固体废物处理与处置

1固体废物处理与处置•广东工业大学环境科学与工程学院•主讲讲师：宁寻安、谢武明、孙水裕、戴文灿、何晓川•2009.9.12课程的性质和目的本课程是环境工程专业的主要专业课。本课程的学习目的在于使学生掌握固体废物处理处置的基本概念，基本原理和基本方法。要求学生在牢固掌握固体废物处理处置基本概念的基础上，具备对固体废物处理处置工程进行管理、研究、设计的能力，为学生进入社会从事环境保护领域的工作打下坚实的理论和实践基础。3建议教材与教学参考书•[1]蒋建国编，固体废物处置与资源化，化学工业出版社，2008年1月第1版第一次印刷。•[2]李国学主编，固体废物处理与资源化，中国环境科学出版社，2005年7月第1版。•[3]王琪主编，工业固体废物处理及回收利用，中国环境科学出版社，2006年12月第1版第一次印刷。•[4]张小平编，固体废物污染控制工程，化学工业出版社，2004年8月第1版。•[5]牛冬杰，马俊伟，赵由才主编，电子废弃物的处理处置与资源化，冶金工业出版社，2007年6月第1版。•[6]李金惠，杨连威等编著，危险废物处理技术，中国环境科学出版社，2006年10月第1版。•[7]张辰主编，污泥处理处置技术与工程实例，化学工业出版社，2006年7月第1版。•[8]聂永丰主编，三废处理技术工程手册—固体废物卷，化学工业出版社，2000年2月第1版。•[9]赵由才主编，危险废物处理技术，化学工业出版社，2003年9月第1版。•[10]芈振明，高忠爱，祁梦兰，固体废物的处理与处置[修订版]，高等教育出版社，1993年10月第2版。•[11]杨慧芬，张强，固体废物资源化，化学工业出版社，2004年4月第1版。•[12]张益，赵由才，生活垃圾焚烧技术，环境科学与工程出版中心，2000年8月第1版。4•固体废物的定义与分类•固体废物对环境的危害•国内外固体废物管理概况•固体废物管理原则•固体废物管理体系•明确固体废物处理工程的学习对象、内容和目的•了解固体废物的特点及分类，掌握固体废物的概念，以及主要固体废物的来源、性质和影响•了解固体废物管理方面的法规和标准体系第一章绪论51.1固体废物的定义与分类1、固体废物的定义《固废法》中定义：固体废物是指在生产、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。所有废物具有鲜明的时间和空间特征，从充分利用自然资源的观点看，都是有价值的自然资源，二次资源、再生资源。6一般废物危险废物工业农业生活矿业环境工程固体废物废渣废屑秸秆粪便垃圾粪便废石尾矿污泥粉尘具有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性、传染性、放射性的固体、半固体及容器装的废气、废液2、分类按来源分类7《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》分类《中华人民共和国放射性污染防治法》－按组成分：有机废物和无机废物；按危害状况分：危险废物和一般废物。按形状分：固态、半固态、液态（气态）废物。燃烧特性分：可燃物和不可燃物（1000℃分界）固体废物生活垃圾危险废物工业固体废物农业固体废物放射性废物83、城市生活垃圾•生活垃圾的来源、组成和性质A生活垃圾的来源及特点B生活垃圾的组成C生活垃圾的性质9生活垃圾的来源及特点•定义生活垃圾（municipalsolidwaste)是指在城市居民日常生活中或为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。•城市生活垃圾的来源城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫业、交通运输业、文教卫生业和行政事业单位、工业企业单位以及水处理污泥等。