电子天平一台 上海市试验仪器总 厂产 101G-3 型电热 鼓风干燥箱一台。 污泥的粒 度分析试 验 英国马尔文公司产 MS2000 型激光粒度 分析仪一台 污泥重金 属背景值 分析及总 量的测定 试验 常州国华电器有限 公司产 SH-A 型恒温 振荡器 可控温电热板 美 国 热 电 公 司 （Thermo）产 M6 型火焰 原子吸收分光光度计 1 套。 固化/稳定 化试验 PPR 热水管 中国建筑科学仪器 设计院仪器厂生产 HJW-300 型混凝土 搅拌机 1 台 河北省北方建筑仪 器 制 造 有 限 公 司 产 100mm 100mm 100mm 工程塑料试模 固化试 验工作 台。 固化块脱 模和养护 温岭飓霸机械 有限公司产 ZB-0.11/7 型空气 压缩机 1 台 混凝土常温蒸 汽养护室。 固化体极 限抗压试 验 无锡建筑材料 仪器机械厂产 NYL-2000 型压力试 验机一台 固化体毒 性浸出测 试试验 常州国华电器 有限公司产 SH-A 型 恒温振荡器 1 台， 。 美国热电公司 （Thermo）产 M6 型 火焰原子吸收分光 光度计 1 套 2. 原料 （1）含重金属污泥 （2）普通硅酸盐水泥，石灰 （3）粉煤灰：电厂一等级 3. 分析仪器与试剂 （1） 2000 ml广口聚乙烯瓶 4个 （2） 烘箱 1台 （3） 电子天平（精度：0.01g） 1台 （4） 水平振荡器 1台 （5） 原子吸收分光光度计 1台 （6） 漏斗、漏斗架 若干 （7） 量筒1000ml 1支 （8） 0.45m微孔滤膜 若干 （9） 氢氧化钠和盐酸溶液 五、实验步骤五、实验步骤 1. 固化操作 制定固化材料配比，将每搅拌埚所需物料称量、投加入混凝土搅拌机中，初 次加入设计用水量的 50%-60%后，打开搅拌机工作电源，并边搅拌边缓缓投加剩 余水量，调整搅拌刀片顺次、逆次交替搅拌若干次，约 10min 后，直至搅拌机中 物料均匀混合成可塑性并稍有黏性的半固体后停止。将物料转移至工作台上后， 将 100mm100mm100mm 塑料模具中均匀涂满润滑油并垫好贴纸并编号。 先将模 具填满 50%-60%，并用铁锨适度戳搅 25 次左右，再将填料分两次填满剩余空间， 并在每次添加后分别戳搅和磨平。以同样方法将填料填满40mmh80mm 自制模 具制成毒性浸出测试固化块， 与前 100mm100mm100mm 抗压强度测试固化块以 同放置定型等待脱模。固化操作的流程图如下所示： 图 1 固化操作流程图 固化块的固化效果受固化龄期的影响，采取脱模后养护 3 天、10 天、14 天、 28 天作龄期的考察点，对40mmh80mm 固化块做浸出性测试。 2. 浸出率 （1） 取粉碎的固化体100克（干基）试样（无法采用干基质量的样本则先测 水分加以换算） ，放入2L具塞广口聚乙烯瓶中。 （2） 将蒸馏水用氢氧化钠或盐酸调pH至5.86.3，取1L加入前述聚乙烯瓶 中。 （3） 盖紧瓶盖后固定于水平振荡机上，室温下振荡8h （11010）r/min，单 向振幅20mm 。 固化材料混合 固化材料搅拌 固化块成型 固化块脱模 固化块养护 40mmh80mm 型 100mm100mm100mm 型 固化块浸 出性测试 固化块抗压 强度测试 （4） 取下广口瓶静置16h。 （5） 用0.45m微孔滤膜抽滤（0.035MPa真空度） ，收集全部滤液即浸出液， 供分析用。 （6） 用原子吸收火焰分光光度计测定浸出液的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn 浓度。 （7） 取一个2L广口聚乙烯瓶，按照步骤（2）（6）同时操作，做空白实 验。 （8） 记录分析结果并分析整理。 表2-2 实验数据 项目 Cd Cr Cu Ni Pb Zn 空白浓度 （mg/L） 样本浓度 （mg/L） 六、实验结果与讨论六、实验结果与讨论 1. 评述本实验方法和实验结果。 2. 以双因素实验设计法拟定一个测定不同浸取时间的实验方案。 3. 分析哪些因素会影响危险废物浸出浓度。 实验四实验四 垃圾填埋场稳定化过程模拟垃圾填埋场稳定化过程模拟 一、实验目的与意义一、实验目的与意义 填埋处置就是在陆地上选择合适的天然场所或人工改造出合适的场所，把固 体废物用土层覆盖起来的技术。这种处置方法可以有效的隔离污染物、保护好环 境，并且具有工艺简单、成本低的优点。目前土地填埋处置在大多数国家已成为 固体废弃物最终处置的一种重要方法。随着环境工程的迅速发展，填埋处置已不 仅仅只是简单的堆、填、埋，而是更注重对固体废物进行“屏蔽隔离”的工程贮 存。填埋主要分为两种：一般城市垃圾与无害化的工业废渣是基于环境卫生角度 而填埋，称卫生土地填埋或卫生填埋。而对有毒有害物质的填埋则是基于安全考 虑，称安全土地填埋或安全填埋。 填埋分为厌氧填埋、好氧填埋和准好氧填埋三种类型。其中好氧填埋类似高 温堆肥，最大优点是可以减少因垃圾降解过程渗出液积累过多造成的地下水污 染，其次好氧填埋分解速度快，所产生的高温可有效地消灭大肠杆菌和部分致病 细菌：但好氧填埋处置工程结构复杂，施工难度大，投资费用高故难于推广。准 好氧填埋介于好氧和厌氧之间，也存在类似好氧填埋的问题，使用不多。厌氧填 埋是国内采用最多的填埋形式，具有结构简单、操作方便、工程造价低，可回收 甲烷气体等优点。 二、实验原理二、实验原理 参见实验二的厌氧消化部分。 三、实验装置三、实验装置 装置结构见下图。 图中 A 为电源总开关，B 为循环水加热锅，C 为循环泵，D1、D2、D3、D4 分别为取样口，E 为 循环水排放口，F 为渗滤液出口，G 为水封水排放口，H 为排气口，L 为循环水