课程名 ： 固体废物处理与处置

教学单位：辽宁石油化工大学环境工程系

主讲教师： 孙秀丽 职称： 助教

课程性质 ： 必修 总学时：48 总学分：3

授课班级：2003 级环境工程专业本科学生

课程授课学期：2005-2006第二学期

所用教材及编者：《固体废物的处理与处置》（第二版）

芈振明 主编

主要参考书及编者：《环境工程学》 蒋展鹏主编

《三废处理工程技术手册-固体废物卷》

聂永丰主编

【课时安排】

{dy}章 绪论

{dy}节 固体废物的概述

第二节 固体废物的性质 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：固体废物、清洁生产、有毒有害固体废物、易燃性、腐蚀性、浸出毒性、急性毒性物。

2. 固体废物的分类。

3. 固体废物对人类环境的危害。

4. 固体废物污染控制途径。

5. 有毒有害固体废物鉴别方法。

【教学难点】

有毒有害固体废物鉴别方法。

【教学目标】

1. 掌握固体废物概况；

2. 了解有毒有害固体废物的鉴别

【教学内容】

{dy}章 绪论

{dy}节 固体废物的来源与分类

一、固体废物的定义

凡人类一切活动过程产生的，且对所有者已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质，通称为固体废物。各类生产活动中产生的固体废物俗称废(residue)，生活活动中产生的固体废物则称为垃圾(refuse)。

二、固体废物的分类

1. 工业固体废物

2. 矿业固体废物

3. 城市固体废物

4. 农业固体废物

5. 放射性固体废物

6. 有害固体废物

第二节 固体废物的污染及其控制

一、固体废物对人类环境的危害

固体废物固然有可资源化的一面，但其对人类环境的危害是严重的，且是多方面的，在某些领域甚至超过废水与废气。其危害可以归纳为如下几个万面：

（一）占据大量土地

由于大量固体废物的产生与积累，已有大片土地被堆占。随着时间的延续，固体废物的堆积量还将不断的增加。这对人口众多、可耕地面积较少的我国而言，将是极大威胁。

（二）污染土壤与水体、危害人类键康

固体废物是多种污染物的集合体，在大量露天堆置条件下，经长期降水的淋溶、地表径流的渗沥，其中各类污染物质随水流扩散至土壤、地下水与地表水源中，通过食物链与饮用水危害人体健康。并可导致土地盐碱化等危害。

（三）污染大气、影响环境卫生

固体废物在自然环境中堆置，可通过气象作用产生的飞尘微生物作用产生的恶臭、以及化学反应产生的有害气体等污染大气。此外，废物的堆置亦为蚊、蝇与寄生虫的滋生提供了有利的场所，有导致传染疾病的潜在威胁。

总之，固体废物对人类环境的危害具有多样性、长期性与潜在性。

二、固体废物污染控制

清洁生产是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。

清洁生产的定义包含了两个全过程控制：生产全过程和产品整个生命周期全过程。

对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒有害的原材料，并在全部排放物和废物离开生产过程以前，尽{zd0}可能减少它们的排放量和毒性。对产品而言，清洁生产旨在减少产品整个生命周期过程中从原料的提取到产品的最终处置对人类和环境的影响。

清洁生产思考方法与前不同之处是在于：过去考虑对环境的影响时，把注意力集中在污染物产生之后如何处理，以减小对环境的危害，而清洁生产则是要求把污染物xx在它产生之前。

控制“源头”、处理好“终态物”是固体废物污染控制的关键。

固体废物污染控制需要从两方面着手，一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。主要控制措施：

1. 改革生产工艺

2. 发展物质循环利用工艺

3. 进行综合利用

4. 进行无害化处理与处置

三、有毒有害固体废物的鉴别

（一）有毒有害固体废物的定义与性质

定义：指具有腐蚀性、急性毒性、浸出毒性、反应性、传染性、放射性等一种及一种以上危害特征的废物。

性质：易燃性、腐蚀性、化学反应性、浸出毒性、急性毒性、放射性与其他毒性和变异等。

（二）有毒有害固体废物毒害性质的鉴别与标准

1．易燃性的鉴别与标准

（1）定义与鉴别方法：在常温下，经机械摩擦、吸湿或自发化学变化具有着火倾向，在加工过程会发热，或在点火时燃烧剧烈而持续，以致管理期间会引起危险的固体废物均属于易燃性固体废物。

（2）鉴别标准：我国日前尚未制定易燃性固体废物的鉴别标准，可参阅国外有关标准。多数国家规定闪点低于60℃的废物均归于易燃性废物。闪点（FLASH POINT）是油品安全性的指标。注：油品在特定的标准条件下加热至某一温度，令由其表面逸出的蒸气刚够与周围的空气形成一可燃性混合物，当以一标准测试火源与该混合物接触时即会引致瞬时的闪火，此时油品的温度即定义为其闪点。

2．腐蚀性的鉴别与标准

(1)定义与鉴别方法，腐蚀性固体废物通常是指那些对生物接触部位的细胞组织产生损害，或对装载之容器产生明显腐蚀作用的废物。

(2)鉴别标准：中国人民共和国国家标准GB5085.1-1996《危险废物鉴别标准——腐蚀性鉴别》中制定的固体废物腐蚀性鉴别鉴别标准为PH≤2.0或PH>12.5。美国还确定了对钢的腐蚀速率标准，以腐蚀速率每年6.35 毫米为极限值。

3．化学反应性的鉴别与标准

(1)定义与鉴别方法：固体废物代表性样品有如下性质之一者均属有化学反应性的固体废物。在常温、常压下，无爆震引发即易发生剧烈的化学反应或爆炸反应；遇水形成潜在的爆炸性混合物；与水或稀酸、稀碱溶液混合即产生有毒气体(如硫化氢、

氰化氢、砷化氢、乙炔等)、蒸汽与臭味；在强烈引发源或密闭条件下加热以及与水反应能发生爆炸反应。

(2)鉴别标准：由于该类有毒有害固体废物的复杂性与分折方法的多样性，目前国内外尚未制定此鉴别标准。

4．浸出毒性的鉴别与标准

（1）定义与鉴别方法：浸出毒性是固态的危险废物遇水浸沥，其中有害的物质迁移转化，污染环境，浸出的有害物质的毒性称为浸出毒性。

（2）鉴别标准：中华人民共和国国家标准GB5085.3-1996

《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》

5．急性毒性物的鉴别与标准

（1）定义与鉴别方法：按照《危险废物急性毒性初筛实验方法》进行实验，对小白鼠（或大白鼠）经口灌胃，经过48 小时，死亡超过半数者，则该废物是具有急性毒性的危险废物。

(2)鉴别标准：中华人民共和国国家标准GB5085.2-1996《危险废物鉴别标准——急性毒性初筛》

【课时安排】

{dy}章 绪论

第三节 固体废物处理处置方法

第四节 控制固体废物污染的技术政策 (共2学时)

【掌握内容】

1. 基本概念：固体废物处理 、物理处理、化学处理、生物处理、热处理、固化处理、固体废物处置、无害化、减量化、资源化

2. 固体废物处理、处置方法分类

3. 固体废物污染的技术政策

【教学难点】

固体废物技术政策

【教学目标】

1. 了解有关处理处置方法；

2. 了解控制固体废物污染的技术政策

【教学内容】

{dy}节 固体废物处理处置方法

一、 固体废物处理方法

固体废物处理（Treatment of Solid Wastes）：指通过物理、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。

1、物理处理：通过浓缩或相变化改变固废的结构，使之成为便于运输、储存、利用或处置的形态。具体方法有：压实、破碎、分选、增稠、吸附等。

2、化学处理：利用化学方法破坏固废中的有害成分从而使其达到无害化。具体方法有：氧化、还原、中和、化学沉淀和化学溶出等。

3、生物处理：利用微生物分解固废中可降解的有机物从而使其达到无害化或综合利用。具体方法有：好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理。

4、热处理：通过高温破坏和改变固废组成和结构，同时达到减容、无害化或综合利用的目的。具体方法有：焚化、热解、焙烧、烧结等。

5、固化处理：采用固化基材将废物固定或包裹起来以降低起对环境的危害，从而能较安全地运输和处置。其主要对象是危险性固体废物。

二、固体废物处置方法

固体废物处置（Disposal of Solid Wastes）：主要解决固废的归属问题，是固废污染控制的末端环节，指最终处置（final disposal）或安全处置（secure disposal）。固体废物的一般处置方法有：

1. 土地耕作

2. 工程库或贮存池贮存

3. 土地填埋

4. 深井灌溉

5. 深海投弃

6. 海上焚烧

第四节 控制固体废物污染的技术政策

我国于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，并确定今后较长一段时间内应以“无害化”为主。

" 一、“无害化”

固体废物“无害化”处理的基本任务是将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围的自然环境（包括原生环境与次生环境）。

二、“减量化”

固体废物“减量化”的基本任务是通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。这一任务的实现，须从两个方面着手，一是对固体废物进行处理利用，二是减少固体废物的产生。

三、“资源化”

固体废物“资源化”的基本任务是采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。固体废物“资源化”是固体废物主要归宿。

【课时安排】

第二章 固体废物压实和破碎

{dy}节 固体废物的压实

第二节 固体废物的破碎 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：压实 、固体废物破碎、极限破碎、真实破碎比、低温破碎、

湿式破碎、半湿式选择性破碎分选

2. 固体废物的机械强度和破碎方法

3. 破碎流程

4. 低温破碎的优点及处理对象

5. 湿式破碎的优点

【教学难点】

1. 固体废物破碎流程

2. 低温破碎的原理

【教学目标】

1. 掌握固体废物的压实处理技术

2.掌握固体废物的破碎处理技术

【教学内容】

第二章 固体废物的压实和破碎

{dy}节 固体废物的压实

一、压实的含义与性质

当对固体废物实施压实操作时，随压力强度的增加，空隙率减少，表现体积随之而减小，容重增加。因此，固体废物压实的实质，可以看作是消耗一定的压力能，提高废物容重的过程。

二、固体废物压实机械

1、水平压实器

2、三项垂直压实器

3、回转式压实器

第二节 破碎的基本理论

一、固体废物破碎的意义

固体废物破碎过程是减少其颗粒尺寸、使之质地均匀，从而可降低空隙率、增大容重的过程。据有关研究表明，经破碎后的城市垃圾比未经破碎时其容重增25~50%，且易于压实，同时还带来其他好处，如减少筹委、防止鼠类繁殖、破坏蚊、蝇滋生条件，减少火灾发生机会等。这一处理技术对大规模城市垃圾的运输、物料回收、最终处置以及对提高城市垃圾管理水平，无疑具有特殊意义。

二、固体废物的机械强度和破碎方法

（一）固体废物的机械强度

固体废物的机械强度是指固体废物抗破碎的阻力。通常用静载下测定的抗压强度、

抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度。

（二）破碎方法

破碎可分为机械能破碎（压碎、劈碎、折碎、磨碎、冲击破碎）和非机械能破碎。

三、破碎比、破碎段、破碎流程

（一）破碎比与破碎段

在破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比。

用废物破碎前的{zd0}粒度与破碎后{zd0}粒度的比值来确定的破碎比称为极限破碎比。（根据{zd0}块直径来选择破碎机给料口宽度）

用废物破碎前的平均粒度与破碎后平均粒度的比值来确定破碎比称为真实破碎比。

（二）破碎流程

①单纯的破碎流程（a）：特点是简单、操作控制方便、占地少；对产品粒度要求不高时适用；

②带预先筛分的破碎流程（b）：相对减少进入破碎机的总给料量，有利节能；

③带检查筛分及兼有检查和预先筛分的破碎流程（c、d）：能获得全部符合粒度要求的产品

四、固体废物破碎机械

用于城市垃圾的破碎机械大体有三种类型：冲击磨切型、剪切粉碎性与挤压破碎型。

（一）锤式破碎机

（二）剪切破碎机

（三）颚式破碎机

第二节 低温破碎与湿式破碎

一、低温破碎

（一）低温破碎原理

低温破碎技术——是利用一些固体废物中所具有的各种材质在低温下的脆性温差，控制适宜温度，使不同材质变脆，然后进行破碎，{zh1}进行分选。

例如：聚氯乙烯（PVC）脆化点为-5～-20℃，聚乙烯（PE）的脆化点为-95～-135℃，聚丙烯（PP）的脆化点为0～-20℃，对于这三种材料的混合物进行分选和回收，只需控制适宜温度，就可以将其破碎，并进行分选。

（二）低温破碎的优点

1、破碎后的同一种物料均匀，尺寸大体一致，形状好，便于分离利用；

2、复合材料经过低温破碎后，分离性能好，资源的回收率和回收的材质的纯度都比较高；并且很容易分离出混在其中的非塑料物质；

3、使用的冷媒一般采用xx无味无爆炸性液氮，并且原料易得到；

4、对于极难破碎的并且塑性极高的氟塑料废物，采用液氮低温破碎，能够获得碎块和高分散度的粉末。

（三）低温破碎的处理对象

常温破碎装置噪声大、振动强、产生粉尘多，过量消耗能量。

低温破碎所需动力为常温破碎的1/4，噪声约降低7dB，振动减轻约1/4~1/5。但是液氮消耗量大，以塑料加橡胶复合制品为例，每吨需300kg液氮。

当前低温破碎技术发展的关键是液氮的制备问题。这一技术需要耗用大量能源使空气液化，然后从液态空气中分离液氮。从经济上考虑，低温破碎处理只有在常温下难于破碎的合成材料（橡胶、塑料）为处理对象，才可取。

二、湿式破碎

湿式破碎原理 ：湿式破碎是利用特制的破碎机将投入机内的含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆液的过程，从而可以回收垃圾中的纸纤维。

（一）湿式破碎的优点：

1、使含纸垃圾变成均质浆状物，可按流体处理；

2、不孳生蚊蝇、无恶臭、卫生条件好；

3、噪声低、无发热、粉尘等危害；

4、可回收有色金属、铁、纸纤维等，剩余泥土可以做堆肥。

（二）半湿式选择性破碎分选：利用城市垃圾中各种不同物质的强度和脆性的差异，在一定湿度下破碎成不同粒度的碎快，然后通过不同筛孔加以分离的过程。

【课时安排】

第三章 固体废物的分选

{dy}节 筛分

第二节 重力分选 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：易筛粒、难筛粒、目、平均直径、低温破碎、筛分效率、

重力分选、重介质、加重质、水力跳汰、风力分选、等降比

2. 筛分效率（E）公式推导及筛分影响因素

3. 重选过程工艺条件

4. 风力分选原理

5. 摇床分选原理及特点

【教学难点】

1. 筛分效率（E）公式推导

2. 风力分选原理

【教学目标】

1. 掌握固体废物的筛分处理技术

2. 掌握固体废物的重力分选处理技术

【教学内容】

第三章 固体废物的分选

第二节 筛分

一、筛分原理 ：利用筛子将物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面，而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上，完成粗、细料分离的过程。

二、名词

1、易筛粒（小于3/4筛孔尺寸）、难筛粒

2、目——国际标准筛目是指1in（25.4mm）长度上的筛孔数，简称“目”。

3、平均直径——颗粒的长、宽、厚的平均值。

三、筛分效率（E）：实际得到的筛下产品重量（Q1）与入筛废物中所含小于筛孔尺寸的细粒物料重量（αQ）之比，用百分数表示。

" 表达式：E=Q1/（Q×α/100）×{bfb}

" 应用计算式及其推导：

" 公式一：E=（α-θ） Q /α（100-θ）×104%

" 前提：筛下产品{bfb}小于筛孔尺寸（β={bfb}）

" 公式二：β（α-θ）/α（β-θ）×{bfb}

四、影响筛分性能的因素

（1）固体废物性质的影响：废物中“易筛粒”含量越多，筛分效率越高；而粒度接近筛孔尺寸的“难筛粒”越多，筛分效率越低。含水率和含泥量对筛分效率也有一定影响。废物外表水分会使细粒结团或附着在粗粒上而不宜透筛。当废物中含泥量高时，稍有水分也能引起细粒结团，使效率降低。另外，废物形状对筛分效率也有影响，一般球形、立方形、多边形颗粒筛分效率较高；而颗粒呈扁平状或长方块，用方形或圆形筛孔的筛子筛分，其筛分效率越低。

（2）筛分设备性能的影响：有效筛分面积越高，筛分效率越高；筛子的运动强度太高或太低效率均不高，只有运动强度合适时才能保持较高的效率；负荷相等时，筛面宽度越窄，废物层越厚，不利于细粒接近筛面；筛面过宽使废物筛分时间太短一般宽长比为1：2.5—3；筛面倾角过小不利于筛上产品的排出，过大排出速度过快，筛分时间短，效率低。一般以１５°－２５°较适宜。

（3）筛分条件的影响：在筛分操作中应注意连续均匀给料，使废物沿整个筛面宽度铺成一薄层，既充分利用筛面，又便于细粒透筛，提高筛子的处理能力和筛分效率。及时清理和维修筛面也是保证筛分效率的重要条件

五、筛分设备

最常用的筛分设备有以下几种类型：

（一）固定筛：由许多平行排列的筛条组成，可水平也可倾斜安装，有格筛（粗破碎之前）和棒条筛（粗中破碎之前）之分。具有构造简单、不耗动力、设备费用低和维修方便的特点，多适用于粗粒废物（尺寸≥50mm）；

（二）滚筒筛：（转筒筛、筒形筛）——为一缓慢旋转（10-15转/分）的圆柱形或截头圆锥形筛分面，前者以筛筒轴线倾角3-5度安装，后者轴

（三）振动筛——工业部门应用广泛的一种设备。 ——共振筛和惯性筛

v鹛氐悖赫穸较蛴肷复怪被蚪怪保穸问?00-3600转/分，振幅0.5-1.5mm，倾角8-40度。通过振动，物料在筛面上发生离析，密度大而粒度小的颗粒透过，密度小而粒度大的颗粒的空隙，进入下层到达筛面。可xx筛孔堵塞，有利湿物料筛分，适应性广（粗、中、细颗粒均可，脱水振动、脱泥筛分）。

（四）共振筛：利用连杆装有弹簧的曲柄连杆机构驱动，使筛子在共振状态下进行筛分。

第二节 重力分选

一、概述

1、定义：根据固废在介质中的比重差（或重力差）进行分选，称之为重力分选。

2、基本原理：是利用不同物质颗粒间的密度差异，在运动介质中受到重力、介质动力和机械力的作用，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度产品。

3、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。

4、各种重选过程具有共同工艺条件是：

" ①固体废物中颗粒间必须存在密度差异

" ②分选过程都是在运动介质中进行的

" ③在重力、介质动力及机械力的综合作用下，使颗粒群松散并按密度分层

" ④分好层的物料在运动介质流的推动下互相迁移，彼此分离，并获得不同密度的最终产品。

二、重介质分选

1. 重介质分选原理

" 在重介质中使固体废物中的颗粒群按密度分开的方法。

" 重介质密度介于固体废物中轻物料密度和重物料密度之间。

2.重介质——可以是重液和悬浮液两大类。

" 重介质——高密度的固体微粒（加重质）和水构成的固液两相分散体系，非均匀介质。

" 加重质——高密度固体微粒起加大介质密度的作用，均匀分散在水中。

" 常见的加重质：硅铁，其含硅量13—18%，密度6.8g/cm3,可配制成密度为3.2—3.5 g/cm3的重介质 ；磁铁矿,密度5.0 g/cm3,用含铁60%以上的铁精矿粉可制得密度达2.5 g/cm3重介质。

