固体废物控制工程

1、第九章 固体废物与城市垃圾管理系统第一节 概述第二节 固体废物的性质第三节 固体废物的产量与减少产量的途径第四节 固体废物与城市垃圾的管理第一节 概述n一、固体废物的概念一、固体废物的概念n固体废物：指人类一切活动过程产生的，对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态的物质。n废渣：生产活动中产生的固体废物n垃圾：生活活动中产生的固体废物n固体废物的概念随时、空的变迁而具有相对性第一节 概述n二、固体废物产生的途径与分类二、固体废物产生的途径与分类n1.固体废物产生的途径：人类的活动n减少废弃物的产生是治理固体废物垃圾的根本途径n2.固体废物的分类：n（1）工业固体废物n（2）城市垃圾工业

2、固体废物来 源主要固体废物矿 业废石、尾矿、煤矿石、废旧设备、废木材等机械工业金属碎屑、铸造废料、废旧设备与机械、污水处理泥渣等电力工业煤灰渣、粉煤灰、废设备等轻纺食品工业废橡胶、废塑料、纤维与碎布、染料废渣、金属屑、碎玻璃、废罐头瓶、炉渣、水处理污泥核工业放射性玷污设备、管道、零件、玻璃等建材工业水泥窑渣、石灰窑渣、破碎泥瓦、粉尘等第一节 概述n三、固体废物对人类环境的危害三、固体废物对人类环境的危害n1.占据大片土地n2.污染土壤与水体，危害人类健康n3.污染大气，影响环境卫生第一节 概述n四、固体废物与城市垃圾管理系统简介四、固体废物与城市垃圾管理系统简介n1.固体废物产源地管理：减少固

3、体废物的产生，并对产生的物质进行分类n2.分散堆存n3.收集系统n4.转移与运输n5.处理与材料回收n6.最终处置第二节 固体废物的性质n一、工业废物与城市垃圾的不同一、工业废物与城市垃圾的不同：n工业固体废物有明显的行业生产特征，有些行业产生有毒、有害或危险固体废物，需要进行特殊处理n工业固体废物大部分含有可利用的资源，需要回收有用资源n城市垃圾一般集中管理与处置n二、城市垃圾物理成分与分析方法二、城市垃圾物理成分与分析方法n1.城市垃圾的物理成分n美国将城市垃圾分为食品垃圾、纸类、塑料橡胶与皮革类、纺织品类、庭院废物、废木料、金属品类、玻璃与陶瓷类、渣土类等九个组分n我国将城市垃圾分为有机

4、类、无机类与废品三个组分二、城市垃圾物理成分与分析方法二、城市垃圾物理成分与分析方法n2.城市垃圾物理成分分析法n（1）手工采样分选法：n在收集点选取一卡车有代表性的废物，以四分法逐级分离至每份100200kg，取其中的一份按物理组分的类别用手工分选，将分选好的每分装入已知皮重与容积的容器中，并压实到与原贮存器内废物相似的密实状态，测量其体积与质量，计算各组分的百分率。n（2）摄影分析法三、城市垃圾的物理性质n1.含水率含水率：n将测重后的标准样品置于77oC恒温干燥24小时后再测重n M（%）=（W-d/W）*100n2.城市垃圾颗粒表观尺寸分布城市垃圾颗粒表观尺寸分布：n以颗粒的最大尺寸与

5、通过筛子的比率表示n3.容重容重：指在收集站堆放条件下单位体积固体废物的质量四、城市垃圾的化学性质n1.化学组分n（1）近似分析：包括含水率、挥发性物质重量百分率（950oC灼烧损失重量百分率）、残余碳与不燃烧物和灰分量n（2）基础成分分析：包括固体废物中C、H、O、N、S、水分及不可燃烧物的百分率n2.热值n杜朗公式：HW=337C+14428（H-O/8）+95S五、有毒有害固体废物的鉴别n1.定义定义：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。n2.性质的鉴别与标准n（1）易燃性n（2）腐蚀性n（3）化学反应性n（4）浸出毒性n（5）急性毒性n（6）放射性n（

6、7）变异性第三节 固体废物的产量与减少产量的途径n一、固体废物的产量与计算方法一、固体废物的产量与计算方法n1.城市垃圾：Qm=RmPmn2.工业：Qi=RiPin二、固体废物的产率统计方法二、固体废物的产率统计方法n1.重量负荷实测统计分析法n2.重量-体积实测统计分析法n3.物料衡算分析法：仅适用于产生固体废物的小单元，以质量守恒定律为依据，即物料的总投入量等于物料的总产出量Q投入投入=Q输出输出=Q产品产品+Q副产品副产品+Q流失流失+Q废物废物第三节 固体废物的产量与减少产量的途径n三、减少固体废物产量的途径三、减少固体废物产量的途径n1.降低单位产品原料用量、延长产品使用寿命n2.由

