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第九章 固體廢物與城市垃圾管理系統(tǒng),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 固體廢物的性質(zhì) 第三節(jié) 固體廢物的產(chǎn)量與減少產(chǎn)量的途徑 第四節(jié) 固體廢物與城市垃圾的管理,1,第一節(jié) 概述,一、固體廢物的概念 固體廢物：指人類一切活動過程產(chǎn)生的，對所有者不再具有使用價值而被廢棄的固態(tài)或半固態(tài)的物質(zhì)。 廢渣：生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的固體廢物 垃圾：生活活動中產(chǎn)生的固體廢物 固體廢物的概念隨時、空的變遷而具有相對性,2,第一節(jié) 概述,二、固體廢物產(chǎn)生的途徑與分類 1.固體廢物產(chǎn)生的途徑：人類的活動 減少廢棄物的產(chǎn)生是治理固體廢物垃圾的根本途徑 2.固體廢物的分類： （1）工業(yè)固體廢物 （2）城市垃圾,3,工業(yè)固體廢物,4,第一節(jié) 概述,三、固體廢物對人類環(huán)境的危害 1.占據(jù)大片土地 2.污染土壤與水體，危害人類健康 3.污染大氣，影響環(huán)境衛(wèi)生,5,第一節(jié) 概述,四、固體廢物與城市垃圾管理系統(tǒng)簡介 1.固體廢物產(chǎn)源地管理：減少固體廢物的產(chǎn)生，并對產(chǎn)生的物質(zhì)進(jìn)行分類 2.分散堆存 3.收集系統(tǒng) 4.轉(zhuǎn)移與運輸 5.處理與材料回收 6.最終處置,6,第二節(jié) 固體廢物的性質(zhì),一、工業(yè)廢物與城市垃圾的不同： 工業(yè)固體廢物有明顯的行業(yè)生產(chǎn)特征，有些行業(yè)產(chǎn)生有毒、有害或危險固體廢物，需要進(jìn)行特殊處理 工業(yè)固體廢物大部分含有可利用的資源，需要回收有用資源 城市垃圾一般集中管理與處置 二、城市垃圾物理成分與分析方法 1.城市垃圾的物理成分 美國將城市垃圾分為食品垃圾、紙類、塑料橡膠與皮革類、紡織品類、庭院廢物、廢木料、金屬品類、玻璃與陶瓷類、渣土類等九個組分 我國將城市垃圾分為有機類、無機類與廢品三個組分,7,二、城市垃圾物理成分與分析方法,2.城市垃圾物理成分分析法 （1）手工采樣分選法： 在收集點選取一卡車有代表性的廢物，以四分法逐級分離至每份100~200kg，取其中的一份按物理組分的類別用手工分選，將分選好的每分裝入已知皮重與容積的容器中，并壓實到與原貯存器內(nèi)廢物相似的密實狀態(tài)，測量其體積與質(zhì)量，計算各組分的百分率。 （2）攝影分析法,8,三、城市垃圾的物理性質(zhì),1.含水率： 將測重后的標(biāo)準(zhǔn)樣品置于77oC恒溫干燥24小時后再測重 M（%）=（W-d/W）*100 2.城市垃圾顆粒表觀尺寸分布： 以顆粒的最大尺寸與通過篩子的比率表示 3.容重：指在收集站堆放條件下單位體積固體廢物的質(zhì)量,9,四、城市垃圾的化學(xué)性質(zhì),1.化學(xué)組分 （1）近似分析：包括含水率、揮發(fā)性物質(zhì)重量百分率（950oC灼燒損失重量百分率）、殘余碳與不燃燒物和灰分量 （2）基礎(chǔ)成分分析：包括固體廢物中C、H、O、N、S、水分及不可燃燒物的百分率 2.熱值 杜朗公式：HW=337C+14428（H-O/8）+95S,10,五、有毒有害固體廢物的鑒別,1.定義：凡能引起或?qū)е氯祟惻c動物死亡或嚴(yán)重疾病的固體廢物稱為有毒有害固體廢物。 2.性質(zhì)的鑒別與標(biāo)準(zhǔn) （1）易燃性 （2）腐蝕性 （3）化學(xué)反應(yīng)性 （4）浸出毒性 （5）急性毒性 （6）放射性 （7）變異性,11,第三節(jié) 固體廢物的產(chǎn)量與減少產(chǎn)量的途徑,一、固體廢物的產(chǎn)量與計算方法 1.