《固废总复习》PPT课件.ppt

固体废物处置与资源化,期末复习纲要,固 体 废 物,预处理,物化处理,热处理,生物处理,最终处置,收集与清运,2,固体废物,3,概念,危害,管理原则,固体废物是指在生产、生活和其他活动中产生的，丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值，但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态物品、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。在一定时间和地点，无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体物质。,固体废物的概念,固体废物的“废”具有时间和空间的相对性：,因此，固体废物常被看作是“放错地点的原料”,固体废物的特性：,产生量大、种类繁多、性质复杂、来源分布广泛等 其危害具有潜在性、长期性和不易恢复性。,4,固体废物的概念,危险废物是指列入国家危险废物名录或者国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的、具有危险特性的废物。 危险废物的主要特征并不在于它们的相态，而在于它们的危险特性，即具有毒性、腐蚀性、传染性、反应性、浸出毒性、易燃性、易爆性等独特性质，对环境和人体会带来危害，须加以特殊管理。,5,主要表现在五个方面： 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 固体废物对人类环境的危害具有多样性、长期性与潜在性。,固体废物的危害,我国的技术政策主要是“三化”，即 资源化(Detoxification) 无害化(reclamation) 减量化(Abatement),固体废物的管理原则,（1）“三化”原则,并在相当长的时间内以无害化为主,从无害化走向资源化，资源化是以无害化为前提的，无害化和减量化则应以资源化为条件。,我国固体废物处理利用技术政策的发展趋势是：,7,（2）“全过程”管理原则,“3C”原则 避免产生（clean）、综合利用（cycle）、妥善处置（control） “3R”原则，即通过对固体废物实施 减少产生（reduce）、再利用（reuse）、再循环（recycle）,解决固体废物污染控制问题的基本对策：,固体废物的管理原则,收集与运输,收运系统构成,清运操作方法,收集过程基本用时,城市收运通常由三个阶段构成一个收运系统。 第一阶段：搬运贮存（简称运贮） 第二阶段：垃圾的清除（简称清运） 第三阶段：转运,收运系统构成,10,城市垃圾清运的操作方法分为：二种类型，三种方式,移动式容器(Mobile container)操作方法 搬运容器方式：多次旅程 交换容器模式：需备用垃圾桶 固定式容器(Fixed container)操作方法 只收集垃圾而不带走容器,清运操作方法,11,收集操作过程分为四个基本用时： 集装时间、清运时间、卸车时间和非生产性时间,移动式收集成本计算,收集过程基本用时,12,压 实,目的,原理,压实程度的度量,压实器,目的：减容，兼有稳定化的作用 减容：根据废物的种类和施加压力的大小，一般压缩比可达35，若结合破碎，可达510，可以减少运输成本，降低填埋处置成本 体积减容率：6070% 稳定化：日本将城市垃圾压实后，因挤压和升温作用，使垃圾中的BOD从6000ppm降到200ppm，COD从8000ppm降到150ppm。成为类塑料结构的惰性材料。,压实的目的,压实的原理,排气，减少空隙率，使固体废物致密化。,压实程度的度量,16,压 实 器,17,破 碎,18,目的,影响破碎效果的因素,破碎方法,破碎程度的度量,破碎工艺,破碎设备,破碎的目的,为固体废物的有效处理、利用和处置提供条件。 