《固体废物处理与处置》教案.docx

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《固体废物处理与处置》教案

《固体废物处理与处置》教案

课程名称及代码：

固体废物处理与处置、

课程英文名称：

SolidWasteTreatmentandDisposal

课程所属单位：

化学与环境工程学院环境工程教研室

课程面向专业：

环境工程本科专业

教师姓名：

梅运军

教师职称：

讲师

所用教材：

《固体废物处理与处置》宁平主编

本课程总学时数：

60本学期总学时数：

60

讲课：

54课程设计：

6

课程性质：

专业必修课

武汉工业学院化学与环境工程学院

一、课程性质与目的

本课程是专业课，是环境工程专业主要课程之一。

主要讲授固体废物的来源、分类及综合处理系统等基本知识；并以城市垃圾为中心讲述固体废物的收集、清运、处理以及处置；各种处理和处置方法以及设备。

固体废物的处理及其资源化是本课程的重点。

通过课堂教学使学生掌握必要的理论基础知识，同时培养学生参与工程设计的实践能力。

二、课程教学内容与要求

第一章绪论

了解固体废物的来源、分类、污染控制、处理利用方法分类、管理及相关技术政策。

第二章固体废物的收集、贮存及清运

本章要求了解固体废物主流城市的分类、特性，进一步熟悉城市垃圾的收集，运输工艺，对收运系统有初步的认识。

第三章固体废物的预处理

本章要求了解固体废物的预处理（压实、破碎、分选、固体废物的脱水）的目的和使用场合，掌握各类预处理方法的原理及工艺，熟悉常用设备的主要技术性能。

第四章固体废物的物化处理

本章主要要求了解浮选、浸出、固体废物的稳定化/固化处理的基本原理，工艺及设备要求。

第五章固体废物的生物处理

本章要求掌握好氧堆肥的原理、工艺、设备及评价指标；厌氧消化（沼气）的原理、工艺、设备等；微生物浸出机理、工艺及其他生物处理技术。

第六章固体废物的热处理

本章要求掌握焚烧的原理、工艺及设备；热解的原理、工艺及设备；固体废物的其他热处理方法等。

第七章固体废物的资源化与综合利用

掌握固体废物资源化的概念、资源化系统及系统技术；了解工业、矿业以及农林、城市生活垃圾的综合利用途径及方法。

第八章固体废物的填埋处置

了解固体废物最终处理的概念，了解各类废物的处置方法；掌握卫生填埋的原理、技术及主要方法。

第九章危险废物及放射性固体废物的管理

了解危险废物及放射性废物的管理办法、危险废物的处理技术及基本要求。

第一章绪论

第一节：

固体废物的来源于分类

教学目标:

1.了解固体废物的来源和分类

2.掌握固体废物的污染及其控制

3.熟悉固体废物的处理处置方法

4.理解并掌握控制固体废物污染技术政策

教学重点：

固体废物的来源和分类

教学难点：

控制固体废物污染技术政策

学时安排：

2学时

1、固体废物的概念：

指在生产、生活和其他活动中产生的丧失了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。

（《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，2005年。

）对红色部分进行进一步的阐释。

固体废物处理（treatmentofsolidwastes）。

通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、储存、资源化利用以及最终处置的一种过程。

固体废物的物理处理包括破碎、分选、沉淀、过滤、离心等处理方式，其化学处理包括焚烧、焙烧、浸出等处理方法，生物处理包括好氧和厌氧分解等处理方式。

固体废物处置（disposalofsoildwastes）。

是指最终处置或安全处置，是解决固体废物的归宿问题，如堆置、填埋、海洋投弃等。

§1固体废物的来源和分类

一.固体废物的来源

二.固体废物的排量

参照国家环保总局每年的环境质量公报。

三.固体废物的分类

按组成分为有机废物和无机废物；按形态分为固体和泥状；按来源可以分为工业废物、矿业废物、城市垃圾、农业废物和放射性废物；按其危害程度可分为有害废物和一般废物。

就其来源简单分析。

（一）工业固体废物

指工业生产过程中和工业加工过程产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥等。

1.冶金固体废物2.燃料灰渣3.化学工业固体废物4.石油工业固体废物5.粮食、食品工业固体废物6.其他

（二）矿业固体废物

（三）城市固体废物

指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等过程产生的固体废物，一般分为：

1.生活垃圾2.城建渣土3.商业固体废物4.粪便

（四）农业固体废物

（五）放射性固体废物

核燃料生产、加工，同位素的应用，核电站，核研究机构，医疗单位，放射性废物处理。

（六）有害固体废物

§2固体废物的污染及其控制

一.固体废物的污染途径

二.固体废物污染的危害

（一）侵占土地（参见国家环保总局网页）

（二）污染土壤

（三）污染水体（四）污染大气（五）影响环境卫生

三.固体废物污染控制

主要从两个方面着手，一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。

（一）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，不使过快的变成废物。

（二）发展物质循环利用工艺

（三）进行综合利用

§3控制固体废物污染技术政策（无害化、资源化、减量化）

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工作起始于20世纪80年代初期，起步较晚，在短期内还不可能在较大的范围内实现“资源化”。

因此，我国于20世纪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—段时间内应以“无害化”为主。

本章习题与思考

1、名词解释：

固体废物、三化、清洁生产

2、如何区分固体废物、废水和废气？

3、清洁生产与固体废物污染控制有何关系？

4、如何理解固体废物是放错了位置的资源？

5、思考固体废物的综合利用与可持续性发展的相互关系。

第二章固体废物的收集、贮存及清运

教学目标:

1.掌握城市生活垃圾的收集及清运

2.熟练掌握城市垃圾中转站的设置

3.了解危险废物的收集、贮存及清运

教学重点：

城市垃圾的收集、运输

教学难点：

城市垃圾的收集、运输

学时安排：

8学时

§1固体废物的收集与清运

工业固体废物处理的原则是“谁污染，谁治理”。

城市垃圾收运并非单一阶段操作过程，通常包括三个阶段，构成一个收运系统。

第一阶段是搬运与贮存；第二阶段是收集和清除；第三阶段为转运，特指垃圾的远途运输到处置场。

这—阶段是收运管理系统中最复杂的，耗资也最大。

清运效率和费用的高低，主要取决下列因素：

①清运操作方式；②收集清运车辆数量、装载量及机械化装卸程度；③清运次数、时间及劳动定员；④清运路线。

§2城市生活垃圾转运站的设置

一.清运操作方法

清运操作方法分移动式和固定式两种。

（一）移动容器操作方法

移动容器操作方法是指将某集装点装满的垃圾连容器一起运往中转站或处理处置场，卸空后再将空容器送回原处（一般法）或下一个集装点（修改法），其收集过程示意见图。

1.操作计算

收集成本的高低，主要取决于收集时间长短，因此对收集操作过程的不同单元时间进行分析，可以建立设计数据和关系式，求出某区域垃圾收集耗费的人力和物力，从而计算收集成本。