城市垃圾：Qm=RmPm 2.工業(yè)：Qi=RiPi 二、固體廢物的產(chǎn)率統(tǒng)計方法 1.重量負(fù)荷實測統(tǒng)計分析法 2.重量-體積實測統(tǒng)計分析法 3.物料衡算分析法：僅適用于產(chǎn)生固體廢物的小單元，以質(zhì)量守恒定律為依據(jù)，即物料的總投入量等于物料的總產(chǎn)出量 ∑Q投入=∑Q輸出=∑Q產(chǎn)品+∑Q副產(chǎn)品+∑Q流失+∑Q廢物,12,第三節(jié) 固體廢物的產(chǎn)量與減少產(chǎn)量的途徑,三、減少固體廢物產(chǎn)量的途徑 1.降低單位產(chǎn)品原料用量、延長產(chǎn)品使用壽命 2.由廢物中回收有用物料 3.提高物品重復(fù)利用次數(shù),13,第四節(jié) 固體廢物與城市垃圾的管理,一、城市垃圾的堆貯及管理 1.城市垃圾就地管理體制 2.城市垃圾臨時貯存站 （1）貯存容器帶有封蓋為宜 （2）設(shè)置適宜地點為貯存站 （3）垃圾就地檢選與加工,14,二、城市垃圾的收集,（一）城市垃圾的收集方式 1.居民區(qū)生活垃圾的收集： （1）路邊收集：最為方便，費用較低 （2）小巷收集 （3）院落收集 2.商業(yè)與公共建筑垃圾的收集： （1）路邊或小巷收集 （2）大容積或固定型容器收集,15,二、城市垃圾的收集,（二）收集系統(tǒng)類型 1.拖運容器系統(tǒng)：將貯存站已裝滿垃圾的容器用運輸車直接拖運到處理中心或轉(zhuǎn)運站，卸空后的容器返運回原站或其他站。 適用于垃圾產(chǎn)率較高的區(qū)域 2.定點容器系統(tǒng)：在貯存站設(shè)置固定的小型容器若干個，收集卡車沿一定路線逐站收集垃圾。,16,二、城市垃圾的收集,（三）收集系統(tǒng)分析 1.收集系統(tǒng)操作運行模式 （1）拖運容器系統(tǒng) 傳統(tǒng)模式和交換容器模式兩種 （2）定點容器系統(tǒng),17,二、城市垃圾的收集,2.術(shù)語定義： （1）貯存站裝卸車操作（P）（相對恒定） 拖運容器系統(tǒng) PhCS 定點容器系統(tǒng) PSCS （2）往返路途運行（h）（決定因素） 拖運容器系統(tǒng) hhCS 定點容器系統(tǒng) hSCS （3）卸料站卸料操作（S）（相對恒定） （4）無效操作因數(shù)（W） W=上下班交接時間W1+由始發(fā)站至收集站與收班回始發(fā)站的時間W2+車輛維修時間W3+交通阻塞時間W4+規(guī)定休息時間W5等，取經(jīng)驗值為0.1~0.25,18,二、城市垃圾的收集,3.拖運容器收集系統(tǒng)操作運行數(shù)學(xué)模型 車輛往返一次需要的時間（h）： ThCS=（PhCS+hhCS+S）/（1-W） 當(dāng)PhCS和S相對恒定時，h取決于速度(v)與距離(x) 通過統(tǒng)計分析得：v=x/a+bx 即 x/v=a+bx 而 x/v=hhCS 則 hhCS=a+bx 則 ThCS=（PhCS+a+bx+S）/（1-W） 每日往返次數(shù)Nd=（1-W）H / （PhCS+a+bx+S）,a、b為經(jīng)驗運程常數(shù),19,二、城市垃圾的收集,4.定點容器收集系統(tǒng)操作運行數(shù)學(xué)模型 （1）機械裝車操作運行模式 車輛往返一次需要的時間（h）： TSCS=（PSCS+S+a+bx）/（1-W） 每日往返次數(shù) Nd=Vd/rV 其中Vd為垃圾日產(chǎn)速率，r為壓實比，廢物原體積與壓實后的體積比，V為收集車容積 （2）人工裝車操作運行模式,20,三、城市垃圾的轉(zhuǎn)運,1.拖運容器系統(tǒng)和定點容器系統(tǒng)的評價方案 （1）運輸費用 （2）行車時間 （3）操作運行時間 2.