沈阳农业大学土地与环境学院环境工程概论固体废物的处理和利用PPT课件

1、固体废弃物处理与处置第一章 概述第二章 固体废物的性质第三章 固体废物的产量与减少途径第四章 固体废物收集、运输第五章 固体废物处理技术第六章 固体废物固化第七章 固体废物资源化第八章 固体废物最终处置第1页/共112页第一章第一章 概述概述1.固体废弃物定义及特性2.固体废物分类3.固体废弃物对环境的危害第2页/共112页一、固体废物一、固体废物( (Solid Waste)Solid Waste) 定义 凡人类一切活动过程中产生的, 对所有者已不再具有使用价值被废弃的固态或半固物质固态或半固物质，通称为固体废物。固态物质：固相废物含量大于15% 半固态物质：固相废物含量在515%之间 第3

2、页/共112页1.1 固体废物的相对性0+-ABCDE市场价值商品价值观废物废物第4页/共112页二、我国固体废物的分类二、我国固体废物的分类 第5页/共112页三三、固体废物对人类环境的危害、固体废物对人类环境的危害1.侵占土地 2.污染土壤 3.污染水体 4.污染大气5.影响环境卫生第6页/共112页*有关制度J污染者负担原则(PPP: Polluter Pays Principles)p扩大生产者责任制(EPR: Extended Producer Responsibility) =SPR: Sharer Product Responsibilityp消费者负担制(UPP: User P

3、ay Principles) = VBCS(Volume Base Charge System)p押金制度(deposit system)v效果： 控制废物产生的源头 改善环境条件 减少原生资源的使用量，节约能源 促进转换清洁生产系统 减少废物的处理费用第7页/共112页第二章 固体废物的性质(一) 城市垃圾物理成分分析法(二) 城市垃圾的物理性质(三) 城市垃圾的化学性质(四) 有毒有害固体废物的鉴别第8页/共112页（一）城市垃圾物理成分分析法1.手工采集分选(质量-体积测量)法 (manual classification)2.摄影分析法(photogrammetric techniqu

4、e) 第9页/共112页1. 手工采样分选特点：简单、快速、直观性好、相对准确，但测量者直接接触废物第10页/共112页2. 摄影分析法缺点：花费时间较长，精度低于手工法优点：工作人员无需直接接触废物第11页/共112页(二) 城市垃圾的物理性质1.容重：指在收集站堆放条件下单位体积固体废物的质量单位(kg/m3)。容重(kg/m3) =固体废物样品的重量(kg)容器的体积(m3)第12页/共112页二、城市垃圾的物理性质2.含水率（%）：由废物的干燥前后的重量差 计算. 城市垃圾含水率(1540%)含水率(%)= (样品初始湿重(kg)湿重-干重(kg) 100%第13页/共112页（二）城

5、市垃圾的物理性质3.废物颗粒表观尺寸分布 城市垃圾尺寸分布是以颗粒最大尺寸与通过筛子的比率来表示。1060ppddU 第14页/共112页中位径(dp50= d50): 粒径分布的累计值D=R=50%的粒径。有效粒径(dp10): 粒径分布的累计值D=10%的粒径。均等系数(U): D=60% 粒径(dp10)均等系数越大约不均匀，越接近1 越均等。1060ppddU 第15页/共112页（三）城市垃圾的化学性质1.化学成分分析近似分析I.含水率和固相物含量II.挥发性固体含量与灰分l基础成分分析vC, H, O, N, S, 无机物含量2.城市垃圾热值及其估算方法第16页/共112页2）热值

6、的估算方法1.1. 氧弹量热计氧弹量热计(Bomb Calorimeter)(Bomb Calorimeter)：测粗热值：测粗热值2.2. 统计方法统计方法3.3. 应用修正的杜郎应用修正的杜郎(Dulong)(Dulong)公式公式 （10-210-2） HW=337C+1428(H-O/8)+95SHW: 湿基(粗)热值(kJ/kg)， C : 垃圾样品含碳百分率H : 垃圾样品含氢百分率， O : 垃圾样品含氧百分率S : 垃圾样品含硫百分率第17页/共112页有毒有害固体废物的鉴别 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。 性质 易燃性，腐蚀性，化

