环境工程—固体废物管理系统和工程设计

1、环境工程固体废物管理系统和工程设计第一节 固体废物的产生，分类与管理系统简介1. 固体废物的涵义Solid wasteRefuseResidue Rubbish Garbage 用于描述人类丢弃的东西，一般包括厨余物，垃圾，污泥，有害废物等，但是不包括放射性废物和原位采矿废物垃圾，涵义接近前者，但是一般指生活产生的固废一般指生产中产生的固废，也叫废渣垃圾，一般包括在refuse中，来源于生活家庭，机关，商业等厨余物，特指生的或者熟的食品残余。 固体废物的概念凡人类一切活动过程产生的，且对所有者已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质。 固体废物的分类 工业 矿业 农业 城市垃圾 工业固体废

2、物（废渣）经济发达国家我国根据中华人民共和国固体废物污染环境防治法（1995）分为：城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物。 固体废物产生的途径2. 固体废物的产生和途径3. 固体废物的分类以下是美国的废物分类体系4. 固体废物对人类环境的危害占据大量土地污染水土污染空气，传播疾病5. 固体废物与城市垃圾管理系统简介三化原则：减量化，资源化，无害化。固废管理必须考虑的五个方面：源头管理，存放，收集，运输，处置。 固体废物污染防治的“三化”原则 减量化是指减少固体废物的产生量和排放量。 资源化 是指采取管理和工艺措施从固体废物中回收物质和能源，加速物质和能量的循环，创造经济价值的广泛的技术方法。

3、无害化 是指对已产生又无法或暂时尚不能综合利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处理、处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。第二节 固体废物的性质1. 城市垃圾的物理组成大致由有机物，无机物，废品三类。2. 城市垃圾的物理组成的分析方法2.1 手工采样分选（质量-体积测量）在收集点选取一卡车有代表性的废物；以四分法逐级分隔上述废物，直到每份质量在100-200kg为止；取其中一份按预定物理组分的类别，用手工进行分选；将分选好的每一种组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；根据测定的结

4、果分别计算出各组分的百分率分布与贮存站存放条件下的容重。2.2 摄 影 分 析 法选取有代表性的样品；采用35毫米彩色胶片，用广角镜头135照相机与电子闪光装置摄影，镜头90度角对准被拍摄的废物样品堆；将拍好的底片用幻灯机投影到带有10 10cm方格网的屏幕上，鉴别每一网格中的废物成分并列表统计；利用已确定各废物的组分容量分别计算百分率分布。 含水率 城市垃圾颗粒表观尺寸分布以颗粒的最大尺寸与通过筛子的比率表示。 容重是指在收集站堆放条件下单位体积固体废物的质量。3. 城市垃圾的物理性质 城市垃圾化学性质指标 化学成分 热值两种分析结果：近似分析、基础成分分析两种估算方法：统计方法、杜朗公式法

5、杜朗公式 危险废物的定义、分类与鉴别标准指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别方法认定的具有危险特性的废物。实施国家危险废物名录（分47类）.同时制定国家废物鉴别标准。国家规定，“凡名录所列废物类别高于鉴别标准的属危险废物，列入国家危险废物管理范围；低于鉴别标准的，不列入国家危险废物管理。”国家废物鉴别标准中包括浸出毒性、危性毒性初筛、腐蚀性三类，其中浸出毒性主要为无机有毒物质鉴别标准，而有机有毒物质的浸出毒性鉴别标准以及反应性、易燃性和传染性鉴别标准尚未制定。各毒性的鉴别方法和标准易燃性：闪点低于60度腐蚀性：或化学反应性：重锤撞击与摩擦 热不稳定性（差热分析）， （ 爆发点测

