固体废物处理与处置教案.docx
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固体废物处理与处置教案
《固体废物处理与处置》教案
学院、系：
环境科学与工程学院
任课教师：
郭斌周保华
授课专业：
环境工程
课程学分：
1.5学分
课程总学时：
30学时
课程周学时：
2学时
2006年8月
《固体废物处理与处置》教学进程
周
次
课
次
章节
计划学时
教学手段
教学环境
1～2
３～４
６～９
9～13
14
15
16
2
2
４
4
1
1
1
第一章绪论
第一节固体废物的概述
第二节固体废物的性质第三节固体废物处理处置方法
第四节控制固体废物污染的技术政策
第二章固体废物的预处理
第一节固体废物的压实
第二节固体废物的破碎
第三节固体废物的分选
第四节污泥的增稠和脱水
第五节固体废物的稳定和固化
第三章固体废物的能源利用
第一节固体废物焚烧热利用
第二节固体废物的热解与能量回收第三节固体废物沼气利用第四节污泥的焚烧
第四章固体废物的建材利用
第一节高炉渣第二节钢渣
第三节粉煤灰第四节煤矸石
第五章固体废物的农业利用
第一节固体废物的堆肥化
第二节粉煤灰的农业利用
第六章固体废物的化工利用
第一节硫铁矿烧渣的氯化焙烧与有色金属的回收第二节含汞固体废物的培烧
第六章固体废物的化工利用
第三节煤矸石酸浸处理与聚合铝的制备过滤
第七章固体废物的最终处置
第一节方法概述第二节海洋处置第三节土地耕作第四节深井灌注
第七章固体废物最终处置技术
第五节填埋
4
4
８
8
2
2
2
多媒体教学
多媒体教学
多媒体教学
多媒体教学
多媒体教学
多媒体教学
多媒体教学
河北科技大学教案用纸
第1次课1～2学时
上次课复习：
新开课！
本次课题（或教材章节题目）：
第一章绪论
教学要求：
（1）掌握固体废物概况；
（2）了解有毒有害固体废物的鉴别
重点：
固体废物概况及有毒有害固体废物的鉴别
难点：
有毒有害固体废物的鉴别
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第一章绪论
•第一节固体废物的概述
•第二节固体废物的性质
共2课时，讲授
课后作业
有毒有害固体废物的定义及其性质，如何鉴别？
参考资料
北京市环境卫生科学研究所编著，国外城市固体废物处理（第一集）中国环境科学出版社
程正康、石青等译，国外固体废物法规选（第一册），中国环境科学出版社，1986
注：
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第一节固体废物的概述
一、固体废物的定义
凡人类一切活动过程产生的，且对所有者已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质，通称为固体废物。
各类生产活动中产生的固体废物俗称废渣（residue），生活活动中产生的固体废物则称为垃圾（refuse）。
“固体废物”实际上只是针对原所有者而言。
在任何生产或生活过程中，所有者对原料、商品或消费品，往往仅利用了其中某些有效比分，而对于原所有者不再具有使用价值的大多数固体废物中仍含有其他生产行业中需要的成分，经过一定的技术环节，可以转变为有关行业的生产原料，甚至可以直接使用。
可见，固体废物的概念随时、空的变迁而具有相对性。
提倡资源的社会再循环，目的是充分利用资源，增加社会与经济效益，减少废物处置的数量，以利社会发展。
二、固体废物的分类
1.工业固体废物
2.矿业固体废物
3.城市固体废物
4.农业固体废物
5.放射性固体废物
6.有害固体废物
三、固体废物对人类环境的危害
固体废物固然有可资源化的一面，但其对人类环境的危害是严重的，且是多方面的，在某些领域甚至超过废水与废气。
其危害可以归纳为如下几个万面：
（一）占据大量土地
由于大量固体废物的产生与积累，已有大片土地被堆占。
随着时间的延续，固体废物的堆积量还将不断的增加。
这对人口众多、可耕地面积较少的我国而言，将是极大威胁。
（二）污染土壤与水体、危害人类键康
固体废物是多种污染物的集合体，在大量露天堆置条件下，经长期降水的淋溶、地表径流的渗沥，其中各类污染物质随水流扩散至土壤、地下水与地表水源中，通过食物链与饮用水危害人体健康。
并可导致土地盐碱化等危害。
（三）污染大气、影响环境卫生
固体废物在自然环境中堆置，可通过气象作用产生的飞尘微生物作用产生的恶臭、以及化学反应产生的有害气体等污染大气。
此外，废物的堆置亦为蚊、蝇与寄生虫的滋生提供了有利的场所，有导致传染疾病的潜在威胁。
总之，固体废物对人类环境的危害具有多样性、长期性与潜在性。