7、学反应性，浸出毒性，放射性与其他毒性和变异特性。 对此类废物的产生、运输、管理与处置都有严格的要求，许多国家均制定统一管理法规。但没有国际统一标准。第18页/共112页第三章第三章 固体废固体废物的产量与减少物的产量与减少途径途径 一 、 固 体 废 物 产 生 量 的 预 测 方 法二 、 固 体 废 物 产 量 ， 产 率 的 计 算 方 法三 、 减 少 固 体 废 物 产 量 的 途 径第19页/共112页一、固体废物产生量的预测方法1. 倾向预测(Trend Method)方法2. 多重回归(Multiple Regression)方法3. 动态模型(Dynamic Simulati

8、on)方法第20页/共112页二、固体废物产量，产率的计算方法Qm: 某城市垃圾总产量(kg/d)Rm: 该城市垃圾产率(kg/人d)Pm: 该城市总人口数(人)Hm: 居民户数Pn : 每户平均人口数Qm=RmPmQm=RmHmPn第21页/共112页固体废物产率1.城市垃圾产率：每日人均垃圾产量(kg/人日)2.对于工矿企业，产率(Ri)则是在确定的时间周期内实测的固体废物产量(Qi)与该周期内企业产品的产量(Pi)或产值(Pv)之比： 吨/吨(产品)、吨/万元(产值)第22页/共112页Qi : 某工矿企业废物总产量(kg/d，t/a)Ri : 某工矿企业废物产率(t/t 或 t/万元)

9、Pi : 某工矿企业年(日)总产量，或总产值Qi=RiPi第23页/共112页计算： 某一居住区内平均一人一日垃圾排量为1.2kg。 一户平均人口为3人，总户数为3000户。 求5日内产生的垃圾总产量。 解：1.2kg/md3000h3m/h5d = 54000kg第24页/共112页1.调查垃圾车辆法(Loadcount analysis)2.直接实测重量法(direct weighing method or output analysis)3.物料衡算分析法(material balance method)4.利用原材料使用量估算法(input analysis)5.利用居民收入或销售总额

10、来间接预测6.抽样分析法二、固体废物产量，产率的计算方法第25页/共112页1、调查垃圾车辆法(Loadcount analysis)Rmi=Qm(车辆容积 固体废物容重收集车辆数)地区人口数 (Pm)调查日数(D)(Kg/人日)第26页/共112页2、直接实测统计分析法(direct weighing method or output analysis)Rmi=Qm(装满垃圾车辆重量 空车重量)总车辆数地区人口数 (Pm)调查日数(D)(Kg/人日)第27页/共112页3、物料衡算分析法(material balance method)v要点是以质量守恒规律为依据。v主要用于工矿业废物产生量

11、的推算。第28页/共112页4、利用原材料使用量估算法(input analysis)1.利用对象区域内原材料的需要量为基础资料， 推测固体废物的产量的方法。2.一般预测大范围固体废物的产生量。第29页/共112页三、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.由废物中回收有用原料3.提高物品重复利用次数第30页/共112页第四章第四章 固体废物收集、运输固体废物收集、运输一概述二城市垃圾的贮存管理三城市垃圾的收集四收集路线的设计规划第31页/共112页一. 城市垃圾的收集、运输 城市垃圾管理系统的总费用中（收集、转运、最终处置）收集过程的费用占6080%。一、概述第3

12、2页/共112页3. 贮存站选址原则有利于居民排放垃圾有利于收集车辆的装运考虑环境卫生以避静的街区或胡同为宜垃圾就地捡选与加工：减少运输体积，回收第33页/共112页2 2、收集效率、收集效率: MHT(ManHour/Ton) : MHT(ManHour/Ton) 一位清洁工人收集一位清洁工人收集1 1吨垃圾所需要的时间，吨垃圾所需要的时间， MHTMHT值越小收集效率越高。值越小收集效率越高。)()()/()(tonWdaytdayhtManMHTh人总收集量总劳动时间第34页/共112页3. 收集系统类型托运容器系统(hauled container system) 简便模式， 交换模式