" 对重介质性能的要求：密度高、黏度低，化学稳定性好、xx、无腐蚀性，易回收再生。重液——可溶性高密度的盐溶液（CaCl2、ZnCl2等）或高密度的有机液体（CCl4、CHCl3、CHBr3、四溴乙烷等）

三、跳汰分选

跳汰分选原理：是在垂直变速介质流中按密度分选固废的一种方法。分选介质可是水，也可是空气，目前常用水作跳汰介质，称水力跳汰，其设备称跳汰机。位于跳汰机筛板上的物料，在垂直脉动运动介质中按密度分层，小密度的颗粒群进入上层，被水平介质（水流）带到机外成为轻产物；大密度的颗粒群集中到下层，透过筛板或其他装置排出成为重产物，从而实现物料分离。

四、风力分选

1、 风力分选/气流分选：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大小进行分选。

2、 等降比：密度小的颗粒粒度（dr1）与密度大的颗粒粒度(dr2)之比，称为等降比

3、 因而风力分选过程是以各种固体颗粒在空气中的沉降规律为基础的。（实际上各种重力分选方法都是利用混合固体中的各种颗粒在分选介质中随不同受力下的沉降情况而分离的）。

4、按工作气流的主流向可分为以下三种：

" ①垂直气流（立式）风选机。优点：分选精度高，操作极简便，应用最广泛。

" ②水平气流（卧式）风选机。优点：构造简单，维修方便；缺点：分选精度低，一般很少单独使用。

" ③倾斜气流风选机。

采用风力分选设备时，一般要求垃圾中无机物含量低，含水率低（小于45%），并预先破碎到一定粒度。

五、摇床分选

1. 应用 ：细粒（微粒）固体物料分选应用最为广泛的方法之一。目前主要用于从含硫铁矿较多的煤矸石中回收硫铁矿，是一种分选精度很高的单元操作。在摇床分选中最常用的是平面摇床。

2. 工作原理： 在倾斜床面上，利用床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固废按密度差异在床面上呈扇形分布，从而达到分选的目的。。

3. 特点 ：①析离作用：即密度大而粒度小的颗粒钻过密度轻而粒度大的颗粒间的空隙，沉入{zd2}层。

②分离决定于颗粒运动速度与摇床方向的夹角

③斜面薄层水流分选的一种类型

【课时安排】

第三章 固体废物的分选

第三节 磁力分选

第四节 电力分选 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：磁选、磁流体、电选、磁流体动力分选、磁流体静力分选

3. 各种物质磁性分类

3. 电力分选原理

【教学难点】

电力分选原理

【教学目标】

1. 掌握固体废物的磁力分选处理技术

2. 掌握固体废物的电力分选处理技术

【教学内容】

第三节 磁力分选

在固体废物的处理系统中，磁选主要用作回收或富集黑色金属（强磁性组分），或在某些工艺中用来排除物料中的铁质物质。

一、磁选

1、磁选原理 ：利用固废中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。

2、固体废物颗粒通过磁选机的磁场时受到磁力和机械力（重力、摩擦力、流动阻力、静电引力等）作用。由于作用在磁性颗粒（f磁 ＞ f机）与非磁性颗粒（f磁 ＜ f机＝的合力不同，使它们的运动轨迹也不同，从而实现分选。

3、固体废物中各种物质磁性分类

据固废比磁化系数x0 的大小，可将其分为： 强磁性物质：(x0 =7.5-38)×10-6m3/kg 弱磁性物质：(x0 =0.19-7.5)×10-6m3/kg 非磁性物质：(x0 ＜0.19＝×10-6m3/kg。

4、磁选设备及应用

A、滚筒式磁选机

" 组成——磁滚筒+输送皮带

" 磁滚筒分为——永磁磁滚筒（价低）和电磁磁滚筒（磁力可调）

B、悬挂带式磁力分选机

a、 工作原理：在垃圾输送带的上方，离被分选的物料的一定高度（通常小于500mm）悬挂一大型固定磁铁（永磁铁或电磁铁）配有一传送带。当垃圾通过固定磁铁下方时，磁性物质就被吸附在此传送带上，当运动到小磁区时，自动脱落。。

b、使用范围：城市垃圾

c、存在问题：该安装方式使处于垃圾层下部，被压在输送皮带上的铁磁物质（瓶盖、小罐头盒）不能回收。

二、磁流体分选（MHS）

1、磁流体定义：指某种能够在磁场或电场和磁场联合作用作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒产生磁浮力作用的稳定分散液（强电解质溶液、顺磁性溶液和铁磁性胶体悬浮液）。

2、磁流体分选原理：利用磁流体作为分选介质，在磁场或电场的联合作用下产生“加重”作用，按固废各种组分的磁性和密度的差异，或磁性、导电性和密度的差异，使不同组分分离。

3、磁流体分选类型

" A、 磁流体动力分选（MHDS）：在此场与电场的联合作用下，以强电解质为分选介质，按固废中各组分间密度、比磁化率和电导率的差异使不同组分分离。

多在固废各组分间电导率差使采用。

优点：电解质溶液价廉、分选设备简单、处理能力大；

缺点：分离精度低。

" B、 磁流体静力分选（MHSS）：在非均匀磁场中，以顺磁性溶液和铁磁性胶体悬浮液为分选介质，按固废中各组分间密度、比磁化率和电导率的差异使不同组分分离。

多在要求分离精度高时采用。

优点：介质粘度小、分离精度高。

缺点：分选设备较复杂、介质价格高，回收困难，处理能力 较小。

4、分选介质

" 介质要求：磁化率高、密度大、粘度低、稳定性好、xx、无刺激性、无色透明、价廉易得

" 顺磁性盐溶液——Mn、Fe、Ni、Co盐的水溶液，30余种；介质粘度低、xx。

铁磁性胶粒悬浮液——多用超细粒磁铁矿胶粒作分散质，用油酸、煤油等非极性液体介质，并加表面活性剂为分散剂调制而成；介质粘度高、稳定性差、回收再生难。

第四节 电力分选

一 、电选的基本原理

1、定义：电选是利用垃圾中各组分在高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法。

2、基本原理：电选分离过程实在电选设备中进行。废物颗粒在电晕-静电复合电场电选设备中的分离。

二、电选设备及应用

1、静电分选机及应用 （了解）

2、YD-4型高压电选机及应用

特点：具较宽的电晕电场区，特殊的下料装置和防积灰漏电措施，整机封闭性好，结构合理，处理能力大、效率高，可作粉煤灰专用设备。

【课时安排】

第三章 固体废物的分选

第三节 浮选

第六节 其他分选方法 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：浮选、润湿接触角θ、捕收剂、起泡剂、磁流体动力分选、

磁流体静力分选、摩擦与弹跳分选

2. 浮选药剂及应用

3. 摩擦与弹跳分选基本原理

4. 摩擦与弹跳分选设备与应用

【教学难点】

摩擦与弹跳分选基本原理

【教学目标】

1. 了解固体废物的浮选处理技术

2. 掌握固体废物的摩擦与弹跳分选分选处理技术

【教学内容】

第五节 浮选

一、浮选原理

1、在固废与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通过空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。

2、湿润性-影响固废各组分对气泡粘附的选择性。

3、亲、疏水性：影响固废物质的可浮性。

4、界面张力和润湿接触角

任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力

气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。

三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。

θ>90， 疏水性,易于气浮

θ<90, 亲水性

二、浮选药剂

据药剂在浮选过程中的作用，可分为：

1、捕收剂：能选择性地吸附在欲选物质颗粒表面，使其疏水性增强，可浮性提高。分异极性（黄药、油酸）和非易极性油类（煤油）两种。

2、起泡剂：表面活性物质，主要作用在水-气界面上使其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附合上浮过程中的稳定性，以保证气泡上附形成泡沫层。常用的有：松油、松醇油、脂肪醇等

3、调整剂：起调整其它要给予物质颗粒表面之间的作用，也可调整料浆的性质，提高浮选过程的选择性。其种类包括：活化剂、抑制剂、介质调整剂、分散与混凝剂等。

三、气浮分类

1． 电解气浮法：

直流电的电解作用下，正极产生氢气，负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。

有竖流式和平流式装置。

2．散气气浮法：扩散板曝气气浮和叶轮气浮法两种

扩散板曝气气浮：压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。

3. 叶轮气浮法：适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。

4. 溶气气浮法

根据气泡析出时所处的压力不同，分为：溶气真空气浮和加压溶气气浮

第六节 其他分选方法

一、摩擦与弹跳分选

a) 定义：摩擦与弹跳分选是根据废物中各组分的摩擦系数和碰撞系数的差异，在斜面上运动或与斜面碰撞弹跳时，产生不同的运动速度和弹跳轨迹实现彼此分离的一种处理方法。

b) 基本原理

颗粒沿斜面运动 ，当斜面倾角大于颗粒的摩擦角时，颗粒将沿斜面向下滑动，否则颗粒将不产生滑动。

当h*G*Sinα≥b*G*Cosα

即tgα≥b/h

α为斜面的倾斜角; G为颗粒的重力

颗粒沿斜面滑动的条件为tgα≥f因此,当f> b/h时, 摩擦系数(f)大,颗粒首先满足滚动条件,产生滚动;当f< b/h时,颗粒只产生滑动.

2.颗粒在斜面上的弹跳

碰撞后弹跳的速度(u)和碰撞前速度(v)的比值称为碰撞恢复系数(k),即k=u/v=(h/H)1/2

k值表示颗粒碰撞的弹性性质,当k=1时, u= v, h= H,此时表示颗粒为xx弹性碰撞。当k=0时，u= 0, h= 0，表示颗粒为塑性碰撞。

c)摩擦与弹跳分选设备与应用

1、带式筛：用于分离颗粒状废物与纤维状废物。

2、斜板运输机用于分离砖瓦、铁块、玻璃等及纤维织物与木屑。

3、反弹滚筒分选机用于分离砖瓦、铁块、玻璃等及纤维织物与木屑。

二、光电分选

（二）广电分选系统及工作过程

1、给料系统 2、光检系统 3、分离系统

（二）光电分选机及应用

光电分选勇于从城市垃圾中回收橡胶、塑料、金属等物质。

【课时安排】

第四章 污泥的浓缩与脱水

{dy}节 概述

第二节 污泥的浓缩工艺 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：含水率和含固率、挥发性固体、比阻抗值(r)

2. 污泥的来源

3. 表征污泥性质的主要指标

4. 污泥中的水分及其影响

5. 污泥处理后的最终出路

6. 污泥的浓缩工艺

【教学难点】

1. 表征污泥性质的主要指标

2. 污泥的浓缩工艺

【教学目标】

1. 掌握污泥性质的主要指标

2. 掌握污泥中的水分及其影响

3. 掌握污泥的浓缩工艺

【教学内容】

第四章 污泥的浓缩与脱水

第二节 概述

一、污泥的来源

在水处理工程中，主要的污泥来源有以下几种：

① 栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置；

② 浮渣：上浮渣和气浮池，可能多含油脂等，量少；

③ 沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少；

④ 初沉污泥：初沉池，以无机物为主，数量较大，易腐化发臭，可能含有虫卵和病变菌，是污泥处理的主要对象；

⑤ 二沉污泥：二沉池，剩余的活性污泥，有机物质，含水率高，易腐化发臭，难脱水，是污泥处理的主要对象；

另外，在给水处理过程中，在原水被净化时也会产生各种污泥，主要是各种化学污泥，即经化学处理后，除含有原废水中的悬浮物外，还含有化学药剂所产生的沉淀物，易于脱水与压实。

二、表征污泥性质的主要指标

表征污泥性质的主要指标有：含水率和含固率、挥发性固体、有毒有害物质的含量以及脱水性能等，下面将分别加以描述。

1、含水率与含固率

含水率是污泥中含水量的百分数；含固率则是污泥中固体或干污泥含量的百分数；湿泥量与含固率的乘积就是污泥量；含水率降低（即含固量提高）将大大降低湿泥量（即污泥体积）；含水率发生变化时，可近似计算湿污泥的体积；

通常：含水率 > 85%，污泥呈流状；65~85%，污泥呈塑态； < 65%，呈固态。

2、挥发性固体

挥发性固体即VSS，通常用于表示污泥中的有机物的量；有机物含量越高，污泥的稳定性就更差。

3、有毒有害物质

污泥含有一定量的N(4%)、P(2.5%)和K(0.5%)，有一定肥效；

污泥含有病菌、病毒、寄生虫卵等，在施用之前应有必要的处理；

4、脱水性能

污泥的脱水性能与污泥性质、调理方法及条件等有关，还与脱水机械种类有关。在污泥脱水前进行强处理，改变污泥粒子的物化性质，破坏其胶体结构，减少其与水的亲和力，从而改善脱水性能，这一过程称为污泥的调理或调质。

常用污泥过滤比阻抗值(r)和污泥毛细管吸水时间(CST)两项指标来评价污泥的脱水性能。

比阻抗值(r):单位干重滤饼的阻力，其值越大，越难过滤，其脱水性能越差。

三、污泥中的水分及其影响

1、游离水(又称间隙水)：存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水份的70%左右，一般可借助中心或离心力分离：

2、毛细水：存在污泥颗粒间的毛细管中，约占20%，需要更大的外力；

3、内部水：存在于污泥颗粒内部(包括细胞内的水);

4、附着水：粘附于颗粒或细胞表面的水。

污泥处理方法的选择常取决于污泥的含水率和最终处理的方式。

四、污泥处理后的最终出路

污泥的最终出路主要是部分或全部利用或以某种再返回自然环境中去；

污泥的利用：主要是农业上的利用

污泥的最终处置方法：填埋、焚烧、海洋投放、地下投放等

填埋：必要的前处理、稳定化处理；

焚烧：大幅度减容、xx、尾气处理、运行费用贵；

海洋投放：地下洞穴、废矿、深井中等

第二节 污泥的浓缩工艺

污泥浓缩的主要目的是降低污泥的含水率，使污泥体积大为降低，即通常所说的减容，因此可以大幅度降低后续处理的费用。一般来说，污泥浓缩处理的对象是污泥中70%的游离水。主要的浓缩方法有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法等三种，在选择具体的污泥浓缩方法时，还应综合考虑污泥的来源、性质以及最终的处置方法等，下面将分别予以叙述。

 

 

一、重力浓缩法

1) 间歇式污泥浓缩池

 

2) 连续式污泥浓缩池

二、气浮浓缩法

 

气浮浓缩法主要适用于密度接近于1、疏水的污泥，或容易发生膨胀的污泥，一般多采用的是压力溶气气浮法。

三、离心浓缩法

离心浓缩法是利用污泥中的固体即污泥与其中的液体即水之间的密度有很大的不同，因此在高速旋转的离心机中具有不同的离心力，从而可以使二者分离。一般离心浓缩机可以连续工作，污泥在离心浓缩机中的HRT仅为3 min，而出泥的含固率可达4%以上，即出泥的含水率可以达到96%以下。

【课时安排】

第四章 污泥的浓缩与脱水

第三节 污泥的调理

第四节 污泥的脱水 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：污泥的调理、污泥脱水、化学调理、淘洗、加热加压调理、冷冻融化调理、

2. 常用调理剂

3. 调理效果的影响因素

4. 污泥的脱水方法

【教学难点】

1. 调理效果的影响因素

2. 污泥的脱水方法

【教学目标】

1. 了解常用调理剂

2. 掌握调理效果的影响因素

3. 掌握污泥的脱水方法

【教学内容】

第三节 污泥的调理

污泥的调理主要指的是在污泥进行脱水之前对其脱水性能进行一定的预处理以提高其脱水性能，常见的污泥的调理方法是加药调理法。即在污泥中加入带有电荷的无机或有机调理剂，使污泥液体颗粒表面发生化学反应，中和颗粒表面的电荷，使水游离出来，同时使污泥颗粒凝聚成大的颗粒絮体，降低污泥的比阻抗(或CST)；调理效果的好坏与调理剂种类、投加量以及环境因素等有关。

一、调理剂

1) 无机调理剂：适用于真空过滤和板框压滤。

① xxx、{zpy}的是铁盐：FeCl3·6H2O,Fe2(SO4)·4H2OFeSO4·7H2O ，聚合硫酸铁(PFS)。

② 铝盐：Al2(SO4)2·18H2O、AlCl3、Al(OH)2·Cl ,聚合氯化铝(PAC)

铁盐常和石灰联用：在pH>12时，可提供Ca(OH)2絮凝体。

二、有机调理剂

阳粒子型聚丙烯酰胺等

三、调理效果的影响因素

① 污泥性质；② 调理剂的品种；③ 投加量；④ 环境条件：水温，pH；⑤ 调理剂的投加顺序；⑥ 污泥与调理剂的混合。

四、污泥的调理方法

1、 化学调理：在污泥中加入适量的混凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，改善污泥脱水性能。

2、 淘洗：将污泥与3-4倍污泥量的水混合而进行沉降分离的一种方法。

3、 加热加压调理：使部分有机物分解，亲水性有机胶体物质水解，颗粒结构改变，从而改善污泥的浓缩与脱水性能。分为高温加压调理和低温加压调理两种。

a.高温加压调理：把污泥升温到170－200℃，加压压力为1.0－1.5Mpa，反应时间为40－120min。

b.低温加压调理：反应温度控制在150℃以下，使有机物的水解受到控制。

4、 冷冻融化调理：将污泥交替进行冷冻与融化，通过改变污泥的物理结构，使污泥易于浓缩脱水。

第四节 污泥的脱水

污泥脱水和干化的目的是除去污泥中的大量水分，缩小其体积，减轻其重量；一般经过脱水、干化处理后，污泥含水量能从90%左右下降到60~80%，体积减小到仅为原来的1/10~1/5。自然干化多采用于干化床；机械脱水多采用板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机等。

一、自然干化

自然干化主要采用的是污泥干化床，其中主要的干化机理是自然蒸发与渗透。一般经过自然干化处理后的出泥的含水率可接近65%。但由于自然干化床的占的面积较大，一般仅适用于中小规模的污水处理厂。

二、机械脱水

据统计，西欧国家经脱水处理的污泥占其污泥总量的69.3%，其中机械脱水占51.4%、自然干化16.9%、其它1%；主要的脱水机械有：转筒离心机、板框压滤机、压式压滤机、真空过滤机，分别占21.7%，15.8%，11.4%和2.5%。

1、真空过滤机

真空过滤机是早期使用的连续机械脱水机械。

2、板框压滤机

板框压滤机是最早应用于污泥脱水的机械；板框压滤机结构简单，处理污泥含水率范围较大，适应性好，间歇操作、基建投资大，过滤能力低；但其滤饼的含固率高、滤液清、药剂用量少。

3、带压式压滤机

带式压滤机结构是由上下两组同向运动的传动滤布组成，泥浆由双带之间通过经上下压辊挤压，滤液透过滤布而排出。这种压滤机是连续操作的，适用于真空抽滤难于脱水的各种污泥，生产能力大，占地面积较小，滤饼含水率可达到70~80%。

