固废习题与答案

习题与答案

第一章绪论

一、名词解释

固体废物—固体废物污染环境防治法: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的物品、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。

根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中给出的定义,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。

固体废物处理—通常是指通过物理、化学、生物、物化及生化方法把固体废物转化为适于运输、贮存、利用或处置的过程。

固体废物处置—是指将固体废物焚烧或用其他改变固体废物的物理、化学、生物特性的方法,达到减少已产生的固体废物数量、缩小固体废物体积、减少或者消除其他危害成分的活动;或者将固体废物最终置于符合环境保护规定要求的场所或者设施并不再回取的活动。

城市生活垃圾—在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。

危险废物—被列入国家危险废物名录或者被国家危险废物鉴定标准和鉴定方法认定的具有危险性的废物。

二、简答

1. 固体废物的定义?我国将固体废物分为几类?

(1)根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中给出的定义,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。

(2)我国制定的《固体废物污染环境防治法》中,将固体废物分为工业固体废物(废渣)与城市垃圾和危险废物三类。

城市生活垃圾:在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。

工业固体废物:是指在工业、交通等生产活动中产生的固体废物,又称工业废渣或工业垃圾。

危险废物:危险废物是被列入国家危险废物名录或者被国家危险废物鉴定标准和鉴定方法认定的具有危险性的废物。

2.固体废物的固有特性?

(1)兼有废物和资源的双重性

体废物一般具有某些工业原材料所具有的物理化学特性,较废水、废气易收集、运输、加工处理,可回收利用。如前所述,固体废物是在错误时间放在错误地点的资源,具有鲜明的时间和空间特征。

(2)富集多种污染成分的终态,污染环境的源头

废物往往是许多污染成分的终级状态。一些有害气体或飘尘,通过治理,最终富集成为固体废物;废水中的一些有害溶质和悬浮物,通过治理,最终被分离出来成为污泥或残渣;一些含重金属的可燃固体废物,通过焚烧处理,有害金属浓集于灰烬中。这些“终态”物质中的有害成分,在长期的自然因素作用下,又会转入大气、水体和土壤,成为大气、水体和土壤环境的污染“源头”。

(3)所含有害物呆滞性大、扩散性大

固态的危险废物具有呆滞性和不可稀释性,一般情况下进入水、气和土壤环境的释放速率很慢。土壤对污染物有吸附作用,导致污染物的迁移速度比土壤水慢的多,大约为土壤水运移速度的1/(1~500)。

(4)危害具有潜在性、长期性和灾难性

由于污染物在土壤中的迁移是一个比较缓慢的过程,其危害可能在数年以至数十年后才能发现,但是当发现造成污染时已造成难以挽救的灾难性成果。从某种意义上讲,固体废物特别是危害废物对环境造成的危害可能要比水、气造成的危害严重得多。

3.什么是固体废物的“三化”处理?

固体废物的“三化”处理,指无害化、减量化和资源化。

无害化,指通过适当的技术对废物进行处理(如热解、分离、焚烧、生化分解等方法),

使其不对环境产生污染,不致对人体健康产生影响。

减量化,指通过实施适当的技术,减少固体废物的产生量和容量。其中,前者的实施主要在于清洁生产技术的开发与应用,从生产源头控制固体废物的产生;后者则包括分选、压缩、焚烧等方法,对固体废物进行处理和利用,从而达到减少固体废物容量的目的。

资源化,指采取各种管理和技术措施,从固体废物中回收具有使用价值的物质和能源,作为新的原料或者能源投入使用。广义的资源化包括物质回收、物质转换和能量转换三个部分。

固体废物的“三化”处理是固体废物处理的最重要的技术政策,其中无害化是前提,减量化和资源化是发展方向。

4.危险废物具有那些特性?

通常所称的危险废物一般具有以下五种性质中的一种或几种。

(1)易燃性

指该废物能够因产生热和烟而直接造成破坏,或者间接地提供一种能使其他危险废物扩散的媒介,或者能使其他非危险废物等。

(2)腐蚀性

指可能对操作人员造成人体损伤或者对盛装容器造成腐蚀甚至泄漏。

(3)反应性

指该废物可能通过自动聚合而与水或者空气发生强烈反应,或者对热和物理冲击无稳定性,或者易反应释放有毒气体和烟雾,或者易爆炸,或者具有强氧化性等。

(4)毒性

指能够对人体、动植物造成毒性伤害,一般分为浸出毒性、急性毒性、水生物毒性、植物毒性等。

(5)其他有害毒性

除了上述特性以外的有害特性,包括生物蓄积性、遗传变异性、刺激性等。

5.如何进行固体废物的污染控制?

(1)改进生产工艺

通过采用清洁生产工艺,选取精料,提高产品质量和使用寿命等方式,从源头减少固体废物的产生量。

(2)发展物质循环利用工艺和综合利用技术

通过使某种产品的废物成为另一种产品的原料,或者尽量回收固体废物中的有价值的成分进行综合利用,使尽可能少的废物进入环境,以取得经济、环境和社会的综合收益。(3)进行无害化的处理和处置

三、论述

1. 如何理解固体废物的二重性?固体废物污染与水污染、大气污染、噪音污染的区别是什么?

(1)固体废物是在错误时间放在错误地点的资源,具有鲜明的时间和空间特征。从时间方面讲,它仅仅相对于目前的科学技术和经济条件,随着科学技术的飞速发展,

矿物资源的日渐枯竭,昨天的废物势必又将成为明天的资源。从空间角度看,废

物仅仅相对于某一过程或者某一方面没有使用价值,而并非在一切过程或一切方

面都没有使用价值。某一过程的废物,往往是另一过程的原料。

(2)固体废物问题较之大气污染、水污染、噪音污染的环境问题有其独特之处,简单概括之为“四最”

①最难得到处理:固体废物由于含有的成分相当复杂,其物理性状也千变万化,因此

是“三废”中最难处置的一种。

②最具综合性的环境问题:固体废物的污染,不是单一的环境污染,它同时伴随者土

壤污染、水污染及大气污染等问题。

③最晚得到重视:固体废物的污染问题较之大气、水污染是最后引起人民重视的污染

问题,也是较少得到人民重视的问题。

④最贴近生活的环境问题:西方环境教育往往是从垃圾教育入手,这是因为固体废物

问题,尤其是城市生活垃圾最贴近人们的日常生活,是与人类生活最息息相关的环

境问题。人们每天都在产生垃圾、排放垃圾,同时也在无意识地污染我们的生存环

境,都会对资源、环境带来不良的影响。

2. 我国固体废物管理的目标及污染控制对策是什么?在整治固体废物方面,我们还应该做那些努力?

(1)固体废物管理的目标

20世纪80年代,我国提出了“减量化、资源化、无害化”的固体废物污染控制原则。减量化:通过适宜的手段,减少和减小固体废物的数量和容积。一方面减少固体废物的产生,另一方面对固体废物进行处理利用。

资源化:采取工艺措施,从固体废物中回收有用的物质和能源。

无害化:将固体废物通过工程处理,达到不损害人体健康,不污染周围环境的目的。技术上问题不大,关键是经济问题。

(2)固体废物的污染控制对策

①从污染源头开始改革或采用清洁生产工艺,少排废物。

②发展物质循环利用工艺第一种产品的废物作为第二种产品的原料

③强化对危险废物污染的控制实行从产生到最终无害化处置全过程的严格管理,即从摇篮

到坟墓(Cradle-to-Grave)的全过程管理模式。

④把固体废物纳入资源管理范围制定固体废物资源化方针和鼓励利用固体废物的政策。垃

圾发电优惠

⑤制定固体废物的管理法规

⑥提高全民认识,做好科学研究和教育

(2)自由发挥

3. 固体废物污染危害。

(1)侵占土地

固体废物产生以后,须占地堆放,堆积量越大,占地越多。

(2)污染土壤

废物堆置,其中的有害组分容易污染土壤。当污染土壤中的病原微生物于其他有害物质随天然降水径流火神流进入水体后就可能进一步危害人的健康。

(3)污染水体

垃圾在堆放腐败过程中会产生大量的酸性和碱性有机污染物并会将垃圾中的重金属溶解出来,是有机物、重金属和病原微生物三位一体的水体污染源,任意堆放或简易填埋的垃圾,其内部所含水量和淋入堆放垃圾中的雨水产生的渗滤液,流入周围地表水体和渗入土壤,会造成地表水或地下水的严重污染,致使污染环境的事件屡有发生。废渣直接排入河流、湖泊或海洋,能造成更大的水体污染。

