固廢處理技術(shù)

第二部分固體廢物的基本特性成份及組成物理組成（physicalcomposition）工業(yè)分析（proximateanalysis）元素構(gòu)成（ultimateanalysis）物理特性（工程性質(zhì)）化學(xué)特性1垃圾概化模型2

從物質(zhì)形態(tài)和性狀角度，固體廢物可認(rèn)為是各種固體物質(zhì)顆粒及顆粒之間空隙（通常充滿氣體和液體）所共同構(gòu)成的集合體。從集合體的角度看，固體廢物是一種多孔介質(zhì)。

多孔介質(zhì)：（1）多相物質(zhì)占據(jù)的一部分空間。在多相物質(zhì)中至少有一相不是固體，它們可以是氣相和（或）液相。固體相稱為固體骨架。在多孔介質(zhì)范圍內(nèi)中沒(méi)有固體骨架的那一部分空間叫做空隙空間或孔隙空間；（2）在多孔介質(zhì)所占據(jù)的范圍內(nèi)，固體相應(yīng)遍及整個(gè)多孔介質(zhì)；（3）至少構(gòu)成空隙空間的某些孔洞應(yīng)當(dāng)相互連通。

固體廢物具有擴(kuò)散性小、不易流動(dòng)、成份極不均勻等特點(diǎn)。研究固體廢物的物理、化學(xué)、生物特性是進(jìn)行固體廢物管理、處理處置技術(shù)研發(fā)的重要基礎(chǔ)。固體廢物的基本特性及其相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累是我國(guó)固體廢物管理領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)。3我國(guó)的垃圾成分同國(guó)外的有很大的區(qū)別，就是各個(gè)城市由于氣候的差異、經(jīng)濟(jì)水平等的不同也使得垃圾成分相差很大。沒(méi)有積累起足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)用來(lái)支撐技術(shù)路線的選擇。很多項(xiàng)目沒(méi)有作扎實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研工作，往往相互引用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)同實(shí)際情況相差很大。個(gè)別時(shí)間點(diǎn)或者個(gè)別地點(diǎn)的垃圾組成和理化檢測(cè)數(shù)據(jù)同長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間差別非常之大，利用這樣的數(shù)據(jù)可能會(huì)直接造成技術(shù)路線選擇的錯(cuò)誤。問(wèn)題：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全導(dǎo)致技術(shù)選擇的尷尬4垃圾特性與垃圾處理52.1固體廢物成份及組成固體廢物的組成可以從下方面來(lái)表述：2.1.1物理組成（physicalcomposition）：以固體廢物組成的物質(zhì)種類進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)來(lái)反映其組成的方法，通常以各種組成成份的百分比來(lái)表示，是最常用最直觀的表述方式。我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市生活垃圾采樣和物理分析方法》（CJ/T3039-95）62.1.2工業(yè)分析（proximateanalysis）：固體廢物的工業(yè)分析，又叫固體廢物的近似分析或?qū)嵱梅治?，是評(píng)價(jià)固體廢物燃燒特性的基本依據(jù)。該方法主要借鑒于固體燃料（如煤）的分析方法。固體廢物的工業(yè)分析包括固體廢物的水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分等指標(biāo)的測(cè)定。通常固體廢物的水分、灰分、揮發(fā)分是直接測(cè)出的，而固定碳是用差減法計(jì)算出來(lái)的。7（1）水分：固體廢物中水分按存在形態(tài)的不同分為兩類，既游離水和化合水。游離水是以物理狀態(tài)吸附在固體廢物顆粒內(nèi)部毛細(xì)管中和附著在固體廢物顆粒表面的水分；化合水也叫結(jié)晶水，是以化合的方式同固體廢物中礦物質(zhì)結(jié)合的水。游離水在105～110℃的溫度下經(jīng)過(guò)1～2小時(shí)可蒸發(fā)掉，而結(jié)晶水通常要在200℃以上才能分解析出。游離水：外在水分與內(nèi)在水分，

外在水分：是附著在固體廢物顆粒表面的水分。外在水分很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發(fā)，蒸發(fā)到固體廢物顆粒表面的水蒸氣壓與空氣的濕度平衡時(shí)就不再蒸發(fā)了。

