《固体废物处理与处置》课程设计指导书2.docx

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《固体废物处理与处置》课程设计指导书2

《固体废物处理与处置》课程设计指导书2

《固体废物处理与处置A课程设计》

指导书

学院、部环境科学与工程学院

系、所环境工程

授课教师

课程名称固体废物处理与处置A课程设计

课程学时2周

教材名称城市生活垃圾卫生填埋技术规范

2011年10月28日

一、课程设计的目的

通过课程设计，1）进一步培养学生综合运用所学“固体废物处理与处置”的理论知识、独立分析和解决工程实际问题的能力；2）在工程实施的基本训练中进一步消化和巩固固体废物处理与处置课程所学内容及相关知识；3）掌握调查研究、查阅文件、确定系统设计方案的方法；4）提高使用技术资料、认识及遵守国家工程标准、规范和规定、进行设计计算、绘制工程图、编写设计说明书的能力；5）培养学生理论联系实际、正确分析和解决问题的能力；6）初步具备对一般固体废物处理系统的设计能力，为毕业设计打下坚实的基础。

二、课程设计组织形式

课程设计是学生按学校教学计划所规定的课程学习结束后的实践性教学环节，因此“固体废物的处理与处置A课程设计”安排在“固体废物的处理与处置A”课程讲授之后进行。

具体的形式是教师给学生下达课程设计任务书，在专门的课程设计教室让学生独立完成，教师指导答疑，检查学生的进度与完成情况。

本课程设计要求设计一个固体废物处理系统（城市垃圾收集线路设计、城市生活垃圾综合分选处理系统设计、有机垃圾产沼工艺的设计），50位学生分成10组，每组5人不等，在设计中做到工作各有重点，每一学生设计的内容不同但相互关联，通过同组分工协作，提高学生的组织、协调能力，并了解所涉及的固体废物处理与处置各个环节的具体内容，进一步丰富知识体系，提高整体设计能力，并且要求学生撰写出规范的设计说明书。

三、课程设计步骤

设计布骤如下：

1、由给定的任务书明确自己要做的工作，查阅相关的文献参考资料；

2、分析确定固体废物处理系统的组成；

3、对固体废物处理系统进行计算和设备选型计算；

4、进行系统布置，完成图纸绘制；

5、进行说明书编写。

分选系统的确定系统的物料衡算系统设备的计算选择绘制图纸设计说明书编写

四、课程设计要点

“废物的处置与处理”课程设计的要点是：

1、固体废物处理系统工艺流程的选择分析与确定；

2、对处理系统内各种处理设备的计算选择和描述；

3、处理后固体废物的出路分析；

4、厂内辅助建筑物以及道路等的说明；

5、固体废物处理系统的总图布置及其他说明成果的图纸；

五、课程设计进度安排

1）设计动员，布置任务，提出要求，答疑。

时间0.5天；

2）文献查阅，了解、学习城市垃圾收集设计的方法，时间1.5天；

3）进行设计计算，时间4天；

4）绘制图纸，时间4天；

5）编写设计说明书（含计算），时间2天；

6）评议，时间1天。

课程设计总时间14天。

六、主要技术的案例分析

6.1城市垃圾收集线路设计

6.1.1城市垃圾收集线路设计任务书

（1）设计资料

某城市所在地--中兴城镇，2004年末城市建成区人口202468人。

根据该城市总体规划，人口自然增长率为10.2‰，机械增长率15.1‰。

现状城市用地20km2。

目前有垃圾车21辆，人力车72辆。

城市共设置垃圾收集点87个，街道上设置果皮箱198个。

规划面积35km2。

该城市环卫现状地形图（比例为1：

10000），城市规划设计图（比例为1：

5000），能源资料各一份（略）。

（2）设计工程规模、期限及要求

①工程设计年限：

15年；

②垃圾收集设计总量；

③垃圾收集布置、方案及线路设计。

（3）设计成果

①设计说明书（含计算）一册，字数不少于5000字；

②城市垃圾收集总平面图1张或城市垃圾收集线路设计图1张或城市垃圾中转站平面布置图1张等。

6.1.2城市垃圾收集线路设计的设计说明书主要内容（正文的部分摘要）

1．概述

（1）垃圾成分现状

根据该城市环卫现状图，与及环卫部门提供的资料及对该城市生活垃圾成份的调查分析，其垃圾成份有如下特点：

该城市属于中等发展水平的工业城市，垃圾成分以厨余、果皮、树木、粪便为主；玻璃、塑料、金属、织物、废电池等可回收物质的比例相对较大；城市周围部分居民烧柴或煤，垃圾中煤灰比例相对不高。

