固體廢物控制工程

1、第九章 固體廢物與城市垃圾管理系統(tǒng)第一節(jié) 概述第二節(jié) 固體廢物的性質(zhì)第三節(jié) 固體廢物的產(chǎn)量與減少產(chǎn)量的途徑第四節(jié) 固體廢物與城市垃圾的管理第一節(jié) 概述n一、固體廢物的概念一、固體廢物的概念n固體廢物：指人類一切活動過程產(chǎn)生的，對所有者不再具有使用價值而被廢棄的固態(tài)或半固態(tài)的物質(zhì)。n廢渣：生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的固體廢物n垃圾：生活活動中產(chǎn)生的固體廢物n固體廢物的概念隨時、空的變遷而具有相對性第一節(jié) 概述n二、固體廢物產(chǎn)生的途徑與分類二、固體廢物產(chǎn)生的途徑與分類n1.固體廢物產(chǎn)生的途徑：人類的活動n減少廢棄物的產(chǎn)生是治理固體廢物垃圾的根本途徑n2.固體廢物的分類：n（1）工業(yè)固體廢物n（2）城市垃圾工業(yè)

2、固體廢物來 源主要固體廢物礦 業(yè)廢石、尾礦、煤礦石、廢舊設(shè)備、廢木材等機械工業(yè)金屬碎屑、鑄造廢料、廢舊設(shè)備與機械、污水處理泥渣等電力工業(yè)煤灰渣、粉煤灰、廢設(shè)備等輕紡食品工業(yè)廢橡膠、廢塑料、纖維與碎布、染料廢渣、金屬屑、碎玻璃、廢罐頭瓶、爐渣、水處理污泥核工業(yè)放射性玷污設(shè)備、管道、零件、玻璃等建材工業(yè)水泥窯渣、石灰窯渣、破碎泥瓦、粉塵等第一節(jié) 概述n三、固體廢物對人類環(huán)境的危害三、固體廢物對人類環(huán)境的危害n1.占據(jù)大片土地n2.污染土壤與水體，危害人類健康n3.污染大氣，影響環(huán)境衛(wèi)生第一節(jié) 概述n四、固體廢物與城市垃圾管理系統(tǒng)簡介四、固體廢物與城市垃圾管理系統(tǒng)簡介n1.固體廢物產(chǎn)源地管理：減少固

3、體廢物的產(chǎn)生，并對產(chǎn)生的物質(zhì)進行分類n2.分散堆存n3.收集系統(tǒng)n4.轉(zhuǎn)移與運輸n5.處理與材料回收n6.最終處置第二節(jié) 固體廢物的性質(zhì)n一、工業(yè)廢物與城市垃圾的不同一、工業(yè)廢物與城市垃圾的不同：n工業(yè)固體廢物有明顯的行業(yè)生產(chǎn)特征，有些行業(yè)產(chǎn)生有毒、有害或危險固體廢物，需要進行特殊處理n工業(yè)固體廢物大部分含有可利用的資源，需要回收有用資源n城市垃圾一般集中管理與處置n二、城市垃圾物理成分與分析方法二、城市垃圾物理成分與分析方法n1.城市垃圾的物理成分n美國將城市垃圾分為食品垃圾、紙類、塑料橡膠與皮革類、紡織品類、庭院廢物、廢木料、金屬品類、玻璃與陶瓷類、渣土類等九個組分n我國將城市垃圾分為有機

4、類、無機類與廢品三個組分二、城市垃圾物理成分與分析方法二、城市垃圾物理成分與分析方法n2.城市垃圾物理成分分析法n（1）手工采樣分選法：n在收集點選取一卡車有代表性的廢物，以四分法逐級分離至每份100200kg，取其中的一份按物理組分的類別用手工分選，將分選好的每分裝入已知皮重與容積的容器中，并壓實到與原貯存器內(nèi)廢物相似的密實狀態(tài)，測量其體積與質(zhì)量，計算各組分的百分率。n（2）攝影分析法三、城市垃圾的物理性質(zhì)n1.含水率含水率：n將測重后的標(biāo)準(zhǔn)樣品置于77oC恒溫干燥24小時后再測重n M（%）=（W-d/W）*100n2.城市垃圾顆粒表觀尺寸分布城市垃圾顆粒表觀尺寸分布：n以顆粒的最大尺寸與