內(nèi)在水分，是吸附在固體廢物顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔中的水分。內(nèi)在水分需在100℃以上的溫度經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能蒸發(fā)。工程上固體廢物的含水率是指在一定溫度條件下（105±5℃）所失去的水份量（烘至恒重）。8（2）揮發(fā)份與固定碳固體廢物的揮發(fā)份，即固體廢物在一定溫度下（600±20℃，ASTM）隔絕空氣加熱，逸出物質(zhì)（氣體或液體）中減掉水分后的含量。剩下的殘?jiān)凶鼋乖Ｒ驗(yàn)閾]發(fā)份不是固體廢物中固有的，而是在特定溫度下熱解的產(chǎn)物，所以確切的說(shuō)應(yīng)稱為揮發(fā)份產(chǎn)率。固定碳：從測(cè)定固體廢物試樣的揮發(fā)份后的殘?jiān)袦p去灰分后的殘留物。固定碳（％）＝100－（揮發(fā)份＋水份＋灰份）固定碳是固體廢物的發(fā)熱量的重要來(lái)源，所以固體廢物以固定碳作為固體廢物發(fā)熱量計(jì)算的主要參數(shù)。9（3）灰份：

固體廢物的灰份，是指固體廢物在規(guī)定條件下（815±10℃，1hr，《生活垃圾采樣和物理分析方法》）完全燃燒后剩下的殘?jiān)Ｒ驗(yàn)檫@個(gè)殘?jiān)枪腆w廢物中可燃物完全燃燒，固體廢物中礦物質(zhì)（除水分外所有的無(wú)機(jī)質(zhì)）在固體廢物完全燃燒過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列分解、化合反應(yīng)后的產(chǎn)物，所以確切地說(shuō)，灰份應(yīng)稱為灰份產(chǎn)率。10灰渣融性（Ashfusibility）：在規(guī)定條件下得到的隨加熱溫度而變化的煤灰變形、軟化和流動(dòng)特征物理狀態(tài)。結(jié)渣性（Clinkeringproperty）：在氣化或燃燒過(guò)程中，固體廢物灰分受熱、軟化、熔融而結(jié)渣的性質(zhì)。將灰渣與糊精混合塑成三角錐體，放在高溫爐中加熱，根據(jù)灰錐形態(tài)變化確定DT（變形溫度）、ST（軟化溫度）和FT（熔化溫度）。一般用ST評(píng)定灰渣熔融性。112.1.3元素構(gòu)成（ultimateanalysis）固體廢物的元素組成主要指C、O、H、N、S及灰分的百分含量。用途：估算垃圾的發(fā)熱值；好氧生物處理中生化需氧量的估算等。12垃圾中化學(xué)元素含量表13填埋垃圾的成份組成（英國(guó)、2kg樣品）mg/kg142.1.4影響固體廢物產(chǎn)生量及其特性的因素

影響MSW組成的因素：經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，自然環(huán)境條件（氣候條件）、能源結(jié)構(gòu)、居民生活習(xí)慣等。如中國(guó)城市生活垃圾和美國(guó)MSW成份構(gòu)成的差別。152.2固體廢物的物理特性固體廢物的物理力學(xué)性質(zhì)包括：容重、含水量、孔隙率、滲透性、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、摩擦角等。16確定城市固體廢棄物的工程性質(zhì)很困難，因?yàn)椋禾盥癫牧辖M成成分的不一致，使各種性質(zhì)變化范圍很大；想獲得能代表現(xiàn)場(chǎng)條件足夠大小的試樣很困難；廢棄物成分不穩(wěn)定的特點(diǎn)使取樣和試驗(yàn)都很困難，至今沒(méi)有公認(rèn)的取樣和試驗(yàn)方法；廢棄物的性質(zhì)還隨時(shí)間而變。

17（1）容積密度（bulkdensity）定義：?jiǎn)挝惑w積垃圾的質(zhì)量，kg/m3。堆積密度，壓實(shí)密度，腐熟后密度等，是設(shè)計(jì)貯存容器、運(yùn)輸傳送設(shè)備的重要依據(jù)。此外，濕密度，干密度等。壓實(shí)密度?，F(xiàn)代垃圾填埋場(chǎng)中垃圾的密度：

0.9～1.1t/m3（8.6～10.8kN/m3）（錢學(xué)德p80）8.5～12.4kN/m3（0.87～1.26t/m3）（北京垃圾填埋場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果）18國(guó)內(nèi)外垃圾填埋場(chǎng)垃圾密度平均值19（2）含水率

定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量固體廢物的含水量，％；垃圾含水率的通常與下列因素有關(guān)：廢棄物的組成成分，當(dāng)?shù)貧夂驐l件，收集方式等。