10来源产生过程分类居民居民生活过程食品废物、特殊废物商业、机关仓库、餐馆、商场、办公楼、旅客、饭店及各类活动食品废物、炉灰、危险废物、特殊废物城市建设拆迁、修缮等建筑渣土、废木料、碎砖瓦公共场所街道、小区、公路、公园等落叶、泥沙、纸张等水处理厂给水与污水、废水处理厂污泥城市生活垃圾的来源11生活垃圾的分类按城市垃圾的性质1按资源回收利用和处理处置方式2按垃圾产生或收集来源312生活垃圾的特点增长速度快，产生量不均匀1成分复杂、多变，有机物含量高2主要成分为碳，其次为氧氢氮硫3处理处置方式目前仍以填埋为主413城市生活垃圾的性质•城市生活垃圾的性质主要包括物理、化学、生物化学及感观性能。感观性能是指废物的颜色、嗅味、新鲜或者腐败的程度等，往往可通过感观直接判断。下面将主要讨论前三种性质.•1.物理性质•（1）物理组分G•城市垃圾的物理性质与城市垃圾的组成密切相关。组成不同，物理性质也不同。一般用组分、含水率和容重三个物理量来表示城市垃圾的物理性质。•物理组分(％)常常是以湿基表示的。但化验分析常用烘干垃圾，故物理组分也可用干基表示。当垃圾的含水量已知时可用下式进行换算：14•G=a(1-W)×100；(1-1)•式中，G为新鲜湿垃圾中某成分质量分数，％；•a为烘干垃圾中同类组分的质量分数，％；•W为垃圾的含水率，％。•（2）含水率W•定义：含水率为单位质量垃圾之含水量，用质量分数W(％)表示。其计算式为•W=(A-B)／A×l00％(1-2)•式中，A为新鲜垃圾(或湿垃圾)试样原始质量；•B为试样烘干后的质量。城市生活垃圾的物理性质15•（2）含水率W•定义：含水率为单位质量垃圾之含水量，用质量分数W(％)表示。其计算式为•W=(A-B)／A×l00％(1-2)•式中，A为新鲜垃圾(或湿垃圾)试样原始质量；•B为试样烘干后的质量。•（3）容重及其测定•城市生活垃圾在自然状态下，单位体积的质量称为垃圾的容重。以kg／L、kg／m3或t／m3表示。垃圾容重随成分和压实程度而有所不同，见表1-2和表1-3中所列。城市生活垃圾的物理性质1617城市生活垃圾的化学性质•固体废物的工业组成•-水分、挥发分、灰分和固定碳•挥发分定义：指样品干物质中，在还原性气氛中加热，能转化为气态物质的部分样品干样称重初始质量无氧环境中(600±20)℃称重末端质量恒温一段时间挥发分/%=（初始质量-末端质量）×100%/初始质量18固体废物的工业组成•灰分定义：指样品干物质中，无法由燃烧反应转化为气态物质的残余物样品干样称重初始质量加热800℃,2h称重末端质量冷却灰分/%=末端质量×100%/初始质量19固体废物的工业组成•固定碳定义：指的是固体废物中非挥发分的可燃物•表示方法（差值法）：•ω固定碳/%=100-（ω灰分+ω水分+ω挥发分）/%•工业组成也可用燃烧三组分(水分、可燃分、不可燃分)表示可燃分/%=挥发分/%+固定碳/%不可燃分/%=灰分/%20固体废物的热值-可燃性和能量回收潜力•定义指固体废物在燃烧反应中所能释放的热能•测定方法1、测量法废物样品装入密闭充氧释放热量助燃剂氧弹量热计点火夹套内水温不再上升样品热值=水的升温焓-助燃剂热值21固体废物的热值•热值表示方法•高位热值：废物干燥样品（水分为零）的氧弹发热量•低位热值：指从高位热值中扣除因蒸发废物水分散失的热量后所剩余的热量•二者换算公式：•低位热值/(kJ/kg)=高位热值/(kJ/kg)×(1-废物水分百分比)-废物水分百分比×标准状态水的汽化热/(kJ/kg)22•2、理论计算法•原理：利用燃烧热的计算原理估算废物热值。•废物燃烧反应式：aA+bB→cC+dD•反应热为产物热焓与反应物热焓之差：•△H0=cH0C+dH0D-aH0A-bH0B•通常规定元素的热焓在25℃时为零，因此，一个化合物的热焓就等于其形成热，则•△H0298=c(△H0f)C+d(△H0f)D-a(△H0f)A-b(△H0f)B23练习•例1-1有l00kg混合垃圾，其物理组成是食品垃圾25kg、废纸40kg、废塑料13kg、破布5kg、废木材2kg，其余为土、灰、砖等。请利用表1-5数据求混合垃圾热值。