固体废弃物处理处置技术

固体废弃物处理处置技术,刘建伟2010年8月,注册环保工程师执业资格考试基础考试培训,考试大纲,一、固体废物产生与管理掌握固体废物的概念、产生途径与分类，了解固体废物的性质，熟悉减少固体废弃物产生量的途径，了解固体废物与城市垃圾的管理、收集和运输。二、固体废物对环境的危害熟悉固体废物的产生与危害。三、固体废物预处理技术掌握固体废物的压实、破碎、分选、脱水和干燥等预处理方法的基本概念，熟悉设备及设计要点。,四、固体废物生物处理技术掌握固体废物好氧堆肥与厌氧发酵处理的基本原理、影响因素及工艺设备。五、固体废物热处理掌握固体废物焚烧与热解处理的基本原理、影响因素及工艺设备。六、固体废物最终处置掌握固体废物填埋处置与固化处理方法的基本原理、影响因素及工艺。七、固体废物资源化与综合利用重点掌握固体废物资源化回收的途径与方法。,一、固体废物的产生与管理,1、固体废物的概念2、固体废物的产生途径与分类3、固体废物的性质4、减少固体废物产生量的途径5、固体废物的管理,1.固体废物的概念（掌握）,在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有使用价值或虽未丧失使用价值但被抛弃或放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。固体废物一词中的“废”具有鲜明的时间和空间特征。,习题,答案：（A）,根据中华人民共和国固体废物防治法对固体废物的定义，以下说法错误的（）A固体废物没有使用价值B固体废物可能置于容器中呈气态C固体废物也可成为宝贵的资源D固体废物可能来源于生活、生产和其他活动中,按其组成可分为有机废物和无机废物；按燃烧性可分为可燃废物（废纸、废塑料、农业秸秆）和不可燃废物（金属、玻璃、砖石）按其形态可分为固体（块状、粒状、粉状）废物和泥状（污泥）废物；按其污染特性可分为有害废物和一般废物等。为了便于管理，通常按来源分为工业固体废物、矿业固体废物、城市固体废物、农业废弃物和放射性固体废物（固体废物污染环境防治法）。,2固体废物的产生途径与分类（掌握）,固体废物来自人类活动的许多环节，主要包括人类的生产过程和生活过程的一些环节。,危险固体废物是指列入国家危险废物名录或是根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定具有危险特性的废物。（医疗垃圾、含高浓度重金属的污泥等）危险废物的特性通常包括毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性和传染性。1998年7月1日实施的国家危险废物名录把我国危险废物共分为47类，同时制定了危险废物鉴别标准。凡名录所列废物类别高于鉴别标准的属危险废物，列入国家危险废物管理范围；低于鉴别标准的，不列入国家危险废物管理。,危险固体废物,习题,答案：（C）,下列不属于危险固体废物的是（）A含高浓度重金属的污泥B浸出液pH为14的固体废物C园林垃圾D医疗垃圾E浸出液中含有机汞的工业固体废物,（1）固体废物的物理组成与分析方法（2）固体废物的物理性质（3）固体废物的化学性质,3、固体废物的性质（了解）,定义主要是按废物组成的材料特征对各组分进行区分，并描述其分布状况的固体废物特征分析方法。,影响因素自然环境、气候条件、城市发展规模、居民生活习性、家用燃料、经济发展水平等。,（1）固体废物的物理组成,大致由有机物，无机物，废品三类。,垃圾成分粒径湿度密度可压缩性渗透性,（2）固体废物的物理性质,含水量、挥发分、灰分、元素组成、固定碳、发热值、灰溶点、灼烧损失量、闪光点与燃点。,（3）固体废物的化学性质,固体废物产生量指废物产生源单位活动强度所产生的废物量；将预测到的生产能力乘以废物产率，得到固体废物产生量。,4、减少固体废弃物产生量的途径（熟悉）,固体废物产率是固体废物产生量计算的关键,固体废物产率计算方法,固体废物产率：产值产率：单位产品产值产生的固体废物量。产量产率：单位产品产量产生的固体废物量。,固体废物产率计算方法,物料衡算系统,固体废物产量：,固体废物产率计算方法,1、减少垃圾的产生量，即从垃圾产生的源头避免或减少垃圾产生量或降低对环境的危害。比如生产者改进设计、多次使用等。,2、减少垃圾的最终处置量，比如压实、破碎手段或焚烧、热解手段减少垃圾的数量与体积。,3、减少垃圾的排放量，即减少需要进入垃圾处理处置系统的垃圾数量。,减少固体废物产量（减量化）的途径,5、固体废物的管理（了解）,“三化”原则：“减量化、资源化和无害化”全过程管理：对固体废物的产生、收集、运输、利用、储存、管理和处置的全过程及各个环节，都实行控制管理和开展污染防治。,解决固体污染控制问题的基本对策：“3C原则”，即：避免产生（Clean）、综合利用（Cycle）、妥善处置（Control）。“3R”原则：通过对固体废物实施减少产生（Reduce）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）策略实现节约资源、降低环境污染及资源永续利用的目的。,固体废物分类标准固体废物监测方法标准固体废物污染控制标准固体废物综合利用标准,固体废物管理标准,二、固体废物对环境的危害,房前屋后,河道内,道路边,污染土壤,影响环境卫生和景观,侵占土地,污染水体,污染大气,侵占土地固体废物不加以利用，需占地堆放。每堆积1万t废物，约占地1亩,固体废物的危害,污染土壤废物在堆放过程中，有害成分容易经过风化雨淋随地表径流渗入土壤中，杀死土壤中的微生物，使土壤丧失腐解能力，导致寸草不生,污染大气一些有机固体废物在适宜的温度、湿度下会被微生物分解，释放有毒气体，产生恶臭；一些细粒状的废渣和垃圾，在大风吹动下会随风漂逸，造成大气的粉尘污染；固体废物在运输和处理过程中，会产生有害气体和粉尘；填埋场逸散的沼气消耗氧，使植物衰败。