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固废
第一章
1.固体废物的分类
按其组成可分为有机废物和无机废物;
按其形态可分为固态的废物、半固态废物和液态(气态)废物;
按其污染特性可分为危险废物和一般废物;
按其来源可以分为城市生活垃圾、工业固体废物、农业固体废物、放射性废物等;
《固体废物污染环境防治法》列出了三类固体废物:
城市生活垃圾,工业固体废物,危险废物。
2.“三化”原则
20世纪80年代中期提出“资源化”、“无害化”、“减量化”作为控制固体废物污染的技术政策。
“资源化”以“无害化”为前提,“无害化”和“减量化”以“资源化”为条件。
“减量化”:
通过适当的技术,减少固体废物的排出量和体积;
“资源化”:
从固体废物中回收有用的物质和能源,加快物质循环;
“无害化”:
通过适当的工程技术对固体废物进行处理,使其对环境不产生污染,不对人体健康产生影响。
3.“全过程”管理原则
对固体废物实行“源头”控制,就要对其生产-收集-运输-综合利用-处理-贮存-处置实行全过程管理,在每一环节都将其作为污染源进行严格控制。
分5个环节:
①各种产业活动中清洁生产,减量化控制;
②生产过程产生固体废物,内部系统回收利用;
③以产生的固体废物,外部系统回收利用;
④无害化、稳定化处理;
⑤固体废物最终处置。
4.固体废物管理制度
(1)分类管理
(2)工业固废申报登记制度(3)固体废物污染环境影响评价制度及其防治设施的“三同时”制度(我国环境保护的基本制度)(4)排污收费制度(5)限期治理制度(6)进口废物审批制度(7)危险废物行政代执行制度(8)危险废物经营许可制度(9)危险废物转移报告单制度
第二章
1.固体废物城市垃圾清运操作方式和工作流程
(1)移动式:
将装满垃圾的容器使用垃圾运输工具(牵引车等)运往转运站或处理站,垃圾卸空后再将空容器送回原处或其他垃圾集装点,如此重复循环进行垃圾清运。
(2)固定式:
垃圾运输车沿指定的路线,到沿途各个垃圾容器摆放点,容器内的垃圾被倒进垃圾车后,空容器放回原处,垃圾运输车将一路收集到的垃圾统一运往转运站或处理站。
2.垃圾转运站
垃圾转运站(也称中转站)是把用中、小型垃圾收集清运车分散收集到的垃圾集中起来并借助于机械设备转装到大型垃圾清运车的,由建筑物、构筑物群组成的环境卫生工作场所。
垃圾转运站成套设备由垃圾压缩机、垃圾储料槽、垃圾转运车、电气控制系统、除尘除臭系统和污水处理系统等构成。
当处理(置)场远离收集路线时,是否需要设置转运站,主要视当地现实技术和经济条件来确定。
一般来说,垃圾清运距离长,设置转运站可以有效地降低城市垃圾管理系统运行总费用。
费用评估:
移动容器方式清运操作费用方程(不设转运站):
C1=a1·s
固定容器方式清运操作费用方程(不设转运站):
C2=a2·s+p
转运站转运清运操作费用方程:
C3=a3·s+b
式中,Cn——垃圾清运总费用,元;
S——垃圾清运距离,千米;
an——单位距离垃圾的清运费用,元/千米;
p为固定容器操作方式中集装点垃圾装卸和其它管理等费用,元;
b为转运站基建和操作管理增加给垃圾清运的费用,元。
一般情况下,a1>a2>a3,b>p。
S>S3,转运站垃圾清运操作费用低,需设置转运站;
S S1 图中: ①移动容器方式直接清运操作 ②固定容器方式直接清运操作 ③转运站转运清运操作 第三章 1.固体废物压实的概念 通过外力施加于松散的固体废物,使固体废物变得密实以缩小其体积,又称为压缩。 2.废物压实程度的常用指标 (1)空隙比 空隙率(常用) 式中: Vm为固体废物的表观体积; Vs为固体颗粒体积(包括水分); Vv为空隙体积。 (2)湿密度ρw=mm/Vm 干密度ρd=ms/Vm 式中: mm为固体废物的总质量; ms为固体物质质量。 (3)压缩比: 固体废物经过压实处理后体积减少的程度 r=Vf/Vi(后体积/前体积) 压缩倍数n=Vi/Vf 3.破碎比 在破碎过程中,原废物粒度与破碎产物粒度的比值,表示废物粒度在破碎过程中减小的倍数,可表征废物被破碎的程度。 (1)极限破碎比i=Dmax/dmax最大粒度 (2)真实破碎比i=Dcp/dcp平均粒度 4.