13、定点容器系统(stationary container system)第35页/共112页 托运容器收集系统a)该系统将贮存站已装满垃圾的容器运输车直接托运处理中心或转运站，卸空后的容器返运会原站或其他站。b)适用于垃圾产率较高的区域。c)优点 ：减少人工装、卸车时间，可以采取不同尺寸的容器以适应不同类型垃圾装运。d)缺点：容易导致容积效率低，需要建造站台与装卸坡道， 以便压实。第36页/共112页托运容器收集系统两种模式 传统模式转运 or 填埋场(焚烧场）转运 or 填埋场(焚烧场） 第37页/共112页 定点容器收集系统 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，

14、可采用人工或机械将容器中垃圾倾入车斗内。收集车装满后，运送至处理中心或转运站。 灵活、方便、车辆可大可小，但装卸工作条件差。第38页/共112页定点容器收集系统定点容器收集系统转运 or 填埋场(焚烧场）第39页/共112页四、收集路线的设计规划a) 画出地区平面图标出垃圾桶放置点, 数量, 垃圾产生量, 收集频率等b) 每周收集相同频率的收集点的数目和每天需要出空的垃圾桶数目列出表c)从调度站或垃圾车停车场开始设计每天的收集线路(重要)d) 对垃圾桶之间的平均距离进行计算.第40页/共112页设计每天的收集线路起点应尽量靠近收集车始发点与车库, 终点应尽量靠近运送的处理中心或转运站交通量大的

15、路段尽量避开交通高峰时间收集在山地与坡道上收集时, 应安排在下坡时收集环绕街道运行应尽量采用顺时间方向行使行驶路线中尽量不重叠, 紧凑而不分散第41页/共112页小规模地区典型收集路线(a)出发点终点第42页/共112页小规模地区典型收集路线(b)出发点终点第43页/共112页五、转运站(transfer Station)的设计1. 设置转运站的必要性缓解交通堵塞提高运输效率节约收集费用第44页/共112页3.转运站(transfer Station)类型1.直接排料型：小型车大型车2.贮存码头型：深坑贮存分选压缩运输3.直接贮存结合型：提高回收率第45页/共112页4、转运站地点的优选距收集

16、路线最终点最近交通状况 易于主干公路相通考虑环境景观因素，使转运站的公众与环境目标最小建设与运输费用最小其他（电、水、地质条件等）第46页/共112页第第五五章章 固体废物处理技术固体废物处理技术一、固体废物的压实技术二、固体废物的破碎技术三、固体废物的分选技术四、脱水与干燥第47页/共112页一、固体废物的压实技术1.压实(Compression)的含义与性质利用机械的方法增加固体废物的聚集程度，增大容重和减少体积，便于装卸、运输、贮存和填埋。压实的原理：主要是减少空隙，将空气压掉。适应性废物：压缩性能大、复原性小的物质。水分含量高，含有tar的废物不宜压缩处理。第48页/共112页压缩比(

17、CR：Compaction Ratio) : 体积减少的程度。 公式：CR=V1/V2, V1: 压缩前体积(m3) V2: 压缩后体积(m3) 压缩比一般是(3 5), 结合破碎时 (5 10)。第49页/共112页体积减少率(VR: Volume Reduction) : VR=(V1V2)/V1100%, 一般VR为 ：60 70%VR与CR的关系式： VR=(1-1/CR)100第50页/共112页例： 某垃圾压缩之后某垃圾压缩之后 VRVR为为80%80%， 求压缩比求压缩比CRCR。 解：解： VR=(1-1/CR)VR=(1-1/CR)100100 0.8 = 1- 1/CR0.