可以将收集操作过程分为四个基本用时，即集装时间、运输时间、卸车时间和非收集时间（其他用时）。

（1）集装时间（Phcs）对常规法，每次行程集装时间包括容器点之间行驶时间，满容器装车时间，及卸空容器放回原处时间三部分。

用公式表示为：

Phcs=tpc+tuc+tdbc

式中Phcs为每次行程集装时间，h/次；tpc为满容器装车时间，h/次；tuc为空容器放回原处时间，h/次；tdbc为容器间行驶时间，h/次。

如果容器行驶时间已知，可用下面运输时间公式估算。

（2）运输时间（h）运输时间指收集车从集装点行驶至终点所需时间，加上离开终点驶回原处或下一个集装点的时间，不包括停在终点的时间。

当装车和卸车时间相对恒定时．则运输时间取决于运输距离和速度。

从大量的不同收集车的运输数据分析，发现运输时间可以用下式近似表示：

h=a+bx

式中，h为运输时间，h／次；a为经验常数，h／次；b为经验常数，h／km；x为往返运输距离，km／次。

（3）卸车时间专指垃圾收集车在终点（转运站或处理处置场）逗留时间，包括卸车及等待卸车时间。

每一行程卸车时间用符号S（h／次）表示。

（4）非收集时间非收集时间指在收集操作全过程中非生产性活动所花费的时间。

常用符号ω（％）表示非收集时间占总时间百分数。

因此，一次收集清运操作行程所需时间（Thcs）可用下式表示：

Thcs=（Phcs+S+h）/（1-ω）

也可以用下式表示：

Thcs=（Phcs+S+a+bx）/（1-ω）

当求出Thcs后，则每日每辆收集车的行程次数用下式求出：

Nd＝H/Thcs

式中，Nd为每天行程次数，次／d；H为每天工作时数，h／d；其余符号同前。

每周所需收集的行程次数，即行程数可根据收集范围的垃圾清除量和容器平均容量，用下式求出：

Nw＝Vw/（cf）

式中，Nw为每周收集次数，即行程数，次／周（若计算值带小数时，需进值到整数值）；Vw为每周清运垃圾产量，m3/周；f为容器平均容量，m3/次；f为容器平均充填系数。

由此，每周所需作业时间Dw（d／周）为：

Dw=NwThcs

应用上述公式，即可计算出移动容器收集操作条件下的工作时间和收集次数，编制作业计划。

2．计算实例

某住宅区生活垃圾量约280m3／周，拟用一垃圾车负责清运工作，实行改良操作法的移动式清运。

已知该车每次集装容积为8m3／次，容器利用系数为0.67，采用八小时工作制。

试求为及时清运该住宅垃圾，每周需出动清运多少次?

累计工作多少小时?

