《固体废物处理与处置》教案.doc

_固体废物处理与处置教案 课程名称及代码：固体废物处理与处置、13130105 课 程 英文名称 ：Solid Waste Treatment and Disposal 课 程 所属单位： 化学与环境工程学院 环境工程教研室 课 程 面向专业：环境工程本科专业教 师 姓 名：梅运军教 师 职 称：讲师所用教材：固体废物处理与处置 宁平 主编 本课程总学时数：60 本学期总学时数：60讲 课：54 课 程 设 计：6课 程 性 质：专业必修课武汉工业学院化学与环境工程学院一、 课程性质与目的本课程是专业课，是环境工程专业主要课程之一。主要讲授固体废物的来源、分类及综合处理系统等基本知识；并以城市垃圾为中心讲述固体废物的收集、清运、处理以及处置；各种处理和处置方法以及设备。固体废物的处理及其资源化是本课程的重点。通过课堂教学使学生掌握必要的理论基础知识，同时培养学生参与工程设计的实践能力。二、 课程教学内容与要求第一章 绪论 了解固体废物的来源、分类、污染控制、处理利用方法分类、管理及相关技术政策。第二章 固体废物的收集、贮存及清运 本章要求了解固体废物主流城市的分类、特性，进一步熟悉城市垃圾的收集，运输工艺，对收运系统有初步的认识。第三章 固体废物的预处理 本章要求了解固体废物的预处理（压实、破碎、分选、固体废物的脱水）的目的和使用场合，掌握各类预处理方法的原理及工艺，熟悉常用设备的主要技术性能。第四章 固体废物的物化处理 本章主要要求了解浮选、浸出、固体废物的稳定化/固化处理的基本原理，工艺及设备要求。第五章 固体废物的生物处理 本章要求掌握好氧堆肥的原理、工艺、设备及评价指标；厌氧消化（沼气）的原理、工艺、设备等；微生物浸出机理、工艺及其他生物处理技术。第六章 固体废物的热处理 本章要求掌握焚烧的原理、工艺及设备；热解的原理、工艺及设备；固体废物的其他热处理方法等。第七章 固体废物的资源化与综合利用 掌握固体废物资源化的概念、资源化系统及系统技术；了解工业、矿业以及农林、城市生活垃圾的综合利用途径及方法。第八章 固体废物的填埋处置 了解固体废物最终处理的概念，了解各类废物的处置方法；掌握卫生填埋的原理、技术及主要方法。第九章 危险废物及放射性固体废物的管理了解危险废物及放射性废物的管理办法、危险废物的处理技术及基本要求。第一章 绪论第一节：固体废物的来源于分类教学目标: 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1、固体废物的概念：指在生产、生活和其他活动中产生的丧失了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。（中华人民共和国固体废物污染环境防治法，2005年。）对红色部分进行进一步的阐释。 固体废物处理(treatment of solid wastes)。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(disposal of soild wastes)。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（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（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3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 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。本章习题与思考1、名词解释： 固体废物、三化、清洁生产2、如何区分固体废物、废水和废气？3、清洁生产与固体废物污染控制有何关系？4、如何理解固体废物是放错了位置的资源？5、思考固体废物的综合利用与可持续性发展的相互关系。第二章 固体废物的收集、贮存及清运教学目标: 1.掌握城市生活垃圾的收集及清运2.熟练掌握城市垃圾中转站的设置3.了解危险废物的收集、贮存及清运教学重点：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：8学时1固体废物的收集与清运 工业固体废物处理的原则是“谁污染，谁治理”。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；第二阶段是收集和清除；第三阶段为转运，特指垃圾的远途运输到处置场。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：清运操作方式；收集清运车辆数量、装载量及机械化装卸程度；清运次数、时间及劳动定员；清运路线。2 城市生活垃圾转运站的设置一.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，hkm；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()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-)也可以用下式表示：Thcs=(Phcs+S+ a+bx)/(1-)当求出Thcs后，则每日每辆收集车的行程次数用下式求出：NdH/Thcs式中，Nd为每天行程次数，次d；H为每天工作时数，hd；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：NwVw/(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，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25。