固体废物焚烧产生的有毒气体和粉尘。,固体废物的危害,污染水体随天然降水和地表径流进入江河湖泊，或者随风飘入水体使地表水污染；随渗滤液进入土壤使地下水污染；直接倾倒排入河流湖泊或海洋造成更大的水体污染。,固体废物的危害,影响环境卫生我国生活垃圾、粪便的清运能力不高、无害化处理率低、很大一部分垃圾存在于城市的一些死角，严重影响环境卫生，对市容和景观产生视觉污染，给人们的视觉带来了不良刺激。,其他危害某些特殊的有害固体废物可能会造成燃烧、爆炸、接触中毒、严重腐蚀。,固体废物的危害,三、固体废物预处理技术,1、固体废物的压实技术2、固体废物的破碎技术3、固体废物的分选技术4、固体废物的脱水与干燥,大纲要求：掌握各种固体废物预处理方法的基本概念和原理；熟悉这些方法的设备及设计要点。,1、固体废物的压实技术,压实的目的,利用机械的方法增加固体废物的聚集程度，增大容重和减小体积，以便于装卸、运输、贮存和填埋。,压实的原理,主要是减少空隙率，将空气压掉。,适合压实处理的物质,压缩性能大而复原性小的物质。,衡量压实程度的指标,空隙比与空隙率、湿密度与干密度、体积减少比和压实比,当对固体废物实施压实操作时：压力，空隙体积，表现体积也随之，而容重。,压实原理,固体废物经过压实处理后体积减少的程度叫压缩比R：,容重：固体废物的干密度，用表示。,固体废物颗粒重,固体废物中水分重,固体废物表观体积,固体废物总重,湿密度：固体废物总重量与表观体积之比，用DW表示。,空隙比：VV/VS（空隙体积与固体颗粒体积之比）空隙率：VV/VM（空隙体积与固体颗粒表观体积之比）体积减少比：体积减少量与压实前废物体积之比。R=(Vi-Vf)/Vi压缩比:固体废物经压实处理后，体积减少的程度。r=Vf/Vi压缩倍数：固体废物经压实处理后，体积压实的程度。n=Vf/Vi其中Vf压实前废物的体积Vi压实后废物的体积,固体废物压实机械,压实机械的分类,常用的几种压实器,水平压实器,固定型、移动型,三向垂直压实器,回转式压实器,压实器的组成：压实单元和容器单元,水平压实器,水平往复的压头，常作为转运站固定型压实操作使用。,三向压实器,3个相互垂直的压头，适用于金属类废物的压实。,回转式压实器,两个水平方向的压头和一个旋转式压头，适用于压实体积小、重量轻的固体废物,2、固体废物的破碎技术,目的：减少固体废物的颗粒尺寸、使之质地均匀，从而可降低孔隙率、增大容重。,破碎比：原废物粒度与破碎产物粒度的比值。,机械能破碎：剪切破碎、冲击破碎、挤压破碎和磨碎,定义：通过人力或机械等外力作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间的作用力而使物体破裂变碎。挤压、摩擦、剪切、冲击、劈裂和弯曲等原理。,分类：（根据破碎所用外力）,非机械能破碎：低温破碎、半湿式破碎和湿式破碎,锤式破碎机,适用于体积较大、质地较硬的废物。,往复剪切形破碎机,适用于松散的片、条状废物,回旋剪切形破碎机,适用于家庭生活垃圾的破碎,适于破碎中等硬度的脆性废物的破碎,3、固体废物分选技术,分选方法：人工捡选法、机械分选法,分选：将固体废物中各种可回收利用废物或不利于后续处理工艺要求的废物组分采用适当技术分离出来的过程。,机械分选：根据废物组成中各种物质的粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性的差异，将机械分选分为筛选（分）、重力分选、光电分选、磁力分选、静电分选和摩擦与弹跳分选。,3、固体废物分选技术,固体废物分选效果评价,回收率：单位时间从某一排料口中排出的某一组分的质量与进入分选机的这种组分的质量之比。纯度：某一排料口中排出的某一组分的质量与从这一排料口中排出的所有组分质量之比。,2007年考题,47,答案：（A）,筛分是利用筛子将松散的固体废物分成两种或多种粒度级别的分选方法。利用筛子将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面，而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上，完成粗细物料分离。分物料分层和细粒透筛两个过程。筛分效率是指筛下物的重量与入筛原料中所含的小于筛孔尺寸颗粒物的重量之比。用百分数E表示，即：,式中：Q1筛下物的重量；Q入筛原料中所含的小于筛孔尺寸颗粒物的重量。,筛选（筛分）,影响筛分效率的因素：固体废物性质（粒度组成、含水率、含泥量、颗粒形状）；筛分设备性能（筛面类型、筛子运动方式、筛面宽度、筛面倾角）；和筛分操作条件（给料连续与否，及时清理与否）。筛分设备固定筛由一组平行排列的钢制筛条组成，可以水平安装或倾斜安装。由于结构简单，不需动力，设备费用低，维修简单，所以在固体废物处理中被广泛应用。但它容易堵塞，需要经常清扫，筛分效率较低，仅有6070，所以只适于粗筛作业。滚筒筛缺点：生产效率较低、筛孔易堵塞。振动筛：适用于细粒废物的筛分（0.115mm），也适用于潮湿及黏性废物的筛分。共振筛：处理能力大、筛分效率高、耗电少及结构紧凑。缺点是制造工艺复杂、机体重大、橡胶弹簧易老化等。,习题,答案：（A）,拟采用筛孔尺寸为1cm的筛分设备对500kg的固体废物进行筛选，得到筛下产品有400kg，已知500kg固体废物中含小于筛孔尺寸的成分占90，理论上的筛分效率为（A）。A.88.9%B.12.5C.80D.36.5,解析筛分效率是指筛下的产品重量与固体废物中所含小于筛孔尺寸颗粒的重量之比。