经调查已知：

平均运输时间为0.512h／次，容器装车时间为0.033h／次；容器放回原处时间0.033h/次，卸车时间0.022h/次；非生产时间占全部工时25％。

解：

按公式Phcs=tpc+tuc+tdbc＝（0.033＋0.033＋0）h/次＝0.066h/次

清运一次所需时间，按公式Thcs=（Phcs+S+h）/（1-ω）＝[（0.066+0.512+0.022）/（1-0.25）]h/次=0.80h/次

清运车每日进行的集运次数，按公式Nd＝H/Thcs=（8/0.8）次/d=10次/d

根据清运车的集装能力和垃圾量，按公式Nw＝Vw/（cf）＝[280/（8×0.67）]次/周＝53次/周

每周所需要的工作时间为：

Dw＝NwThcs＝（53×0.8）h/周＝42.4h/周

（二）固定容器收集操作法

固定容器收集操作法是指用垃圾车到各容器集装点装载垃圾，容器倒空后固定在原地不

动，车装满后运往转运站或处理处置场。

固定容器收集法的一次行程中，装车时间是关键因素。

因为装车有机械操作和人工操作之分，故计算方法也略有不同。

固定容器收集过程参见下图。

1.机械装车

每一收集行程时间用下式表示：

Tscs＝（Pscs＋S＋a＋bx）/（1－ω）

式中，Tscs为固定容器收集法每一行程时间，h/次；Pscs为每次行程集装时间，h/次；其余符号同前。

此处，集装时间为：

Pscs＝ct（tuc）+（Np-1）（tdbc）

式中，ct为每次行程倒空的容器数，个/次；tuc为卸空一个容器的平均时间，h/个；Np为每一

行程经历的集装点数；tdbc为每一行程各集装点之间平均行驶时间。

如果集装点平均行驶时间

未知，也可用公式h=a+bx进行估算，但以集装点间距离代替往返运输距离x（km／次）。

每一行程能倒空的容器数直接与收集车容积与压缩比以及容器体积有关，其关系式：

ct=Vr/（cf）

式中，V为收集车容积，m3/次；r为收集车压缩比；其余符号同前。

每周需要的行程次数可用下式求出：

Nw=Vw/（Vr）

式中，Nw为每周行程次数，次／周；其余符号同前。

由此每周需要的收集时间为：

Dw=[NwPscs+tw（S+a+bx）]/[（1-ω）H]若单位是h/周，则不用除以H。

式中，Dw为每周收集时间，d／周；tw为Nw值进到大整数值；其余符号同前。

2.人工装车

使用人工装车，每天进行的收集行程数为已知值或保持不变。

在这种情况下日工作时间为：

Pscs＝[（1-ω）H/Nd]-（S+a+bx）

符号同前。

每一行程能够收集垃圾的集装点可以由下式估算：

Nr=60Pscsn／tp

式中，n为收集工人数，人；tp为每个集装点需要的集装时间，人·min／点；其余符号同前。

每次行程的集装点数确定后，即可用下式估算收集车的合适车型尺寸（载重量）

V＝VpNp/r点数×量/压缩比

式中，Vp为每一集装点收集的垃圾平均量，m3／次；其余符号同前。

每周的行程数，即收集次数：

Nw＝TpF/Np

式中，Tp为集装点总数，点；F为每周容器收集频率，次／周；其余符号同前。

例某住宅区共有1000户居民，由2个工人负责清运该区垃圾。

试按固定式清运方式，计算每个工人清运时间及清运车容积，已知条件如下：

每一集装点平均服务人数3.5人；垃圾单位产量1.2kg/（d·人）；容器内垃圾的容重120kg/m3；每个集装点设0.12m3的容器二个；收集频率每周一次；收集车压缩比为2；来回运距24km；每天工作8小时，每次行程2次；卸车时间0.10h/次；运输时间0.29h/次；每个集装点需要的人工集装时间为1.76分/点·人）；非生产时间占15％。

解按公式Nd＝H/Thcs反求集装时间：

H=Nd（Pscs+S+h）/（1-ω）

所以Pscs=（1－w）H／Nd－（S＋h）=[（1-0.15）×8/2-（0.10+0.29）]h/次＝3.01h/次

一次行程能进行的集装点数目：

Np＝60Pscsn／tp＝（60×3.01×2/l.76）点/次＝205点/次

每集装点每周的垃圾量换成体积数为：

Vp＝（1.2×3.5×7/120）m3/次＝0.285m3/次

清运车的容积应大于：

V＝VpNp／r＝（0.285×205／2）m3/次=29.2m3/次

每星期需要进行的行程数：

Nw＝TpF/Np=（1000×1/205）次/周＝4.88次/周

每个工人每周需要的工作时间参照式Dw=[NwPscs+tw（S+a+bx）]/[（1-ω）H]：

Dw=[NwPscs+tw（S+a+bx）]/[（1-ω）H]＝[4.88×3.01+5（0.10+0.29）]（1-0.15）×8]d/周＝2.45d/周

二.收集路线设计

1.设计收运路线的一般步骤

设计收集路线的一般步骤包括：

①准备适当比例的地域地形图，图上标明垃圾清运区域边界、道口、车库和通往各个垃圾集装点的位置、容器数、收集次数等，如果使用固定容器收集法，应标注各集装点垃圾量；②资料分析，将资料数据概要列为表格；③初步收集路线设计；④对初步收集路线进行比较。

2.设计收集清运路线实例[P31-35]

例下图所示为某收集服务小区（步骤1已在图上完成）。

请设计移动式和固定式两种收集操作方法的收集路线。

两种收集操作方法若在每日8小时中必须完成收集任务，请确定处置场距B点的最远距离可以是多少?

§3危险废物的收集、贮存及清运

一、危险废物的产生与收集

二、危险废物的贮存

三、危险废物的清运

习题与思考题对习题进一步降解

P44-46。

第三章固体废物的预处理

§1固体废物的压实

教学目标:

理解固体废物的压实目的、原理、评价设备等

教学重点：

压实原理及设备

教学难点：

学时安排：

1学时

压实的概念及目的

一.压实设备与流程

1．设备

①金属类废物压实器

金属类废物压实器主要有三向联合式和回转式两种。

A.三向联合式压实器B.回转式压实器

②城市垃圾压实器

A.高层住宅垃圾压实器B.城市垃圾压实器

2.流程

下图是较为先进的国外城市垃圾压缩处理工艺流程。

§2固体废物的破碎

教学目标:

1.理解破碎基础理论重几个基本概念

2.熟悉常见的破碎机及其工作原理

3.低温破碎与湿式破碎技术和应用条件

教学重点：

基础理论重几个基本概念

教学难点：

学时安排：

1学时

一.破碎的概念及目的

二.破碎的方法、破碎比和破碎流程

破碎作用分为冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎和摩擦破碎。

破碎比：

破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比。

有两种表示方法。

（1）用废物破碎前的最大粒度（Dmax）与破碎后的最大粒度（dmax）的比值来确定破碎比（i）。

（2）用废物破碎前的平均粒度（Dcp）与破碎后的平均粒度（dcp）的比值来确定破碎比（i）。

破碎流程：

单纯破碎，带预先筛分破碎工艺，带检查筛分破碎工艺、带预先筛分和检查筛分破碎工艺。

2、破碎机

鄂式破碎机，锤式破碎机，冲击式破碎机，剪切式破碎机、辊式破碎机和球磨机等。

3、低温破碎与湿式破碎

§3固体废物的分选

教学目标:

1.理解并掌握人工分选、筛分基本理论

2.掌握重力分选

3.了解磁力分选

4.了解电力分选

5.了解其他分选方法

6.了解并熟悉分选回收工艺系统

教学重点：

筛分基本理论；重力分选；浮选

教学难点：

重力分选、磁力分选、电力分选、浮选

学时安排：

6学时

废物分选是根据物质的粒度、密度、磁性，电性、光电性，摩擦性，弹性以及表面润湿性的不同而进行分选的。

可分为筛选（分）、重力分选，磁力分选，电力分选、光电分选、摩擦及弹性分选，以及浮选等。

1、筛分

一、筛分基本理论

1.筛分原理

通常用筛分效力来描述筛分过程的优劣。

筛分效率是指筛分时实际得到的筛下产物重量与原料中所含粒度小于筛孔孔径的物料重量之比。

即：

％

其中：

Q为筛下物重量；Q0为入筛物料重量；α为原料中小于筛孔孔径的颗粒重量的百分含量。

2.影响筛分效率的因素

（1）固体废物性质的影响

“易筛粒”（粒度小于筛孔3/4）“难筛粒”