5、通過篩子的比率表示n3.容重容重：指在收集站堆放條件下單位體積固體廢物的質(zhì)量四、城市垃圾的化學(xué)性質(zhì)n1.化學(xué)組分n（1）近似分析：包括含水率、揮發(fā)性物質(zhì)重量百分率（950oC灼燒損失重量百分率）、殘余碳與不燃燒物和灰分量n（2）基礎(chǔ)成分分析：包括固體廢物中C、H、O、N、S、水分及不可燃燒物的百分率n2.熱值n杜朗公式：HW=337C+14428（H-O/8）+95S五、有毒有害固體廢物的鑒別n1.定義定義：凡能引起或?qū)е氯祟惻c動物死亡或嚴重疾病的固體廢物稱為有毒有害固體廢物。n2.性質(zhì)的鑒別與標(biāo)準(zhǔn)n（1）易燃性n（2）腐蝕性n（3）化學(xué)反應(yīng)性n（4）浸出毒性n（5）急性毒性n（6）放射性n（

6、7）變異性第三節(jié) 固體廢物的產(chǎn)量與減少產(chǎn)量的途徑n一、固體廢物的產(chǎn)量與計算方法一、固體廢物的產(chǎn)量與計算方法n1.城市垃圾：Qm=RmPmn2.工業(yè)：Qi=RiPin二、固體廢物的產(chǎn)率統(tǒng)計方法二、固體廢物的產(chǎn)率統(tǒng)計方法n1.重量負荷實測統(tǒng)計分析法n2.重量-體積實測統(tǒng)計分析法n3.物料衡算分析法：僅適用于產(chǎn)生固體廢物的小單元，以質(zhì)量守恒定律為依據(jù)，即物料的總投入量等于物料的總產(chǎn)出量Q投入投入=Q輸出輸出=Q產(chǎn)品產(chǎn)品+Q副產(chǎn)品副產(chǎn)品+Q流失流失+Q廢物廢物第三節(jié) 固體廢物的產(chǎn)量與減少產(chǎn)量的途徑n三、減少固體廢物產(chǎn)量的途徑三、減少固體廢物產(chǎn)量的途徑n1.降低單位產(chǎn)品原料用量、延長產(chǎn)品使用壽命n2.由

7、廢物中回收有用物料n3.提高物品重復(fù)利用次數(shù)第四節(jié) 固體廢物與城市垃圾的管理n一、城市垃圾的堆貯及管理一、城市垃圾的堆貯及管理n1.城市垃圾就地管理體制n2.城市垃圾臨時貯存站n（1）貯存容器帶有封蓋為宜n（2）設(shè)置適宜地點為貯存站n（3）垃圾就地檢選與加工二、城市垃圾的收集n（一）城市垃圾的收集方式n1.居民區(qū)生活垃圾的收集：n（1）路邊收集：最為方便，費用較低n（2）小巷收集n（3）院落收集n2.商業(yè)與公共建筑垃圾的收集：n（1）路邊或小巷收集n（2）大容積或固定型容器收集二、城市垃圾的收集n（二）收集系統(tǒng)類型n1.拖運容器系統(tǒng)：將貯存站已裝滿垃圾的容器用運輸車直接拖運到處理中心或轉(zhuǎn)運站，