按以上垃圾成份特点，经以其他同类城市的垃圾成份进行类比分析，设计该城市生活垃圾成分为：

玻璃、塑料、金属、织物、废电池等废品占25％，煤渣土砂石等无机物为35％，厨余物等有机物为40％左右。

本设计暂以上述资料为基础进行技术分析。

建议该城市城建、环卫部门对区内生活垃圾成份进一步进行调查分析，提供全面、准确的现状垃圾成份分析资料和垃圾成份变化预测值。

（2）垃圾成分变化趋势

根据目前国内外城市垃圾的一般规律，随着生活水平的提高和环境保护知识的进一步普及，城区生活垃圾的成分还会发生变化，即有机物含量会提高，无机物含量相应下降；纸、塑料、金属等可回收物的含量会逐年上升；垃圾量呈现上升→下降→上升趋势。

2．垃圾收集服务人口及面积

该城市现状城市用地20km2，2004年人口202468人。

根据城市总体规划（远期2020年）城市规划用地35km2，总人口309625人。

本工程按2020年总人口309625人设计，服务面积35km2。

3．垃圾产率

根据中国环境科学研究院对我国五百多个城市生活垃圾产生量的统计分析，目前我国中小城市人均垃圾产生量一般在0.9～1.2kg/人.d左右，垃圾密度一般为0.4～0.6t/m3。

根据该城市环卫站统计数据表明，城区2004年清运垃圾量共计7.39万t，现状城区垃圾产生量平均为202.47t／d，人均垃圾产率为1.000kg／人．d。

城市生活垃圾产生量主要与城市性质、城市居民生活水平、消费习惯、城市气候特征、城市燃气使用率等因素密切相关。

根据某城市总体规划，该城市将在未来的十几年内加快城市化进程。

考虑到其社会发展情况及今后垃圾分类收集的逐步实施，并参照国内外城市垃圾产率的变化规律，设计该城市的垃圾产率将随着经济的发展和城市化进程的加快，在一定范围内呈现上升趋势。

