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南开大学固体废物处理与处置复习题


复习题:
第 1、3、4 章部分的内容
(1)固体废物概念
固体废物(简称固废)是指在社会的生产、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。 (放错了地方 的资源) 《中华人民共和国固体废物环境防治法》将它定义为: “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。 ”

(2)我国固体废物的分类、特点和特征
固体废物的分类 ? 按组成分:有机废物, 无机废物 ? 按形态分:固体(块状、粉状、粒状)废物, 泥状(污泥)废物 ? 按危害程度分:有害废物, 一般废物 ? 较多的是按来源分类: ? 工业固体废物:是指工业生产过程和工业加工过程产生的废渣、粉尘、 碎屑、污泥等,主要有以下几类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 ? 矿业固体废物:主要包括废石和尾矿 ? 城市固体废物:是指居民生活、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 ? 农业固体废物:是指农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民 生活活动排出的废物,如植物秸秆、人和禽畜粪便等。 ? 放射性固体废物: ? 有害固体废物:国际上称之危险固体废物。这类废物泛指放射性废物之 外,具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性因而可能对 人类的生活环境产生危害的废物。 ? 根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》分为城市生活垃圾、工业 固体废物和危险废物。 ? 日本将固体废物分成两类:产业固体废物和一般固体废物 ? 我国目前趋向将固体废物分为四类:城市生活垃圾,一般工业固体废物、有 害固体废物、其他。其中,一般工业固体废物系指不具有毒性和有害性的工 业固体废物。至于放射性固体废物,则自成体系,进行专门管理。 固体废物的特点和特征 ⒈ “资源”和“废物”的相对性 从固体废物定义可知,它是在一定时间和地点被丢弃的物质,是“放错地方 的资源”。因此,此处的“废物”,具有明显的时间和空间的特征。 ⒉ 成分的多样性和复杂性 固体废物成分复杂、种类繁多、大小各异,既有无机物又有有机物,既有非 金属又有金属,既有无味的又有有味的,既有无毒物又有有毒物,既有单质又有 合金,既有单一物质又有聚合物,既有边角料又有设备配件 。

⒊ 危害的潜在性、长期性和灾难性 它呆滞性大、扩散性小,它对环境的影响主要是通过水体、大气和土壤进行 的。 ⒋ 污染“源头”和富集“终态”的双重性 废水和废气既是水体、大气和土壤环境的污染源,又是接受污染物的环境。 固体废物则不同,它们往往是许多污染成分的终极状态。这些“终态”物质中的 有害成分,在长期自然因素的作用下,又会转入大气、水体和土壤,故又成为大 气、水体、土壤环境的污染“源头”。

(3)固体废物的污染途径和污染控制途径
固体废物的污染途径 固体废物特别是有害固体废物,处理处置不当,能通过不同途径危害人体健 康。通常,工矿业固体废物所含化学成分能形成化学物质型污染;人畜粪便和生 活垃圾是各种病源微生物的孽生地和繁殖场,能形成病原体型污染。 (固体废物 污染危害:侵占土地、污染土壤、污染水体、污染大气、影响环境卫生) 固体废物的危害 侵占土地,污染土壤,污染水体,污染大气,影响环境卫生 固体废物的污染控制途径 固体废物污染“源头”和“终态”特性告诉我们,控制“源头”、处理好 “终态物”是固体废物污染控制的关键。 固体废物污染控制需从两方面着手,一是防治固体废物污染,二是综合利用 废物资源。主要控制策略: 1.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,不使之过快的成为废物,即源头控制,少生产或不生产 2.发展物质循环利用工艺, 是一种产品的废物成为另一种产品的原料,如此 循环下去,最后只剩下少量的废物进入环境,以取得经济、环境和社会的综合效 益 3.进行综合利用: 有些固体废物中含有很大一部分未起变化的原料或者副产 物,可以回收利用 4.进行无害化处理与处置:有些固体废物通过消毒、热解、氧化-还原、焚 烧、固化处理等方式,改变废物中有害物质的性质,可是之转化为无害物质或使 有害物质达到国家规定的排放标准 5.末端治理,仍是有效手段

(4)固体废物的处理处置方法
固体废物处理是指将固体废物转变成适于运输、利用、贮存或最终处置的过程。 固体废物的处理方法有: ? 物理处理:通过浓缩或相变化改变固体废物的结构,使之成为便于运输、贮 存、利用或处置的形态。包括压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取等。 ? 化学处理:采用化学方法破坏固体废物中的有害成分从而达到无害化,或将 其转变成为适于进一步处理、处置的形态。包括氧化、还原、中和、化学沉 淀和化学溶出等。 ? 生物处理:利用微生物分解固体废物中可降解的有机物,从而达到无害化或 综合利用。如堆肥和制沼气。

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热处理:通过高温破坏和改变固体废物组成和结构,同时达到减容、无害化 或综合利用的目的。热处理方法包括焚化、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结 等。 ? 固化处理:采用固化基材将废物固定或包覆起来以降低其对环境的危害,因 而能较安全地运输和处置的一种处理过程。如水泥固化。 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。 固体废物的处置方法有: ? 海洋处置:深海投弃、海上焚烧 ? 陆地处置:土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋、深井灌注等