本题筛分效率：,习题,答案：（D）,固体废物筛分过程中，以下影响筛分效率的因素说法不正确的是（）。A.筛分效率受固体废物的性质，筛分设备的性能和筛分操作条件等因素的影响B.废物中“易筛粒”含量越多，筛分效率越高C.废物外表水分使细粒胶团附着在粗粒上而不易透筛D.当筛孔越大，废物含水率较高时，颗粒的活动性会降低解析D的正确说法是：当筛孔越大，废物含水率较高时，颗粒的活动性会提高。,根据固体废物中不同物质间的密度差异来进行分选的。根据分选介质的不同和作用原理上的差异，重力分选可分为重介质分选、跳汰分选、风力分选、摇床分选、惯性分选等。,重力分选,2008年考题,答案：（D）,重介质分选：重介质由高密度的固体颗粒和水构成的固液两相分散体系，它是密度高于水的非均匀介质。在重介质中使固体废物中的颗粒群按密度分开的方法称为重介质分选。为使分选过程有效地进行，选择的重介质密度需介于固体废物中轻物料密度和重物料密度之间。（适于分离密度差较大的固体颗粒）风力分选：以空气为分选介质，利用气流将轻物料从较重物料中分离出来的一种方法。风选包含两个分离过程：首先分离出具有低密度、空气阻力大的轻质部分（提取物）和具有高密度、空气阻力小的重质部分（排出物）；进一步将轻颗粒从气流中分离。跳汰分选：分离较大的粗粒固体颗粒的方式。使磨细的混合废物中的不同密度的粒子群，在垂直脉冲运动介质中按密度分层，不同密度的粒子群在高度上占据不同的位置，大密度的粒子群位于下层，小密度的粒子群位于上层，从而实现物料分离。（分为水力、风力和重介质跳汰）,重力分选原理,磁选,利用固体废物中不同组分磁性的差异，在不均匀磁场中实现分离。,固体废物在磁选机的磁场所受力：磁力和机械力（重力、离心力、介质阻力、摩擦力）,仅适用于铁磁性与非铁磁性物质间的分选,磁选为固体废物预处理的一种方法，其作用：回收有用金属；保护后续设备免遭破坏；减少焚烧和填埋处置的废物数量。,磁场强度（通电螺线管）,描述外磁场性质的物理量：,磁感应强度,磁选过程中，固体废物中含有不同磁性组分颗粒，就是利用在非匀强磁场中各自受到的磁场吸力的差异与同时作用于个颗粒的重力、摩擦力与惯性力的平衡关系，实现分离。,磁场对颗粒的作用力（吸力）,磁化强度：衡量物体被磁化的程度。,磁选机械,滚筒式,带式,固体废物的脱水与干燥,减少废物的体积或提高废物的热值。,固体废物的脱水,习题,答案：（B）,毛细管结合水存在于污泥颗粒间的毛细管内，占污泥水分的20%左右，可采用的分离方法正确的是（）。A.高速离心机脱水、负压或正压过滤脱水机、浓缩法B.高速离心机脱水、负压或正压过滤脱水机C.高速离心机脱水、负压或正压过滤脱水机、高速加热法脱水D.负压或正压过滤脱水机、浓缩法,解析在污泥颗粒间形成一些小的毛细管，其中充满的水叫毛细管结合水，约占污泥水分的20%左右，可采用高速离心机脱水、负压或正压过滤脱水机。,固体废物的脱水与干燥,浓缩脱水、机械过滤脱水、泥浆自然干化脱水、离心脱水,降低污泥中水分，减少污泥的体积，但仍保持其流体性质，浓缩后的污泥含水率仍高于90%以上，可以用泵输送。,浓缩脱水,常用脱水方法,浓缩脱水方法有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法,常用脱水方法,固体废物的干燥,干燥器的三种加热方式：对流、传导、辐射,干燥器类型,通风干燥器喷雾干燥器通风干燥器气流干燥器旋转干燥器传导加热型干燥器,利用加热使物料中水分蒸发，同时进行传热和传质扩散过程的操作，干燥处理后含水率为20-40%,增大蒸发面积增加蒸发速率增加传热推动力提高传热传质效率,四、固体废物生物处理技术,1、好氧堆肥的基本原理2、好氧堆肥化过程3、好氧堆肥化影响因素4、好氧堆肥工艺5、固体废物厌氧发酵处理原理6、固体废物厌氧发酵影响因素,掌握固体废物好氧堆肥与厌氧发酵处理的基本概念与原理、影响因素及工艺设备。,好氧堆肥是在好氧微生物与空气充分接触的条件下，使原料中的有机物发生一系列反应，最终使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程。堆肥过程中，微生物通过同化和异化作用，把一部分有机物氧化为简单的无机物，并释放出能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，供微生物生长繁殖。,1、好氧堆肥的基本原理,固体废物中的有机物以CaHbOcNd表示，难降解的堆肥产品中的腐殖质以CwHxOyNz表示，则好氧分解反应可表示为：,式中：r0.5b-nx-3(d-n)s=a-nw如果有机物完全分解，则反应式表示为：,根据上述化学计量式可以求出堆肥化生物分解过程的理论需氧量,2007年考题,65,答案：（A）,2008年考题,答案：（A）,堆肥过程中细胞物质的合成反应可表示为,堆肥过程中细胞物质的分解，即内源呼吸可表示为：C5H7NO2（细胞质）+O2CO2+H2O+NH3+能量,2、好氧堆肥化过程,潜伏阶段：堆肥化开始时微生物适应新环境的阶段。中温阶段：堆肥初期，嗜温微生物活跃，利用可溶性糖和淀粉不断增殖产生能量，温度不断上升，以细菌、真菌、放线菌为主的微生物迅速繁殖。高温阶段：当肥堆温度升到45以上时，即进入高温阶段。在这阶段，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐代替了嗜温性微生物的活动，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化，复杂有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质开始强烈分解。