经过一段时间的发展，随着人民生活水平的逐步提高，其垃圾产率将逐渐呈现下降趋势。

设计预计该城市的人均垃圾产率将由2004年的1.000kg／人．d上升到2007年的1.030kg／人·d，之后再下降到2020年的0.962kg／人·d。

4．垃圾产生量预测

按照规划年限，该城市各年的垃圾产生量如下表所示：

表6-1-1某城市垃圾产量预测表

年份

人口

（单位：

人）

人均垃圾产量

（kg/人·d）

日产量

（t/d）

年产量

（t/a）

累计

（万/t）

2004

207591

1.000

207.59

75770

7.58

2005

212844

1.010

214.97

78464

15.42

2006

218229

1.020

222.59

81245

23.55

2007

223751

1.030

230.46

84118

31.96

2008

229412

1.022

234.46

85578

40.52

2009

235217

1.014

238.51

87056

49.22

2010

241168

1.006

242.62

88556

58.08

2011

247270

1.000

247.27

90254

67.10

2012

253526

0.995

252.26

92075

73.31

2013

259941

0.990

257.34

93929

85.70

2014

266518

0.985

262.52

95820

95.29

2015

273261

0.980

267.80

97747

105.06

2016

280175

0.976

273.45

99809

115.04

2017

287564

0.972

279.22

101915

125.23

2018

294532

0.968

285.11

104065

135.64

2019

301984

0.965

271.41

106365

146.28

2020

309625

0.962

297.86

108719

157.15

5．城市垃圾收集工程规模

根据垃圾产量预测表，现状垃圾日产量207.59t/d，近期2010年为242.62t/d，远期2020年为297.86t/d，规划期内平均产生量为275t/d。

以垃圾产生量预测值逐年合计的平均值作为本课程设计的设计规模，规划年限（2005～2020）内垃圾总量为157.15万t/a。

6．垃圾收运系统

垃圾收运主要包括三个阶段，第一阶段是贮运，是由产生垃圾住户或单位将垃圾送至贮存处的运输过程；第二阶段是收集和清运，主要是垃圾的近距离运输，用清运车辆沿一定路线收集清运容器或其他贮存设施中的垃圾并运至垃圾中转站；第三阶段是转运，在城市垃圾中转站将垃圾转运至大容量运输车上，运往垃圾处理场。

在规模较小的城镇也可即收即运，不设中转站，直接用垃圾收集车或压缩式垃圾收运车运往垃圾处理场。

7．垃圾收运系统

（1）垃圾收运规划总体原则：

坚持生活垃圾处置“减量化、资源化、无害化”的原则；坚持“环卫设施与城市建设同步发展”的原则；坚持“全面规划，合理布局”的原则；坚持“规划先行，管理并重”的原则；坚持“科学设计，适当超前”的原则。

（2）垃圾收运模式

根据某城市的实际情况，近期垃圾收运体系采用多种方式并存，具体形式

考虑到城区垃圾收集方式和收集车辆现状及现有的垃圾收运设施及其完善需要一个过程，近期在部分地区如老城区保留人力车收集垃圾的方式，以后逐步向机动车收集过渡；新城区垃圾仍然由垃圾收集车运至收集站，再由垃圾车运往处理场。

以后将在所有城区逐步建设垃圾中转站，采用大型的垃圾运输车运送垃圾，完善城市垃圾收运系统，并在条件适宜时逐步推广垃圾分类收集和分类处理。

设计垃圾车45辆，现有的人力车72辆将逐步退出。

根据国家城市环境卫生设施设置标准，该城市共设置垃圾收集点服务半径不大于200m（约为1115个），占地面积不少于40m2，达到城区1个/3.14万m2。

宽度超过7m以上的街道上设置垃圾箱（或垃圾桶、果皮箱等），间距为：

商业大道间距45m；交通干道70m；一般街道90m。

今后根据发展逐渐将单一的垃圾箱逐步改为分类垃圾箱（或桶）等。

吸粪车设计为12辆。

在城市的东、西、南、北四个城区各设计、建设一个中型的垃圾中转站，占地面积不少于1700m2，并确定每个垃圾中转站的服务区域。

垃圾中转站转运型式方案有三种：

①不压缩方案（地坑式）。

在转运站内挖地坑并放置垃圾集装箱，将垃圾直接投放集装箱，装满后由吊车装上改装过的垃圾集装箱转运车运往垃圾处理场。

②压缩方案。

转运站内不设地坑，而是放置垃圾压缩箱，将垃圾投放入箱后进行压缩。

垃圾箱装满后由液压装置将箱体升起，由垃圾运输车运往垃圾处理场。

③爬背式（拉臂车式）方案。

在转运站内修建坡道和中转平台，平台上设料斗。

垃圾收集车（包括人力车）驶上平台，将垃圾卸入料斗，再装入垃圾自卸车运往填埋场。

与集装箱（地坑式）转运站相比，爬背式方案省去了吊车和集装箱吊装一道工序，操作较为简单，但其占地面积大、土建投资多，人力收集车上中转平台又比较困难，而且如管理不善易造成二次污染。

因此本课程设计不考虑这种转运型式。

根据上述3种转运型式的特点和城市的实际条件，避免二次污染和扰民，本设计转运站采用压缩式的转运形式。

9.压缩式中转站设计

主要设备：

压缩式中转站一次性投资大，设计考虑每个中转站先配4个压缩箱和4辆垃圾运输车，今后再逐步完善配套。

主要设备如下：

8吨运输车4辆；8吨压缩箱4个；液压站2个；吊架2个。

10．其它垃圾收集

医院垃圾、涉外宾馆垃圾等危险垃圾，无论近远期均必须由其自行送焚烧炉焚化，安全处置；建筑垃圾，应由施工单位按环卫部门指定地点和要求进行运输和倾倒，严禁随意倾倒，经协商可以运至垃圾处理场作为填埋覆盖材料；工业垃圾，应由产生单位自行处理、处置，接受环卫部门监督。