(5)全面阐述我国关于控制固体废物污染的技术政策
一、我国控制固体废物污染技术政策的产生 我国固体废物污染控制开始于 80 年代初期。 于 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,并确定今后较长一段时间内应以“无害化”为主。 固体废物处理利用的发展趋势必然是从“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。 二、“无害化” 基本任务: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(包括原生环境与次生环境)。 处理工程:垃圾的焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵,有害废物的 热处理和解毒处理等 三、“减量化” 基本任务:通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。 实现战略:一是对固体废物进行处理利用(属于物质生产过程的末端,即通 常人们所理解的“废弃物综合利用”,我们称之为“固体废物资源化”),二是 减少固体废物的产生 (属于物质生产过程的前端,需从资源的综合开发和生产过 程中物质资料的综合利用着手)。 四、“资源化” 基本任务:采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源 特点:保护和延长原生资源寿命,保证资源永续,节省投资,降低成本,减 少环境污染,保持生态平衡 “资源化”应遵循的原则:“资源化”技术是可行的;“资源化”的经济效 益比较好,有较强的生命力;废物应尽可能在排放源就近利用,以节省废物在贮 放、运输等过程的投资;“资源化”产品应当符合国家相应产品的质量标准,因 而具有与之相竞争的能力。

(6)全过程管理原则定义和意义
全过程管理原则:指对固体废物的产生、收集、运输、利用、贮存、处理和 处置的全过程及各个环节都实行控制管理和开展污染防治。 是从源头的生产到固 废的末端治理这一系列的过程中解决固废污染控制问题。 如:对危险废物,包括对其鉴别、分析、监测、实验等环节;对其处理、处

置、 包括废物的接收、 验查、 残渣监督、 操作和设施的关闭各环节的管理。 ——“从 摇篮到坟墓”的管理原则。

补充:
3 化原则:减量化,无害化,资源化 3C 原则:Clean, Cycle, Control 3R 原则 :1、减量化原则(reduce):减少废弃物的产生 2、再使用原则(reuse):要求制造产品能够以初始的形式被反复使用。 再使用原则要求抵制当今世界一次性用品的泛滥。 3、再循环原则(recycle):要求生产出来的物品在完成其使用功能后能 重新变成可以利用的资源,而不是不可恢复的垃圾。按照循环经济的思想,再循 环有两种情况,一种是原级再循环,即废品被循环用来产生同种类型的新产品; 另一种是次级再循环,即将废物资源转化成其它产品的原料。

(7)破碎目的和意义
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。 1.减小容积:使固体废物的容积减小,便于运输和贮存 2.控制粒度: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 物中的某种成分 3.增加比表面积: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.增大压实密度: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.防止破坏后续设备: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

(8)破碎方法
按破碎固体废物所用的外力, 即消耗能量的形式可分为机械能破碎和非机械 能破碎两类方法。 1.机械能破碎是利用破碎工具(如破碎机的齿板、锤子、球磨机的钢球等)对固 体废物施力而将其破碎的。主要有压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎等方法。 2.非机械能破碎是利用电能, 热能等对固体废物进行破碎的新方法, 如低温破碎, 热力破碎,减压破碎及超声波破碎等。 或分为:干式破碎(机械能破碎)、湿式破碎、干湿式破碎、特殊破碎

(9)鄂式破碎机结构和工作原理
颚式破碎机内有个非常重要的核心部件-可移动式颚板(简称动颚板)。通常按 照动颚板的运动特性将颚式破碎机分为简单摆动型和复杂摆动型, 也是目前工业 中应用最广的两种。

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简单摆动型颚式破碎机 1-机架;2-固定齿板;3-动颚齿板; 4-前肘板;5 -可动颚板;6-心轴;7-偏心轴;8-连杆;9-飞轮; 10-后肘板;11-拉杆;12-调整千斤顶 简单摆动颚式破碎机工作原理示意图 1-心轴;2-偏心轴;3-连杆;4-后肘板;5-前肘板 简单摆动颚式破碎机具体工作原理: 皮带轮带动偏心轴旋转时,偏心顶点牵动连杆上下运 动,也就牵动前后推力板作舒张及收缩运动,从而使动颚 时而靠近固定颚,时而又离开固定颚。动颚靠近固定颚时 就对破碎腔内的物料进行压碎、劈碎及折断。破碎后的物 料在动颚后退时靠自重从破碎腔内落下。 复杂摆动型颚式破碎机 1-机架;2-可动颚板;3-固定颚板;4,5-破碎齿 板;6-偏心转动轴;7-轴孔;8-飞轮;9-肘板;10 -调节楔;11-模块;12-水平拉杆;13-弹簧 复杂摆动型颚式破碎机具体工作原理: 复杂摆动型颚式破碎机与简单摆动颚式破碎机的 区别是少了一根动颚悬挂的心轴, 动颚与连杆合为一个 部件,没有垂直连杆,肘板也只有一块。可见,复杂摆 动颚式破碎机构造简单。 但动颚的运动却较简单摆动颚 式破碎机复杂, 动颚在水平方向有摆动, 同时在垂直方 向也运动, 是一种复杂运动, 故称为复杂摆动型颚式破 碎机。