7、废物中回收有用物料n3.提高物品重复利用次数第四节 固体废物与城市垃圾的管理n一、城市垃圾的堆贮及管理一、城市垃圾的堆贮及管理n1.城市垃圾就地管理体制n2.城市垃圾临时贮存站n（1）贮存容器带有封盖为宜n（2）设置适宜地点为贮存站n（3）垃圾就地检选与加工二、城市垃圾的收集n（一）城市垃圾的收集方式n1.居民区生活垃圾的收集：n（1）路边收集：最为方便，费用较低n（2）小巷收集n（3）院落收集n2.商业与公共建筑垃圾的收集：n（1）路边或小巷收集n（2）大容积或固定型容器收集二、城市垃圾的收集n（二）收集系统类型n1.拖运容器系统：将贮存站已装满垃圾的容器用运输车直接拖运到处理中心或转运站，

8、卸空后的容器返运回原站或其他站。n适用于垃圾产率较高的区域n2.定点容器系统：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。二、城市垃圾的收集n（三）收集系统分析n1.收集系统操作运行模式n（1）拖运容器系统n传统模式和交换容器模式两种n（2）定点容器系统二、城市垃圾的收集n2.术语定义：n（1）贮存站装卸车操作（P）（相对恒定）n拖运容器系统 PhCSn定点容器系统 PSCSn（2）往返路途运行（h）（决定因素）n拖运容器系统 hhCSn定点容器系统 hSCSn（3）卸料站卸料操作（S）（相对恒定）n（4）无效操作因数（W）nW=上下班交接时间W1+由始发站至收集站与收班

9、回始发站的时间W2+车辆维修时间W3+交通阻塞时间W4+规定休息时间W5等，取经验值为0.10.25二、城市垃圾的收集n3.拖运容器收集系统操作运行数学模型n车辆往返一次需要的时间（h）：nThCS=（PhCS+hhCS+S）/（1-W）n当PhCS和S相对恒定时，h取决于速度(v)与距离(x)n通过统计分析得：v=x/a+bxn即 x/v=a+bxn而 x/v=hhCS 则 hhCS=a+bxn则则 ThCS=（PhCS+a+bx+S）/（1-W）n每日往返次数每日往返次数Nd=（1-W）H / （PhCS+a+bx+S）a、b为经验运程常数二、城市垃圾的收集n4.定点容器收集系统操作运行数

10、学模型n（1）机械装车操作运行模式n车辆往返一次需要的时间（h）：nTSCS=（PSCS+S+a+bx）/（1-W）n每日往返次数 Nd=Vd/rVn其中Vd为垃圾日产速率，r为压实比，废物原体积与压实后的体积比，V为收集车容积n（2）人工装车操作运行模式三、城市垃圾的转运n1.拖运容器系统和定点容器系统的评价方案n（1）运输费用n（2）行车时间n（3）操作运行时间n2.城市垃圾转运站的设计基础n（1）转运站的选择：直接排料型、贮存码头型、直接排料与贮存结合型n（2）运转站操作容量：小型站（日装运量小于100吨）、中型站（日装运量100500吨）、大型站（日装运量大于500吨）n（3）转运站的

11、设备与建筑物选择n（4）转运站的地点选择n（5）运输方式第十章 固体废物处理技术第一节 固体废物的压实技术第二节 固体废物的破碎技术 第三节 固体废物分选技术第四节 固体废物的脱水与干燥第五节 有毒有害废物的化学处理与固化第一节 固体废物的压实技术n1.压实n（1）目的：减少表观体积，提高运输与管理效率n（2）表观体积：废物颗粒有效体积与孔隙占有的体积之和n（2）压实比：物质原体积与压实后的体积比n2.压实机械：n（1）水平压实器（2）三向垂直压实器（3）回转式压实器第二节 固体废物的破碎技术n1.破碎目的：减少颗粒尺寸，使之质地均匀，可降低孔隙率、增大比重n2.破碎机械：n（1）锤式破碎机n

12、（2）剪切破碎机n（3）腭式破碎机第三节 固体废物分选技术n1.分选目的：将各种有用资源采用人工或机械的方法分离开来n2.分选效果评价分选单位进口料出口料x10+x20+xi0 x11+x21+xi1x12+x22+xi2x1j+x2j+xijx1m+x2m+xim第三节 固体废物分选技术由j出料口出的i组分的回收率：Rij=(xij/xi0)*100%由j出料口出的i组分的纯净度：Pij=(xij/xij)*100%100)(%100)1(100110010niiiniijijijijniiiniijijiijijxxxxRExxxxxxE雷特曼分选效率公式：瓦雷分选效率公式：第三节 固体分

13、选技术n3.分选技术n（1）风选n（2）磁选n（3）筛选n（4）惯性分选n（5）浮选n（6）淘汰分选n（7）静力分选第四节 固体废物的脱水与干燥n1.固体废物的脱水n（1）固体废物的脱水主要用于城市污水与工业废水处理产生的污泥处理，以及类似于污泥含水率高的其他固体废物n（2）机械脱水：真空抽滤脱水机、压滤机、离心脱水机n（3）泥浆自然干化脱水第四节 固体废物的脱水与干燥n2.固体废物的干燥n（1）固体废物的干燥主要用于城市垃圾经破碎、分选后的轻物料进行能源回收或焚烧处理时n（2）干燥器的加热方式：对流、传导、辐射第五节 有毒有害废物的化学处理与固化n1.有毒有害废物的化学处理n（1）中和法n（