18、8 = 1- 1/CR 1/CR=0.21/CR=0.2 CR=5CR=5第51页/共112页2 2、固体废物压实机械、固体废物压实机械(Compactor)(Compactor)1.水平压实器水平压实器2.垂直压实器垂直压实器3.回转式压实器回转式压实器第52页/共112页b)破碎效果：J增加容重2560%，J提高分选效果J增加表面积、提高燃烧性能J提高填埋场地利用率和压实效果其他：减少臭味，防止鼠类繁殖，破坏蚊、蝇滋生条件等。F纸类破碎后反而增加体积，不便运输第53页/共112页2、固体废物破碎机械(Crusher) 破碎方法 干式常温破碎 湿式破碎 低温破碎 其他组合破碎 破碎机理 压缩

19、作用 剪切作用 冲击作用第54页/共112页低温破碎 特点： 制备液氮消耗大量能源，因此仅限于常温条件下难破碎的废物（塑料、橡胶等） 动力消耗少， 减轻噪声、振动 对象废物：汽车轮胎，电线等第55页/共112页破碎比 在破碎过程中，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小的倍数，即表征废物破碎的程度。 平均破碎比在 3 30之间， 第56页/共112页II.固体废物分选效果的评价 分选效果分析： 用回收率、纯净度 两个参数来评价。第57页/共112页分选（2元分离）12进口料出口料Xo+YoX1 + Y1X2 + Y2X: 需要回收物质， y: 其他废物,

20、o: 投入量， 1：回收物料量， 2：去除物料量第58页/共112页回收率 R=(x1/x0)100%R : x物料的回收率(%)X1 : 回收的x 物料量或产率(kg or kg/h)X0 : 进口物料组分中x 物料量或负荷率(kg or kg/h)第59页/共112页纯净度P=x1/(x1+y1)100%P: 回收物x 的纯净度（%）X1:回收的x 物料量或产率(kg or kg/h)Y1: 回收物料中的杂质量或产率(kg or kg/h)第60页/共112页瓦雷(Worrell)分选效率公式： E=(x1/x0)(y2/y0)100%E : 综合分选效率（%）(x1/x0) : 指定物料

21、的回收率(y2/y0) : 杂质的去除率第61页/共112页雷特曼(Rictman)分选效率公式： E=(x1/x0) - (y1/y0)100%E : 综合分选效率（%）(x1/x0) : 指定物料的回收率(y1/y0) : 杂质回收率第62页/共112页* *筛选效率筛选效率 筛选效率是指实际得到的筛下产品重量与入筛废物中所含小于筛孔尺寸的细粒物料重量之比。%100)100(4E E : 筛选效率（%） : 入筛固体废物中小于筛孔的细粒含量（%） : 筛上产品中含有小于筛孔尺寸的细粒重量百分数（%） : 筛下产品中大于筛孔的产品含量（%）%100)()(E第63页/共112页影响筛选效率的

22、因素 固体废物性质 ：易筛粒、难筛粒，形状，水分 筛选设备性能 ：种类，运动强度，长度，宽度，倾斜度 筛选操作条件 ：给料方法第64页/共112页3、重力分选I.按介质不同，固体废物的重选可分a.重介质分选b.跳汰分选c.风力分选d.摇床分选第65页/共112页a a、重介质分选、重介质分选原理：a)通常将密度大于水的介质称为重介质。b)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。c)重介质选择：重介质的密度介于固体废物中轻物料密度和重物料密度之间。即颗粒密度大于重介质密度的重物料都下沉，颗粒密度小于重介质密度的轻物料都上浮。wcL第66页/共112页对重介质性能的要求a.

23、重介质是由高密度的固体微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。b. 常用加重物有：硅铁、磁铁矿等。c.重介质应具有： 密度高、粘度低， 化学稳定性好，无毒、无腐蚀性，易回收再生等特性。第67页/共112页重选工艺条件a.固体废物中颗粒间必须存在密度差异b.分选过程都是在运动介质中进行c.重力、介质动力及机械力的作用下，颗粒分层d.分层的物料在运动介质流的推动下迁移。第68页/共112页浮选1.浮选是固体废物与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收，不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理

