固体废物处理和资源化教学案

./Chap1绪论教学目标:1.了解固体废物的来源和分类2.掌握固体废物的污染及其控制3.熟悉固体废物的处理处置方法4.理解并掌握控制固体废物污染技术政策教学重点：固体废物的来源和分类教学难点：控制固体废物污染技术政策学时安排：2学时固体废物<solidwastes>。指在社会的生产、流通、消费等一系列活动中产生的一般不再具有原使用价值而被丢弃的以固态和泥状赋存的物质。固体废物<solidwastes>。固体废物是指在生产建设,日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态,半固态废弃物质。其中包括从废气中分离出来的固体颗粒、垃圾、炉渣、废制品,破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、污泥、人畜粪便等。固体废物处理<treatmentofsolidwastes>。通过物理、化学、生物等不同方法,使固体废物转化为适于运输、储存、资源化利用以及最终处置的一种过程。固体废物的物理处理包括破碎、分选、沉淀、过滤、离心等处理方式,其化学处理包括焚烧、焙烧、浸出等处理方法,生物处理包括好氧和厌氧分解等处理方式。固体废物处置<disposalofsoildwastes>。是指最终处置或安全处置,是解决固体废物的归宿问题,如堆置、填埋、海洋投弃等。§1固体废物的来源和分类一.固体废物的来源来源于人类活动的许多环节,主要包括生产过程和生活过程的一些环节,如采矿、冶金、火电、居民生活等。固体废物的来源大体上可分为两类：一是生产过程中所产生的废物<不包括废气和废水>称为生产废物；另一类是在产品进入市场后在流动过程中或使用、消费后产生的固体废物,称生活废物。二.固体废物的排量参照国家环保总局每年的环境质量公报。三.固体废物的分类按组成分为有机废物和无机废物；按形态分为固体和泥状；按来源可以分为工业废物、矿业废物、城市垃圾、农业废物和放射性废物；按其危害程度可分为有害废物和一般废物。就其来源简单分析。〔一工业固体废物指工业生产过程中和工业加工过程产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥等。1.冶金固体废物2.燃料灰渣3.化学工业固体废物4.石油工业固体废物5.粮食、食品工业固体废物6.其他〔二矿业固体废物主要是指废石和尾矿。〔三城市固体废物指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等过程产生的固体废物,一般分为：1.生活垃圾2.城建渣土3.商业固体废物4.粪便〔四农业固体废物主要包括植物秸秆和人畜粪便。〔五放射性固体废物核燃料生产、加工,同位素的应用,核电站,核研究机构,医疗单位,放射性废物处理。〔六有害固体废物§2固体废物的污染及其控制一.固体废物的污染途径二.固体废物污染的危害〔一侵占土地〔参见国家环保总局网页〔二污染土壤〔三污染水体〔四污染大气〔五影响环境卫生三.固体废物污染控制主要从两个方面着手,一是防治固体废物污染,二是综合利用废物资源。〔一改革生产工艺1.采用无废或少废技术2.采用精料3.提高产品质量和使用寿命,不使过快的变成废物。〔二发展物质循环利用工艺〔三进行综合利用〔四进行无害化处理与处置§3固体废物的处理处置方法一.固体废物处理方法固体废物处理是指将固体废物转变为适于运输、利用、贮存或最终处置的过程。固体废物处理方法有物理处理、化学处理、生物处理、热处理、固化处理。〔一物理处理：压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取。〔二化学处理：氧化、还原、中和、化学沉淀和化学溶出等。〔三生物处理：好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理。〔四热处理：焚烧、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结等。〔五固化处理：主要是针对有害废物和放射性废物。二.固体废物处置方法固体废物处置是指最终处置或安全处置,是固体废物污染控制的末端环节,是解决固体废物的归宿问题。其方法主要包括海洋处置和陆地处置两大类。海洋处置方法包括深海投弃和远洋焚烧；陆地处置包括土地耕作、工程库或贮留地贮存、土地填埋和深井灌注几种。§4控制固体废物污染技术政策〔无害化、资源化、减量化一、我国控制固体废物污染技术政策的产生20世纪60年代中期以后,环保工作开始受到很多国家的重视,特别是西方工业发达国家,开始对污染治理技术进行深入的研究和广泛的应用,逐步形成了一系列处理方法,20世纪70年代,针对废物处置场地紧张,处理费用大,以及资源短缺等现实问题,西方国家提出了"资源循环"口号,开始从固体废物中回收资源和能源,逐步发展成为控制废物污染的途径—资源化。我国固体废物污染控制工作起始于20世纪80年代初期,起步较晚,在短期内还不可能在较大的范围内实现"资源化"。因此,我国于20世纪80年代中期提出了以"资源化"、"无害化"、"减量化"作为控制固体废物污染的技术政策,并确定今后较长—段时间内应以"无害化"为主。〔一无害化：指将固体废物通过工程处理,达到不损害人体健康,不污染周围自然环境的目的。基本任务是将固体废物通过工程处理,达到不损害人体健康,不污染周围的自然环境。诸如,垃圾的焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理。其中"高温快速堆肥处理工艺"和"高温厌氧发酵处理工艺",在我国都已达到实用程度。"厌氧发酵工艺"用于废物"无害化"处理工程的理论也已经基本成熟,具有我国特点的"粪便高温厌氧发酵处理工艺",在国际上一直处于领先地位。〔二.减量化固体废物"减量化"的基本任务是通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。这—任务的实现,需从两个方面着手：一是对固体废物进行处理利用；二是减少固体废物的产生。对固体废物进行处理利用,属于物质生产过程的末端。固体废物采用压实、破碎等处理手段,可以减小固体废物的体积,达到减量并便于运输、处置等目的。如污泥经过浓缩、脱水、干燥等处理后,可去除大部分水分从而减小体积,便于运输,处置。〔三.资源化固体废物"资源化"的基本任务是采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。固体废物的"资源化"是固体废物的主要归宿。从资源开发过程看,利用固体废物作原料,可以省去开矿、采掘、选矿、富集等一系列复杂工作,保护和延长自然资源寿命,弥补资源不足,保证资源永续,且可节省大量的投资,降低成本,减少环境污染,保持生态平衡,具有显著的社会效益。以开发有色金属为例,每获得1t有色金属,要开采出33t矿石,剥离出26.6t围岩,消费成百吨水和8t左右的标煤,而且要产生几十吨的固体废物以及相应的废气和废水。许多固体废物含有可燃成分,且大多具有能量转换利用价值。例如具有高发热量的煤矸石,可以通过燃烧回收热能或转换为电能,也可用以代土节煤生产内燃砖。由此可见,固体废物的"资源化"具有可观的环境效益、经济效益和社会效益。Chap2固体废物的收集、运输与压实教学目标:1.掌握工业固体废物的收集、运输2.熟练掌握城市垃圾的收集、运输3.理解固体废物的压实教学重点：城市垃圾的收集、运输教学难点：城市垃圾的收集、运输学时安排：4学时§1工业固体废物的收集、运输在我国,工业固体废物处理的原则是"谁污染,谁治理"。一般,产生废物较多的工厂在厂内外部建有自己的堆场,收集,运输工作由工厂负责。零星、分般的固体废物<工业下脚废料及居民废弃的日常生活用品>则由商业部所属废旧物资系统负责收集。此外,有关部门还组织城市居民、农村基层供销合作社收购站代收废旧物资。对大型工厂,回收公司到厂内回收,中型工厂则定人定期回收,小型工厂划片包干巡回回收。并配备管理人员,设置废料仓库,建立各类废物"积攒"资料卡,开展经常性的收集和分类存放活动。