固体废物的处理与处置.pptx
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固体废固体废物的处理与处置物的处理与处置IIGDOU2013-2014固体废物的热化学处固体废物的热化学处理理随着人民生活水平的提高和城市生活垃圾分类收集的实施,固体废物中可燃性和可热分解性有机物组分不断增加。
这些废物可通过热化学分解处理方法回收其中的能量和资源。
热化学分解处理是将固体废物进行高温分解和深度氧化,改变其物理、化学、生物特性或组成的处理方法。
常用的热化学分解处理技术主要包括焚烧焚烧和热解热解两种。
热化学分解处理的优点:
减容效果好;消毒彻底;能回收资源和能源。
2焚烧焚烧焚烧技术在许多国家得到广泛应用,该技术已成为固体废物无害化、减量化和资源化的重要手段。
34热值热值能否采用焚烧技术处理城市垃圾,以及在使用焚烧技术处理城市垃圾时应该采用何种焚烧炉,主要取决于垃圾的三成分,即水水分分、灰灰分分和和可可燃燃分分,三者均是设计焚烧厂的关键因素。
此外,固体废物中可燃分的热值也是一个非常重要的参数,几乎所有的有机和可燃性无机固体废物,只要其热值达到一定的数值,均可直接用焚烧法处理。
1.粗热值:
固体废物在一定温度下反应到达最终产物时的焓变。
2.净热值:
其含义同粗热值。
区别:
粗热值扣除烟气中水蒸汽消耗的汽化热就是净热值。
5n二、固体废物热值的利用方式固体废物焚烧热的利用包括发电和供热,但由于固体废物的有效热值往往不够大,故发电时热效率不高,所以多用于供热。
n三、焚烧过程从工程技术的观点看,物料从送入焚烧炉起,到形成烟气和固体残渣的整个过程,可总称为焚烧过程。
它包括三个阶段:
干干燥燥加加热热阶阶段段、焚焚烧烧阶段和燃尽阶段阶段和燃尽阶段。
上述三个阶段是焚烧过程的必由之路,但三个阶段并非界限分明。
6干燥加热阶段干燥加热阶段从物料送入焚烧炉起到物料开始析出挥发分着火这一阶段称为干燥加热阶段。
(1)该阶段的主要问题:
干燥阶段时间太长。
一般情况下,城市垃圾的含水率较高;城市垃圾中植物性物质较多,含水率一般高于30%;如果将其中的大部分无机物除去,其含水率还将上升;在干燥阶段,物料的水分是以蒸汽形态析出,因此需要吸收大量的热量-水的汽化热。
因此,物料含水分越大,炉内温度降的越低,干燥阶段越长,着火燃烧就会变得困难。
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(2)具体的解决方案:
投入辅助燃料燃烧,提高炉温,改善干燥着火条件;采用干燥段与焚烧段分开的设计,保证燃烧段有良好的燃烧条件。
焚烧阶段焚烧阶段物料基本上完成了干燥过程后,如果炉内温度足够高,且又有足够的氧化剂,物料就会很顺利地进入真正的燃烧阶段。
焚烧阶段的三个典型的化学反应模式:
(1)热解尽管焚烧要求确保有50%-150%的过剩空气量,以提供足够的氧与物料有效接触,但仍有部分物料没有机会与氧接触,处于无氧或缺氧的条件下。
这部分物料在高温条件下就要进行热解,析出气态可燃成分,如CO、CH4、H2等。
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(2)强氧化反应包括产热和发光二者的快速氧化过程。
(3)原子基团碰撞燃烧出现的火焰实际上是富含原子基团的气流,该气流包括了单原子的H、O、Cl等,双原子的CH、CN、OH等,多原子的基团HCO、NH2、CH3等,以及更复杂的原子基团气流。
10燃尽阶段燃尽阶段燃尽阶段的特点是可燃物浓度减少,惰性物增加,氧化剂的量相对较大,反应区温度降低。
要使物料中未燃的可燃成分燃尽,即改进燃尽阶段工况采取的措施:
翻动、拨火等有效地减少物料外表面的灰层;增加物料在炉内的停留时间。
11影响固体废物焚烧过程的因素影响固体废物焚烧过程的因素n1.固体废物本身的性质。
热值:
废物的热值越高,燃烧过程越易进行,焚烧效果越好;粒度:
废物粒度越小,比表面积越大,与空气接触越充分,燃烧越完全,燃烧效果越好。
一般燃烧时间与其粒度的1-2次方成正比。
n2.停留时间一般停留时间越长,焚烧效果越好;停留时间过短会引起大量的不完全燃烧;但停留时间过长会减少焚烧炉的处理量。