降温阶段：在内源呼吸期，微生物活性下降，发热量减少，温度下降，嗜温性微生物再占优势，腐殖质不断增多且趋于“稳定”，堆肥进入腐熟阶段。,3、好氧堆肥化影响因素,好氧堆肥化影响因素包括有机物含量、通风供氧、含水率、C/N比、温度和pH值等。,有机物含量有机物含量低，发酵过程中产生热量不足，最终肥效低；有机质过高，通风供氧较为困难。有机物较适宜范围为20%-80%。通风供氧氧的浓度和耗氧速率能表征微生物活动的强弱和有机物的分解程度。通风量主要决定于堆肥原料有机物含量、挥发度，可降解系数等。含水率堆肥的最适含水率为50-60%（按质量分数计）。水分过多，降低游离孔隙率，影响空气扩散，同时产生较多渗滤液；水分低于40%，微生物活性降低，堆肥温度随之下降。,C/N比C/N比最佳为25-35：1；低于20：1时，微生物繁殖因能量不足而受到抑制，分解缓慢且不彻底；高于40：1时，堆肥施入土壤导致“氮饥饿”，夺取土壤中的氮。温度整个堆肥过程的较佳温度是3555pH值堆肥中，pH一般有足够的缓冲作用，维持在好氧分解的酸碱度水平，通常7.58.5可得到最佳堆肥效果,4、好氧堆肥化工艺,原料预处理：包括分选、破碎，筛分以及含水率和碳氮比调整。原料发酵：推广使用的是二次发酵方式。一次发酵，一般需1012天，物料在一次发酵仓内经过一次发酵，还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在，需再进行二次发酵，一般不少于20天。后处理：包括去除杂质和进行必要的破碎处理，添加N、P、K等制成复合肥。,习题,答案：（A）,典型的静态好氧发酵堆肥由（）等工序组成。A.原料预处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理B.分选、破碎、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理C.分选、破碎、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、除杂D.破碎、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、除杂解析典型的静态好氧发酵堆肥包括以下工序：原料预处理：包括分选、破碎，筛分以及含水率和碳氮比调整；原料发酵(一次发酵和二次发酵)后处理(包括去除杂质和进行必要的破碎处理等)。B、C、D选项中的分选和破碎等均为原料预处理工艺。,堆肥产品质量（以干基计）粒度：农用堆肥产品粒度不大于12mm，山林果园用堆肥产品粒度不大于50mm；含水率：35%；pH值：6.58.5；全氮（以N计）：0.5%；全磷（以P2O5计）：0.3%；全钾（以K2O计）：1.0%；有机质（以C计）：10%；重金属含量：总镉（以Cd计）3mg/kg；总汞（以Hg计）5mg/kg；总铅（以Pb计）100mg/kg；总铬（以Cr计）300mg/kg；总砷（以As计）30mg/kg；,5、堆肥产品质量及卫生要求,无害化卫生要求堆肥温度（静态堆肥工艺）：55持续5d以上。蛔虫卵死亡率：95%100%；粪大肠菌值：101102；,2007年考题,77,答案：（A）,5、固体废物厌氧发酵处理原理,水解、发酵阶段：碳水化合物、蛋白质、脂肪水解与发酵产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。,固体废物厌氧发酵处理优缺点,主要优点低能耗低污泥产率营养物需求少产甲烷有机负荷高，占地面积少。消除了空气污染,主要缺点启动时间长可能需要加碱出水需要好氧处理不能生物脱氮除磷易受温度影响产生臭味和腐蚀性气体,习题,关于好氧堆肥与沼气发酵的说法错误的是（）。A.好氧堆肥化过程释放出的热量会比厌氧发酵多B.好氧堆肥的气体产物主要有CO2、H2O和NOXC.沼气发酵是在厌氧条件下进行的，分为潜伏阶段、中温阶段、高温阶段和腐熟阶段D.沼气发酵过程可能发生以下过程：CO+H2O=CH4+3CO2,答案：（C）,甲烷发酵：理论产气量和原料碳氮比计算理论产甲烷量E=0.37A+0.49B+1.04CL/g发酵原料理论产CO2量D=0.37A+0.49B+0.364CL/g发酵原料,每克发酵原料中碳水化合物的重量，g,每克发酵原料中蛋白质的重量，g,每克发酵原料中脂类化合物的重量，g,习题,1g发酵原料中含碳水化合物、蛋白质和类脂化合物的重量分别为0.5152g、0.0711g和0.0399g，求该原料的理论产甲烷量（B）。A.0.1998L/gB.0.2670L/gC.0.33348L/gD.0.6111L/g解析常见沼气发酵原料的理论产气量E的计算公式为：E=0.37A+0.49B+1.04C式中：A、B、C分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂类化合物的重量，g。本题中，理论产甲烷量：E0.37A0.49B1.04C=0.370.51520.490.07111.040.0399=0.2670L/g,6、固体废物厌氧发酵影响因素,温度温度升高，产气量增大，通常采用低温发酵（20左右）、中温发酵（37左右）和高温发酵（53左右）。pH值甲烷菌对pH值的要求很高，一般使发酵过程维持在6.87.2。氧化还原电位产甲烷菌生长和产甲烷的适宜氧化还原电位在-330mV以下。搅拌增加物料与微生物接触，使系统内的物料和温度均匀分布，使生成的气体迅速排出，并可以使产生的浮渣被充分破碎。搅拌方式有机械搅拌、充气搅拌和充液搅拌三种。