城市垃圾轉(zhuǎn)運站的設(shè)計基礎(chǔ) （1）轉(zhuǎn)運站的選擇：直接排料型、貯存碼頭型、直接排料與貯存結(jié)合型 （2）運轉(zhuǎn)站操作容量：小型站（日裝運量小于100噸）、中型站（日裝運量100—500噸）、大型站（日裝運量大于500噸） （3）轉(zhuǎn)運站的設(shè)備與建筑物選擇 （4）轉(zhuǎn)運站的地點選擇 （5）運輸方式,21,第十章 固體廢物處理技術(shù),第一節(jié) 固體廢物的壓實技術(shù) 第二節(jié) 固體廢物的破碎技術(shù) 第三節(jié) 固體廢物分選技術(shù) 第四節(jié) 固體廢物的脫水與干燥 第五節(jié) 有毒有害廢物的化學(xué)處理與固化,22,第一節(jié) 固體廢物的壓實技術(shù),1.壓實 （1）目的：減少表觀體積，提高運輸與管理效率 （2）表觀體積：廢物顆粒有效體積與孔隙占有的體積之和 （2）壓實比：物質(zhì)原體積與壓實后的體積比 2.壓實機械： （1）水平壓實器（2）三向垂直壓實器（3）回轉(zhuǎn)式壓實器,23,第二節(jié) 固體廢物的破碎技術(shù),1.破碎目的：減少顆粒尺寸，使之質(zhì)地均勻，可降低孔隙率、增大比重 2.破碎機械： （1）錘式破碎機 （2）剪切破碎機 （3）腭式破碎機,24,第三節(jié) 固體廢物分選技術(shù),1.分選目的：將各種有用資源采用人工或機械的方法分離開來 2.分選效果評價,分 選 單 位,,,,,,進(jìn)口料,出口料,x10+x20+…+xi0,x11+x21+…+xi1,x12+x22+…+xi2,x1j+x2j+…+xij,x1m+x2m+…+xim,25,第三節(jié) 固體廢物分選技術(shù),由j出料口出的i組分的回收率：Rij=(xij/xi0)*100%,由j出料口出的i組分的純凈度：Pij=(xij/∑xij)*100%,26,第三節(jié) 固體分選技術(shù),3.分選技術(shù) （1）風(fēng)選 （2）磁選 （3）篩選 （4）慣性分選 （5）浮選 （6）淘汰分選 （7）靜力分選,27,第四節(jié) 固體廢物的脫水與干燥,1.固體廢物的脫水 （1）固體廢物的脫水主要用于城市污水與工業(yè)廢水處理產(chǎn)生的污泥處理，以及類似于污泥含水率高的其他固體廢物 （2）機械脫水：真空抽濾脫水機、壓濾機、離心脫水機 （3）泥漿自然干化脫水,28,第四節(jié) 固體廢物的脫水與干燥,2.固體廢物的干燥 （1）固體廢物的干燥主要用于城市垃圾經(jīng)破碎、分選后的輕物料進(jìn)行能源回收或焚燒處理時 （2）干燥器的加熱方式：對流、傳導(dǎo)、輻射,29,第五節(jié) 有毒有害廢物的化學(xué)處理與固化,1.有毒有害廢物的化學(xué)處理 （1）中和法 （2）氧化還原法：鉻渣干式還原法和鉻渣濕式還原法 2.固體廢物的固化處理：指利用物理或化學(xué)方法將有害固體廢物固定或包容在惰性固體基質(zhì)內(nèi)，使之呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性或密封性的一種無害化處理方法。 （1）水泥固化（2）石灰固化（3）熱塑性材料固化（4）有機聚合物固化（5）自膠結(jié)固化（6）玻璃固化,30,第十一章 固體廢物資源化、綜合利用與最終處置,第一節(jié) 固體廢物資源化的意義與資源化系統(tǒng) 第二節(jié) 材料回收系統(tǒng) 第三節(jié) 生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收 第四節(jié) 城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收 第五節(jié) 固體廢物的最終處置,31,一、固體廢物資源化的意義與資源化系統(tǒng),城市固體廢物資源化系統(tǒng)（三個子系統(tǒng)）： （1）前處理系統(tǒng)： 直接利用原材料，減少廢物量 （2）后處理系統(tǒng)： 回收轉(zhuǎn)化產(chǎn)品與能源產(chǎn)品 （3）能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)：輔助系統(tǒng)，將能源產(chǎn)品進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可以直接利用的能源,32,二、材料回收系統(tǒng),1.