南开大学固体废物处理与处置复习题Word文档格式.docx

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固体废物的特点和特征

1.“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。

2.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。

3.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。

4.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

、人

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。

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”

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。

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

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。

新型颚式破碎机

1－飞轮；

3－动颚；

4－定颚（机体）；

5－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－进料斗新型颚式破碎机主要工作原理和过程：

机器运转时，物料从上端进料口进入，经分离机将物料分散到四周，经过机身内部进行粉碎，再从下端出料口出料。

电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动颚上下运动，当动颚上升时肘板和动颚间夹角变大，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。

（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，液氮具有制冷温度低、无毒、无爆炸危险等优点，常用来做制冷剂。

然而，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。

工艺流程：

将固体废物如钢丝胶管、汽车轮胎、塑料等先投入预冷装置，再进入浸没冷却装置，橡胶、塑料等易冷脆物质迅速脆化，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。

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

（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kJ／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800〜1000C之间，通常在800〜900C左右

为宜

（2）停留时间

对于垃圾焚烧，如温度维持在850〜1000C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1〜2s。

（3）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。

（4）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〜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二AeE/RT

AArrhnius常数

E――活化能

R――通用气体常数T――绝对温度，K

C\0、Ca――分别表示A组分的初始浓度和经过时间t后的浓度，gmol例题1:

试计算在800E的焚烧炉中焚烧氯苯，当DRE分别为99%%%勺停留时间。

解：

在800T的反应速度常数k为

■A-E/RT

k二Ae

由表7-3（P178）查得氯苯的A和E分别为A=*1017，E=76600

.-76600/*1073

k=*10*e

k=

t（99%）=-（1/ln1）=

t%）=-（1/ln1）=

例题2:

假设在一温度为225C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s，在225E的速度常数为，预使二乙基过氧化物的分解率达到%炉的内径为，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=-|'

jln（Ca/Cao）

一5一

根据题意，DRE=%^CA=5*10Cao

所以，t=-ln（5*10-5）=

3

焚烧炉的体积V=*==3130cm

炉长L=3130/（nD/4）=3130/（n82/4）=

（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300C〜500C的温度环境，贝U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

850C，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停