11．该城市垃圾收集设计小结

城市垃圾收集应贯彻落实我国政府制订的可持续发展战略：

“人口、经济、社会、环境和资源相互协调的、既满足当代人的需要而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发健的道路。

”垃圾收集的发展目标可以扼要地归纳为无害化、减量化、资源化（简称“三化”）。

由于垃圾量目前在逐年上升，需要把目前的收集模式逐步地、有计划地整合，其流程示意图如图6-1-4所示。

为完成该城市垃圾收集的发展目标，还需要继续进行下列工作：

（1）源头减量其理想期望值为生活垃圾的零排放，以获得垃圾问题的根本解决。

但目前该期望是难以实现的。

鉴于此，应采取措施尽量从源头避免垃圾量的产生。

通过组建工作机构，建立工作制度，明确各环节的“源头减量”任务，制订推进计划，以期取得成效。

（2）上游减量指垃圾已经产生，但尚未进入收集、运输、处理系统之前，消费者应该把部分废弃物，如张纸、玻璃、金属等出售给废旧物资回收部门，以实现生活垃圾的减量化和资源再生利用。

“上游减量”是一项潜力大、效果好的措施。

根据我国城市的调查，其城市垃圾中通过资源回收再生利用，垃圾减量11％以上。

由于城市垃圾量的年增长率约为7％，所以仅此一项措施就有可能实现生活垃圾产量的负增长。

可见其潜力之大，效果之好。

目前的废旧物资回收系统应予以充实，建立数量足够、方便、高效的回收网络，以满足消费者出售废品的需求。

（3）分类处置是指建立在城市垃圾分类收集基础上的分类运输、分类处理（处置）系统。

该系统比目前的混合收集、运输、处理（处置）系统效率高、效果好。

目前分类收集正在部分城市进行试点。

虽然全面推广尚需要时间，但应该把握住发展方向，以免贻误工作。

（4）最终处置最后的垃圾，再次根据其垃圾特性实行最终处置。

12、图纸（略）

图6-1-3某城市垃圾收集系统流程示意图

图6-1-4某城市垃圾完善的收集系统流程示意图。

6.2垃圾分选工艺设计

6.2.1分选工艺路线确定

本次课程设计确定工艺从我国目前城市生活垃圾处理现状出发，考虑到原生垃圾成份复杂，劳动力资源又丰富，采用机械为主，辅以人工粗选的方法；废塑料和废纸主要为塑料袋和卫生间废纸，回收利用经济效益不高，故可直接将这部分作为垃圾焚烧原料。

分选工艺采用城市生活垃圾简易处理方法，以分选产物作为填埋、堆肥和焚烧为目的。

分选工艺流程如图6-2-1所示

图6-2-1垃圾分选工艺流程

6.2.2物料衡算

垃圾分选系统按设计规模、每天工作时间，每个分选设备物料走向逐步计算。

以100t/d处理能力进行计算。

（1）垃圾分选厂每小时的处理量

Q—每天的垃圾处理量，Q=100t/d；

T—每天的工作时间，T=10h；

Q0=100/10=10（t/h）；

（2）人工分选

工手选去除垃圾中的大块金属、塑料、玻璃瓶、建筑材料等，以利于后续处理。

据经验，经人工手选后大约1%的大块金属、0.6%玻璃、2.0%塑料和约0.5%其他无机物质被选出，即：

金属q1=Q0×1%=10×1%=0.1（t/h）

玻璃q2=Q0×0.6%=10×0.6%=0.06（t/h）

塑料q3=Q0×2.0%=10×2.0%=0.2（t/h）

其他q3=Q0×0.5%=10×0.5%=0.05（t/h）

则经过人工手选可分出的垃圾有：

Q1=0.1+0.06+0.05+0.2=0.41（t/h）

（3）磁选

垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属：

（4）选择性破碎机

①筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等dμ>50mm的物质

②筛下物为dμ<50mm的被破碎的无机物、有机物、玻璃及其他碎土等。

Q3’=2.00t/h

（5）风选

①轻组分主要粉尘、塑料纸张等

②重组分主要是有机物

Q4’=6.851t/h

（6）滚筒筛分

滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下物进行进一步分选，筛下物中主要有无机物、部分有机物、碎玻璃等。