解：按公式Phcs=tpc+tuc+tdbc（0.0330.0330）h/次0.066 h/次清运一次所需时间，按公式Thcs=(Phcs+S+h)/(1-)(0.066+0.512+0.022)/(1-0.25) h/次=0.80 h/次清运车每日进行的集运次数，按公式NdH/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NwVw/(cf)280/(80.67)次/周53次/周每周所需要的工作时间为：DwNwThcs（530.8）h/周42.4 h/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（PscsSabx）/（1）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：Pscsct(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=Nw Pscs+tw(S+a+bx)/(1-)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-)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=60 Pscs ntp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）VVpNp/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：NwTpF/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)；非生产时间占15。解 按公式NdH/Thcs反求集装时间：H=Nd(Pscs+S+h)/(1-)所以 Pscs =(1w)HNd(Sh)=(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：Np60 Pscs ntp(603.012/l.76)点/次205点/次每集装点每周的垃圾量换成体积数为：Vp（1.23.57/120）m3/次0.285 m3/次清运车的容积应大于：VVpNpr(0.2852052)m3/次=29.2 m3/次每星期需要进行的行程数：NwTpF/Np=(10001/205)次/周4.88次/周每个工人每周需要的工作时间参照式Dw=Nw Pscs+tw(S+a+bx)/(1-)H：Dw=Nw Pscs+tw(S+a+bx)/(1-)H4.883.01+5（0.10+0.29）(1-0.15)8d/周2.45 d/周二.收集路线设计1.设计收运路线的一般步骤 设计收集路线的一般步骤包括：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；资料分析，将资料数据概要列为表格；初步收集路线设计；对初步收集路线进行比较。2.设计收集清运路线实例P31-35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?3 危险废物的收集、贮存及清运一、危险废物的产生与收集二、危险废物的贮存三、危险废物的清运习题与思考题 对习题进一步降解P44-46。第三章 固体废物的预处理1 固体废物的压实教学目标: 理解固体废物的压实目的、原理、评价设备等教学重点：压实原理及设备教学难点：学时安排：1学时压实的概念及目的一.压实设备与流程1设备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。2 固体废物的破碎教学目标: 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学时一.破碎的概念及目的二.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）。（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）。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3固体废物的分选教学目标: 1.理解并掌握人工分选、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.了解其他分选方法6.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：重力分选、磁力分选、电力分选、浮选学时安排：6学时 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 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；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“易筛粒”（粒度小于筛孔3/4） “难筛粒” （2）设备性能的影响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。