收集的品种有黑色金属、有色金属,橡胶、塑料、纸张,破布、麻,棉,化纤下脚、牲骨,人发,玻璃,料瓶,机电五金、化工下脚、废油脂等16个大类1000多个品种．仅上海市物资回收公司1983年回收总量即达169万吨,其中工业废料占85％。该公司不仅回收而且组织生产,将可以再利用的废物组织加工变成产品或原料加以利用。暂时不能利用的则暂时堆存,留待以后再处理。对有害废物专门分类收集,分类管理．§2城市垃圾的收集、运输城市垃圾收运并非单一阶段操作过程,通常包括三个阶段,构成一个收运系统。第一阶段是搬运与贮存,指由垃圾产生者〔住户或单位或环卫系统收集垃圾产生源头,将垃圾送至贮存容器或集装点的运输过程。第二阶段是收集和清除,通常是指垃圾的近距离运输。一般用清运车辆沿一定路线收集清除容器或其他贮存设施中的垃圾,并运至垃圾中转站的操作,有时也可就近直接送至垃圾处理厂或处置厂。第三阶段为转运,特指垃圾的远途运输,即在中转站将垃圾转载至大容器运输工具上,运往远处的处理处置场。这—阶段是收运管理系统中最复杂的,耗资也最大。清运效率和费用的高低,主要取决下列因素：①清运操作方式；②收集清运车辆数量、装载量及机械化装卸程度；③清运次数、时间及劳动定员；④清运路线。一.清运操作方法清运操作方法分移动式和固定式两种。<一>移动容器操作方法移动容器操作方法是指将某集装点装满的垃圾连容器一起运往中转站或处理处置场,卸空后再将空容器送回原处<一般法>或下一个集装点<修改法>,其收集过程示意见图。1.操作计算收集成本的高低,主要取决于收集时间长短,因此对收集操作过程的不同单元时间进行分析,可以建立设计数据和关系式,求出某区域垃圾收集耗费的人力和物力,从而计算收集成本。可以将收集操作过程分为四个基本用时,即集装时间、运输时间、卸车时间和非收集时间<其他用时>。〔1集装时间<Phcs>对常规法,每次行程集装时间包括容器点之间行驶时间,满容器装车时间,及卸空容器放回原处时间三部分。用公式表示为：Phcs=tpc+tuc+tdbc式中Phcs为每次行程集装时间,h/次；tpc为满容器装车时间,h/次；tuc为空容器放回原处时间,h/次；tdbc为容器间行驶时间,h/次。如果容器行驶时间已知,可用下面运输时间公式估算。<2>运输时间<h>运输时间指收集车从集装点行驶至终点所需时间,加上离开终点驶回原处或下一个集装点的时间,不包括停在终点的时间。当装车和卸车时间相对恒定时．则运输时间取决于运输距离和速度。从大量的不同收集车的运输数据分析,发现运输时间可以用下式近似表示：h=a+bx式中,h为运输时间,h／次；a为经验常数,h／次；b为经验常数,h／km；x为往返运输距离,km／次。<3>卸车时间专指垃圾收集车在终点<转运站或处理处置场>逗留时间,包括卸车及等待卸车时间。每一行程卸车时间用符号S<h／次>表示。<4>非收集时间非收集时间指在收集操作全过程中非生产性活动所花费的时间。常用符号ω<％>表示非收集时间占总时间百分数。因此,一次收集清运操作行程所需时间<Thcs>可用下式表示：Thcs=<Phcs+S+h>/<1-ω>也可以用下式表示：Thcs=<Phcs+S+a+bx>/<1-ω>当求出Thcs后,则每日每辆收集车的行程次数用下式求出：Nd＝H/Thcs式中,Nd为每天行程次数,次／d；H为每天工作时数,h／d；其余符号同前。每周所需收集的行程次数,即行程数可根据收集范围的垃圾清除量和容器平均容量,用下式求出：Nw＝Vw/<cf>式中,Nw为每周收集次数,即行程数,次／周<若计算值带小数时,需进值到整数值>；Vw为每周清运垃圾产量,m3/周；f为容器平均容量,m3/次；f为容器平均充填系数。由此,每周所需作业时间Dw<d／周>为：Dw=NwThcs应用上述公式,即可计算出移动容器收集操作条件下的工作时间和收集次数,编制作业计划。2．计算实例某住宅区生活垃圾量约280m3／周,拟用一垃圾车负责清运工作,实行改良操作法的移动式清运。已知该车每次集装容积为8m3／次,容器利用系数为0.67,垃圾车采用八小时工作制。试求为及时清运该住宅垃圾,每周需出动清运多少次?累计工作多少小时?经调查已知：平均运输时间为0.512h／次,容器装车时间为0.033h／次；容器放回原处时间0.033h/次,卸车时间0.022h/次；非生产时间占全部工时解：按公式Phcs=tpc+tuc+tdbc＝〔0.033＋0.033＋0h/次＝0.066h/次清运一次所需时间,按公式Thcs=<Phcs+S+h>/<1-ω>＝[<0.066+0.512+0.022>/<1-0.25>]h/次=0.80h/次清运车每日可以进行的集运次数,按公式Nd＝H/Thcs=<8/0.8>次/d=10次/d根据清运车的集装能力和垃圾量,按公式Nw＝Vw/<cf>＝[280/<8×0.67>]次/周＝53次/周每周所需要的工作时间为：Dw＝NwThcs＝〔53×0.8h/周＝42.4h/周<二>固定容器收集操作法固定容器收集操作法是指用垃圾车到各容器集装点装载垃圾,容器倒空后固定在原地不动,车装满后运往转运站或处理处置场。固定容器收集法的一次行程中,装车时间是关键因素。因为装车有机械操作和人工操作之分,故计算方法也略有不同。固定容器收集过程参见下图。1.机械装车每一收集行程时间用下式表示：Tscs＝〔Pscs＋S＋a＋bx/〔1－ω式中,Tscs为固定容器收集法每一行程时间,h/次；Pscs为每次行程集装时间,h/次；其余符号同前。此处,集装时间为：Pscs＝ct<tuc>+<Np-1><tdbc>式中,ct为每次行程倒空的容器数,个/次；tuc为卸空一个容器的平均时间,h/个；Np为每一行程经历的集装点数；tdbc为每一行程各集装点之间平均行驶时间。如果集装点平均行驶时间未知,也可用公式h=a+bx进行估算,但以集装点间距离代替往返运输距离x<km／次>。每一行程能倒空的容器数直接与收集车容积与压缩比以及容器体积有关,其关系式：ct=Vr/<cf>式中,V为收集车容积,m3/次；r为收集车压缩比；其余符号同前。每周需要的行程次数可用下式求出：Nw=Vw/<Vr>式中,Nw为每周行程次数,次／周；其余符号同前。由此每周需要的收集时间为：Dw=[NwPscs+tw<S+a+bx>]/[<1-ω>H]若单位是h/周,则不用除以H。式中,Dw为每周收集时间,d／周；tw为Nw值进到大整数值；其余符号同前。2.人工装车使用人工装车,每天进行的收集行程数为已知值或保持不变。在这种情况下日工作时间为：Pscs＝[<1-ω>H/Nd]-<S+a+bx>符号同前。每一行程能够收集垃圾的集装点可以由下式估算：Nr=60Pscsn／tp式中,n为收集工人数,人；tp为每个集装点需要的集装时间,人·min／点；其余符号同前。每次行程的集装点数确定后,即可用下式估算收集车的合适车型尺寸〔载重量V＝VpNp/r点数×量/压缩比式中,Vp为每一集装点收集的垃圾平均量,m3／次；其余符号同前。每周的行程数,即收集次数：Nw＝TpF/Np式中,Tp为集装点总数,点；F为每周容器收集频率,次／周；其余符号同前。例某住宅区共有1000户居民,由2个工人负责清运该区垃圾。试按固定式清运方式,计算每个工人清运时间及清运车容积,已知条件如下：每一集装点平均服务人数3.5人；垃圾单位产量1.2kg/<d·人>；容器内垃圾的容重120kg/m3；每个集装点设0.12m3的容器二个；收集频率每周一次；收集车压缩比为2；来回运距24km；每天工作8小时,每次行程2次；卸车时间0.10h/次；运输时间0.29h/次；每个集装点需要的人工集装时间为1.76分/点·人解按公式Nd＝H/Thcs反求集装时间：H=Nd<Pscs+S+h>/<1-ω>所以Pscs=<1－w>H／Nd－<S＋h>=[<1-0.15>×8/2-<0.10+0.29>]h/次＝3.01h/次一次行程能进行的集装点数目：Np＝60Pscsn／tp＝<60×3.01×2/l.76>点/次＝205点/次每集装点每周的垃圾量换成体积数为：Vp＝〔1.2×3.5×7/120m3/次＝0.285m清运车的容积应大于：V＝VpNp／r＝<0.285×205／2>m3/次=29.2m每星期需要进行的行程数：Nw＝TpF/Np=<1000×1/205>次/周＝4.88次/周每个工人每周需要的工作时间参照式Dw=[NwPscs+tw<S+a+bx>]/[<1-ω>H]：二.