具体体现在六个方面 为便于运输和贮存，经破碎减容 为便于分选回收，经破碎达到解体或适合于分选设备的适用粒度范围 为便于热处理，增加比表面积 为便于制造建材，满足建材制品对原料的粒度要求 为便于填埋压实，经破碎增加密实度 为保护处理设备，经破碎减小冲击力,19,影响破碎效果的因素,破碎方法,破碎效果及度量,破碎工艺,破碎设备,24,分 选,分选方法,筛分,重力分选,磁力分选,电力分选,分选方法,筛 分,27,原理及分选,筛分效率,影响筛分效率的因素,筛分设备类型及选择,筛分原理及分类,筛分效率,29,影响筛分效率的因素,筛分设备类型及选择,选择筛分设备时应考虑的因素：,31,重力分选,32,基本概念,重介质与加重质,摇床分选原理,常见的重选设备,重选的基本概念,33,固体废物重力分选,共同的工艺条件： 具有密度差异的组分 运动介质 分散 沉降 分层 分离,分选设备有哪些？ 有哪些结构特点？,摇床分选,吸离作用,跳汰分选,惯性分选 弹道分选 旋风分选,重介质分选,重力分 选,等降比：等降粒子中密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒的比。 分选介质：空气、谁。重液、重悬浮液等,重介质与加重质,重 介 质,密度高于水的流态分散体系。无毒、密度高、粘度低、化学稳定性好、易回收,重 液,密度高的有机溶液或无机盐溶液 稳定性好，但贵,悬 浮 液,与各种磨细的颗粒与水组成的混合物 稳定性差，无毒、价廉、易回收,有机或无机盐溶液,CaCl2水：1.3 ZnCl2水：2.07 四溴甲烷四氯化碳：2.9,加 重 质,硅铁：3.9，磁选回收 磁铁矿：2.1，价廉,悬浮液中固体颗粒又叫加重质,重介质与加重质,34,摇床分选 原理,35,常见的重选设备,36,磁力分选,37,必须同时满足： 式中：F磁作用在磁性物体上的磁力 F机作用于磁性物体上的机械力的合力（重力、离心力、粘着力、介质阻力等），与F磁方向相反。 F非磁非磁性物质所受的磁力,磁选分离的关键是确定合适的F磁,磁选的原理及条件,利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的方法,38,磁选的分类,39,磁 流 体,40,固体废物磁力分选,磁 流 体,铁磁性胶悬浮液,顺磁性盐溶液,磁铁矿胶体微粒 有机磁流体 税基磁流体,粉碎法 水溶液吸附有机相法,Fe、Mn、Ni、Co盐的水溶液 MnCl2、Mn(NO3)2、水溶液的视在密度可10000kg/m3 FeSO4、MnSO4、CoSO4（硫酸盐类）实在密度低，但便宜,能够在磁场或磁场和电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒产生磁浮力作用的稳定分散液。,电力分选,41,物料在电场中的带电方法,三种带电方式： 摩擦带电 感应带电 电晕电场带电,42,干燥：物料在分选前必须彻底干燥 加热：分选前加热到5060以上，可明显提高分选效率 分级：导电率判别较小时，窄级别入选可明显提高分选效率 表面净化：采用清水，酸洗，使物料衣面净化，可明显提高分选效率 药剂处理： 有机药剂：提高疏水性（亲水性增大导电率） 无机药剂：选择性吸附，扩大物料间的表面性质差异,电选前的物料准备,43,脱 水,44,固体废物中水的存在形式,脱水的方法,固体废物中水的存在形式,45,脱水的方法,固体废物脱水的方法,浓缩脱水,机械脱水,重力浓缩法,气浮浓缩法,离心浓缩法,浮 选,47,原理,浮选药剂,浮选工艺过程,浮选设备,浮选的原理,通过在固体废物与水调成的料浆中加入浮选药剂扩大不同组分可浮性的差异，再通入空气形成无数细小气泡，使目的的颗粒黏附在气泡上，并随气泡上浮于料浆表面，成为泡沫层后刮出，成为泡沫产品；不上浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。,48,浮选药剂,（1）捕收剂：主要作用是使欲浮的废物颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着。常用的捕收剂主要有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂两类。