,习题,答案：（D）,关于固体废物的好氧堆肥和厌氧发酵，下列说法不正确的是:（）。A.好氧堆肥物料最佳C/N为25-35：1B.好氧堆肥中，一般pH7.58.5可得到最佳堆肥效果C.固体废物厌氧发酵过程分为常温发酵、中温发酵和高温发酵D.固体废物厌氧发酵最适pH值为6.87.5，这是因为产氢产乙酸菌对pH值的要求很高的缘故解析参与固体废物厌氧发酵的微生物主要包括水解菌、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。厌氧发酵过程要求在一定pH值下进行，是因为产甲烷菌对pH值的要求很高，其最适pH值为6.87.5。,2009年考题,85,某城市生活垃圾产生量为480t/d，干物质占总垃圾40%，可生物降解的占干物质的70%，1kg垃圾产生0.45m3沼气，热值为18000KJ/m3，蒸汽发电机发电效率为32%，最大发电功率是多少？,五、固体废物热处理,掌握固体废物焚烧与热解处理的基本原理、影响因素及工艺设备。,以高温分解和深度氧化为主要手段，通过改变废物的化学、物理或生物特性和组成来处理固体废物的过程。,1、主要热处理技术,（1）焚烧利用加热氧化作用使有机物转换成无机废物，同时减少废物体积。作用：缩减了废物体积、灭绝有害细菌和病毒、破坏了有毒的有机化合物、提供热能。（2）热解在缺氧条件进行的热处理过程，经过热解的有机物，发生降解，产生多种次级产物形成可燃物，包括可燃气体、有机液体和固体残渣。为吸热过程。（3）湿式氧化根据有机物的氧化速率在高压下会大大增加的原理，用于处理高浓度、难降解有机废液。,2、热处理技术优缺点,1）减容效果好焚烧使生活垃圾体积减少8090%2）消毒彻底使可燃性致癌物、剧毒性有机物分解、杀灭病毒性污染物，比如采用焚烧处理医疗垃圾3）减轻或消除后续处置过程对环境的影响垃圾焚烧后填埋可大大降低渗滤液有机物浓度，释放气体量及气体中甲烷含量4）回收资源和能源焚烧可回收热能发电、供热，热解可提供可燃气体、可燃液体作为燃料,优点,1）投资和运行费用高10万美金/吨2）操作运行复杂当废物成分变化较大时，对设备和运行条件要求严格，导致运行稳定性难以控制3）二次污染和公众反应,缺点,焚烧：以高温分解和深度氧化的综合过程，是将可燃性固体废物与空气中的氧在高温下发生燃烧反应，使其氧化分解，达到减容、去除毒性并回收能源的目的。热值：单位质量的固体废物燃烧释放出来的热量。高位热值是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。低位热值与高位热值的意义相同，只是产物的状态不同，前者水是液态，后者水是气态。两者之差，就是水的汽化潜热。理论燃烧温度：当燃烧系统处于绝热状态时，反应物在经化学反应生成平衡产物的过程中所释放的热量全部用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度。,3、焚烧处理原理,（1）干燥使固体废物中的水分汽化、蒸发的过程，通过高温烟气、火焰、高温炉料的热辐射和热传导，进行加温蒸发、干燥脱水，改善固体废物的着火条件和燃烧效果。（2）热分解固体废物中的有机可燃物，在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程。温度越高，有机可燃物热分解越彻底，热分解速率越快。（3）燃烧可燃物质的快速分解和高温氧化过程。,3、焚烧处理原理,燃烧机理,根据可燃物种类和性质，燃烧机理可划分为蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧蒸发燃烧：可燃物质受热融化、形成蒸汽后进行的燃烧反应分解燃烧：可燃物质中的碳氢化合物等，受热分解、挥发为较小分子可燃气体后再进行燃烧表面燃烧：可燃物质在未发生明显的蒸发、分解反应时，与空气接触直接进行燃烧反应,固体废物的三组分水分：物料含水率太高，无法点燃，比如国内垃圾厨余含量高，不宜点燃，欧美国家垃圾含水率低，较容易点燃可燃分：含量越高，越易燃烧灰分：灰分含量高时，相应的可燃分含量低，不易燃烧固体废物低位热值3350kJ/kg时，需添加辅助燃料燃烧,4、焚烧处理特性,停留时间：与物料粒度及传热、传质、氧化反应速度有关，同时也与温度、湍流程度等因素有关。焚烧温度：取决于废物的燃烧特性（如热值、燃点、含水率）及焚烧炉结构、空气量。温度越高，燃烧所需时间越短，焚烧效率越高。温度过高，对炉体材料产生影响，发生炉排结焦。湍流程度：物料与空气及气化产物与空气之间的混合情况，湍流程度越大，混合越充分，空气的利用率越高，燃烧越有效。过剩空气：为保证氧化反应进行得完全，从化学反应角度应提供足够的空气。过剩空气的供给会导致燃烧温度的降低，在实际操作过程中，过剩空气量一般应控制在理论空气量1.72.5倍。,5、焚烧控制因素,“3TE”原则,过剩空气系数与过剩空气率过剩空气系数过剩空气系数（m）用于表示实际供应空气量与理论空气量的比值，定义为：mA/A0式中；A0为理论空气量；A为实际供应空气量。过剩空气率过剩空气率（m-1）100%根据经验，过剩空气系数一般需大于1.5，常在1.51.9之间，才能达到较完全的焚烧效果。,96,N2p=79%；O2p=6%，故=1+0.4=1.4,2007年考题,2008年考题,答案：（D）,不完全燃烧产物，如一氧化碳、炭黑、烃、有机酸等粉尘，如惰性金属盐类、金属氧化物等酸性气体，如氮氧化物、硫氧化物、卤化氢和磷酸等金属污染物，如包括重金属的元素态、氧化态和氯化态有机污染物，如二恶英等,6、焚烧过程形成的污染物,粒状污染物：废物中的不可燃物在焚烧过程中成为底灰排出，部分粒状物则随废气排出炉外成为飞灰。