收集路线设计在城市垃圾收集操作方法、收集车辆类型、收集劳力、收集次数和作业时间确定以后,就可着手设计收运路线,以便有效使用车辆和劳力。收集清运工作安排的科学性、经济性关键就是合理的收运路线。国外对此十分重视。为了提高垃圾收运水平,不少国家都制定了垃圾车收运线路图。例如德国的城市垃圾收运系统比较完备,各清扫局都有垃圾车收集运输路线图和道路清扫图,收运路线图和清扫图把全市分成若干个收集区,明确规定扫路机的清扫路线以及这个地区的垃圾收集日、收集容器的数量及其车辆行驶路线等,收集地区的容器数量和安放位置等在路线图上都有明确标记,司机只需按照路线图的标志,在规定的收集日按收运路线去收集垃圾或进行清扫作业。一般,收集线路的设计需要进行反复试算过程,没有能应用于所有情况的固定规则。1.设计收运路线的一般步骤一条完整的收集清运路线大致由"实际路线"和"区域路线"组成。前者指垃圾收集车在指定的街区内所遵循的实际收集路线,后者指装满垃圾后,收集车为运往转运站<或处理处置场>需走过的地区或街区。在研究探索较合理的实际路线时,需考虑以下几点：①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；②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；③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；④在交通拥挤时间,避免在繁忙的街道上收集垃圾。设计收集路线的一般步骤包括：①准备适当比例的地域地形图,图上标明垃圾清运区域边界、道口、车库和通往各个垃圾集装点的位置、容器数、收集次数等,如果使用固定容器收集法,应标注各集装点垃圾量；②资料分析,将资料数据概要列为表格；③初步收集路线设计；④对初步收集路线进行比较,通过反复试算进一步均衡收集路线,使每周各个工作日收集的垃圾量、行驶路程、收集时间等大致相等,最后将确定的收集路线画在收集区域图上。2.设计收集清运路线实例例下图所示为某收集服务小区<步骤1已在图上完成>。请设计移动式和固定式两种收集操作方法的收集路线。两种收集操作方法若在每日8小时中必须完成收集任务,请确定处置场距B点的最远距离可以是多少?已知有关数据和要求如下：<1>收集次数为每周2次的集装点,收集时间要求在星期二、五两天；<2>收集次数为每周3次的集装点,收集时间要求在星期一、三、五三天；<3>各集装点容器可以位于十字路口任何一侧集装；<4>收集车车库在A点,从A点早出晚归；<5>移动容器收集操作从星期一至星期五每天进行收集：<6>移动容器收集操作法按交换式〔前图b进行,即收集车不是回到原处而是到下一个集装点。<7>移动容器收集操作法作业数据：容器集装和放回时间为0.033h／次；卸车时间为0.053h/次；<8>固定容器收集操作每周只安排四天<星期一、二、三和五>,每天行程一次；<9>固定容器收集操作的收集车选用容积35m3的后装式压缩车,压缩比为2<10>固定容器收集操作法作业数据；容器卸空时间为0.050h/次；卸车时间为0.10h／次；<11>容器间估算行驶时间常数a＝0.060h／次,b＝0.067h／km。<12>确定两种收集操作的运输时间、使用运输时间常数为a＝0.080h/次,b＝0.025h／km；<13>非收集时间系数两种收集操作均为0.15。解：1.移动容器收集操作法的路线设计<1>根据图3－1－3提供资料进行分析<步骤2>。收集区域共有集装点32个,其中收集次数每周三次的有<11>和<20>二个点,每周共收集3×2＝6次行程,时间要求在星期一、三、五3天；收集次数二次的有<17>、<27>、<28>、<29>四个点．每周共收集4×2＝8次行程,时间要求在星期二、五两天；其余26个点,每周收集一次,其收集l×26=26次行程,时间要求在星期一至星期五。合理的安排是使每周各个工作日集装的容器数大致相等以及每天的行驶距离相当。如果某日集装点增多或行驶距离较远,则该日的收集将花费较多时间并且将限制确定处置场的最远距离。三种收集次数的集装点,每周共需行程40次,因此,平均安排每天收集8次,分配办法列于表3－1－10<2>通过反复试算设计均衡的收集路线<步骤3和步骤4>。在满足表3—1—1规定的次数要求的条件下,找到一种收集路线方案,使每天的行驶距离大致相等,即A点到B点间行驶距离约为86km。每周收集路线设计和距离计算结果在表3—1—2中列出。<3>确定从B点至处置场的最远距离。①求出每次行程的集装时间。因为使用交换容器收集操作法,故每次行程时间不包括容器间行驶时间Phcs=tpc+huc=<0.033+0.033>h/次＝0.066h/次②利用公式Nd＝H/Thcs求往返运距：H＝Nd<Phcs+S+a+bx>/<1-ω>即8＝8×〔0.066＋0.053＋0.08＋0.025x/<1-0.15>x=26km/次③最后确定从B点至处置场距离。因为运距x包括收集路线距离在内,将其扣除后除以往返双程,便可确定从B点至处置场最远单程距离：1/2<26—86/8>=7.63<km>2.固定容器收集操作法的路线设计用相同的方法可求得每天需收集的垃圾量,安排如表3－1－3所列。根据所收集的垃圾量,经过反复试算制定均衡的收集路线,每日收集路线列于表3－1－4；A点和B点间每日的行驶距离列于表3－1－5。〔3从表3－1－4中可以看到,每天行程收集的容器数为10个,故容器间的平均行驶距离为：25.5／10＝2.55<km>。利用公式Pscs＝ct<tuc>+<Np-1><tdbc>可以求出每次行程的集装时间：Pscs＝ct<tuc＋tdbc>＝ct<tuc＋a＋bx>＝[10×〔0.05+0.06+0.067×2.55]h/次＝2.81h/次〔4利用公式Pscs＝<1-ω>H/Nd-<S+a+bx>求从B点到处置场的往返运距：H＝Nd<Pscs+S+a+bx>／<1-ω>8＝1×<2.8l＋0.10＋0.08＋0.x=152.4<km><5>确定从B点至处置场的最远距离：<152.4/2>km=76.2§3固体废物的压实压实又称压缩,它的原理是利用机械的方法减少垃圾的空隙率,将空气挤压出来增加固体废物的聚集程度。其目的有二：一是增大容重和减小体积,便于装卸和运输,确保运输安全与卫生,降低运输成本；二是制取高密度惰性块料,便于储存、填埋或作建筑材料。无论可燃、不可燃或放射性废物都可压缩处理。一.压实设备与流程1．设备按固体废物种类不同．它可分为金属类废物压实器和城市垃圾压实器两类。①金属类废物压实器金属类废物压实器主要有三向联合式和回转式两种。A.三向联合式压实器B.回转式压实器②城市垃圾压实器A.高层住宅垃圾压实器B.城市垃圾压实器2.流程下图是较为先进的国外城市垃圾压缩处理工艺流程。垃圾先装入四周垫有铁丝网的容器中,然后送入压缩机压缩,压力为160～200kgf/cm2〔1kgf＝9.8N,压缩为1/5。压块由上向推动活塞推出压缩腔,送入180～200℃沥青浸渍池10秒涂浸沥青防漏,冷却后经运输皮带装入汽车运往垃圾填埋场。压缩污水经油水分离器入活性污泥处理系统,处理水灭菌后排放。Chap3固体废物破碎教学目标:1.理解破碎基础理论重几个基本概念2.熟悉常见的破碎机及其工作原理3.低温破碎与湿式破碎技术和应用条件教学重点：基础理论重几个基本概念教学难点：学时安排：1学时§1破碎的基础理论一.破碎的目的利用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块的过程称为破碎：使小块固体废物颗粒分裂成细粉的过程称为磨碎。固体废物破碎和磨碎的目的如下：<1>使固体废物的容积减小,便于运输和贮存。<2>为固体废物的分选提供所要求的入选粒度,以便有效地回收固体废物中某种成分。<3>使固体废物的比表面积增加,提高焚烧、热分解,熔融等作业的稳定性和热效率。<4>为固体废物的下一步加工作准备,例如,煤矸石的制砖、制水泥等,都要求把煤矸石破碎和磨碎到一定粒度以下,以便进一步加工制备使用。