(4)污染大气

一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下被微生物分解,能释放出有害气体,以细粒状存在的废渣和垃圾,在大风吹动下会随风飘逸,扩散到远处;固体废物在运输和处理过程中,也能产生有害气体和粉尘。

(5)影响环境卫生

我国工业固体废物的综合利用率很低。城市垃圾、粪便清运能力不高,很大部分工业废渣、垃圾堆放在城市的一些死角,严重影响城市容貌和环境卫生,对人的健康构成潜在威胁。

第二章固体废物的收集和运输

一、简答

1、废物的收集类型。

?混合收集:混合收集是指统一收集未经任何处理的原生废物的方式。

?分类收集:分类收集是根据废物的种类和组成分别进行收集的方式。

?定期收集:定期收集是指按固定的时间周期对特定废物进行收集的方式,适用于危险废物和大型垃圾的收集。

?随时收集:对于产生量无规律的固体废物,如采用非连续生产工艺或季节性生产的工厂产生的废物,通常采用随时收集的方式。

2、固体废物收集的原则和一般要求是什么?

固体废物收集总的原则是:收集方法应尽量有利于固体废物的后续处理,同时兼顾收集

方法的可行性。

一般来说,固体废物的收集应该满足以下几种要求:①危险废物和一般废物分开收集;

②工业废物和生活垃圾分开收集;③泥状废物和固态废物分开收集;④污泥应该进行脱水处理后再收集;⑤根据处理处置方法的相关要求,采取具体的相应的收集措施;⑥需要包装或盛放的废物,应根据运输要求以及废物的特性,选择合适的包装设备和容器,并且附以确切明显的标记。

3、中转站的作用及功能?中转站如何选址?在规划和设计中转站时,考虑因素?

(1)中转站的作用及功能

①集中收集和储存来源分散的各种固体废物

②对各种废物进行适当的预处理

③减低运输成本

(2)选址

①选择靠近服务区的中心或废物产量最多的地方

②选择靠近干线公路或交通方便的地方

③选择基建或操作最方便的地方

(3)考虑因素

①每天的转运量

②转运站的结构类型

③主要设备和附属设施

④对周围环境的影响

4、收运系统的优化分为几个阶段?

收运系统的优化分为以下五个阶段:

第一阶段,是居民将垃圾从家庭运到垃圾桶的过程;

第二阶段,垃圾装车的过程,对于有压缩装置的车辆还包括压缩过程;

第三阶段,垃圾车按收集路线将垃圾桶内垃圾进行收集;

第四阶段,垃圾由各个垃圾存放点运到垃圾场或中转站的过程;

第五阶段,垃圾由各中转站运送到处理处置设施的过程。

5、生活垃圾收集系统分为哪几类及影响收集成本的因素?

生活垃圾的收集系统一般分为拖曳容器系统和固定容器系统两种。

(1)拖曳容器系统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(传统法)或下一个集装点(改装点);拖曳容器收集成本的高低,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,从而计算成本。可以将收集操作过程分为四个基本用时,即装载时间、运输时间、卸车时间和非收集时间(其他用时)。

(2)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。

6、压实的原理及固体废物压缩后的优点?

压实是一种通过机械的方法对固体废物实行减容化,降低运输成本,便于装卸、运输、储存和延长填埋场寿命的预处理技术。

压实的原理是减少空隙率,将空气挤掉。采用高压压实,在分子间可能产生晶格的破坏使物质变性。

固体废物压缩后的优点:

①压缩捆包后填埋更容易布料更均匀,将来场地沉降也较均匀,捆包填埋也大大减少了飞扬碎屑的危害;

②城市生活垃圾经高压压实处理,由于过程的挤压和升温,可使垃圾中的BOD5、COD降低,大大降低了腐化性;

③用惰性固体废物压缩作为地基,上面只需覆盖很薄土层,所填埋地不需作其他处理或等待多年的沉降,即可利用;

④不再滋生昆虫等,可减少疾病传播与虫害,从而减轻了对环境的污染。

二、论述

1、论述收运线路的优化的目的、设计法则和一般步骤。

(1)目的:使空载行程最小,即整个收集过程最有效、最经济。消除空载行程的研究,国外早在1736年便已开始。

(2)设计法则: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;在交通拥挤时间,避免在繁忙的街道上收集垃圾;环绕街区尽可能采用顺时针方向。

(3)一般步骤:准备适当比例的地域地形图,表明垃圾清运区界边界、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;资料分析,将资料数据概要为表格;初步收集路线设计;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。

对于移动容器收集法,要求每天行驶的距离应大致相同;对于固定容器收集法,要求每天收集的垃圾量基本相同(各垃圾收集点收集频率不同),若每个点每天都需要收集,则考虑每个车收集的区域。计算收集时间时用前述公式。

2、如何进行城市垃圾收集路线的设计?

进行城市生活垃圾收集路线的设计,首先应该确定垃圾收集的操作方法、收集车辆的类型、收集的劳动量以及收集的次数和时间。目前,尚没有确定的规则适用于所有情况的收集路线的设计,一般常采用反复试算的方法。路线设计的主要问题在于如何使整个行驶距离最小,或者说空载行程最小。目前比较先进的设计方法是利用系统工程采取模拟的方法,求出最佳收集路线。

以拖曳容系系统为例简单介绍路线设计的步骤如下。

(1) 在商业区、工业区或者住宅区的大型地图上标出每个垃圾桶的放置点、垃圾桶

的数量以及收集频率,根据面积大小和放置点的数目将地区划分为长方形的小

面积。

(2) 根据上述的平面图,将每周收集频率相同的收集点的数目进行分析,将每天需

要出空的垃圾桶数目列成表格。

(3) 从调度站或者垃圾车停车场开始设计每天的收集线路,主要考虑因素有:

① 收集地点和收集频率应与现存的法规制度一致;

② 收集人员的多少应与车辆的类型和其他现实条件相协调;

③ 线路的开始与结束应该力求临近主要道路,尽可能利用地形和自然疆界作为线

路的疆界;

④ 在陡峭地区,线路开始应在道路倾斜的顶端,下坡收集便于车辆滑行;

⑤ 交通拥挤地区和垃圾量最大的地区的垃圾应该安排在一天的开始进行收集;

⑥ 线路上最后收集的垃圾桶应该离垃圾场最近;

⑦ 收集频率相同而垃圾量较小的收集点应该在同一天或者同一路程中收集。

(4)在初步路程设计好以后,应对垃圾桶之间的平均距离进行计算,使每条线路所

的距离基本相等或接近。如果相差太大应该重新进行设计。

三、计算

1、从一新建工业园区收集垃圾,根据经验从车库到第一个容器放置点的时间(t1)以及从最后一个容器到车库的时间(t2)分别为20min 和25min 。假设容器放置点之间的平均驾驶时间为10min ,装卸垃圾容器所需的平均时间为30min ,工业园区到垃圾处置场的单程距离为35km (垃圾收集车最高行驶速度为88km/h ),试计算每天能清运的次数和每天的实际工作时间(每天工作时间8h ,非工作因子为0.15,处置场停留时间为0.15h ,a 为0.012h ,b 为0.022h/km )。