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给料

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2 固 定 颚 动颚 3

排料 5

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新型颚式破碎机 进料 1-飞轮;2-偏心轴;3-动颚;4-定颚(机体) ;5 12 -转子;6-齿轮箱;7-下料斗;8-联轴器;9-电 机;10-三角带;11-皮带轮;12-进料斗 1 新型颚式破碎机主要工作原理和过程: 2 3 4 机器运转时, 物料从上端进料口进入, 经分离机 5 将物料分散到四周, 经过机身内部进行粉碎, 再从下 6 端出料口出料。 电动机驱动皮带和皮带轮, 通过偏心 8 7 轴使动颚上下运动, 当动颚上升时肘板和动颚间夹角 出料 变大, 从而推动动颚向定颚接近, 与此同时物料被挤 压、搓、碾等多重破碎;当动颚下行时,肘板和动颚间夹角变小,动颚板在拉杆、 弹簧的作用下离开定颚板, 此时已被破碎物料从破碎腔下口排出,随着电动机连 续转动,破碎机动颚作周期性的压碎和排料,实现批量生产。与同等规格的鄂破 机相比,其生产能力大、产品粒度小、破碎比大。

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(10)低温破碎及应用
低温破碎:利用物质在低温下易变脆的特性或者利用不同废物脆化温度的差异, 在低温下对其进行选择性破碎的过程,即为低温破碎。

低温破碎通常需要配置制冷系统,液氮具有制冷温 给料 度低、无毒、无爆炸危险等优点,常用来做制冷剂。然 液氮贮槽 而,由于制备液氮需耗用大量能源,且需要量较大,造 成费用昂贵,故其破碎对象仅限于常温难破碎的废物。 预冷装置 液氮 浸没冷却装置 工艺流程: 将固体废物如钢丝胶管、汽车轮胎、塑料等先投入 高速冲击破碎机 预冷装置,再进入浸没冷却装置,橡胶、塑料等易冷脆 皮带运输机 物质迅速脆化,送入高速冲击破碎机破碎,使易脆物质 脱落粉碎。破碎物质再进入各种分选设备进行分选。 风选 静电分离 磁选 筛选 低温破碎的应用: 塑料低温破碎;从金属混合物中回收铜、铝及锌的选择性低温破碎;废轮胎低温 破碎;废弃电路板的低温破碎

(11)湿式破碎及应用
湿式破碎是利用特制的破碎机将投入机内的 含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆 液的过程,从而可以回收垃圾中的纸纤维。这种 使含纸垃圾浆液化的特制破碎机称为湿式破碎 机。(湿式破碎是利用纸类、纤维类废物在水中 易调制成浆的特点,对纸类和纤维类垃圾进行回 收而发展起来的一种破碎方法。) 湿式破碎机的结构原理图: 1-电动机; 2-筛网;3-含纸垃圾;4-转 子;5-斗式脱水提升机;6-有色金属;7-铁; 8-循环用水;9-浆液;10-减速机
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(12)机械分选方法
机械分选常见的方法包括:利用粒度差异的筛选(也称筛分)、利用密度差 异的重力分选、利用磁性差异的磁力分选、利用导电性差异的电力分选(也称静 电分选)、利用表面润滑性差异的浮选、利用光电性(颜色或光泽)差异的光电 分选、利用摩擦性差异的摩擦分选、利用弹性差异的弹跳分选等等。

(13)重力分选定义及分类
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。 按照介质的不同,重力分选可分为水力分选、风力分选和摇床分选等。 水力分选是用水作介质进行的分选可分为:重介质分选和跳汰分选。 重介质分选:是在重介质(密度大于水的非均匀介质,包括重液和重悬浮液 两种流体)中使固体废物中的颗粒群按其密度的大小分开以达到分离目的的方 法。为能达到良好的分选效果,关键是重介质的选择。要求重介质的密度应介于 ?L ? ?C ? ?W 固体废物中轻物料密度和重物料密度之间,即: 跳汰分选:在垂直高速的水力作用下,使固体废物按密度分选的一种方法。 跳汰分选时,将固体废物放入跳汰机的筛板上,形成密集的物料层,从筛板的下

面周期性的给入脉冲水流, 使物料层松散并按密度分层,上层的轻物料被水平水 流带到机外,成为轻产物,下层的重料一部分透过筛板成为筛下重物,还有部分 筛上物质。 风力分选:简称风选,又称气流分选。是以空气为分选介质,在气流作用下 使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的一种方法。 按气流吹入分选设备内的方 向不同,分选设备可分为两种类型:水平气流分选和上升气流分选。 摇床分选:是在一个倾斜的床面上,借助床面的不对称往复运动和薄层斜面 水流的综合作用, 使细粒固体废物按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选的 一种方法。

(14)风选设备及应用
风力分选简称风选,又称气流分选。是以空气为分选介质,在气流作用下使 固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的一种方法。 按气流吹入分选设备内的方向不同,分选设备可分为两种类型:水平气流分 选机(又称为卧式风力分选机)和上升气流分选(又称为立式风力分选机)。

(15)电选基本原理
电力分选简称电选, 是利用固体废物中各种组分在 高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法。 电选分离过程示意图: 1-给料斗;2-辊筒电极;3-电晕电极;4-偏向电极; 5-高压绝缘子;6-毛刷 电选基本原理: 电选分离过程是在电选设备中进行的。 废物颗粒在电 晕-静电复合电场电选设备中的分离过程如图所示:废物 由给料斗均匀地给入辊筒上,随着辊筒的旋转,废物颗粒 进入电晕电场区,由于空间带有电荷,使导体和非导体颗 粒都获得负电荷,(与电晕电极电性相同),导体颗粒一面荷电,一面又把电荷 传给辊筒(接地电极),其放电速度快,因此,当废物颗粒随辊筒旋转离开电晕 电场区而进入静电场时, 导体颗粒的剩余电荷少, 而非导体颗粒则因放电速度慢, 致使剩余电荷过多。 导体颗粒进入静电场后不再继续获得负电荷, 但仍继续放电, 直至放完全部负电荷,并从辊筒上得到正电荷而被辊筒排斥,在电力、离心力和 中立分离的综合作用下,其运动轨迹偏离辊筒,而在辊筒前方落下。偏向电极的 静电引力作用更增大了导体颗粒的偏离程度。 非导体颗粒由于有较多的剩余负电 荷,将与辊筒相吸,被吸附在辊筒上,带到辊筒后方。