选择筛孔为10×10㎜。

筛上为dp〉10㎜的有机物

筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃

（7）废物的全过程总的质量为

6.2.3垃圾储仓计算

垃圾储仓是用来暂时储放进入处理系统的垃圾并用来调节处理设备的处理量。

储料仓的容量应根据计划收入分选厂的垃圾量、设备的操作计划等因素来决定。

通常储料仓的容量应可提供两天的最大处理量。

1．仓体容积

（6-2-1）

β——储存时间，d；

q——最大日处理量，t/d；q=400t/d；

——有效容积系数，在0.8～0.9之间；

——垃圾有效密度（有效密度系数在1.1～1.3），

；；

2．仓体尺寸计算

垃圾储仓体积V,

；长度a，m；宽度b，m；

深度c，m；

则：

3．排水坡度

垃圾在储料坑内时间过长（一般超过2天）便会有渗滤液产出，所以坑底部必须铺设有排水坡度流向垃圾渗出水坑收集渗滤液，排水坡度取1%。

6.2.4吊车与抓斗

1．吊车

垃圾吊车的台数是根据垃圾最大日处理量来确定的。

一般日处理量在300吨以下的采用一台吊车，日处理量在300~600吨的要求采用常用和备用各一台，规模在600吨/天以上的，要求常用吊车2台，备用一台。

在吊车的台数确定后，还要确定吊车卷起、放下、行走、横移及抓斗开关动作所需时间，以确定吊车运行周期。

如果各分选设备有足够的处理能力，吊车的运行时间为60min/h，设计时一般取45~55min/h。

吊车供给能力由下式计算：

（6-2-2）

式中

—吊车供给能力，t/h；

P—抓斗一次抓起量，t；

N—1小时内吊车实际工作时间，h/h；

T—吊车运行周期，h；

2．抓斗

桥式抓斗起重机具有机动灵活的特点，可在移动空间的任意点装卸物料。

根据设计规模要求选择适当的起重设备。

其主要规格如表6-2-1所例。

表6-2-1桥式抓斗起重机的主要规格

起重量/t

跨度/m

起重

总量/t

速度/m.min-1

容重

/m3

抓斗特性

起重机运行

小车运行

提升运行

物料容重/t.m-3

抓取量/kg

抓斗质量

/kg

5

10.5

17.3

87.5

44.6

38.8

2.5

0.5~1.0

1250~

2500

2493

13.5

19.0

16.5

21.0

6.2.5磁选设备

用于固体废物分选的磁选设备就结构形式而言主要分为带式和鼓式两种。

鼓式磁选机又可分为皮带机磁滚筒式和独立鼓式。

如图6-2-2所示。

磁力滚筒又称磁滑轮，磁系与圆筒固定在同一个轴上，安装在皮带运输机头部。

将固体废物均匀给在皮带运输机上，当废物经过磁力滚筒时，非磁性或磁性很弱的物质在离心力和重力作用下脱离皮带面，而磁性较强的物质受磁力作用被吸在皮带上，并由皮带带到磁力滚筒的下部，当皮带离开磁力滚筒伸直时，由于磁场强度减弱而落入磁性物质收集槽中。

磁力分选机在分选工艺中可一点或多点布置，一般可设置在破碎机的前后、筛分机之后或风选机的前后等处。

对城市生活垃圾简易分选系统，在经过人工手选之后，大件的磁性物质已经被选出，可将磁选机设置在选择性破碎机之前，基本上可将磁性物质选择出来，同时避免后续分选设备被磁铁性物质破坏。