解:①装载时间bc c c hcs d u p P ++=

h P h d h u p hcs bc c c 67.017.05.0),(17.0),(5.0=+===+

②每趟需要时间

)(37.2)235(022.0012.015.067.0)(h bx a s P T hcs hcs =??+++=+++=

③每天能够清运的次数

)/(55.237.2/)]42.033.0()15.01(8[/)]()1([21d T t t w H N hcs

d 次=+--=+--=

取整后,每天能够清运的次数为2次/d

④每天实际工作时间 )

(46.637

.2/]75.0)1([2h H w H =--= 2、某住宅区生活垃圾量约350m3/周,拟用一垃圾车负责清运工作,实行改良操作法的拖曳

容器系统清运,该垃圾车车库位于住宅区内。已知该车每次集装容积为8m3/次,容器利用系数为0. 7,垃圾车采用8小时工作制。试求为清运该住宅区垃圾,该垃圾车每周需工作多少小时?每日最多能清运多少次?经调查已知:平均运输时间为0.52h/次,容器装车时间为0.033h/次;容器放回原处时间0.033 h/次,卸车时间0.012 h/次,非生产时间占全部工时的25%。

解:装载时间:)/(066.00033.0033.0次h d u p P bc c c hcs =++=++=

清运一次所需时间:()0.0660.0120.520.598(/)hcs hcs T P s h h =++=++=次 每天可清运的次数:)/(03.10598.0/75.08/)]1([d T w H N hcs d 次=?=-=

取整后,每天能够清运的次数为10次/d

每周需要的清运次数:)/(5.62)7.08/(350)/(周次=?==cf V N w w

取整后,每周能够清运的次数为62次/周

每周需要的工作时间为:)/(08.37598.062周h T N D hcs w w =?==

3、某地拟建一高级住宅区,该区有1000套别墅。假设每天往处置场运送垃圾2趟,试选择垃圾车并计算每周需要的工作时间。

其中:垃圾产生量为0.025m3/(户.d);每个收集点设置垃圾箱2个;收集频率为1次/周;垃圾车压缩系数为2.5;每天工作时间8h ;每个收集点装载时间为1.43min ;每车配备工人2名;住宅区距垃圾处置场距离为18km ;速度常数a 和b 分别为0.08h 和0.0156h/km ;处置场停留时间s =0.083h ;非工作因子为0.15;t1和t2分别为0.3h 和0.4h 。

解:

由(2-15)可得

)1/()]()[(21w bx a s P N t t H scs d -+++++=

则每趟的装载时间为 )(325.2)2180156.008.0083.0(2/)]4.03.0(8)15.01[()

(/)]()1[(21h bx a s N t t H w P d scs =??++-+-?-=++-+--= 根据(2-16)计算每一行程清运的收集点数量

个)(19543.1/2325.260/60=??==p scs p t n P N 根据(2-18)计算需要的收集车辆的容积

)(65.135.2/1957025.0/3m r N V v P P =??==

每周需要收集的次数 )(13.5195/1000次==w N

根据(2-16)计算每周需要的工作量为 )

/(79.4]

8)15.01/[()]360156.008.0083.0(6325.213.5[2]

)1/[()]([2s 周d H w bx a s t P N T w cs w w =?-?++?+??=-+++??=

4、比较拖曳容器系统和固定容器系统

在一个商业区计划建一废物收集站。试比较废物收集站与商业区的距离不同时拖曳容器系统和固定容器系统的费用。假设每一系统只使用一名工人,行驶时间t1和t2包括在非

工作因子中。废物量为229m3/周,容器大小为6.1m3,容器容积利用系数为0.67,速度常数a 为0.022h ,b 为0.01375h/km ;废物收集点之间的平均距离为0.16km ,两种系统在收集点之间的速度常数a0为0.06h ,b0为0.042h/km ,非工作因子为0.15

(1) 拖曳容器系统:容器装载时间为0.33h ,容器卸载时间为0.033h ,处置场停留时间为0.053h ,该系统间接费用为400元/周,运行费用为15元/h

(2) 固定容器系统:废物收集车容积23m3,废物收集车压缩系数为2,废物容器卸载时间为0.05h ,处置场停留时间为0.10h ,该系统间接费用为750元/周,运行费用为20元/h 解:(1) 拖曳容器系统

① 根据(2-8)计算每周需要运输废物的次数,次/周

56)67.01.6/(229)/(=?==cf V N w w

② 根据(2-5)计算每趟平均装载时间,h 133.016.0042.006.0033.0033.00

0=?+++=+++=++=b a u p d u p P c c bc c c hcs

③ 每周需要工作的时间,d/周 x

x w H bx a s P N T hcs w w 113.071.1)]

15.01(8/[)01375.0022.0053.0133.0(56)]

1(/[)(+=-?+++=-+++= ④ 每周的运行费用,元/周

x x Q 6.132.205)113.071.1(815+=+??= (2) 固定容器系统

① 根据(2-13)计算每趟清运的容器个数,个/次

26.11)67.01.6/(223)/(=??==cf vr C t

② 根据(2-12)计算每趟的装载时间,h 217

.1)16.0042.006.0()111(05.011)

)(1()()1()(000=?+?-+?=+-+=-+=x b a n u C d n u C P p c t bc p c t hcs ③ 根据(2-14)计算每周需要运输的次数,次/周

98.4)223/(229)/(=?==vr V N w w

取整,每周需要运输5次

④ 根据(2-16)计算每周需要工作的时间,d/周 x

x w H bx a s t P N T w cs w w 01.098.0)]

15.01(8/[)01375.0022.010.0(5217.198.4[)]

1(/[)]([s +=-?++?+?=-+++= ⑤ 每周的运行费用,元/周

x x Q 6.18.156)01.098.0(820+=+??=

(3) 两系统的比较

两系统费用相等时,有 1

.25)

6.18.156(750)6.132.205(400=++=++x x x

即单程距离为12.5km 时,两种收集系统的费用相等。

第三章 固体废物的预处理

一、名词解释

破碎—是指利用人力或机械等外力的作用,破坏固体废物质点间的内聚力和分子间作用力而使大块固体废物破碎成小块的过程。磨碎是指小块固体废物颗粒分裂成细粉的过程。 低温破碎—是利用常温下难以破碎的固体废物在低温时变脆的性能对其进行破碎的方法。

湿式破碎—是由从废纸中回收纸浆为目的发展起来的。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。磁流体分选—是利用磁流体作为分选介质,在磁场或磁场和电场的联合作用下产生“加重”作用,按固废各种组分的磁性和密度的差异,或磁性、导电性和密度的差异,使不同组分分离。当固体废物中各组分间的磁性差异小而密度或导电性差异较大时,采用磁流体可以有效地进行分离。

二、简答

1、破碎的原理和目的。

(1)破碎是指利用人力或机械等外力的作用,破坏固体废物质点间的内聚力和分子间作用力而使大块固体废物破碎成小块的过程。磨碎是指小块固体废物颗粒分裂成细粉的过程。(2)目的

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种某种成分;

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做准备;

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,提高填埋场的利用效率;

⑤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。

2、固体废物破碎的方法主要有哪些?

根据固体废物破碎时所使用的外力,可以将破碎分为机械能破碎和非机械能破碎两种。机械能破碎是利用破碎工具对固体废物施加外力而使其破碎,通常包括挤压、冲击、剪切、摩擦、撕拉等方式。非机械能破碎指利用电能、热能等非机械能的方式对固体废物进行破碎,如低温破碎、热力破碎、减压破碎、超声破碎等。用于实际生产的破碎设备通常是综合两种或者两种以上的破碎方法,对固体废物进行联合破碎,这样更能达到良好的破碎效果。

3、固体废物破碎机有哪几种类型?