合成有机聚合物(高分子絮凝剂)发展的结果；连续工作、制造容易、操作管理简单、附属设备较少；但由于絮凝剂较贵，使得其运行费用较高。

4、污泥离心机技术和转筒式离心机

离心脱水是利用高速旋转作用产生的离心力，将密度大于水的固体颗粒与水分离的操作。

离心脱水机具有操作简便、设备紧凑、运行条件良好、脱水效率高等优点，适用于各种不同性质泥渣的脱水。脱水后泥渣含水率可降低到70%。缺点是能耗较大。

【课时安排】

第五章 固体废物的稳定和固化

{dy}节 固体废物的稳定处理

第二节 固体废物的固化处理 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：中和法、氧化还原法、固化处理、浸出率、增容比、水泥固化、石灰固化、沥青固化、玻璃固化

2. 氧化还原法

3. 固化处理的基本要求

4. 衡量固化处理效果的主要指标

5. 各种固化方法的原理、特点及应用范围

【教学难点】

各种固化方法的原理、特点及应用范围

【教学目标】

1. 了解氧化还原法

2. 掌握衡量固化处理效果的主要指标

3. 掌握各种固化方法的原理、特点及应用范围

【教学内容】

第五章 固体废物的稳定和固化

{dy}节 固体废物的稳定处理

固体废物的化学处理，化学处理是针对固体废物中易于对环境造成严重后果的有毒有害化学成分，采用化学转化的方法，使之达到无害化。由于这类化学转化反应的条件较为复杂，受多种因素影响，因此，化学处理xx千对单一成分或几种化学性质相近的混合成分进行处理。对于不同成分的混合物，采用化学处理方法，往往达不到预期的效果。化学处理方法主要包括中和法与氧化还原法。

一、中和法

中和法是处理酸性或碱性废水常用的方法。对固体废物主要用于化工、冶金、电镀与金属表面处理等工业中产生的酸、碱性泥渣。这类泥渣对土壤与水体均会造成危害。中和反应设备可以采用罐式机械搅拌或池式人工搅拌，前者多用于大规模中和处理，而后者多用于间断的小规模处理。

二、氧化还原法

通过氧化或还原化学处理，将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒成分转化为xx或低毒，且具有化学稳定性的成分，以便无害化处置或进行资源回收。

1、铬渣干式还原处理：利用一氧化碳与硫酸亚铁为还原剂的干式还原处理是将铬CO与H2为还原剂，使渣中含有的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，并在密封条件下水淬，然后投加适量硫酸亚铁与硫酸混合，以巩固还原效果。

2、铬渣湿式还原法：铬渣湿式还原处理是利用碳酸钠溶液处理经过湿磨过筛（100 目）后的铬渣，使其中酸溶性铬酸钙与铬铝酸钙转化为水溶性铬酸钠而被浸出，由浸出液中可以回收铬酸钠产品。余渣再用硫化钠溶液处理，使剩余的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，加硫酸中和，并用硫酸亚铁固定过量S2-。经处理后的铬渣已为xx渣。

第三节 固体废物的固化处理

一、概述

1、固化处理是利用物理或化学方法将有害固体废物固定或包容在惰性固体基质内，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。固化后的产物应具有良好的机械性能、抗渗透、抗浸出、抗干、抗湿与冻、抗融等特性。

2、固化处理的基本要求：①有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度。②固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低。③固化工艺过程简单、便于操作。④固化剂来源丰富，价廉易得。⑤处理费用低。

3、衡量固化处理效果的两项主要指标是固化体的浸出率和增容比。

（１）所谓浸出率是指固化体浸于水中或其他溶液中时，其中有害物质的浸出速度。因为固化体中的有害物质对环境和水源的污染，主要是由于有害物质溶于水造成的。浸出率数字表达式：

Rin ——标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(d.cm2)；

ar ——浸出时间内浸出的有害物质的量，mg；

A0——样品中含有的有害物质的量，mg；

F——样品暴露的表面积，cm2；

M——样品的质量，g；

T——浸出时间，d。

（２）增容比是指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值，即

ci=V2/V1

ci——增容比；

V2——固化体体积，m3;

V1——固化前有害废物的体积，m3。

二、水泥固化

1、水泥固化工艺过程与操作条件，水泥固化是以水泥为固化基质，利用水泥与水反应后可形成坚固块体的特征，将有害废物包容其中，从而达到减小表面积，降低渗透性，使之能在较为安全的条件下运输与处置。水泥品种较多，可根据废物性质，当地水泥生产情况，处理费用等因素进行选择。

2、水泥固化方法的特点：水泥固化是对有害废物处理较为成熟的方法，具有工艺设备简单、操作方便、材料来源广泛、费用相对较低、产品机械强度较高等优点。这一方法在原子能工业固体与液体废物处理中，已得到广泛应用。常用于：

(1)电镀业污泥的固化处理；

(2)含汞泥渣的固化处理；

(3)含砷泥渣水泥固化处理。

水泥固化的主要缺点是产品体积比原废物增大约0.5-1.0倍，致使最终处置费用增大。

三、石灰固化与应用

石灰固化是以石灰为固化基质，活性硅酸盐类为添加剂的一种固定废物的方法，工艺与设备大体与水泥固化相似。各项工艺参数应通过实验确定。添加剂主要采用粉煤灰与水泥窑灰，为提高强度，也可添加其它类型添加剂。石灰固化法适用于各种含重金属泥渣，并已应用于烟道气脱硫的废物(如钙基SOx)的固化中。这种固化方法除有水泥固化的缺点外，共抗浸出性较差，易受酸性水溶液的侵蚀。

四、沥青固化与应用

沥青固化属于热塑性材料固化，用热塑性材料为固化基质的种类较多，除沥青之外，尚有聚乙烯、石腊、聚氯乙烯等。在常温下这些材料为较坚固的固体，在较高温度下，有可塑性与流动性。利用这种特性对固体废物进行固化处理。

五、玻璃固化与应用

这种固化方法的基质为玻璃原料。将待固化的废物首先在高温下锻烧，使之形成氧化物，然后再与熔融的玻璃料混合，在1000℃温度下烧结，冷却后形成十分坚固而稳定的玻璃体。

【课时安排】

第六章 可燃固体废物的焚烧

{dy}节 可燃固体废物的热值

第二节 燃烧中污染物的产生与防治 （共2学时）

【掌握内容】

1. 基本概念：热值、粗热值、净热值、二恶英、恶臭、粉尘

2. 净热值的计算

3. 粗热值与净热值之间转换关系式

4. 固体废物焚烧的产物

5. 二恶英的来源、危害、防治方法

6. 恶臭的产生、组成及危害

【教学难点】

1、粗热值与净热值之间转换关系式

2、二恶英的来源、危害、防治方法

【教学目标】

1. 了解净热值的计算方法

2、 掌握固体废物焚烧的污染物及防治方法

【教学内容】

第六章 可燃固体废物的焚烧

第二节 可燃固体废物的热值

一、可燃固体废物

从焚烧角度分析，城市生活垃圾可分为可燃和不可燃两部分:

" 可燃垃圾——橡塑、纸张、破布、竹木、皮革、果皮及动植物、厨房垃圾等。其组分、物性和燃烧特性等非常复杂，不易直接填埋；

" 不可燃垃圾——金属、建筑垃圾、玻璃、灰渣等，除可回收利用部分外，大多可直接安全填埋。

" 垃圾组成由“多灰、多水、低热值”向“较少灰、较高热值”的方向发展,给我国城市垃圾的焚烧处理奠定了基础。

目前发达国家对于垃圾焚烧处理的投资回收形式主要有4个途径：

销售收入：包括发电供热，销售从垃圾中分选出的金属和塑料等再生资源，利用垃圾烧结渣制作建材。

垃圾收费：对居民和企事业单位实行垃圾收费，用于垃圾焚烧厂的补贴。

其他税收补贴：政府从其他税收中提取部分资金用于垃圾焚烧厂的补贴。

二、热量的测定

热值——指单位重量的固体废物燃烧释放出来的热量，kJ/kg。

粗热值(HHV——高位热值)：是指化合物在一定温度下反应到达最终产物的焓的变化。水为液态

净热值(NHV——低位热值)：水为气态。

1.标准实验：氧弹量热计——测量的是粗热值。

2.通过元素组成作近似计算

NHV=HHV-2420[H2O+9(H-Cl/35.5-F/19)]

" NHV：净热值，kJ/kg

" HHV：粗热值，kJ/kg

" H2O：焚烧产物中水的重量百分率，%

" H、Cl、F：分别为废物中氢氯氟含量的重量百分率，%

" 2.NHV=2.32[1400mC+45000（mH-0.125mo）-760mCl+4500mS]

" mC、mH、mo、mCl、mS：分别代表碳氢氧氯和硫的质量分数

例、某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫1%、水分20%、灰分20%。假设（1）固体废物的热值为11630kJ/kg；（2）炉栅残渣含碳量5%；（3）空气进入炉膛的温度为65℃，离开炉栅残渣的温度为650℃；（4）残渣的比热为0.323kJ/(kg·℃)；（5）水的汽化潜热2420kJ/kg；（6）辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%；（7）碳的热值为32564kJ/kg，试计算这种废物燃烧后可利用的热值。

解：以固体废物1kg为计算基准。

(1) 残渣中未燃烧的碳含热量。

1未燃烧碳的量

惰性物的重量为1kg×20%=0.2kg

总残渣量为0.2kg／（1－0.05）=0.2105kg

未燃烧碳的量=0.2105－0.200=0.0105kg

2未燃烧碳的热损失

32564kJ／kg ×0.0105kg=340kJ

(2) 计算水的汽化潜热

1计算生成水的总重量

总水量=固体废物原含水量+组分中氢与氧结合生成水的量

固体废物原含水量=1kg×20%=0.2kg

组分中氢与氧结合生成水的量=1kg×4%×9/1=0.36kg

总水量=（0.2+0.36）kg=0.56kg

2水的汽化潜热

2420 kJ／kg×0.56kg=1360kJ

3辐射热损失为进入焚烧炉总能量的0.5%

辐射热损失=11630kJ×0.005=58kJ

4残渣带出的显热

0.2105kg×0.323kJ/(kg·℃)×（650－65）℃=39.8kJ

5可利用的热值=固体废物总含能量－各种热损失之和=11630－（340+1360+58+39.8）=9882.2kJ

第二节 燃烧中污染物的产生与防治

一、固体废物焚烧的产物

可燃的固体废物基本是有机物，由大量的碳、氢、氧及少量氮、硫、磷和卤素等素，焚烧过程中与空气中氧反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。主要有：

" 有机碳——CO2

" H——H2O，有F或Cl存在时可能有HF、HCl

" 有机硫和有机磷——SO2、SO3、P2O5

" 有机氮——N2为主，少量氮氧化物

" 有机氟化物——HF，氢不足会出现CF4、COF2（需添加助燃料）

" 有机氯——氯化氢（氢气不足有游离氯气产生）

" 有机溴化物、碘化物——HBr、Br2、I2

" 金属——卤化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氢氧化物和氧化物

有害有机废物焚烧后要求达到的三个标准

" a) 主要有害有机组成（POHC）的破坏去除率（DRE）要达到99.99%以上。

" b) HCl的排放量应符合从焚烧炉烟囱排出的HCl量在进入洗涤设备之前小于1.8kg/h，若达不到该要求，则经过洗涤设备除去HCl的最小洗涤率应为99.0%。

" c) 烟囱的排放颗粒物应控制在183mg/m3，空气过量率为50%。如果空气过量率大于或小于50%，应折算成50%的排放量。

二、烟气组成

v鹧唐械闹饕煞郑篊O2、H2O、O2、N2，占烟气容积的99%，属无害成分。

v鹧唐械挠泻Τ煞种饕牵篊O、NOx、H2S、HCl以及一些具有特殊气味的有机有害气体，如饱和烃和不饱和烃、烃类氧化物、卤代烃类、芳香族类物质等，包括多氯二苯二恶英.

v鸸烫蹇帕Ｎ铮褐饕翘己凇⒁恍┙鹗艉脱卫嗑舴⒛鄱傻姆鄢尽?

1.二恶英的定义

二恶英(dioxins,简称DXN)——是指一类具有某种类似的化学结构且生物作用方式基本相同的化合物。 是一类多氯代三环芳烃类化合物的统称。 氯代二苯并二恶英(CDDs),有75种同类物; 氯代二苯并呋喃(CDFs),有135种同类物; 多氯联苯(PCBs),有209种同类物。

在这419种化合物中只有30种属于二恶英类化合物,其中多氯二苯二恶英(PCDDs)7种，多氯二苯呋喃(PCDFs)10种，多氯联苯(PCBs)13种。其中研究最多、毒性最强的化合物是2,3,7,8-TCDD。

2.二恶英的毒性

" 目前研究发现，多氯二苯二恶英和多氯二苯呋喃中有17种为有毒的化合物，其不同的异构体的毒性差别很大，其中2,3,7,8-TCDD（四氯双苯并二恶英）的毒性{zd0}，它是迄今为止，人类发现的无意识合成的副产品中毒性最强的物质，其毒性相当于氰化钾的1000倍,被称为“地球上最强的毒物”。据报道,只要1盎斯(28.35ｇ)二恶英,就能将100万人置于死地。" 世界卫生组织在1997年把二恶英列为人类一级致癌物。

3.二恶英的来源

" 环境中二恶英的来源概括起来主要是自然过程和人类活动两种方式。

" 自然环境中二恶英的xx生成方式主要为:

" ①森林和灌木起火。

" 实验证明,木材在燃烧过程中会生成10-9级的二恶英类。世界上每年发生森林火灾约20万起,过火面积超过4000km2,因此,森林火灾是环境中二恶英的一个重要来源。生态环境中的二恶英自古有之。

" ②微生物作用。实验表明,一些过氧化物酶可将氯酚转化成10-9级的PCDD/Fs。由此人们推测二恶英类可由氯酚经自然水体和土壤中的微生物作用而成。

环境中人类活动引起的二恶英生成途径主要有:

①化工制药生产过程。二恶英往往作为副产品以杂质的形式存在于多种化工产品中,如用于防腐剂、除草剂和杀虫剂的五氯酚(其在日光下可转化成OCDD,转化率可达0.15%),用于油漆添加剂、增塑剂、粘合剂和润滑剂的多氯联苯(PCBs)等。

②纸浆漂白生产过程。纸浆含氯漂白废水中含有大量氯代有机物。80年代中期,人们发现纸浆漂白可生成二恶英类。为此,许多发达国家通过改进漂白工艺对二恶英的生成进行控制。

③金属冶炼过程。据报道,瑞典在钢厂粉尘和废钢铁熔炼炉排放烟中均检测出了二恶英;美国钢铁厂和金属冶炼厂年均排放二恶英为(50～150)ｇＴＥＱ(1991)。

④焚烧过程。研究表明,许多焚烧过程都可以产生二恶英类物质, 主要为:固体废物的焚烧处理过程;工业燃烧及冶炼过程;机动车辆燃料的燃烧过程。据估计自然界中约有30～50%的二恶英来自固体废物的焚烧。

由于二恶英是亲脂物质,进入植物或动物体后,会富集在脂肪层或脏器内,污染鱼、肉、蛋及奶制品,从而造成对人体的严重污染。进入人体的二恶英可积蓄7年以上,而且极难排出体外,只有减少摄入量才能避免累积效应,1998年世界卫生组织建议人体每日每千克体重摄入量不应超过1～4×10-12ｇ。

4.二恶英的危害

" 1）.二恶英对人体作用的途径:

一是通过呼吸系统;

二是通过食物链富集进入人体（最主要）,约占人体摄入量的90%。

微量的二恶英污染可造成人体许多复杂的疾病——各种癌症、xxx低下、先天缺损等。

" 现在科学界普遍关注的环境xx问题，也主要由二恶英的污染引起。

" 生物化学研究认为：二恶英具有类似人体xx的作用，但它不被代谢和降低,极小剂量的二恶英也可能造成xx分泌的紊乱，非常微量的“错误信号”就能对xx调控产生极大的影响作用，包括细胞分裂、组织再生、生长发育、代谢和免疫功能,造成人体内分泌紊乱、xxx低下、神经系统混乱等。

" 到目前为止，人类ＴＣＤＤ中毒尚没有针对性的xxxx，也没有促进其排泄的有

5.垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径

" 一般来说，垃圾焚烧中二恶英的形成有下列途径：

(1)垃圾中自身含有的二恶英类物质，大部分在高温燃烧时得以分解，但由于二恶英具有热稳定性，仍会有一部分在燃烧以后排放出来；

(2)垃圾在燃烧过程中形成的含氯前驱体，如氯苯、氯酚、聚氯酚类物质（PCBs）通过重排、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英,这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分解。

(3)小分子碳氢化合物通过聚合和环化形成多环烃化合物（PAH），这些化合物和氯反应形成二恶英；

(4)在较低温度下（３００～５００℃），二恶英前驱体在飞灰催化作用——遇适量的触媒物质（主要为重金属,特别是铜等）,则在高温燃烧中已经分解的二恶英将会重新生成。

(5)焚烧炉尾部净化温度在200～300 ℃下，HCl和单质氯在飞灰催化作用下与碳氢化合物反应生成二恶英。

" 垃圾组分对二恶英的形成影响不同，研究表明，纺织品形成二恶英比例{zd0}，其次是塑料和纸张。

6.焚烧厂二恶英防治措施(1)

" l）控制燃烧温度：二恶英的{zj0}生成温度为300℃，但是在400℃以上时，仍然有二恶英生成的可能。当温度达到900—1000℃时，二恶英将无法生成。因此，维持燃烧温度高于 1000 ℃是防止二恶英生成的首要条件；

" 2）提高燃烧效率：因为二恶英的生成与燃烧效率有直接的关系，CO中的碳可能参与二恶英的生成反应。因此，供氧充足，减少CO的生成，可以间接地减少二恶英的生成；烟气中比较理想的CO浓度指标是低于60mg/m3, O2浓度不少于6%,在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s;

" 3）加强烟道气温度控制：一般新建的大型垃圾焚烧厂都有废热回收系统，烟道气自燃烧室进入该系统后，温度将逐渐降低至250—350℃左右，而此温度范围又恰巧是：二恶英生成反应（DeNovo合成反应）的{zj0}区域，因此，必须将焚烧炉出来的烟气在短时间内骤降至150℃以下，以确保有效遏止二恶英的再生成；

4)化学加药：向烟道中喷入NH3或喷入CaO等吸收HCI，以抑制前驱物质的生成。

5) 选用新型袋式除尘器,控制除尘器入口处的烟气温度低于200℃,并在进入袋式除尘器的烟道上设置活性碳等反应剂的喷射装置,进一步吸附二恶英;

6)在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统,使焚烧和净化工艺得以良好执行;

7)通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧厂;

8)由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成,所以对飞灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质送安全填埋场进行无害化处理,有条件时可以对飞灰进行低温（300～400℃）加热脱氯处理,或熔融固化处理后再送安全填埋场处置,以有效地减少飞灰中二恶英的排放。

Ⅱ、恶臭

" 1.恶臭（stench）的定义

" 垃圾厌氧发酵和有机物不xx燃烧产生的。多为有机硫化物或氮化物。

" 恶臭污染物——是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。从广义上说,我们把散发在大气中的一切有味物质统称为恶臭气体。