（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（1） 固定筛：（2）滚筒筛（转筒筛）：（3）惯性振动筛：（4）共振筛2、重力分选一、概述重力分选原理：FEFBFD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）。式中：s为颗粒密度；Vg为颗粒体积，假定颗粒为球形，则：式中为介质密度；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，为流体介质的动粘度系数。如果假定流体运动为层流，CD24/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。 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。 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(C)介于固体废物中轻物料密度(L)和重物料密度(W)之间，即LCW (二)对重介质性能的要求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。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。6 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。4 固体废物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 (一)污泥的分类及特性 (1)按来源分：(2)根据污泥从水中分离过程可分：(3)按污泥成分和性质可分： (4)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 1、污泥的含水率、固体含量和体积 2、污泥的脱水性能3、挥发性固体与灰分 4、污泥的可消化性 5、污泥中微生物 (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。 (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。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。污泥的处理和处置可能在污水处理厂综合考虑解决，也可在专门建立的污泥处理厂进行。可以根据需要选用不问的污泥处理系统，常见的系统分为下述四类：浓缩机械脱水处置脱水滤饼； 浓缩机械脱水焚烧处置灰分；浓缩消化机械脱水处置脱水滤饼；浓缩消化机械脱水焚烧处置灰分。2 污泥浓缩污泥含水率很高，一般有9699，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8590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 2.毛细结合水 3.表面吸附水 4.内部(结合)水(一)重力浓缩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。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。 (二)污泥的洗涤 污泥的洗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。(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 (2)混凝剂(四)热处理 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 2、低温加压处理法 (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。4 污泥脱水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。(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 (2)粒状介质 (3)多孔固体介质 （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。第四章 固体废物的物化处理1 浮选教学目标: 1.掌握浮选的原理2.掌握浮选的药剂3.熟悉并掌握污浮选的工艺4.理解并掌握浮选设备教学重点：浮选的原理、浮选的药剂、浮选的工艺教学难点：浮选的原理学时安排：2 学时一、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。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 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 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 (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。 (三)调整剂调整剂的种类较多，按其作用可分为以下四种：1活化剂 2抑制剂 3介质的调整剂 4分散与混凝剂三.