,浮选药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂,（2）起泡剂：表面活性物质，主要作用在水-气界面上使其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。常用的起泡剂有松醇油、脂肪醇等。,（3）调整剂：主要作用是调整捕收剂的作用及介质条件。活化剂、抑制剂、调整剂、絮凝剂、分散剂。,49,浮选工艺过程,50,浮选设备,51,溶 剂 浸 出,52,浸出的理论基础,浸出动力学过程,浸出效果衡量,浸出工艺与设备,目的组分提取与分离,对 象,浸出的理论基础,53,浸出过程,浸出动力学过程,54,浸出效果衡量,目的组分的浸出率,浸出过程的选择性,浸出药剂用量,55,浸出工艺与设备,依废物的 动力方式,依浸出剂与 被浸废料的 相对动力方式,56,目的组分提取与分离,57,稳定/固化,58,相关概念,基本要求,评价指标,相关概念,59,危险废物稳定化/固化处理产物为了达到无害化，必须具备一定的性能： 抗浸出性 抗干湿性 耐腐蚀性、不燃性 抗渗透性（固化产物） 足够的机械强度（固化产物）,基本要求,60,越低越好,增容比，越低越好,评价指标,61,好氧堆肥,62,概念,基本原理,好氧堆肥过程,影响因素及工艺阶段,腐熟度评价指标,堆肥的农业效用,好氧堆肥处理,堆肥化：在人工控制的环境下，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转化的微生物学过程,概 念,堆肥有机物（含C,H,O,N,P,S,Cl）、氧和微生物,CO2,H2O,NH3,PO43-,SO42-,细胞物质 （微生物繁殖）,转入环境,能量,+,释放、转化为热,同化作用,异化作用,基本原理,64,用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥试验。试验结果，每1000堆料在完成堆肥化后仅剩200kg，测定产品成分为C11H14NO4。 试求每1000kg物料的化学计算理论需氧量。,解：1. 计算堆肥物料C31H50NO26千摩尔质量为852kg 则：参加堆肥过程的有机物的量(1000/852)kmol=1.173kmol 2. 堆肥产品C11H14NO4的千摩尔质量：224kg 则：每摩尔物料参加堆肥过程的残余有机物的量， 即：n200/(1.173224)kmol=0.76kmol 3. 堆肥过程：,由已知条件：a31，b50，c1，d26，w11，x14，y1，z4 可求出：r0.550 - 0.7614 - 3(1 0.761)19.32 s31 0.761122.64 堆肥过程 需氧量： m0.5(0.764+222.64+19.32 26) 1.17332kg781.50kg,65,0,20,40,60,80,100,温度 t/ ,时间,潜伏阶段,中温阶段,高温阶段,腐熟阶段,适应新环境25 以内,嗜温性细菌、酵母菌、放线菌分解最易分解的可溶性物质如淀粉、糖类等，而增殖，温度 25-45 ,嗜热性微生物、细菌；残留可溶性物质，纤维素、半纤维素、蛋白质，温度 45-70 ,嗜温性微生物多为难分解物质，温度40-20 ,好氧堆肥过程,66,堆肥化效果,工艺阶段,供氧量,含水率,温度和有机物含量,颗粒度,C/N和C/P,pH,影响因素,影响因素及工艺阶段,67,腐熟度评价指标,68,改良土壤 促进植物根系增长 堆肥的增产作用 堆肥农用的不利因素,堆肥的农业效用,69,厌氧消化,70,概念,基本原理,影响因素,工艺类型,厌氧消化处理,厌氧消化：也称厌氧发酵，指在厌氧状态下利用微生物使固体废物中有机物转变为CH4和CO2的过程 由于厌氧消化可以产生以CH4为主要成分的沼气，故又称之为甲烷发酵。 厌氧消化可以去除废物中3050%的有机物并使之稳定化。,概 念,71,堆肥有机物微生物,有机酸、醇类、O2、NH3、H2S等。能量、微生物,细胞物质,细胞物质,CO2、CH4等。能量,基本原理,三阶段理论 二阶段理论,72,三阶段理论,不产甲烷细菌,73,二阶段理论,到碱性发酵后期，可降解有机物大都已经被分解，消化过程也趋于完成。