(1)颚式破碎机

颚式破碎机是利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用,粗碎和中碎各种硬度物料的破碎机械。它的破碎动作是间歇进行的。其具有结构简单、坚固、维护方便、高度小,工作可靠等特点。在固体废物破碎处理中,主要用于破碎强度及韧性高、腐蚀性强的废物。

(2)锤式破碎机

锤式破碎机是利用锤头的高速冲击作用,对物料进行中碎和细碎作业的破碎机械。固体废物自上部给料口给入机内,立即遭受高速旋转的锤子的打击、冲击、剪切、研磨等作用而被破碎。锤式破碎机具有破碎比大、排料粒度均匀、过碎物少、能耗低等优点。

(3)冲击式破碎机

冲击式破碎机是利用板锤的高速冲击和反击板的回弹作用,使物料受到反复冲击而破碎的机械。与锤式破碎机相比,冲击式破碎机的破碎比更大,并能更充分地利用整个转子的高速冲击能量。

(4)剪式破碎机

剪式破碎机是通过固定刀和可动刀之间的齿合作用,将固体废物切开或割裂成适宜的形状和尺寸,特别适合破碎低二氧化硅含量的松散物料。

(5)锟式破碎机

锟式破碎机是利用锟面面的摩擦力将物料咬入破碎区,使之承受挤压或劈裂而破碎的机械。当用于粗碎或需要增大破碎比时,常在锟面上作出牙齿或沟槽以增大劈裂作用。锟式破碎机的特点是能耗低,产品过度粉碎程度小,构造简单,工作可靠等,所以,锟式破碎机的应用十分广泛。其缺点是占地面积大,破碎比小,发展缓慢。

(6)球磨机

球磨机中筒体在电机的作用下产生回转时,研磨体受离心的作用,贴在筒体内壁与筒体一起回转上升,当物料被带到一定高度时,由于受到重力作用而被抛出,并以一定的速度降落,在此过程中,筒体内的物料受到钢球的冲击和研磨的双重作用而被粉碎,从而对筒体内底脚区内的物料产生冲击和研磨作用,使物料粉碎。

4、破碎比与破碎段之间有何内在联系?

(7)在破碎过程中,原废物粒度与破碎产物粒度的比值成为破碎比。破碎比表示废

物粒度在破碎过程中减少的倍数,也就是表征了废物被破碎的程度。破碎机的

能量消耗和处理能力都与破碎比有关。

(8)固体废物每经过一次破碎机或磨碎机成为一个破碎段。破碎段数是决定破碎工艺流程的基本指标,它主要决定破碎废物的原始粒度和最终粒度。破碎段数越

多破碎流程就越复杂,工程投资相应增加,因此,如果条件允许的话,应尽量

减少破碎段数。

(9)如若要求的破碎比不大,则一段破碎即可。但对有些固体废物的分选工艺,例如浮选、磁选等,由于要求入料的粒度很细,破碎比很大,所以往往根据实际

需要将将几台破碎机或磨碎机依次串联起来组成破碎流程。对固体废物进行多

段破碎,其总破碎比等于各段破碎比的乘积。

5、浮选中常用哪些浮选药剂?其作用和特点是什么?

(1)捕收剂

作用:能够选择性的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

特点: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

(2)起泡剂

作用: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末层。

特点;①用量少,能形成量多、分布均匀、大小适宜、韧性适当和黏度不大的气泡;

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;

(3)调整剂

作用:主要是调整其他药剂(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

特点:①活化剂能促进捕收剂与欲选物质颗粒的作用,提高欲选物质颗粒可浮选性的药剂;

②调整剂调整浆料的性质,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;

③抑制剂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;

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。

三、论述

1、为什么要对固体废物进行破碎处理?怎样根据固体废物的性质选择破碎方法?怎样确定破碎比?选择破碎机时应综合考虑那些方面?为什么?

(1)破碎的目的

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种某种成分;

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做准备;

⑥用破碎后的生活垃圾进行填埋处置时,压实密度高而均匀,提高填埋场的利用效率;

(2)选择破碎方法时,需视固体废物的机械强度,特别是废物的硬度而定。对坚硬废物应采用挤压破碎和冲击破碎;对韧性废物应采用剪切破碎和冲击破碎或剪切破碎或碎,对脆性废物则采用劈碎,冲击破碎较好。一般破碎机都是由两种或两种以上的破碎方法联合作用对固体废物进行破碎的,例如压碎和折断,冲击破碎和磨碎等。

(3)在破碎过程中,原废物粒度与破碎产物粒度的比值成为破碎比。破碎比表示废物粒度在破碎过程中减小的倍数。即表征废物被破碎的程度。破碎机的能量消耗和处理能都与破碎比有关。

(4)根据固体废物的性质,粒度大小,要求的破碎比和破碎机的类型,每段破碎流程可以有不同的组合方式。

选择破碎机类型时,必须综合考虑下列因素:

①所需要的破碎能力

②固体废物的性质(如破碎特性、硬度、密度、形状、含水率等)

③对破碎产品粒径大小、粒度组成、形状的要求

④供料方式

⑤安装操作场所情况等

2、什么是低温破碎?其优点和主要应用是什么?

低温破碎是利用常温下难以破碎的固体废物在低温时变脆的性能对其进行破碎的方法。同时,还可以根据不同物质的脆化温度的差异进行选择性的破碎。低温破碎通常采用液氮作为制冷剂,因为液氮具有制冷温度低、无毒、无爆炸危险的优点。但由于成本较高,所以地问破碎通常仅用于常温下破碎较困难得废物,如橡胶和塑料等。

低温破碎相对于常温破碎的优点在于;①对于含有复合材质的物料,可以进行有效得破碎分离;②同一种材质在破碎后粒度均匀,尺寸大体一致,形状好,便于分离;③动力消耗较低,噪声水平和振动水平也有所降低;④对于极难破碎并且塑性极高的氟塑料废物,采用液氮低温破碎,可以获得碎快和粉末;⑤破碎成品的形状适合于进一步的处理。

目前,由于破碎成本和技术的限制,低温破碎的应用并不普遍,主要有几个方面:①从有色金属混合物、废轮胎、包覆电线中回收铜、铝、锌等金属;②塑料的低温破碎;③橡胶轮胎的破碎。

3、什么是湿式破碎?其优点和主要应用是什么?

湿式破碎是由从废纸中回收纸浆为目的发展起来的。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。

湿式破碎的优点;

①使含纸垃圾变成均质浆状物,可按流体处理;

②不孳生蚊蝇、无恶臭、卫生条件好;

③噪声低、无发热、爆炸、粉尘等危害;

④脱水后的有机残渣其质量、粒度大小、水分等变化都小;

⑤适用于回收垃圾中的纸类、玻璃及金属材料等。

湿式破碎可广泛应用于处理化学物质、纸浆、矿物等,也适用于回收垃圾中的纸类、玻璃、金属材料等。

4、固体废物分选从分选原理上分为几大类,在工程上如何合理选择应用?简述人工分选与城市垃圾的人工分类收集在固体废物处理中的意义。

(1)固体废物的分选简称废物分选,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。

(2)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,从而使物料分成不同的等级;

重力分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;

磁力分选是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一种处理方法;

电力分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;

浮选是在固体废物与水调制的料浆中,加入浮选药剂,并通入空气形成无数细小气泡,使欲选物质颗粒粘附在气泡上,随气泡上浮与料浆表面成为泡末层,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;

摩擦与弹跳分选是根据固体废物中各组分的摩擦系数和碰撞系数的差异,在斜面上运动与斜面碰撞弹跳时,产生不同的运动速度和弹跳轨迹而实现彼此分离的一种处理方法。

(3)人工分选与城市垃圾的人工分类收集,降低了垃圾中塑料、纸张、金属等的回收价格,增加了可用于堆肥的有机物资源化价值,同时避免大量有害物质如干电池、废油等进入垃圾,减少了垃圾无害化处理的难度;分类收集是实现生活垃圾减量化、资源化、无害化目标的有效途径,世界发达国家把垃圾中的可以再利用的部分看作是一种资源。分类收集以后,同一类垃圾成分比较单一,性质相近,因此处理起来技术专一,效率很高。

中国是人均资源短缺的国家,随着人民生活水平的提高,城市生活垃圾的成分有了很大的变化,可以再利用的成分在不断增加。实行生活垃圾分类收集,防治可回收利用物进入收集、运输、处理的物质流中,提高生活垃圾中有用物的利用律,应该在我国城市生活垃圾管理中处于最优先的地位,将逐步成为一种贯穿全社会生产和生活的行动。

5、影响筛分效率的因素有哪些?惯性振动筛与共振筛在工作原理上有何区别?