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。2 溶剂浸出教学目标: 1.了解溶剂浸出的动力学过程2.掌握浸出过程的化学反应机理3.掌握几种典型的浸出反应4.理解影响基础过程的主要因素5.掌握浸出工艺及设备教学重点：浸出过程的反应机理及几种典型的浸出反应教学难点：化学反应机理学时安排：2 学时溶剂浸出：用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性地溶解的物理化学方法。浸出目的： 使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相。所以溶剂的选择成为浸出工艺的关键环节，溶剂的选择一般要注意一下几点： 1）对目的组分选择性好； 2）浸出率高，速率快； 3）成本低，容易制取，便于回收和循环使用； 4）对设备腐蚀性小。一、浸出动力学过程 过程分为如下几个阶段：1）外扩散： 2）化学反应：3）解吸： 4）反扩散（区别于外扩散）：二、 浸出过程的化学反应机理物理溶解过程:化学溶解过程：六 浸出设备（多媒体演示）3 固体废物稳定化/固定化处理教学目标: 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：3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：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；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；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。对固化处理的基本要求包括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；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，固化工艺过程简单、便于操作，固化剂来源丰富，价廉易得。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。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/(dcm2)， 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.水泥固化原理水泥固化的化学反应：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：添加剂分为有机和无机两大类二.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 (一)影响沥青固化体浸出率的因素 1、沥青的种类 2、废物量、化学组成及混合状况 3、残余水分 4、某些表面活性剂的影响 (二)影响沥青固化体化学稳定性的因素 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。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5、玻璃固化一、玻璃固化原理玻璃固化是以玻璃原料为固化剂，将其与有害废物以一定的配料比混合后在高温(9001200)下熔融，经退火后即可转化为稳定的玻璃固化体。玻璃固化法主要用于固化高放废物。从玻璃固化体的稳定性、对熔融设备的腐蚀性、处理时的发泡情况和增容比来看，硼硅酸盐玻璃固化是最有发展前途的固化方法。二、玻璃固化方法及工艺流程(一)玻璃固化方法 玻璃固化的方法可分为间歇式和连续式两种。1、间歇式固化法 2、连续式固化法 (二)玻璃固化的工艺流程三、玻璃固化法的特点6、其他固化方法 一、石灰固化(一)石灰固化原理石灰固化是以石灰为固化剂，以粉煤灰，水泥窑灰为填料，专用于固化含有硫酸盐或亚硫酸盐类废渣的一种固化方法。其原理是基于水泥窑灰和粉煤灰中含有活性氧化铝和二氧化硅，能与石灰和含有硫酸盐、亚硫酸盐废渣中的水反应，经凝结、硬化后形成具有一定强度的固化体。（二)石灰固化法的应用及其优缺点二、自胶结固化(一)自胶结固化原理自胶结固化是将含有大量硫酸钙或亚硫酸钙的泥渣，在适宜的控制条件下进行煅烧，使其部分脱水至产生有胶结作用的亚硫酸钙或半水硫酸钙()状态，然后与特制的添加剂和填料混合成稀浆，经凝结硬化形成自胶结固化体。其固化体具有抗透水性高，抗微生物降解和污染物浸出率低的特点。(二)自胶结固化法的优缺点三，水玻璃固化水玻璃固化是以水玻璃为固化剂，无机酸类(如硫酸，硝酸、盐酸和磷酸)为助剂，与有害污泥按一定的配料比进行中和与缩合脱水反应，形成凝胶体，将有害污泥包容，经凝结硬化逐步形成水玻璃固化体。水玻璃固化法具有工艺操作简便，原料价廉易得，处理费用低、固化体耐酸性强，抗透水性好，重金属浸出率低等特点。此法目前尚处于试验阶段。第五章 固体废物的生物处理教学目标: 1.掌握堆肥化概念和好氧堆肥原理；2.了解并掌握堆肥化过程；3.熟悉好氧堆肥程序、工艺、装置并掌握好氧堆肥的影响因素；4.掌握有机物的厌氧发酵过程；5.理解并掌握厌氧发酵的工艺条件及其控制；6.熟悉发酵装置水压式沼气池并掌握其设计计算。 7.