浙江农林大学固体废弃物考试

1 固体废物 指在生产 生活活动中产生的丧失原有利用价值 而被丢弃的固态或半固态物质 2 固体废物一般具有如下特性 1 无主性 即被丢弃后 不再属于谁 因而找不到具体负责者 特别是城市固体废弃物 2 分散性 丢弃 分散在各处 需要收集 3 危害性 对人们的生产和生活产生不便 危害人体健康 4 错位性 一个时空领域的废物在另个时空领域是宝贵的资源 3 分类 欧美 矿业废物 工业废物 城市垃圾 农业废物 放射性废物 工业固体废物 是指工业生产和加工过程产生的废渣 粉尘 污泥等 主要有冶金 化工等固体废物 矿业固体废物 矿业固体废物主要包括废石和尾矿 城市固体废物 是指居民生活 商业活动 市政建设与维护 机关办公等过程产生的固体废物 一般分为生活垃圾 城建渣土 商业固 体废物 粪便 农业固体废物 农业固体废物是指农业生产 畜禽饲养 农副产品加工以及农村居民生活活动排出的废物 如植物桔杆 禽畜粪便等 放射性固体废物 包括核燃料生产 加工 同位素应用 核电站 核研究机构 医疗单位 放射性废物处理设施产生的废物 4 3R 原则 减量化 Reduce 再使用 Reuse 再循环 Recycle 减量化是指通过适当的方法和手段尽可能减少废弃物的产生和污染排放的过程 它是防止和减少污染最基础的途径 再利用是指尽可能 多次以及尽可能多种方式地使用物品 以防止物品过早地成为垃圾 再循环是把废弃物品返回工厂 作为原材料融入到新产品生产之中 5 固体废物的收集原则 五个基本原则 危险固体废物与一般固废分开 工业固废与生活垃圾分开 可回收利用物质与不可回 收利用物质分开 泥态与固态分开 污泥应进行脱水处理 6 收集方式 优缺点 根据收集时间 可分为 定期收集和随时收集 定期收集 定义 按照固定周期对特定废物进行收集的方式 优点 可将不合理的暂存废物的危险性降到最低程度 能够有效利用资源 能够有计划的调度使用运输车辆 利于处理处置者及时制定 更改管理计划 适用对象 定期收集一般适用于收集产生固体废物量较大的大中型厂矿企业 特别是产生危险废物的厂矿企业 易安排 适用于危险废物和大型 垃圾 随时收集 定义 随时收集是根据固体废物产生者的要求随时收集固体废物 优点 可操作性强 适用对象 主要适用于固体废物产生量无规律的企业 非连续生产工艺和季节性生产或量小的废物 根据收集方式 可分为 混合收集和分类收集 混合收集 简单易行 收集费用低 不利于废物的回收利用 定义 是指统一收集未经任何处理的原生固体废物的收集方法 优点 简单易行 收集费用低 在某些情况下 把固体废物混合收集可使危害变小或者更利于处理或处置 缺点 不根据固废特性 成分而混合在一起 降低了废物中有用物质的纯度和再利用价值 增加了处理处置的危险固体废物数量 同 时也增加了处理难度 提高了处理费用 分类收集 是降低废物处理成本 简化处理工艺 实现综合治理的前提 定义 分类收集是指在鉴别试验的基础上 根据固体废物的特点 数量 处理和处置的要求分别收集 优点 有利于固体废物的资源化 可以减少固体废物处理与处置费用 可以减少固体废物对环境的潜在危害 7 收运原则 在满足环境卫生要求的同时 收运费用最低 并考虑后续处理阶段 使垃圾处理系统的总费用最低 8 非连续与连续收集系统的优缺点比较 连续收集 单轨火车传送带输送 管道输送 空气输送 正压 负压 水力输送 非连续收集 拖曳容器系统 简便模式 交换模式 固定容器系统 非连续 交通压力 噪音污染 垃圾外溢 系统条件好 较灵活 连续 初期投资大 旧城改造困难 噪音小 不会增加交通压力 环境界面友好 9 城市垃圾收集方式与收集容器 定点收集方式与容器 定义 是指收集容器放置于固定的地点 一天中的全部或者大部分时间为居民服务 是目前最普遍的垃圾收集方式 特点 设立收集点需要占用一定的空间 收集点交通相对方便 为满足卫生要求 收集容器有较好的密封隔离效果 为充分利用收集容器的容积效率 一般要求设置于人口较为集中的地方 类型 容器式与构筑物式 定时收集方式及容器 定义 不设置固定的垃圾收集点 直接用垃圾清运车收集居民区垃圾 实施要求 用收运车在固定的时间收集居民区的垃圾 容器类型 专用容器 小型移动式垃圾桶或者一次性袋式垃圾容器 普通容器 小型垃圾收集车 分类收集 实施方法 根据本地区垃圾组成状况 将垃圾分成几个分类组 一般以可回收废品 大型垃圾 易腐蚀有机物和一般无机物为主要分类 组 优点 提高垃圾资源化利用率 减少处理 处置工作量 是城市垃圾收集的必然趋向 实现方式 对现有条件进行改造 在收集点设置不同类型的容器 增加容器数量 收集工人数和收运车辆 10 破碎 定义 在人力或机械等外力作用下 破坏固体废物质的内聚力使大块的固体废物分裂为小块 小块固体废物分裂为细粉的过程 磨碎 破碎的目的 优点 减小容积 降低运输费用 使连结在一起的异种材料进行单体分离 有利于提取有用物质 使组成不一的 废物混合均匀 可提高燃烧 热解处理过程的效率和稳定性 可防止粗大 锋利的废物损坏分选 焚烧 热解等资源化处理设备 便于有粒度要求的资源化处理 方便垃圾填埋 破碎方法 机械方法 机械能破碎 利用工具对固体废物施力将其破碎 A 剪切破碎 在剪切作用下使得废物破碎 包括劈开 撕破和折断等 适用于松软废物 B 冲击破碎 a 重力冲击 使废物落到硬的表面上使其破碎 b 