一氧化碳：不完全燃烧所致。酸性气体：主要包括SO2、HCl与HF等，是由废物中的S、Cl、F等元素经过焚烧反应而生成。,7、焚烧过程污染物形成机制,氮氧化物：主要源于高温下N2与O2反应形成热氮氧化物和废物中的氮组分转化成氮氧化物。重金属：废物中所含重金属物质，高温焚烧后除部分残留于灰渣中之外，部分在高温下气化挥发进入烟气。毒性有机氯化物：主要为二噁英类物质，即多氯二苯并二噁英（PCDDs）、多氯二苯并呋喃（PCDFs）的统称。,8、常用焚烧技术,1）层状燃烧技术过程稳定、技术成熟、应用广固定炉排焚烧炉、水平机械焚烧炉、倾斜机械焚烧炉等辐射、烟气对流，翻转及搅动炉型设计和配风设计2）流化燃烧技术较成熟，可处理低热值、高水分废物，但对入料要求均匀化、细小化流化床焚烧炉3）旋转燃烧技术较成熟，效率高回转窑焚烧炉，滚筒、抄板,定义：是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程。热解与焚烧的比较,（1）热解定义和特点,生物质、塑料类、橡胶类等,9、热解处理技术,习题,答案：（A）,以下有关热解和焚烧的叙述不正确的是（）。A.焚烧是吸热过程，热解是放热过程；B.焚烧是在富氧状态下反应，热解是在无氧或缺氧状态下反应；C.焚烧的产物是二氧化碳和水，D.热解的产物主要是可燃的气态有机物，焦油、溶剂油等液态物质，以及固态的焦炭或炭黑等。解析热解是将有机物在无氧或缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或固态可燃物质的化学分解过程，热解为吸热过程。焚烧是用加热氧化作用使有机物转化为无机废物的过程，焚烧是放热过程。,热解过程：包含大分子键的断裂、异构化和小分子的聚合等反应，生成较小的分子（废物组成、裂解温度、催化剂）热解反应通式：,（2）热解过程及产物,有机固体废物热量可燃性气体(H2、CH4、CO、CO2)有机液体(有机酸、芳烃、焦油)固体残渣(炭黑、灰渣)如纤维素热解：3(C6H10O5)8H2OC6H8O2CO+2CO2CH4H27C其中：C6H8O代表液态的油品,城市垃圾的热解处理技术可依据其所使用热解装置的类型分为：固定床型热解、移动床型热解、回转窑热解、流化床式热解、多段竖炉式热解、管型炉瞬间热解和高温熔融炉热解。其中，回转窑热结合管型炉瞬间热解方式是最早开发的城市垃圾热解处理技术。,（3）城市垃圾热解技术,定义：将固体废物最终置于符合环境保护规定要求的场所或设施以保证有害物质现在和将来不对人类和环境造成不可接受的危害。固体废物污染控制的末端环节，目的是解决固体废物的归宿问题，主要是指最终处置或者安全处置。,按处置场所划分：-海洋处置（远洋焚烧和远洋倾倒）-陆地处置（土地耕作、土地填埋、浅地层埋藏和深井灌注处置）,六、固体废物的最终处置,练习题,107,下列不需要再进行附加处理，完全，最终的处理方法是（）。A.热解B.焚烧C.卫生填埋D.堆肥,海洋倾倒:利用船舶、航空器、平台及其它载运工具，向海洋倾倒废物的行为。利用海洋的稀释能力，危险废物或放射性废物需固化或稳定化。远洋焚烧投弃:以高温破坏有毒有害废物为目的，而在远离人群的海洋焚烧设施上有意焚烧废物的行为。,固体废物处置方法,（1）海洋处置,土地耕作土地填埋浅地层埋藏深井灌注处置,固体废物处置方法,2、陆地处置,土地填埋处置,概念,在陆地上选择合适的天然场所或者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。土地填埋处置是从传统的堆放和土地处置发展起来的一项最终处置技术，工艺简单、成本低。,分类填埋场地形、填埋深度、填埋体氧含量和处置废物类别。,1、惰性填埋法：将已稳定的废物置于填埋场，表面覆以土壤的处理方法。处理对象是玻璃、陶瓷、建筑废物。功能是贮存废物。2、卫生填埋法：指将一般废物填埋于不透水材料或者低渗透性的土壤内，并设有渗滤液、填埋气体收集处理设施及地下水监测装置的填埋场处理方法。处理对象是生活垃圾。功能是贮存、阻断、处理和土地利用。3、安全填埋法:指将危险废物填埋于抗压及双层不透水材质所构筑并设有阻止污染物外泄及地下水监测装置的填埋场处理方法。处理对象是危险废物。功能是贮存、阻断功能和处理固体废物。,计划填埋量与填埋年限,计划填埋量：指填埋场服务年限中拟填埋的废物总量与使用的覆土量之和（填埋容量）,2009年考题,113,某城市有10万人口，人均垃圾1.0kg/d，覆盖土占垃圾的20%，堆积后压实密度为900kg/m3，高10m，设计使用时间为20年，垃圾减实率为20%，则垃圾填埋场容积和面积为多少？,垃圾卫生填埋方法,卫生土地填埋方法主要有沟槽法、地面法和混合法（即通常所说的斜坡法）三种。填埋作业的程序包括定点倾卸、摊铺、压实作业、限时覆盖和分区填埋。填埋设备包括破碎和筛分等预处理设备、推土机、压实机、挖掘机、装载机、起重机。,（a）直接降水。包括降雨和降雪，是渗滤液产生的主要来源。（b）地表径流。来自场地表面上坡方向的径流水，水量取决于填埋场地周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及排水设施的完善程度等。（c）地下水。渗滤液的数量和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。（d）废物中水分。随固体废物进入填埋场中的水分，包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附水。（e）覆盖材料中的水分。随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来源以及季节。