四、固体废物污染控制
•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要从两方面着手，一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。
主要控制措施：
1.改革生产工艺
2.发展物质循环利用工艺
3.进行综合利用
4.进行无害化处理与处置
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第二节固体废物的性质
一、有毒有害固体废物的鉴别
（一）有毒有害固体废物的定义与性质
定义：
指具有腐蚀性、急性毒性、浸出毒性、反应性、传染性、放射性等一种及一种以上危害特征的废物。
性质：
易燃性、腐蚀性、化学反应性、浸出毒性、急性毒性、放射性与其他毒性和变异等。
（二）有毒有害固体废物毒害性质的鉴别与标准
1．易燃性的鉴别与标准
（1）定义与鉴别方法：
在常温下，经机械摩擦、吸湿或自发化学变化具有着火倾向，在加工过程会发热，或在点火时燃烧剧烈而持续，以致管理期间会引起危险的固体废物均属于易燃性固体废物。
（2）鉴别标准：
我国日前尚未制定易燃性固体废物的鉴别标准，可参阅国外有关标准。
多数国家规定闪点低于60℃的废物均归于易燃性废物。
2．腐蚀性的鉴别与标准
（1）定义与鉴别方法，腐蚀性固体废物通常是指那些对生物接触部位的细胞组织产生损害，或对装载之容器产生明显腐蚀作用的废物。
（2）鉴别标准：
中国人民共和国国家标准GB5085.1-1996《危险废物鉴别标准——腐蚀性鉴别》中制定的固体废物腐蚀性鉴别鉴别标准为PH≤2.0或PH>12.5。
美国还确定了对钢的腐蚀速率标准，以腐蚀速率每年6.35毫米为极限值。
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第2次课3～4学时
上次课复习：
有毒有害固体废物的鉴别方法。
本次课题（或教材章节题目）：
第一章绪论
教学要求：
掌握固体废物性质；了解有关处理处置方法；了解控制固体废物污染的技术政策
重点：
固体废物性质及技术政策
难点：
热值的计算
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第一章绪论
•第二节固体废物的性质
•第三节固体废物处理处置方法
•第四节控制固体废物污染的技术政策
共2课时，讲授
课后作业
固体废物有那些理化性质？
其热值如何计算？
参考资料
全国城市环境卫生科技情报网中心站，全国城市环境卫生科学论文集，中国环境科学出版社，1988
俞珂，世界瞩目的固体废物问题，化工进展，1991
注：
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第二节固体废物的性质
二、城市垃圾物理成分与分析方法
1城市垃圾物理成分
2城市垃圾物理成分分析方法
三、城市垃圾的物理性质
含水率
城市垃圾颗粒表现尺寸分析
容重
四、城市垃圾的化学性质
（一）化学成分
化学成分通常包括两种分析结果，即近似分析与基础成分分析。
1、近似分析：
近似分析项目包括含水率，挥发性物质重量百分率（950℃灼烧损失重量百分率），固定（残余）炭与不燃烧物和灰分量。
近似分析资料是初步评估城市垃圾回收利用的参考资料。
2、基础成分分析：
基础成分分析项目包括固体废物中C（碳）、H（氢）、O（氧）、N（氮）、S（硫）、水分及惰性物（不可燃物）的百分率。
是估算其热值的参数。
（二）城市垃圾热（能）值及其估算方法
由于城市垃圾中含有一定量的可燃（发热）成分，因此具有一定的含热（能）量。
热值（单位质量物质的含热量）表明垃圾的可燃性质。
HW=337C+1428（H-O/8）+95S
式中：
HW——湿基热值（kJ/kg）；
C——垃圾样品含碳百分率；
H——垃圾样品含氢百分率；
O——垃圾样品含氧百分率；
S——垃圾样品含硫百分率。
例1估算北京市（1983年）城市垃圾中一次样品的热值。
物理成分见表列数据a、b、c栏。
物理组分
a
b
c
质量百分率（%）
湿重（kg）
干重（kg）
食品废物
50.25
23.40
7.82
纸类
4.17
1.94
1.82
塑料类
0.61
0.28
0.27
纺织品
1.16
0.54
0.49
五金类
0.80
0.37
0.36
玻璃类
0.92
0.43
0.42
渣土
42.09
19.60
18.03
总计
100.00
46.56
28.41
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解：