动冲击 使废物碰到一个比它硬的快速旋转的表面而产生冲击作用 C 挤压破碎 是指废物在两个相对运动的硬面之间的挤压作用下的破碎 物理方法 非机械能破碎 原理 应用 电能 热能 A 低温破碎技术 a 原理 利用其些固体废物低温变脆的性能而有效地施行破碎 或是利用组成不同的物质其脆化温度的差异而进行的选择性破碎 b 应用 从有色金属混合物废物 如包覆电线 中回收铜 锌 铝 对塑料的低温破碎 汽车轮胎低温破碎 c 优点 所需动力较低 仅为常温破碎的四分之一 噪声约降低 7dB 对同种物料科得到尺寸相近碎块 异质废物则有不同破碎尺寸 有 助分离 对复合材料破碎易得到较纯材质利回收 对某些常温难破碎某些塑料废物 易得到碎块和粉末 d 缺点 成本相对较高 B 湿式破碎技术 a 原理 利用纸类等废物在水力作用下的浆液化特性 利用特制破碎机将投入机内的纸类垃圾和水混合搅拌 破碎成浆液的过程 b 应用 回收城市垃圾中的大量纸类 通常将废物与制浆造纸结合起来 c 优点 动力消耗成本低 垃圾变成均质浆状物 可按流体处理法处理 环境卫生条件好 不会孽生蚊蝇和恶臭 安全性高 不会产生 噪声 发热和爆炸的危险性 脱水有机残渣 质量 粒度大小 水分等变化小 有利于资源化 可以回收纸纤维 玻璃 铁和有色金属 剩余泥土等可做堆肥 d 缺点 适用范围小 只适用于含纸量高的垃圾或垃圾经过分离分选而回收的纸类 影响破碎效果因素 机械强度 固体废物抗破碎的阻力 抗压强度 抗剪切强度 抗弯强度 抗拉强度 破碎效果的度量 A 破碎比 设备技术基本指标 在破碎过程当中 原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比 破碎比表示废物粒度在破碎过程中减少的倍数 表征废物被破碎的程度 类型 a 极限破碎比 i 是用废物破碎前的最大粒度 Dmax 与破碎后的最大粒度 dmax 之比来表示 即 i Dmax dmax 应用 极限破碎比在工程设计中常被采用 用于选择破碎机给料口的宽度 真实破碎比 b 真实破碎比 i 用废物破碎前的平均粒度 Dcp 与破碎后的平均粒度 dcp 之比来表示 即 i Dcp dcp B 破碎段 工艺流程基本指标 固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段 工程设计中 若要求入料粒度细 破碎比大 往往需要把几台破碎机或磨碎机依次联组成破碎和磨碎流程 对固体废物进行多次 段 破 碎 破碎比为各段破碎比的乘积 11 分选 概念 分选是指根据物质粒度 密度 磁性 电性 光电性 摩擦性 弹性以及表面湿润性等的差异 采用相应的手段将其分离的过程 目的 将废物中可回收或不利于后续处理的物料分离出来 方法分类 A 粒度差异 筛选 筛分 原理 根据固体废物粒度不同 利用筛子将物料中小于筛孔细粒物料透过筛面 而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上 完成粗 细料分离 过程 B 密度差异 重力分选 原理 根据固体废物中不同物质间密度差异 在运动介质中利用重力 介质动力和机械力作用 使颗粒群产生松散分层和迁移分离 得 到不同密度产品的分选过程 分类 重介质分选 就是在重介质中将固体废物的颗粒群按其密度的大小分开 以达到分离目的 跳汰分选 在垂直变速介质作用下 按密度分选固体的一种方法 风力分选 以空气为分选介质 在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选 又称风选或气流分选 是最常用的分选方法之 一 摇床分选 使固体废物颗粒群在倾斜床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用下按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选 C 磁性差异 磁力分选 磁选过程 将固体废物输入磁选机 颗粒在不均匀磁场作用下受到磁场吸引力重力 流动阻力 摩擦力 静电力和惯性力等机械力的作 用 D 亲疏水性 浮力分选 原理 在固体物料中 因表面性质的差异 有些物质呈疏水性 形成的水化膜薄而易破 有些物质则呈亲水性 厚且难破裂 疏水性物料 颗粒易粘附于气泡上 随气泡上浮聚集在液面上 形成泡沫产物 刮出 亲水性物料颗粒仍留在料液中 从而实现分离 依据物料表面性 质差异 在浮选剂作用下借助于气泡的浮力 达到分选物料的目的 12 压实 概念 通过外力加压于松散的固体物 以缩小其体积 使其变得密实的操作简称为压实 亦称压缩 目的 减小体积和增大容重 便于装卸 运输和填埋 降低运输成本 制取高密度的惰性材料或建筑材料 便于贮存或再次利用 降低污染物量 减轻环境污染 压缩程度的度量 孔隙比 空隙率 固体废物的总体积 Vm 等于包括水分在内的固体颗粒体以 Vs 与空隙体积 Vv 之和 即 Vm Vs 十 Vv 废物的孔 隙比 e e Vv Vs 空隙率 Vv Vm 空隙比 率 越低 表明压实程度越高 相应的容重越大 湿密度 干密度 忽略空隙中的气体质量 固体废物的总质量 Wh 就等于固体物质质量 Ws 与水分质量 Ww 之和 即 Wh Ws Ww 湿密度 Dw Dw Wh Vm 干密度 Dd Dd Ws Vm 压缩比 压缩倍数 