•解(1)先求其余灰、土、砖等数量，为：(100—25—40—13—5—2)kg=15kg•(2)采用加权公式可求出•QL=[(25×4650十40×16750+13×32570+5×17450+2×18610+15×6980)／100]kJ／kg•=14388kJ／kg24城市生活垃圾生物性质•城市生活垃圾的生物特性可从两方面分析：•①城市生活垃圾本身所有的生物性质及对环境的影响；•②城市生活垃圾不同组成进行生物处理的性能，即所谓可生化性。•由于城市垃圾成分的复杂性，尤其包括人畜粪便、生活污水处理后污泥等，所以本身含有机生物体很复杂，其中有不少生物性污染物。城市垃圾中腐化的有机物也含有各种有害的病原微生物，还含有植物虫害、草籽、昆虫和昆虫卵，造成生物污染。25城市生活垃圾产生量及预测336510(/)nnnnnnYyPYtyP—年产生量a—产率(kg/d/人)—人口(人)26•yn影响因素：•收入水平•能源结构•消费习惯（农村生活垃圾：收入水平、家庭禽畜养殖、做饭工具类型、厕所类型等）•Pn影响因素：•机械增长率（城市发展规划：移民量、规模扩大程度）(瞬时增加)•自然增长率(缓慢增加)271nrrnr0tn0n0t、算术增加法（适用于较古老城市）假定：未来每年人口算术增加率=过去每年人口算术增加率，符合等差级数PPPP，tP年后人口数P-现在人口数P-t年前人口数-每年人口算术增加率28lnknkkn0tn0n0t2、几何增加法（适用于新兴城市）假定：未来每年人口几何增加率=过去每年人口几何增加率，符合等比级数lnPPPPe，tP年后人口数P-现在人口数P-t年前人口数-每年人口几何增加率29,ln(1)ln1qnKKqnmmePmqq3、饱和曲线法（国际上应用较普遍）假定：人口数在一定时间后会达到饱和，不再增加符合饱和曲线计算方法PP预测人口数K-饱和人口数n-预测年数、-常数（为负值）304、工业固体废物工业固体废物，是指在工业生产活动中产生的固体废物。来源产生过程分类矿业矿石开采和加工废石、尾矿冶金金属冶炼和加工高炉渣、钢渣、赤泥等能源煤炭开采和使用煤矸石、粉煤灰、炉渣石化石油开采与加工废油、油泥、废化学药剂、农药、碱渣、酸渣等轻工食品、造纸等加工食品糟渣、废纸、皮革、塑料、纤维、染料等机电机械、电子加工金属碎料、导线、废旧电器、润滑剂等建筑建筑施工、生产和使用钢筋、水泥、黏土、石膏等31工业固体废物按行业主要包括以下几类：•(1)冶金工业固体废物•主要包括各种金属冶炼或加工过程中所产生的废渣，如高炉炼铁产生的高炉渣、平炉转炉电炉炼钢产生的钢渣、铜镍铅锌等有色金属冶炼过程产生的有色金属渣、铁合金渣及提炼氧化铝时产生的赤泥等。•(2)能源工业固体废物•主要包括燃煤电厂产生的粉煤灰、炉渣、烟道灰、采煤及洗煤过程中产生的煤矸石等。•(3)石油化学工业固体废物•主要包括石油及加工工业产生的油泥、焦油页岩渣、废催化剂、废有机溶剂等，化学工业生产过程中产生的硫铁矿渣、酸渣碱渣、盐泥、釜底泥、精(蒸)馏残渣以及医药和农药生产过程中产生的医药废物、废药品、废农药等。32•(4)矿业固体废物•矿业固体废物主要包括采矿废石和尾矿，废石是指各种金属、非金属矿山开采过程中从主矿上剥离下来的各种围岩，尾矿是指在选矿过程中提取精矿以后剩下的尾渣。•(5)轻工业固体废物•主要包括食品工业、造纸印刷工业、纺织印染工业、皮革工业等工业加工过程中产生的污泥、动物残物、废酸、废碱以及其他废物。•(6)其他工业固体废物•主要包括机加工过程产生的金属碎屑、电镀污泥、建筑废料以及其他工业加工过程产生的废渣等。不同工业类型所产生的固体废物种类和性质是迥然相异的。33工业固体废物产生量预测•工业固体废物的预测采用产值系数分析方法。由于工业固体废物产生当量受到科学技术水平进步的影响，在工业固体废物预测中，引入固体废物产生当量衰减因子。模型如下：•式中，DWt—预测年工业固体废物产生量（t/a）；•Wt——预测年工业增加值（万元/a）；•St——预测年固