1应用统计方法求解
1．样品的物理组分与利用表4统计的含热量结果列于下表中之d、e栏。
物理组分
a
b
c
d
e=b×d
质量百分率（%）
湿重（kg）
干重（kg）
湿基热值（kJ/kg）
湿基总含热量（kJ）
食品废物
50.25
23.40
7.82
4650
108810
纸类
4.17
1.94
1.82
16750
32495
塑料类
0.61
0.28
0.27
32600
9128
纺织品
1.16
0.54
0.49
17450
9423
五金类
0.80
0.37
0.36
700
259
玻璃类
0.92
0.43
0.42
150
64.5
渣土
42.09
19.60
18.03
7000
137200
总计
100.00
46.56
28.41
含水率（%）
297379.5
39
2．估计湿基热值：
用HW表示湿基热值，则
HW=e/b=297379.5/46.56=6387（kJ/kg）
3．求干基热值：
用HD表示干基热值，M表示含水率，则
解2应用杜朗公式求解
1．根据表列b、c栏中样品个组分的湿、干重量数据，利用表3统计基础化学成分，结果列于下表：
化学成分
湿质量（kg）
质量百分率（%）
摩尔书（kgmol）
C
9.28
20.3
1.699
H
1.15+2.02
6.9
6.900
O
4.01+16.13
44
2.750
N
0.31
0.68
0049
S
0.074
0.16
0.005
2.确定固体废物有硫与无硫时的近似化学结构式
有硫与无硫条件下各元素的摩尔比
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元素
C
H
O
N
S
摩尔比
S=1
339.8
1380
550
9.8
1
N=1
34.7
140.8
56.1
1
0
有硫时的近似化学结构是：
C339.8H1380O550N9.85S
无硫时的近似化学结构是：
C34.7H140.8O56.1N
3.用杜朗公式估算湿基热值：
HW=337C+1428（H-O/8）+95S
=337×20.3+1428（6.9-44/8）+95×0.16=8889.2（kJ/kg）
第三节固体废物处理处置方法
一、固体废物处理方法
1、物理处理
2、化学处理
3、生物处理
4、热处理
5、固体处理
二、固体废物处置方法
固体废物处置是指最终处置（finaldisposal）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。
固体废物的一般处置方法有：
1、土地耕作
2、工程库或贮存池贮存
3、土地填埋
4、深井灌溉
5、深海投弃
6、海上焚烧
第四节控制固体废物污染的技术政策
我国于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。
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第3次课5～6学时
上次课复习：
城市生活垃圾热值的定义及其计算方法。
本次课题（或教材章节题目）：
第二章固体废物的预处理
教学要求：
掌握固体废物的压实处理技术；掌握固体废物的破碎处理技术；掌握固体废物的
分选处理技术
重点：
固体废物的压实、破碎、分选处理技术
难点：
固体废物的分选处理技术
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第二章固体废物预处理
•第一节固体废物的压实
•第二节固体废物的破碎
•第三节固体废物的分选
共2课时，讲授
课后作业
1.有哪些垃圾的收集方式？
你所在的城市应采用哪些方式收集垃圾？
2.怎样根据固体废物的性质选择破碎方法？
选择破碎机时应考虑哪些方面？
3.根据城市垃圾和工业固体废物中各组分的性质，怎样组合分选回收工艺系统？
参考资料
1.李国鼎等，固体废物处理与资源化，清华大学出版社，1990年
2.任德树.粉碎筛分原理与设备.冶金工业出版社，1984年
3.任子扬，中国废旧物资的收集与再生利用，国际资源回收利用讲习会资料，1985
注：
本页为每次课教案首页
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第一节固体废物的压实技术
一、压实的含义与性质
当对固体废物实施压实操作时，随压力强度的增加，空隙率减少，表现体积随之而减小，容重增加。
因此，固体废物压实的实质，可以看作是消耗一定的压力能，提高废物容重的过程。
二、固体废物压是机械
1、水平压实器