固体废物压缩比 r 和压缩倍数 n 可表示为 压缩比 r Vf Vm 压缩倍数 n Vm Vf Vm 和 Vf为压实前 压实后废物的体积 n 与 r 互为倒数 n 越大 说明压实效果越好 13 固化 概念 用物理 化学方法将有害固体废物固定或包容在惰性固体基质内 固化剂 使之呈现化学稳定性或密封性的一种处理方法 目的 使危险废物中所有污染组分呈现化学惰性或被包容起来 减少后续处理与处置的潜在危险 衡量固化处理效果的主要指标 浸出率 固化体浸于水中或其它溶液中时 其中有害物质的浸出速度 增容比 体积变化因数 所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值 抗压强度 装桶贮存 0 1 0 5 MPa 作建筑材料 10 MPa 放射性固化体 前苏 5 MPa 英 20 MPa 主要方法 包胶固化 适于多种废物的固化 概念 包胶固化是采用某种固化基材对废物块或废物堆进行包覆处理的方法 类型 根据固化基材不同 包胶固化可分为 水泥固化 原理 废物被掺入水泥的基质中 水泥与废物中的水分或另外添加的水分 发生水化反应后生成坚硬的水泥固化体 应用 无机类的废物 尤其是含有重金属污染物废物 多氯联苯 油和油泥等有机废物 低 中放射性及垃圾焚烧厂产生的焚烧飞灰 等危险废物的固化处理 优点 工艺设备较简单 设备和运行费用低 对含水量较高的废物可以直接固化 处理技术已相当成熟 对放射性固体废物的固化容 易实现安全运输和自动控制等 固化产品经过沥青涂覆能有效地降低污染物的浸出 固化体的强度 耐热性等较好 产品适于投海处置 或可作路基 建筑物基料等资源化利用 缺点 增容比较高 产品一般比最终废物原体积增大 1 5 2 倍 固化体中污染物的浸出率较高 主要是由于它的空隙率较高所致 因此 需作涂覆处理 废物有的需作预处理或需要加入添加剂 因而可能影响水泥浆的凝固 并会使成本增加 水泥的碱性易使铵离子转变为 氨气逸出 混合器的排料较困难 石灰固化 原理 水泥窖灰和粉煤灰中的活性氧化铝和二氧化硅与石灰 水反应生成坚硬物质而将废物包容 应用 适用于钢轨 机械的废液和废渣 电镀污泥 烟道气脱硫废渣和石油冶炼污泥等无机污染物 固化体可作为路基材料或砂坑填 充物 优点 使用的添加剂本分也是废物 源广价廉 工艺设备简单 操作方便 被处理的废物不要求完全脱水 在常温下操作 没有废气 处理问题 缺点 固化产物比原废物的体积和重量有较大增加 增加清运和处置的困难 易被酸性介质浸蚀 须进行表面涂覆 固化体的强度较 低 所需养护时间较长 因而较少单独作用 热塑材料固化 原理 热塑性材料固化是用热塑性物质作固化剂 在一定温度下与废物混合 冷却后废物为固化的热塑性材料所包容固化 以达到对 废物稳定化目的的过程 优点 所得固化产品空隙率低 致密度高 浸出率低于水泥法和石灰法 增容比小 降低了容器费用和运输费用及最终处置费用 固 化基材对溶液或微生物具有强抗侵蚀性 固化体不需作长时间的养护 缺点 废物必须预先冷冻 融解或离心脱水处理 基材具有可燃性 产品应有适宜的包装 热塑性材料价格昂贵 操作复杂 设备费 用高 有机聚合物固化 原理 将一种有机聚合物的单体与废物按一定的比例配料 在一个特殊设计的混合容器中充分混合 然后加入适量催化剂和填料搅拌 均匀 使其聚合 固化 将危险废物包容形成具有一定强度和稳定性固化体的过程 应用 处理含重金属 油及有机物的电镀污泥 优点 可以在常温下操作 添加的催化剂数量很少 引入密度较低的物质 增容比和固化体密度小 既能处理干渣 也能处理湿泥浆 固化体不可燃 缺点 不够安全 有时需强酸性催化剂 在聚合过程中会使重金属溶出 操作中有机物的挥发 容易引起燃烧起火 所以通常不能在 现场大规模应用 固化体耐老化性能差 固化体松散 需装入容器处置 增加了费用 此法要求操作熟练 以保证固化质量 自胶结固化 只适于含有大量能成为胶结剂的废物 概念 利用废物本身的胶结粘性进行固化处理的方法 应用 用于处理硫酸钙和亚硫酸钙废物 原理 基于亚硫酸钙半水化合物在加热到脱水温度以后 最终形成类似于含有两个结晶水的硫酸钙的固化物 优点 采用的添加剂是石灰 水泥灰 粉煤灰等工业废物 达到了废物利用 凝结硬化时间短 操作性好 产品性质稳定 对处理的 废物不需要完全脱水 缺点 只适用于含硫酸钙 亚硫酸钙泥渣的处理 需要熟练的操作技术和昂贵的设备 燃烧泥渣需消耗一定的能量 玻璃固化 适于极少量特毒废物的处理 原理 将待固化的废物首先在高温下煅烧 使之形成氧化物 再与加入的添加剂和熔融的玻璃料混合 在 1000 度温度下熔融 冷却后 形成十分坚固而稳定的玻璃体 优点 处理效率最好 固化体中有害元素的浸出率最低 固化废物的减容系数最大 玻璃固化体有较高的导热性 热稳定性和辐射稳 定性 缺点 装置较复杂 处理费昂贵 工作温度较高 设备腐蚀严重 应用 水泥固化法 重金属 氧化物 废酸 石灰固化法 重金属 氧化物 废酸 塑性固化法 非极性有机物 氧化物 废酸 玻璃固化法 不挥发高危性废物 核废物 自胶结固化法 硫酸钙和亚硫酸钙的废物 14 焚烧 焚烧处理 一种高温热处理技术 是以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应 达到减容 去除毒性并 回收资源的过程 是一种可同时实现废物减量化 