(16)静电鼓式分选过程
静电鼓式分选过程示意图 工作过程: 将含有铝和玻璃的废物通过电振给料器均匀地给 到带电辊筒上, 铝为良导体从辊筒电机获得相同符 号的大量电荷, 因而被辊筒电极排斥落入铝收集槽 内。玻璃为非导体,与带电辊筒接触被极化,在靠 近辊筒一端产生相反的束缚电荷, 被辊筒吸住, 随 辊筒带至后面被毛刷强制刷落进入玻璃收集槽, 从 而实现铝和玻璃的分离。

(17)浮选原理和浮选药剂
浮选原理: 浮选是在固体废物与水调制的料浆中 ,加入浮选剂,并通过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。 在浮选过程中,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。 浮选药剂: 1.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, 使其疏水性增加, 提高可浮性,并牢固的粘附在气泡上而上浮。常用的捕收剂有异极性捕收剂(黄

药类、脂肪酸类)和非极性油类捕收剂(煤油、柴油等) 。 2.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。常用的起泡 剂有松油、松醇油、脂肪醇等。 3.调整剂:主要作用是调整其他药剂(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。按作用可分为:活化剂、抑 制剂、介质的调整剂、分散与混凝剂。

固体废物
(1)焚烧处理固体废物如何实现“三化”原则?
许多固体废物含有潜在的能量,可通过焚烧回收利用。固体废物经过焚烧, 体积一般可减少 80 一 90%;而在一些新设计的焚烧装置中,焚烧后的废物体积 只是原体积的 5%或更少。 一些有害固体废物通过焚烧, 可以破坏其组成结构或杀灭病原菌, 达到解毒、 除害的目的。所以,城市固体废物的焚烧处理,能同时实现减量化、无害化和资 源化。是一条重要的处理、处置途径。

(2)固体废物的热值概念
固体废物的热值是指单位重量的固体废物燃烧释放出来的热量,以 k J/kg 表示。 热值有两种表示法,粗热值和净热值。粗热值是指化合物在一定温度下反应 到达最终产物的焓的变化。 净热值与粗热值产物水的状态不同, 粗热值水是液态, 净热值水是气态。所以,二者之差,就是水的汽化潜热。用氧弹量热计测量的是 粗热值。将粗热值转变成净热值可以通过下式计算:

(3)结合书中例题 2 计算固体废物的热值利用有关问题

(4)固体废物不同的燃烧方式的特点
一般根据不同可燃物质的种类,有三种不同的燃烧方式。 (1)蒸发燃烧,固体受热熔化成液体,继而化成蒸气,与空气扩散混合而燃烧, 蜡的燃烧属于这一类; (2)分解燃烧,固体受热后首先分解,轻的碳氢化合物挥发,留下固定碳及惰性 物,挥发分与空气扩散混合而燃烧,固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧。木 材和纸的燃烧属于这一类;含碳固体废物的燃烧大都属分解燃烧,可分成热解与 燃烧二个过程。 (3)表面燃烧,如木炭,焦等固体受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程,而是

在固体表面与空气反应进行燃烧。挥发分的燃烧是均相燃烧,反应速度快,而固 体表面的燃烧是不均相的,速度要慢得多。

(5)影响固体物质燃烧的因素

3T+E

(一)焚烧温度 大多数有机物的焚烧温度范围在 800~1000℃之间,通常在 800~900℃左右 为宜 。 (二)停留时间 对于垃圾焚烧,如温度维持在 850~1000℃之间,并有良好的搅拌和混合时, 燃烧气体在燃烧室内的停留时间约为 1~2 s。 (三)搅混强度 在焚烧过程中采用有效的搅动措施,使废物、助燃空气和燃烧气体之间充分 混合,可促进废物燃烧完全,减少污染物形成。 (四)过剩空气系数 根据经验,在通常情况下,过剩空气系数一般在 1.5~1.9 之间;但在某些特 殊情况下,过剩空气系数可能在 2 以上,才能达到较好的完全焚烧效果。

(6)有关停留时间的计算方法 k=Ae-E/RT
A——Arrhnius 常数 E——活化能 R——通用气体常数 T——绝对温度,K

CA0、CA——分别表示 A 组分的初始浓度和经过时间 t 后的浓度,g?mol 例题 1: 试计算在 800℃的焚烧炉中焚烧氯苯, 当 DRE 分别为 99%、 99.9%、 99.99% 的停留时间。 解:在 800℃的反应速度常数 k 为

k=Ae-E/RT
由表 7-3(P178)查得氯苯的 A 和 E 分别为 A=1.34*1017,E=76600

k=1.34*1017*e-76600/1.987*1073
k=33.407s-1 t(99%)=-(1/33.407)ln(0.01/1)=0.1378s

t(99.9%)=-(1/33.407)ln(0.001/1)=0.2068s t(99.99%)=-(1/33.407)ln(0.0001/1)=0.2757s 例题 2: 假设在一温度为 225℃的管式焚烧炉中分解纯二乙基过氧化物 (组分 A) , 进入焚烧炉的流苏为 12.1L/s,在 225℃的速度常数为 38.3s-1,预使二乙基过 氧化物的分解率达到 99.995%,炉的内径为 8.0cm,求炉长为多少? 解:假设是活塞流反应器,反应是不可逆的,反应的动力学方程为:

t=- ln(CA/CAO)
根据题意,DRE=99.995%,则 CA=5*10 所以, t=-5

CAO

ln(5*10-5)=0.259s
3

焚烧炉的体积 V=0.259*12.1=3.13L=3130cm
2 2

炉长 L=3130/(πD /4)=3130/(π8 /4)=62.3cm

(7)垃圾焚烧二噁英形成的途径、原理
垃圾焚烧时排放的二噁英来源于三条途径: ①生活垃圾中本身含有一定微量的二噁英,由于二噁英具有热稳定性,虽然大部 分二噁英会在高温燃烧时得以分解, 但仍会有一小部分的二噁英未分解而排放出 来; ②在燃烧过程中由含氯前驱物生成二噁英,前驱物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯 苯酚等,在燃烧中前驱物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过 程会生成二噁英,这部分二噁英在高温燃烧条件下大部分也会被分解; ③当因燃烧不充分而在烟气中产生过多的未燃烬物质,并遇适量的触媒物质(主 要为重金属,特别是铜等) 及 300℃~500℃的温度环境,则在高温燃烧中已经 分解的二噁英有可能会重新生成。

(8)二噁英的控制的主要方法包括?
①选用合适的炉膛和炉排结构,使垃圾在焚烧炉得以充分燃烧。 ②控制炉膛、二次燃烧室内及在进入余热锅炉前的烟道内烟气温度不低于 850℃,烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于 2s。 ③缩短烟气在处理和排放过程中处于 300℃~500℃温度域的时间。 ④在减温塔出口处喷射吸附能力极强的活性炭,吸附烟气中的二噁英。 ⑤选用高效袋式除尘器,提高除尘器效率,进一步去除二噁英。 ⑥根据需要适当投加碱性物质、含硫含氮化合物等抑制剂。 ⑦通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和 10 9 重金属含量高的物质进入垃圾焚烧炉。

( 9 )固体废物的焚烧设备的最主要原 理:多段炉、回转窑、流化床焚烧炉和 典型垃圾焚烧炉
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5
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(一)多段炉: 1-主燃烧嘴;2-热风发生炉;3-热风管;4-轴驱动马达;5-轴冷却风机;6 -中心轴;7-搅动臂;8-搅拌杆;9-排气口;10-加料口;11-热风分配室; 12-隔板;13-轴盖 原理: 脱水后的污泥滤饼或其它固体废物从炉顶进料口加入, 由耙齿耙向中央的落 口,落入下一段(层) ,再由下一段的耙齿耙向炉壁,由四周的落料口落入第三 段,以后依次向下移动,物料在炉膛内成螺线形运动。焚烧用的空气由中心轴的 内筒下部进入,然后进入搅拌臂的内筒流至壁端,由外筒回到中心轴的外筒,集 中于中心轴外筒的上部。 由管道送至炉底空气入口处进入炉膛。入口空气已被预 热到 150-200℃。进入炉膛的空气与下落的灰渣逆流接触,进行热量交换,即冷 却了灰渣又加热了空气。 把炉体分成三个操作区:最上部是干燥区,温度在 310~540℃之间,对固 体废物进行干燥、破碎;中部为焚烧区,温度在 760~1100℃之间,废物发生焚 烧;最下部为焚烧后灰渣的冷却区,灰渣进入该区与进来的冷空气进行热交换, 冷却至 150℃以下排出炉外。 该焚烧炉的优点是废物在炉内停留时间长, 对含水率高的废物可使水分充分 挥发,尤其是对热值低的污泥,燃烧效率高。 缺点是结构复杂、易出故障、维修费用高,因排气温度较低易产生恶臭,通 常需配备二次燃烧设备。 (二)回转窑: 1-燃烧喷嘴;2-重油贮槽;3-油泵;4-三次空气风机;5-一次及二次空气 风机;6-回转窑焚烧炉;7-取样口;8-驱动装置;9-投料传送带;10-除尘 器;11-旋风分离器;12-排风机;13-烟囱;14-二次燃烧室
13 1 6 9 10

2

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原理: 回转窑的轴线与水平稍成倾斜(1/100~1/300) ,窑身较长,下端有二次燃 烧室。重焦油、污泥等固体废物从窑的上部进入,随着窑的转动向下移动,空气 与物料行进的方向可以同向也可逆向。进入窑炉的物料与废气相遇,一边受热干 燥(200 ~ 300 ℃) ,一边受窑炉的回转而破碎,然后在窑的后段进行分解燃烧 (700~900℃) ,在窑内来不及燃烧的挥发分,进入二次燃烧室燃烧。焚烧的残 渣在高温烧结区(1100~1300℃)熔融,而排出炉外。如果需要辅助燃料可在焚 烧炉的上端或二次燃烧室加入。 回转窑焚烧炉的优点是适应范围广, 可焚烧不同性能的废物; 机械结构简单, 很少发生事故,能长期连续运转。 该焚烧炉的缺点是热效率低,只有 35%~40%左右,因此在处理较低热值 固体废物时,必须加入辅助燃料。排出的气体温度低,有恶臭,需要脱臭装置或

