固体废物处理处置讲义.docx
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固体废物处理处置讲义
固体废物处理处置讲义
《固体废物处理处置》讲义
教材:
宁平,《固体废物处理与处置》,2007,高教出版社;
参考书:
1、芈振明,《固体废物处理与处置》,1992,高教出版社;
2、周立祥等.《固体废物处理处置与资源化》中国农业出版社,2007.3
3、《IntegratedSolidWasteManagement—EngineeringPrinciplesManagemenIssuse》(固体废物的全过程管理—工程原理及管理问题)影印版,清华大学出版社,2000.3
1-绪论
一般定义:
人们在生产和生活活动中所产生的、一般不再具有原使用价值而被丢弃的固态或半固态的物质。
法律定义:
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。
(1)产生于生产活动
不能完全利用的资源——工业废渣
天然资源从开采到成为各种产品,最终利用率仅为20~30%,在开采和各种加工过程中,未完全利用的部分即成为各个环节中的废物。
例如:
铁矿石的开采和冶炼
首先开采铁矿石,产生采矿废石;再经选矿处理,有选矿尾矿;炼铁和炼钢产生高炉矿渣和钢渣,钢铁的机械加工产生金属碎屑等。
(2)产生于生活活动
生活活动所产生的固体废物主要是指城市垃圾。
(3)不再具有原使用价值
随着资源枯竭、环境恶化,人们逐渐认识到固体废物的再利用性,所以固废又有二次资源(Secondaryresourses),再生资源(renewableresourse),放错了地方的资源等称谓,并将固废视作第二矿业(Secondarymining)。
按组成:
有机废物(organicwaste)无机废物(abio-waste)
按形态:
固态废物(solidwaste)泥状废物(earthywaste)
按来源:
工业固废(IndustrialS.W.),矿业固废,城市垃圾(MunicipleS.W.),农业固废
按成分:
一般固体废物,危险废物(HazardousWaste)
我国目前趋向于分为:
城市生活垃圾、一般工业固废(含矿业)、有害固废(危险废物)、其它固废(含农业)
放射性废物因须专门管理,不包括在内。
可回收的垃圾主要包括废纸、塑料、玻璃、金属和布料五大类:
第二节固体废物的污染与危害
2.1污染途径(pollutionapproach)
固废主要通过气、水、土壤来间接危害人类。
化学物质型固废主要污染途径(Pollutingmodeofchemicalsolidwastes)。
病原体型固废主要污染途径(Pollutingmodeofpathogenicsolidwastes)。
2.2污染危害(pollutionhazard)
(1)侵占土地(catchtrespassingonland)
我国工矿业固体废物累计堆放量达60亿吨,占地5万多公顷。
另据全国环境状况公报公布,我国已有三分之二的城市处于垃圾包围之中,垃圾堆存占地累计达75万亩。
(2)污染土壤(pollutionsoil)
通过淋滤作用和细菌分解进入土壤。
70年代,美国的密苏里州,将混有一种有机有毒化学污泥废渍的沥青铺路,造成土壤中深达60cm的污染,致使大批牲畜死亡,人产生各种怪疾,后美国环保局花3300万美元,买下该城镇的全部地产,居民搬适,并给予赔偿。
(3)污染水体(pollutionwaterbodies)
通过浸渍、渗滤作用与细菌分解作用进入水体
美国的罗芙运河(LoveCanal)事件:
1930-1953年,美国胡光化学工业公司在纽约州尼亚加拉瀑布附近的罗芙运河废潭谷填埋了2800多吨桶装有害固废,1953年填平覆土,在上面兴建了学校和住宅。
1978年,由于大雨和融化的冰雪造成有害废物外溢,以后,陆续发现该地区井水变臭,婴儿畸型,居民身患怪疾。
检测结果发现:
该地区大气中有害物浓度超标500多倍,有毒物质82种,致癌物质11种。
由此,总统颁布紧急法令,封闭住宅,关闭学校,居民全部迁居,拨款2700万元补救治理。
我国一家铁合金厂其铬渣堆场缺乏防渗措施,6价铬污染了20多km2的地下水,致使7个村1800多眼井无法饮用,工厂先后花费7000万元用于赔款和补救。
我国某锡矿:
含砷废渣长期堆放,渗滤污染水井,曾一次造成308人中毒,6人死亡。
(4)污染大气(pollutionatmosphere)
通过飘逸扩散、焚烧处理进入大气;尾矿库(坝)的扬尘,甚至能形成局部沙尘暴;
固体废物焚烧引起的二恶英污染。
(5)影响环境卫生(archetypesenvironmentalhealth)
感官污染并引起疾病传播
2.3固体废物的污染控制(pollutioncontrol)
(1) 改革生产工艺
采用无废或少废技术。
如苯胺生产,原采用铁粉还原,产生2.5吨铁泥/吨产品,改用流化床气相加氢工艺,固废5kg/吨产品。
采用精料如:
提高铁精矿品位,可降低溶剂和焦炭用量。
实际上就减少了高炉渣的产生量。
提高产品质量延长使用寿命,减少固废产生量。
(2) 发展物质再循环利用工艺(Materialsrecycling&utilizationtechnology)
固废有“放错地方的资源”之称,将第一种产品的废物作为第二种产品的原料,依次推之,既可减少固废量,又达到了节约资源的目的。
如火电厂建粉煤灰制品厂;炼铁厂建矿渣水泥厂。
硫铁矿烧渣:
可回收铁,剩余部分主要含硅、铝,可作建材制品;废胶片:
可回收银;废催化剂:
回收铂
(3) 进行无害化(Detoxification)处理
经焚烧、热解、氧化还原等处理,将固废中的有害组分转化为无害或达到排放标准。
(4)全过程管理体系
固废是各种污染的终态(finalstate)具有潜在(latency)和长期的(extended)危害性
在自然条件影响下,固废中的有害成份会转入大气、水体和土壤,参与生态系统的物质循环。
必须全过程管理(IntegratedManagement)
由于固体废物的上述特点,决定了从其产生-运输-处理-贮存-处置的每一个环节都有可能产生新的污染,因此必须全过程妥善管理。
全过程管理原则:
对固体废弃物从产生、收集、贮存、运输、利用直到最终处置的全过程实行一体化的管理。
3C原则:
避免产生、综合利用、妥善处理
3R原则:
减少产生、再利用、再循环
三同时制度:
同时设计、同时施工、同时投产使用
第三节固体废物的处理处置与利用方法
物理处理(physicaltreatment):
不改变固废的成分,仅改变固废结构,如破碎,压实,分选等
化学处理(chemicaltreatment):
将固废中的有害成分转变为无害的处理方法,如氧化,还原,化学沉淀等
生物处理(biologictreatment):
利用微生物分解固废中的有机物使之达到无害的处理方法,如堆肥等;
热处理(heattreatment):
采用高温破坏和改变固废的组成和结构,可同时达到减容,无害和热利用的目的。
如焚烧,热解等;
固化处理(curingprocess):
采用固化基材将固废固定或包覆以降低其危害的方法,如水泥固化,沥青固化。
处置方法:
海洋处置和陆地处置
海洋处置(seabeddisposal):
深海投弃和海上焚烧
陆地处置(disposalbyland):
土地耕作,贮存,填埋等。