(1)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,从而使物料分成不同的等级;

影响筛分效率的因素有:

①固体废物性质的影响

粒度组成:废物中“易筛粒”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;

含水率和含泥量: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,即湿式筛分法的筛分效率较高;

废物颗粒形状:球形、立方形,多边形颗粒筛分效率较高,而颗粒呈扁平状或长方块,用方形或圆形筛孔的筛子筛分,其筛分效率低

②筛分设备性能的影响

筛面类型:棒条筛面有效面积小,筛分效率低,编制筛网则相反,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:同一种固体废物采用不同类型的筛子进行筛分时,其筛分效率不同。

筛面长宽比

筛面倾角

③筛分操作条件的影响:在筛分操作中应注意连续均匀给料,使废物沿整个筛面宽度铺成一薄层,既充分利用筛面,又便于细粒透筛,提高筛子的处理能力和筛分效率,并及时清理和维修筛面。

(2)振动筛工作原理:振动筛通过产生振动的振动器,将振动传递给筛箱,筛箱可以自由振动,使颗粒产生近乎垂直于筛面的跳动或作圆形、椭圆形运动。振动筛适用于细粒废物(0.1-15mm)的筛分,也可用于潮湿及黏性废物的筛分。

共振筛工作原理:是利用连杆上装有弹簧的曲柄连杆机构驱动,使筛子在共振状态下进行筛分。工作原理是当共振筛的筛箱压缩弹簧而运动时,其运动速度和动能都逐渐减小,被压缩的弹簧所储存的位能却逐渐增加。当筛箱的运动速度和动能等于零时,弹簧被压缩到极限,它所储存的位能达到最大值,接着筛箱向相反方向运动,弹簧释放出所储存的位能,转化为筛箱的动能,因而筛箱的运动速度增加。当筛箱的运动速度和动能达到最大值时,弹簧伸长到极限,所储存的位能也就最小。

第四章固体废物的热化学处理

一、名词解释

热解—是将有机化合物在缺氧或绝氧的条件下利用热能使化合物的化合键断裂,由大分子量的有机物转化成小分子量的燃料气、液状物(油、油脂等)及焦炭等固体残渣的过程。

气化—是指固体燃料在一定温度、压强和O2不足的情况下,进行不完全氧化的热化学反应过程。

热值—生活垃圾的热值是指单位质量的生活垃圾燃烧释放出来的热量,以kJ/kg(或kcal/kg)计。

二、简答

1、垃圾焚烧的特点。

?垃圾经焚烧处理后,垃圾中的病原体被彻底消灭,燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放标准,无害化程度高。

?经过焚烧,垃圾中的可燃成分被高温分解后,一般可减重80%和减容90%以上,减量化效果好,可节约大量填埋场占地,焚烧筛上物效果更好。

?垃圾焚烧所产生的高温烟气,其热能被废热锅炉吸收转变为蒸气,用来供热或发电,垃圾被作为能源来利用,还可回收金属等资源,可以充分实现垃圾处理的资源化。

?垃圾焚烧厂占地面积小,尾气经净化处理后污染较小,可以靠近市区建厂。既节约用地又缩短了垃圾的运输距离,对于经济发达的城市,尤为重要。

?焚烧可作全天候操作,不易受天气影响。

?随着对城市垃圾填埋的环境措施要求的提高,焚烧法的操作费用可望低于填埋。2、去除尾气中重金属污染物质的机理。

(1)重金属降温达到饱和,凝结成粒状物质后被除尘设备收集去除;

(2)饱和温度较低的重金属元素无法充分凝结,但飞灰表面的催化作用会形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或氯化物,而易被除尘设备收集去除;

(3)仍以气态存在的重金属物质,因吸附于飞灰上或喷入的活性炭粉末上而除尘被设备一并收集去除;

(4)重金属的氯化物为水溶性,即使无法在上述的凝结及吸附作用中去除,也可利用其溶于水的特性,由湿式洗气塔的洗涤液自尾气中吸收下来。当尾气通过热能回收设备及其他冷却设备后,部分重金属会因凝结或吸附作用而附着在细尘表面,可被除尘设备去除,温度愈低,去除效果愈佳。但挥发性较高的铅、镉和汞等少数重金属则不易被凝结去除。

3、垃圾焚烧飞灰的综合利用需几个因素

垃圾焚烧飞灰的综合利用需考虑以下3 个因素:

①适宜性。这是指飞灰进行某一应用的难易程度,它依赖于垃圾焚烧飞灰的物化特性。适宜性决定了飞灰的利用方法。

②使用性能。这是指飞灰综合利用加工为产品的使用性能,它决定飞灰加工产品的利用程度。因为飞灰利用的产品若没有较好的使用性能,即使飞灰容易加工处理也是无济于事的。

③对环境的影响。飞灰利用加工的产品必须呈现无毒性或在环境允许的范围内,对环境没有影响,这样才能真正做到飞灰的再利用。

4、气化与热解的区别

(1)不同,热解是完全无氧,气化是O2不足;产物不同,气化产物为可燃气体,热解包括可燃气体、液体(焦油等)和固体(碳黑)。

(2)还原气氛下热分解制备可燃气体,金属未被氧化,便于回升利用,同时Cu、Fe 等金属不易生成促进二恶英形成的催化剂;垃圾气化时空气系数较低,大大降低排烟量,提高能量利用率、降低NO x的排放量,减少烟气处理设备投资及运行费;灰渣在高于1300℃以上的高温熔融状态下燃烧,能遏制二恶英的形成。

5、危险废物污染防治技术政策

?危险废物焚烧处置适用于不宜回收利用其有用组分、具有一定热值的危险废物。易爆废物不宜进行焚烧处置。

?焚烧炉温度应达到1100℃以上,烟气停留时间应在2s以上,燃烧效率大于99.9%,焚毁去除率大于99.99%,焚烧残渣的热灼减率小于5%(医院临床废物和含多氯联苯废物除外)。

?危险废物焚烧产生的残渣、烟气处理过程中产生的飞灰,须按危险废物进行安全填埋处置。

?危险废物的焚烧宜采用以旋转窑为基础的焚烧技术,可根据危险废物种类和特征选用其他不同炉型,鼓励改造并采用生产水泥的旋转炉窑附烧或专烧危险废物。

?医院临床废物、含多氯联苯废物等一些传染性的、或毒性大、或含持久性有机污染成分的特殊危险废物宜在专门焚烧设施中焚烧。

6、影响焚烧的因素

(1)焚烧温度(Temperature)

废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所须达到的温度。(2)停留时间(Time)

废物中有害组分在焚烧炉内于焚烧条件下发生氧化、燃烧.使有害物质变成无害物质所

需的时间称之为焚烧停留时间。

(3)混合强度(Turbulance)

要使废物燃烧完全,减少污染物形成,必须要使废物与助燃空气充分接触、燃烧气体与助燃空气充分混合。

(4)过剩空气(Excess Air)

在实际的燃烧系统中,氧气与可燃物质无法完全达到理想程度的混合及反应。为使燃烧完全,仅供给理论空气量很难使其完全燃烧,需要加上比理论空气量更多的助燃空气量,以使废物与空气能完全混合燃烧。

废物焚烧所需空气量是由废物燃烧所需的理论空气量和为了供氧充分而加入的过剩空气量两部分所组成的。空气量供应是否足够,将直接影响焚烧的完善程度。过剩空气率过低会使燃烧不完全,甚至冒黑烟,有害物质焚烧不彻底;但过高时则会使燃烧温度降低,影响燃烧效率,造成燃烧系统的排气量和热损失增加。过剩空气量应控制在理论空气量的1.7-2.5倍。

固废习题与答案

?贮存及进料系统

?焚烧系统

?废热回收系统

?发电系统

?饲水处理系统

?废气处理系统

?废水处理系统

?灰渣收集及处理系统

8、什么是RDF?向制备RDF的原料中加入添加剂的主要作用?