" 2.恶臭的危害

" 恶臭属于感觉公害,直接作用于嗅觉,给人们造成危害。轻者给人以不愉快的感觉;重者使人呼吸困难,恶心呕吐,流泪,甚至会引起中毒。其中有些是三致物质，有些会影响神经系统和造血系统，有些则会引起机体的变态反应。

3.恶臭的产生和组成

" 产生：未xx燃烧

" 一是含硫化合物,如硫化氢、硫醇类、硫醚类等;

" 二是含氮的化合物,如氨、胺类、酰胺、吲哚类等;

" 三是卤素及其衍生物,如氯气、卤代烃等;

" 四是烃类,如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等;

" 五是含氧的有机物,如酚、醇、醛、酮、有机酸等。

"

Ⅲ.粉尘

" 粉尘——焚烧烟气中的粉尘（颗粒物）是垃圾焚烧过程中产生的微小无机颗粒物质。

v鹞锢碓虿姆鄢尽忌湛掌砥鸬奈⑿〔蝗嘉铮扇嘉锏幕曳值取７⑸煌耆忌帐保慈继挤帧⒅交业纫不岢晌鄢镜囊徊糠帧?

v鹑然Х从Σ姆鄢尽呶氯忌帐夷诘难卫啵谘唐淙春竽岢裳慰帕！?垃圾焚烧中粉尘的特点：

1）.微小尘粒比较多（30um）；

2）.焚烧设备中密度较轻；

3）.碱性成分多；

4）.有一定粘性。

【课时安排】

第七章 固体废物的热解

{dy}节 概述

第二节 典型固体废物的热解 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：热解

2、热解原理

3、热解流程

【教学难点】

热解流程

【教学目标】

1、了解热解原理

2、 掌握热解流程

【教学内容】

第七章 固体废物的热解

{dy}节 概述

一、热解概念

热解是把有机固体废物在无氧或缺氧条件下加热分解的过程。该过程是一个复杂的化学反应过程。包括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，{zh1}生成各种较小的分子。

二、热解原理

热解的过程可以用通式表示如下：有机固体废物—— (H2、CH4、CO、CO2等)气体＋(有机酸、焦油等)有机液体＋碳黑＋炉渣

采用热解法生产气体燃料是使有机固体废物在8000～10000℃的温度下分解，最终形成含H2、CH4、CO 等气体燃料。热解所得燃料气有两个作用：一是把热解气体直接送入二级燃烧室燃烧，用于生产蒸汽和预热空气；二是通过净化，冷凝除烟尘、水、残油等杂质，生产出纯度较高的气体燃料，以备它用。所生产的气体燃料的性质因废物的种类、热解方法而异。热值一般为4186～29302kJ/m3。

热解法生产液体燃料是使有机固体废物在500～600℃的温度下分解，最终形成含有乙酸、丙酸、乙醇、焦油等的液体燃料。热解产生的燃料油是具有不同沸点的各种油的混合物，含水焦油比较多，精制后方能得到热值较高的燃料油。热值一般为29302kJ/L左右。

第二节 典型固体废物的热解

一、城市垃圾的热解

随着工业的发展，人民生活水平的提高，城市垃圾中的可燃组分日趋增长，纸张、塑料及合成纤维等占有很大比例。因此，日本和美国结合本国城市垃圾的特点开发了许多工艺，有些已达到实用阶段。我国的城市垃圾不同于日本与美国，这些工艺能否应用于我国有待研究。

主要热解工艺：

①移动床热解工艺

经适当破碎除去重组分的城市垃圾从炉顶的气锁加料斗进入热解炉，从炉底送约600℃的空气-水蒸气混合气，炉子的温度由上到下逐渐增加。炉顶为预热区，依次为热分解区和气化区。垃圾经过各区分解后产生的残渣经回转炉栅从炉底排出。空气-水蒸气与残渣换热，排出的残渣温度接近室温，热解产生的气体从炉顶出口排出。炉内的压力为7kPa。生成的气体含N243%，H2O和CO均为21%，CO212%，CH41.8%，C2H6和C2H4在1%以下。由于含大量的N2，热值非常低，约为3770～7540kJ/Nm3。

②双塔循环式流动床热解工艺

该工艺的特点是热分解及燃烧反应分别在两个塔中进行，热解所需要的热量，由热解生成的固体炭或燃料气在燃烧塔内燃烧来供给。惰性的热媒体（砂）在燃烧炉内吸收热量并被流化气鼓动成流态化，经连接管到热分解塔与垃圾相遇，供给热分解所需的热量，再经连接管返回燃烧炉内，被加热后再返回热解炉。受热的垃圾在热分解炉内分解，生成的气体一部分作为热分解炉的流动化气体循环使用，一部分为产品。

双塔循环式的特点是：①热分解的气体系统内，不混入燃烧废气，提高了气体热值，热值为17000～18900kJ/Nm3；②炭燃烧需要的空气量少，向外排出废气少；③在流化床内温度均匀，可以避免局部过热；④由于燃烧温度低产生的N 已少，特别适于处理含热塑性材料多的垃圾热解。

③纯氧高温热分解法

垃圾由炉顶加入并在炉内缓慢下移。纯氧从炉底送入首先到达燃烧区，参与垃圾燃烧。垃圾燃烧产生的高温烟气与向下移动的垃圾在炉体中部相互作用，有机物在还原状态下发生热解。热解气向上运动穿过上部垃圾层并使其干燥。{zh1}，烟气离开热解炉到净化系统处理回收。产生的气体主要有CO、CO2、H2，约占烟气量的90%。此外，还有玻璃、金属等熔融体。根据实验表明，产生的气体组分为CO47%，H233%, CO214%，CH44%，低发热值为1.1×104kg/Nm3，每吨垃圾所得热量为7.3×106kJ，产生气体量为0. 7t，熔融玻璃、金属0.22t，消耗纯氧量为0.2t/t垃圾。

该法的特点是不需前处理，流程简单。有机物几乎全部分解，分解温度高达1650℃。由于不是供应空气而是采用纯氧，故NOx产生量极少。主要问题是能否提供廉价的纯氧。

二.、农业固体废物的热解

农业固体废物中存在大量的脂肪，蛋白质，淀粉和纤维素，也可以经过热解而得到燃料油与燃料气。早在50 年代，我国就从农业的废玉米芯中提取糠醛，作为化工原料。我国农机科学院设计的小型热解气化炉，可用于部分农业固体废物的热解。

三、 污泥的热解

污泥与干燥过的一部分污泥在搅拌器中混合进入干燥器中干燥，然后送入热解炉。从干燥器出来的气体在冷水塔中经冷却凝缩去水后可作为燃烧气在燃烧室中使用。热解产生的气体经冷却后可回收油品或热量。

【课时安排】

第八章 生化降解固体废物的处理与利用

{dy}节 好氧生物降解制堆肥 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：堆肥化、高温堆肥、一次发酵、腐熟度、二次发酵

2、堆肥的基本原理

3、堆肥工艺流程

4、堆肥的影响因素

5、堆肥的腐熟度评价方法

【教学难点】

1、堆肥的影响因素

2、堆肥的腐熟度评价方法

【教学目标】

1. 了解堆肥的基本原理、工艺流程

2、 掌握堆肥的影响因素、腐熟度评价方法

【教学内容】

第八章 生化降解固体废物的处理与利用

{dy}节 好氧生物降解制堆肥

一、堆肥化的概念及其发展历史

堆肥化的概念:堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N 比和通风条

件下通过微生物的发酵作用，将有机物转变为肥料的过程。在这种堆肥化过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，对环境尤其土壤环境不构成危害，而把堆肥化的产物称为堆肥。

二、堆肥的基本原理

1、堆肥的基本原理

有机固体废物是堆肥微生物赖以生存、繁殖的物质条件，由于微生物生活时有的需要氧气，有的不需要氧气，因此，根据处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，有机废物处理可分为好氧堆肥法 (高温堆肥)和厌氧堆肥法两种。前者是在通气条件下借好氧性微生物活动便有机物得到降解，由于好氧堆肥温度一般在50-60℃，极限可达80-90℃，故亦称为高温堆肥。后者是利用微生物发酵造肥。

（1）高温堆肥（好氧）

好氧堆肥是在无氧条件下，借好氧微生物（主要好xxx）的作用来进行的。

（2）厌氧堆肥

厌氧堆肥是在无氧条件下，借厌氧微生物（主要是xxx）的作用来进行的。

三、堆肥工艺流程

堆肥工艺程序：现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺，它通常由前处

理、主发酵(一次发酵)、后发酵 (二次发酵)、后处理及贮藏等工序组成。

1．前处理

在以家畜粪尿、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务是调整水分和C/N比，或者添加菌种和酶。但以城市生活垃圾为堆肥原料时，由于垃圾中含有大块的和非堆肥物质，因此有破碎和分选前处理工艺。通过破碎和分选，去除非堆肥物质，调整垃圾的粒径。

2．主发酵

主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻推或强制通风向堆积层或发酵装置内供给氧气。在露天堆肥或发酵装置内堆肥时，由于原料和土壤中存在的微生物作用而开始发酵。首先是易分解物质分解，产生CO2和H2O，同时产生热量，使堆温上升，这些微生物吸取有机物的碳氮营养成分。在xx自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。

3．后发酵

经过主发酵的半成品被送到后发酵工序，将主发酵工序尚未分解的易分解有机物和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到xx成熟的堆肥制品。一般把物料堆积到1~2m高，进行后发酵，并要有防止雨水流人的装置。有的场合还需要翻堆和通风，通常不进行通风，而是每周进行一次翻堆。

4．后处理

经过两次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变形，数量减少了。然而，城市生活垃圾堆肥时，在预分选工序没有去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等物依然存在。因此，还需要经过一道分选工序，去除杂物，并根据需要进行再破碎(如生产精制堆肥)。

5．脱臭

部分堆肥工艺和堆肥物在堆制过程和结束后，会产生臭味，必须进行脱臭处理。去除臭气的方法主要有化学除臭剂除臭，碱水和水溶液过滤，熟堆肥或活性炭、沸石等吸附剂过滤。在露天堆肥时，可在堆肥表面覆盖熟堆肥，以防止臭气逸散。较为多用的除臭装置是堆肥过滤器，当臭气通过该装置，恶臭成分被堆肥(熟化后的)吸附，进而被其中好氧微生物分解而脱臭，也可用特种土壤代替堆肥使用，这种过滤器叫土壤脱臭过滤器。

6．贮存

堆肥一般在春秋两季使用，在夏冬就必须积存，所以要建立贮存六个月生产量的设备。贮存方式可直接堆存在发酵池中或袋装，要求干燥而透气，闭气和受潮会影响制品的质量。

四、堆肥的影响因素

影响堆肥的因素很多，归纳起来主要有下面几方面。

1．有机质含量

对于快速高温机械化堆肥而言，首要的是热量和温度间的平衡问题。有机质含量低的物质发酵过程中所产生的热将不足以维持堆肥所需要的温度，并且产生的堆肥由于肥效低而影响销路，但过高的有机物含量又将给通风供氧带来影响，从而产生厌氧和发臭。研究表明，堆肥中合适的有机物含量约为20%~80%之间。

2．水分

水分为微生物生长所必需，在堆肥过程中，按重量计，50%~60%的含水率最有利于微生物分解，水分超过70%，湿度难以上升，分解速度明显降低。

3．温度

对堆肥而言，温度是堆肥得以顺利进行的重要因素，温度的作用主要是影响微生物的生长，一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，现在的快速、高温、好氧堆肥正是利用了这一点。

4．碳氮比

C/N比与堆肥温度有关，原料C/N比高，碳素多，氮素养料相对缺乏，xx和其他微生物的发展受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。如果碳氮比例高，容易导致成品堆肥的碳氮比过高，这样堆肥施人土壤后，将夺取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饥饿”状态，会影响作物生长。若碳氮比低于20:1，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则氮将变成铵态氮而挥发，导致氮元素大量损失而降低肥效。

5．C/P

磷是磷酸和细胞核的重要组成元素，也是生物能ATP的重要组成成分，一般要求堆肥料的C/P在75~150 为宜。

6．pH值

一般微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。pH 值是一个可以对微生物环境作估价的参数，在整个堆肥过程中，pH 值随时间和温度的变化而变化。在堆肥初始阶段，由于有机酸的生成，pH 值下降(可降至5.0)，然后上升至8~8.5 左右，如果废物堆肥成厌氧状态，则pH值继续下降。此外，pH值也会影响氮的损失，因pH值在7.0时，氮以氨气的形式逸人大气。

五、堆肥的工艺参数和质量标准

1．堆肥工艺参数

堆肥工艺参数包括一次发酵和二次发酵工艺参数。

(1)一次发酵主要参数 含水率：45%-60%；C/N比：25/1-35/1；温度：55-65℃；周期：3-10d。

(2)二次发酵工艺参数 含水率<40%；温度<40℃；周期<30-40d

2．堆肥质量标准

(1)一次发酵终止指标 无恶臭；容积减量25%-30%；水分去除率10%；C/N比：15/1~20/1。

(2)二次发酵终止指标 堆肥充分腐熟；含水率<35%；C/N比：<20/1；堆肥粒度<l0mm。

五、堆肥质量

1、腐熟度：成品堆肥的稳定程度。工程上，它是衡量堆肥反应完成的信号；在农业上，它是堆肥质量的指标。

2、腐熟度评定方法：

（1）直观经验法：成品堆肥显棕色或暗灰色，并具有霉臭的土壤气味，无明显的纤维。采用此法许定堆肥质量，比较简便，但过于“粗糙”，且因人的感觉而异，缺乏统一尺寸。

（2）淀粉测试法：将堆肥样品加入高氯酸溶液，搅拌，过滤，用碘液检验滤液，如果变黄，略有沉淀物，表明堆肥已经稳定；如果呈现蓝色，表明堆肥为腐熟。此法简便，适用现场检测用。但由于堆肥原料中淀粉含量一般不多，生活垃圾中只有2－6％，被检定的也仅是物料中可腐部分中的一部分，不足以充分反映堆肥的腐熟程度。

（3）耗氧速率法：利用气体采集枪和微型吸气泵将堆层中的气体抽吸到O2/CO2测定仪，通过仪器显示堆层O2或CO2浓度在单位时间内的变化值，以评定堆肥发酵程度和腐熟程度。此法符合卫生学原理，具有良好的稳定性，专一性和可靠性，不受原料组分的影响，易于在工程上应用。

【课时安排】

第八章 生化降解固体废物的处理与利用

第二节 厌氧发酵制沼气 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：厌氧发酵

2、厌氧发酵工艺的原理

3、厌氧发酵工艺控制条件

4、水压式沼气池设计

5、填埋气的利用

【教学难点】

水压式沼气池设计

【教学目标】

1. 厌氧发酵工艺的原理及工艺控制条件

2、 掌握水压式沼气池的设计

【教学内容】

第二节 厌氧发酵制沼气

一、概述

厌氧发酵工艺：厌氧发酵也称沼气发酵或甲烷发酵，是指有机物在厌氧xx作用下转化为甲烷的过程。

沼气是有机物在厌氧条件下经厌氧xx的分解作用产生的以甲烷为主的可燃性气体。利用固体废物的厌氧发酵生产沼气的方法有两种：一是有机固体废物的卫生填埋，自然发酵产生沼气。如城市垃圾的卫生填埋，有机物分解过程中产生的气体含甲烷45%～60%，含二氧化碳35%～50%，还有少量的碳氢化合物和少量硫化氢。可把这部分气体收集、净化、回收利用。如美国在1985年已有44个填埋场地，其中23 个对这些气体加以回收，生产可燃气体，21 个则直接用于发电。另一种方法是农业废物沼气化。我国从1958 年开始在农村生产和利用沼气。由于这种方法简便易行，便于推广，因此在我国发展较快。如广州市效区鹤岗村发展猪舍与沼气相结合的低压沼气池，农民利用收集的城市厨房垃圾作饲料喂生猪，猪粪尿注入沼气池制取沼气，沼气作燃料，滤液用来养鱼，沼气渣用作农田肥料，成为一个多功能典型生态农场。农业废物沼气化是处理垃圾、粪便、农业废物的有效途径。

二、厌氧发酵工艺的原理与控制条件

1. 厌氧发酵工艺的原理

有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段。每一阶段都有独特的微生物类群起作用。在液化阶段，发酵菌（包括纤维分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌）利用细胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后，xx再吸收可溶于水的物质，并将其降解成不同产物。在产酸阶段，醋酸分解菌把前一段产生的中间产物丙酸、丁酸、醇类等进一步分解成醋酸和氢气。在产甲烷阶段，甲烷菌利用H2/CO2、醋酸及甲醇、甲酸、甲胺等碳类化合物为基质，将其转化成甲烷、二氧化碳等气体 。

2. 工艺控制条件

（１）原料的配比 （2）温度（3）pH 值 （4）搅拌

3. 计算1：有1000kg猪粪,从中称取10g猪粪样品的总固体（1.95 g）在550±20℃灼烧至恒重后的重量为0.39g，求猪粪原料总固体中挥发性固体的百分含量。

解：=

猪粪原料的挥发性固体的百分含量为：

猪粪原料中所含挥发性固体总量为：

计算2：用新鲜人粪尿各1000kg，搭配成碳氮比为25∶1的混合沼气发酵原料，需加多少落叶？

解：设落叶为X1kg，落叶中C1为41%，N1为1%；人粪中C2为2.5%，N2为0.85；人尿中C3为0.4%,N3为0.93

则：

计算3：人粪100kg，含总固体量20%；猪粪100kg，含总固体量20%；稻草98.9kg，含总固体量90%。将其配制成总固体含量为6%的发酵料浆，需加多少水（W）？

解：根据式有

三、沼气池结构类型

1.（1）水压式沼气池

（2）浮罩式沼气池

2. 水压式沼气池设计

已知某圆形发酵间容积为10m3,使用合理尺寸确定f1、f2、D、R、H的大小。

解：将f1= D/5，f2= D/8，H= D/2.5，R = D/2分别代入式（1）、(2)、(3)后进行整理，

V1=π/6×f1 （3 R2 + f1） （1）

V2=π/6×f2 （3 R 2+ f2） （2）

V3=πR 2H （3）

得V1=π/6×D/5[3（ D/2）2+（ D/5）2]=0.0827 D 3

V2=π/6×D/8[3（ D/2）2+（ D/8）2]=0.0501 D 3

V3=π（ D/2）2×D/2.5=0.3142 D 3

V=V1+V2+V3=0.0827 D 3+0.0501 D 3+0.3142 D 3=0.4470 D 3

即D 3= V/0.4470

故 D= （V/0.4470）-3=（10/0.4470）-3=2.818(m)

f1= D/5=0.564(m)

f2= D/8=0.352(m)

H= D/2.5=1.127(m)

R = D/2=1.409(m)

四、填埋气的利用

1、垃圾沼气燃烧供热／发电就地利用沼气燃烧供热或发电是应用最广的办法。沼气的净化也可以采用较低水平的处理，其方法为将填埋气经过一系列冷却器、分离器和过滤器使气体净化，得到的沼气甲烷浓度达40%以上，然后再送至锅炉燃烧。这种方法得到的沼气是低热值燃料，如果增加吸吸附净化法，还可得到高热值沼气燃料。主要用在为填埋场和附近居民供热，还可用于发电厂锅炉和工业窑炉做燃