无害化 资源化的处理技术 优缺点 优点 无害化程度高 垃圾中的病原体被彻底消灭 燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放要求 减量化效果好 焚烧可使垃圾中的可燃成分高温分解 减重和减容一般可分别达到 80 和 90 以上 可实现资源化利用 垃圾焚烧所产生的高温 可转变为蒸汽 用来供热或发电 还可回收金属等资源 焚烧厂占地面积小 尾气经净化处理后污染较小 可以靠市区建厂 即省地也缩短垃圾运输距离 对于经济发达城市尤为重要 可全天候操作 不易受天气影响 随着对城市垃圾填埋的环境措施要求的提高 焚烧法的操作费用可望低于填埋 缺点 一次性投资大 占用资金周期长 对垃圾的热值有一定要求 一般不能低于 4000KJ kg 限制了它的应用范围 可能产生较为严重的 二恶英 问题 必须要对烟气投入很大的资金进行处理 焚烧时会产生大量的飞灰 即在烟气净化系统 APC 和热回收利用系统 如节热器 锅炉等 中收集而得的残余物 约占垃圾焚烧灰渣总量 的 20 左右 含有大量可溶性重金属和二恶英物质 处理评价指标 定性 目视法 用肉眼观察垃圾焚烧产生的烟气的 黑度 来判断焚烧效果 烟气越黑 焚烧效果越差 定量 A 减量比 衡量焚烧处理废物减量化效果 可燃废物经焚烧处理后减少的质量占投加废物总质量的百分比 表达式为 B 燃烧效率法 二氧化碳法 指烟道出口之排气中所含二氧化碳浓度与二氧化碳及一氧化碳浓度总和之百分比 评估是否可以达到 预期处理要求的指标 C 破坏去除效率法 评价危险废物处理要求的指标 式中 Win为进入焚烧炉的 POHCS 的质量流率 Wout为流出焚烧炉的 POHCS 的质量流率 D 烟气排放浓度限制指标 颗粒物 烟尘 颗粒物 黑度 总碳量 有害气体 SO2 HCl HF CO 等 重金属元素 Hg Cr As 等 有机污染物 二恶 英等 机理分析 三要素 可燃物质 助燃物质 引燃火源 影响燃烧过程的主要因素 停留时间 焚烧温度 混合强度 过剩空气率 资源化利用途径 三种热资源回收方式 在焚烧系统的燃烧室后部建造锅炉 使热转化为蒸气回收利用 利用水墙式焚烧炉结构 炉壁以纵向循环水列管替代耐火材料 管内循环水被加热成热水 再通过后面相连的锅炉生成蒸气回收利用 将加工后的垃圾与燃料按 比例混合作为大型发电站锅炉的混合燃料 15 热解 概念 无氧或缺氧状下通过加热有机固体废物使其高分子螯合状态破坏 分解生成低分子化合物的过程 如 木材和煤的干馏 重油 裂解生产各种染料油 产物 热分解是利用有机物的热不稳定性 在无氧或缺氧条件下对之进行加热蒸馏 使有机物产生热裂解 经冷凝后形成各种新的气 体 H2 CH4 CO CO2 液体 有机酸 芳烃 焦油 和固体 炭黑 炉渣 从中提取燃料油 油脂和燃料气的过程 热解和焚烧的区别 固体废物的热解与焚烧相比有以下优点 可以将固体危险废物中的有机物转化为以燃料气 燃料油和炭黑为主的贮存性能源 有利于减轻对大气环境的二次污染 废物中的硫 重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中 由于保持还原条件 Cr 3 不会转化为 Cr 6 NOX 的产生量少 主要技术参数 或影响因素 及机理 原料类别 热解温度 影响产物分布 组分和产率 低温 长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量 快速热解温度在 500 650 范围内 主要用来增加生物油的产量 若温 度高于 700 在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下 主要用于生产气体产物 升温速率 热解速率和热解特征温度 热解起始温度 热解速率最快的温度 热解终止温度 均随升温速率的提高呈线性增长 在一定热解时间内 慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间 促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应 导致炭产率增加 在升温速率较高和较低两种情况下 热解气体产物比例都较高 热解时间 固相滞留时间越短 热解的固态产物所占比例就越小 总的产物量就越大 热解就越完全 在给定的温度和升温速率的条件下 固相 滞留时间越短 反应的转化产物中的固相产物就越少 气相产物的量就越大 气相滞留时间指生物质热解产物中气相产物在热解反应器中的停留时间 气相滞留时间越长 生物油的二次裂解发生的就越严重 放出 H2 CH4 CO 等 导致液态产物迅速减少 气体产物增加 所以 为获得最大生物油产量 应缩短气相滞留时间 在获得最大生物油产率 的热解温度下 反应装置不同 生物质种类不同 最佳生物油产率的气相滞留时间也不同 一般在 0 5 2 s 气相滞留时间对生物油产 率的影响还与其他反应条件如温度 压力等有关 在温度 400 以下 生物油产率基本上不受气相滞留时间的影响 气相滞留时间的减少 有利于生物油产率的提高 但气相滞留时间不如热解温度对生物油产率的影响显著 催化剂 碱金属碳酸盐能提高气体 碳的产量 降低生物油的产量 而且能促进原料中氢释放 使空气产物中的 H2 CO 增大 K 能促进 CO CO2 