材料回收系統(tǒng)：由幾種處理單元技術(shù)組合，形成對城市垃圾加工、分選的工程系統(tǒng)稱為材料回收系統(tǒng)。 2.材料回收系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價條件： （1）產(chǎn)品應(yīng)滿足市場需要的技術(shù)規(guī)范，包括產(chǎn)品的純凈度與容量等 （2）各類回收物品的產(chǎn)量與運輸條件 3.材料回收系統(tǒng)的類型 （1）常規(guī)簡易材料回收系統(tǒng)：適用于人工可揀選的固體廢物，以回收鋼鐵金屬為主 （2）多種物料回收系統(tǒng)：適用于含可回收物料種類較多的城市垃圾分選、回收,33,三、生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,1.生物轉(zhuǎn)化適用于易于降解的物質(zhì)，如食品廢物、廢紙、庭院廢物等，通過生物轉(zhuǎn)化，這些物料可轉(zhuǎn)化為腐殖肥料、沼氣或其他化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。 2.生物轉(zhuǎn)化工藝 （1）城市垃圾堆肥工藝 定義：指在一定人工控制條件下，通過生物化學(xué)作用，使垃圾中有機成分分解轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的腐殖肥料過程，其實質(zhì)是一種發(fā)酵過程。 優(yōu)點：可減少環(huán)境污染，能源可以被農(nóng)業(yè)利用，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有顯著意義。,34,三、生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,堆肥方式：厭氧堆肥和好氧堆肥 （2）厭氧消化處理 （3）發(fā)酵技術(shù) 3.生物化學(xué)處理新技術(shù)在固體廢物資源化中的應(yīng)用： 利用生物酶的催化作用,35,四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,（一）城市垃圾的焚燒 1.焚燒目的：可使垃圾體積減少80%~95%，重量減少，使最終產(chǎn)物成為性質(zhì)比較穩(wěn)定的無害化灰渣，消滅各類病原體，消除腐化源。 2.城市垃圾的焚燒處理與否主要取決于其可燃性和熱值 （二）焚燒過程的基本條件與物料、熱量衡算 1.焚燒過程的基本條件（三T原理） （1）燃料在焚燒爐中燃燒完畢所需要的停留時間（time）：包括燃燒室加熱至起燃與燃盡的時間之和 （2）燃料與空氣混合的湍流程度（turbulence） （3）燃燒過程的溫度（temperature）,36,四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,2.燃燒過程的熱量衡算與物料衡算 輸入總熱量=輸出總熱量 燃料輸入總量=燃料產(chǎn)物總輸出量,37,能量衡算項目,38,質(zhì)量衡算項目,39,四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,（三）城市垃圾焚燒系統(tǒng) 1.城市垃圾的處理與貯存 2.進(jìn)料系統(tǒng) 3.燃燒室 4.廢氣排放與污染控制系統(tǒng) 5.排渣系統(tǒng) 6.焚燒爐的控制與測試系統(tǒng) 7.熱源回收系統(tǒng),40,四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,（四）焚燒爐的效率 1.