第四节固体废物管理体系
4.1法规体系
1.法律
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》(1995年颁布,2004年修订,2005年4月1日施行)。
总体原则是采取综合措施,推进固体废物的充分合理利用和无害化处置,促进经济和社会的可持续发展。
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》修订的主要内容
1、“维护生态安全”首次进入中国环境资源立法
2、对农业和农村固体废物污染防治提出了原则要求,对农村生活垃圾提出了清扫、处置的要求
3、全面落实污染者责任。
实行实行生产者延伸责任、强制回收制度和限制过度包装
——实行生产者延伸责任
修订法中规定“国家对固体废物污染环境防治实行污染者负责的原则。
”同时进一步明确“产品的制造者、进口者、销售者、使用者对其产生的固体废物承担污染防治责任。
”
——实行强制回收制度
新修订的固废防治法还补充了有关对电器产品实行强制回收制度。
这意味着,在不久的将来消费者在电器报废之后,可以将它交给厂家回收,并得到一笔鼓励性的回收费。
——限制过度包装
规定“国务院标准化行政主管部门应当根据国家经济、技术条件、固体废物污染环境防治状况以及产品的技术要求,组织制定有关标准,限制过度包装。
”
4、举证责任倒置原则。
证据要由加害者来提供
4.2控制政策
(1)减量化(Abatement)
通过适宜手段,使固废容积降到最低值。
如采用破碎和压实,压缩比可达5~10。
减量化也有两层含义:
一是指生产过程的产生量(A),二是指向环境的排放量(B),当资源化的回收利用率为零时,才有A=B。
当资源化回收利用率(C)=A,则B=A-C=0
(2)资源化(reclamation)
天然资源不可再生。
一般,社会需要的最终产品仅为原料的20~30%,70~80%成为废物。
资源化经济效益非常明显。
如美国的主要固废资源化,年效益12亿美元。
我国废金属资源累计量已达6亿多吨,可利用的为3500万吨,价值220亿元。
回收1吨废纸可再造800kg纸,等于少砍17棵大树,节约240kg纯碱;回收1吨玻璃,可节约石英砂720kg,纯碱250kg,长石粉60kg,煤10吨,电300度。
1)“大宗利用”原则
固废产生量一般较大,以硫铁矿渣为例:
一般,当采用硫铁矿为原料时,生产1t硫酸约排放0.8~0.9t废渣,若硫酸厂年产4万t硫酸,烧渣的排放量可达3万多t。
原料在产品中的含量必须占有一定的比例。
国家有关政策规定:
工业废渣在产品原料中的利用率必须达到30%以上方能享受减免营业税的优惠政策。
2)“多用途开发”原则
随着科学技术进步,产品更新换代速度越来越快;在市场化的进程中,即使某些产品具有长久的生命力,但市场的波动现象也在所难免,也是二次资源开发利用研究中必须考虑的问题;只有对某种固体废物进行多产品的开发,才能满足市场的不同需求并适应市场的变化。
3)“高附加值产品”原则
固废的处理与处置最初是基于环境因素的,由于资源日益枯竭及科技发展,人们已经有能力将其作为“二次资源”进行开发利用,并期望追求更高的经济利益和社会利益。
尽可能开发高附加值产品,则在获得环境效益和社会效益的同时,也可获取较高的经济效益。
(3)无害化(Detoxification)
经各种处理后,不损害人体健康、不污染环境。
所谓“害”,应包括两个方面的含义:
一是对人和动物的直接危害,如传播疾病,引起火灾等;二是对环境的危害,如占用土地,污染土壤,水体和空气等。
如有害固体废物的固化处理即主要是一种无害化处理。
固体废物的管理还至少应包括以下两个方面:
划分有害固体废物和非有害固体废物的种类和范围,完善《固体废物污染环境防治法》和加大执法力度
(1)划分有害和非有害固废的种类和范围
对有害固体废物必须实行严格的分类管理,通常采用两种方法。
名录法:
将有害废物具名列表,以立法形式公布,并逐年增补。
该法简明实用。
鉴别法:
通过专门的立法将有害废物的性质及其鉴定分析方法以“标准”的形式公布,依据标准进行检查鉴别。
二、城市垃圾的物质组成及性质
1、城市垃圾的组成
2、城市垃圾的性质
物理性质
(1)含水率(moisture,M)单位质量垃圾的含水量。
20%~65%之间。
取决于无机与有机的组分比例
(2)容重(bulkdensity)自然状态下单位体积垃圾的质量,180~360kg/m3,压实后可达1000kg/m3以上
化学性质
(1)挥发分(V,Volatilematter)垃圾在缺氧状态下,高温加热时,产生的热分解产物所占百分数。
挥发分越高,焦油产率越高,固体残留物少。
(2)挥发性固体(Volatilesolid)垃圾在有氧条件下完全燃烧而挥发损失的固体物质含量
(3)灰分(A,Ash)垃圾有氧条件下完全燃烧剩下的残渣。
(4)元素组成
(5)热值。
单位质量垃圾完全燃烧释放出来的热量。
高位发热量与低位发热量
(6)闪火点、燃点
生物特性
(1)生物质:
直接来自生物源(动物、植物和微生物)的组分,厨余物、纸类、木草等微生物体生命活动提供碳源和能源的物质。
(2)活的生物体:
病原菌、病毒、寄生虫卵、草籽、昆虫等。
《巴塞尔公约》的正式名称为《控制危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约》,
二、危险废物的鉴别:
1、定义法2、鉴别法
1、定义法列于《国家危险废物名录》中的
HW01~HW18——以来源命名;HW19~HW47——以危害成分命名;
新增:
HW48——有色金属冶炼废物;HW49——其它废物
2、鉴别法
利用鉴别标准判断是否具有危险特性
危险特性包括5部分:
毒性、腐蚀性、反应性、易燃易爆性、毒性物质含量
计算题:
我国工业固体废物年产生量2000~2006年分别为8.16亿吨、8.88亿吨、9.45亿吨、10.02亿吨、12.00亿吨、13.44亿吨和15.15亿吨。
请用平均差波动系数修正的等速推算法预测2015年我国工业固体废物的产生量。
思考题(重点内容)
固体废物的定义;如何理解固废是放错了地方的资源?
等速推算法预测固废产生量;
常见的固体废物处理方法有哪些?
什么是全过程管理、三化原则、3R原则?
新修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》有何特点?
有何意义?
2-固体废物收集、贮存、清运及压实
第一节生活垃圾的搬运与贮存
简称“运贮”
搬运:
1、自助2、收集工人3、自动
贮存:
1、露天2、容器3、垃圾通道4、收集站5、分类
第二节生活垃圾的收集与清除
简称“清运”
一、收集方式:
混合式
二、清运方法
生活垃圾的收集运输系统:
非连续收集运输系统连续收集运输系统。
非连续运输系统存在问题?
1影响环境卫生定点设置的垃圾收集系统在高峰时垃圾外溢
2增加交通压力城市交通日趋紧张,垃圾运输增加交通压力
3转运站噪音扰民问题
(1)连续运输系统(Continuoustransportationsystem)
连续运输系统一般是指采用地下管道,由空气或水作为载体,用空气压缩机或压力泵压送垃圾的方法。
也有在高层建筑内部采用竖井方式与皮带传送装置联合运送垃圾的方式。
空气流式的真空管道系统被广泛应用。
特点
解决了非连续运输方式中无法解决的一些问题。