<5>用破碎后的生活垃圾进行填埋处置时,压实密度高而均匀,可以加快复土还原。<6>防止粗大、锋利的固体废物损坏分选、焚烧和热解等设备或炉膛。二.破碎的方法、破碎比和破碎流程破碎作用分为冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎和摩擦破碎。破碎比：破碎过程中,原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比。有两种表示方法。〔1用废物破碎前的最大粒度〔Dmax与破碎后的最大粒度〔dmax的比值来确定破碎比〔i。该法确定的破碎比称为极限破碎比,在工程设计中常被采用。根据最大物料直径来选择破碎机给料口的宽度。〔2用废物破碎前的平均粒度〔Dcp与破碎后的平均粒度〔dcp的比值来确定破碎比〔i。该法确定的破碎比称为真实破碎比,能较真实的反映破碎程度,在科研和理论研究中常被采用。破碎流程：单纯破碎,带预先筛分破碎工艺,带检查筛分破碎工艺、带预先筛分和检查筛分破碎工艺。§2破碎机鄂式破碎机,锤式破碎机,冲击式破碎机,剪切式破碎机、辊式破碎机和球磨机等。§3低温破碎与湿式破碎对于在常温下难以破碎的固体废物,可以利用其低温变脆的性能而有效的破碎,也可以利用不同的物质脆化温度的差异进行选择性的破碎,即所谓低温破碎技术。低温破碎通常采用液氮作为制冷剂,液氮具有制冷温度低、无毒、无爆炸危险等优点。Chap4固体废物的分选教学目标:1.理解并掌握筛分基本理论2.掌握重力分选3.了解磁力分选4.了解电力分选5.理解并掌握浮选6.了解其他分选方法7.了解并熟悉分选回收工艺系统教学重点：筛分基本理论；重力分选；浮选教学难点：浮选学时安排：3学时固体废物分选简称废物分选,是废物处理的一种方法<单元操作>,目的是将其中可回收利用的或不利于后续处理,处置工艺要求的物料分离出来。废物分选是根据物质的粒度、密度、磁性,电性、光电性,摩擦性,弹性以及表面润湿性的不同而进行分选的。可分为筛选<分>、重力分选,磁力分选,电力分选、光电分选、摩擦及弹性分选,以及浮选等。§1筛分一、筛分基本理论1.筛分原理筛分是利用筛子将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面,而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上,完成粗、细粒物料分离的过程。该分离过程可看作是物料分层和细粒透筛两个阶段组成的。物料分层是完成分离的条件,细粒适筛是分离的目的。通常用筛分效力来描述筛分过程的优劣。筛分效率是指筛分时实际得到的筛下产物重量与原料中所含粒度小于筛孔孔径的物料重量之比。即：％其中：Q为筛下物重量；Q0为入筛物料重量；α为原料中小于筛孔孔径的颗粒重量的百分含量。2.影响筛分效率的因素〔1.固体废物性质的影响固体废物的粒度组成对筛分效率影响较大。废物中"易筛粒"〔粒度小于筛孔3/4含量越多,筛分效率越高,而粒度接近筛孔尺寸的"难筛粒"越多,筛分效率则越低。固体废物的含水率和含泥量对筛分效率也有一定的影响。废物外表水分会使细粒结团或附着在粗粒上而不易透筛。当筛孔较大,废物含水率较高时,反而造成颗粒活动性的提高,此时水分废物颗粒形状对筛分效率也有影响,一般球形、立方形,多边形颗粒相对而言,筛分效率较高,而颗粒呈扁平状或长方块,用方形或圆形筛孔的筛子筛分,其筛分效率越低。〔2.设备性能的影响常见的筛面有棒条筛面、钢板冲孔筛面及钢丝编织筛网三种。其中棒条筛面有效面积小,筛分效率低,编织筛网则相反,有效面积大,筛分效率高,冲孔筛面介于两者之间。筛子运动方式对筛分效率有较大的影响,同一种固体废物采用不同类型的筛子进行筛分时,其筛分效率大致如下表所示。即使是同一类型的筛子,如振动筛,它的筛分效率也受运动强度的影响而有差别。如果筛子运动强度不足时,筛面上物料不易松散和分层,细粒不易透筛,筛分效率就不高；但运动强度过大又使废物很快通过筛面排出,筛分效率也不高。筛面宽度主要影响筛子的处理能力,其长度则影响筛分效率。筛面倾角是为了便于筛上产品的排出,倾角过小起不到此作用；倾角过大时,废物排出速度过快,筛分时间短,筛分效率低。一般筛面倾角以15一25°较适宜。〔3.筛分操作条件的影响连续均匀给料,及时清理、维修筛面,筛分效率就高。3.筛分设备及其应用固定筛：筛面由许多平行排列的筛条组成,水平或倾斜安装。分为格筛<装在粗破之前>和棒条筛〔粗破和中破之前。格筛一般安装在粗破机之前,以保证入料块度适宜。〔2滚筒筛〔转筒筛：筛面带孔的圆柱形筒体,轴线倾斜3～5度安装；截头圆锥筒体,轴线水平安装,高端入料,低端排筛上物。物料在筒内滞留时间25～30s,转速5～6r/min为最佳。〔3惯性振动筛：由不平衡物体的旋转所产生的离心惯性力使筛箱产生振动的一种筛子。重块产生的水平分力被刚度大的板簧吸收,垂直分力强迫板簧作拉伸及压缩的强迫运动。筛面运动轨迹为椭圆或近圆。适用于细粒、潮湿及粘性废物的筛分。〔4共振筛：是利用弹簧的曲柄连杆机构驱动,使筛子在共振状态下进行筛分。离心轮转动,连杆作往复运动,通过其端的弹簧将作用力传给筛箱；与此同时,下机体受到相反的作用力,筛箱、弹簧及下机体组成一弹簧系统,其固有自振频率与传动装置的强迫振动频率相同或相近,发生共振而筛分。共振筛的工作过程是筛箱的动能和弹簧的势能相互转化的过程。所以,在每次振动中,只需要补充为克服阻尼的能量,就能维持筛子的连续振动。这种筛子虽然比较大,但是功率消耗却很小。共振筛处理能力大,筛分效率高,但制造工艺复杂,机体较重。共振筛适用于废物的中细粒的筛分,还可以用于废物分选作业的脱水、脱重介质和脱泥筛分等。§2重力分选一、概述重力分选简称重选,是根据固体废物中不同物质颗粒间的密度差异,在运动介质中受到重力、介质动力和机械力的作用,使颗粒群产生松散分层和迁移分离,从而得到不同密度产品的分选过程。重力分选原理：一个悬浮在流体介质中的颗粒,其运动速度受到自身重力、介质阻力和介质的浮力三种力的作用。分别是FE〔重力、FB〔介质浮力、FD〔介质摩擦阻力。FFEFBFD式中：ρs为颗粒密度；Vg为颗粒体积,假定颗粒为球形,则：式中ρ为介质密度；介质摩擦阻力：式中：CD为阻力系数；V为颗粒相对介质速度,A为颗粒投影面积〔在运动方向上。当FE、FB、FD三个力达到平衡时,且加速度为零时的速度为末速度,此时有：即：CD是与颗粒的尺寸及运动状况有关,通常用雷诺数Re来表述。式中u为流体介质的粘度系数,γ为流体介质的动粘度系数。如果假定流体运动为层流,CD＝24/Re。可以进一步得出人们所熟知的斯托克斯公式：影响重力分选的因素,从上式可以看出有颗粒的尺度,颗粒与介质的密度差以及介质的年度。重力分选的介质有空气、水、重液〔密度大于水的液体、重悬浮液。重液最常用的是四溴乙烷和丙酮的混合物,另一种是五氯乙烷。重悬浮液的粘度不应太大,粘度增大会使可以在其中运动阻力增大,从而降低分选精度和设备生产率。降低悬浮液的年度可以提高物料分选速度,但会降低悬浮液的稳定性。故工业上为保持悬浮液的稳定,可以采用如下方法：①选择密度适当,能造成稳定悬浮液的加重介质,或在粘度要求允许的条件下,把加重介质磨碎一些；②加入胶体稳定剂,如水玻璃、亚硫酸盐、铝酸盐、淀粉、烷基硫酸盐、膨润土和合成聚合物等；③适当的搅拌促使悬浮液更加稳定。按介质不同,固体废物的重选可分为重介质分选,跳汰分选,风力分选和摇床分选等。各种重选过程具有的共同工艺条件是①固体废物中颗粒间必须存在密度的差异,②分选过程都是在运动介质中进行的,③在重力、介质动力及机械力的综合作用下,使颗粒群松散并按密度分层,④分好层的物料在运动介质流的推动下互相迁移,彼此分离,并获得不同密度的最终产品．二、重介质分选<一>基本原理通常将密度大于水的介质称为重介质。在重介质中使固体废物中的颗粒群按密度分开的方法称为重介质分选。为使分选过程有效地进行,需选择重介质密度<ρC>介于固体废物中轻物料密度<ρL>和重物料密度<ρW>之间,即ρL<ρC<ρW凡是颗粒密度大于重介质密度的重物料都下沉,集中于分选设备底部成为重产物,颗粒密度小于重介质密度的轻物料都上浮,集中于分选设备的上部成为轻产物,分别排出,从而达到分选的目的。