n3.温度的影响一般温度越高,停留时间越短,焚烧效率也越高;但温度过高,会对炉体材料产生影响。
12n4.过量空气系数过量空气系数:
实际空气量与理论空气量之比值。
一般增大过量空气系数,有利于焚烧(提供过量氧及增加炉内湍流度);但过剩空气会导致燃烧温度的降低,给燃烧带来副作用。
通常,过剩空气量应控制在理论空气量的1.7-2.5倍。
n5.其他因素比如废物在炉内的运动方式、废物层的厚度及湍流程度等。
13燃烧过程中污染物的产生与防治燃烧过程中污染物的产生与防治n1.二噁英的产生与防治
(1)二二噁噁英英简介:
含有两个氧键连接两个苯环的有机氯化物,是持久性有机污染物。
二噁英能引起人和动物组织的破坏,是一种致癌物质。
14有2-8个氯原子可以取代如图所示的位置上,生成多种不同的化合物。
二噁英的来源二噁英的来源固体废物本身含有二噁英,不完全焚烧后排出的废气中含有二噁英;燃烧过程中重新合成二噁英;15二噁英的防治二噁英的防治控制燃烧温度。
二噁英的最佳生成温度是300,维持燃烧温度高于1000;提高燃烧效率和充足供氧;源头控制。
控制垃圾中氯及重金属含量高的物质,以及易产生二噁英的物质进入垃圾焚烧厂;加强烟道气温度的控制。
必须在短时间内将烟气温度降至150以下;加化学药剂。
向烟道中喷入NH3或CaO等吸收HCl;活性炭吸附(二噁英);飞灰污染控制。
二噁英可以在飞灰上被吸附或生成。
16热解热解热热解解:
固体废物的热解是利用有机物的热不稳定性在无氧或缺氧的条件下使其受热分解的过程。
热解与燃烧的区别:
供氧条件不同:
焚烧是充入过量空气的条件下进行,而热解则是在无氧或缺氧的条件下进行的;过程不同:
焚烧是放热反应,而热解为吸热反应;结果不同:
焚烧的产物主要是二氧化碳和水,还有大量的废气和部分废渣;热解的结果是可燃气和油等。
因此,热解的能源回收性好,环境污染小,这也是热解处理技术最优越、最有意义之处。
17有机固体废物气体(H2、CH4、CO、CO2等)+液体(有机酸、芳烃、焦油等)+固体(炭黑、炉渣等)热解原理热解原理固体废物的热解过程是一个复杂的、连续的化学反应过程,包含大分子键的断裂、异构化和小分子的聚合等反应,最后生成各种较小的分子。
热解过程可用下式表示:
18热解反应的影响因素热解反应的影响因素1.温度:
温度变化对产产品品产产量量和和成成分分影响很大,较低温度下,产物以油类为主;较高温度下以燃料气为主。
例:
(1)聚乙烯热解时,控制温度在550左右生成物以燃料油为主,超过此温度则以燃料气为主;
(2)废轮胎热解时,控制温度在450-550以下时,油的产率最高,600以上时则以燃料气为主。
2.加热速率:
加热速率增加,热解产品中燃料气含量增加。
3.反应时间:
反应时间越长,热解气态和液态产物越多。
194.热解方式:
直接热解:
热解炉同一断面物料基本上处于等温状态;间接热解:
存在温度差。
直接热解所需时间短。
5.催化剂的影响:
催化裂解反应需要的活化能较低,催化裂解在较低温度下就可使废塑料等有机物热解。
在相同温度下,催化裂解反应速度比普通裂解反应速度快。
6.其他因素:
物料的尺寸、分子结构等。
20固固体废物的生物降解处体废物的生物降解处理理21一.堆肥化的定义及适用对象堆肥化是指在人工控制条件下,利用自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物将固体废物中可生物降解的有机组分分解,向比较稳定的腐殖质进行生化转化的微生物过程。
废物经过堆肥化处理,制得的成品叫堆肥。
适于堆肥化处理的废物:
城市生活垃圾:
需通过预处理粪便:
可直接作为堆肥原料城市生活污水及工业废水污泥:
可直接利用农林废物:
需作预处理,才能用于堆肥堆肥堆肥22堆肥化的发展历史堆肥化的发展历史堆肥能实现固体废物的无害化和资源化。
堆肥处理法是一种古老而又现代的有机固体废物的生物处理技术。
大家熟知的农家肥即是一种最常见的堆肥。
据记载,农家肥的制作方法在中国、印度已有1000多年的历史。
堆肥规模化、系统化后:
1925年英国人霍华德于印度在堆肥系统化、工厂化方面取得巨大进展-印多尔法;后来该法进一步发展,将固体废物与农家肥分层交替堆积,称为贝盖洛尔法;(印度、德国、英国、美国、新西兰、澳大利亚、非洲等)1932年,意大利人贝卡里采用厌氧-好氧法堆肥,并申请专利;1933年在丹麦出现了达诺法,是一种利用回转窑发酵仓进行好氧发酵的方法,在西欧和日本得到广泛应用;1940年,厄普-托马斯法,在美国使用机械化的发酵槽,导致高速堆肥迅速发展。
23此后,堆肥化技术得到迅速发展,欧美各国已开发了十多种机械化的快速堆肥工艺。
60年代,日本已建成堆肥厂30多座。
但70年代初,许多堆肥厂陆续关闭,主要原因:
垃圾中塑料、织物等无法生物降解的成分日益增加且日趋复杂;施用方便、价格低廉的化肥大规模生产和使用;堆肥养分含量低;堆肥设备故障多,产生强烈臭气。
24近年来,垃圾堆肥化又得到重新肯定:
垃圾填埋和焚烧场地选址越来越困难,而且由于垃圾填埋和焚烧过程形成的二次污染问题日益严重,使人们转向寻找替代技术;大量使用化肥造成土壤耕作能力下降,有机肥的需求日趋增加。
25好好氧堆肥原氧堆肥原理理26在好氧堆肥过程中,有机废物主要有两种形式,即可溶性有机物和固体、胶体有机物,这两类有机物在堆肥过程中的变化过程不同,具体表现为:
1.可溶性有机物:
直接透过微生物的细胞壁和细胞膜而被微生物所吸收利用;2.固体、胶体有机物:
先附着在微生物体外,由微生物所分泌的酶分解为可溶性小分子物质,再渗入细胞而被利用。
27好氧堆肥过好氧堆肥过程程在好氧堆肥过程中,有机物质生化降解会产生热量,如果这部分热量大于向环境的散热,堆肥物料的温度则会上升。
此时,热敏感的微生物就会死亡,耐高温的细菌就会快速生长、大量繁殖。
根据堆肥的升温过程,可将堆肥过程分为三个阶段:
1.中中温温阶阶段段(又又称称起起始始阶阶段段):
嗜温细菌活跃,其分解有机物中最易分解的可溶性物质(葡萄糖、脂肪、碳水化合物等),所产生的热量使堆肥物料温度不断升高。
282.高温阶段高温阶段当堆肥物料温度上升到45以上时,堆肥过程便进入高温阶段。
在高温阶段,嗜温性微生物受到抑制,甚至死亡,而嗜热性微生物逐渐替代了嗜温性微生物。
在该阶段,除可溶性有机物外,半纤维素、纤维素和蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。
当温度升至70以上时,微生物大量死亡或进入休眠状态。
一般认为,堆肥温度在50-60、持续6-7天,可达到较好的杀灭虫卵和病原菌的效果。
293.降温阶段降温阶段该阶段是微生物内源呼吸期,发热量减少,温度下降,嗜温性微生物再占优势。
该阶段腐殖质逐渐积累且稳定化。
根据以上分析,可以认为堆肥过程是微生物生长、死亡的过程,也可以认为是堆肥物料温度上升和下降的动态过程。
30好氧堆肥微生物好氧堆肥微生物在好氧堆肥中参与的微生物包括两类:
嗜温菌和嗜热菌。
两类微生物生活、繁殖的温度范围为:
因此,在好氧堆肥过程中:
中温阶段:
以嗜温菌为主;高温阶段:
以嗜热菌为主;降温阶段:
嗜温菌再占优势。
微生物微生物最低(最低()适宜(适宜()最高(最高()嗜温菌15-2525-4043嗜热菌25-4540-5085影影响好氧发酵过程的主要因响好氧发酵过程的主要因素素n1.有机物含量堆肥中适宜的有机物含量为20-80%。
若过低,则发酵过程不能提供足够的热能;若过高,往往造成供氧不足,而发生部分厌氧过程(恶臭)。
因此,在堆肥之前,若原料中有机物含量过高或过低,均需要进行调整。
n2.碳氮比微生物的生长速度与堆肥物料中的C/N有关,因此C/N直接影响物料的发酵过程。
最佳C/N=(25-35):
1。
32一般,堆肥原料的C/N高于最佳值,故需要加入调节剂进行调节。
下面为几种物料常见的C/N:
堆肥物料C/N锯木屑300-1000秸秆70-100垃圾50-80活性污泥5-8生污泥5-1533在堆肥过程中,碳主要为微生物生命活动提供能源,氮则用于合成细胞原生质。
因此,随着堆肥发酵的进行,在整个过程中C/N逐渐下降。
n3.含水率一般含水率按质量计以50-60%为最佳。
若堆肥原料中含水率较低,可通过添加污水、污泥等调节;若水分含量过高,可采取如下补救措施:
若场地、时间允许,可将物料摊开进行搅拌以促进水分蒸发;在物料中添加松散和吸水物,如稻谷、干叶、木屑、堆肥产品等。
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