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第九章固体废物与城市垃圾管理系统 第一节概述第二节固体废物的性质第三节固体废物的产量与减少产量的途径第四节固体废物与城市垃圾的管理 1 第一节概述 一 固体废物的概念固体废物 指人类一切活动过程产生的 对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态的物质 废渣 生产活动中产生的固体废物垃圾 生活活动中产生的固体废物固体废物的概念随时 空的变迁而具有相对性 2 第一节概述 二 固体废物产生的途径与分类1 固体废物产生的途径 人类的活动减少废弃物的产生是治理固体废物垃圾的根本途径2 固体废物的分类 1 工业固体废物 2 城市垃圾 3 工业固体废物 4 第一节概述 三 固体废物对人类环境的危害1 占据大片土地2 污染土壤与水体 危害人类健康3 污染大气 影响环境卫生 5 第一节概述 四 固体废物与城市垃圾管理系统简介1 固体废物产源地管理 减少固体废物的产生 并对产生的物质进行分类2 分散堆存3 收集系统4 转移与运输5 处理与材料回收6 最终处置 6 第二节固体废物的性质 一 工业废物与城市垃圾的不同 工业固体废物有明显的行业生产特征 有些行业产生有毒 有害或危险固体废物 需要进行特殊处理工业固体废物大部分含有可利用的资源 需要回收有用资源城市垃圾一般集中管理与处置二 城市垃圾物理成分与分析方法1 城市垃圾的物理成分美国将城市垃圾分为食品垃圾 纸类 塑料橡胶与皮革类 纺织品类 庭院废物 废木料 金属品类 玻璃与陶瓷类 渣土类等九个组分我国将城市垃圾分为有机类 无机类与废品三个组分 7 二 城市垃圾物理成分与分析方法 2 城市垃圾物理成分分析法 1 手工采样分选法 在收集点选取一卡车有代表性的废物 以四分法逐级分离至每份100 200kg 取其中的一份按物理组分的类别用手工分选 将分选好的每分装入已知皮重与容积的容器中 并压实到与原贮存器内废物相似的密实状态 测量其体积与质量 计算各组分的百分率 2 摄影分析法 8 三 城市垃圾的物理性质 1 含水率 将测重后的标准样品置于77oC恒温干燥24小时后再测重M W d W 1002 城市垃圾颗粒表观尺寸分布 以颗粒的最大尺寸与通过筛子的比率表示3 容重 指在收集站堆放条件下单位体积固体废物的质量 9 四 城市垃圾的化学性质 1 化学组分 1 近似分析 包括含水率 挥发性物质重量百分率 950oC灼烧损失重量百分率 残余碳与不燃烧物和灰分量 2 基础成分分析 包括固体废物中C H O N S 水分及不可燃烧物的百分率2 热值杜朗公式 HW 337C 14428 H O 8 95S 10 五 有毒有害固体废物的鉴别 1 定义 凡能引起或导致人类与动物死亡或严重疾病的固体废物称为有毒有害固体废物 2 性质的鉴别与标准 1 易燃性 2 腐蚀性 3 化学反应性 4 浸出毒性 5 急性毒性 6 放射性 7 变异性 11 第三节固体废物的产量与减少产量的途径 一 固体废物的产量与计算方法1 城市垃圾 Qm RmPm2 工业 Qi RiPi二 固体废物的产率统计方法1 重量负荷实测统计分析法2 重量 体积实测统计分析法3 物料衡算分析法 仅适用于产生固体废物的小单元 以质量守恒定律为依据 即物料的总投入量等于物料的总产出量 Q投入 Q输出 Q产品 Q副产品 Q流失 Q废物 12 第三节固体废物的产量与减少产量的途径 三 减少固体废物产量的途径1 降低单位产品原料用量 延长产品使用寿命2 由废物中回收有用物料3 提高物品重复利用次数 13 第四节固体废物与城市垃圾的管理 一 城市垃圾的堆贮及管理1 城市垃圾就地管理体制2 城市垃圾临时贮存站 1 贮存容器带有封盖为宜 2 设置适宜地点为贮存站 3 垃圾就地检选与加工 14 二 城市垃圾的收集 一 城市垃圾的收集方式1 居民区生活垃圾的收集 1 路边收集 最为方便 费用较低 2 小巷收集 3 院落收集2 商业与公共建筑垃圾的收集 1 路边或小巷收集 2 大容积或固定型容器收集 15 二 城市垃圾的收集 二 收集系统类型1 拖运容器系统 将贮存站已装满垃圾的容器用运输车直接拖运到处理中心或转运站 卸空后的容器返运回原站或其他站 适用于垃圾产率较高的区域2 定点容器系统 在贮存站设置固定的小型容器若干个 收集卡车沿一定路线逐站收集垃圾 16 二 城市垃圾的收集 三 收集系统分析1 收集系统操作运行模式 1 拖运容器系统传统模式和交换容器模式两种 2 定点容器系统 17 二 城市垃圾的收集 2 术语定义 1 