可见,在重介质分选过程中,重介质的性质是影响分选效果的重要因素。<二>对重介质性能的要求重介质是由高密度的固体微粒和水构成的固液两相分散体系,它是密度高于水的非均匀介质。高密度固体微粒起着加大介质密度的作用,故称为加重质。最常用的加重质有硅铁,磁铁矿等。一般要求加重质的粒度为小于200目,占60--90％,能够均匀分散于水中,容积浓度一般为10-15％。重介质应具有密度高,粘度低,化学稳定性好<不与处理的废物发生化学反应>、无毒、无腐蚀性,易回收再生等特性。<三>、重介质分选设备目前常用的是鼓形重介质分选机。三.跳汰分选原理：将物料给入筛板上,形成密集的物料层,从筛板下周期性给入垂直变速的水流,透过筛板使床层松散并按密度分层,密度大的颗粒群集中到底层,透过筛板或特殊排料装置排出成重产品,密度小的颗粒群进入上层被水平水流带到机外成为轻产品。跳汰介质可以是水或者是空气。目前用于固体废物分选的介质都是水。跳汰分选是古老的选矿技术。国外主要用于混合金属的分离。四.风力分选〔一原理：以空气为分选介质,在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的方法,简称风选,又称气流分选。其分选设备按照工作气流的主流向可以分为水平、处置和倾斜三种类型,其中以垂直气流分选器使用最为广泛。五.摇床分选§3磁力分选§4电力分选§5浮选一、浮选原理浮选是在固体废物与水调制的料浆中,加入浮选药剂,并通人空气形成无数细小气泡,使欲选物质颗粒粘附在气泡上,随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层,然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内,通过适当处理后废弃。在浮选过程小,固体废物各组分对气泡粘附的选择性,是由固体颗粒、水、气泡组成的三相界面间的物理化学特性所决定的。其中比较重要的是物质表面的润湿性。固体废物中有些物质表面的疏水性较强,容易粘附在气泡上,而另一些物质表面亲水,不易粘附在气泡上。物质表面的亲水,疏水性能,可以通过浮选药剂的作用而加强。因此,在浮选工艺中正确选择、使用浮选药剂是调整物质可浮性的主要外因条件。二.浮选药剂根据药剂在浮选过程中的作用不同,可分为捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。<一>捕收剂捕收剂能够选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面上,使其疏水性增强,提高可浮性,并牢固地粘附在气泡上而上浮。良好的捕收剂应具备；①捕收作用强,具有足够的活性,②有较高的选择性,最好只对某一种物质颗粒具有捕收作用；③易溶于水、无毒、无臭,成分稳定,不易变质；④价廉易得。常用的捕收剂有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂两类。1.异极性捕收剂异极性捕收剂的分子结构包含两个基团：极性基和非极性基。极性基活泼能够与物质颗粒表面发生作用,使捕收剂吸附在物质颗粒表面,非极性基起疏水作用。典型的异极性捕收剂有黄药,油酸等。从煤矸石中回收黄铁矿时,常用黄药作捕收剂。2.非极性油类捕收剂非极性油类捕收剂主要成分是脂肪烷烃和环烷烃,最常用的是煤油,烃类油的整个分子是非极性的,难溶于水,具有很强的疏水性。在料浆中由于强烈搅拌作用而被乳化成微细的油滴,与物质颗粒碰撞接触时,便粘附于疏水性颗粒表面上,并且在其表面上扩展形成油膜,从而大大增加颗粒表面的疏水性,使其可浮性提高。从粉煤灰中回收炭,常用煤油作捕收剂。<二>起泡剂起泡剂是一种表面活性物质,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。浮选用的起泡剂应具备：①用量少,能形成量多、分布均匀,大小适宜、韧性适当和粘度不大的气泡,②有良好的流动性,适当的水溶性,无毒、无腐蚀性,便于使用,③无捕收作用,对料浆的pH变化和料浆中的各种物质颗粒有较好的适应性。常用的起泡剂有松油、松醇油,脂肪醇等。<三>调整剂调整剂的作用主要足调整其它药剂<主要是捕收剂>与物质颗粒表面之间的作用,还可调整料浆的性质,提高浮选过程的选择性。调整剂的种类较多,按其作用可分为以下四种：1．活化剂凡能促进捕收剂与欲选物质颗粒的作用,从而提高欲选物质颗粒可浮性的药剂称为活化剂,其作用称为活化作用。常用的活化剂多为无机盐,如硫化钠,硫酸铜等。2．抑制剂抑制剂与活化剂作用相反,其作用是削弱非选物质颗粒与捕收剂之间的作用,抑制其可浮性,增大其与欲选物质颗粒之间的可浮性差异,提高分选过程的选择性,起这种抑制作用的药剂称为抑制剂。常用的抑制剂有各种无机盐<如水玻璃>和有机物<如单宁、淀粉等>。3．介质的调整剂调整剂的主要作用是调整浆料的性质,使料浆对某些物质颗粒的浮选有利,而对另一些物质颗粒的浮选不利。例如,用它凋整料浆的离子组成,改变料浆的pH,调整可溶性盐的浓度等。常用的介质调整剂是酸类和碱类。4．分散与混凝剂调整料中细泥的分散,团聚与絮凝,以减小细泥对浮选的不利影响,改善和提高浮选效果。常用的分散剂有无机盐类<如苏打、水玻璃等>和高分子化合物<如各类聚磷酸盐>。常用的混凝剂有石灰、明矾、聚丙烯酰胺等。三.浮选设备我国应用最多的是机械搅拌式浮选机。四.浮选工艺过程及应用浮选工艺包括以下程序：浮选前料浆的调制；加药调整；充气浮选。§6其他分选方法磁力分选、电选等,摩擦与跳汰分选、光电分选等。§7分选回收工艺系统调整：主要是废物的破碎、磨碎等,目的是得到粒度适宜,基本上是单体解离的颗粒,浮选的料浆浓度必须适合浮选的工艺要求。浮选是固体废物资源化的一种重要技术,我国以应用于从分煤灰中回收炭,从煤矸石中回收硫铁矿,从焚烧炉灰渣中回收金属等。Chap5污泥的浓缩与脱水教学目标:1.掌握污泥的分类及特性2.掌握污泥的性质指标3.熟悉并掌握污泥处理的目的和方法4.理解并掌握污泥中水分的存在形式及其分离性能5.熟悉并掌握污泥调理的方法6.掌握污泥的洗涤原理和作用7.掌握加药调理；熟悉热处理；掌握熟悉污泥脱水常用设备和原理教学重点：污泥的性质指标；污泥中水分的存在形式及其分离性能；污泥调理的方法；加药调理教学难点：污泥中水分的存在形式及其分离性能学时安排：4学时§1概述在给水和废水处理中,不同处理过程产生的各类沉淀物,漂浮物等统称为污泥。污泥的成分、性质主要取决于处理水的成分、性质及处理工艺,其分类很复杂,有多种多样分类方法,并有不同的名称。<一>污泥的分类及特性<1>按来源分,大致有给水污泥、生活污水污泥和工业废水污泥三类。<2>根据污泥从水中分离过程可分为沉淀污泥<包括物理沉淀污泥,混凝污泥、化学污泥>及生物处理污泥<指污水在二级处理过程中产生的污泥,包括生物滤池、生物转盘等方法得到的腐殖污泥及活性污泥法得到的活性污泥>。现代污水处理厂污泥大部分是沉淀污泥和生物处理污泥的混合污泥。<3>按污泥成分和性质可分为有机污泥和无机污泥。以有机物为主要成分的有机污泥可简称为污泥,具主要特性是有机物含量高,容易腐化发臭,颗粒较细,密度较小,含水率高且不易脱水,是呈胶状结构的亲水性物质,便于用管道输送。生活污水污泥或混合污水污泥均属有机污泥。<4>以无机物为主要成分的无机污泥常称为沉渣,沉渣的特性是颗粒较粗,密度较大,含水率较低且易于脱水,但流动性较差,不易用管道输送。给水处理沉砂池以及某些工业废水物理、化学处理过程中的沉淀物均属沉渣,无机污泥一般是疏水性污泥。<5>更常用的是按污泥在不同处理阶段分类命名：生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥,干燥污泥及污泥焚烧灰。<二>污泥的性质指标为了合理地处理和利用污泥,必须先摸清污泥的成分和性质,通常需要对污泥的以下指标进行分析鉴定。1污泥的含水率、固体含量和体积污泥中所含水分的含量与污泥总质量之比称为污泥含水率<％>,相应地固体物质在污泥中质量比例称为固体含量<％>。污泥的含水率一般都很大,相对密度接近1。主要取决于污泥中固体的种类及其颗粒大小。