全系统封闭,对运输过程中的环境污染起到有效的控制作用。
巨大的初期投资。
在拥挤的城市中心区,管道的铺设困难。
限于单个大型建筑或小规模高密度居住区
城市垃圾的管道输送
(2)非连续运输系统(Discretetransportationsystem)1)系统组成
垃圾源;收集容器;垃圾车;转运站;
填埋场
a.垃圾源(Garbagesource)
特点:
分散且种类繁多,故有混合垃圾(mixedgarbage)和分类垃圾(classifiedgrabage)两种;
原则:
鼓励分类,提倡袋装;西方:
一般采用奖励的办法,也有义务性或强制性;瑞士:
设立音乐垃圾箱,吸引小孩甚至大人;泰国:
设立垃圾银行,发放书包和文具;新加坡:
严厉的惩罚制度。
我国:
对有用废物采用收购的方式进行鼓励
b.收集容器(Collectionvessel)
收集容器分两类:
固定式:
砖混结构的垃圾箱,混凝土结构的垃圾台,高层建筑的地下垃圾室。
移动式:
铁制(或塑料)垃圾桶(garbagebin)
c.垃圾车(Dumptruck)
d.转运站(transferstation)
原因:
市区内垃圾车不宜太大(交通拥挤、街道宽窄不一)小型车直接送往郊区成本太高并增加车流量。
e.填埋场或处理厂(Landfillsiteortreatmentplant)
一般在郊区或郊县,是垃圾的最终归宿地。
2)收集系统分析
(analysisofcollectionsystem):
收集系统:
二种类型,三种方式
拖曳容器(Hauledcontainer)系统
a.拾取时间
拾取时间与收集系统有关,三种收集系统的拾取时间分别为:
Phcs=tdbc+tpc+tuc
Pscs=Ct(tuc)+(np-1)(tdbc)
b.运输时间:
(h)
拖曳系统
将装满垃圾的垃圾桶从放置点拖运到处置场,并将空垃圾桶送回放置点所需时间;
固定系统
垃圾车装满后从收集线路的最后一个放置点到处置场,再从处置场到下一个收集线路的第一个放置点所需的时间。
c.在处置场所花费的时间(S)等待卸车和卸车时间
d.非生产性时间上班时间减去垃圾车有效工作时间(如交接班、交通拥挤、故障维修等)。
非生产性时间以非生产性时间因子w表示,w为系数(%)。
在建立了上述基本概念后,就可以进行收集系统分析。
拖曳容器系统分析
根据定义,每辆车收集一次来回双程所需的时间为
Thcs=(Phcs+S+h)/(1-w)
2收集线路设计
(Collectionroutelayout)
四个单元过程:
拾取时间、运输时间、在处置场所花费的时间、非生产性时间.
通过计算确定劳动量和所需车辆,
收集线路的设计没有固定的规则。
①城市本身没有固定的规则;②垃圾桶的设置不可能等量和等距离;③垃圾车的行车路线受到道路和交通限制。
只能用尝试误差法进行设计,在实行中逐步调整,以逐步合理。
目的:
垃圾车的行驶距离最短
步骤
在地图上标出收集点;绘制工作平面图,并注明垃圾桶的数量(或垃圾产生量),收集频率(每周收集的次数);按收集频率列表;根据收集频率设计每天的收集线路;计算每条线路的距离并进行调整,使之相等或相近。
第三节城市垃圾的转运及中转站的设置
1、转运的必要性
必要性:
处理处置场距离太远;清运车辆不适宜长途运输;人力物力过于分散;垃圾产生量的可变性和随机性较大
计算题,例题。
思考题
1、垃圾分类收集的方式怎样分类?
你对各类收集方式的看法怎样?
2、危险废物的收集、贮存、运输中应注意什么问题?
3、非连续收集运输系统中包括哪几部分?
各有什么作用?
4、简述城市生活垃圾收集线路的设计步骤。
收集系统设计计算、处置场的最远距离确定。
5、转运站设计时应考虑哪些因素?
转运站选址时应注意哪些事项?