的生成 不影响 H2O 的生成 NaCl 能促进纤维素反应中 H2O CO CO2 的生成 加氢裂化能增加生物油的产量 并使油的分子量变小 废物含水率 含水率增大需增加辅助燃料以达到热平衡 并导致水蒸气与碳和 CO2发生水煤气反应 使残渣中固定碳含量减少 气体中 H2和 CO 比例增 加 空气量 外热式热解方式为一绝氧过程 产生的气体燃料热值高 内热式热解 因热空气引入使得产物中含有相当数量的 N 和 CO 热值较低 16 生物质 生物质是构成动 植物机体的材料 植物主要是由淀粉纤维素组成的 动物主要是由于脂肪 蛋白质组成 统称为生物质 简单地说 生物质就是生物体中的有机物 生物质能是蕴藏在生物质中的能量 是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存于生物质内部的能量 生物质来源 木材料及森林工业废弃物 农业废弃物 水生植物 油料植物 城市和工业有机废弃物 动物粪便 生物质能作为资源的特性 可再生 生物质能是通过光合作用以生物形态储存的太阳能 资源化 可利用的生物质包括林产品下脚料 薪柴 农作物秸秆及城市垃圾中的生物质废弃物等 对环境友好 本身可生物可降解 可用来作为绿色原材料合成新的环境友好材料 由生物质转化来的燃料比较干净 有利于环境保护 生物质燃料的利用也有助于减少温室气体的排放量 发达国家开发生物质能的主要动力 生物质制取液体燃料途径 生物质水解发酵制燃料乙醇 主要途径 将木质纤维素类水解制取葡萄糖 然后将葡萄糖发酵生成燃料酒精 主要方式有 酸水解 酶水解 发酵 生物质裂解制取燃料油 裂解是在无氧或缺氧条件下 利用热能破坏生物质大分子中的化学键 使之转变为低分子物质的过程 与水解相比 裂解生物质中的碳氢化合物都可转化为能源形式 水解过程中 木质素未发生反应 和焚烧相比 裂解温度相对较低 处理装置较小 便于建造在原料产地附近 生物质的直接液化 在较高的压力和有溶剂存在条件下进行的液化 又称 高压液化 和裂解相似 该工艺也可把生物质中的碳氢化合物都转化为能源形式 最大优势 反应物的停留时间短 生物质气化后再由气体产品生产液体燃料 破碎进料 把玉米秸 麦秸 棉花桔等农作物秸秆轧成碎料 加入少量水 用螺旋输送机送入干馏气化炉 气化 在气化炉内 桔秆在氧气不充足的条件下 干馏 热解 气化 被还原成 CmHn CO H2 等可燃性混合气体 去固体杂质 产生的可燃气体经气固旋风分离器去除大块杂物 降温 减容 经冷却器降低气体的温度 缩小气体的体积 脱水 脱焦 冷却后的可燃气进入气液分离器除去可燃气中的水和焦油 过滤 纯化 脱水和脱焦后的可燃气体经粗过滤和细过滤 两级过滤后制得纯净可燃气 一级过滤可选用玉米棒颗粒作为滤料 二级过 滤可选用 2 3mm 粒径的纤维颗粒 加压 储气 可燃气经罗茨风机加压后送人储气罐 再通过管网达到用户家中 17 堆肥 堆肥化概念 国内 依靠自然界中广泛分布的细菌 放线菌 真菌等微生物 人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物学 过程 欧 美 在有控制的条件下 微生物对固体 半固体有机物的好氧中温或高温分解 并产生稳定的腐殖质的过程 区别于简易好氧或 厌氧堆肥 堆肥是有机固体废物经过堆肥化处理得到的成品 或产品 是一种深褐色 质地松散 有泥土味的物质 其主要成分是腐殖质 堆肥化包含四层含义 堆肥化的原料是来自生物的固体有机物 堆肥化过程是在人工控制条件下进行 作用的主体是微生物 作用的过程是生物化学过程 产 物是稳定的腐殖质 堆肥的农业效用 增加土壤有机质 提高土壤生物活性 改善土壤结构 提高土壤肥力 促进植物生长和增产的效用 堆肥化过程 特点 作用微生物 反应对象 通常都是根据堆层温度变化为主要标志 将堆肥化过程分为三个阶段 中温阶段 又称起始阶段 不耐高温的细菌分解易降解的葡萄糖 脂肪等可溶物 同时放出热量使温度上升 高温阶段 当堆肥温度上升到 45 以上时 即进入高温阶段 耐高温菌迅速繁殖 在供氧条件下 大部分难降解有机物 蛋白质 纤 维 继续被氧化分解 同时释放大量热能 熟化阶段 在内源呼吸后期 只剩下部分难分解的有机物 此时微生物活性下降 发热量减少 温度下降 堆肥冷却 新的微生物借 助残余有机物生长 衡量指标 供氧量 A 供氧方法 采用通风方式供氧 主要有自然通风 堆层内置通风管 机械翻堆通风 强制通风等 B 通风作用 维持好氧微生物的生物活性 带走水蒸气 干化物料 调节发酵仓内堆层的温度等 C 通气量不足 堆体处于厌氧状态 通气量过大 散失热量和水分快 导致温度下降和水分缺乏 一般氧浓度控制在 18 左右 含水率 A 水的作用 一是溶解有机物 参与微生物新陈代谢 微生物只能摄取溶解性养料 微生物体内的水 80 和流动状态的水是微生物生 化反应的介质 二是调节堆肥温度 主要是通过水分蒸发来调节 含水量过低影响微生物繁殖 降低分解反应速度 含水量过高导致供 氧不足而变成厌氧状态 B 物料中含水率 12 时 微生物将停止繁殖 当含水率 65 时 水分将充满物粒间隙 堆层内空气量降低 由好氧状态向厌氧转化 温度剧降 并产生恶臭气体 含水率也是好氧堆肥化关键工艺条件之一 并对通风等其它工艺技术参数产生影响 含水率调节 脱水预处 理 掺加调理剂 干调理剂锯末 湿调理剂污泥或粪便等 