,渗滤液来源,L=CIA/1000,式中，L渗滤液产生量；I降雨量；C渗出系数；A填埋面积,由于填埋区和封场区地表状况不同，渗出系数C值有较大差异，设填埋区面积A1，渗出系数C1，设封场区面积A2，渗出系数C2,L=L1+L2=I(C1A1+C2A2)/1000,渗滤液水量计算,渗滤液的收集与处理,渗滤液：指废物在填埋或堆放过程中因有机物分解产生的水、废物中的游离水、降水、径流及地下水入渗而淋滤废物形成的成分复杂的高浓度有机废水,渗滤液产生特征,渗滤液特征,有机污染物浓度高,氨氮含量较高,磷含量偏低,金属离子含量较高,溶解性固体含量较高,色度高，有臭味,水质历时变化大,渗滤液水质随填埋场年龄的变化,NH4+-N浓度随填埋年龄增长而提高，重金属离子浓度则有所下降。,2008年考题,答案：（B）,渗滤液收集系统,收集系统构成汇流系统（导流层、导流沟和收集管）输送系统（集水池、提升管、潜水泵、输送管、调节池）,垃圾填埋气体的收集与利用,1、填埋气体的产生过程,填埋垃圾孔隙中含大量空气，使垃圾首先进行好氧分解，时间长短取决于好氧分解速度,好氧分解阶段,厌氧分解不产甲烷阶段（产酸阶段）,厌氧分解产甲烷阶段,填埋场稳定阶段,复杂有机物在胞外酶作用下水解生成简单有机物,并由胞内酶分解为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等,并产生氢气和二氧化碳，进一步在产氢产乙酸菌作用下生成乙酸,产甲烷菌将乙酸转化为甲烷，甲烷:二氧化碳=1.21.5,多数有机物已降解，填埋气体产生速率下降,好氧至厌氧过渡阶段,硝酸盐、硫酸盐作为电子受体被还原为氮气、硫化氢,填埋场的主要气体是填埋废物中的有机组分通过生化分解所产生，其中主要含有甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢、一氧化碳、氢、氮和氧等。它的典型特征为：温度达4349，相对密度约1.021.06，为水蒸气所饱和，高位热值在1563019537kJ/m3。,填埋气体的组成特征,填埋气体对环境的影响,爆炸和火灾，甲烷爆炸极限5%15%影响水环境，二氧化碳进入地下水使pH下降影响大气环境，甲烷造成的温室效应是二氧化碳的21倍，城市垃圾产生的甲烷量占618%,1）被动集气系统,填埋气体的收集,特点：无需外加动力系统，结构简单，投资少；适于垃圾填埋量小、填埋深度浅、产气量低的小型垃圾填埋场。被动集气系统包括排气井、水平管道等设施。,2）主动集气系统,特点：需要配备抽气动力系统，结构相对复杂，投资较大；适于大、中型垃圾填埋场气体的收集。主动集气系统包括抽气井、集气输送管道、抽风机、冷凝液收集装置组成。,2008年考题,答案：（C）,（1）安全土地填埋是一种改进的卫生土地填埋，主要针对有毒有害固体废物的处置。（2）浅地层埋藏处置是指地表或地下的、具有防护覆盖层的、有工程屏障或没有工程屏障的浅埋处置，深度在地下50米以内。（3）浅地层埋藏处置适用于处置容器盛装的中、低放射性固体废物。浅地层埋藏处置的预处理包括去污、包装、切割、压缩、焚烧和固化等。,其它填埋处置技术,固化处理技术,利用物理或化学的方法将有害的固体废物与能聚结成固体的某种惰性基材混合，从而使固体废物固定或包容在惰性固体基材中，使之具有化学稳定性或密封性的一种无害化处理技术。,固化方法根据固化基材（固化剂）的不同：,水泥固化、石灰固化、热塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、玻璃固化,固化处理主要用于处理放射性废物、含重金属类的废渣、废旧电池。,衡量固化效果的指标：固化体的浸出速率、增容比与抗压强度。浸出率：固化体浸于水或其它溶液中时，其中有害物质的浸出速度。增容比：所形成的固化体体积与被固化有害废物的体积之比。抗压强度,2007年考题,130,答案：（A）,定义：是以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。原理：水泥是一种无机胶结剂，经水化反应后可形成坚硬的水泥块，能将砂、石等骨料牢固地凝结在一起。常用作固化剂的水泥：硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。适用范围：处理含重金属的污泥，原子能工业中的废料及其它有毒有害废物的处理。优缺点：水泥固化法具有工艺简单、材料来源广泛、处理费用低、固化体机械强度高等优点。缺点是水泥固化体的浸出率和增容比较高，需作涂覆处理；有的废物需进行预处理和投加添加剂；水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出等。,水泥固化技术,沥青固化处理（Pitchsolidification）,原理与应用,沥青固化,适合处理中、低放射水平的废物、毒性较高的电镀污泥、砷渣、废水化学处理产生的污泥、焚烧炉产生的灰烬等。,原理,应用,主要性能指标是它在水中的浸出率、辐射稳定性和化学稳定性。它们分别受到沥青种类、加入的废物量、废物的化学组分和残余水分等的影响。,塑料固化处理（Plasticsolidification）,塑性材料固化,概念及原理,分为热固性塑料固化（脲醛树脂、聚酯、聚丁二烯、酚醛树脂、环氧树脂）和热塑性材料固化（沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等）。优点：可以在常温下操作；为使混合物聚合凝结仅加入少量的催化剂即可；增容比和固化体的密度较小。既能处理干废渣，也能处理污泥浆。