贮存站装卸车操作 P 相对恒定 拖运容器系统PhCS定点容器系统PSCS 2 往返路途运行 h 决定因素 拖运容器系统hhCS定点容器系统hSCS 3 卸料站卸料操作 S 相对恒定 4 无效操作因数 W W 上下班交接时间W1 由始发站至收集站与收班回始发站的时间W2 车辆维修时间W3 交通阻塞时间W4 规定休息时间W5等 取经验值为0 1 0 25 18 二 城市垃圾的收集 3 拖运容器收集系统操作运行数学模型车辆往返一次需要的时间 h ThCS PhCS hhCS S 1 W 当PhCS和S相对恒定时 h取决于速度 v 与距离 x 通过统计分析得 v x a bx即x v a bx而x v hhCS则hhCS a bx则ThCS PhCS a bx S 1 W 每日往返次数Nd 1 W H PhCS a bx S a b为经验运程常数 19 二 城市垃圾的收集 4 定点容器收集系统操作运行数学模型 1 机械装车操作运行模式车辆往返一次需要的时间 h TSCS PSCS S a bx 1 W 每日往返次数Nd Vd rV其中Vd为垃圾日产速率 r为压实比 废物原体积与压实后的体积比 V为收集车容积 2 人工装车操作运行模式 20 三 城市垃圾的转运 1 拖运容器系统和定点容器系统的评价方案 1 运输费用 2 行车时间 3 操作运行时间2 城市垃圾转运站的设计基础 1 转运站的选择 直接排料型 贮存码头型 直接排料与贮存结合型 2 运转站操作容量 小型站 日装运量小于100吨 中型站 日装运量100 500吨 大型站 日装运量大于500吨 3 转运站的设备与建筑物选择 4 转运站的地点选择 5 运输方式 21 第十章固体废物处理技术 第一节固体废物的压实技术第二节固体废物的破碎技术第三节固体废物分选技术第四节固体废物的脱水与干燥第五节有毒有害废物的化学处理与固化 22 第一节固体废物的压实技术 1 压实 1 目的 减少表观体积 提高运输与管理效率 2 表观体积 废物颗粒有效体积与孔隙占有的体积之和 2 压实比 物质原体积与压实后的体积比2 压实机械 1 水平压实器 2 三向垂直压实器 3 回转式压实器 23 第二节固体废物的破碎技术 1 破碎目的 减少颗粒尺寸 使之质地均匀 可降低孔隙率 增大比重2 破碎机械 1 锤式破碎机 2 剪切破碎机 3 腭式破碎机 24 第三节固体废物分选技术 1 分选目的 将各种有用资源采用人工或机械的方法分离开来2 分选效果评价 分选单位 进口料 出口料 x10 x20 xi0 x11 x21 xi1 x12 x22 xi2 x1j x2j xij x1m x2m xim 25 第三节固体废物分选技术 由j出料口出的i组分的回收率 Rij xij xi0 100 由j出料口出的i组分的纯净度 Pij xij xij 100 26 第三节固体分选技术 3 分选技术 1 风选 2 磁选 3 筛选 4 惯性分选 5 浮选 6 淘汰分选 7 静力分选 27 第四节固体废物的脱水与干燥 1 固体废物的脱水 1 固体废物的脱水主要用于城市污水与工业废水处理产生的污泥处理 以及类似于污泥含水率高的其他固体废物 2 机械脱水 真空抽滤脱水机 压滤机 离心脱水机 3 泥浆自然干化脱水 28 第四节固体废物的脱水与干燥 2 固体废物的干燥 1 固体废物的干燥主要用于城市垃圾经破碎 分选后的轻物料进行能源回收或焚烧处理时 2 干燥器的加热方式 对流 传导 辐射 29 第五节有毒有害废物的化学处理与固化 1 有毒有害废物的化学处理 1 中和法 2 氧化还原法 铬渣干式还原法和铬渣湿式还原法2 固体废物的固化处理 指利用物理或化学方法将有害固体废物固定或包容在惰性固体基质内 使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法 1 水泥固化 2 石灰固化 3 热塑性材料固化 4 有机聚合物固化 5 自胶结固化 6 玻璃固化 30 第十一章固体废物资源化 综合利用与最终处置 第一节固体废物资源化的意义与资源化系统第二节材料回收系统第三节生物转化产品的回收第四节城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收第五节固体废物的最终处置 31 一 固体废物资源化的意义与资源化系统 城市固体废物资源化系统 三个子系统 1 前处理系统 直接利用原材料 减少废物量 2 后处理系统 回收转化产品与能源产品 3 能源转化系统 辅助系统 将能源产品进一步转化为可以直接利用的能源 32 二 材料回收系统 1 材料回收系统 由几种处理单元技术组合 