2、三项垂直压实器
3、回转式压实器
三、固体废物压实工程设计要点
固体废物压实工程设计应考虑下列要点：
1．被压实废物的物理特征，包括颗粒大小、成分、含水率与容重等。
2．向压实器料斗中供料传输方式。
3．对压实后废物的处理方法与利用途径。
4．压实机械特征参数，包括装载室的大小、压头往返循环时间、机械的体积吞吐量、压力大小、压头贯入度（penetration）、压实比与单元的外形尺寸等。
5．压实机械的操作特性，包括能源用量、维修要求、操作的简易性、性能的可靠性、噪音水平、空气与水的污染控制等要求。
6．操作地点选择，包括位置、高度、道路以及与环境有关的限制因素。
第二节固体废物的破碎技术
一、固体废物破碎的意义
固体废物破碎过程是减少其颗粒尺寸、使之质地均匀，从而可降低空隙率、增大容重的过程。
据有关研究表明，经破碎后的城市垃圾比未经破碎时其容重增加25~50%，且易于压实，同时还带来其他好处，如减少筹委、防止鼠类繁殖、破坏蚊、蝇滋生条件，减少火灾发生机会等。
这一处理技术对大规模城市垃圾的运输、物料回收、最终处置以及对提高城市垃圾管理水平，无疑具有特殊意义。
二、固体废物破碎机械
用于城市垃圾的破碎机械大体有三种类型：
冲击磨切型、剪切粉碎性与挤压破碎型。
（一）锤式破碎机
（二）剪切破碎机
（三）腭式破碎机
三、固体废物破碎工程设计要点
第三节固体废物分选技术
一、固体废物分选方法评述
固体废物分选的目的是将各种有用资源采用人工或机械的方法分门别类的分离开来，回用于不同的生产中。
二、固体废物分选效果评价
一组固体废物分选单元的分选效果用回收率与分选物的纯净度两个参量评价。
三、风力分选技术
（一）工作原理与影响因素
风力分选是重力分选常用的一种方法。
重力分选是利用不同物质的密度差异（在一定流速的介质中沉降速度的不同,由重颗粒到轻颗粒的沉降有一分布），达到轻、重颗粒分选的目的。
风力分选是利用空气流动作用携带介质实现上述目的。
（二）风力分选机械
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1．水平风选机
2．垂直风选机
（三）风力分选工程设计基础
1．风选工程设计时需考虑下列基本因素：
（1）经破碎后固体废物颗粒特征，包括粒度尺寸、形状、含水率、成团倾向以及纤维含量等。
（2）轻组分物料的特征。
（3）由破碎单元到分选单元废物的输送与进料方法。
（4）风选操作特性，包括能源的要求，维修、操作的简易性，性能的可靠性，噪音输出量，以及空气与水污染控制的要求。
（5）设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等限制条件。
2．风选设备设计基本参数：
设计需要的基本参数包括气固比、气流速度、单位时间供料负荷、空气输送量、气体压力降等。
其中气固比与气流速度又是主要参数。
四、磁选技术
（一）磁选原理与应用
磁选是利用固体废物中组分磁性的差异，在不均匀磁场中实现分离的一种分选技术。
（二）磁选机械
1、吸持型磁选机；
滚筒式吸持型磁选机
带式吸持型磁选机
2、悬吸型磁选机。
（三）磁选工程设计要点
1．磁选工程设计时需考虑如下各项因素：
（1）通过技术经济评价选择适宜的工程建厂地址。
（2）被分选的固体废物特征。
包括铁磁性材料含量、密实度，各组分间彼此成团或粘附的倾向，颗粒尺寸（大块铁件直径应小于20cm），以及含水率等。
（3）考虑磁选机的供料与排料传输设备类型。
（4）设备操作特性。
包括能源需要量，例行与特殊的维修要求，操作的简易性与可靠性，噪音与空气、水源的污染控制。
（5）考虑设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等因素。
2．磁选工程设计的特征参数：
设计特征参数包括给定磁选机负荷率、分选效率、滚筒转速，磁体长度、直径、场强与磁场梯度，传送带的速度，设备结构材料与冷却系统类型选择等。
五、筛分技术
筛分是根据固体废物颗粒尺寸大小进行分选的一种方法。
（一）筛分设备
（二）影响筛分效率的因素
1．颗粒尺寸与形状
2．含水率
3．筛孔形状
4．筛分器主要参数
5．操作方式：
六、其它分选技术简介
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（一）惯性分选
（二）浮选
（三）淘汰分选
（四）静电分选
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第4次课7～8学时
上次课复习：
固体废弃物压实、破碎、分选技术的目的、原理及在实际操作中容易遇到的问题。