由國(guó)外的實(shí)測(cè)資料可知，國(guó)外固體廢棄物的原始含水量一般為10％一35%，且含水量隨廢棄物的有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，另外還隨季節(jié)氣候不同而變化。不同城市其固體廢棄物的含水量也不相同。20（3）粒徑及粒徑分布：粒徑：反映固體廢物顆粒大小的特征尺寸。實(shí)際中通常用通過(guò)篩網(wǎng)的網(wǎng)目代表其粒徑大小。粒徑分布：某粒徑范圍固體廢物顆粒的質(zhì)量占固體廢物總質(zhì)量的比例。21（4）孔隙率及孔隙比孔隙率（porosity）：固體廢物中孔隙體積與固體廢物所占總體積的比值，用百分?jǐn)?shù)表示?？紫侗龋汗腆w廢物中空隙體積與固體顆粒所占總體積之比。22（5）壓縮比及壓縮倍數(shù)壓縮比：固體廢物壓縮后的體積與壓縮前的體積之比。壓縮倍數(shù)：固體廢物壓縮前的體積與壓縮后的體積之比。23（6）滲透系數(shù)（permeabilitycoefficient）

流體流過(guò)多孔介質(zhì)的滲透系數(shù)由Darcy定律給出：式中：—流過(guò)垃圾體的氣體流量，m3/(m2·s)；(m/s)—?dú)怏w滲透系數(shù)，m2/(m2·Pa·s)；(m/s)—流經(jīng)垃圾體氣體的壓力梯度，Pa/m。(m/m)滲透系數(shù)定義為單位壓力梯度的比流量，是一個(gè)表示多孔介質(zhì)輸運(yùn)流體能力的標(biāo)量，與流體性質(zhì)和多孔介質(zhì)特性（骨架性質(zhì)）有關(guān)，如流體的密度、粘度、以及運(yùn)動(dòng)粘度，骨架性質(zhì)主要是粒徑分布、顆粒形狀、比表面、彎曲率和孔隙率等。k——多孔介質(zhì)的滲透率，或叫內(nèi)在滲透率，僅與多孔介質(zhì)的骨架特性有關(guān)。量綱為darcy,1darcy=9.8697×10－9cm224達(dá)西定律是法國(guó)工程師H.Darcy在1856年由砂質(zhì)土體的滲水實(shí)驗(yàn)得到的，后來(lái)推廣應(yīng)用于其他土體如粘土和具有細(xì)裂隙的巖石等。在某些條件下，滲透并不一定符合達(dá)西定律，當(dāng)滲透速度較小時(shí)，砂土、粘土中的滲透速度很小，其滲流可以看作是一種水流流線互相平行的流動(dòng)—層流，滲流運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合達(dá)西定律。粗顆粒土（如礫、卵石等）當(dāng)水力梯度較小時(shí)，流速不大，滲流可認(rèn)為是層流，達(dá)西定律仍然適用。流體在垃圾體中的流動(dòng)滿足darcy定律。垃圾體滲透系數(shù)

垃圾導(dǎo)水率(wastehydraulicconductivity)

是單位垃圾水勢(shì)梯度下的垃圾水通量，因此導(dǎo)水率的量綱與通量的量綱相同，都是cm/s或m/d。

垃圾導(dǎo)水率綜合地反映了多孔介質(zhì)垃圾層對(duì)水分在其中流動(dòng)的阻礙作用。垃圾含水量大于飽和含水量時(shí)，垃圾導(dǎo)水率為0。

MSW對(duì)水的平均滲透系數(shù)的數(shù)量級(jí)為10－3cm/s。（錢學(xué)德）氣體滲透系數(shù)

MSW對(duì)氣體的平均滲透系數(shù)的數(shù)量級(jí)為10-5m2/(Pa·s)（彭緒亞）25國(guó)內(nèi)外填埋垃圾體的滲透系數(shù)（導(dǎo)水率）26氣體滲透系數(shù)：?jiǎn)挝焕鴫毫μ荻认碌睦鴼怏w流量，氣體滲透系數(shù)的量綱m2/(Pa·s)。垃圾體氣體滲透系數(shù)綜合地反映了多孔介質(zhì)垃圾層對(duì)氣體在其中流動(dòng)的阻礙作用。填埋垃圾體的滲透特性具有典型的各向異性特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的滲透系數(shù)Kh/Kv的平均值為7.5~20.0倍，這一數(shù)值與國(guó)外文獻(xiàn)中通常采用的Kh/Kv為3.0倍的結(jié)果有較大差異。隨著垃圾體壓實(shí)程度的增加，其內(nèi)部孔隙率減小，滲透系數(shù)逐漸減小，Kh/Kv進(jìn)一步增大，特別是在壓實(shí)密度大于800kg/m3時(shí)，Kh/Kv達(dá)10倍以上，各向異性特點(diǎn)更為突出。填埋垃圾體在水平及垂直方向滲透系數(shù)的差異性表明，填埋氣在水平方向的遷移運(yùn)動(dòng)比在垂直方向更為容易。垃圾體的氣體滲透特性27（8）垃圾堆體穩(wěn)定性休止角：固體廢物在堆積時(shí)，其天然坡面與水平面所形成的最大夾角。內(nèi)摩擦角：當(dāng)坡面上的塊體其下滑力與摩擦力相等時(shí)，體塊處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)的坡角為臨界坡度。臨界坡度反映了塊體與該坡面間摩擦力的大小和性質(zhì)，因此將臨界坡角稱為塊體的內(nèi)摩擦角。