14、2）氧化还原法：铬渣干式还原法和铬渣湿式还原法n2.固体废物的固化处理：指利用物理或化学方法将有害固体废物固定或包容在惰性固体基质内，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。n（1）水泥固化（2）石灰固化（3）热塑性材料固化（4）有机聚合物固化（5）自胶结固化（6）玻璃固化第十一章 固体废物资源化、综合利用与最终处置第一节 固体废物资源化的意义与资源化系统第二节 材料回收系统第三节 生物转化产品的回收第四节 城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收第五节 固体废物的最终处置一、固体废物资源化的意义与资源化系统n城市固体废物资源化系统（三个子系统）：n（1）前处理系统：n直接利用原材料，减少废物

15、量n（2）后处理系统：n回收转化产品与能源产品n（3）能源转化系统：辅助系统，将能源产品进一步转化为可以直接利用的能源二、材料回收系统n1.材料回收系统材料回收系统：由几种处理单元技术组合，形成对城市垃圾加工、分选的工程系统称为材料回收系统。n2.材料回收系统的技术经济评价条件材料回收系统的技术经济评价条件：n（1）产品应满足市场需要的技术规范，包括产品的纯净度与容量等n（2）各类回收物品的产量与运输条件n3.材料回收系统的类型材料回收系统的类型n（1）常规简易材料回收系统：适用于人工可拣选的固体废物，以回收钢铁金属为主n（2）多种物料回收系统：适用于含可回收物料种类较多的城市垃圾分选、回收三

16、、生物转化产品的回收n1.生物转化适用于易于降解的物质，如食品废物、废纸、庭院废物等，通过生物转化，这些物料可转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化产品。n2.生物转化工艺生物转化工艺n（1）城市垃圾堆肥工艺n定义：指在一定人工控制条件下，通过生物化学作用，使垃圾中有机成分分解转化为比较稳定的腐殖肥料过程，其实质是一种发酵过程。n优点：可减少环境污染，能源可以被农业利用，对农业发展具有显著意义。三、生物转化产品的回收n堆肥方式：厌氧堆肥和好氧堆肥n（2）厌氧消化处理n（3）发酵技术n3.生物化学处理新技术在固体废物资源化中的应用：n利用生物酶的催化作用四、城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收n（一）城

17、市垃圾的焚烧（一）城市垃圾的焚烧n1.焚烧目的：可使垃圾体积减少80%95%，重量减少，使最终产物成为性质比较稳定的无害化灰渣，消灭各类病原体，消除腐化源。n2.城市垃圾的焚烧处理与否主要取决于其可燃性和热值n（二）焚烧过程的基本条件与物料、热量衡算（二）焚烧过程的基本条件与物料、热量衡算n1.焚烧过程的基本条件（三T原理）n（1）燃料在焚烧炉中燃烧完毕所需要的停留时间（time）：包括燃烧室加热至起燃与燃尽的时间之和n（2）燃料与空气混合的湍流程度（turbulence）n（3）燃烧过程的温度（temperature）四、城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收n2.燃烧过程的热量衡算与物料衡算n输

18、入总热量=输出总热量n燃料输入总量=燃料产物总输出量能量衡算项目热量输入热量输出燃料产生的总热量锅炉进水的热量蒸发潜热辐射热损失灰渣热损失烟气热损失蒸汽热焓质量衡算项目质量输入质量输出燃料的燃烧总量灰渣产量飞尘量烟气总产量四、城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收n（三）城市垃圾焚烧系统n1.城市垃圾的处理与贮存n2.进料系统n3.燃烧室n4.废气排放与污染控制系统n5.排渣系统n6.焚烧炉的控制与测试系统n7.热源回收系统四、城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收n（四）焚烧炉的效率n1.炉渣中可燃物剩余率关系式：nE=100(1-Vr/Vf)nVr为单位时间排出灰渣中可燃物含量nVf为单位时间进料中可

19、燃物含量n2.等值浓度公式：nE=(1-fr)/(Ar+fr)nAr为炉渣中含灰分浓度g（灰）/g（渣）nfr为炉渣中含可燃物浓度g（可燃物）/g（渣）四、城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收n（五）焚烧炉的类型n.标准焚烧炉n.多膛焚烧炉n.水墙式锅炉n.流化床焚烧炉n（六）固体废物热解处理n.定义：将垃圾置于缺氧高温条件下，在分解与缩合的共同作用下，由于大多数有机化合物有热不稳定的特征，将发生裂解转化为分子量较小的气态、液态与固态组分的化学转化过程称为热解。n2.工艺设备：主体设备为纵向气化热解炉n3.主要控制因素：操作温度、升温速度、固体废物燃料的理化性质与停留时间四、城市垃圾的焚烧与热转化产品的回收n（七）热转化产品的利用和能源转化n1.各类热转化产品热电转化系统n2.过程热转化率与效率n热转化率：热转化率：Rp=Hf/E0nHf为消耗废物燃料的有效热量，E0为电能输出量n热效率：热效率：e=Ri/RpnRi为理论热功当量五、固体