仓内温度 温度决定着微生物活性大小和堆肥化进程快慢 同样是好氧堆肥化重要工艺技术参数之一 A 温度太低 不利于有机质氧化分解和微生物新陈代谢 也达不到高温杀灭虫卵 病原菌和寄生虫等的无害化要求 故一般采用好氧高 温堆肥 B 温度超过 70 时 堆肥中的放线菌等有益细菌将被杀灭 分解速度减慢 C 堆肥化适宜温度为 55 60 由温度 通风反馈系统来实现堆层温度的自动控制 碳氮比 C N 就微生物营养需求而言 C N 比是影响微生物生长活性的最主要营养因素 C N 太低 多余的氮将以氨的形式逸散并污染环境 C N 比太高 微生物繁殖受到氮源限制而使有机质分解不完全 影响最终的分解效率 综合考虑堆肥过程 适宜的 C N 是 25 30 一般通过配备不同比例的物料来进行调节 碳磷比 磷也是微生物繁殖和新陈代谢所必需的 对有机物发酵影响很大 堆肥化原料适宜的 C P 比为 75 150 往往是通过在发酵过程中添加富 含磷的污泥来调节堆肥原料的碳磷比 pH 值 堆层 pH 值随时间和温度变化而变化 pH 值是揭示堆肥化分解过程的一个极好标志 最初阶段由于有机酸产生 pH 值会降低到 6 0 以下 随着有机酸被逐渐分解 pH 值逐渐上升到 8 5 左右 一般认为 pH 7 5 8 5 时堆肥化效率最高 颗粒度 颗粒度影响堆层空隙率 透气性以及微生物 酶的活力 颗粒度降低 表面积增大 将有效促进微生物的活动并加快堆肥速度 颗粒过细 又会阻碍堆层中空气的流动 反过来则会减缓微生物的生存活性 速率减慢 有机质含量 堆肥化原料中的有机质含量高低对堆层温度和通风量均有影响 有机质含量太低 分解所产生的热量不足以维持堆肥化所需热温度 且 影响堆肥成品质量 有机质含量太高则给通风供养带来困难 易出现厌氧状态 适宜的有机质含量为 20 80 工艺流程 程序 前处理 以家畜粪便 污泥等为堆肥原料时前处理措施是调整水分和碳氮比 或者添加菌种和酶制剂 以城市生活垃圾为堆肥原料时 前处理往往包括破碎 分选等工序 考虑到增加物料表面积的同时 还必须保持一定的空隙率 以便于通风供氧 一般情况下 适宜的 粒径范围是 12 60mm 主发酵 一次发酵 理论基础 是由温度升高 经中温 高温 到开始降低为止的发酵过程 主发酵可在露天或发酵装置内进行 通过翻堆或强制通风向 堆肥物料供给氧气 物料在微生物的作用下开始发酵 堆温上升的热量来源有两个方面 一方面是细胞外易分解物质氧化分解 产生的热量 另一方面是微生物细胞内吸收的物质和氧化分 解而产生热量 参与的微生物 发酵初期是靠嗜温菌分解作用进行 随着堆温上升 嗜热菌取代了嗜温菌 堆肥从中温阶段进入高温阶段 到易分解 的有机物基本降解完 堆层温度开始下降 所需时间 以生活垃圾为主体的城市垃圾和家畜粪尿好氧堆肥 主发酵期约 4 12d 后发酵 二次发酵 目的 将经主发酵后 其中未分解的少量有机物进一步分解 使之变成腐殖酸 氨基酸等比较稳定的有机物 得到完全成熟的堆肥制 品 工艺要点 A 需氧量和通风方式 耗氧量下降 通过自然通风和间歇翻堆 B 所需时间 因反应速度降低 所需时间较长 一般取决于堆肥的使用情况 如果是近期使用 后发酵时间通常在 20 30d 后处理 目的 经过外选工序进一步去除前处理过程没有去除的塑料 玻璃等杂物 并根据需要进行必要的破碎处理 如生产精制堆肥 主要设备 分选机 磁选机 振动筛等 和破碎机 贮存 堆肥一般在春秋两季使用 夏冬两季生产的堆肥只能贮存 所以要建立可贮存 6 个月生产量的库房 贮存方式可直接堆存在二次发酵仓 内或袋装贮存 堆肥腐熟度及其指标 定义 堆肥中有机质因氧化分解而稳定化程度 基本含义 堆肥产品达到稳定化 无害化程度 对环境不产生不良影响 堆肥产品使用不影响农作物的生长和土壤的耕作能力 堆肥腐熟度判断标准 观标准 无激烈分解 低温 茶褐色或黑色 无恶臭 手感松软易碎 无明显纤维素和木质结构等 化学标准 堆肥中的 COD 淀粉和纤维素 碳氮比 碱性基本交换量 硝酸氨等 工艺参数标准 包括堆层温度 水分物料平衡 耗氧速率等 18 厌氧发酵 概念 微生物生理学 在没有外加氧化剂的条件下 被分解的有机物作为还原剂被氧化 而另一部分有机物作为氧化剂被还原的生物学过程 现代工业 则把利用微生物生产菌体 酶或各种代谢产物的过程 厌氧条件或有氧条件 都称为发酵 或消化 产沼技术 发酵是指在厌氧条件下 利用厌氧微生物 特别是产甲烷细菌 新陈代谢的生理功能 将有机物转化成沼气的整个工艺生产过 程 从环境污染治理的角度 发酵是指以废水或固体废弃物中的有机污染物为营养源 创造有利于微生物生长繁殖的良好环境 利用微生物 的异化分解和同化合成的生理生化功能 使得这些有机污染物转化为无机物质和自身的细胞物质 从而达到消除污染 净化环境的目的 特点 把由 60 甲烷和 40 二氧化碳组成的沼气称为标准沼气 厌氧消化代谢过程 理论 两阶段理论 按生化作用是否产气 将厌氧消化过程分为两个阶段 水解酸化阶段或产酸阶段 液化阶段 和产气阶段 即 两阶段 三阶段 三阶段理论 厌氧消化过程分为液化阶段 产酸阶段和产气阶段三个阶段 并分别由三个不同细菌菌群作用完成 厌氧消化微生物 第一阶段起作用的细菌称为水解发酵细菌 包括纤维素分解菌 蛋白质水解菌 第二阶段的微生物群落为产乙酸细菌 只有少数被分离出来 