6、定仪），（火焰感度仪）。4. 遇水反应性：遇水升温，释放有害气体5. 浸出毒性：固液比1：106. 急性中毒：48h内的小白鼠半致死量第三节 固体废物的产量与减少产量的途径 固体废物的产量与计算方法 城市垃圾产量的测算 工矿企业固体废物产量的测算总人口数城市垃圾产率 固体废物的产率统计方法 重量负荷实测统计分析法取一定的时间周期，通过实测固体废物产量，经统计计算获得。城市垃圾 Rmi=Qm/(PmD)或 Rmi=Qm/(HmPnD)最终获得的数据应是多次测定的统计结果。工矿企业 Rii=Qi/Pi或Rii=Qi/PV 重量-体积实测统计分析法 物料衡算分析法以质量守衡为依据，即在一定边界所包围

7、的系统中，物料的总投入量等于物料总产出量。 统计量 统计均值 中值 众数 标准偏差 变化系数物料衡算系统产品副产品流失物废物投入与主产品的生产和固体废物产生有关的全部活动产出固体废物产量：废物/产品Ri = 减少固体废物产量的途径 降低单位产品原料用量、延长产品使用寿命 由废物中回收有用物料 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 城市垃圾的堆贮及管理 城市垃圾就地管理体制 居民区 临时贮存站 工商业与公共建筑 公共场所(开放区域) 贮存容器 贮存站地址的选择 城市垃圾的收集 居民区 商业与公共建筑 收集方式 收集系统类型 拖运容器收集系统 定点容器收集系统 工业废渣路边收集小

8、巷收集院落收集 收集系统分析 收集系统操作运行模式拖运容器系统定点容器系统 全过程的四个单元操作贮存站装（卸）车操作车辆往返路途运行卸料站卸料操作无效操作 收集系统操作运行数学模式 1. 拖运容器收集系统操作运行数学模式最终决定于速度v与距离X的关系：每天的往返运行次数： 2. 定点容器收集系统操作运行数学模式Cf：往返一次可腾空的容器数Uc：倒空一负载容器的平均时间Np：每次往返通过的容器数dbc: 两存储站车运行平均时间 收集路线的规划 收集路线是指按服务区域内所布局的垃圾贮存站，收集车辆沿街逐站收集过程的运行路线，不包括满载车向转运站或处理中心运送的往返路程。 规划目的：使收集车如何通过

9、一系列的“单行”或“双行”线沿收集点街道行驶，在满足全部垃圾收集的条件下，使整个行驶距离最短，使空载时行程最小。 收集路线规划需考虑的以下几点：在交通拥挤时间，避免在繁忙的街道上收集垃圾。每个作业日每条路线限制在一个地区，尽可能紧凑，没有断续或重复的线路；平衡工作量，使每个作业、每条路线的收集和运输时间都合理地大致相等；收集路线的出发点从车库开始，要考虑交通繁忙和单行街道的因素；在区域地形图上标绘出每一确定的垃圾收集点的位置、容器数与收集效率及定点容器系统垃圾产率。 收集路线规划的四个步骤收集路线规划路线的调整与劳动量的平衡制作一览表 城市垃圾的转运 转运站的设计 转运站类型选择直接排料型贮存

10、码头型直接排料与贮存结合型适于小型转运站使用适于大、中规模转运站使用 转运站操作容量其设计以收集车辆在转运站卸车等候时间最短为准则 转运站的设备与建筑物 转运站地点的优选 运输方式 转运站的设置条件第十章 固体废物处理技术 固体废物的压实技术 固体废物的破碎技术 固体废物分选技术 固体废物的脱水与干燥 有毒有害废物的化学处理与固化 固体废物的压实技术 压实的目的利用机械的方法增加固体废物的聚集程度，增大容重和减小体积，以便于装卸、运输、贮存和填埋。 压实的原理主要是减少空隙率，将空气压掉。如果采用高压压实，除减少空隙率之外，在分子之间可能产生晶格的破坏使物质变性。 适合压实处理的物质压缩性能大