3-固体废物的预处理
固体废物的压实
压实:
垃圾压实处理,简称垃圾压实,又称压缩,是指通过机械的方法增加固体废物聚集程度,增大容重和减小体积,使其变得密实的操作过程。
压实是垃圾运输、处理和处置前常采用的一种预处理方法(单元操作)。
可减少运输费用;利于垃圾的厌氧发酵分解;更有效的利用处置场地。
一些先进垃圾处理工艺中,常将垃圾压实和垃圾的分类收集作业结合在一起,实现收集-压实-运输三作业一体化,可大大节省运输费用。
压实的目的:
减容、稳定化
减容(Abate):
增大容重和减小体积。
根据废物的种类和施加压力的大小,一般压缩比可达3~5,若结合破碎,可达5~10,可以减少运输成本,降低填埋处置成本。
稳定化(Stabilization):
制取高密度惰性块料。
日本将城市垃圾压实后,因挤压和升温作用,使垃圾中的BOD从6000ppm降到200ppm,COD从8000ppm降到150ppm,成为类塑料结构的惰性材料。
原理:
排气,减少空隙率,使固体废物致密化
适宜:
家电、空心容器、纸箱纸袋、纤维、丝状金属
不适宜:
木头、玻璃、块状塑料、块状金属、半固态固废
固体废物的破碎(Crushing)
利用外力克服固体质点间的内聚力使之由大变小的过程。
目的为固体废物的有效处理、利用和处置提供条件。
作用:
均匀化:
便于压实、焚烧、热解处理,保护处理设备
减容化:
便于运输和贮存,便于填埋压实
分类化:
便于分选回收有用材料
2固体废物的机械强度和破碎方法
衡量废物破碎难易程度的指标:
固体废物抗破碎的阻力,通常用静载下测定的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度等表示。
分类:
据固体废物的抗压强度,分为三类:
坚硬固体废物(>250Mpa);中等硬度固体废物(40~250Mpa);软固体废物(<40Mpa)。
主要影响因素:
硬度(rigidity)、粒度(granularity)、脆性(brittleness)、塑性(plasticity)
(2)破碎方法
根据干湿分类:
—干式、湿式、半湿式
根据外力不同:
—机械能破碎、非机械能破碎
据破碎机械的施力情况
压碎;劈碎;折断;磨碎;冲击破碎;
一般采用两种以上的破碎方法。
3破碎比,破碎段和破碎流程
破碎比(reductionretio)破碎段(crushingsection)破碎流程(crushingfloesheet)
(1)破碎比(reductionretio)
固体废物破碎前、后粒度的比值。
破碎比的表示方法:
物料破碎前后的粒度都不是均一的,所以破碎比有几种表示方法。
用破碎前后的最大粒度的比值表示;用破碎机给料口的有效宽度和排料口宽度的比值表示;用破碎前后的平均粒度的比值表示
平均粒度的大小决定于粒度级别的多少级别越多,其值越接近实际;
(2)破碎段(crushingsection)
需2段以上的破碎
一次破碎即一个破碎段,或叫一段破碎。
二段以上的破碎,破碎比为各段破碎比的乘积
确定破碎段的原则原料的最大粒度:
粒度越大,破碎段越多;
要求的最终破碎产物的粒度:
粒度越小,破碎段越多;
各破碎段能达到的破碎比:
各段破碎比越大,破碎段越少
处理厂的规模:
规模越大,破碎段越多
总的要求
在满足总破碎比的前提下,应尽量选用合适的破碎机械以减少破碎段数;因为段数越多,流程复杂,管理复杂,投资、生产成本均高。
例:
D=1200d=10
已知:
颚破i=3~5辊式破碎机i=8~18
可采用三段破碎:
4×4×8=128>120
(3)破碎流程(crushingfloesheet)
破碎机(Crushers)
颚式破碎机;锤式破碎机;冲击式破碎机;剪切式破碎机;辊式破碎机;球磨机
了解各种破碎机的特性及适用范围
低温破碎
低温破碎(low-temperaturecrushing)湿式破碎(wetcrushing)湿式选择性破碎分选
低温破碎(low-temperaturecrushing)
原理和流程低温破碎的应用
(1)原理与流程
利用某些固体废物低温变脆性能或不同物质脆化温度的差异进行低温脆化而后破碎的技术。
致冷剂:
液氮
破碎对象:
钢丝胶管,汽车轮胎,塑料或橡胶包覆的电线电缆,废家用电器等复合制品。
(2)低温破碎的应用
塑料低温破碎从有色金属混合物中回收铜、铝、锌废轮胎的低温破碎
塑料的低温破碎:
不同的塑料脆化点不同
聚氯乙烯-5~-20℃;聚乙烯-95~-135℃聚丙烯0~-20℃
据此可选择致冷温度(温度低,耗能高),脆化后,一般采用冲击式破碎机,总体耗能低于常温破碎,塑料的低温破碎从有色金属混合物中回收铜、铝、锌。
湿式破碎——纸类浆液化
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