通常把上述两种不直接参与甲烷生成反应水解性细菌和产酸细菌统称为不产甲烷菌 作用是 为产甲烷菌提供养分 为产甲烷菌创造适 宜的氧化还原条件 为产甲烷菌消除部分有毒物质 和产甲烷菌一起 共同维持发酵的 pH 值 第三阶段的微生物群落是两组生理不同的专性厌氧的产甲烷细菌群 一组是将氢气和二氧化碳转化为甲烷 氢甲烷菌 另一组是将乙酸 脱羧生成甲烷和二氧化碳 乙酸甲烷菌 产甲烷菌主要生态特征 严格厌氧 对氧和氧化剂非常敏感 宜于中性偏碱性环境条件下繁殖 菌体倍增时间长 4 5 天才系列增殖 1 代 只能利用少数简单化合物作营养 但却都能利用分子氢作代谢能量 代谢最终产物是 CH4 和 CO2 厌氧消化的影响因素 原料配比 C N 20 30 1 如 C N 太高 细胞的氮量不足 系统的缓冲能力低 PH 值容易降低 C N 太低 氮量过多 pH 值可能上升 氨盐容易积累 会抑制发 酵进程 温度 根据温度的不同可把发酵过程分为中温发酵 30 36 和高温发酵 50 53 因中温发酵的温度与人体温接近 故对寄生虫卵及大肠菌 的杀灭率较低 而高温发酵对寄生虫卵等的杀灭率较高 能满足卫生要求 中温或高温沼气发酵允许的温度变化范围为 1 5 2 0 当有 3 变化幅度就会抑制发酵速率 变化幅度超过 5 就会停止产气 使有机酸大量积累 破坏沼气发酵 pH 值 不同菌群有自已适宜生长的 pH 值要求 水解发酵菌及产氢产乙酸菌 5 6 5 甲烷菌 6 8 7 4 消化液的酸度通常是由其中的乙酸 丙 酸等脂肪酸含量决定 消化液的碱度由氨氮含量决定 起到中和酸使发酵液保持适宜的 pH 值的作用 氨有一定的毒性 一般以不超过 1000mg L 为宜 如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过甲烷菌阶段 则 pH 值降低 影响甲烷菌生活环境 沼气发酵最适宜酸碱度 pH 为 6 5 7 5 在发酵系统中 氨与二氧化碳反应生成碳酸氢氨使发酵液具有一定的缓冲能力 因此调整 pH 值的最好办法是调整原 料的 C N 来提高其缓冲能力 有机负荷 OLR 反应器有机负荷是消化器设计和运行的重要参数 表征了消化器处理性能的好坏 分为容积负荷 VLR 和污泥负荷 SLR VLR 是指单位容积单位时间内所承受的有机物量 单位通常是 kg COD m3 d SLR 每千克厌氧活性污泥每天所承受的有机物的量 单位是 kg COD kgVSS d 停留时间 水力停留时间 HRT 是指一个消化器内的发酵液按体积计算被全部置换所需要的时间 通常以天或小时为单位 按下式计算 HRT d 反应器有效容积 m3 每天进料量 m3 d 污泥停留时间 SRT 也称泥龄 是指污泥在消化器里被置换的时间 或者说是用新增污泥 剩余 替换原有污泥所需时间 SRT d 反应器内污泥总量 Kg 每天排出反 应器的污泥量 Kg d 在完全混合式消化器里 SRT 和 HRT 相等 在非完全混合式消化器里 SRT 和 HRT 无直接关系 完成有机垃圾厌氧消化反应需要一定的 HRT HRT 越长 有机物消化越完全 但反应速率随着停留时间的增加逐渐降低 因此存在一个 最佳的 HRT 使得用最少的成本获得最好的消化效果 最佳的 HRT 与垃圾的性质 物料的粒径 消化温度 有机负荷 含固量以及消化工 艺等有关 中温消化的 HRT 为 10 40d 高温消化的 HRT 一般为 10 20d 含水率 固含率 含水率直接影响厌氧消化的速度和厌氧消化效果 含水率高 界面传质阻力小 厌氧消化速度快 反应器容易实现完全混合 物料均匀 反应器运行稳定 采用高含水率厌氧消化 含水率 90 需外加大量水分 增加了反应器容积 同时厌氧结束固液分离后续处理的废水量也大大增加 添加物 抑制物和接种物 进料和搅拌 进料方式 通常采用批量进料 半连续进料和连续进料 搅拌 一般情况下需要安装搅拌设备 资源化利用 传统的发酵设备 优点 传统沼气发酵系统具有结构简单 造价低 施工方便 管理技术要求不高等优点 存在的问题 浮渣 发酵罐内分层现象十分严重 液面上的浮渣层会形成板结层 妨碍气体的逸出 沉渣 池底堆积的老化 惰性 污泥很难及时排出 在某些角落长期堆存 占用有效容积 混合程度小 一般没有搅拌设备 物料和厌氧活性污泥不能充分接触 死角区过大 因而生化反应速率很慢 处理能力很低 传统的发酵系统存在诸多问题 现象 沉渣 浮渣 结果 污泥浓度低 混合程度小 纳污能力小 沼气产量小 沼气质量低 发酵周期较长 解决 开发高效沼气发酵技术 目的 一是能够保持大量的厌氧活性污泥和足够长的污泥龄 二是保持废水和污泥之间的充分接触 核心技术 发酵罐构型 搅拌混合 目标 滞留污泥 微生物固定化 特点 高有机负荷 高产气量 高沼气质量 高处理量 19 废弃物资源化利用 概念 采取工艺技术从固体废物中回收有用的物质与能源 广义上指的是资源的再循环 是从原料制成产品 经过市场直到最后消费 变成废物又引入新的生产 消费的循环系统 原则 技术是可行的 经济效益比较好 有较强的生命力 废物在排放源就近利用 可以节省贮放 运输等过程的投资 资源化产品应当符合国 家相应产品的质量标准 优点 环境效益高 固体废物资源化可以从环境中去除某些潜在的有毒性废物 减少废物堆置场地和废物贮放量 生产成本低 如用废铝炼铝 其生产成本仅为铝土矿炼铝的 4 生产效率高 