RDF是垃圾衍生燃料的英文缩写。

向制备RDF的原料中加入添加剂的主要作用有:

①起防腐剂的作用,使RDF长时间贮存时不发臭;

②减少RDF中的氮含量,使RDF燃烧时NOx量减少;

③起固硫作用和固氮作用,使RDF燃烧时烟气中HCl和SOx量减少,并遏制二恶英的产生。

④工艺优点,通过化学反应,添加剂起固化作用。

9、余热利用的主要形式?

?直接热能利用

将垃圾焚烧产生的烟气余热转换为蒸汽、热水和热空气是典型的直接热能利用形式。这种形式热利用率高,设备投资省,尤其适合于小规模(日处理量<100t/d)垃圾焚烧设备和垃圾热值较低的小型垃圾焚烧炉。

?余热发电

?热电联供

在热能转变为电能的过程中,热能损失较大,它取决于垃圾热值、余热锅炉热效率以及汽轮发电机组的热效率;垃圾焚烧厂热效率仅13%—22.5%,甚至更低。若有条件采用热电

联供,将发电—区域性供热和发电—工业供热等结合起来,则垃圾焚烧厂的热利用率会大大提高。该利用率与供电和供热比例有关,一般在50%左右,其至可达70%以上。

10、二噁英的产生途径有哪些?什么是3T1E原则?(控制二噁英的产生采取的主要措施是什么?)

(1)二恶英的产生及来源:废物本身所含有;炉内燃烧不完全,低于750-800℃时,碳氢化合物与氯化物结合生成;烟气中吸附的氯苯及氯酚等,在某一特定温度(250-400℃,300℃尤甚),受金属氯化物(CuCl2,FeCl2)的催化而生成。

(2)二恶英被称为世界上最毒的物质,毒性相当于氰化钾的1000倍,因此控制焚烧过程中产生二恶英是非常重要的。二恶英的防治主要从以下几方面着手。

a 控制来源—控制氯和重金属含量高的物质

通过废物分类收集,加强资源回收,避免含PCDDs/PCDFs物质及含氯成分高的物质(如PVC塑料等)进入垃圾中。

b 采用控制“3T1E”的方法来抑制二恶英的产生。“3T1E”是指:

①温度(Temperature),维持焚烧炉内的温度在800℃以上(最好达到900℃以上)可以将二恶英完全分解;

②时间(Time),保证烟气的高温停留时间在2秒以上;

③涡流(Turbulence),采用优化炉型和二次喷入空气等方法,充分混合和搅拌烟气使其充分完全燃烧;

④过剩空气(Excess Air),提供足够的助燃空气可减少二恶英的产生。

c减少炉内形成—控制温度和停留时间

避免烟气急冷至200℃,在烟气处理过程中尽量缩短250~400℃温度域的停留时间,可以减少二恶英的合成。

d 除尘去除—布袋除尘器前喷入活性炭

对于已经产生的二恶英,可以通过喷入活性炭粉末、甚至触酶分解器进行分解以及设置活性炭塔吸收等方式从烟气中去除二恶英。

11、影响热解的主要因素

?热解速率较低和较高的加热速度下气体产量都很高;随着加热速度的增加,水分和有机液体的含量减少。

?温度分解温度高,挥发分产量增加,油、碳化合物相应减少。分解温度不同,挥发分成分也发生变化,温度越高,燃气中低分子碳化物CH4、H2等也增加;高温下热解,固态残余物减少,可降低其处理难度。

?湿度含水率大,垃圾发热量低,不易着火,能源利用率不高,且在燃烧过程中水分的气化要吸热,并降低燃烧室温度,使热效率降低,还易在低温处腐蚀设备。

?物料尺寸尺寸越大,物料间间隙越大,气流流动阻力小,有利于对流传热,辐射换热空间大,有利于辐射换热,减小了物料与环境的热传递阻力,但此时物料本身的内热阻增大,内部温度均匀慢;尺寸越大,物料热解所需时间越长,若缩短热解时间,则热解不完全。

?反应时间停留时间不足,热解不完全;停留时间过长,则装置处理能力下降。

?空气量热解过程中进入的空气量越多,燃气热值越低。

12、适合于采用焚烧技术处理的固体废物有哪些?

一般而言,有机废物均具有可燃性,所以都可以进行焚烧处理,而不适合于焚烧处理的废物种类是比较少的,如有机成分含量特别低的废物、易爆性废物、放射性废物等都不能采用焚烧处理。适合焚烧处理的废物种类包括:①废溶剂;②废油、油乳化物和油混合物;③废塑料、废橡胶和乳胶废物;④医院废物、制药废物、农药废物;⑤废脂肪;⑥炼油废物;⑦含蜡废物;⑧含酚废物和含卤素、硫、磷、氯化合物的有机废物;⑨被有害化学物质污染的固体废物或废液等;⑩城市生活垃圾等。

具有以下一种或者几种特性的固体废物可以选定焚烧处理方法:①具有生物毒性和危害性;

②不易为生物降解,能在环境中长期存在;③易挥发或者易扩散;④燃点较低;⑤土地填埋处置不安全。

13、废物在焚烧炉内的燃烧方式有哪几种?

①按照燃烧气体的流动方向分:

反向流——适合难燃性、闪火点高的废物燃烧

同向流——适用于易燃性、闪火点低的废物燃烧

旋涡流——燃烧气体由炉周围方向切线加入,造成炉内燃烧气流的旋涡性,可使炉内气

温扰动性增大,不易发生短流,废气流经路径和停留时间厂,而且气流中间

温度非常高,周围温度并不高,燃烧较为完全。

② 按照助燃空气加入阶段数分:

单段燃烧——必须送入大量空气,较长停留时间才能将固体废物完全燃烧。

多段燃烧——在多段燃烧中,首先在一次燃烧过程中提供未充足的空气量,使废物进行

蒸发和热解燃烧,产生大量的CO 、碳氢化合物气体和微细的碳颗粒;然

后在第二次、第三次燃烧过程中,再供给充足空气使其逐次氧化成稳定的

气体。

③ 按照助燃空气供应量分:

过氧燃烧——第一燃烧室供给充足的空气量

缺氧燃烧——第一燃烧室供给的空气量约是理论空气量的70%~80%,处于缺氧状态,

使废物在此室内裂解成较小分子的碳氢化合物气体、CO 与少量微细的碳颗

粒,到第二燃烧室再供给充足空气使其氧化成稳定的气体。由于经过阶段

性的空气供给,可使燃烧反映较为稳定,相对产生的污染物较少,且在第

一燃烧室供给的空气量少,所带出的粒状物质也相对较少。(常用)

热解燃烧——第一燃烧室与热解炉相似,利用部分燃烧使炉体升温,向燃烧室加入 少

量的空气(约为理论空气量的20%~30%),加速废物裂解反应的进行,产

生部分可回收利用的裂解油,裂解后的烟气中仅有微量的粉尘与大量的CO

和碳氢化合物气体,加入充足的空气使其迅速燃烧放热。(目前技术尚未十

分成熟,适合处理高热值废物)

14、垃圾热解的基本原理及特点是什么?垃圾热解法的优点是什么?