通常,固体颗粒越细小,其所含有机物越多,污泥的含水率越高。2污泥的脱水性能为了降低污泥的含水率,减小体积,以利于污泥的输送、处理和处置,都必须对污泥进行脱水处理。不同性质的污泥,脱水的难易程度不同,可用脱水性能表示。3挥发性固体与灰分挥发性固体能够近似地表示污泥中有机物含量,又称为灼烧减量。灰分则表示无机物含量,又称为固定固体或灼烧残渣。4污泥的可消化性污泥中的有机物是消化处理的对象,其中一部分是能被消化分解的,另一部分是不易或不能被消化分解的,如纤维素等。常用可消化程度来表示污泥中可被消化分解的有机物数量。5污泥中微生物生活污泥、医院排水及某些工业废水<如屠宰场废水>排出的污泥中,含有大量的细菌及各种寄生虫卵。为了防止在利用污泥的过程中传染疾病,必须对污泥进行寄生虫卵的检查并加以适当处理。<三>污泥处理的目的和方法1目的污泥处理的主要目的有三方面。<1>降低水分,减少体积,以利于污泥的运输、储存及各种处理和处置工艺的进行。<2>使污泥卫生化,稳定化。污泥常含有大量的有机物,也可能含有多种病原菌,有时还含其他有毒有害物质。必须消除这些会散发恶臭、导致病害及污染环境的因素,使污泥卫生而稳定无害。<3>通过处理可改善污泥的成分和性质,以利于应用并达到回收能源和资源的目的。随着废水处理技术的推广和发展,污泥的数量越来越大,种类和性质也更复杂。废水中有毒有害物质往往浓缩于污泥之中,所以无论从量到质,污泥是所有废物中影响环境造成危害最为严重的因素,必须重视对污泥的处理和处置问题。2方法常用的污泥处理方法有浓缩、消化、脱水、干燥、焚烧、固化及最终处置。由于污泥种类、性质、产生状态、来源及其他条件不同,可采取下述不同的处置方法：<1>当污泥稳定、无流出和溶出、不发生恶臭、自燃等情况时,可以直接在地面弃置或考虑地耐力因素而作填埋处置；<2>污泥虽含有机物会产生恶臭,但不致流出、溶出时,可选择适宜地区将污泥直接进行地面处置、分层填埋或土壤混匀处置,也可经燃烧、湿式氧化等方法把有机成分转换成稳定无害的物质<水、二氧化碳,氮气等>,使所剩的无机物再进行地面处置或填埋处置；<3>对于稳定、无害,在数量、浓度方面可通过水体自净作用加以净化的污泥,可直接排入指定地区的海域中；<4>有环境影响、但为数不多的污泥,考虑其溶出、产生气体和恶臭、易着火等因素,需直接进行地下深埋；<5>含有害物质的污泥,需经过固化处理<用水泥、石灰、水玻璃、各种树脂等作为胶结剂,在常温或150～300℃①浓缩→机械脱水→处置脱水滤饼；②浓缩→机械脱水→焚烧→处置灰分；③浓缩→消化→机械脱水→处置脱水滤饼；④浓缩→消化→机械脱水→焚烧→处置灰分。在决定污泥处理系统时,应当进行综合性研究。不仅要从社会效益、经济效益、环境效益全面衡量,还要对系统各处理工艺进行探讨和评价,最后进行选定。污泥浓缩、消化及脱水是应用最广的主要处理方法。§2污泥浓缩污泥含水率很高,一般有96％～99％,主要有间隙水〔占污泥水分总量的70％、毛细结合水〔占20％、表面吸附水、内部结合水等。污泥浓缩的目的就是降低污泥中水分,缩小污泥的体积,但仍保持其流体性质,有利于污泥的运输、处理与利用。浓缩后污泥含水率仍高达85％～90％以上,可以用泵输送。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩、气浮浓缩与离心浓缩。一、污泥中水分的存在形式及其分离性能1.间隙水被大小污泥块固体包围着的间隙水,并不与固体直接结合,作用力弱,因而很容易分离。这部分水是污泥浓缩的主要对象。当间隙水很多时,只需在调节池或浓缩池中停留几小时,就可利用重力作用使间隙水分离出来。间隙水约占污泥水分总量的70％。2.毛细结合水在细小污泥固体颗粒周围的水,由于产生毛细现象,可以构成如下几种结合水：在固体颗粒的接触面上由于毛细压力的作用而形成的楔形毛细结合水,充满于固体本身裂隙中的毛细结合水。各类毛细结合水约占污泥中水分总量的20％。由毛细现象形成的毛细结合水受到液体凝聚力和液固表面附着力作用,要分离出毛细结合水需要有较高的机械作用力和能量,可以用与毛细水表面张力相反的作用力,例如离心力、负压抽真空、电渗力或热渗力等,常用离心机、真空过滤机或高压压滤机来去除这部分水。3.表面吸附水污泥常处于胶体状态,例如活性污泥属于凝胶,污泥的胶体颗粒很小,比表面积大,故表面张力作用吸附水分较多。表面吸附水的去除较难,特别是细小颗粒或生物处理后污泥,其表面活性及剩余力场强,粘附力更大,不能用普通的浓缩或脱水方法去除。常要用混凝方法加入电解质混凝剂,以达到凝结作用而易于使污泥固体与水分离。4.内部<结合>水一部分污泥水被包围在微生物的细胞膜中形成内部结合水。内部水与固体结合得很紧,要去除它必须破坏细胞膜。用机械方法是不能脱除的,但可用生物作用<好氧堆肥化、厌氧消化等>使细胞进行生化分解,或采用其他方法<见第三节>破坏细胞膜,使内部水变成外部液体从而进行去除。以上3、4两部分水约占污泥中水分的10％,都可以采用人工加热干化热处理或焚烧法去除。<一>重力浓缩污泥浓缩的脱水对象主要是间隙水。浓缩是减少污泥体积最经济有效的方法,其中,利用自然的重力作用分离污泥液的重力浓缩是使用最广泛和最简便的浓缩方法。进行污泥浓缩操作的构筑物称为浓缩池。§3污泥调理<一>污泥调理的方法污泥调理是为了提高脱水效率的一种预处理,是为了经济地进行后续处理而有计划改善污泥性质的措施。污泥调理方法有洗涤<淘洗调节>、加药<化学调节>、热处理及冷冻熔融法。以往主要采用洗涤法和以石灰、铁盐、铝盐等无机混凝剂为主要添加剂的加药法,近年来,高分子混凝剂得到广泛应用,并且后两种方法也受到重视。特别在以污泥作为肥料再利用时,为了不使有效成分分解,采用冷冻熔融是有益的。在有液化石油气废热可利用时,用冷冻熔融法更为有利。选择上述调理工艺时,必须从污泥性状、脱水的工艺、有无废热可利用及与整个处理、处置系统的关系等方面综合考虑决定。<二>污泥的洗涤污泥的选涤适用于消化污泥的预处理,目的是节省加药<混凝剂>用量,降低机械脱水的运行费用。污泥加药调节所用的混凝剂,一部分消耗于挥发性固体<中和胶体有机颗粒>,一部分消耗于污泥水中溶解的生化产物。生污泥经过厌氧消化的甲烷发酵期,会同时生成钙、镁、铵的重碳酸盐,使消耗于液相组分的混凝剂数量激增。污泥水的重碳酸盐碱度的浓度可由数百mg/L增加到2000~3000mg/L。按固体量计算。碱度增加60倍以上。如果先不除去重碳酸盐,就要消耗大量药剂用于下述反应。铁盐混凝剂：FeCl3＋3NH4HCO3→Fe<OH>3↓＋3NH4Cl＋3CO22FeCl3＋3Ca<HCO3>2→Fe<OH>3↓＋3CaCl2＋6CO2铝盐混凝剂：Al3++3HCO3→Al<OH>3↓＋3CO2A12<SO4>3＋3Ca<HCO3>2→2Al<OH>3↓＋3CaSO4＋6CO2↑按上述反应计算,l份重碳酸盐碱度<以CaCO3计>要消耗1.16份FeCl3或1.14份A12<SO4>3。由于消化后碱度增加几十倍,因此液相组分的混凝剂是很不经济的,需要进行污泥的洗涤处理,洗涤用水为污泥的2～5倍,目的就是降低碱度,节省混凝剂用量。对于消化污泥来说,仅用加药调理法<用FeCl3>的效果差,需要混凝剂量也多,洗涤法的效果较好,洗涤后加药调理效果最好,达到同样的比阻抗值,可节省大量的混凝剂。加以使比阻抗值降低到0.1×109s2/g为例,加药调理法,需投加FeCl3约14％,而洗涤后,只需加FeCl3约3％,或加聚合氯化铝约0.8％。一般情况下,经洗涤以后,混凝剂的消耗量可节约50％～80％。一般经验,进行机械脱水的污泥,其比阻抗值在0.1～0.4×109s2/g之间较为经济。各种污泥比阻抗值均大于此值。洗涤水可用二次沉淀池出水或河水,污泥洗涤过程包括用洗涤水稀释污泥、搅拌、沉淀分离撇除上清液。由于颗粒大小不同有不同的沉降速度及有机微粒的亲水性,故污泥洗涤能去除部分有机微粒,还能降低污泥的黏度,所以能提高污泥的浓缩、脱水效果。但是当循环用水时,有机微粒会逐渐在水中富集。故洗涤后上清液BOD5与悬浮物浓度常高达2000mg/L以上,必须回流到污水处理厂处理,不能直接排放。另外,洗涤水会将污泥中氮带走,降低污泥的肥效。