北京填埋場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填埋垃圾體的內(nèi)摩擦角一般為20～35°。282.3化學(xué)特性（1）揮發(fā)性固體（volatiles）：指固體廢物在標(biāo)準(zhǔn)溫度試驗(yàn)時(shí)，呈氣體或蒸氣而散失的量；有機(jī)化合物除少數(shù)以外，一般都能燃燒。和無(wú)機(jī)物相比，它們的熱穩(wěn)定性比較差，受熱容易分解。（2）灰分及灰分熔點(diǎn)（fusingpointofash）：灰分：是指固體廢物中不能燃燒也不能揮發(fā)的物質(zhì)，即灼燒殘留量，是反映固體廢物中無(wú)機(jī)物含量的參數(shù)?；曳秩埸c(diǎn)：灰分開始熔融的溫度。對(duì)選擇焚燒爐爐排形式很重要。固定碳：是去除水份、揮發(fā)性物質(zhì)和灰分后的可燃物。閃點(diǎn)與燃點(diǎn)（flashingpointandignitionpoint）：29（3）熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量固體廢物完全燃燒時(shí)釋放出的熱量。固體廢物的熱值（發(fā)熱量）是固體廢物熱能利用中計(jì)算熱平衡、熱效率分析的依據(jù)，以及垃圾焚燒設(shè)備設(shè)計(jì)的參數(shù)。高位熱值：固體廢物單位干重的發(fā)熱量。固體廢物的高位發(fā)熱量，即固體廢物在空氣中大氣壓條件下燃燒后所產(chǎn)生的熱量。實(shí)際上是由實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的固體廢物的彈筒發(fā)熱量減去硫酸和硝酸生成熱后得到的熱量。低位熱值：固體廢物的低位發(fā)熱量，是指固體廢物在空氣中大氣壓條件下燃燒后產(chǎn)生的熱量，扣除固體廢物中水分（固體廢物中有機(jī)質(zhì)中的氫燃燒后生成的氧化水，以及固體廢物中的游離水和化合水）的汽化熱（蒸發(fā)熱），剩下的實(shí)際可以使用的熱量。低位熱值＝高位熱值－水份凝結(jié)熱。（4）灼燒損失量：固體廢物焚燒后灰渣在標(biāo)準(zhǔn)溫度下質(zhì)量的變化量，％；30（5）毒性浸出性質(zhì)：急性毒性，大白鼠48小時(shí)死亡率大于50％。浸出毒性：固態(tài)的危險(xiǎn)廢物遇水浸瀝，其中有害物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化、污染環(huán)境、浸出的有害物質(zhì)的毒性稱為浸出毒性。國(guó)家《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》（GB5085.2——1996）中規(guī)定了有毒有害物質(zhì)的測(cè)定方法給標(biāo)準(zhǔn)限值。腐蝕性：2.0≤pH；pH≥12.5時(shí)，該廢物是具有腐蝕性的危險(xiǎn)廢物。危險(xiǎn)廢物：指具有腐蝕性、急性毒性、浸出毒性、反應(yīng)性、傳染性、放射性等一種及一種以上危害特性的廢物。）《國(guó)家國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》列出了47大類有毒有害物質(zhì)。《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》（GB5085.1~3——1996）。31危險(xiǎn)廢物的其它物理化學(xué)及生物特性包括：與有毒有害物質(zhì)釋放到環(huán)境中的速率有關(guān)的特性；有毒有害物質(zhì)在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化及富集的特性；有毒有害物質(zhì)的生物毒性。所涉及的主要參數(shù)有：有毒有害物質(zhì)的溶解度、揮發(fā)度、分子量、飽和蒸氣壓、在土壤中的