本次课题（或教材章节题目）：
第二章固体废物的预处理
教学要求：
（1）掌握污泥的增稠和脱水
（2）掌握固体废物的稳定和固化
重点：
污泥的增稠和脱水；固体废物的稳定和固化
难点：
固体废物的稳定和固化
教学手段及教具：
采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第二章固体废物预处理
第四节污泥的增稠和脱水
第五节固体废物的稳定和固化
共2课时，讲授
课后作业
1．污泥的最终出路是什么？
如何因地制宜地考虑？
2．污泥含水率从97.5％降至94％，求污泥体积的变化？
3．怎样评定废物固化的效果？
比较各种固化的特点并说明它们的应用范围。
参考资料
1．平冈正胜等，污泥处理工程学，华东化工学院出版社，1990年
2．陈汝龙等编译，环境工程概论，上海科学技术出版社，1986年
3．李国鼎等，固体废物处理与资源化，清华大学出版社，1990年
注：
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第四节污泥的增稠和脱水
一、污泥的增稠
城市污水污泥含水率很高一般为99.2%~99.8%，体积庞大，因而对污泥的处理、利用及输送都造成困难，故必先进行浓缩。
浓缩后的污泥近似糊状，含水率为95%~97%。
污泥增稠的目的在于减容。
当污泥的含水率由99%降至96%时，体积可缩小到原来的1/4，但仍可保持其流动性，可以用泵输送，运输方便，大大降低运输及后续处理费用。
因此，污泥增稠是减少污泥体积最经济有效的方法，特别是对剩余活性污泥的处理，尤其不可缺少。
污泥增稠的主要方法是重力浓缩和气浮浓缩。
二、污泥的脱水与脱水设备
污水污泥是污水处理厂产生的液态或泥浆状副产物，初沉污泥的固体浓度一般介于3%~5%，剩余活性污泥的固体浓度小于1%。
通过浓缩和脱水，污泥浓度将会进一步增加。
多数污泥浓缩装置能达到5%~10%的固体浓度，脱水装置能达到20%~50%的固体浓度。
影响脱水污泥固体浓度的因素有：
污泥性质；调质类型；脱水装置类型。
污泥脱水工艺主要包括机械脱水和自然脱水。
对于机械脱水而言，主要有机械过滤和离心脱水等。
（1）理论基础：
机械过滤脱水是以过滤介质两边的压力差为推动力，使水分强制通过过滤介质成为滤液，固体颗粒被截留成为滤饼，达到固液分离的目的。
（2）真空抽率脱水机
真空抽滤是连续性操作，效率高，操作稳定，易于维修，适于各类污泥脱水。
脱水后泥渣含水率为75~80%。
这种机械的缺点是运行费高，建筑面积大，开放性槽，气味较大。
真空抽滤机过滤段工作真空度在300~600mm汞柱，脱水段为500~700mm汞柱艺滚筒转速为0.75~1.1mm/s。
a.板框压滤机
特点：
板框压滤机结构简单，处理污泥含水率范围较大，适应性好，滤饼含水率与滤出液含悬浮物相对都比较低，滤布寿命较长，因而得到广泛应用。
缺点是操作比较繁琐。
b.带式压滤机
带式压滤机结构是由上下两组同向运动的传动滤布组成，泥浆由双带之间通过，经上下压辊挤压，滤液透过滤布而排出。
这种压滤机是连续操作的，适用于真空抽滤难于脱水的各种污泥，生产能力大，占地面积较小，滤饼含水率可达到70~80%。
2．离心脱水机
离心脱水是利用高速旋转作用产生的离心力，将密度大于水的固体颗粒与水分离的操作。
离心脱水机具有操作简便、设备紧凑、运行条件良好、脱水效率高等优点，适用于各种不同性质泥渣的脱水。
脱水后泥渣含水率可降低到70%。
缺点是能耗较大。
（二）泥浆自然干化脱水
自然干化脱水是城市污水厂污泥常采用的利用自然蒸发和底部滤料、土壤过滤脱水的一种方法，称为污泥干化场或晒泥场。
特点：
干化场运行时，一次集中放满一块区段面积，放泥厚度约30~50cm。
污泥干化周期随季节而异，在良好条件下，约为10~15天。
脱水后污泥含水率可降低到60%。
自然脱水设备简单，干化污泥含水率低，但占用土地面积大，环境卫生条件差，适于小规模应用。
第五节固体废物的稳定和固化
一、固体废物的稳定处理
固体废物的化学处理，化学处理是针对固体废物中易于对环境造成严重后果的有毒有害化学成分，采用化学转化的方法，使之达到无害化。
由于这类化学转化反应的条件较为复杂，受多种因素影河北科河北科技大学教案用纸
响，因此，化学处理仅限千对单一成分或几种化学性质相近的混合成分进行处理。
对于不同成分的混合物，采用化学处理方法，往往达不到预期的效果。
化学处理方法主要包括中和法与氧化还原法。
（一）中和法
中和
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