（2）设备性能的影响

筛子运动方式对筛分效率有较大的影响，同一种固体废物采用不同类型的筛子进行筛分时，其筛分效率大致如下表所示。

（3）.筛分操作条件的影响

连续均匀给料，及时清理、维修筛面，筛分效率就高。

3.筛分设备及其应用

（1）固定筛：

（2）滚筒筛（转筒筛）：

（3）惯性振动筛：

（4）共振筛

2、重力分选

一、概述

重力分选原理：

一个悬浮在流体介质中的颗粒，其运动速度受到自身重力、介质阻力和介质的浮力三种力的作用。

分别是FE（重力）、FB（介质浮力）、FD（介质摩擦阻力）。

式中：

ρs为颗粒密度；Vg为颗粒体积，假定颗粒为球形，则：

式中ρ为介质密度；

介质摩擦阻力：

式中：

CD为阻力系数；V为颗粒相对介质速度，A为颗粒投影面积（在运动方向上）。

当FE、FB、FD三个力达到平衡时，且加速度为零时的速度为末速度，此时有：

即：

CD是与颗粒的尺寸及运动状况有关，通常用雷诺数Re来表述。

式中u为流体介质的粘度系数，γ为流体介质的动粘度系数。

如果假定流体运动为层流，CD＝24/Re。

可以进一步得出人们所熟知的斯托克斯公式：

影响重力分选的因素，从上式可以看出有颗粒的尺度，颗粒与介质的密度差以及介质的年度。

重力分选的介质有空气、水、重液（密度大于水的液体）、重悬浮液。

重液最常用的是四溴乙烷和丙酮的混合物，另一种是五氯乙烷。

按介质不同，固体废物的重选可分为重介质分选，跳汰分选，风力分选和摇床分选等。

二、重介质分选

（一）基本原理

通常将密度大于水的介质称为重介质。

在重介质中使固体废物中的颗粒群按密度分开的方法称为重介质分选。

为使分选过程有效地进行，需选择重介质密度（ρC）介于固体废物中轻物料密度（ρL）和重物料密度（ρW）之间，即

ρL<ρC<ρW

（二）对重介质性能的要求

一般要求加重质的粒度为小于200目，占60--90％，能够均匀分散于水中，容积浓度一般为10-15％。

重介质应具有密度高，粘度低，化学稳定性好（不与处理的废物发生化学反应）、无毒、无腐蚀性，易回收再生等特性。

（三）、重介质分选设备

目前常用的是鼓形重介质分选机。

三.跳汰分选

原理：

将物料给入筛板上，形成密集的物料层，从筛板下周期性给入垂直变速的水流，透过筛板使床层松散并按密度分层，密度大的颗粒群集中到底层，透过筛板或特殊排料装置排出成重产品，密度小的颗粒群进入上层被水平水流带到机外成为轻产品。

跳汰介质可以是水或者是空气。

四.风力分选

（一）原理：

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方法，简称风选，又称气流分选。

其分选设备按照工作气流的主流向可以分为水平、处置和倾斜三种类型，其中以垂直气流分选器使用最为广泛。

五.摇床分选

3磁力分选

4电力分选

5其他分选方法

磁力分选、电选等，摩擦与跳汰分选、光电分选等。

6分选回收工艺系统

调整：

主要是废物的破碎、磨碎等，目的是得到粒度适宜，基本上是单体解离的颗粒，浮选的料浆浓度必须适合浮选的工艺要求。

浮选是固体废物资源化的一种重要技术，我国以应用于从分煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属等。

§4固体废物的浓缩与脱水

教学目标:

1.掌握污泥的分类及特性

2.掌握污泥的性质指标

3.熟悉并掌握污泥处理的目的和方法

4.理解并掌握污泥中水分的存在形式及其分离性能

5.熟悉并掌握污泥调理的方法

6.掌握污泥的洗涤原理和作用

7.掌握加药调理；熟悉热处理；掌握熟悉污泥脱水常用设备和原理

教学重点：

污泥的性质指标；污泥中水分的存在形式及其分离性能；污泥调理的方法；加药调理

教学难点：

污泥中水分的存在形式及其分离性能

学时安排：

4学时

1概述

（一）污泥的分类及特性

（1）按来源分：

（2）根据污泥从水中分离过程可分：

（3）按污泥成分和性质可分：

（4）更常用的是按污泥在不同处理阶段分类命名：

生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥，干燥污泥及污泥焚烧灰。

（二）污泥的性质指标

1、污泥的含水率、固体含量和体积2、污泥的脱水性能

3、挥发性固体与灰分4、污泥的可消化性5、污泥中微生物

（三）污泥处理的目的和方法

1目的污泥处理的主要目的有三方面。

（1）降低水分，减少体积，以利于污泥的运输、储存及各种处理和处置工艺的进行。

（2）使污泥卫生化，稳定化。

（3）通过处理可改善污泥的成分和性质，以利于应用并达到回收能源和资源的目的。

2方法

常用的污泥处理方法有浓缩、消化、脱水、干燥、焚烧、固化及最终处置。

污泥的处理和处置可能在污水处理厂综合考虑解决，也可在专门建立的污泥处理厂进行。

可以根据需要选用不问的污泥处理系统，常见的系统分为下述四类：

①浓缩→机械脱水→处置脱水滤饼；②浓缩→机械脱水→焚烧→处置灰分；

③浓缩→消化→机械脱水→处置脱水滤饼；④浓缩→消化→机械脱水→焚烧→处置灰分。

2污泥浓缩

污泥含水率很高，一般有96％～99％，主要有间隙水（占污泥水分总量的70％）、毛细结合水（占20％）、表面吸附水、内部结合水等。

污泥浓缩的目的就是降低污泥中水分，缩小污泥的体积，但仍保持其流体性质，有利于污泥的运输、处理与利用。

浓缩后污泥含水率仍高达85％～90％以上，可以用泵输送。

污泥浓缩的方法主要有重力浓缩、气浮浓缩与离心浓缩。

一、污泥中水分的存在形式及其分离性能

1.间隙水2.毛细结合水3.表面吸附水