掌握细菌浸出的机理及工艺教学重点：好氧堆肥的影响因素；厌氧发酵的工艺条件及其控制教学难点：厌氧发酵的工艺条件及其控制学时安排：8学时生物处理法是最主要的污水处理方法之一，人们对有机固体废物生物转换技术也进行了深入的研究。（一）生物转换理论基础。1.微生物的代谢作用2.微生物的种类在固体废物生物处理过程中，有各种微生物与发挥作用。微生物种类繁多，大致可以作如下分类：3.生物处理方法 根据在处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类。(1)好氧生物处理法 (2)厌氧生物处理化 (二)固体废物生物转换技术的应用1.堆肥化 2.沼气化 1 好氧生物降解制堆肥一、堆肥化概述（一）堆肥化概念（二）好氧法堆肥原理可用反应式分别表示为：1.有机物的氧化不含氮有机物（CxHyOz）的氧化含氮有机物（CsHtNuOvaH2O）的氧化2.细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以NH3作氮源）3.细胞质的氧化(二)堆肥化过程好氧堆肥化从废物堆积到腐热的微生物生化过程比较复杂，但大致可分为以下三个阶段。(1)中温阶段(亦称产热阶段) (2)高温阶段 (3)腐熟阶段 二.好氧堆肥程序、工艺、装置和影响因素(一)堆肥程序现代化堆肥生产，通常由前(预)处理、主发酵(亦可称一次发酵、一级发酵或初级发酵)、后发酵(亦可称二次发酵、二级发酵或次级发酵)、后处理、脱臭及贮存等工序组成。1.前处理 2.主发酵 3.后发酵 4.后处理 5.脱臭 6.贮存(二)发酵工艺与装置1.间歇式发酵工艺与装置(1)间歇式发酵工艺 (2)间歇式发酵装置：2.连续发酵工艺与装置 (三)影响因素影响堆肥化过程(特别是主发酵)的因素很多，对于快速高温二次发酵堆肥工艺来说，通风供氧、堆料含水率、温度是最主要的发酵条件，其他尚有有机质含量、碳氮比、碳磷比、pH值等。式中，r=0.5b-nx-3(c-ny)； s=a-nw；n为降解效率(摩尔转化率1)；CaHbNcOd和CwHxHyOx分别代表堆肥原料和堆肥产物的成分。例题： 用一种成分为C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥化试验。试验结果，每1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下200kg，测定产品成分为CllHl4NO4，试求每1000kg物料的化学计算理论需氧量。解 (1)计算出堆肥物料C31H50NO26千摩尔质量为852kg，则参加过程的有机物摩尔数=(1000/852)kmol=1.173kmol； (2)堆肥产品CllHl4NO4的千摩尔质量为224kg，可算出每摩尔参加过程的残余有机物摩尔数即n=200/(1.173224)=0.76； (3)由已知条件：a=31，b=50，c=1，d=26，w=11，x=14，z=1，y=4。可以算出 r=0.550-0.7614-3(1-0.761)=19.32 S=31-0.7611=22.64 (4)所需的氧量为： W=0.5(0.764+222.64+19.32-26) 1.17332kg=781.5kg实际的堆肥化系统必须提供超出计算需氧量(二倍以上)的过程空气，以保证充分的好氧条件。主发酵强制通风的经验数据如下：静态堆肥取0.050.2m3/(minm3)堆料，动态堆肥则依生产性试验确定。b.通风方法与控制 2.含水率及其调节与控制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，可添加粪便或污水污泥等进行调节。添加的调节剂与垃圾的重量比，可根据下式求出：式中： M调节剂与垃圾的重量(湿重)比； Wm、Wc、Wb分别为混合原料含水率、垃圾含水率，调节剂含水率。 3.有机物的含量 4.碳氮比 5.温度 6.pH 7.碳磷比（C/P）四.堆肥的农业效用2 厌氧发酵制沼气一.有机物的厌氧发酵过程有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段(如图所示)，每一阶段各有其独特的微生物类群起作用。液化阶段起作用的细菌称为发酵细菌，包括纤维素分解菌，脂肪分解菌，蛋白质水解菌。产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解菌。这两个阶段起作用的细菌统称为不产甲烷菌。产甲烷阶段起作用的细菌是甲烷细菌。 在液化阶段，发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后，细菌再吸收可溶于水的物质，并将其酵解成为不同产物。 在产酸阶段，产氢、产醋酸细菌把前一阶段产生的一些中间产物丙酸、丁酸、乳酸，长链脂肪酸、醇类等进一步分解成醋酸和氢。在产甲烷阶段，甲烷菌利用H2/CO2醋酸以及甲醇、甲酸、甲胺等C1类化合物为基质，将其转化成甲烷。其中，H2/CO2和醋酸是主要基质。一般认为，甲烷的形成主要来自H2还原CO2和醋酸的分解。根据对中间产物转化成甲烷的过程所作的研究发现醋酸是厌氧发酵中最重要的中间产物。二.发酵原料堆肥原料都可以作沼气发酵原料。(一)常见沼气发酵原料的理论产气量计算沼气发酵原料的理论产气量，可先分别测定每种发酵厨料中碳水化合物、蛋白质、脂类化合物的含量，然后依据下式计算甲烷的产量(E)； E=0.37A+0.49B+1.04C式中E每克发酵原料的理论产甲烷量，L；A、B、C分别为每克发酵原料中碳水化合物、蛋白质、脂类化合物的重量g。