导入高温后在燃烧室焚烧。由于窑身长,占地面积大。
污泥

(三)流化床焚烧炉 空气 7 原理: 高压空气 自由空间 8 流化床焚烧炉是一垂直内衬耐火材料的钢 6 1 流化床层高度 制容器,在焚烧炉的下部安装有气流分布板, 静止床层高度 补助燃料 2 板上装有载热的惰性颗粒,典型的载热体多用 3 4 砂子。如果废物中含有无机物质,床层上的材 供常温燃烧用及流化用空气 燃烧用空气 料可被产生的无极物质逐渐置换。 5 空气从焚烧炉的下部进入,经过气流分布 板使床层产生流态化。固体废物由炉顶或炉侧 经预热的燃烧空气 进入炉内,与高温载热体及气流交换热量而被 干燥、粉碎并燃烧、产生的热量贮存于载热体中,并将气流的温度提高。焚烧温 度不可太高, 否则床层材料出现粘结现象。焚烧残渣可以在焚烧炉的上部与焚烧 废气分离,也可另外设置分离器,分离出的载热体再回到炉内循环使用。 该炉优点是流化床结构简单,造价便宜;床层反应温度均匀,很少发生局部 过热现象,床内温度容易控制;粒子与气体之间的传质与传热速度很快,单位面 积处理能力大; 强烈的混合反应能使有害有机物发生充分燃烧,并有效减少有毒 氧化物和氟化物的产生,降低了废气的净化难度;焚烧温度较低,能抑制氮氧化 物的产生。 但流化床法能耗较大,焚烧过程较缓慢,其扬尘较多,需加强除尘措施,并 不适于处理粘附性高的污泥等半流动态固体废物。 (四)典型垃圾焚烧炉 1-垃圾坑;2-起重机运转室;3-抓斗;4-加料 斗;5-干燥炉栅;6-燃烧炉栅;7-后燃炉栅;8 -残渣冷却水槽;9-残渣坑;10-残渣抓斗;11 14 15 -二次空气供给喷嘴;12-燃烧室;13-气体冷却 3 2 4 12 锅炉;14 -电除尘器; 15-多级旋风分离器; 16 11 16 13 18 5 -排风机;17-中央控制室;18-管理所 6 7 17 10 原理: 1 9 8 垃圾由小车送入垃圾坑内, 用抓斗放入加料斗 进入炉膛,炉膛分成干燥、燃烧和后燃烧三段。从 加料斗进入炉膛的固体废物首先在干燥炉栅上干燥后,随着炉栅的运动,移到燃 烧炉栅上进行分解燃烧, 所需的空气由炉栅下的风机供给。 未燃尽的固体随炉栅 的运动移到后燃烧炉栅,在此燃尽。灰渣落入熄火槽,辐射热和热气体与进入炉 膛内的垃圾换热后进入废热锅炉,与水换热以回收热量。同时经过冷却的气体, 经过除尘后,进入风机,由烟囱排出。

(10)堆肥化概念和分类
堆肥化是在控制条件下, 使来源于生物的有机废物,发生生物稳定作用的过 程。这一定义强调,堆肥原料来自生物界;堆制过程需在人工控制下进行,不同 于卫生填埋、废物的自然腐烂与腐化;堆制过程的实质是生物化学过程。 废物经过堆肥化处理, 制得的成品叫做堆肥。它是一类腐殖质含量很高的疏 松物质,故也称为“腐殖土”。废物经过堆制,体积一般只有原体积的 50-70%。

堆肥化系统分类方法有多种:按堆制方式可分为间歇堆积法和连续堆积法; 按原料发酵所处状态可分为静态发酵法和动态发酵法; 按堆制过程的需氧程度可 分为好氧法和厌氧法。

(11)固体废物好氧堆肥三个阶段
固体废物好氧微生物降解过程,依据温度变化,大致分成三个阶段,每一阶 段各有其独特的微生物类群。 (1)中温阶段:堆制初期,堆层呈中温(15-45℃)。此时,嗜温性微生物活 跃,利用可溶性物质糖类、淀粉不断增殖,在转换和利用化学能的过程中产生的 能量超过细胞合成所需的能量,加上物料的保温作用,温度不断上升,以细菌、 真菌、放线菌为主的微生物迅速繁殖。 (2)高温阶段:堆层温度上升到 45℃以上,便进入高温阶段。从废物堆积发 酵开始,不到 1 周的时间,堆温一般可达到 65-70℃,或者更高。此时,嗜温 性微生物受到抑制,甚至死亡,而嗜热性微生物逐渐替代嗜温性微生物的活动。 除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外, 半纤维素、 纤维素、 蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。在 50℃左右活动的主要是嗜热性真菌和 放线菌;60℃时,仅有嗜热性放线菌与细菌活动,70℃以上,微生物大量死亡或 进入休限状态。 在高温阶段,嗜热性微生物按其活性,又可分为三个时期:对数增长期、减 速增长期和内源呼吸期。 微生物经历三个时期变化以后,堆层便开始发生与有机 物分解相对立的腐殖质形成过程,堆肥物科逐步进入稳定状态。 (3)降温阶段:在内源呼吸期,微生物活性下降,发热量减少,温度下降,嗜 温性微生物再占优势, 使残留难降解的有机物进一步分解,腐殖质不断增多且趋 于“稳定”,堆肥便进入腐熟阶段。