筛分效率 筛选时实际得到的筛下产物的质量与原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料的质量比,用百分数表示。 式中: Q1为筛下产物质量,kg; Q为入筛固体废物质量,kg; α为入筛固体废物中小于筛孔尺寸的细粒含量,%。 5.影响筛分效率的主要因素 (1)固体废物性质: a、粒度组成易筛粒含量越高,筛分效率越高; b、颗粒形状球形最易,片状或条状颗粒难通过圆形或方形筛孔的筛子,但易通过长方形筛孔的筛子。 c、含水率和含泥量含水量小于5%、含泥量低时,影响不大;含水量达5%~8%,且粒度较细又含泥质时,颗粒间以及颗粒与网丝间产生较大凝聚力,堵塞筛孔;含水量达10%~14%时,颗粒形成泥浆,凝聚力下降,筛分效率提高,属湿式筛分。 (2)筛分设备性能: 筛孔形状、筛面、筛子运动方式及运动强度、筛面宽度和长度、筛面倾角(15º-25º为宜)。 (3)筛分操作条件: 连续均匀给料、振动、清理和维修筛面。 6.筛分设备 ①固定筛②滚筒筛③振动筛: 惯性振动筛,共振筛 第四章 1.浮选原理 浮选是通过在固体废物与水调制成的料浆中加入浮选剂扩大不同组分的可浮性差异,再通入空气形成无数细小气泡,使目的颗粒黏附在气泡上,并随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层刮出,成为泡沫产品;不浮的颗粒则留在料浆内,通过适当处理后废弃。 2.浮选药剂及其作用 (1)捕收剂 选择性吸附在欲选物质颗粒表面上,使其疏水性增强,提高可浮性,牢固粘附在气泡上而上浮。 良好的捕收剂应具备特点: ①捕收作用强,具有足够的活性;②有较高的选择性,最好只对某一种物质具有捕收作用;③易溶于水,无毒、无臭、成分稳定,不易变质;④价廉易得。 (2)起泡剂 表面活性物质,促进泡沫形成,增加分选界面。 常用的起泡剂有: 松醇油、醚醇油、脂肪醇等。 起泡剂应该具备特点: ①用量少,能形成量多、分布均匀、大小适宜、韧度适当和粘度不大的气泡;②有良好的流动性,适当的水溶性,无毒无腐蚀性;③无捕收作用,有较好的适应性。 (3)调整剂 主要用于调整捕收剂的作用及介质条件。 ①活化剂: 促进目的颗粒与捕收剂作用,常用的多为无机盐(硫酸钠、硫酸铜等)。 ②抑制剂: 抑制非目的颗粒的可浮性,常用的有各种无机盐(水玻璃)和有机盐(单宁、淀粉)。 ③pH值调整剂: 调整介质的pH值,常用的是酸类和碱类。 ④分散剂: 促使料浆中非目的细粒成分散状态,常用的有无机盐类(苏打水、水玻璃)和高分子化合物(各类聚磷酸盐)。 ⑤混凝剂: 促使料浆中目的颗粒联合成较大团粒常用的有石灰、明矾、聚丙烯酰胺等。 3.浮选动力学过程 浸出过程大多取决于溶剂向反应区的迁移和界面上的化学反应。 大致经历: 外扩散-化学反应-解吸-反扩散。 (1)外扩散: 溶剂分子向颗粒表面和孔隙扩散到达反应带。 (2)化学反应: 溶剂达到反应带后与颗粒中的某些成分发生反应生成可溶性化合物。 (3)解吸: 可溶性化合物在颗粒表面解吸,包括颗粒内部孔隙的可溶性化合物的解吸。 (4)反扩散: 可溶性化合物在固体表面解吸后,向液相扩散,浓度差是主要的推动力。 4.浸出过程的影响因素 ①物料粒度及其特性②浸出温度③浸出压力④搅拌速度⑤溶剂浓度⑥氧分压 5.固化处理概念 利用物理或化学方法将有害废物与能聚结成固体的惰性基材混合,从而使固废固定或包容在惰性固体基材中,使之具有化学稳定性或密封性的一种无害化处理技术。 6.固化处理方法(ppt) (1)水泥固化以水泥为固化剂 原理: 水泥是一种无机胶结剂,经水化反应后可形成坚硬的水泥块,能将砂、石等骨料牢固地凝结在一起。 (2)沥青固化以沥青类材料作为固化剂 原理: 与有害废物在一定条件下发生皂化反应,使有害废物均匀地包容在沥青中,形成稳定的固化体。 (3)玻璃固化以玻璃原料为固化剂 原理: 将其与有害废物以一定的配比混合后,在1000~1500℃的高温下熔融,经退火后形成稳定的玻璃固化体。 主要适用于处理含高比放射性废物。 (4)塑料固化处理以塑料为固化剂,分为热塑性塑料和热固性塑料 原理: 与危险废物按比例配料,并加入适量催化剂和填料进行搅拌混合,使其共聚合固化。 (5)石灰固化处理以石灰和具有火山灰活性的物质为固化基材 原理: 重金属被吸附于胶体结晶中。 (6)自胶结固化处理 原理: 利用废物自身的胶结特性来达到固化目的。 主要用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物,如磷石膏、烟道气脱硫废渣等。 (7)水玻璃固化以水玻璃为固化剂,无机酸类为助剂 原理: 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。 第五章 1.堆肥化微生物过程(好氧堆肥化过程)(P129图) 好氧堆肥化从废物堆积到腐熟的微生物生化过程比较复杂,但大致可分为四个阶段: (1)潜伏阶段堆肥化开始时微生物适应新环境的过程,即驯化过程。 (2)中温阶段堆肥初期,堆层基本呈中温,嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。 在转换和利用化学能的过程中,有一部分变成热能,由于堆料有良好的保温作用,温度不断上升。 (3)高温阶段当肥堆温度升到45℃以上时,即进入高温阶段。 嗜温性微生物受到抑制甚至死亡,嗜热性微生物逐渐取得优势。 堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续分解转化,复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素、蛋白质和木质素等开始被强烈分解。 (4)腐熟阶段高温阶段后期,易分解的有机物已经大部分分解,只剩下较难分解的有机物和新形成的腐殖质,微生物活性下降,发热量减少,温度下降。 在此阶段嗜温微生物又占优势,对残余较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多且稳定化,堆肥进入腐熟阶段。 2.堆肥化的影响因素 ①供氧量氧气是堆肥化过程有机物降解和微生物生长所必须的物质,因此保持较好的通风条件,提供充足的氧气是好氧堆肥过程正常运行的基本保证。 ②含水率微生物需要从周围环境中不断吸收水分以维持其生长代谢活动,水分是否适量直接影响堆肥发酵速度和腐熟程度。 ③温度温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素。 堆肥中微生物分解有机物进行分解代谢会释放出热量,这是堆料温度上升的热源。 ④有机质含量有机质含量影响堆料温度与通风供氧要求。 ⑤颗粒度堆肥化所需要的氧气是通过堆肥原料颗粒空隙供给的。 ⑥C/N比 ⑦碳磷比(C/P比) ⑧pH值 3.好氧堆肥工艺(理解) (1)前处理: 采取破碎、分选等方法去除粗大垃圾,并使堆肥物料粒度和含水率达到一定程度的均匀化。 为降低水分增加透气性、调整碳氮比,有时需添加调理剂和膨胀剂。 (2)主发酵(一级发酵): 在发酵仓内进行,靠强制通风或翻堆搅拌来供给氧气。 由于原料中存在的微生物作用而开始发酵,易分解物质首先分解,产生CO2和水,同时产生热量使堆温上升。 发酵初期物质的分解作用是靠嗜温菌(生长繁殖最适宜温度为30~40℃)进行的。 随着堆温的升高,最适宜温度45~65℃的嗜热菌取代了嗜温菌,能进行高效率的分解。 氧的供应情况与保温床的良好程度对堆料的温度上升有很大影响。 如堆肥化过程原理中所述,后面将进入降温阶段。 经升温段、高温段至降温段结束的过程称为主发酵期。 以城市生活垃圾为主体的城市固体废物好氧堆肥化的主发酵期约为4~12d。 (3)后发酵(二级发酵): 经过主发酵的半成品被送去后发酵。 尚未分解的有机物可能全部分解,变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物,得到完全成熟的堆肥成品。 后发酵也可在专设仓内进行,但通常把物料堆积到1~2米高度,进行敞开式后发酵。 为提高后发酵效率,有时仍需进行翻堆或通风。 后发酵时间通常为20-30d。 (4)后处理: 经过后发酵的物料中,几乎所有的有机物都变形,数量也减少。 然而,前处理工序中没有完全去除的塑料、玻璃等杂物依然存在,还要经过分选工序去除,并根据需要进行再破碎。 第六章 1.焚烧的主要影响因素(3T+e过剩系数) 停留时间、温度及湍流度称为“3T”要素,是反映焚烧炉运行性能的主要指标。 (1)废物性质固体废物的热值和粒度是影响焚烧的主要因素。 热值越高,燃烧过程越易进行,焚烧效果也就越好。 固废的尺寸越小,其比表面积越大,与氧气接触面积越大,焚烧越完全;反之,则易发生不完全燃烧。 因此,在生活垃圾送入焚烧炉前,对其进行破碎处理,可改善焚烧效果。 (2)焚烧温度废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所需达到的温度。 它比废物的着火温度要高得多。 合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定的。 大多数有机物的焚烧温度范围在800~1000℃,通常在800~900℃左右为宜。 我国生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)中规定烟气出口温度≥850℃。 (3)停留时间停留时间有两方面的含义: 一是生活垃圾在焚烧炉内的停留时间,指生活垃圾从进炉开始到焚烧结束,炉渣从炉中排出所需的时间;二是生活垃圾焚烧烟气在炉中的停留时间,指生活垃圾焚烧产生的烟气从生活垃圾中逸出到排出二燃室所需的时间。 (4)混合强度湍流度是表征生活垃圾和空气混合程度的指标。 湍流度越大,生活垃圾和空气的混合程度越好,有机可燃物能及时充分获取燃烧所需的氧气,燃烧反应越完全。 湍流度受多种因素影响。 当焚烧一定时,加大空气供给量,可提高湍流度,改善传质与传热效果,有利于焚烧。 (5)空气量 理论空气量: 根据废物组分的氧化反应方程式计算求得的空气量,是废物完全燃烧所需的最低空气量,一般以A0表示。 实际燃烧空气量(A): A=m·A0 m为过剩空气系数,焚烧废液、废气时,m=1.2~1.3;焚烧固体废物时,m=1.5~1.9,有时在2以上,才能较完全燃烧。 2.固体废物热值 固体废物热值是指单位质量固体废物在完全燃烧时释放出来的热量。 热值有两种表示方式,即高位热值(粗热值)和低位热值(净热值)。 若热值包含烟气中水的潜热,则该热值是高位热值(粗热值);反之,若不包含烟气中水的潜热,则该热值是低位热值(净热值) 3.焚烧炉类型 机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑焚烧炉 4.焚烧处理指标 (1)减量比 衡量焚烧处理废物减量化效果。 可燃废物经焚烧处理后减少的质量占所投加废物总质量的百分比,即为: - - 式中: MRC-减量比,%; ma-焚烧残渣的质量,kg; mb-投加的废物质量,kg; mc-残渣中不可燃物质量,kg。 热灼减量率 焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后减少的质量占原质量的百分比,其计算方法如下 - 式中: QR-热灼减量,%; ma-焚烧残渣在室温时的质量,kg; md-焚烧残渣在600±25℃经3h灼热后冷却至室温的质量,kg。 (2)焚烧效率及破坏去除率 焚烧城市垃圾及一般工业废物时,以燃烧效率(CE)作为评估是否可以达到预期处理要求的指标: 式中,CO和CO2分别为烟道气中该种气体的浓度。 对危险废物,验证焚烧是否可以达到预期的处理要求的指标还有危险化学物质的破坏去除效率(DRE),定义为: 其中: Win-进入焚烧炉的危险废物质量流率; Wout-从焚烧炉流出的该种物质的质量流率。 第七章 1.高炉矿渣的综合利用 水淬矿渣作建筑材料(矿渣硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、矿渣混凝土);矿渣碎石用作基建材料(配制矿渣碎石混凝土、用于地基工程、修筑道路、用作铁路道砟);膨珠作轻骨料;高炉渣的其他应用(高炉矿渣除用于建材生产外,还可以用来生产一些具有特殊性能的矿渣产品,如矿渣棉、微晶玻璃、热铸矿渣及矿渣铸石等) 2.钢渣的综合利用 用作冶金原料(作烧结熔剂、作高炉炼铁熔剂、回收废钢铁);用作建筑材料(钢渣水泥、筑路及回填材料、生产建材制品);用于农业(钢渣磷肥、硅肥、改良土壤) 3.