,74,影响因素,75,根据消化温度划分工艺类型,最佳温度范围是47-55，此时有机物分解旺盛，消化快，物料在厌氧池内停留时间短，非常适用于城市垃圾、粪便和有机污泥的处理 培养高温消化菌、维持高温、投料和排料、搅拌消化物料,目前我国农村都采用这种消化类型。这种工艺的消化池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广，但受季节明显 消化周期须视季节和地区的不同加以控制,高温消化工艺,自然温度消化工艺,工艺类型,76,根据投料运转方式划分工艺类型,连续消化工艺,半连续消化工艺,两步消化工艺,投料启动后，经一段时间的消化产气，连续定量的添加消化原料的排出旧料；其消化时间能够长期连续进行。工艺易于控制，能保持稳定的有机物水脂速率和产气率，但该工艺要求较低的原料固形物浓度,启动时一次性投入较多的消化原料，当产气量趋于下降时，开始定期添加新料和排出旧料，以维持比较稳定的产气率。 农村较适用,两个反应器；根据两段理论设计,工艺类型,77,其他生物处理,78,微生物浸出,化 学 反 应 说,废料中所含金属硫化物，如FeS2，先被水中的氧氧化成FeSO4，细菌的作用仅在于把FeSO4氧化成化学溶剂Fe2(SO4)3，把浸出金属硫化物生成的S氧化为化学溶剂H2SO4 即：化学反应说认为细菌的作用仅在于生产优良浸出剂H2SO4和Fe2(SO4)3，而金属的溶解浸出则是纯化学反应过程。,79,微生物浸出,直 接 作 用 说,附着于矿物表面的细菌能通过酶直接催化矿物面使矿物氧化分解，并从中直接能源和其他矿物营养元素满足自身生长需要。,蚯蚓处理技术,蚯蚓处理固废的过程,实际上是蚯蚓和微生物共同处理的过程。 二者构成了以蚯蚓为主导的蚯蚓-微生物处理系统。 在此系统中，蚯蚓直接吞食垃圾，经消化后，可将垃圾中的有机物质转化为可给态物质，这些物质同蚯蚓排出的钙盐与黏液结合即形成蚓粪类颗粒，这是微生物生长的理想基质。 另一方面微生物分解或半分解的有机物质是蚯蚓的优质食物，二者构成了相互依存的关系，共同促进有机固体废物的分解。,81,蚯蚓处理技术,蚯蚓可用于处理农林废物的原因,农林废物主要是指各种农作物的秸杆、牧草残渣、树叶、花卉残枝、蔬菜瓜果等。 农林废弃物的主要成分有纤维素、半纤维素、木质素等，此外还含有一定量的粗蛋白、粗脂肪等。 这些都是蚯蚓喜欢的食物。 因此，农林废物都能被蚯蚓分解转化，而形成优质有机肥料。,82,焚 烧,83,概念以处理对象,焚烧机理,焚烧技术及污染控制,焚烧效果评价,焚烧影响因素,焚烧相关计算,焚烧工艺,一种高温分解和深度氧化的综合过程。 焚烧法可以使可燃性固体废物通过氧化分解，达到减容、消毒、回收能量及副产品的多重目的。 即：能同时实现减量化，无害化和资源化的目的。 焚烧后垃圾体积可减少8090%。,概 念,无机有机物混合性固体废物(如城市垃圾)； 某些特定的有机固体废物（如医院的带菌废物，石油化工厂和塑料厂的具有毒性的中间产物等）； 多氯联苯类高稳定性的有机物。,处理对象,概念及处理对象,84,燃烧必备的基本条件,焚烧机理,85,传导干燥,对流干燥,辐射干燥,蒸发燃烧,分解燃烧,表面燃烧,焚烧机理,86,焚烧技术及污染控制,87,焚烧污染产生与控制,二恶英的产生与控制,焚烧技术及污染控制,三T：温度（Temperature），停留时间(Time)，湍流度（Turbulence，即相对速度或搅拌强度） 一E：空气过剩系数（excess air）,焚烧影响因素,89,焚烧后DRE要达到99.99%以上,通常5%以下,焚烧效果评价,90,Q1 Q2 Q3 Q4 Q5,Qw Qf Qa,焚烧相关计算,91,已知固废的热值为11630KJ/kg。 固废中的元素组成： 元素 C H O N S H2O 灰分 含量（%） 28 4 23 4 1 20 20 与热损失有关的量: 炉渣含碳量 5（不完全燃烧） 空气进炉温度65 炉渣温度650 残渣比热0.323KJ/(kg.) 