(12)好氧堆肥程序、工艺、装置和影响因素
(一)典型的静态好氧发酵制堆肥程序 1 原料预处理 包括分选、破碎以及含水率和碳氮比调整。 2 原料发酵 (1)一次发酵:好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程称为一次发酵 或主发酵。它是指从发酵初期开始,经中温、高温然后到达温度开始下降的整个 过程,一般需 10-12 天,以高温阶段持续时间较长。 (2) 二次发酵: 物料经过一次发酵,还有一部分易分解和大量难分解的有机物存 在,需将其送到后发酵室,堆成 1-2 米高的堆垛进行二次发酵,使之腐熟。此时 温度持续下降,当温度稳定在 40℃左右时即达腐熟,一般需 20-30 天。 (3) 后处理:后处理包括去除杂质和进行必要的破碎处理 (二)发酵工艺与装置 1.条剁式系统: 条剁堆肥是将前处理后的堆料堆成高 1~2m,宽 2~3m 的条剁,上面用塑料布 或简易棚挡雨, 定期使用机械或人工翻堆方法进行自然通风供氧,使物料在好氧 条件下分解。在条剁堆肥系统中,翻堆是一个很重要的操作环节,翻堆必须保证 整体物料相对位置的转变。 2.强制通风静态垛系统:

强制通风静态垛系统是通过风机和埋在地下的通风管道进行强制通风供氧 的系统。对于强制通风静态垛系统,通风系统决定其能否正常运行,也是温度控 制的主要手段。在堆肥过程中,通风不仅为微生物分解有机物供氧, 同时也去 除二氧化碳和氨气等气体,并蒸发水分使堆体散热, 保持适宜的温度。 1.间歇式发酵工艺与装置 (1)间歇式发酵工艺 歇式发酵工艺是将原料一批一批地发酵,一批原料堆积之后不再添加新料, 待完成发酵成为腐殖土运出。 第一次发酵采用机械强制通风, 发酵期 10 天, 60℃ 高温保持 5 天以上,达到无害化。然后将第一次发酵堆肥通过机械分选,去除非 堆腐物,送去二次发酵仓,进行第二次发酵,一般 10 天左右即达到腐熟。 (2)间歇式发酵装置 有长方形池式发酵仓、倾斜床式发酵仓、立式圆筒形发酵仓等,并各配设通 风管,有的还配设搅拌装置。 2.连续发酵工艺与装置 (1)连续式发酵工艺 连续发酵工艺采取连续进料和连续出料方式发酵, 原料在一个专设的发酵装 置内完成中温和高温发酵过程。 这种系统除具有发酵时间短,能杀灭病源微生物 外,还能防止异味,成品质最比较高,已在美国、日本、欧洲广为采用。 (2)连续式发酵装置 丹诺发酵器、浆叶式发酵塔

(13) 好氧堆肥的影响因 素
1 有机物的含量: 堆肥物料适宜的有机物含量为 20-80%。有机物含量过低,不能提供足够的 热能,影响嗜热菌增殖,难以维持高温发酵过程。有机物还来大于 80%时,堆置 过程要求大量供氧,实践中常因供氧不足发生部分厌氧过程。 2 含水率: 在用生活垃圾制堆肥时,一般以含水率 55%为最佳。通常,生活垃圾的含水 率均低于此值,可添加粪稀或污水污泥等进行调节。 3 通风和耗氧速率: 微生物的耗氧速率一般在发酵反应的 60-80 小时达到峰值;在 200 小时左 右时进入初步稳定阶段, 耗氧速率变化缓慢。 堆肥过程适宜的氧浓度为 14-17%,

最低不应低于 10%。 好氧堆肥供氧方式有翻堆通风、风机供风、插入风管通风等。 4 碳氮比: 微生物每利用 30 份碳就需要 1 份氮,故初始物料的碳氮比为 30 :1 合乎堆 肥需要,其最佳值在 26:1-35:1 之间。成品堆肥的适宜碳氮比为 10:1-20:1 之间。由于初始原料的碳氮比一般都高于前述最佳值,故应加入氮肥水溶液、粪 便、污泥等调节剂,使之调到 30 以下。 5 温度: 整个堆肥过程的较佳温度是 35-55 摄氏度。 6 pH: 好氧堆肥初期,pH 值一般可下降为 5-6,尔后又开始上升,发酵完成前可 达 8.5-9.0,最终成品达到 7.0-8.0。 堆肥过程对上述各影响因素,特别是耗氧速率、水分和有机物含量三项理论 参数的控制特别重要。

(14)堆肥“三化”原则?
(一)堆肥的成分和养分 堆肥质量包括适于农用的成分和养分,符合卫生要求的无害化和腐熟度。堆 肥的成分和养分依其所用原料、工艺和堆制周期不同而有差异。 (二)堆肥的无害化 堆肥的无害化质量应从其中重金属含量和致病微生物的数量上进行考察。 近 年来,我国曾先后颁布了《农用污泥中污染物控制标准》 (GB4284)、 《城镇垃 圾农用控制标准》 (GB8172—87)以及包括《高温堆肥的卫生标淮》在内的《粪 便无害化卫生标准》 (GB7959—87)。 (三)堆肥的腐熟度 堆肥的腐熟度是指成品堆肥的稳定程度。 腐熟度评定方法: (1)直观经验法:成品堆肥显棕色或暗灰色,并具有霉臭的土壤气味,无明显的 纤维。 (2)淀粉测试法:淀粉测试法的理论依据是在正常的发酵过程中,堆肥的淀粉量 随时间增加而减少,一般当发酵到达第 4-5 周时,淀粉绝大部分分解,在最终成 品堆肥中,淀粉应全部消失。测定方法是将堆肥样品加入高氯酸溶液,搅拌、过 滤,用碘液检验滤液,如果变黄、略有沉淀物,表明堆肥已经稳定;如果呈现蓝 色,表明堆肥未腐熟。此法简便,适于现场检测用