8、卸空后的容器返運回原站或其他站。n適用于垃圾產(chǎn)率較高的區(qū)域n2.定點容器系統(tǒng)：在貯存站設(shè)置固定的小型容器若干個，收集卡車沿一定路線逐站收集垃圾。二、城市垃圾的收集n（三）收集系統(tǒng)分析n1.收集系統(tǒng)操作運行模式n（1）拖運容器系統(tǒng)n傳統(tǒng)模式和交換容器模式兩種n（2）定點容器系統(tǒng)二、城市垃圾的收集n2.術(shù)語定義：n（1）貯存站裝卸車操作（P）（相對恒定）n拖運容器系統(tǒng) PhCSn定點容器系統(tǒng) PSCSn（2）往返路途運行（h）（決定因素）n拖運容器系統(tǒng) hhCSn定點容器系統(tǒng) hSCSn（3）卸料站卸料操作（S）（相對恒定）n（4）無效操作因數(shù)（W）nW=上下班交接時間W1+由始發(fā)站至收集站與收班

9、回始發(fā)站的時間W2+車輛維修時間W3+交通阻塞時間W4+規(guī)定休息時間W5等，取經(jīng)驗值為0.10.25二、城市垃圾的收集n3.拖運容器收集系統(tǒng)操作運行數(shù)學(xué)模型n車輛往返一次需要的時間（h）：nThCS=（PhCS+hhCS+S）/（1-W）n當(dāng)PhCS和S相對恒定時，h取決于速度(v)與距離(x)n通過統(tǒng)計分析得：v=x/a+bxn即 x/v=a+bxn而 x/v=hhCS 則 hhCS=a+bxn則則 ThCS=（PhCS+a+bx+S）/（1-W）n每日往返次數(shù)每日往返次數(shù)Nd=（1-W）H / （PhCS+a+bx+S）a、b為經(jīng)驗運程常數(shù)二、城市垃圾的收集n4.定點容器收集系統(tǒng)操作運行數(shù)

10、學(xué)模型n（1）機械裝車操作運行模式n車輛往返一次需要的時間（h）：nTSCS=（PSCS+S+a+bx）/（1-W）n每日往返次數(shù) Nd=Vd/rVn其中Vd為垃圾日產(chǎn)速率，r為壓實比，廢物原體積與壓實后的體積比，V為收集車容積n（2）人工裝車操作運行模式三、城市垃圾的轉(zhuǎn)運n1.拖運容器系統(tǒng)和定點容器系統(tǒng)的評價方案n（1）運輸費用n（2）行車時間n（3）操作運行時間n2.城市垃圾轉(zhuǎn)運站的設(shè)計基礎(chǔ)n（1）轉(zhuǎn)運站的選擇：直接排料型、貯存碼頭型、直接排料與貯存結(jié)合型n（2）運轉(zhuǎn)站操作容量：小型站（日裝運量小于100噸）、中型站（日裝運量100500噸）、大型站（日裝運量大于500噸）n（3）轉(zhuǎn)運站的

11、設(shè)備與建筑物選擇n（4）轉(zhuǎn)運站的地點選擇n（5）運輸方式第十章 固體廢物處理技術(shù)第一節(jié) 固體廢物的壓實技術(shù)第二節(jié) 固體廢物的破碎技術(shù) 第三節(jié) 固體廢物分選技術(shù)第四節(jié) 固體廢物的脫水與干燥第五節(jié) 有毒有害廢物的化學(xué)處理與固化第一節(jié) 固體廢物的壓實技術(shù)n1.壓實n（1）目的：減少表觀體積，提高運輸與管理效率n（2）表觀體積：廢物顆粒有效體積與孔隙占有的體積之和n（2）壓實比：物質(zhì)原體積與壓實后的體積比n2.壓實機械：n（1）水平壓實器（2）三向垂直壓實器（3）回轉(zhuǎn)式壓實器第二節(jié) 固體廢物的破碎技術(shù)n1.破碎目的：減少顆粒尺寸，使之質(zhì)地均勻，可降低孔隙率、增大比重n2.破碎機械：n（1）錘式破碎機n