粉煤灰的综合利用 粉煤灰用作建筑材料(水泥、混凝土、砖、陶粒);筑路回填(筑路、回填);粉煤灰用于农业生产(作土壤改良剂、作农业肥料);回收工业原料(回收煤炭、回收金属、分选空心微珠);用作环保材料(吸附剂、絮凝剂) 第八章 1.填埋场水平防渗系统的结构类型 (1)单层衬里系统有一个防渗层,其上是渗滤液收集系统和保护层。 必要时其下有地下水收集系统和一个保护层。 该系统适用于抗损性低、场址区地质条件良好、渗透性差、地下水较贫乏的条件。 (2)单复合衬里系统所谓复合防渗层意指由两种以上防渗材料相贴而形成的防渗层。 它们紧密地排列,提供综合效力。 比较典型复合结构是: 上层为柔性膜,其下为渗透性低的粘土矿物层。 单复合衬里系统综合了两种材料的优点,具有很好的防渗效果,适用于抗损性较高、水量较丰富的条件。 其使用的关键是使柔性膜与黏土层紧密贴合,以保证当柔性膜破损时渗滤液不会引起沿两者结合面的移动。 (3)双层衬里系统包含两层防渗层,上衬里之上为渗滤液收集系统,下衬里之下为地下水收集系统,两层之间是排水层,以控制并收集通过上衬里渗漏下来的渗滤液或填埋气体。 该系统在防渗的可靠性上优于单衬里系统,但在施工和衬里的坚固性及防渗效果等方面不如单复合衬里系统,其适用条件类同于单复合衬里系统。 (4)双复合衬里系统与双层衬里系统的结构类似,不同之处是双复合衬里系统的上下衬里分别采用的是单复合衬里。 该系统综合了单复合衬里系统和双层衬里系统的优点,具有抗损害能力强、坚固性好、防渗可靠性高等特点,但其造价很高。 双复合衬里系统用于废物危险性大、对环境质量要求很高的条件。 2.表面密封系统结构 表面密封系统分为两部分,上部是土地恢复层,即为表层;下部是密封工程系统,由保护层、排水层、防渗层和排气层组成。 3.垃圾填埋气体的产生过程 填埋气产生过程是一个复杂的生物、化学、物理的综合过程,其中生物降解是最重要的,目前普遍认为填埋气产生过程可分为以下五个阶段: 第一阶段-好氧分解阶段 废物进入填埋场后首先经历好氧分解阶段,它的持续时间比较短。 复杂的有机物通过微生物胞外酶分解成简单有机物,并进一步转化为小分子物质和CO2。 这一阶段由于微生物进行好氧呼吸,有机质被彻底氧化分解而释放热能,垃圾的温度可能升高10-15℃。 第二阶段-好氧至厌氧的过渡阶段 这一阶段,随着氧气的逐渐消耗,厌氧条件逐步形成,作为电子受体的硝酸盐和硫酸盐开始被还原为氮气和硫化氢。 第三阶段-酸发酵阶段 复杂有机物,如糖类、脂肪、蛋白质等在微生物作用下水解至基本结构单位(比如单糖、氨基酸),并进一步在产酸细菌的作用下转化成挥发性脂肪酸和醇。 第四阶段-产甲烷阶段 在产甲烷细菌的作用下,挥发性脂肪酸转化成甲烷和二氧化碳。 该阶段是能源回用的黄金时期。 一般废物填埋180-500d后进入稳定产甲烷阶段。 该阶段的主要特征是①产生大量的CH4②H2和CO2的量逐渐减少③浸出液COD下降,pH维持在6.8-8.0,且金属离子Fe2+、Zn2+浓度降低 第五阶段-填埋场稳定阶段 当第四阶段中大部分可降解有机物转化成CH4和CO2后,填埋场释放气体时速率显著减小,填埋场处于相对稳定阶段。 该阶段几乎没有气体产生,浸出液及废物的性质稳定。 第九章 1.无机污染物: 物化处理 2.有机污染物: 化学氧化处理(臭氧氧化解毒、过氧化氢解毒、氯氧化解毒) 3.重金属: 物化处理(离子交换、化学沉淀法、吸附法、氧化还原法、中和法、溶出法) 4.无机废物处理技术: 含氰废物处理技术(酸化回收法、氯氧化法、过氧化氢氧化法、臭氧氧化法、高温水解法、电解氧化法);石棉废物处理技术(石棉尾矿的综合利用、等离子体焚烧、安全填埋技术) 5.有机废物处理技术: 多氯联苯废物处理技术(焚烧处理、脱氯处理、现场玻璃化技术);废有机溶剂处理技术(回收有用组分、焚烧处置技术、超临界水氧化技术);废乳化液处理技术(废乳化液的集中→去除杂质→破乳→取油→水质净化→废水排放或供再循环使用。 ) 6.含重金属废物处理技术: 焚烧处置残渣及飞灰处理技术(按危险废物填埋、固化与稳定化、将重金属与飞灰分离);电镀污泥处理(固化/稳定化技术、热处理技术、资源化利用技术);金属分离(化学沉淀法、氢还原、铁还原、离子交换)
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