(15)堆肥或发酵过程中各种原料的调配比例计算

例题:P251 例 3:人粪 100kg,含总固体量 20%;猪粪 100kg,含总固体量 20%;稻草 98.9kg, 含总固体量 90%。将其配制成固体含量为 6%的发酵料浆,需加多少水(W)? 解:根据上式有 6%=(100*20%+100*20%+98.9*90%)/(100+100+98.9+W) W=1851kg

(16)固体废物的最终处置概念和分类
固体废物的最终处置是为了使固体废物最大限度地与生物圈隔离而采取的 措施, 是解决固体废物的最终归宿问题,对于防治固体废物的污染起着十分关键 的作用。 固体废物处置的总的目标是确保废物中的有毒有害物质,无论现在和将 来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。 固体废物处置的基本要求是废物的 体积应尽量小,废物本身无较大危害性,处置场地适宜,设施结构合理,封场后 要定期对场地进行维护及监测。 固体废物处置的基本方法是通过多重屏障 (如天然屏障或人工屏障) 实现有 害物质同生物圈的有效隔离。固体废物的处置可分为海洋处置和陆地处置两大 类。 海洋处置是基于海洋对固体废物进行处置的一种方法,主要分为两类,一类 是传统的海洋倾倒; 一类是远洋焚烧。 海洋倾倒实际上是选择距离和深度适宜的 处置场, 把废物直接倒入海洋。 远洋焚烧是用焚烧船在远海对废物进行焚烧破坏, 主要用来处置卤化废物,冷凝液及焚烧残渣直接排入海中。 陆地处置是基于土地对固体废物进行处置。 根据废物的种类及其处置的地层 位置,陆地处置可分为土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋(卫生土地填 埋和安全土地填埋) 、浅地层埋藏以及深井灌注处置等几种。

(17)卫生土地填埋处置的概念和分类
卫生土地填埋是处置一般固体废物, 而不会对公众健康及环境安全造成危害 的一种方法,主要用来处理城市垃圾。 卫生土地填埋主要分为厌氧、好氧和准好氧三种。 好氧填埋类似高温堆肥,其主要优点是能够减少填埋过程中由于 垃圾降解 所产生的水分,进而可以部分减少由于浸出液积聚过多所 造成的地下水污染; 其次是好氧填埋分解的速度快,并且能够产生 高温,对消灭大肠杆菌等致病细 菌是十分有利的。但由于其结构复 杂,施工困难,造价高,不便推广应用。 世界上广泛应用的是厌氧式填埋,它结构简单,操作方便,施工费用低,同 时还能回收甲烷气体。

(18)卫生土地填埋场地的面积和容量计算

(19)浸出液的来源和特征
来源:降水、地表径流、地下水、垃圾含水 浸出液的性质:

(20)卫生土地填埋场气体的生成

(21)卫生土地填埋方法包括哪些?
(一)沟槽法

沟槽法是把废物铺撒在预先挖掘的沟槽内,然后压实,把挖出的土作为覆盖 材料铺撒在废物之上并压实, 即构成基础的填筑单元结构。构漕的大小要根据场 地水文地质条件来确定。通常沟的长度为 30-40m,深 0.9-1.8m,宽 4.5-7.5m。

(二)地面法 地面法是把废物直接铺撒在天然的土地表面上,压实后用薄层土壤覆盖,然 后再压实。地面法可在坡度平缓的土地上采用,但开始要建筑一个人工土坝,作 为初始填筑单元的屏蔽。因此最好是在采石场、露天矿、峡谷、盆地或其他类型 的洼地采用。该法适于处置大量的固体废物。

( 三) 斜 坡 法(混合法)

斜坡法是把废物直接铺撒在斜坡上, 压实后用工作面前直接得到的土壤加以 覆盖,然后再压实。

(22)安全土地填埋的概念
安全土地填埋实际上是一种改进的卫生土地填埋。 土地填埋场必须设置人造 或天然衬里,下层土壤或土壤同衬里相结合渗透率小于 10-8cm/s,最下层的土地 填埋物要位于地下水位之上; 要采取适当的措施控制和引出地表水;要配备浸出 液收集、 处理及监测系统; 如果需要, 还要采用覆盖材料或衬里以防止气体释出; 要记录所处置废物的来源、性质及数量,把不相容的废物分开处置。

(23)安全土地填埋场的结构
安全土地填埋场地的功能是接收、处理和处置有害废物。一个完整的安全土 地填埋场地主要由填埋场、辅助设施和未利用的空地组成。 场地的设计和规划应注意的主要问题是(1)废物处置前的预处理, (2)浸 出液的收集及处理, (3)地下水保护, (4)场地及其周围地表径流水的控制管理 等。
二层有机衬里 粘土 一层有机衬里 砂 泵 废物 正常地下 水位 浸出液 低地下水位 井点 可渗透土壤 膨润土泥浆璧 收集管 正常地下水位 泵 植被 土壤 砂和砾石

不渗透土壤


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