12、（2）剪切破碎機n（3）腭式破碎機第三節(jié) 固體廢物分選技術(shù)n1.分選目的：將各種有用資源采用人工或機械的方法分離開來n2.分選效果評價分選單位進口料出口料x10+x20+xi0 x11+x21+xi1x12+x22+xi2x1j+x2j+xijx1m+x2m+xim第三節(jié) 固體廢物分選技術(shù)由j出料口出的i組分的回收率：Rij=(xij/xi0)*100%由j出料口出的i組分的純凈度：Pij=(xij/xij)*100%100)(%100)1(100110010niiiniijijijijniiiniijijiijijxxxxRExxxxxxE雷特曼分選效率公式：瓦雷分選效率公式：第三節(jié) 固體分

13、選技術(shù)n3.分選技術(shù)n（1）風(fēng)選n（2）磁選n（3）篩選n（4）慣性分選n（5）浮選n（6）淘汰分選n（7）靜力分選第四節(jié) 固體廢物的脫水與干燥n1.固體廢物的脫水n（1）固體廢物的脫水主要用于城市污水與工業(yè)廢水處理產(chǎn)生的污泥處理，以及類似于污泥含水率高的其他固體廢物n（2）機械脫水：真空抽濾脫水機、壓濾機、離心脫水機n（3）泥漿自然干化脫水第四節(jié) 固體廢物的脫水與干燥n2.固體廢物的干燥n（1）固體廢物的干燥主要用于城市垃圾經(jīng)破碎、分選后的輕物料進行能源回收或焚燒處理時n（2）干燥器的加熱方式：對流、傳導(dǎo)、輻射第五節(jié) 有毒有害廢物的化學(xué)處理與固化n1.有毒有害廢物的化學(xué)處理n（1）中和法n（

14、2）氧化還原法：鉻渣干式還原法和鉻渣濕式還原法n2.固體廢物的固化處理：指利用物理或化學(xué)方法將有害固體廢物固定或包容在惰性固體基質(zhì)內(nèi)，使之呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性或密封性的一種無害化處理方法。n（1）水泥固化（2）石灰固化（3）熱塑性材料固化（4）有機聚合物固化（5）自膠結(jié)固化（6）玻璃固化第十一章 固體廢物資源化、綜合利用與最終處置第一節(jié) 固體廢物資源化的意義與資源化系統(tǒng)第二節(jié) 材料回收系統(tǒng)第三節(jié) 生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收第四節(jié) 城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收第五節(jié) 固體廢物的最終處置一、固體廢物資源化的意義與資源化系統(tǒng)n城市固體廢物資源化系統(tǒng)（三個子系統(tǒng)）：n（1）前處理系統(tǒng)：n直接利用原材料，減少廢物

15、量n（2）后處理系統(tǒng)：n回收轉(zhuǎn)化產(chǎn)品與能源產(chǎn)品n（3）能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)：輔助系統(tǒng)，將能源產(chǎn)品進一步轉(zhuǎn)化為可以直接利用的能源二、材料回收系統(tǒng)n1.材料回收系統(tǒng)材料回收系統(tǒng)：由幾種處理單元技術(shù)組合，形成對城市垃圾加工、分選的工程系統(tǒng)稱為材料回收系統(tǒng)。n2.材料回收系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟評價條件材料回收系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟評價條件：n（1）產(chǎn)品應(yīng)滿足市場需要的技術(shù)規(guī)范，包括產(chǎn)品的純凈度與容量等n（2）各類回收物品的產(chǎn)量與運輸條件n3.材料回收系統(tǒng)的類型材料回收系統(tǒng)的類型n（1）常規(guī)簡易材料回收系統(tǒng)：適用于人工可揀選的固體廢物，以回收鋼鐵金屬為主n（2）多種物料回收系統(tǒng)：適用于含可回收物料種類較多的城市垃圾分選、回收三