如用铁矿石炼一吨钢需 8 个工时 而用废钢炼一吨电炉钢只需 2 3 个工时 能耗低 如用废钢炼钢比用铁矿石炼钢可节约能耗 74 工业固体废物资源化原则 原则 3C 原则 五个环节 废物的产生 系统内部的回收利用 系统外的综合利用 无害化 稳定化处理 最终处置与监控 具体几种 钢铁工业固体废物综合利用 A 炼铁工作原理与过程 a 原理 高温下用还原剂 主要是一氧化碳 从铁矿石中把铁还原出来 b 主要原料及其作用 铁矿石 种类很多 有磁铁矿 Fe3O4 赤铁矿 Fe2O3 和褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 等 铁矿石常按其含铁量的高低分为富矿 含铁 50 和贫矿 含铁 50 焦炭 作用是作燃料和形成还原剂 石灰石 作用是作熔剂 去除脉石 SiO2 空气 O2 c 产物 生铁 成分主要含铁 除此之外还含有 2 4 3 的碳 还含有锰 硅 硫 磷等元素 高炉煤气 CO CO2 N2 大量灰尘等 不能直接排放 必须要净化处理 高炉渣 主要是 CaSiO3 B 高炉渣综合利用 a 高炉渣主要成分 是氧化钙 二氧化硅 三氧化二铝 氧化镁 氧化锰 氧化铁和硫等 其中氧化钙 二氧化硅 三氧化二铝占 90 以上 b 通常是将高炉渣加工成水渣 矿渣碎石 膨胀矿渣和膨胀矿渣珠等形式加以利用 C 钢渣的综合利用 a 钢渣的化学成分 CaO FeO Fe2O3 SiO2 还含有少量的 Al2O3 P2O5 等成分 各成分含量随炉型不同而异 Fe 的氧化物以 FeO 和 Fe2O3 形式存在 而以 FeO 为主 总量在 25 以下 钢渣中一般均含有 P2O5 其在钢渣矿物形成中起重要作用 可与 CaO SiO2 生成活性较差物质 阻碍硅酸三钙的生成 另外 P 的存在也会使硅酸三钙分解 降低钢渣的活性 b 钢渣的主要矿物组成是硅酸二钙 硅酸三钙 钙镁橄榄石 2CaO MgO SiO2 钙镁蔷薇辉石矿物 3CaO MgO 2SiO2 铁酸二钙 2CaO Fe2O3 以及游离氧化钙等组成 c 综合利用 钢渣在冶金领域 钢渣作冶炼熔剂 钢渣返回炼钢炉 回收废钢铁 钢渣在交通建筑业 钢渣在水泥领域的应用 钢渣生产钢渣砖和砌块 钢渣作铺路 铁路渣石和回填工程材料 钢渣在农业上 钢渣作酸性土壤改良剂 钢渣制磷肥 钢渣作硅肥 钢渣在环境工程 处理废水 除磷 处理重金属污水 钢渣脱硫 粉煤灰的综合利用 A 来源 粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料 它是燃烧煤的冶炼 化工 发电厂将煤磨细成 100 微米以下的煤 粉 用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧 产生混杂有大量不燃物的高温烟气 经集尘捕集所得到物质 B 收集方式 湿排 C 成分 要为二氧化硅和三氧化二铝 约占 75 以上 其余为氧化铁 氧化钙 微量的镁 硫 磷 钾 钠 钛的氧化物以及稀有金属氧化 物和有毒物质 D 激发 粉煤灰的活性是潜在的 需要激发剂的激发才能显示 常用激发剂有 石灰 石膏 水泥等 E 粉煤灰的综合利用 a 回收有价组分 b 在建筑工程填筑方面的应用 筑路 筑堤 修飞机场等工程 c 在建筑制品中的应用 比较成熟工艺有蒸压粉煤灰砖 蒸养粉煤灰砖等 d 在陶制材料中的应用 可替代部分粘土烧制建筑陶瓷 如砖瓦 陶粒 地面墙面砖 下水道及排水管等 e 在农业方面的应用 一方面是利用灰场种植作物 另一方面用做化肥 F 在环境中作用 废水处理 废气处理 噪音治理 G 利用粉煤灰处理废水 处理生活废水 主要是去除有机质 制备混凝剂 去 COD 与色度 深度处理焦化废水 处理造纸废水 处理纺织印染废水 处理含重 金属废水 处理含氟废水 H 利用粉煤灰处理废气 烟气脱硫 即利用粉煤灰做脱硫剂 充分利用粉煤灰中 CaO 等碱性物质来中和燃煤烟气中的 SO2 从而生成无害的硫酸盐类产物 煤矸石的综合利用 代替燃料和发电 配制水泥 生产建筑材料 化工废弃物的综合利用 A 特点 产量大 危险废物种类多 成分复杂 废物资源化潜力大 B 硫铁矿烧渣综合利用 a 来源 硫铁矿烧渣是以硫铁矿为原料 生产硫酸过程中产生的一种粉状废渣 呈棕红色 硫铁矿是我国生产硫酸的主要原料 当前采 用硫铁矿或含硫尾砂生产的硫酸 约占我国硫酸总产量的 80 b 综合利用 作建筑材料的原料 制矿渣砖 作水泥助熔剂 回收铁 接制团后炼铁 选渣后制团炼铁 烧渣湿法提铁 制作铁系颜 料 铁系颜料主要有铁黄 铁红 铁黑 铁棕等 其中铁棕是由铁黄 铁红 铁黑混合而成 有色金属及贵重金属的回收利用 高温 氯化焙烧回收有色金属 中温氯化焙烧 氰化法提取金 银 在环境保护中的应用 可制备聚合铁盐净水剂 制备聚合氯化铁铝 高效无机混凝剂 制备聚合硫酸铁 无机絮凝剂 制备聚合氯化硫酸铁 高效无机 混凝剂 C 铬渣的综合利用 a 化学成分 主要化学成分是硅 铁 铝 钙 镁的氧化物和少量未反应完全的铬铁矿与残留的铬化合物 其中 CaO MgO SiO2占了铬 渣总量的 50 以上 毒性较强的 Cr6 含量在 1 5 之间 b 综合利用 铬渣作玻璃着色剂 铬渣作钙镁磷肥助熔剂 铬渣炼铁 20 清洁生产 定义 是一种新的创造性思想 该思想将整体预防的环境战略持续应