(1)热解原理及特点

热解是将有机化合物在缺氧或绝氧的条件下利用热能使化合物的化合键断裂,由大分子量的有机物转化成小分子量的燃料气、液状物(油、油脂等)及焦炭等固体残渣的过程。垃圾热解过程包括裂解反应、脱氢反应、加氢反应、缩合反应、桥键分解反应等。

气体+液体+固体有机物+热绝热或缺氧???→?

城市生活垃圾→气体(H 2、CH4、CO 、CO2)+有机液体(有机酸、芳烃、焦油)+固体(碳黑、炉渣)

如纤维素热解化学式为

3C 6H 10O 5→8H 2O+C 6H 8O+3CO 2+CH 4+H 2+8C

其中C 6H 8O 为焦油。

与焚烧相比,热解将垃圾中的有机物转化为以燃料气、燃料油和碳黑为主的贮存性能源,是吸热过程;由于缺氧分解,排气量少,有利于减轻对大气环境的二次污染;废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中,由于保持还原性条件,Cr 3+不会转化为Cr 6+;NO x 产生少;热解设备相对简单。研究报道表明,热解烟气量是焚烧的1/2,NO 是焚烧的1/2,HCl 是焚烧的1/25,灰尘是焚烧的1/2。

(2)优点:

①热解氧化操作简便安全(一次性进料,一次性除渣),焚烧过程便于控制(热解速度、焚烧速度均可控制),将废物的热量进行两级分配,提高了二次燃烧的温度,节省了燃料; ②在热解过程中废弃物的有机物成分能转化成可利用的能量形式,其经济性更好,热解产生的燃气视其热值的高低可直接燃烧或和其他高热值燃料混合燃烧,反应过程中产生的焦油视其性质可制成燃料或提取化工原料;

③热解焚烧系统的二次污染小,可简化污染控制问题,对环境更加安全。因热解是在绝氧或极低的氧还原条件中进行的,因此发生的NOx 、SOx 、HCl 等公害物质少,生成的气或油能在低空气比下燃烧,因此废气量较小,对大气的污染也少,降低了二次污染物的排放水平,因而是一种安全的垃圾处理方法;

④排出物密度高、致密,废物大大被减容,而且灰渣被熔融,垃圾中的硫、重金属等有害成

分被大部分固定在碳黑中,可从中回收金属,由于保持还原条件,Cr3+不会转化为Cr6+,能防止重金属类溶出;

⑤能处理不适于焚烧的难处理物,如有毒有害的医疗垃圾的热解处理;

⑥热分解残渣中,腐败性有机物少,能防止填埋场的公害。

15、焚烧厂尾气如何冷却?

垃圾焚烧厂尾气的冷却可分为直接式和间接式两种类型。

直接式冷却是利用惰性介质直接与尾气接触以吸收热量,达到冷却温度调节的目的。水具有较高的蒸发热可以有效降低尾气温度,产生的水蒸气也不会造成污染,因此水是最常使用的介质。空气的冷却效果很差,必须引入大量空气,这样会造成尾气处理系统容量增加因此很少单独使用。直接喷水冷却可降低初期投资,增加系统稳定性,缺点是造成水量的消耗,而且浪费能源。

间接冷却方式是利用传热介质(空气、水等)经由废热锅炉、换热器、空气预热器等热交换设备,以降低尾气温度,同时回收热产生水蒸气,或加入燃烧所需的空气的冷却方式。一般。来说,采用间接冷却方式可提高热量回收效率,产生水蒸气并用于发电,但投资及维护费用也较高,系统的稳定性较低。

中小型焚烧厂产生的热量较小,废热回收利用不易,且经济效益差,大多采用喷水冷却方式来降低焚烧炉的废气温度。如果焚烧炉每炉的垃圾处理量达150t/d,且垃圾热值达7500kJ/kg以上时,燃烧废气的冷却方式宜采用废热锅炉进行冷却。大型垃圾焚烧厂具有规模经济的效果,宜采用废热锅炉冷却燃烧废气,产生水蒸气,用于发电。

三、论述

1. 城市垃圾用热分解法处理的难点。

热分解产物由于分解反应的操作条件不同,变化多种多样。热分解能从废物中回收可以输送、储存的能源(油或燃料气等),而焚烧只能回收热能。但热分解比焚烧技术要求高,操作控制条件也更为严格。因此,热分解的设备费用、处理成本相应也很高,特别四城市垃圾成分的不稳定性,使城市垃圾用热分解法处理难度较大:

①垃圾是一种混合物,不同物质的热分解温度不同,热分解行为也不同,所以热

分解操作条件的控制十分困难,有时甚至无法进行;

②垃圾成分、水分经常变化,操作条件很不稳定,因此往往实验室阶段很有成效,

而一到工业阶段就变得很复杂,处理费用也大幅度增加。如果混合物含水率过

大,特别是我国现阶段的垃圾,主要是厨余而纸张等高热值可分解物的含量与

国外相比含量很低。厨余垃圾水分很高,热分解的热量平衡就比较困难,热分

解所能回收的燃料油、燃料气不仅少,而且热值也低,因此热分解的经济性必

须充分注意;

③垃圾中有些塑料或橡胶热解将会产生HCl或HCN,这给热分解在技术上带来

更大困难;

④城市垃圾热解处理,在美国、日本、德国等国虽有各种研究或实验报告,但由

于垃圾是一极为复杂,水分、组分极为不稳定的混合物,要稳定地操作很不容

易。投资费、运行费、维护费均高,回收的燃料气有时因发热量低,利用有一

定的限制,因此只有在不考虑其经济效益的前提下,垃圾热分解技术才能实现

其工业化。

2. 一座大型垃圾焚烧厂通常包括哪几个系统?

?贮存及进料系统本系统由垃圾贮坑、抓斗、破碎机(有时可无)、进料斗及故障排除/监视设备组成。垃圾贮坑提供了垃圾贮存、混合及去除大型垃圾的场所,一座大型焚烧厂通常设有一座贮坑.负责替3—4座焚烧炉进行供料的任务。每一座焚烧炉均有—进料斗,贮坑上方通常由1—2座吊车及抓斗负责供料,操作人员山屏幕监视或目视垃圾由进料斗滑入炉体内的速度决定进料频率。若有大型物卡住进料口,进料斗内的故障排除装置亦可将大型物顶出,落回贮坑;操作人员也可指挥抓斗抓取大型物品,吊送到贮坑上方的破碎机破碎,以利进料。

?焚烧系统即焚烧炉个体内的设备,主要包括炉床及燃烧室。每个炉体仅一个燃烧室。炉床多为机械可移动式炉排构造,可让垃圾在炉床上翻转或燃烧。燃烧室一般在炉床正上方,可提供燃烧废气数秒钟的停留时间,由炉床下方往上喷入的一次空

气可与炉床上的垃圾层充分混合,由炉床正上方喷人的二次空气可以提高废气的搅拌时间。

?废热回收系统包括布置在燃烧室四周的锅炉路管(即蒸发器)、过热器、节热器、炉管吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置。锅炉炉水循环系统为—封闭系统、炉水不断在锅炉管中循环,经不同的热力学相变化将能量释出给发电机,炉水每日需冲放以泄出管内污垢,损失的水则由饲水处理厂补充。

?发电系统由锅炉产生的高温高压蒸汽被导人发电机后,在高速冷凝的过程中推动了发电机的涡轮叶片.产生电力,并将未凝结的蒸汽导人冷却水塔,冷却后贮存在凝结水贮槽,经由饲水泵再打入锅炉炉管中,进行下一循环的发电工作。在发电机中的蒸汽亦可中途抽出一小部分作次级用途,例如助燃空气预热等工作。饲水处理厂送来的补充水可注入饲水泵前的除氧器中,除氧器以特殊的机械构造将溶于水中的氧去除,防止路管腐蚀。