料，如制砖窑。垃圾沼气发电目前在美国应用较多，全美国有150 多个沼气发电厂。沼气发电的形式有内燃机发电、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电几种形式。内燃机发电因为其空气污染低，操作方便，是费用效益较高的技术，它适用性强，便于开启关闭，投资较省，应用较广，发电量可在30~2000kW 范围。但内燃机易被燃气腐蚀，应加强对腐蚀性气体的除去。美国{zd0}的来及沼气发电厂有50多台内燃发电机，平均每个垃圾场有5台内燃发电机。垃圾沼气发电过程一般如下：填埋气（LFG）自垃圾填埋场收集系统收集后（浅表LFG 因热值较低应单独收集，送去火炬系统燃烧，深层LFG则被进人发电系统），经鼓风机加压，通过滤膜过滤除去大于5-10um的颗粒，再经冷凝器、分离器去除其所含水分，然后进入内燃发电机燃烧发电。发出的电部分自用（一般10%），其余可升压进入电网输出。采用垃圾沼气(LFG)发电技术成熟，一百吨垃圾产生的垃圾沼气（LFG）可发电1000kW。LFG 发电应注意沼气中所含有的一些杂质，如硫化物、硅氧烷等，因其会产生腐蚀或破坏催化剂，故应先对其进行预处理，一般控制进入内燃发电机的燃气中的S应在10～200×10-6，此外还要注意气体输送管及阀门的堵塞问题，应备用一套发电系统以便维修。润滑油也需要更换。一般认为，采用内燃机发电，需维护费0.01～0.015美元/kW·h。良好的管理可保证发电机正常运行，每年发电时间可达90%。

2、垃圾沼气作民用燃料

垃圾沼气作民用燃料必须将甲烷的浓度提高到98%以上，不仅要除去气中的二氧化碳， 还要除去其中的其它有害的有机挥发物。

沼气毕竟是从垃圾中产生的，可能会存在一些尚未被人们认识到的有毒、有害物质。特别是垃圾如没有经过分类、分捡，有毒有害物质（如漆油、废弃的日光灯电他等等）进入生活垃圾的可能性更大。极有可能进人沼气，做民用燃料易对人造成污染，另外沼气燃料有一定的气味，令人不快。因此，不主张直接做民用燃料使用。况且沼气需净化至天然气质量，意味CH4 含量要由4%提纯至98%以上，如此高的净化效率只有膜分离方能达到。这种净化方法是处理成本{zg}的，直接影响其经济效益因此，做为城市民用燃料可行性有待继续寻求技术、经济的评估。

3、垃圾沼气作汽车燃料

鉴于垃圾沼气(LFG)净化处理作汽车燃料，其尾气排放的污染大大减轻，具有显著环境效益；且成本不高，经济效益显著，美国已开发了采用垃圾沼气代替汽油作汽车燃料的工艺。其工艺技术是垃圾沼气的净化处理，除去气体中的CO2, H2S,使甲烷浓度由40%～45%，提高到80%以上；然后，将净化气加压至25MPa，压入高压贮罐作汽车加气用。Los Angeles 卫生局等筹建的由LFG 制取汽车清洁燃料示范工程于1993建成。该工程规模为250Nft3/s，约1000m3/d。

【课时安排】

第九章 煤系固体废物的处理与利用

{dy}节 粉煤灰 （共2学时）

【掌握内容】

1、 基本概念：粉煤灰、低钙粉煤灰、高钙粉煤灰、火山灰活性

2、.粉煤灰的性质

3、粉煤灰活性评定方法

4、粉煤灰的利用

【教学难点】

粉煤灰的性质

【教学目标】

1. 了解粉煤灰的性质

2、 掌握粉煤灰活性评定方法

【教学内容】

第九章 煤系固体废物的处理与利用

{dy}节 粉煤灰

燃烧煤的发电厂每年排出大量由煤的灰分形成的各种煤灰渣—粉煤灰、炉渣。从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰称为粉煤灰，由炉底排出的部分废渣称炉渣。电厂煤粉锅炉中排出的粉煤灰占整个煤灰渣量的绝大部分。粉煤灰和炉渣除某些物理特征有所差别外，其他性质（如化学性质）并无本质上的不同。

一、粉煤灰概述

1.粉煤灰的分类

粉煤灰按收集、排放和综合利用的需要分为：湿灰、干灰、调湿灰、脱水灰和细灰等。湿灰是经文丘里等湿式除尘器收集的粉煤灰或经电除尘器等干式除尘器收集，用水力排放的、水分大于30％的粉煤灰。干灰是经旋风、多管、布袋、电除尘器等收集的，水粉小于1％的粉煤灰。调湿灰是干灰经喷水调整湿度，含水量在10％-20％的调湿粉煤灰。经浓缩池沉淀，真空脱水或凉干的湿灰，水分小于30 写为脱水灰。经电除尘器收集的第二电场和二电场以上的为细粉煤灰。粉煤灰根据其化学成分又可分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰（一般氧化钙含量在20％以上者称为高钙粉煤灰）。当燃料用烟煤和无烟煤时，从煤粉燃烧炉烟气中收集的灰分多为低钙粉煤灰；当燃料用次烟煤和褐煤时所得多为高钙粉煤灰。

2.粉煤灰的性质

粉煤灰的物理化学性质取决于煤的品种、煤粉的细度、燃烧方式和温度、粉煤灰的收集和排灰方法。

（1）物理性质

粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。它是一种具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。其主要物理性质如下：粉煤灰密度一般为2～2.3g/cm3，松散干容积密度为550～950kg/cm3，孔隙率一般为60％～70％，细度一般为4900孔/cm3，筛余量30％～20％，比表面积为3000cm2/g以上。

(2)化学成分

粉煤灰的化学成分与粘土质相似，其中以二氧化硅及三氧化二铝的含量占大多数，其余为少量三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾及三氧化硫等。

(3)含碳量

大中型电厂粉煤灰含碳量少于8％的占68％。

(4)粉煤灰的矿物组成

粉煤灰由多种结构和形态的微粒组成，其中大多数是玻璃体，含量占50％以上，还含有少量不透明，形状不规则的黑色碳粒，大体上可分为球形粒子、多孔粒子和不规划粒子三种。粉煤灰中的晶体矿物有莫来石、石英、硅酸二钙、硅长石、 方解石等。

氧化钙含量高的粉煤灰中还含有硅酸二钙、游离氧化钙、铝方柱石、三铝酸五钙等矿物。

二、粉煤灰的活性

1 火山灰活性：指粉煤灰类物质具有的性质 1其成分以SiO2和Al2O3为主（75—85%）；2其本身无水硬性；3在潮湿环境中能与Ca(OH)2等发生反应，生成水化产物—凝胶；4上述水化产物不论在空气中，还是在水中都能硬化产生明显的强度。

2 粉煤灰活性评定方法：1石灰吸收法；2溶出度试验法；3砂浆强度试验法。

三、粉煤灰在建材方面的利用

1．生产粉煤灰砖

粉煤灰砖是以粉煤灰为原料，掺入一定比例的骨料、石灰、石膏配料，加水搅拌，压制成型，经过养护或焙烧而成。根据砖的配料及工艺，粉煤灰砖分蒸养粉煤灰砖、烧结粉煤灰砖、碳化粉煤灰砖、泡沫粉煤灰砖等。

（1）蒸养粉煤灰砖

（2）烧结粉煤灰砖

（3）碳化粉煤灰砖

（4）蒸养粉煤灰保温砖

2．生产粉煤灰水泥

由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、加入适量石膏磨细制成的水硬胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥。粉煤灰水泥生产工艺和技术装备与生产普通硅酸盐水泥大体一样，无特殊工艺技术要求。但要注意配料方案的调整，严格控制各种原料的掺入量，以保证出磨生料化学成分符合要求。水泥中粉煤灰的掺入量按质量百分比计为20％～40％，也允许掺入不超过混合材粒化高炉渣，此时混合材料可达50％，但粉煤灰质量不得少于20％或超过40％。粉煤灰的掺入量，通常与水泥熟

料的质量、粉煤灰活性和要求生产的水泥标号等因素有关。粉煤灰硅酸盐水泥的优点是：对硫酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较强；水化热低；干缩性较小，抗拉强度高，抗裂性好；耐热性好；后期强度增进率较大。缺点是：早期强度较低；抗冻

性较差；抗碳化性能较差。粉煤灰水泥可用于工业及民用建筑，用来生产预制楼板、建造梁、基础，修筑地面等；还可用于水利工程。

三、粉煤灰的改土与增产作用

1. 粉煤灰的孔度与土壤性能的关系

作物生长的土壤需有一定的孔度，而适合植物根部正常呼吸作用的土壤孔度下限量是12～15％。低于此值，将导致作物减产。粉煤灰中的硅酸盐矿物和炭粒具有多孔性，是土壤本身的硅酸盐类矿物所不具备的。此外，粉煤灰粒子之间的孔度，一般也大于粘结了的土壤的孔度。粉煤灰施人土壤，除其粒子中、粒子间的孔隙外，粉煤灰同土壤粒子还可以连成无数“羊肠小道”，为植物根吸收提供新的途径，构成输送营养物质的交通网络。粉煤灰粒子内部的孔隙则可作为气体、水分和营养物质的“储存库”。植物生长过程所需要的营养物质，主要是通过根部从土城币

获得，并且是以水溶液的形式提供的。土壤中溶液的含量及其扩散运动都与土壤内部各个粒子之间或粒子内部孔隙的毛细管半径有关。毛细管半径越小，吸引溶液或水分的力越大，反之亦然。这种作用，使土壤含湿量得到调节。如果将粉煤灰施人土壤，能进一步改善土壤的这种毛细管作用和溶液在土壤内的扩散情况，从而调节了土壤的含湿量，有利于植物根部加速对营养物质的吸收和分泌物的排出，促进植物正常生长。

2. 施灰对土壤机械组成的影响

粘质土壤惨入粉煤灰，可变得疏松，粘粒减少，砂粒增加。盐碱土掺人粉煤灰，除变得疏松外，还可起到抑碱作用。例如某盐碱土壤，春播前容重为1.26，每亩施粉煤灰2×104kg，秋后容重降到1.01,与肥沃土壤容重相近。

3. 粉煤灰对土层温度的影响

粉煤灰所具有的灰黑色利于其吸收热量，施入土壤，一般可使上层提高温度1~2℃。据报导，每亩施灰1250kg，地表温度16℃，每亩施灰5×103kg，地表温度17℃。土层温度提高，有利于微生物活动、养分转化和种子萌发。

4. 粉煤灰的增产作用

一些试验和生产实践表明，不同土壤合理施用符合农用标准的粉煤灰都有增产作用。一般以亩施5×104kg 增产效果较好。不过，砂质土壤施灰，增产不明显，生荒地施灰增产明显，粘土地增产最明显。作物品种不同，增产效果不同：蔬菜增产效果{zh0}，粮食作物增产比较好，其他经济作物也有增产作用，但不十分稳定。

四、粉煤灰肥料

1. 粉煤灰硅钾肥

以粉煤灰作硅源，配加一定比例的氢氧化钾，在700~800℃锻烧，可制备粉煤灰硅钾肥（K2SiO3）。此种肥料，含有作物生长枸溶性酸中。植物根部恰恰能分泌出枸溶酸，可以使K2SiO3溶解供植物在较长时间内均衡地吸收，因而吸收率比较高。

2. 粉煤硅钙钾肥

利用电厂旋风炉，在煤粉中掺入一部分钾盐，可以一步生产出适于水稻生长需要的粉煤灰硅钙钾肥。此种肥料能明显地增强水稻抗病、抗旱、抗倒伏性能，有利于提高稻谷品质，缩短成熟期，增产效果一般为10％左右。

3. 粉煤灰磁化肥

以粉煤灰为原料，按不同作物和上壤的需要，配加一定比例的N、P、K 成分，在强滋场内处理，可以制得粉煤灰磁化肥。此种肥料具有调节生物生长的磁性，能够刺激作物生长、活化土壤并改善其结构，因而获得作物增产。其施用量不大，一般等同于普通商品化肥。

4．粉煤灰磷肥

利用电厂旋风炉，在煤粉中掺入一定比例的磷灰石粉，经过高温锻烧和急冷处理，{zh1}再经粉碎，可制得粉煤灰磷肥。此种肥料的主要营养成分为Ca4P2O9，也具有拘溶性。其中除含有硅、钙、磷、钾外，还含有植物生长所需的微量元素，对作物、蔬菜、食用菌类都有增产效果。

【课时安排】

第九章 煤系固体废物的处理与利用

第二节 煤矸石 （共2学时）

【掌握内容】

1、煤矸石的分类

2、.煤研石的性质

3、煤矸石在受热过程中的变化

4、煤矸石的利用

【教学难点】

煤矸石在受热过程中的变化

【教学目标】

1. 了解煤研石的性质

2、 掌握煤矸石在受热过程中的变化

3、 了解煤矸石的利用

【教学内容】

第二节、煤矸石

一、煤矸石的分类

煤矸石按其产生过程分为四类：①洗煤厂产生的洗矸；②采煤过程产生的原矸；③人工挑选的拣矸；①堆积在大气中经过自燃的红矸，其热值很低，但具有一定的活性。煤矸石根据其岩石组成又可分为：粘土岩研石、砂岩研石和石灰岩研石，其中以粘土岩研石数量最多，这类煤研石呈黑褐色，层状结构，易粉碎。

二、煤研石的性质

1、化学成分

煤研石的主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、三氧化硫等，此外还含有铀、社等放射性元素和其他一些稀有元素。

2、煤研石的矿物组成

煤研石与煤系地层共生，是多种矿岩组成的混合物，属沉积岩。煤砰石的岩石种类主要有粘上岩类、砂岩类、碳酸盐类、铝质岩类。粘土岩中主要矿物组成为粘土矿物，其次为石英、长石、云母和黄铁矿、碳酸盐等自生矿物。此外，还含有丰富的植物化石、有机质、碳质等。砂岩类矿物多为石英、长石、云母、植物化石和菱铁矿等；碳酸盐类矿物主要成分为方解石、白云石、菱铁矿等；铝质岩类均含有高铝矿物：三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石，此外，还常常含有石英、褐铁矿、白云母、方解石等矿物。

3、煤研石处理利用概况

煤研石是一种低热值能源和建材资源，可以用来代替燃料及生产建材产品。利用煤矸石可以生产砖、瓦、水泥、轻骨料，也可以用来生产空心砌块和预制构件，还可以用于填坑造地及作路基材料。

4、矸石在建材方面的应用

（1）生产煤矸石砖

（2）生产水泥

（3）生产空心气块

（３）生产轻骨料

三、煤矸石在受热过程中的变化

自燃温度比较高，燃烧比较充分，矿物中便不再有高岭石，水云母存在，而主要是一些性质稳定的晶体：石英，赤铁矿，莫来石等。但一般自然温度都偏低，部分矸石燃烧不xx，矿物中还残存有高岭石，水云母，并有少量赤铁矿。不过作为主要矿物组分的高岭石，水云母，已大部由于失去结晶水而晶格破坏，形成了玻璃体类物质。

四、矸石生产结晶氯化铝

煤矸石中含有大量的硅、铝成分，可以用来生产建筑材料，用来生产硅、铝材料。还可以利用煤矸石生产结晶氯化铝、聚合铝、铝铵矾、三氧化二铝等多种化工产品。

1．结晶氯化铝生产工艺结晶氯化铝是以煤矸石为主要原料，经焙烧、酸浸、浓缩、脱水制成的。

（1）焙烧

（2）酸浸

（3）渣液分离

（4）浓缩与结晶

2．主要设备

利用煤矸石生产结晶氯化铝的主要设备有：

（1）焙烧炉

（2）反应罐

（3）洗涤塔

（4）酸贮罐

（5）沉降分离池

（6）浓缩罐

3．结晶氯化铝的用途

结晶氯化铝有许多用途，它是一种净水剂，性能比明矾要好，用量仅为明矾的60%；它可以用来代替硫酸铝作造纸的施胶剂；也可以用来代替铸造中用的氯化胺等。聚合氯化铝是铝离子水解和缩聚反应的中间产物，它是在生产氢氧化铝沉淀物前形成的具有一定聚合度和电荷的可溶性铝化合物。它是一种新型高分子混凝剂，同一般铝盐相比，它具有用量少，效率高等优点，因此，被广泛用于饮用水和污水处理上。它还在陶瓷型精密铸造中代替硅酸己酷使用。用煤矸石生产聚合氯化铝，则是以煤矸石和盐酸为原料，首先生产结晶氯化铝，然后再将其热解、聚合制成的。其制造工艺如下。

1.用煤矸石生产结晶氯化铝方法同前所述。

2.结晶氯化铝热解制备聚合氯化铝单体。结晶氯化铝在沸腾热解炉中，在热风的作用下，激烈悬浮翻腾，发生分解，生成水、氯化氢气体和碱式氯化铝，也就是聚合氯化铝的单体。

3.氯化铝单体的聚合

结晶氯化铝热解生成碱式氯化铝，然后向单体内加入适量的水，使其搅拌溶解，在短时间内固化形成树脂状的聚合氯化铝。

4.气体的洗涤与吸收

沸腾热解炉产生的气体，含有大量氯化氢，送到吸收工程，过水洗装置回收盐酸，尾气处理后排放。

生产聚合氯化铝的主要设备是沸腾热解炉，一般用热风沸腾炉。由于热风沸腾炉的热风量容易调节，便于结晶氯化铝热解条件的控制。

聚合氯化铝是我国近年来发展起来的新型化工产品。利用煤矸石作原料为其生产来源开辟了新路，同时吃掉了大量煤矸石，减轻了污染。

【课时安排】

第十章 冶金与化工典型固体废物的处理与利用

{dy}节 高炉渣

第二节 钢渣 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：高炉渣碱度、水渣、膨珠、平炉钢渣、转炉钢渣、电炉钢渣

2、高炉矿渣的化学成分

3、高炉渣的处理加工

4、 高炉渣在建材方面的应用

5、 钢渣的化学成分和矿物组成

6、 钢渣的处理加工

【教学难点】

1、高炉渣的处理加工

2、钢渣的处理加工

【教学目标】

1、了解高炉矿渣、钢渣的化学成分

2、掌握高炉渣、钢渣的处理加工

3、了解高炉渣及钢渣的利用

【教学内容】

第十章 冶金与化工典型固体废物的处理与利用

{dy}节 高炉渣

利用工业固体废物生产建筑材料是解决建材资源短缺的一条有效途径，这对保护环境和加速经济建设具有十分重要的意义。利用工业固体废物生产建材的优点是：①原材料省，②耗能低。③综合利用产品的品种多，可满足多方面的需要。④综合利用的产品数量大，可满足市场的部分需要。⑤环境效益高，可{zd0}限度地减少需处置的固体废物数量，在生产过程中，一般不产生二次污染。

工业废渣作建筑材料是综合利用工业废渣数量{zd0}、种类最多、历史较久的领域。其中，利用较多的有高炉渣、钢渣、粉煤灰、煤研石和其他废渣等。生产品种包括水泥、骨料、砖、玻璃、铸石、石棉和陶瓷等。我国对冶金工业和煤炭工业所产生的固体废物研究较多，如高炉渣的应用已有几十年的历史，在生产建筑材料方面取得了一定的成就，积累了宝贵的经验。