6.2.6滚筒破碎机（选择性破碎机）

滚筒破碎机其机身主体的形状是用筛板做成的圆筒，工作过程中既有破碎又有筛分的作用，并能达到选分的作用。

1、滚筒破碎机主要结构参数的确定

滚筒破碎机的直径和长度是最主要的结构参数，它取决于入料量的多少，物料密度及粒度等，此外，还与滚筒转数的大小，物料在滚筒内的摩擦系数也有密切的关系。

目前，滚筒直径和长度主要是按经验公式估算。

滚筒长度为滚筒直径的1.5~2.5倍。

2、滚筒破碎机生产能力计算

计算滚筒破碎机生产能力可用如下公式：

（6-2-3）

式中Q—垃圾生产能力，t/h；

S—滚筒横断面装垃圾面积，m2；

v—物料在滚筒轴向前进速度，m/s；

—物料散比重，t/m3，对城市垃圾散比重可取垃圾容重的1/2；

K—装满系数，随滚筒内提升板个数的增加而变大；当提升板为6个时，对垃圾K取0.41。

图6-2-2典型磁选机

按图6-2-3所示，横断装料面积可由下式计算：

（6-2-4）

图6-2-3滚筒内断面示意

物料沿滚筒轴向的前进速度v为：

（6-2-5）

式中l—物料在滚筒内每跌落一次向前所走距离，m；

T—物料自A提升到B再跌落到底所需时间，s

（6-2-6）

（6-2-7）

n—滚筒转速，转/分

（6-2-8）

3、滚筒破碎机功率计算

滚筒破碎机功率计算可按两部分进行。

一是物料在筒体中完成破碎过程时提升和跌落所耗的功率N1，另一是在完成筛分过程时按滚筒筛计算的功率N2,则总功率N=N1+N2。

（6-2-9）

式中M—阻力距

—筒体角速度，弧度/秒；

（6-2-10）

式中G—回转筒体自重，kg；

G0—筒体内被筛物重量，kg;

—转动效率，%。

6.2.7垃圾滚筒筛

垃圾滚筒筛利用作回转运动的筒形筛体将垃圾按粒度进行分级。

工作时筒形筛体倾斜安装，倾角一般在40～80。

其结构及设计原理同选择性破碎机类似，只是没有提升板。

垃圾滚筒筛设计参数主要有几何参数、运动参数和动力参数。

几何参数包括筛体长度、筛体直径、安装倾角和筛孔尺寸；运动参数指筛体转速；动力参数为筛体的驱动功率。

滚筒筛的筛孔尺寸的确定根据被筛分的垃圾的组成及对筛上、筛下物的要求和它的具体用途来确定。

若用于除去垃圾中的渣土等小粒级物料时，筛孔尺寸可取较小值。

当除去粗大物料时，筛孔尺寸可取较大值。

图6-2-4垃圾滚筒筛示意

滚筒筛主要参数确定：

（1）筛分效率和生产率

根据研究表明，垃圾滚筒筛的筛分效率根据筛分不同特性的垃圾选择在85%～95%之间。

（2）滚筒筛转速

通常为了获得较好的筛分效率，应使物料在筛体内做较大的翻动。

根据实验表明，垃圾滚筒筛回转速度一般取临界转速的30%～60%较为理想。

临界转速nc由下式计算：

（6-2-11）

（3）物料在筛体内的停留时间

筛上物在筛体内的停留时间为：

（6-2-12）

式中L—筛体长度；

—物料在筛体内沿轴向运动的平均速度，可由式（2-5）计算，安装倾角

一般取40～８０。

滚筒内物料运动角度示意如图2-3。

（6-2-13）

式中ｃ１—为考虑加速段滑动因素的修正系数。

6.2.8风选设备

1.设计参数：

风力分选（气流分选）主要将低密度、空气阻力大的轻质部分（塑料、废纸等）和具有高密度、空气阻力小的重质部分分开。

风力分选中气流的流动速度是重要的设计参数，确定气流流速的依据是被选物料的悬浮速度（沉降速度）。

颗粒在空气中的沉降末速为：

（6-2-14）

式中

—颗粒的直径；

—颗粒的密度；

—空气的密度；

—助力系数；

—重力加速度；

当