16、、生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n1.生物轉(zhuǎn)化適用于易于降解的物質(zhì)，如食品廢物、廢紙、庭院廢物等，通過生物轉(zhuǎn)化，這些物料可轉(zhuǎn)化為腐殖肥料、沼氣或其他化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。n2.生物轉(zhuǎn)化工藝生物轉(zhuǎn)化工藝n（1）城市垃圾堆肥工藝n定義：指在一定人工控制條件下，通過生物化學(xué)作用，使垃圾中有機成分分解轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的腐殖肥料過程，其實質(zhì)是一種發(fā)酵過程。n優(yōu)點：可減少環(huán)境污染，能源可以被農(nóng)業(yè)利用，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有顯著意義。三、生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n堆肥方式：厭氧堆肥和好氧堆肥n（2）厭氧消化處理n（3）發(fā)酵技術(shù)n3.生物化學(xué)處理新技術(shù)在固體廢物資源化中的應(yīng)用：n利用生物酶的催化作用四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n（一）城

17、市垃圾的焚燒（一）城市垃圾的焚燒n1.焚燒目的：可使垃圾體積減少80%95%，重量減少，使最終產(chǎn)物成為性質(zhì)比較穩(wěn)定的無害化灰渣，消滅各類病原體，消除腐化源。n2.城市垃圾的焚燒處理與否主要取決于其可燃性和熱值n（二）焚燒過程的基本條件與物料、熱量衡算（二）焚燒過程的基本條件與物料、熱量衡算n1.焚燒過程的基本條件（三T原理）n（1）燃料在焚燒爐中燃燒完畢所需要的停留時間（time）：包括燃燒室加熱至起燃與燃盡的時間之和n（2）燃料與空氣混合的湍流程度（turbulence）n（3）燃燒過程的溫度（temperature）四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n2.燃燒過程的熱量衡算與物料衡算n輸

18、入總熱量=輸出總熱量n燃料輸入總量=燃料產(chǎn)物總輸出量能量衡算項目熱量輸入熱量輸出燃料產(chǎn)生的總熱量鍋爐進水的熱量蒸發(fā)潛熱輻射熱損失灰渣熱損失煙氣熱損失蒸汽熱焓質(zhì)量衡算項目質(zhì)量輸入質(zhì)量輸出燃料的燃燒總量灰渣產(chǎn)量飛塵量煙氣總產(chǎn)量四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n（三）城市垃圾焚燒系統(tǒng)n1.城市垃圾的處理與貯存n2.進料系統(tǒng)n3.燃燒室n4.廢氣排放與污染控制系統(tǒng)n5.排渣系統(tǒng)n6.焚燒爐的控制與測試系統(tǒng)n7.熱源回收系統(tǒng)四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n（四）焚燒爐的效率n1.爐渣中可燃物剩余率關(guān)系式：nE=100(1-Vr/Vf)nVr為單位時間排出灰渣中可燃物含量nVf為單位時間進料中可

19、燃物含量n2.等值濃度公式：nE=(1-fr)/(Ar+fr)nAr為爐渣中含灰分濃度g（灰）/g（渣）nfr為爐渣中含可燃物濃度g（可燃物）/g（渣）四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n（五）焚燒爐的類型n.標(biāo)準(zhǔn)焚燒爐n.多膛焚燒爐n.水墻式鍋爐n.流化床焚燒爐n（六）固體廢物熱解處理n.定義：將垃圾置于缺氧高溫條件下，在分解與縮合的共同作用下，由于大多數(shù)有機化合物有熱不穩(wěn)定的特征，將發(fā)生裂解轉(zhuǎn)化為分子量較小的氣態(tài)、液態(tài)與固態(tài)組分的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程稱為熱解。n2.工藝設(shè)備：主體設(shè)備為縱向氣化熱解爐n3.主要控制因素：操作溫度、升溫速度、固體廢物燃料的理化性質(zhì)與停留時間四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收n（七）熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的利用和能源轉(zhuǎn)化n1.各類熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品熱電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)n2.過程熱轉(zhuǎn)化率與效率n熱轉(zhuǎn)化率：熱轉(zhuǎn)化率：Rp=Hf/E0nHf為消耗廢物燃料的有效熱量，E0為電能輸出量n熱效率：熱效率：e=Ri/RpnRi為理論熱功當(dāng)量五、固體