?饲水处理系统饲水子系统主要作为处理外界送人的自来水或地下水,将其处理到纯水或超纯水的品质.再送人锅炉水循环系统。其处理方法为高级用水处理程序,一般包括活性炭吸附、离子交换及逆渗透等单元。

?废气处理系统从炉体产生的废气在排放前必须先行处理到排放标准。早期常使用静电集尘器去除悬浮颗粒,再用湿式洗烟塔去除酸性气体(如HCl、SOx、HF等)。

近年来则多采用干式或半干式洗烟塔去除酸性气体,配合滤袋集尘器去除悬浮微粒及其他重金属等物质。

?废水处理系统由锅炉泄放的废水、员工生活废水、实验室废水或洗车废水,可以综合在废水处理厂一起处理,达到排故标准后再放流或回收再利用。废水处理系统一般由数种物理、化学及生物处理单元所组成。

?灰渣收集及处理系统由焚烧炉体产生的底灰及废气处理单元所产生的飞灰。

有些厂采用合并收集方式,有些则采用分开收集方式。国外一些焚烧厂将飞灰进一步固化或熔融后,再合并炉渣送到灰渣掩埋场处置.以防止沾在飞灰亡的重金属或有机性毒物产生二次污染。

四、计算

1、我国某城市垃圾的组分见下表,假设各组分的热值与美国城市垃圾的典型组分的热值相同,据此计算该城市生活垃圾的热值。

固废习题与答案

?以1kg垃圾为例,分别计算各可燃组分的质量

废渣及果皮质量:0.3012kg;木屑杂草质量:0.2kg;纸张质量:0.152kg;皮革塑料质量:0.114kg。

?分别计算各可燃组分的热能

厨房残渣产生的热能:4650×0.3012=140.058kJ;木屑杂草产生的热能:6510×0.2=13kJ;纸张产生的热能:16750×0.152=25.46kJ;皮革塑料产生的热能:32560×0.114=37.118kJ。

?计算垃圾的热值

将各可燃组分的热值相加,得该城市垃圾得热值为215.56kJ/kg。

2、某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫1%,水分20%、灰分20%。假设

①固体废物的热值为11630kJ/kg;

②炉栅残渣含碳量为5%;

③空气进入炉膛的温度为65℃,离开炉栅的温度为650℃ ;

④残渣的比热为0.323 kJ/(kg.℃);

⑤水的汽化潜热2420 kJ/kg ;

⑥辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%;

⑦碳的热值为32564 kJ/kg 。

试计算这种废物燃烧后可利用的热值。

解:以1kg 垃圾进行计算。

? 未燃烧的碳的含热量

① 未燃烧的碳量

惰性物的重量=1k g ×20%=0.2kg

总残渣量=0.2kg/(1-0.05)=0.2105kg

未燃烧的碳量=0.2105-0.2=0.0105kg

②未燃烧碳的热损失

32564kJ/k g ×0.0105kg=340kJ

? 计算水的汽化潜热

① 计算生成水的总重量

总水量=固体废物原含水量+组分中氢燃烧后生成水的量

固体废物原含水量=1k g ×20%=0.2kg

组分中氢燃烧后生成水的量=1k g ×4%×18/2=0.36kg

总水量=0.2+0.36=0.56kg

② 水的汽化潜热

2420kJ/k g ×0.56=1360kJ

? 辐射热损失=11630k J ×0.5%=58kJ

? 残渣带出的热量

0.2105kg*0.323kJ/(kg.℃)×(650-65) ℃ =39.8kJ

? 可利用的热值

= 固体废物总能量-各种热损失之和

=11630-(340+1360+58+39.8)

=9882.2kJ

故该垃圾可利用的热值为9882.2kJ/kg 。

3、氯乙烯的Arrhenius 常数A 为3.57×1014,活化能为63300kcal/mol ,试计算其在800℃的焚烧炉中去除率为99.5%时所需的停留时间。若停留时间为1s ,在800℃的焚烧炉中氯乙烯的去除率为多少?

解:? 去除率为99.5%时

? 若停留时间为1s

第五章 固体废物的生物处理技术

一、名词解释

固体废物的生物处理—以固体废物中可降解的有机物为对象,通过生物(微生物)的作用使之转化为水、二氧化碳或甲烷等物质的过程。

堆肥化—就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,以及由人工培养的工程菌等,在一定的人工条件下,有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程,其实质就是一种生物代谢过程。

堆肥—堆肥化的产物叫堆肥。

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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。

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1~2m高的堆垛进行的再次发酵,使之腐熟的过程。

厌氧消化—在厌氧条件下通过利用微生物群落或游离酶对有机固体废物中的生物质分解降解作用,使其中的易腐生物质部分得以降解,并消除生物活性,转化为无腐败性的残渣的过程。

二、简答

1.固体废物生物处理的意义何在?

?对固体废物进行处理消纳,实现稳定化、减量化、无害化;

?促进固体废物的适用组分重新纳入自然循环(如堆肥用于改土,重新回归农田生态系统);

?将大量有机固体废物转化为有用物质和能源,实现固体废物的资源化(如沼气、生物蛋白、乙醇)。

2. 堆肥化的方式主要有哪几种?

堆肥化的方式按照不同的方法有不同的分类。根据温度要求,分为中温和高温堆肥;按照堆肥过程的操作方式,可分为动态和静态堆肥;按照堆肥的堆置情况可分为露天和机械密封堆肥。

最常用的分类方式是根据在生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同,把固体堆肥分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。前者是在通风条件下,有游离氧存在时进行的分解发酵过程。后者是利用厌氧微生物发酵造肥,特点是空气与堆肥相隔绝,温度低,工艺简单,但是堆制周期长,气味浓烈,产品分解不够完全稳定。

通常,仅按一种分类方式很难全面描述堆肥状况,因此常常兼用多种工艺加以说明。

3. 适于堆肥的原料有什么特性?包括哪些?

适于堆肥的原料需要具备三个特性:固体废物密度一般为350~650kg/m3;含水率为40%~60%;碳氮比为(20~30):1

堆肥的原料很广,主要包括以下几类:

(1)城市垃圾指城市居民日常生活、商业活动、机关办公、市政维护等过程所产生的固体废物,其中金属、陶瓷、玻璃、塑料等要经过分选回收,余下的才适合堆肥处理。

(2)粪便粪便的碳氮比较低,非常适合作为堆肥原料。

(3)污泥主要来自城市生活污水和工业废水处理工程中产生的污泥。

(4)农业固体废物

在我国堆肥的主要原料是生活垃圾与粪便的混合物,也有的是城市垃圾与生活污水、污泥的混合物。

4.试述好氧堆肥的基本原理。

好氧堆肥是在有氧的条件下,借好氧微生物(主要是好氧菌)的作用来进行的。在堆肥过程中,生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收,固体的和胶体的有机物先附在微生物体外,由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质,再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,并放出生物生长活动所需要的能量,把一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质,合成新的细胞物质,于是微生物逐渐生长繁殖,产生更多的生物体。

5. 如何控制堆肥过程中的含水率?

堆肥过程中水分作用在于:溶解有机物,参与微生物的新陈代谢;水分蒸发时散热以调节温度。

含水率50-60%为佳。水分过多,降低游离孔隙率,影响空气扩散,易造成厌氧状态,同时产生渗滤液处理问题;水分低于40%,微生物活性降低,堆肥温度随之下降。

含水率偏低,可添加污水、污泥、人粪尿、粪便等来调节水分;对于高含水率的固体废物,可以采用机械压缩脱水,也可以在场地和时间允许的条件下将物料摊开进行水分蒸发,还可以在物料中加入稻草、木鞋、干叶等松散物或吸水物,还可以掺和调理剂,干调理剂对控制湿度较有利。

6. 堆肥过程中的碳氮比如何控制?

碳为微生物生命活动提供能源,氮则用于合成细胞原生质。堆肥发酵过程中,碳氮比逐

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