然后，再依下式计算二氧化碳的理论产量(D) D=0.37A+0.49B+0.36C 式中：D-每克发酵原料的理论二氧化碳产量，L；通过测定和用上式计算得出常用沼气发酵原料的组分和理论产气量列于教材p247表95中。(二)原料的产气率和甲烷含量沼气发酵原料产生率是指单位重量的原料在发酵过程中产生的沼气量。我国通常用原料所含总固体(TS)的量作原料单位表示原料的产气量。教材p248表96中列出了常用沼气发酵原料以及原料中主要化学成分(碳水化合物，蛋白质和脂类)的沼气产气率和甲烷含量。(三)原料的总固体百分含量和总固体量原料的总固体百分含量和总固体量可按下式计算：式中：MTS发酵原料总固体百分含量， W1发酵原料样品重量， W2样品在105土2条件下烘干衡重量， W发酵原料重量， WTS发酵原料所含总固体量。（四）原料的碳氮比厌氧发酵原料的适宜碳氮比为20：130：1，碳氮比达到35：1时，产气量明显下降。为了使发酵过程有一个较高的产气量，可以降原料适当配合，形成适宜厌氧发酵的混合原料。1.混合原料碳氮比的计算依据下式可以计算混合原料的碳氮比，或者按要求的碳氮比计算搭配原料的数量。式中：K混合原料的碳氮比； C、N分别为原料中碳、氮含量，； X原料的重量，kg。2.发酵料浆的配制计算原料配制成料浆，可根据料浆中所要求的总固体百分含量，计算加水量。式中：MTS沼气发酵料浆中总固体百分含量； X各种原料（包括水）的重量； M各种原料总固体的百分含量。三、厌氧发酵的工艺条件及其控制 (一)厌氧条件 (二)温度 (三)pH值 (四)搅拌 消化器基本设计要求(一).结构与工作原理(二)设计1.设计参数设计水压式沼气池时，需掌握的主要参数如下：(1)气压：7480Pa(即80cm水柱)为宜。(2)池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积1昼夜的产气量，单位为m3沼气/(m3池容d)。我国通常采用的池容产气率包括0.15、0.2、0.25和0.3几种。(3)贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以12小时产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。(4)池容：池容系指发酵问的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有4、6、8、10m3等几种。(5)投料率；投料率系指最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在8595之间为宜。2.发酵间的设计水压式沼气池发酵间的设计可按下列步骤进行：(1)确定池容 (1)(2)确定贮气量 (2)(3)计算圆筒形发酵间容积：圆筒形发酵间由池盖、池身、池底组成（如图所示）。三部分的容积计算公式如下： (3) (4) (5)式中：V1、V2、V3分别是池盖容积、池底容积、池身容积； f1、f2分别为池盖矢高、池底矢高；r1池盖曲率半径，它与其他尺寸的关系为： (6)r2池底曲率半径，它与其他尺寸的关系为： (7)R池体内径；H池身高度；综合圆形沼气池的内力结构计算、材料用量计算和施工、管理、使用技术等各种因素，一般认为，当池盖矢跨比，池底矢跨比和池身高（对于4、6、8、10m3容积的小型沼气池可取H1m）时，沼气池的尺寸比较合理。这样，一旦发酵间某一尺寸被确定以后，可算出其他部分的尺寸。 (4)确定进出料管安装位置：水压式沼气池进出料管的水平位置一般都确定在发酵间直径的两端。进出料管的垂直位置一般都确定在发酵间的最低设计液面高度处。该位置的计算方法如下：计算死气箱拱的矢高：即池盖拱顶点到发酵间的最高液面O-O位置的距离，如图所示。其中死气箱拱的矢高（f死）可按下式计算。式中：h1池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离(计算过程略去)，对65cm直径的活动盖，该值在1015cm之间； h2导气管下露出长度，取35cm； h3一导气管下口到OO液面距离，一般取20-30cm。 计算死气箱客积(V死) 式中：V死、f死、r1分别为死气箱容积、死气箱矢高，池盖曲率半径。 求投料率：根据死气箱容积，可计算出沼气池投料率，公式是： 式中V、V死分别为沼气池容积和死气箱容积m3。 计算最大贮气量(V贮) 计算气箱总容积(V气) V气V死+V贮 式中：V气、V死、V贮分别为沼气池气箱总容积。死气箱容积和有效气箱容积(最大贮气量)。 计算池盖容积(V1) 式中V1、f1、R-分别为池盖容积，池盖矢高和池体内径。 计算发酵间最低液面位AA 对一般沼气池来说，V气均大子V1，也就是说，A-A液面位置在圆筒形池身范围内。此时，要确定进、出料管的安装位置，应按下式先算出气箱在圆筒形池身部分的容积(V筒)： V筒V气V1由于因此式中：h筒圆筒形池身内气箱部分的高度， R圆筒形池身半径。 AA液面位在池盖与池身交接平面以下h筒的位置上。这个位置也就是进出料管的安装位置。3.水压间的设计水压间的设计包括确定以下三个尺寸：(1)水压间的底面标高：此标高应确定在发酵间初始工作状态时的液面位置OO水平。(2)水压间的高度(H)：此高度应等于发酵间最大液位下降值(H1)与水压间液面最大上升值(H2)之和，即HH1+H2(3)水压间容积：此容积等于池内最大贮气量。五、城市污水污泥与粪便的厌氧发酵处理(一)污水污泥厌氧消化处理(二)粪便厌氧发酵处理第六章 固体废物的热处理教学