24、后废弃。2.浮选药剂：浮选过程中的作用不同可分捕收剂、起泡剂、调整剂 第69页/共112页浮选的应用浮选的应用： 粉煤灰中回收炭 煤矸石中回收硫铁矿 从焚烧炉灰渣中回收金属等。浮选法的主要缺点： 浮选前需要破碎和磨碎到一定的细度 需要一定数量的浮选药剂 需要辅助工序: 浓缩、过滤、脱水、干燥等第70页/共112页四、固体废物的脱水与干燥 含水率90%以上的固体废物，必须先脱水减容，以便于包装与运输。 脱水方法 机械脱水、固定床自然干化脱水 机械脱水 机械过滤、离心脱水第71页/共112页第六章 固体废物固化一概述二水泥固化三沥青固化四塑料固化五玻璃固化六其他固化方法第72页/共112页一概 述

25、 废物固化废物固化(Solidification)(Solidification)： 是用物理化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性材中，使其稳定化的一种过程。 固化机理：固化机理： 有害废物通过化学转换或引入稳定的晶格中的过程; 有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程， 有的兼有上述两种过程。第73页/共112页废物固化意义 固化目的是为最终处置和资源化，降低对环境的危害，并安全运输、处置废物为目的。 固化处理(Solidification) 是采用固化基材将废物(主要是有害废物、放射性废物)固定或包覆起来改变废物的物理性质(张力,透水性,压缩性)的一系列工程。第74页/共112页固化处

26、理的目的及效果效果效果第75页/共112页固化处理的基本要求 最好能作为资源来利用。(如：建筑基础，路基材料：具有抗渗透性，抗浸出性，抗干湿性，抗冻融性，足够的机械强度等)。 固化过程中材料和能量消耗要低，增容比增容比要低。 固化工艺过程简单，便于操作。 固化剂来源丰富，价廉易得。 处理费用低。第76页/共112页评定废物固化效果 衡量固化处理效果的两项主要指标是： 浸出率和增容比。 浸出率:(预测固化体在贮存地点可能发生的情况） 是指固化体浸于水中时，其中有害物质浸出速度。Rin=a r/Ao(F/M) tRin : 标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率(g/dcm2)a : 浸出时间

27、内浸出的有害物质的量(mg),Ao : 样品中含有的有害物质的量(mg),F : 样品暴露的表面积，(cm2)M : 样品的质量(g),t : 浸出时间(d).第77页/共112页增容比 增容比增容比: 是评价固化处理方法和衡量最终成本的重要指标 所形成的固化体体积(V2)与被固化有害废物的体积(V1)的比值。Ci =V2V1第78页/共112页二水泥固化 原理原理: : 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，石等添加料牢固地凝结在一起。 水泥固化对象: 各种含有重金属的污泥、放射性废物。 特点: 在碱性条件下，生成难溶于水的氢氧化物和碳酸盐等。 有效地防止重金属的浸出

28、。第79页/共112页阻碍水泥固化的因素 有机溶剂及油类 卤化物 无机酸性废物和硫酸盐第80页/共112页影响水泥固化的因素C/W(Cement/Waste)Wa/C(water/Cement)A/V(Area/Volume)pH养护时间第81页/共112页水泥固化特点 优点是:1. 对电镀污泥处理十分有效。2. 设备和工艺过程简单，设备投资，动力消耗和运行费用都比较低。3. 水泥和添加剂价廉易得，4. 对含水率较高的废物可以直接固化。5. 可以在常温下进行操作。6. 对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动化控制。第82页/共112页水泥固化特点 缺点是:1.水泥固化体的浸出率较高。（10-

29、410-5)(g/cm2 d)2.水泥固化体的增容比较高。（1.52.0）3.有的废物需要预处理和投加添加剂，使处理费用增高。4.水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出。5.处理化学泥渣时，由于生成胶状物，使混合器的排料较困难，需要加入适当的锯末予以克服。第83页/共112页第七章 固体废物资源化一好氧堆肥化技术二厌氧发酵技术三热解与焚烧第84页/共112页 制堆肥原理：制堆肥原理： 是利用微生物微生物的氧化,分解有机固体的能力,处理可降解的有机废物,达到无害化和资源化的目的。无害化和资源化的目的。 实质：生物化学生物化学过程。 堆肥化堆肥化( (composting)composting)： 是