11、而复原性小的物质。 固体废物压实机械常作为转运站固定型压实操作使用。 压实机械的分类 常用的几种压实器 水平压实器 固定型、移动型适用于金属类废物的压实。 三向垂直压实器 适用于压实体积小、重量轻的固体废物。 回转式压实器 固体废物压实流程 被压实废物的物理特征 固体废物压实工程设计要点 向压实器料斗中供料传输方式 对压实后废物的处理方法与利用途径 压实机械特征参数 压实机械的操作特征 操作地点的选择 水平压实器 三向压实器 回转式压实器 第二节 城市垃圾的破碎技术目的：减少固体废物的颗粒尺寸、使之质地均匀，从而可降低孔隙率、增大容重。 固体废物的破碎机械冲击磨切型、剪切粉碎型、挤压破碎型 锤

12、式破碎机 适用于体积较大、质地较硬的废物。 剪切破碎机 往复式、回旋式 腭式破碎机 适于破碎中等硬度的脆性废物的破碎。通过人力或机械等外力作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间的作用力而使物体破裂变碎。 锤式破碎机 往复剪切形破碎机 适用于松散的 片 、条状废物。 回旋剪切形破碎机 适用于家庭生活垃圾的破碎。 第三节 城市垃圾分选技术目的：将各种有用资源采用人工或机械的方法分门别类地分离开来，回用于不同的生产中。 固体废物分选效果评价 回收率 纯净度分选方法：人工捡选法、机械分选法 综合分选效率瓦雷分选效率公式、雷特曼分选效率公式 回收率 纯净度Rij=(xij/xi0) 100% 风力分选技术重

13、力分选利用不同物质的密度差异（在一定流速的介质中沉降速度不同），达到轻、重颗粒分离的目的。风力分选利用空气流作为携带介质实现此目的。 达到一定分离效果的要素 待分选的物料颗粒间密度应互有一定的差异；各物料颗粒与空气之间的密度也应有显著差异；各物料颗粒应有适度的粒径；供给的空气流保证能将进入给料口的料团充分吹成按密度分布的分层形式。 颗粒在气流中的沉降速度 风力分选机械 水平风选机 垂向风选机 风力分选工程设计设计时需考虑的因素经破碎后固体废物的颗粒特征；轻组分物料的特征；固体废物的输送与进料方式；风选操作特性；设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等限制条件。风选设备设计基本参数气固比、气流速

14、度、单位时间供料负荷、空气输送量、气体压力降 磁选利用固体废物中不同组分磁性的差异，在不均匀磁场中实现分离。三种磁性特征介质：顺磁性、铁磁性、非磁性磁化强度：用来描述介质的磁性特征M = xm H磁化率仅适用于铁磁性与非铁磁性物质间的分选磁场强度（通电螺线管）描述外磁场性质的物理量：磁感应强度磁导率磁选过程中，固体废物中含有不同磁性组分颗粒，就是利用在非匀强磁场中各自受到的磁场吸力的差异与同时作用于个颗粒的重力、摩擦力与惯性力的平衡关系，实现分离。磁场对颗粒的作用力（吸力） 磁选机械吸持型磁选机悬吸型磁选机滚筒式 带式 磁选工程设计设计时需考虑的因素通过技术经济评价选择适宜的工程建厂地址；被分

15、选的固体废物特征；磁选机的供料与排料传输设备类型；设备操作特性；设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等因素。磁选工程设计的特征参数磁选机负荷率、分选效率、滚筒转速、磁体长度、直径、场强、磁场强度、传送带的速度、设备结构材料、冷却系统类型选择 筛分根据固体废物颗粒尺寸的大小进行分选。旋转圆筒型筛分器振动平板筛 筛分设备在固体废物资源与能源回收工程中已得到大量应用，主要用于破碎工序之前筛除破碎玻璃，及经破碎后固体废物中有机组分的筛分，也可作为资源回收工厂处理前的粗清理操作。 影响筛分效率的因素颗粒尺寸与形状、含水率、筛孔形状、筛分器主要参数、操作方式 惯性分选基于对固体废物颗粒的弹射作用力与重力