缺点是形成的固化体耐老化性能较差，固化体一旦破裂，污染物浸出会污染环境。,玻璃原料为固化剂，将其与危险废物以一定的配料比混合后，在10001500的高温下熔融，经退火后形成稳定的玻璃固化体。,磷酸盐：含盐量低、放射性极高的如普里克斯废液硼酸盐玻璃：高放废液+固化剂煅烧，升温11001150，退火。浸出速率最低、增容比最小、高温操作，烧结过程需配备尾气净化系统、成本高、稳定性和耐久性差。,玻璃固化特点,玻璃固化,玻璃固化处理（Glasssolidification）,概念,固化剂,特点,主要用于处理高放射性废物,石灰固化应用及特点,石灰固化概念,适用于稳定石油冶炼污泥、重金属污泥、氧化物、废酸等无机污染物。以废治废，简单，物料来源方便，操作不需特殊设备及技术，比水泥固化法便宜，并在适当的处置环境，可维持波索来反应的持续进行。石灰固化处理得到固化体的强度较低，所需养护时间较长，并且体积膨胀较大，增加清运和处置的困难，因而较少单独使用。,概念,应用,特点,石灰固化处理（Limesolidification）,CaSO42H2O或CaSO32H2O经煅烧成具自胶结作用的性质，遇水后迅速凝固和硬化。不需要加入大量添加剂，废物也不需要完全脱水，工艺简单；固化体化学性质稳定，具有抗渗透性高、抗微生物降解和污染物浸出速率低的特点，并且结构强度高；但只限于含有大量硫酸钙的废物，应用面较狭窄，此外还要求熟练的操作和比较复杂的设备。,自胶结固化（Self-cementationsolidification）,自胶结固化,原理应用及特点,特点,原理,应用,概念,七、固体废弃物资源化方法与途径,固体废弃物资源化的方法（1）物理法（2）化学法（3）生物法,固体废弃物资源化：广义：资源的再循环狭义：为了循环利用废物而回收资源与能源,重点掌握固体废物资源化回收的途径与方法,固体废弃物资源化的途径,（1）整体利用生产建筑材料（2）提取有用组分（3）回收能源（4）生产化工产品（5）生产农用产品,煤系固体废物的资源化,一座105kW装机容量的发电厂一年要排出105t煤灰渣!,1、煤矸石的资源化,煤矸石的产生量约占我国工业废渣年排放总量的1/4。一般每采1t原煤排矸石0.2t。据统计，煤矸石每年以0.81081.0108吨的速度增加。煤矸石的组成：有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。一般，煤矸石的热值：837418kJ/kg。烧渣属于人工火山灰类物质而有活性。,煤矸石的化学组成，%,目前我国煤矸石的主要资源化途径有：1)回收能源：作为大型沸腾炉燃料供热或发电：热值8360kJ/kg。1975年在四川永荣矿务局建立了中国第一座流化床煤矸石电厂。2)生产或用作建筑材料：煤矸石的成分中主要为粘土矿物。水泥、烧结砖瓦、免烧砖瓦、空心砌块、建筑陶瓷、轻骨料（陶粒）、岩棉等；3)烧结砖：代替部分或全部黏土，采用适当工艺烧结砖。,2、粉煤灰的资源化,粉煤灰的化学成分(),未燃烬碳。含碳一般为57%，其中含碳大于10%的电厂占30%,高钙灰：CaO%20%低钙灰：CaO%低钙灰,作为建材使用时：SiO2、Al2O3、Fe2O3含量高为好。对于低钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O370%对于高钙灰：SiO2+Al2O3+Fe2O350%MgO、SO3越低越好,以二氧化硅和三氧化二铝为主，其它成分为三氧化二铁、氧化钙和氧化镁,粉煤灰的矿物组成,粉煤灰的矿物组成对其性质和应用具有很大的影响。,矿物组成对粉煤灰活性的影响：玻璃体含量，化学内能，粉煤灰活性游离石灰含量，水化反应能力，粉煤灰活性所以：高钙灰的活性来源于两个方面：玻璃体和CaO而低钙灰则主要取决于玻璃体含量的多少。高钙灰的活性低钙灰的活性,粉煤灰活性：指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。凝结硬化性能，粉煤灰活性,综合利用：主要用于生产建筑材料和农业利用,（a)粉煤灰水泥：,不加硅酸盐水泥熟料时，称无熟料水泥,掺入不同比例的熟料，得到不同规格的水泥,粉煤灰加气混凝土生产工艺流程,生产密度为500kg/m3的高压养护粉煤灰加气混凝土，其配合比为：水泥（525号硅酸盐水泥）10%、生石灰（有效氧化钙以14.5%计）20%、二水石膏（占水泥和石灰用量）10%、粉煤灰约70%、铝粉6%、气泡稳定剂少量、水料比0.60.7。,(b)粉煤灰混凝土：,(c)农业利用：改良土壤和制备化肥,粉煤灰生产多元素复合肥生产工艺流程,1、高炉渣,冶炼生铁时从高炉中排出的废物，由矿石中的脉石、燃料中的灰分和助熔剂等炉料中的非挥发分形成。采用贫铁矿炼铁时，每吨生铁产出1.01.2t高炉矿渣；用富铁矿炼铁时，每吨生铁只产出0.25t高炉矿渣。,冶金与化工典型固体废物的资源化,高炉矿渣的化学组成高炉渣含有15种以上化学成分，但主要是CaO、MgO、Al2O3、SiO2四种，它们约占高炉渣总重量的95%。CaO和MgO主要来自助熔剂，SiO2和Al2O3主要来自铁精矿中的脉石和焦炭中的灰分。由于铁精矿品位及冶炼生铁的种类不同，高炉渣的化学成分波动较大。一般，生产过程主要控制分析SiO2、Al2O3、CaO、MgO、FeO、MnO、S七项指标，对一些特殊的高炉渣还需分析TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3、Ni2O3等。高炉渣属于硅酸盐材料，它的组成与天然岩石和硅酸盐水泥相似,高炉渣的性能及应用,（1）水淬渣急冷过程中，熔渣的绝大部分化合物来不及形成稳定化合物，而以玻璃体状态将热能转化成化学能