形成对城市垃圾加工 分选的工程系统称为材料回收系统 2 材料回收系统的技术经济评价条件 1 产品应满足市场需要的技术规范 包括产品的纯净度与容量等 2 各类回收物品的产量与运输条件3 材料回收系统的类型 1 常规简易材料回收系统 适用于人工可拣选的固体废物 以回收钢铁金属为主 2 多种物料回收系统 适用于含可回收物料种类较多的城市垃圾分选 回收 33 三 生物转化产品的回收 1 生物转化适用于易于降解的物质 如食品废物 废纸 庭院废物等 通过生物转化 这些物料可转化为腐殖肥料 沼气或其他化学转化产品 2 生物转化工艺 1 城市垃圾堆肥工艺定义 指在一定人工控制条件下 通过生物化学作用 使垃圾中有机成分分解转化为比较稳定的腐殖肥料过程 其实质是一种发酵过程 优点 可减少环境污染 能源可以被农业利用 对农业发展具有显著意义 34 三 生物转化产品的回收 堆肥方式 厌氧堆肥和好氧堆肥 2 厌氧消化处理 3 发酵技术3 生物化学处理新技术在固体废物资源化中的应用 利用生物酶的催化作用 35 四 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收 一 城市垃圾的焚烧1 焚烧目的 可使垃圾体积减少80 95 重量减少 使最终产物成为性质比较稳定的无害化灰渣 消灭各类病原体 消除腐化源 2 城市垃圾的焚烧处理与否主要取决于其可燃性和热值 二 焚烧过程的基本条件与物料 热量衡算1 焚烧过程的基本条件 三T原理 1 燃料在焚烧炉中燃烧完毕所需要的停留时间 time 包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和 2 燃料与空气混合的湍流程度 turbulence 3 燃烧过程的温度 temperature 36 四 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收 2 燃烧过程的热量衡算与物料衡算输入总热量 输出总热量燃料输入总量 燃料产物总输出量 37 能量衡算项目 38 质量衡算项目 39 四 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收 三 城市垃圾焚烧系统1 城市垃圾的处理与贮存2 进料系统3 燃烧室4 废气排放与污染控制系统5 排渣系统6 焚烧炉的控制与测试系统7 热源回收系统 40 四 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收 四 焚烧炉的效率1 炉渣中可燃物剩余率关系式 E 100 1 Vr Vf Vr为单位时间排出灰渣中可燃物含量Vf为单位时间进料中可燃物含量2 等值浓度公式 E 1 fr Ar fr Ar为炉渣中含灰分浓度 g 灰 g 渣 fr为炉渣中含可燃物浓度 g 可燃物 g 渣 41 四 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收 五 焚烧炉的类型 标准焚烧炉 多膛焚烧炉 水墙式锅炉 流化床焚烧炉 六 固体废物热解处理 定义 将垃圾置于缺氧高温条件下 在分解与缩合的共同作用下 由于大多数有机化合物有热不稳定的特征 将发生裂解转化为分子量较小的气态 液态与固态组分的化学转化过程称为热解 2 工艺设备 主体设备为纵向气化热解炉3 主要控制因素 操作温度 升温速度 固体废物燃料的理化性质与停留时间 42 四 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收 七 热转化产品的利用和能源转化1 各类热转化产品热电转化系统2 过程热转化率与效率热转化率 Rp Hf E0Hf为消耗废物燃料的有效热量 E0为电能输出量热效率 e Ri RpRi为理论热功当量 43 五 固体废物的最终处置 1 定义 为防止环境污染 根据排放的不同环境条件 采取适当而必要的防护措施 达到被处置废物与环境生态系统最大限度的隔绝 称为固体废物的最终处置 2 主要途径 1 陆地处置 2 海洋处置 3 土地耕作处置 4 深井灌注 5 废矿坑处置等 44 五 固体废物的最终处置 3 固体废物填埋处置 1 卫生填埋 对一般城市垃圾与无害化的工业废渣基于环境卫生角度而填埋的操作与结构形式称为卫生填埋 2 安全填埋 对有毒有害废物基于安全考虑而填埋的操作与结构形式称为安全填埋 45 五 固体废物的最终处置 4 卫生填埋场 1 场地选择的因素 场地有效利用面积资源回收与预处理运输距离土壤与地形条件气象条件地表与地质水文条件地区环境条件填埋场封场后的最终利用和开发 46 五