16、综合作用的结果，以达到轻、重组分分离的目的。 依靠弹射力与重力的综合作用使轻、重组分分离 依靠弹射反作用力与重力的综合作用 依靠重力与摩擦力的综合作用 浮选利用投加适宜于被分离物料颗粒表面性质的化学浮选剂，根据各类废物颗粒表面性质的差异，借助在水中泡沫的浮力，从混合物中分离物料。需在较细的粒度下操作 淘汰分选它是一种重力分选技术，以水为介质。适合于处理密度差较大的粗大颗粒的废物。 静电分选基于固体废物中含有导电性不同的物料颗粒，可以通过充电识别被反向电极所吸引，达到分离目的。可以从导体与绝缘体的混合物中分离出导体，也可以对含不同介电常数的绝缘体进行分离。含水率对静电分选的影响与其它方法相反，随

17、含水率升高而回收率增大。 第四节 固体废物的脱水与干燥含水率超过90%的固体废物，必须先脱水减容，以便于包装和运输。脱水方法：机械脱水、固定床自然干化脱水 机械过滤脱水 离心脱水 机械脱水 固体废物的脱水 机械过滤脱水以过滤介质两边的压力差为推动力，使水分强制通过过滤介质成为滤液，固体颗粒被截留成为滤饼，达到固液分离的目的。 卡门公式 比阻在一定压力下，单位面积上单位重量滤饼对过滤所产生的阻力。它是污泥脱水性能的重要指标。 真空抽滤脱水机 过滤机械的产率 压滤机间歇型（板框压滤机）；连续型（带式压滤机） 带式压滤机 板框压滤机 离心脱水利用高速旋转作用产生的离心力，将密度大于水的固体颗粒与水分

18、离。 泥浆自然干化脱水是城市污水厂污泥常采用的利用自然蒸发和底部滤料、土壤过滤脱水的一种方法，称为污泥干化场或晒泥场。设备简单，干化污泥含水率低，但占用土地面积大，环境卫生条件差，适于小规模应用。 固体废物的干燥干燥器的三种加热方式：对流、传导、辐射 对流加热干燥器类型 倾斜转筒型干燥器 危险废物的化学处理与固化 化学处理仅限于对单一成分或几种化学性质相近的混合成分进行处理。 中和法用于处理酸、碱性泥渣。中和剂的选择：以废物的酸、碱性，药剂来源与处理费用为依据。对酸性泥渣，多以石灰为中和剂；对含碱废物宜用硫酸或盐酸中和。 氧化还原法 氧化还原法 铬渣干式还原处理还原剂：一氧化碳、硫酸亚铁 铬渣

19、湿式还原法还原剂： 碳酸钠、硫化钠 固化处理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。 固化方法水泥固化、石灰固化、热塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、玻璃固化 水泥固化与应用 石灰固化与应用 沥青固化与应用 玻璃固化与应用 水泥固化与应用以水泥为固化基质，利用水泥与水反应后可形成坚固块体的特征，将有害废物包容其中，从而达到减小表面积、降低渗透性，使之能在较为安全的条件下运输与处置。 工艺过程 操作条件与指标 应用 原子能工业固体与液体废物处理 电镀业污泥 含汞污泥 含砷泥渣 操作条件与指标 水灰比 水泥与废物的配比 pH值 初凝时间与终凝时间 添加剂 养护条件 固体废物有毒有害时的操作 固化产物的性能指标：机械强度、抗浸出性一般控制在1:2为宜应通过实验确定应控制在8以上初凝:大于2h；终凝:48h以内根据固化过程性质，通过实验选择添加剂种类与投配量。一般在室温条件下，相对湿度大于80%，养护时间约28天。 石灰固化与应用以石灰为固化基质，活性硅酸盐类为添加剂。适用于各种含金属泥渣，并已用于烟道气脱硫的废物的固化。 沥青固化与应用注意