一、高炉渣的分类

（1）铸造生铁矿渣

（2）炼钢生铁矿渣

（3）特种生铁矿渣

二、高炉矿渣的化学成分

高炉渣中主要的化学成分是二氧化硅(Si02)、三氧化二铝(AIA)、氧化钙(CaO)、氧化镁（Mg0）、氧化锰(MnO)、氧化铁(FeO)和硫(S)等。此外有些矿渣还含有微量的氧化钦(Ti02),氧化钒(V205),氧化钠(Na2O),氧化钡(BaO)、五氧化二磷(P205)、三氧化二铬(Cr203)等。在高炉渣中，氧化钙(CaO)、二氧化硅(Si02 )、三氧化二铝(A1203 )占90％（质量百分数）以上。

高炉渣碱度：是指矿渣主要成分中的碱性氧化物和酸性氧化物的含量比。

三、高炉渣的处理加工

在利用高炉渣之前，需要进行加工处理。其用途不同，加工处理的方法也不同。我国通常是把高炉渣加工成水淬渣、矿渣碎石、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠等形式加以利用。

1、高炉矿渣水淬处理工艺

水淬法式我国高炉渣在利用之前加工处理的主要方法。主要采用的方法：池式水淬法，炉前水淬法。

水渣：是高炉熔渣在大量冷却水的作用下形成的海绵状浮石类物质。

2、矿渣碎石工艺

矿渣碎石式高炉熔渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较为致密的矿渣石后，再经过挖掘、破碎、磁选和筛分而等到的一种碎石材料。主要采用的方法：热泼法，堤式法。

重矿渣开裂原因：重矿渣中有多晶型硅酸二钙和硫化物，游离石灰，当其含量较高时，会导致矿渣结构破坏。

3、膨胀矿渣和膨胀矿渣珠生产工艺

膨胀矿渣是适量冷却水急冷高炉熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣。主要采用的方法：喷射法，喷雾器堑沟法，滚筒法。膨胀渣珠的形成过程是热熔矿渣进入流槽后经喷水急冷，又经高速旋转的滚筒击碎、抛甩继续冷却，再这一过程中熔渣进行

膨胀，并冷却成珠。

四、高炉渣在建材方面的应用

1．水淬渣的用途

（1）生产矿渣水泥

（2）生产矿渣砖

（3）湿碾矿渣混凝土

2．矿渣碎石的用途

（1）矿渣碎石混凝土

（2）矿渣碎石在地基工程中的应用

（3）矿渣碎石在道路工程中的应用

（4）矿渣碎石在铁路道渣上的应用

3．膨胀矿渣及膨珠的用途

4．高炉渣的其他用途

（1）矿渣棉

（2）生产微晶玻璃

第二节 钢渣

钢渣是炼钢过程中产生的固体废物。炼钢的基本原理和炼铁相反，是以氧化的方法除去生铁中过多的碳素和杂质，氧和杂质作用生成的氧化物就是钢渣。

一、概述

1．钢渣的分类

根据冶炼方式不同，钢渣分为以下三类。

（1）平炉钢渣

（2）转炉钢渣

（3）电炉钢渣

2．钢渣的化学成分和矿物组成

（1）钢渣的化学成分

钢渣是由钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物所组成，有时还含有钒和钦等氧化物，其中钙、铁、硅氧化物占绝大部分。各种成分的含量依炉型、钢种不同而异，有时相差悬殊。以氧化钙为例，一般平炉熔化时的前期渣中含量20％左右，精炼和出钢时的渣中含量达40％以上；转炉渣中的含量常在50％左右；电炉钢渣中约含40％-50％。各种炼钢炉的钢渣化学成分见表5-6。

（2）钢渣的矿物组成

钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙(、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、游离石灰等，此外含磷多的钢渣中还含有纳盖斯密特石。钢渣的矿物组成主要决定于其化学成分，特别与其碱度有关。炼钢过程中需要不断加入石灰，随着石灰加入量增加，渣的矿物组成随之变化。炼钢初期，渣的主要成分为钙镁橄榄石，其中的镁可被铁和锰所代替。当碱度提高时，橄榄石吸收氧化钙变成蔷薇辉石。再进一步增加石灰含量，则生成硅酸二钙和硅酸三钙。

二、钢渣的处理加工

由于炼钢设备、工艺布置、造渣制度、钢渣物化性能的多样性及其利用伤得多种途径，决定了钢渣处理工艺上的多样化。

1．钢渣处理工艺

（1）冷弃法

（2）热泼法

（3）盘泼水冷

（4）钢渣水淬法

2．钢渣破碎加工

（三）钢渣在建材方面的利用

迄今，人们已开发了多种有关钢渣综合利用的途径，主要包括建筑材料、冶金材料和机械工业，交通及农业等各领域。钢渣在建材工业方面的利用非常广泛。

1．生产水泥

2．生产钢渣砖

3．钢渣代替碎石作骨料和路材

【课时安排】

第十章 冶金与化工典型固体废物的处理与利用

第三节 硫铁矿烧渣

第四节 铬渣 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：硫铁矿烧渣、氯化焙烧、中温氯化焙烧、高温氯化焙烧

2、硫铁矿烧渣的来源和组成

3、氯化焙烧工艺流程

4、铬渣的来源

5、铬渣治理途径

6、铬盐生产清洁化

【教学难点】

氯化焙烧工艺流程

【教学目标】

1、了解硫铁矿烧渣的来源和组成

2、掌握氯化焙烧工艺流程

3、了解铬渣治理途径

【教学内容】

第三节 硫铁矿烧渣

一、硫铁矿烧渣的来源和组成

硫铁矿烧渣是生产硫酸时焙烧硫铁矿产生的废渣。其组成主要是三氧化二铁和四氧化三铁，金属的硫酸盐、硅酸盐和氧化物。其成分随硫铁矿的组分和焙烧工艺而变。其中含有的有色金属有铜、铅、锌、金、银等。可以用氯化焙烧法回收有色金属，同时提高矿渣含铁品位，直接作为炼铁的原料。

二、 氯化焙烧的概念及分类

氯化焙烧是利用硫铁矿烧渣与氯化剂在一定温度下加热焙烧，使有用金属转变为气相或凝固相的金属氯化物而与其他组分分离。根据反应温度不同可分为中温氯化焙烧与高温氯化焙烧。中温氯化焙烧是指烧渣与氯化剂在500~600℃的温度下焙烧，使金属氯化物留在固相中用水或酸浸取，可溶性物质与渣分离，再从溶液中回收金属，故该法又称氯化溶出法。高温氯化焙烧是将烧渣与氯化剂造粒，然后在1000~1200℃下反应，使金属氯化物变成气体挥发出来，从而收集、分离，回收各种金属氯化物，故该法又叫氯化焙烧挥发法。

三、氯化焙烧工艺流程

1. 中温氯化焙烧法

该法历史较长、规模较大的是西德杜依斯堡炼钢厂，年处理能力为200万吨硫铁矿烧渣。硫铁矿烧渣加入8%~10%的NaCl,在10~11 层的多膛炉中焙烧，{zg}温度600~650℃，氯化焙烧4~5h,焙燃后的烧渣用50%~7%的稀硫酸浸出，浸出液中的铜、锌、钻、芒硝、镉、金和银分别回收，有用金属回收率为：Cu80%，Zn75%，Ag45%，Co50%。浸出渣含Fe61%~63%及部分PbSO4和AgCl，干燥后加煤混合，在烧结机上烧结4~5h，烧结块作为炼铁原料。

我国南京钢铁厂，采用高硫（7%~11%）低盐(4%~5%NaCl)配料，在沸腾炉内氯化焙烧含钻烧渣，焙烧温度(650±30)℃。焙烧后浸出率为：Co81.86%，Cu83. 4%，Ni60. 6%。中温氯化焙烧工艺比较成熟，流程简单，氯化剂价廉而来源广，操作易掌握。不足之处是浸出液处理大，有用金属Au、Ag、Pb的回收率不理想，浸出后的渣要经过焙烧才能用来炼铁，且需加入一定量的含硫原料促进NaCl 分解，在烧结过程中易造成SO2对环境的污染。近几年来，氯化焙烧的发展已偏重于高温氯化挥发焙烧。但对钴渣用中温氯化焙烧还是很合适的。因为氯化钴的挥发率较低。

2.氯化焙烧挥发法

(1)流程

高温氯化焙烧法以日本光和精矿法为典型代表。其流程为：硫铁矿烧渣经调湿机喷入温度为40%CaCl2 溶液与适量的水，使其含CaCl23%~4%，水10%~11%，通过定量给料装置混料皮带和混料仓进行混合，使物料成分一致CaC12分布均匀，水分波动小。经球磨后烧渣的粒度小于325 目的占86.4%以上。大于325 目的占13.6%，细粒在圆盘造粒机中制成粒度为10~15mm的圆球，在干燥带上用200~250 C热风干燥0.5h以上。干球团水分小于0.5%，干燥后的小球入回转窑中焙烧，窑长20~29m，内径2.4~3m，坡度为3.2%~3. 5%，燃料以煤气为主，在加热氯化区保持温度1000℃，加热固结区为1250 ℃，每吨球团耗热(138~167)×104kJ。

（2）氯化物挥发

氯化物的挥发主要决定于其蒸气压、挥发速度和回凝速度、金属蒸气分子聚合和络合物的热稳定性等，蒸气压大的易挥发，但挥发的分子也会产生冷凝又回到球团中。若有其他分子的存在也会影响挥发产物的扩散，热的传导对挥发速率也有影响。根据实验，各种金属氯化物的挥发速度有明显的{zd0}值，一般随温度的升高而增大。相同温度下ZnCl2挥发速度于PbC12和CuCl2。某些金属氯化物易与其他氯化物形成络合物，其蒸气压大于简单氯化物，如AuCl3常以聚合分子Au2Cl6的形式挥发，但若存在Fe2C16或Al2Cl6时则形成AuFeCls 或AuAlCls络合物，在332℃、Pcl2=66. 87kPa时AuFeCl6的蒸气压比Au2Cl6的大25倍，因此有利于Au的氯化挥发。换句话说，可以降低挥发温度。

(3)氯化物的捕集

高温氯化挥发的焙烧烟气除含有大量的N2,CO2,O2和水蒸气外，还含有少量的有用金属氯化物以及HCl、Cl2和SOx二等气体，后者虽不多，但有经济价值，应将其捕集回收，同时也有利于环境保护。

氯化挥发物烟尘很细，具有吸湿性，易溶于水，都采用湿法收集。常用的设备有冲击式收尘器或文丘里洗涤器以及无填料吸收塔，湍动吸收塔等。湿法收尘得到两种产物即收尘溶液及沉淀物（尘泥），Au、Ag、Pb都富集在沉淀物中，其他有色金属则主要进入收尘溶液。从收尘液中分别提取各种金属，常用的方法是中和水解法，一般得到的是金属的碱式盐。碱式盐的生成与pH 的范围有关。如pH

在2.2~2.7 时，生成2CuOHCI" xH2O；pH 为3.1~5.05 时生成2CuOHC1" 2Cu (OH)2" xH2O。

氯化挥发法是一种耗能大的工艺，降低能耗成为该技术发展的关键。光和法对炼铁球团焙烧采用废焦油，废氯烃溶剂作燃料，从而降低了能源费用。我国南京钢厂氯化球团车间也引进了光和法工艺和设备，已取得多年稳定运行的经验。

第四节 铬渣

一、铬渣污染和好莱坞电影

　　好莱坞明星朱莉亚·罗伯茨主演过一部xx环保影片———《xx妥协》，故事改编自1993年发生的一个真实事件。《xx妥协》说的是美国加州P.G.E电力公司使用六价铬作为防锈剂，其产生的工业废水毒害周围百姓，{zh1}被告上法庭。“P.G.E一案是美国直接诉讼历史上赔偿金额{zg}的一案。634人参与诉讼，共获赔3.33亿美元。其中，詹森一家———获赔500万美元。” “含六价铬的水被他们排放到这个池塘里。现在这个池塘是被掩盖着的，工作做得很草率，只要往下挖一英寸深，就可以看到地下绿色的泥浆。池塘的水底都要做防渗漏的措施，但是他们省略了这一步，结果是什么呢？14年来这些六价铬污染了地下水。”

“六价铬的法定允许{zg}水中含量是0.5毫克／升，而你查到的是每立方米58毫克／升，这很有可能就是詹森一家致癌的原因。”

二、铬渣的来源

　　六价铬来自铬盐行业。铬盐生产是随着工业化进程的发展，机械、军事、皮革以及其他相关产品的需求，促使铬化学工业由最初的零星作坊式的加工转而向规模化、工业化发展。

　　中国铬盐生产普遍采用有钙焙烧工艺技术（落后技术），每生产1吨产品，会产生2.5～3吨铬渣。因此，全国每年实际产生约75～90万吨含铬的新生有害废渣。

　　铬渣中因含有1～2％的铬酸钙（致癌物）和0.5～1％水溶性六价铬（剧毒物）而成为有毒废物。铬渣的处理历来被认为是我国铬盐行业最xx的问题，也是世界性的难题。到目前为止，还难以找到一个真正经济、有效、实用的技术。

　三、铬渣治理途径：

　　1、堆贮法。为防止铬渣流失和扩大铬污染，可采取渣堆地面防渗并加盖防水的堆贮方法，但必须做到上盖不漏雨水，底部不渗，渣中附液和淋浸液不外溢，才能保证防止铬污染的效果。

　　2、无害化处理。在铬渣中加入适量的还原剂，在一定加工条件下，可使以六价铬形式存在的铬酸钠、铬酸钙还原成无害的三价铬状态。

　　3、综合利用。铬渣经过去毒处理，可以综合利用。渣不经无害化处理，也可以直接作为工业材料的代用品，加工成产品，达到既xx六价铬的危害，又作为新材料资源得以充分利用。

　　四、铬盐生产清洁化

　　1、液相氧化工艺

　　中国科学院过程工程研究所承担的中国科学院“九五”重大课题“铬化工清洁生产工艺技术”，已于2002年7月取得试车运行成功，在河南义马建立1万吨／年大规模产业化示范工程，生产出合格产品，并通过了当地环保局的验收。作为中国重污染型工业应用绿色化更新换代集成技术的首次工业实施，在地方政府、行业和学术界引起了强烈反响。开发的低温亚熔盐液相氧化－反应／分离耦合强化－介质再生循环－资源全组分深度利用的铬化工清洁生产集成技术，实现了资源高效、洁净、循环利用，大幅度提高了资源、能源利用率，使铬回收率从75％提高到99％，反应温度从1200℃降低到300℃，能耗下降30％，并在中国首次实现铬化工生产的零排放，技术经济指标、环境指标达{sjlx}水平。

　2、　无钙焙烧工艺

　　天津化工研究设计院和冶钢集团黄石无机盐厂共同完成的科技攻关项目“无钙焙烧生产红矾钠新工艺”，被列为国家“九五”重点科技攻关计划。此技术解决了炉料结圈和提高铬氧化率技术关键，实现了湿磨浸取、带式过滤的连续化生产，为中国铬盐向规模化、现代化发展提供了技术保证，具有显著的社会效益和一定的经济效益，于2000年12月通过了科技部和石化局组织的鉴定和验收。该工艺主要特点：⑴以返渣作填料循环使用代替钙质填料，大幅度减少了排渣量，并使渣中六价铬含量不高于0.2％，使铬渣污染环境的问题得到有效控制；

　　⑵通过造粒技术，防止物料在回转窑内焙烧时发生偏析，保证物料在1100～1200℃焙烧时的流动性，使焙烧过程能够连续运转；

　　⑶添加促进剂，改善氧化环境，有利于铬氧化率提高，工业放大试验的氧化率可稳定在70％以上。

　　该工艺每生产一吨红矾钠排渣0.8吨，比有钙焙烧减少65％，铬渣含六价铬（以三氧化二铬计）在0.2％以下，比有钙法降低90％以上。由于无钙焙烧物料中不加白云石、石灰石两种钙质填料，铬渣中不含难处理的致癌物铬酸钙，易于彻底xx，经xx后的铬渣六价铬含量不高于5ppm，达到排放标准，符合国家清洁生产的要求。

　

【课时安排】

第十章 冶金与化工典型固体废物的处理与利用

第五节 赤泥

第六节 废石膏 （共2学时）

【掌握内容】

1、赤泥的来源

2、赤泥的性质

3、赤泥的利用

4、废石膏的来源

5、废石膏的利用

【教学难点】

1、赤泥的利用

2、废石膏的利用

【教学目标】

1、了解赤泥的来源和组成

2、掌握赤泥与废石膏的利用

3、了解废石膏的来源

【教学内容】

第五节 赤泥

一、赤泥的来源

生产1吨氧化铝约排出0.3—2吨赤泥。我国目前每年大约排放100多万吨赤泥，美国排放1000多万吨，全世界约排放2000万吨左右。

二、赤泥的性质

赤泥是钙、硅、铝、铁为主的氧化物，其矿物组成主要是硅酸二钙（2CaOSiO2）约占50—60％，其他有氧化铁（Fe2O3XH2O）、霞石、钠硅渣、含水铝酸三钙固熔体、方解石、钙钛矿和部分附着碱等。美、苏、日、西德等国对赤泥的利用都很重视。但没有工业规模的利用，大部分是在低洼地堆存，稍经干燥后倒入海中，这样既浪费了资源，还污染了环境。因为赤泥含碱，还会使堆场附近的土地碱化。

三、赤泥的利用

我国山东铝厂多年来利用赤泥生产水泥，年产达数十万吨。该厂生产三种水泥：一种是用赤泥作水泥生料的配料，生产普通硅酸盐水泥；一种是用赤泥作生料配料，生产特殊性能的油井水泥；一种是将赤泥与水泥熟料、石膏等共同磨制，生产赤泥硫酸盐水泥。

不少国家还研究从赤泥中回收碱、铝、铁、钛、镓、钒等金属。赤泥还可以作炼铁球团的粘接剂、炼钢助熔剂、制砖、砌块、烧制轻混凝土骨料，以及作气体吸收剂、净水剂、活性剂。还可以作橡胶填料、颜料、催化剂的填料等。

赤泥利用在技术上的困难是，赤泥很难沉降，易“摇溶”，即使看起来已经干了，稍受挤压水分就出来。赤泥坝易决口，尤其雨天危险更大。在干燥地区，赤泥细粉又易随风飞扬。另外在可耕地上设置面积足够大的赤泥堆场也有困难。近年来有的国家建造了一种新型的带有砂滤层的堆场，堆场的下部是排水管，排水管上部铺以大小不等的砂子，使堆场底部具有渗透性。这种堆场称为Deep、DREW系统。 据称赤泥在这种堆场上堆筑，其体积可较一般堆场减少1／4，通过排水及表层蒸发，使固体含量达50％。