所以当污泥用作土壤改良剂或肥料时,不一定采用洗涤工艺。对浓缩生污泥来说,洗涤的效果较差,这时可采取直接加药的方式进行调理。<三>加药调理<化学调节>加药调理就是在污泥中加入助凝剂、混凝剂等化学药剂,促使污泥颗粒絮凝,改善其脱水性能。1助凝剂与混凝剂的分类<1>助凝剂助凝剂本身一般不起混凝作用,而在于调节污泥的pH值,供给污泥以多孔状网格的骨骼,改变污泥颗粒结构,破坏胶体的稳定性,提高混凝剂的混凝效果,增强絮体强度。助凝剂主要有硅藻土、珠光体、酸性白土、锯屑、污泥焚烧灰、电厂粉尘及石灰等惰性物质。助凝剂的使用方法有两种：—种是直接加入污泥中,投加量一般为10～100mg/L；另一种是配制成1％～6％糊状物,预先粉刷在转鼓真空过滤介质上,成为预覆助滤层,随着转鼓的转动,每周刮去0.01～0.1mm。待刮完后再涂上。<2>混凝剂污泥调理常用的混凝剂包括无机混凝剂与高分子混凝剂两大类。无机混凝剂是一种电解质化合物,主要有铝盐[硫酸铝A12<SO4>3·18H2O,明矾及三氯化铝AlCl3等]和铁盐[三氯化铁FeCl3,绿矾FeSO4·7H2O,硫酸铁Fe2<SO4>3等],高分子混凝剂是高分子聚合电解质,包括有机合成剂及无机高分子混凝剂两种。国内广泛使用高聚合度非离子型聚丙烯酰胺<PAM><简称聚丙烯酰胺,又叫三号混凝剂>及其变性物质。无机高分子混凝剂卞要是聚合氯化铝<PAC>。使用混凝剂需注意如下几点：<1>当用三氯化铁和石灰剂时,需先加铁盐再加石灰,这时过滤速度快,节省药剂。反之则不能。<2>高分子混凝剂与助凝剂合用时,一般应先加助凝剂压缩双电层,为高分子混凝剂吸附污泥颗粒创造条件,才能最有效地发挥混凝剂的作用。高分子混凝剂与无机混凝剂联合使用,也可以提高混凝效果。<3>机械脱水方法与混凝剂类型有一定关系,通常,真空过滤机使用无机混凝剂或高分子混凝剂效果差不多,压滤脱水对混凝剂的适应性也较强。离心脱水则要求使用高分子混凝剂而不宜使用无机混凝剂。<4>泵循环混合或搅拌均会影响混凝效果,增加过滤比阻抗,使脱水困难。故需注意适度进行。<四>热处理将污泥加热,可使部分有机物分解及亲水性有机胶体物质水解,同时污泥中细胞被分解破坏,细胞膜中水游离出来,故可提高浓缩性与脱水性能。这种过程称为污泥的热处理,也叫蒸煮处理。对于脱水性能差的活性污泥特别有效。这是由于活性污泥的泥团内含有内部水,即使用添加剂脱水,这些水分也难以分离,通过加热处理,可使细胞分解、蛋白质原生质被释放的同时,蛋白质和胶质细胞膜被破坏,形成由可溶性蛋白酶<缩多氨酸>、氨氮、挥发酸及碳水化合物组成的褐色液体,留下矿物质和细胞膜碎片,故提高了污泥的沉降性能和脱水性能。热处理法可分为高温加压处理法与低温加压处理法两种。1高温加压处理法高温加压处理法是把污泥加温到170～200℃,压力为10～15MPa,反应时间1～2h。热处理后的污泥,经浓缩即可使含水率降低到80～87％,比阻抗降低到0.1×109s2/g。再经机械脱水,泥饼含水率可降低到30～45％。2低温加压处理法高温高压处理后的分离液中溶解性物质比原污泥高约2倍,分离液需要进行处理。所以考虑用低温加压处理,该法反应温度较低〔在150℃以下,有机物的水解受到控制,与高温加压法比较,分离液中的BOD5<五>冷冻熔融处理法冷冻熔融法是为了提高污泥的沉淀性能和脱水性而使用的预处理方法。污泥一旦冷冻到－20℃§4污泥脱水为了有效而经济地进行污泥干燥、焚烧及进一步处置,必须充分地脱水而减量化,使污泥当作固态物质来处理,所以在整个污泥处理系统中,过滤、脱水是最重要的减量化手段,也是不可缺少的预处理工序。污泥脱水包括自然干化与机械脱水,其本质上都属于过滤脱水范畴,基本理论相同。<一>过滤基本理论过滤是给多孔过滤介质<简称滤材>两侧施加压力差而将悬浊液过滤分成滤渣及澄清液两部分的固液分离操作。过滤操作所处理的悬浊液<如污泥>称为滤浆,所用的多孔物质称为过滤介质,通过介质孔道的液体称为滤液,被截留的物质称为滤饼或泥饼。产生压力差<过滤的推动力>的方法有四种：①依靠污泥本身厚度的静压力<如污泥自然干化场的渗透脱水>；②在过滤介质的一面造成负压<如真空过滤脱水>；③加压污泥把水分压过过滤介质<如压滤脱水>；④产生离心力作为推动力<如离心脱水>。<二>过滤介质过滤介质是滤饼的支承物,它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。工业上常用的过滤介质主要有以下几类：<1>织物介质又称滤布,包括由棉、毛,丝、麻等天然纤维及由各种合成纤维制成的织物,以及用玻璃丝,金属丝等织成的网状物,织物介质在工业上应用最广；<2>粒状介质包括细砂,木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质,多用于深层过滤；<3>多孔固体介质是具有很多微细孔道的固体材料,如多孔陶瓷,多孔塑料丛多孔金属制成的管或板。此类介质多耐腐蚀,且孔道细微,适用于处理只含少量细小颗粒的腐蚀性悬浮液及其他特殊场合。在污泥机械脱水中,滤布起着重要作用,影响脱水的操作与成本,因此必须认真地选择。对于不同的污泥,不同的脱水机械,可以采用不同的试验方法,确定最佳滤布。各种滤布中,棉、毛、麻织品的使用寿命较短,约400～1000h,不锈钢丝网耐腐蚀性强,但价格昂贵,毛纤织物符合机械脱水的各项要求,使用寿命一般可达5000～10000h。目前,棉织物的应用逐渐减少,而涤纶、棉纶及维纶等的使用逐渐增加。〔三过滤脱水设备真空过滤脱水设备是转鼓式真空过滤机；压滤脱水设备主要有自动板框压滤机和厢式全自动压滤机两种；滚压脱水设备和离心机。Chap6固体废物固化教学目标:1.理解并掌握衡量固化处理效果的两项主要指标2.掌握水泥固化3.熟悉沥青固化4.熟悉塑料固化5.熟悉玻璃固化6.熟悉其他固化方法教学重点：水泥固化；衡量固化处理效果的两项主要指标教学难点：水泥固化学时安排：2学时固体废物的固化最早用来处理放射性污泥和蒸发浓缩液,后来用来处理电镀污泥、铬渣等危险废物。固体废物的固化主要用于：①对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理,使得满足填埋处置要求；②其他处理过程所产生的残渣,例如焚烧产生的灰分的无害化处理,其目的是最终对其进行处置；③在大量土壤被有害污染物所污染的情况下对土壤进行去污。§1概述废物固化是用物理—化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中,使其稳定化的一种过程。固化处理机理十分复杂,目前尚在研究和发展中,其固比过程有的是特有害废物通过化学转变或引入某种稳定的晶格中的过程；有的是将有害废物用惰性材料加以包容的过程,有的兼有上述两种过程。固化所用的惰性材料称为固化剂。有害废物经过固化处理所形成的固化产物称为固化体。固化技术,首先是从处理放射性废物发展起来的。欧洲、日本已应用多年,近年来,美国也很重视该技术的研究开发。我国在放射性废物的固化处理方面已做了大量的工作,并已进入工业化应用阶段。今天,固化技术已应用于处理多种有毒有害废物,如电镀污泥、砷渣,汞渣、氰渣、铬渣和镉渣等。对固化处理的基本要求包括①有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性,抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等,最好能作为资源加以利用,如作建筑基础和路基材料等；②固化过程中材料和能量消耗要低,增容比<即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比>要低,③固化工艺过程简单、便于操作,④固化剂来源丰富,价廉易得。⑤处理费用低。衡量固化处理效果的两项主要指标是固化体的浸出率和增容比。所谓浸出率是指固化体浸于水中或其它溶液中时,其中有害物质的浸出速度。因为固化体中的有害物质对环境和水源的污染,主要是由于有害物质溶于水所造成的。所以,可用浸出率的大小预测固化体在贮存地点可能发生的情况。