30、在一定的人工控制条件下，使来源于生物的有机废物，发生生物稳定作用的过程。第85页/共112页堆肥化处理的优缺点：1）优点（1）利用有机废物制堆肥，可以减少废物量。（2）制得的堆肥可以用来土壤改良剂。（3）操作时耗费能量少。（4）最初设施投资费用较低，焚烧费用的1/2就可以。（5）与其他废物处理技术相比，不需要太高的技术要求。第86页/共112页堆肥化处理的优缺点：2）缺点（1）堆肥肥料价值较低（N，P，K的各含量为1%左右。）（2）利用的材料性质差异大，因而很难确定制得产品的质量标准。（3）所需要的堆肥场地较大，比卫生填埋费用高24倍，选择堆肥场地较难。（4）堆肥完成后的减容率为50%以下，比

31、其他处理方式低。（5）堆肥中有时含有塑料等杂质或重金属。（6）解决堆肥场地中产生的异味也是问题。第87页/共112页q 嗜温菌与嗜热菌活动的温度范围()第88页/共112页微生物活性示意图微生物活性示意图第89页/共112页好氧堆肥的影响因素好氧堆肥的影响因素1.有机物的含量2.含水率3.通风和耗氧速率4.碳氮比5.温度6.pH第90页/共112页堆肥中不同有机含量的好氧速率堆肥中不同有机含量的好氧速率第91页/共112页堆肥化工艺堆肥化工艺1.野外人工堆肥工艺（windrow process）2.空气输入式堆肥工艺3.高速堆肥化(high rate composting)第92页/共112页

32、堆肥的腐熟度堆肥的腐熟度1.腐熟度的概念堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。在工程上，它是衡量堆肥反映完成的信号，在农业上，它是堆肥质量的指标。第93页/共112页腐熟度的评定方法腐熟度的评定方法1.直观经验法v看色泽：成品显棕色或暗灰色v气味：具有霉臭味的土壤气味2.淀粉测试法v成品堆肥中淀粉全部分解消失3.好氧速率法：v单位时间内的变化值来评定4.温度变化v温度逐渐下降至4050，没有变化。第94页/共112页1有机物的厌氧发酵过程1.液化、2.产酸、3.产甲烷 三个阶段。第95页/共112页影响厌氧发酵的因素 有机物 C/N比与（C/P）比 : 温度 有毒物质 pH 第96页/共112页

33、I.焚烧 焚烧效应 减少体积 80 95%、重量减少显著: 80% 最终产物的稳定性，无害化程度高 可以回收热资源第97页/共112页热解与焚烧1.化学反应过程不同 : 吸热反应、放热反应2.产物不同 ：可燃的低分子化合物、水和二氧化碳3.应用价值不同：输送、贮存型燃料， 发电、烧水、供暖第98页/共112页第八章 固体废物最终处置一 处 置 方 法 的 分 类二 填 埋 处 置 场 地 的 选 择三 填 埋 方 法第99页/共112页处置废物的要求:u尽量减少最终处置的废物量: 通过粉碎、压实可减少30%，堆肥化处理减少50%，焚烧处理可减少8085%的废物体积。u最终废物本身应该无较大的危害性:通过固化，焚烧，堆肥化，热处理，降毒处理。u处置的场地要适宜，设施结构要合理。u封场后，要定期对场地进行维护及检测。第100页/共112页一. 处置方法的分类u陆地处置，海洋处置陆地处置土地耕作处置，深井处置，废矿坑处置，陆地填埋处置海洋处置海洋倾倒,远洋焚烧第101页/共112页d.土地耕作处置缺点有可能污染土壤环境(病菌)土壤内可能聚集重金属。栽培作物小麦,大豆，玉米等不宜栽培蔬菜类。污水处理场的污泥可能引起异味，臭气。第102页/共112页b.海洋处置的主要废物种类大部分的建筑垃圾，污泥，废酸和各种有