第六节 废石膏

一、废石膏的来源

工业废石膏是指化工生产过程或废气处理过程中产生的以二水硫酸钙（Ca-SO4·19·H2O）为主要成分的工业性废渣，也称化学石膏。目前，我国的工业废石膏主要的磷石膏、氟石膏、钛石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、芒硝石膏和排烟脱硫石膏等几大类。工业废石膏数量大，含水量高，粒度细小，一般以泥浆或泥团形态排出，对环境污染严重，往往成为制约企业发展的重要因素之一，是企业颇感头疼的难题。

二、废石膏的利用

工业废石膏综合利用技术是以建筑石膏粉生产基础，把工业废石膏加工成为用作广泛的建筑石膏粉和模型石膏粉产品，xxxx对环境的污染，实现变废为宝及资源的综合利用，具有十分显著的经济效益和社会效益。

废石膏是化工生产过程中所形成的以石膏为主要成份的废渣，主要来自钛白粉、染料、树脂和制药等生产企业。经过工艺处理，它的力学性能、吸水率及膨胀性等均能满足用作道路路基填料的需要。 专家们认为：作为道路回填材料，它的强度优于二灰混合料，施工流动性好，其体积稳定性等可满足回填材料要求，且施工方便，特别适宜于作业面小的回填部位施工。同时，还可以解决化工行业废石膏渣的堆放与污染，具有广阔的应用前景。 上海每年产生５万吨～１０万吨废石膏，可生产１２．５万吨～２５万吨回填材料，与粉煤灰回填材料相比，每吨可节约成本４４元，每年可创效益近千万元。 化工废石膏材料在上海市肇嘉浜路改建及其他道路施工中应用后，取得了理想的效果。

【课时安排】

第十章 冶金与化工典型固体废物的处理与利用

第七节 石油化工固体废物

第八节 其他有毒废渣 （共2学时）

【掌握内容】

1、石化行业固体废物的危害

2、石化行业固体废物的处理现状

3、含汞废物的来源

4、焙烧法回收汞

【教学难点】

石化行业固体废物的处理现状

【教学目标】

1、了解石化行业固体废物的危害

2、掌握石化行业固体废物的处理现状

3、了解焙烧法回收汞的过程

【教学内容】

第七节 石油化工固体废物

一、石化行业固体废物的危害

w?石化化工废渣的特点是成分极为复杂,几乎涉及到石化生产中所有有毒有害的原材料、辅料、成品,以粘稠的半固体吸附在其他固体废物等各种形式排出来,如不采取妥善的处理措施,它们就会以挥发、渗漏、接触等形式严重污染大气、地面水、地下水,毒害人类和各种生物。

w?危害是长期的,有的是不可逆转的。石化行业固体废物可分为一般工业固体废物(如粉煤灰炉渣保温包装物)和有毒有害(即指危险)固体废物。按照国家四部委联合发文环发〔1998〕89号,石化行业的固体废物绝大多数被列入“危险废物名录”中,包括这些废渣焚烧后的残渣。如不进行妥善处置,散发在环境中后果是严重的。

二、石化行业固体废物的处理现状

w?目前石化行业有害固体废物处理主要有四种途径

w?）.综合利用。占化学固废量的81%是综合利用。其中一部分基本可以做到资源化、无害化,如化纤的废丝、废块经回收降级制成产品;含贵金属的催化剂基本送原生产厂回收利用;粉煤灰、炉渣制水泥、建材和修路。

w?）.出售或送给其他企业(主要是乡镇企业)进行再加工。这类“综合利用”严格地说是不合法的。尽管管理规定中有“凡这类综合利用,必须由当地环保部门批准,不得造成二次污染”的条文,但实际上没有得到控制,为了经济利益,地方政府部门均认同了这种“综合利用”。企业为了节省处理费用,结果以污染环境为代价。石化某企业苯乙烯厂界装置区大气环境均达标,而厂界外却发现超标点,追踪寻源,结果污染源就是这种“综合利用”。

3）.焚烧处理。只要在焚烧过程中将热量回收并有效处理燃烧废气,应该说这是一种较为彻底的处理方式。但由于我们的焚烧炉大多没有热量回收,造成能耗高、处理费用昂贵,很多企业的焚烧炉都没有很好运行。

w?）.填埋处理。 按照已经颁布实施的生活垃圾填埋污染控制标准和即将颁布实施的危险废物安全填埋污染控制标准规定,生活垃圾填埋场要满足的技术条件是设在当地夏季主导风向下风向,距人畜集中点500m以上;防渗层的渗透系数K≤10-7cm/s;应有废气、废水、渗滤液集中输送、处理设施。危险废物填埋场除具有生活垃圾堆埋场的条件外还应具备远离居民区800m以外,距地表水域不小于150m,地下水位应在不透水层3m以下,如小于3m的应提高防渗设计标准,且严禁生活垃圾与危险废物同埋。由此可见填埋场的要求是极为严格的。

第八节 其他有毒废渣

一、含汞废物的来源

含汞废物来自不同的生产系统，例如，化工、石油化工、电子、电器仪表、计量仪器等许多行业都排放一定量的含汞废物。其产生量因行业及工艺而异，其中化学工业含汞废物的产生量最多，约占50%以上。其含汞量也因行业与工艺而异，如水银法制碱排放的含汞盐泥中汞的含量为300mg/L；从电解槽扫除室定期打捞出的汞渣中汞的含量约为90%以上；合成氯乙烯工业定期更换下来的触媒含HgCl2约4%~ 5%。因此，妥善处理含汞废物并从中回收汞具有重要意义。目前，国内外主要采用焙烧法回收汞。

二、焙烧法回收汞

焙烧法回收汞是根据汞的沸点低，固体废物中其他组分沸点高的差异，通过控制焙烧温度，使汞从废物中分离出来，进而得以回收。

焙烧法回收汞的工艺主要包括混合配料、造粒、焙烧、冷凝、

回收等工序。其操作程序如下：对金属或玻璃含汞废物，首先需破碎加工处理，并用药剂进行洗涤处理；然后添加适量的碱液，通过混合、调湿进行造粒；再把制得的粒状物料送入焙烧炉焙烧，焙烧温度为400~800℃，产生的汞蒸气除尘后送入冷凝器冷凝，对冷凝物精制后，则可得到纯度较高的汞。

含汞废物经过焙烧处理时，伴随有水、气、渣等废弃物产生，均需作适当处理或处置。焙烧后的尾气成分因焙烧废物的种类不同而不同，对于其中含有的SO2、Cl2粉尘等有害物质，一般需通过除尘器、洗涤室、吸附器等一系列净化装置处理，达标后排放。对于焙烧系统产生的水，根据其所含有害物质的成分和浓度，选择适当的方法处理后达标排放。对于焙烧后的残渣，需先进行汞溶出试验，不合格的需返回焙烧，合格的残渣送填埋场进行填埋处理。

国内外采用焙烧__________法处理含汞废物，已有较多的实际运行经验。日本的伊特模克矿业早已采用此法处理各种含汞废物，该矿业拥有年处理3600t 含汞废物的焙烧装置，每年可从含汞废物中回收工业用汞和精汞20~30t。

我国吉林化工厂等单位也采用焙烧法处理含HgCl2的废触媒并回收汞。上海医用仪表厂用焙烧法处理含汞玻璃渣，每月处理400kg，回收3~4kg 99.9%的汞。焙烧法回收汞的工艺特点是，回收汞的纯度高，焙烧后残渣含汞少，因此是一种较好的无害化处理、利用方法。

三、其他方法

北京化工二厂和锦西化工研究院研制成功的“恒电位阳极溶出法”，可以回收99.99%的汞，其回收率达98%以上。所用汞渣中主要成分是汞，另有1%~3%的金属杂质，主要是铁。可将汞渣看成是汞与金属杂质组成的多电极短路电池，以汞渣为阳极，外加一补助钛阴极，供给直流电，以恒电位仪控制阳极电位-50~-100mv，以150g/L氯化钠溶液为电解质时，电解槽的阳极上只有汞渣中的金属杂质溶解，而汞处于稳定状态。总电流随汞渣中杂质金属浓度下降而下降，当电流为1.0A时，汞渣变为纯汞。

天津化工厂曾采用“氯化硫化法”从汞泥中回收汞。其过程为：用盐酸、氯气处理污泥，使HgO，Hg2C12变成可溶性HgC12，加入亚硫酸钠除去游离汞后，再在沉淀、分离后的澄清液中加入硫化钠，沉降分离出HgS后，使其与适量石灰拌合，于蒸馏炉内灼烧HgS还原为金属汞。用此法可以回收汞盐泥中汞含量的80%以上。

【课时安排】

第十一章 固体废物的最终处置

{dy}节 处置方法概述

第二节 卫生土地填埋 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：海洋倾倒、远洋焚烧、深井灌注处置、卫生土地填埋、安全土地填 埋、浅地层埋藏方法

2、处置的分类

3、海洋倾倒中固体废物分类

4、卫生填埋场的分类

5、卫生填埋场的生物降解产物

【教学难点】

卫生填埋场的生物降解产物

【教学目标】

1、了解处置的分类

2、了解海洋倾倒中固体废物分类

3、掌握卫生填埋场的生物降解产物

【教学内容】

第十一章 固体废物的最终处置

{dy}节 处置方法概述

无论以何种方式实现城市垃圾与其他固体废物的综合利用与资源回收，终究会有相当大量没有任何利用价值的固体废物要返回于自然环境中。这类废物包括无任何使用意义的城市垃圾中的某些成分、工业废渣、经处理与资源回收剩余的无用废物，同时还包括各类有毒有害固体废物。这些废物均以终态排放于环境中。为防止对环境造成污染，根据排放的不同环境条件，采取适当而必要的防护措施，达到被处置废物与环境生态系统{zd0}限度的隔绝，此乃谓之“最终处置”。

一、处置的分类

从固体废物最终处置的历史发展，可归纳为两大途径，即陆地处置与海洋处置，海洋处置是工业化国家早期曾采用的途径，特别是对有毒有害废物，至今仍有一些国家采用。由于海洋保护法的制订与在国际上不断扩大影响，以致对此类处置途径引起较大争议，其使用范围己逐步缩小。我国不主张海洋处置。因此，陆地处置是当前国际上多为采用的途径。陆地处置从露天堆存己发展了多种处置方式，其中最广泛应用的是陆地填埋处置，适用于多种废物。其它处置方法包括土地耕作处置、深井灌注、尾矿坝。废矿坑处置等。

二、海洋处置

（一）海洋倾倒

海洋倾倒是利用海洋的巨大环境容量，将废物直接倾入海水中。根据有关法规，选择适宜的处置区域，结合区域的特点、水质标准、废物种类与倾到方式，进行可行性分析，{zh1}作出设计方案。

废物通常装在专用处置船内，用驳船拖运到处置区域。散装废物一般在驳船行进中投放，容器装的废物通常加重物后使之沉人海底，有时将容器破坏后沉海。液体废物用船尾软管伸入水下1.8-4.5米处连续排放，排放速率每分钟约为4-20吨，船的行进速度km/h。对于有毒害性废物，如放射性或重金属废物，在进行海洋倾倒前必须通过固化或稳定化处理。容器结构可用单层钢板桶，也可以用外层钢板内层衬注混凝土覆面的复合桶，有效容积取0.2立方米。

（二）海洋倾倒中固体废物分类

1、禁止倾倒的废物：1含有机卤素、汞、镉及其化合物的废物；2强放射性废物；3原油、石油炼制品、残油及废弃物；4严重妨碍航行、捕鱼及其他活动或危害海洋生物的、能在海洋上漂浮的物质。

2、需要严格控制的废物：1含砷、铅、铜、锌、铬、镍、钒等物质及化合物；2含氰化物、氟化物及有机硅化合物的废物；3弱放射性废物；4容易沉入海底，可能严重妨碍航行、捕鱼的笨重的废弃物。

3、除以上之外的低毒或xx废物

（三）远洋焚烧

远洋焚烧是利用焚烧船将固体废物运至远洋处置区进行船上焚烧作业。这种技术适于燃性废物，如含氯有机废物等。远洋焚烧船的焚烧器结构因焚烧对象而异，需要专门设计。废物焚烧后产生之废气通过气体净化装置与冷凝器，凝液排人海中，气体排人大气，余渣倾人海洋。

三、陆地处置

1、 深井灌注处置是把液体废物注入到地下与饮用水和矿脉层格开的可渗透性的岩层中。

2、卫生土地填埋是处置一般固体废物，而不会对公众健康及环境安全造成危害的一种方法，主要用来处理城市垃圾。

3、安全土地填埋是一种改进的卫生土地填埋方法，主要用来 处置有害 废物，对场地的建造技术要求更为严格。

4、浅地层埋藏方法，是指地表或地下的、具有防护覆盖层的、有工程屏障或没有工程屏障的浅埋处理，主要用于处置低放废物。

第二节 卫生土地填埋

一、卫生填埋的定义

" 定义：利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体及大气的污染，并将垃圾压实减容至最小，填埋占地面积也最小；每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使整个过程对公共卫生安全及环境均无危害的一种土地处理垃圾方法。

仞 填埋单元：垃圾铺散成40-75cm薄层—压实日覆盖厚15-30cm砂质土—两者构成的单元。

二、卫生填埋场的分类

" 1、据自然地形条件的不同，可分为：

" ①山谷型填埋场：地处重丘山地，库容大；填埋区工程设施由垃圾坝、渗滤液收集系统、大气系统、防排洪系统、覆土备料场等组成；垃圾填埋多采用斜坡作业法。

" ②坑洼型填埋场：地处低洼丘地，库容通常较小；填埋区工程设施由引流、防渗、导气等系统组成；多采用坑填作业法。

" ③滩涂型填埋场：地处海边或江边滩涂地形，采用围堤筑路、排水清基等手段辟为填埋场，库容较大；填埋区工程设施由排水、防渗、导气、覆土场等系统组成；多采用平面作业法。

2、据填埋场中垃圾降减机理，可分为：

" ①好氧填埋场：在垃圾体内布设通风管网，人工送风；优点是垃圾稳定快，高温xx，蒸发减少或xx渗滤液；不足时单位造价高，结构复杂，施工难度大；适用性：干旱少雨的中小城市；有机物含量高、含水率低的生活垃圾。包头市有一实例。

" ②厌氧填埋场：无需供氧，垃圾填埋体内基本处于厌氧分解状态。其优点是投资和运营费低，管理简单，适应性广。应用较广，如上海老港、杭州天子岭、广州大田山、北京阿苏卫等。

" ③准好氧填埋场：与好氧填埋的机理、结构、特点等相似，但供氧是通过自然通风，而非强制鼓风。

三、卫生填埋场的特点

" 无论从环境还是从社会与经济角度看，卫生填埋场的建立都是必要的。其优点是： " 1）是一种xx的、最终的处理方式；

" 2）适应性广（垃圾的质和量）；

" 3）一次性投资和运行费用较低；

" 4）运行管理较方便。

" 其不足是： " 1）占地面积大，选址困难；

" 2）渗滤液处理难度大；

" 3）减量化、资源化程度低。

" 目前卫生填埋仍是世界各国生活垃圾处置的主要方式；而国内因垃圾热值普遍较低、数量巨大和经济实力较弱等原因，卫生填埋也被普遍采用。

四、 卫生填埋场的生物降解产物

" 有机垃圾的微生物降解依次经历好氧分解、兼氧分解、和xx厌氧分解几个阶段：

{dy}阶段——好氧分解阶段。复杂有机物通过微生物胞外酶分解成简单有机物，后者再通过好氧分解转化成小分子物质或CO2和水，并释放热量。在较短时间内完成（一般为十至数十天）。其特点是： 渗滤液产量较少，有机质浓度较高，可生化性好； pH呈弱酸或近中性，CO2开始产生; 渗滤液含一定硫酸根、硝酸根和重金属； 产生大量热，可使温度增加数度至十余度。

第二阶段——过渡阶段（液化或兼氧分解阶段），通常为好氧分解后的十余天。填埋场内水分渐达饱和，氧气被耗尽，厌氧环境开始建立。复杂有机物（多糖、蛋白质等）在微生物和化学作用下水解、发酵，由不溶性物质变为可溶性物质，并生成VFA、CO2和少量H2。其特点如下： 渗滤液的pH继续下降，COD升高； 渗滤液含较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属和氨； 气体以CO2为主,少量H2 和N2，基本不含CH4。

第三阶段——产酸阶段（发酵阶段）。微生物降解第二阶段积累的溶于水的产物转化为酸（大部分为乙酸）、醇及CO2和H2 ，可作为甲烷xx的底物而转换为CH4和CO2。其特征为： pH值很低，呈酸性，而COD 和BOD急剧升高； 酸性使无机物尤其是重金属溶解，呈离子态； 渗滤液含大量可产气有机物和营养物，可生化性好（BOD5/COD>0.4 ），氨氮浓度逐渐升高。 CO2仍是该阶段的主要气体，先升后趋缓，有少量H2。

第四阶段——产甲烷阶段。前几阶段的产物（乙酸、H2 ）在产甲烷菌的作用下转化为CH4和CO2。为能源回用的黄金期一般持续数年。其特点是： 脂肪酸浓度降低，渗滤液的BOD、COD逐渐下降，可生化性变差，氨氮浓度高，pH值升高（6.8~8），重金属离子降低。 甲烷产生率稳定，甲烷浓度保持在50~6 5% 。

第五阶段——填埋场稳定阶段。其主要特征是： 填埋垃圾及渗滤液的性质趋于稳定； 填埋场中的微生物量极度贫乏。 几乎没有气体产生，即是有，亦以N2、O2、CO2为主。 填埋场的沉降停止。

【课时安排】

第十一章 固体废物的最终处置

第三节 安全土地填埋 （共2学时）

【掌握内容】

1、 填埋危险废物类型

2、场址选择

3、防渗系统

4、渗滤液控制系统

5、封场

【教学难点】

渗滤液控制系统

【教学目标】

1、了解填埋危险废物类型

2、掌握安全土地填埋场地的设计

【教学内容】

第三节 安全土地填埋

一、 可填埋危险废物类型

1. 禁止填埋的废物

　　（1）医疗废物；

　　（2）与衬层不相容的废物。

2. 可填埋的危险废物

　　可填埋的危险废物包括《国家危险废物名录》中除5.3.1规定以外的所有危险废物。

　　（1）直接入场填埋的废物

　　①根据《固体废物浸出毒性浸出方法》（GB5086）和《固体废物浸出毒性测定方法》（GB/T15555.1～12）测得的废物浸出液中有害成分浓度低于表5-1中的允许进入填埋区控制限值的废物；

　　②根据《固体废物浸出毒性浸出方法》（GB5086）和《固体废物浸出毒性测定方法》（GB/T15555.1～12）测得的废物浸出液pH值在7.0～12.0之间的废物。

　　

表5-1危险废物允许进入填埋区的控制限值

序号	项目	稳定化控制限值（mg/L）
1	有机汞	0.001
2	汞及其化合物（以总汞计）	0.25
3	铅（以总铅计）	5
4	镉（以总镉计）	0.50
5	总铬	12
6	六价铬	2.50
7	铜及其化合物（以总铜计）	75
8	锌及其化合物（以总锌计）	75
9	铍及其化合物（以总铍计）	0.20
10	钡及其化合物（以总钡计）	150
11	镍及其化合物（以总镍计）	15
12	砷及其化合物（以总砷计）	2.5
13	无机氟化物（不包括氟化钙）	100
14	氰化物（以CN计）	5

 