浸出率的数学表达式如下：式中：Rin—标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率,g/<d·cm2>,ar—浸出时间内浸出的有害物质的量,mg,A0—样品中含有的有害物质的量,mg,F—样品暴露表面积,cm2,M—样品的质量,g,t—浸出时间,d。增容比是指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值,即式中；ci—增容比；V2—固化体体积,m3；V1—固化前有害废物的体积,m3。增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重要指标。固化技术可按固化剂分为水泥固化,沥青固化,塑料固化、玻璃固化,石灰固化等。§2水泥固化水泥固化是以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。一.水泥固化原理水泥是一种无机胶结剂,经水化反应后可形成坚硬的水泥块,能将砂,石等添加料牢固地凝结在一起。水泥固化有害废物就是利用水泥的这一特性。对有害污泥进行固化时,水泥与污泥中的水分发生水化反应生成凝胶,将有害污泥微粒分别包容,并逐步硬化形成水泥固化体。可以认为这种固化体的结构主要是水泥的水化反应产物3CaO·SiO3,水化结晶体内包进了污泥微粒,使得污泥中的有害物质被封闭在固化体内,达到稳定化,无害化的目的。水泥固化的化学反应：首先让废物料与硅酸盐水泥混合,如果废物中没有水分,则需向混合物中加水,以保证水泥分子跨接所必须的水合作用,所涉及的水合反应主要有以下几个方面：〔1硅酸三钙的水合反应：〔2硅酸二钙的水合反应：〔3铝酸三钙的水合反应：〔4铝酸四钙的水合反应：最终生成硅铝酸盐胶体的这一连串反应是一个速率很慢的过程,所以为了保证固化体得到足够的强度需要在有足够水分的条件下维持很长的时间对水化的混凝土进行保养。对于普通硅酸盐水泥,进行最为迅速的反应是：该反应 确定了普通硅酸盐水泥的初始状态。以水泥为基本材料的固化技术最适用于无机类型的废物,尤其是含有重金属污染物的废物。由于水泥所具有的高pH值,使得几乎所有的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式而被固化在固化体中。另一方面,有机物对水化过程有干扰作用,使最终产物的强度减小,并使稳定化过程变得困难。它可能导致生产较多的无定型物质而干扰最终的晶体结构形式。在固化过程中加入蛭石、粘土及可溶性的碳酸钠等物质,可以缓解有机物的干扰作用,提高水泥固化的效果。2CaO·SiO2,3CaO·SiO2慢速慢速中速2CaO·SiO2·水合物2CaO·SiO2·水合物Ca<OH>2＋水化硅酸钙胶体,加入若干Al2O3、Fe2O3和SO3含有Al2O3的水化硅酸钙胶体增加结晶产物3CaO·Al2O3＋CaSO4·2H2O4CaO·Al2O3＋Fe2O3·CaSO4＋2H2O＋Ca<OH>2生产更多的针状3CaO·Al2O3·Ca[SO4·<OH>2]水化物生产更多3CaO·〔Al2O3·Fe2O3CaSO4水化物针状结晶或固溶体六方形片状固溶体3CaO·<Al2O3·CaSO4>水化物3CaO·〔Al2O3·Fe2O3CaSO4水化物或3CaO·〔Al2O3·Fe2O3Ca[SO4·<OH>2]水化物六方形片状固溶体3CaO·〔Al2O3·Fe2O3Ca[SO4·<OH>2·SiO3]以及可能的4CaO·<Al2O3·Fe2O3>水化物形成由于废物组成的特殊性,水泥固化过程中常常会遇到混合不均,凝固过早或过晚,操作难以控制等困难,同时得到固化产品的浸出率高,强度较低。为了改变固化产品的性能,固化过程中需视废物的性质和对产品质量的要求,添加适量的必要的添加剂。添加剂分为有机和无机两大类,无机添加剂有蛭石、沸石、多种粘土矿物、水玻璃、无机缓凝剂、无机速凝剂和骨料等。有机添加剂有硬脂肪酸丁酯、δ-糖酸内酯、柠檬酸等。实践证明,采用水泥固化处理各种含有重金属的污泥十分有效。在固化过程中,由于水泥具有较高的pH值,使得污泥中的重金属离子在碱性条件下,生成难溶于水的氢氧化物或碳酸盐等。某些重金属离子也可以固定在水泥基体的晶格中,从而可以有效地防止重金属的浸出。二.水泥固化法的应用电镀污泥固化处理；汞渣水泥固化处理。三.水泥固化法的特点水泥固化法的主要优点是对电镀污泥处理十分有效；设备和工艺过程简单,设备投资,动力消耗和运行费用都比较低；水泥和添加剂价廉易得,对含水率较高的废物可以直接固化,操作在常温下即可进行,对放射性废物的固化容易实现安全运输和自动化控制等。水泥固化的缺点是①水泥固化体的浸出率较高,通常为10-4～10-5g/<cm2·d>,主要是由于它的空隙率较高所致,因此,需作涂覆处理,②水泥固化体的增容比较高,达1.5～2；③有的废物需进行预处理和投加添加剂,使处理费用增高；④水泥的碱性易使铵离子转变为氨气逸出,⑤§3沥青固化一、概述沥青固化是以沥青为固化剂与有害废物在一定的温度,配料比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应,使有害废物均匀地包容在沥青中,形成固化体。沥青具有良好的粘结性、化学稳定性与一定的弹性和塑性,对大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性。此外,它还具有一定的辐射稳定性。沥青固化一般用于处理中、低放射水平的蒸发残液,废水化学处理产生的沉渣,焚烧炉产生的灰烬、塑料废物,电镀污泥,砷渣等。二、沥青固化的基本方法放射性废物沥青固化的基本方法有高温熔化混合蒸发法,暂时乳化法和化学乳化法三种。三、沥青固化体的性质及其影响因素沥青固化体的主要性能指标是它在水中的浸出率,辐照稳定性和化学稳定性。它们分别受到沥青种类、加入的废物量、废物的化学组分和残余水分等的影响。<一>影响沥青固化体浸出率的因素1沥青的种类用不同类型的沥青所得固化体的浸出率不同,实验表明,采用直馏沥青效果较好。较软的沥青比较硬的沥青所得固化体浸出率低。2废物量、化学组成及混合状况由于沥青与废物之间存在复杂的物理和化学作用,过高的废物量将导致固化体浸出率的急剧上升。鉴于操作和安全上的考虑,一般应控制加入的废物量与沥青的重量比在40～50％。3残余水分固化体中的残余水分对固化体的浸出率有显著的影响。一般认为残余水分的存在将增加沥青中的细孔数量。为此,固化体中残余水分的重量百分数应控制在10％以下,最好小于0.5％4某些表面活性剂的影响加入某些表面活性剂可导致固化体浸出率的升高。<二>影响沥青固化体化学稳定性的因素在沥青固化过程中,沥青会与某些掺入的化合物、氧化剂等发生化学作用,从而影响固化体的化学稳定性。例如纯沥青的燃点一般为420℃左右,而在掺入硝酸盐,亚硝酸盐后,其燃点降至250～330§4塑料固化一、塑料固化原理塑料固化是以塑料为固化剂与有害废物按一定的配料比,并加入适量的催化剂和填料<骨料>进行搅拌混合,使其共聚合固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体,塑料固化技术按所用塑料<树脂>不同,可分为热塑性塑料固化和热固性塑料固化两类。热塑性塑料有聚乙烯,聚氯乙烯树脂等,在常温下呈固态,高温时可变成熔融胶粘液体,将有害废物捧合包容在塑料中,冷却后即形成塑料固化体。热固性塑料有脲醛树脂和不饱和聚酯等。脲醛树脂是一种无色透明的粘稠液体。对多孔性极性材料有较好的粘附力,使用方便,固化速度快,常温或加热都能很快固化。与有害废物所形成的固化体具有较好的耐水性,耐热性及耐腐蚀性能,价格较其它树脂便宜。其缺点是耐老化性能差。不饱和聚酯树脂在常温下有适宜的粘度,可在常温、常压下固化成型,固化过程中无小分子形成,因而使用方便,容易保证质量,适用于对有害废物和放射性废物的固化处理。不饱和聚酯树脂品种很多,按用途分有通用树脂,耐酸树脂和浇铸树脂等。二、塑料固化的应用及其特点<一>应用实例<二>塑料固化法的特点塑料固化可以在常温下操作,为使混合物聚合凝结仅加入少量的催化剂即可；增容比和固化体的密度较小。该法既能处理干废渣,也能处理污泥浆。塑料固化体是不可燃的。其主要缺点是塑料固化体耐老化性能较差,固化体一旦破