水的汽化潜热2420KJ/kg 幅射损失0.5%， 碳的热值32564KJ/kg,例 题 1,92,解1：,以1kg固体废物为基准： 总热量有用热量+不完全燃烧热损失+机械热损失+烟气显热+灰渣显热 1、残渣中未燃碳的热损失 残渣量=0.2/（1-0.05）=0.2105 （灰分20全部为残渣，残渣中含有5的未燃碳，故惰性料只占95） 未燃碳量0.21050.2=0.0105 未燃烧碳的热损失 325640.0105=341.9KJ,93,解1：,2、水的汽化潜热 原含水量： 1200.2 H与O2生成的水量： 141820.36kg 总水量： 0.20.360.56kg 汽化潜热：24200.56=1355.2KJ 3、辐射热损失（机械热损失）为进入焚烧炉总能量的0.5%： 116300.5%58.2KJ 4、残渣带出的热量（残渣总量比热温差） 0.2105kg0.323KJ/(kg.)(650-65) =39.8KJ 可利用的热值总热值各种热损失之和 11630（341.91355.258.239.8）9834.9KJ,94,也可以Dulong公式近似计算。,解2：,95,LHV m理烟 Cp (T2-T1) + m过空 Cp (T2-T1),LHV m烟 Cp (T2-T1),EAm过空/m理空,近似计算,焚烧相关计算,96,例 题 2,拟在废物焚烧炉中焚烧氯苯（C6H5Cl），采用过量空气100%，请核算一下其操作温度是否会超过炉子的允许温度1150？,解：,解： 先计算LHV mC6H5Cl=126+5+35.5112.5 mC=0.64 mH=0.04 mCl=0.32 由Dulong近似式 LHV2.32140000.64+45000(0.04-0)-7860.32+0 2.3210508.48=24398.98(KJ/kg) 计算EA100时的绝热火焰温度, 未超过允许温度（1150）,97, 固体废物在焚烧炉内的停留时间：指固体废物从进炉开始到焚烧结束炉渣从炉中排出所需的时间。, 为简化起见，常假设焚烧反应为一级反应，按照化学动力学理论，其反应动力学方程可用下式表示：,在时间0t，浓度从CA0CA变化范围内积分，则上式变为：,废物在焚烧炉中停留时间的计算,98,例3 试计算在800的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE分别 为99%、99.9%、99.99%时的停留时间。,解：已知T=800，查表得：A=1.341017，E=76600,可得：t99%=0.1378(s) t99.9%=0.2068(s) t99.99%=0.2757(s),99,习题：试计算在900的焚烧炉中焚烧甲苯，当焚烧时间分别为0.1S、0.3s时的DRE。当甲苯的DRE要求99.99%,甲苯在炉内的停留时间为多少?(甲苯的A=2.28 1013，E=56500kcal/（g.mol)，R=1.987kcal/(g.mol.k),解：,100,焚烧工艺,101,热 解,102,概念,热解机理,焚烧与热解的区别,热解工艺分类,热解的定义,概念一 热解是一种在缺氧或无氧条件下的燃烧过程，是在低电极电位还原条件下的吸热分解反应，也称为干馏或炭化过程(煤气工程，及焦化就是热解过程)。 概念二 有机废物的热解是利用有机物的热不稳定性、导热系数(W/cm2k)和熔融热(Jkg)等热性能的差异，在还原条件下进行的吸热分解过程。,概 念,103,热解机理,104,焚烧与热解的区别,105,焚烧与热解的区别,106,热解工艺分类,107,最终处置,108,处置方法分类,填埋场选址的原则要求,卫生填埋场基本组成,填埋场浸出液及其控制,填埋气的产生及控制,处置方法分类,处置方法分类 根据处置场所可将最终处置分为陆地处置和海洋处置两大类。 陆地处置：是基于土地对固体废物进行处置，根据废物的种类和处置的地层层位(地上、地表、地下和深地层)，陆地处置可分为土地耕作、工程库贮存、深井灌注、浅地层埋藏和土地填埋等多种方式。 土地填埋处置是目前广泛应用的最终处置方法之一。 海洋处置：是基于海洋对固体废物进行处置的方法，它可以分为海洋倾倒