　（2）必须预处理后入场填埋的废物

　　①根据《固体废物浸出毒性浸出方法》（GB5086）和《固体废物浸出毒性测定方法》（GB/T15555.1～12）测得废物浸出液中任何一种有害成分浓度超过表5-1中允许进入填埋区的控制限值的废物；

　　②根据《固体废物浸出毒性浸出方法》（GB5086）和《固体废物浸出毒性测定方法》（GB/T15555.1～12）测得的废物浸出液pH值≤7.0和≥12.0的废物；

　　③本身具有反应性、易燃性的废物；

　　④含水率高于85%的废物；

　二、填埋场

　　处置废物的一种陆地处置设施。它由若干个处置单元和构筑物组成，处置场有界限规定，主要包括废物预处理设施、废物填埋设施和渗滤液收集处理设施。

　　计划填埋量 ：在计划填埋年限中危险废物的填埋量与覆盖物量之和。

　　相容性 ：某种危险废物同其他危险废物或填埋场中其他物质接触时不产生气体、热量、有害物质，不会燃烧或爆炸，不发生其他可能对填埋场产生不利影响的反应和变化。

　　防渗层 ：人工构筑的防止渗滤液进入地下水的隔水层。

　　双人工衬层 ：由一层压实的低渗透性土壤和上铺的两层人工合成衬层组成的防渗层。

　　

　三、场址选择

　　1、填埋场场址的选择应符合国家及地方城乡建设总体规划要求，场址应处于一个相对稳定的区域，不会因自然或人为的因素而受到破坏。填埋场作为{yj}性的处置设施，封场后除绿化以外不能做它用。

　　2、填埋场场址的选择应进行环境影响评价，并经环境保护行政主管部门批准。

　　3、填埋场场址不应选在城市工农业发展规划区、农业保护区、自然保护区、风景名胜区、文物（考古）保护区、生活饮用水源保护区、供水远景规划区、矿产资源远景储备区和其他需要特别保护的区域内。

　　4、填埋场距飞机场、军事基地的距离应在3000米以上。

　　5、填埋场场界应位于居民区800米以外，应保证在当地气象条件下对附近居民区大气环境不产生影响。

　　6、填埋场场址应位于百年一遇的洪水标高线以上，并在长远规划中的水库等人工蓄水设施淹没区和保护区之外。若确难以选到百年一遇洪水标高线以上场址，则必须在填埋场周围已有或建筑可抵挡百年一遇洪水的防洪工程。

　　7、填埋场场址距地表水域的距离应大于150米。

　　8、填埋场场址的地质条件应符合下列要求：

　　（1）能充分满足填埋场基础层的要求；

　　（2）现场或其附近有充足的粘土资源以满足构筑防渗层的需要；

　　（3）位于地下水饮用水水源地主要补给区范围之外，且下游无集中供水井；

　　（4）地下水位应在不透水层3米以下。如果小于3米，则必须提高防渗设计要求，实施人工措施后的地下水水位必须在压实粘土层底部1米以下；

　　（5）xx地层岩性相对均匀、面积广、厚度大、渗透率低；

　　（6）地质构造相对简单、稳定，没有活动性断层。非活动性断层应进行工程安全性分析论证，并提出确保工程安全性的处理措施。

　　9、填埋场场址选择应避开下列区域：破坏性地震及活动构造区；海啸及涌浪影响区；湿地和低洼汇水处；地应力高度集中，地面抬升或沉降速率快的地区；石灰岩溶洞发育带；废弃矿区或塌陷区；崩塌、岩堆、滑坡区；山洪、泥石流地区；活动沙丘区；尚未稳定的冲积扇及冲沟地区；高压缩性淤泥、泥炭及软土区以及其他可能危及填埋场安全的区域。

　　10、填埋场场址必须有足够大的可使用容积以保证填埋场建成后具有10年或更长的使用期。

　　11、填埋场场址应选在交通方便、运输距离较短，建造和运行费用低，能保证填埋场正常运行的地区。

四、防渗系统

　　1、填埋场防渗系统应以柔性结构为主，且柔性结构的防渗系统必须采用双人工衬层。其结构由下到上依次为：基础层、地下水排水层、压实的粘土衬层、高密度聚乙烯膜、膜上保护层、渗滤液次级集排水层、高密度聚乙烯膜、膜上保护层、渗滤液初级集排水层、土工布、危险废物。

　 2、粘土衬层

　　（1）粘土塑性指数应＞10%，粒径应在0.075- 4.74mm之间，至少含有20%细粉，含砂砾量应＜10%，不应含有直径＞30mm的土粒。

　　（2）若现场缺乏合格粘土，可添加4-5%的膨润土。宜选用钙质膨润土或钠质膨润土，若选用钠质膨润土，应防止化学品和渗滤液的侵害。

　　（3）必须对粘土衬层进行压实，压实系数≥0.94，压实后的厚度应≥0.5m，且渗透系数≤1.0×10-7cm/s。

　　（4）在铺设粘土衬层时应设计一定坡度，利于渗滤液收集。

　　（5）在周边斜坡上可铺设平行于斜坡表面或水平的铺层，但平行铺层不应建在坡度大于1：2.5的斜坡上，应使一个铺层中的高渗透区与另一个铺层中的高渗透区不连续。

　3、人工合成衬层

　　（1）人工衬层材料应选择具有化学兼容性、耐久性、耐热性、高强度、低渗透率、易维护、无二次污染的材料。若采用高密度聚乙烯膜，其渗透系数必须≤1.0×10-12cm/s。

　　（2）柔性填埋场中，上层高密度聚乙烯膜厚度应≥2.0mm；下层高密度聚乙烯膜厚度应≥1.0mm。刚性填埋场底部以及侧面的高密度聚乙烯膜的厚度均应≥2.0mm。

　　4、在铺设人工合成衬层以前必须妥善处理好粘土衬层，除去砖头、瓦块、树根、玻璃、金属等杂物，调配含水量，分层压实，压实度要达到有关标准，{zh1}在压平的粘土衬层上铺设人工合成衬层，以使粘土衬层与下人工合成衬层紧密结合。

　　5、刚性结构填埋场钢筋混凝土箱体侧墙和底板作为防渗层，应按抗渗结构进行设计，按裂缝宽度进行验算，其渗透系数应≤1.0×10-6cm/s。

　　五、渗滤液控制系统

　　1、渗滤液集排水系统

　　（1）系统设置

　　渗滤液集排水系统根据所处衬层系统中的位置可分为初级集排水系统、次级集排水系统和排出水系统。

　　①初级集排水系统应位于上衬层表面和废物之间，并由排水层、过滤层、集水管组成，用于收集和排除初级衬层上面的渗滤液。

　　②次级集排水系统应位于上衬层和下衬层之间，用于监测初级衬层的运行状况，并作为初级衬层渗滤液的集排水系统。

　　③排出水系统应包括集水井、泵、阀、排水管道和带孔的竖井等。集水井用于收集来自集水管道的渗滤液，若集水井设置在场外，管道与衬层之间应注意密封，防止渗漏；泵的材质应与渗滤液的水质相容；分单元填埋时，可在集水管末端连接两个阀门，使未填埋区的雨水排至雨水沟，使填埋区的渗滤液排至污水处理系统。

　　（2）材料选择

　　集排水系统所用材料应包括排水材料、过滤层材料和管材。

　　①底部排水材料的渗透系数应≥0.1cm/s，可采用有级配的卵石或土工网格。

　　②过滤层可采用砂或土工织物。

　　③集排水管道应首先用无纺布包裹，再采用粒径为30-50mm的卵石覆盖，管道材料及无纺布应符合耐腐蚀性和高强度要求。集排水管管道材料应采用高密度聚乙烯。

　　④次级集排水系统排水层可用卵石或土工网格。如用土工网格可不设集排水管道。次级集排水系统必须设立坡面排水层。

　　（3）若填埋坑分单元建设，渗滤液排出装置应按不作业单元与作业单元液体分开排放设计。

　　（4）若渗滤液沉积堵塞管道，应在管道设计环节考虑管道清洗的可能性，保证管道畅通。

　　2、雨水集排水系统

　　（1）柔性填埋场作业单元应用临时衬层覆盖，刚性填埋场作业单元应设置遮雨蓬；

　　（2）山谷型填埋场上游雨水排水沟应根据地形设立，绕过填埋场排入下游；若条件所限难以绕过，可用管道从填埋场下部穿过，应避免管道对底部结构造成破坏。上游可设立防洪调整池，用于接收雨水冲刷下来的泥土和缓冲雨水对系统的压力。应定期清理淤泥，避免沟渠淤积。

　　（3）周边雨水集排水沟渠可设在填埋场四周、道路外侧、四周斜壁或与上游雨水沟建在一起。截面形状可根据施工材料不同建成梯形、半圆形或矩形。沟渠的材料可选用混凝土或塑料。

　　（4）填埋区宜设立分区独立排水系统，将填埋区的渗滤液和未填埋区的未污染雨水分别排出。应对贮存区及运输车辆工作区前期雨水进行收集、检测及相应的处理。

　　（5）在较深的填埋场中，可在坡面上设置排水渠，收集和排放落在坡面上的雨水；当废物填至这一高度时，可填入卵石，使其成为渗滤液排水沟。

　　（6）封场后的填埋场表面集排水沟应与周边集排水沟结合在一起，便于雨水排放。

　　3、地下水集排水系统

　　（1）地下水排水系统应由砂石过滤材料包裹穿孔管构成的暗沟组成。在管沟下部应铺设混凝土管基，管道四周应用砾石覆盖。

　　（2）应按水流方向布置干管，在横向上布置支管。

　　（3）排水能力设计应有一定富余，管道直径应不小于200mm。

　　（4）地下水集排水系统应进行{yj}维护。

　　4、渗滤液处理系统

　　（1）渗滤液在排入自然环境前必须经过严格处理，满足废水排放标准后方可排放。

　　（2）填埋场内必须自设渗滤液处理设施，严禁将危险废物填埋场的渗滤液送至其它污水处理厂处理。

　　（3）应根据各地危险废物种类不同，设置相应的渗滤液调节池调节水质水量。渗滤液处理前应进行预处理，预处理应包括水质水量的调整、机械过滤和沉砂等。

　　（3）渗滤液处理应以物理、化学方法处理为主，生物处理方法为辅。可根据不同填埋场的不同特性确定适用的处理方法。

　　①物理化学方法可采用絮凝沉淀、化学沉淀、砂滤、吸附、氧化还原、反渗透和超滤等，以去除水中的无机物质和难以生物降解的有机物质。

　　②生物处理法可采用活性污泥、接触氧化、生物滤池、生物转盘和厌氧生物等处理方式去除水中的有机物质。

　　　六、封场

　　1、封场系统由下至上应依次为气体控制层、表面复合衬层、表面水收集排放层、生物阻挡层以及植被层。

　　气体控制层

　　（1）应在封场系统的{zd2}部建设30cm厚的砂石排气层，并在砂石排气层上安装气体导出管。

　　（2）气体导出管安装应符合如下要求：

　　①气体导出管应由直径为15cm的高密度聚乙烯制成，竖管下端与安装在砂石排气层中的气体收集横管相接，竖管上端露出地面部分应设成倒U型，整个气体导出管成倒T型，气体收集横管带孔并用无纺布包裹。导气管与复合衬层交界处应进行袜式套封或法兰密封。

　　②必须对排气管进行正确保养，防止地表水通过排气管直接进入安全填埋场。

　　表面复合衬层

　　（1）砂石排气层上面应设表面复合衬层，其上层为高密度聚乙烯膜，下层为厚度≥60cm的压实粘土层。

　　（2）表面人工合成衬层材料选择应与底部人工合成衬层材料相同，且厚度≥1mm、渗透系数≤1.0×10-12cm/s。

　　表面水收集排放层

　　（1）复合衬层上面应建表面水收集排放层，其材质应选择小卵石或土工网格。

　　（2）若选择小卵石，不必另设生物阻挡层。

　　（3）若选择土工网格，必须另设生物阻挡层并解决土工网格与人工合成衬层之间的防滑问题。

　　生物阻挡层

　　当使用土工网格作为地表水收集排放系统材料时，应在表面水收集排放系统上面铺一层≥30cm厚的卵石，以防止挖洞动物入侵安全填埋场。

　　植被层

　　封场系统的顶层应设厚度≥60cm的植被层，以达到阻止风与水的侵蚀、减少地表水渗透到废物层，保持安全填埋场顶部的美观及持续生态系统的作用。

　　2、封场系统的坡度应大于2%。

　　3、封场后应对渗滤液进行{yj}的收集和处理，并定期清理渗滤液收集系统。封场后应对提升泵站、气体导出系统、电力系统等做定期维护。

　　4、应预留定期维护与监测的经费，确保在封场后至少持续进行30年的维护和监测。

　　5、若因侵蚀、沉降而导致排水控制结构需要修理时，应实行正确的维护方案以防止情况进一步恶化。

　　

　

【课时安排】

第十一章 固体废物的最终处置

第四节 浅地层填埋处置 （共2学时）

【掌握内容】

1、基本概念：浅地层处置、处置场、放射性废物、暂存设施、场区控制期、

工程屏障：

2、废物处置的基本要求

3、场址选择

4、浅地层处置废物的范围

【教学难点】

场址选择

【教学目标】

1、了解浅地层处置废物的范围

2、掌握场址选择

【教学内容】

第四节 浅地层填埋处置

一、概述

1、浅地层处置：指地表或地下的、具有防护覆盖层的、有工程屏障或没有工程屏障的浅埋处置，深度一般在地面下50m以内。

2、处置场：指处置废物的一个陆地处置设施区，它由若干处置单元、构筑物和场区所组成。处置场有界限限定，并由许可证持有者控制。

3、放射性废物：指任何包含放射性核素或被其沾污、其比活度超过国家规定限值的废物。本规定系指放射性固体废物，或简称“废物”。

4、暂存设施：指接受废物后，由于各种原因需要在其中进行临时贮存的设施。

5、场区控制期：指处置场从投入运行直到场区可以xx开放的这段时期。此后，场区可不受限制地使用。

6、工程屏障：指能延滞或阻止放射性核素从处置单元迁移到周围环境的工程设施。

二、废物处置的基本要求

1.废物浅地层处置的任务是在废物可能对人类造成可接受的危险的时间范围内（一般应考虑300a至500a）将废物中的放射性核素限制在处置场范围内，以防止放射性核素以不可接受的浓度或数量向环境扩散而危及人类安全。

2.处置场在正常运行和事故情况下，对操作人员和公众的辐射防护应符合我国辐射防护规定的要求，并应遵循可合理做到的尽可能低的原则。在处置过程中通过各种途径向环境释放的放射性物质对公众中个人造成的有效剂量当量每年不超过0.25mSv(25mrem)。

三、场址选择

1、选址步骤

处置场的选址一般应包括区域调查、场址初选和场址确定三个步骤。

选址工作是一个连续的、反复的评价过程。在此过程中要不断排除不合适的场址，并对具有可能性的场址进行深入调查。在选出可使用的场址后，应作详细评价工作，以论证所作的结论是否确切和预计在建造外置场及处置废物时会对场址特性造成何种不利影响。

1.l区域调查

区域调查的任务是确定若干个有可能建立处置场的区域，并对这些区域的稳定性、地震、地质构造、工程地质、水文地质、气象条件和社会经济因素进行初步评价。

1.2场址初选

场址初选是在区域调查的基础上通过现场踏勘、勘察和资料的分析研究，确定3至4个候选场址。

1.3场址确定

场址确定是对候选场址进行详细的研究和代价利益分析，以论证场址的适宜性，并向国家环保部门提出详细报告，最终批准确定1个场址。分析工作要求收集的资料主要有：

a.废物的形式、性质和数量、处理费用及抗浸出性能；

b.场址特性、工程设施的效果及费用；

c.场址在地质、地球化学、水文地质、工程地质和生态方面的详细评价，以便估计放射性核素可能释放的途径和数量；

d.确定选用的放射性影响分析方法或模式，并预测扩散到周围环境中的放射性核素的活度。

2、场址要求

2.1场址地震及区域稳定性要求处置场应选择在地震烈度低及长期地质稳定的地区。应避开以下地区。

a.破坏性地震及活动构造区；。

b.危及处置场安全的海啸及涌浪区；

c.地应力高度集中、地面抬升或沉降速率快的地区；

d.地面侵蚀速率高的地区。

2.2场址地质构造及岩性要求

a.场址应具有相对简单的地质构造，断裂及裂隙不太发育;

b.处置层岩性均匀，面积广、厚度大、渗透率低；

c.处置层的岩土应具有较高的吸附和离子交换能力。

2.3场址的工程地质要求。

处置场应选择在工程地质状况稳定建造费用低和能保证正常运行的地区。应避免在以下地区建造处置场；

a.崩塌、岩堆、滑坡区；

b.山洪、泥石流区；

c.岩溶发育或矿区采空区；

d.活动沙丘区；

c.尚未稳定的冲积扇及冲沟地区；

f.高压缩性淤泥、泥炭及软土区。

2.4场址的水文地质要求。

处置场一般应具备以下水文地质条件：

a.水文地质条件较简单；

b.{zg}地下水位距处置单元底板应有一定的距离；

c.无影响地下水长期稳定的因素（如开挖河流，建造水库等）。

d.处置场不应对露天水源有污染影响，场址边界与露天水源间的距离不宜少干500m；

c.不会被洪水淹没的地区。

2.5处置场宜选择在无矿藏资源或有资源但无开采价值的地区。若附近有开采价值的资源。则应对处置场和开采资源之间的相互影响进行评价。

2.6场址应选择在土地贫瘠，对工业、农业、以及旅游、文物、考古等使用价值不大的地区。

2.7场址应选择在离城市有适当距离、人口密度低的地区。根据场址条件、事故释放情况等因素在场址周围要考虑一定范围的防护监测区。

2.8场址应远高飞机场、军事试验场地和易燃易爆等危险品仓库。

四、浅地层处置废物的范围

1、适合于浅地层处置的废物必须满足下列条件之

a.半衰期大于5a、小于或等于30a，比活度不大于3.7X1010Bq/kg(1Ci/kg)的废物；

b.半衰期小于或等于50。任何比活度的废物；

c.在300－500a内，比活度能降到非放射性固体废物水平的其他废物。

2、含有下列物质的废物不适合于浅地层处置：

a.腐烂性物质

b.生物的、致病的、传染性xx或病毒的物质；

c.自然或易爆物质；

d.燃点或闪点接近环境温度的有机易燃物质。

3、废物性质的要求

a.废物应是固体形态，其中的游离液体体积不得超过废物体积的1%；

b.废物应具有足够的化学、生物、热和辐射稳定性；

c.比表面积小，弥散性低，且放射性核素的浸出率低。

d.废物不得产生有毒气体。。

4、废物包装的要求

a.废物必须进行包装。包装体必须具有足够的机械强度，以满足运输、操作和处置的要求。所有包装体的重量、体积、形状和尺寸都应与装卸、运输和处置操作相适应，并应符合放射性物质安全运输的有关规定；

b.包装体表面的剂量当量率应小于2mSv/h(200mrem/h)，在距表面lm远处的剂量当量率应小于0.1mSv/h(10mrem/h)，若超过此标准，操作和运输过程中应外加屏蔽容器。