爐渣中可燃物剩余率關(guān)系式： E=100(1-Vr/Vf) Vr為單位時間排出灰渣中可燃物含量 Vf為單位時間進(jìn)料中可燃物含量 2.等值濃度公式： E=(1-fr)/(Ar+fr) Ar為爐渣中含灰分濃度[g（灰）/g（渣）] fr為爐渣中含可燃物濃度[g（可燃物）/g（渣）],41,四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,（五）焚燒爐的類型 １.標(biāo)準(zhǔn)焚燒爐 ２.多膛焚燒爐 ３.水墻式鍋爐 ４.流化床焚燒爐 （六）固體廢物熱解處理 １.定義：將垃圾置于缺氧高溫條件下，在分解與縮合的共同作用下，由于大多數(shù)有機化合物有熱不穩(wěn)定的特征，將發(fā)生裂解轉(zhuǎn)化為分子量較小的氣態(tài)、液態(tài)與固態(tài)組分的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程稱為熱解。 2.工藝設(shè)備：主體設(shè)備為縱向氣化熱解爐 3.主要控制因素：操作溫度、升溫速度、固體廢物燃料的理化性質(zhì)與停留時間,42,四、城市垃圾的焚燒與熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的回收,（七）熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的利用和能源轉(zhuǎn)化 1.各類熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)品熱電轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 2.過程熱轉(zhuǎn)化率與效率 熱轉(zhuǎn)化率：Rp=Hf/E0 Hf為消耗廢物燃料的有效熱量，E0為電能輸出量 熱效率：e=Ri/Rp Ri為理論熱功當(dāng)量,43,五、固體廢物的最終處置,1.定義：為防止環(huán)境污染，根據(jù)排放的不同環(huán)境條件，采取適當(dāng)而必要的防護(hù)措施，達(dá)到被處置廢物與環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)最大限度的隔絕，稱為固體廢物的最終處置。 2.主要途徑： （1）陸地處置 （2）海洋處置 （3）土地耕作處置 （4）深井灌注 （5）廢礦坑處置等,44,五、固體廢物的最終處置,3.固體廢物填埋處置 （1）衛(wèi)生填埋：對一般城市垃圾與無害化的工業(yè)廢渣基于環(huán)境衛(wèi)生角度而填埋的操作與結(jié)構(gòu)形式稱為衛(wèi)生填埋。 （2）安全填埋：對有毒有害廢物基于安全考慮而填埋的操作與結(jié)構(gòu)形式稱為安全填埋。,45,五、固體廢物的最終處置,4.衛(wèi)生填埋場 （1）場地選擇的因素： 場地有效利用面積 資源回收與預(yù)處理 運輸距離 土壤與地形條件 氣象條件 地表與地質(zhì)水文條件 地區(qū)環(huán)境條件 填埋場封場后的最終利用和開發(fā),46,五、固體廢物的最終處置,（2）衛(wèi)生填埋場的一般結(jié)構(gòu) （3）干燥地區(qū)填埋場的填埋方法： 地面堆埋法 開槽填埋法 谷地（溝壑）填埋法 （4）潮濕地區(qū)填埋場的填埋方法： 要注意防止地下水的污染及填埋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等問題需要設(shè)置地下水抽堤、排泄系統(tǒng)與氣體收集系統(tǒng),47,五、固體廢物的最終處置,（5）衛(wèi)生填埋場的氣體排放： 透氣通道控制法 密封法控制氣體遷移 5.固體廢物土地耕作處置：基于土壤的離子交換、吸附、微生物生物降解以及滲濾水浸取、降解產(chǎn)物的揮發(fā)等綜合作用 6.固體廢物海洋處置： （1）海洋傾倒 （2）遠(yuǎn)洋焚燒處置 7.深井灌注處置：將固體廢物液體化，用強制性措施注入與飲用地下水層隔絕的可滲性巖層內(nèi),48,