《固體廢物的處理與利用》實驗指導書

1、目錄實驗一破碎與分選的演示實驗2實驗二有害固體廢物的固化實驗3實驗三可燃固體廢物熱值的測定5實驗四有機固體廢物的熱解實驗7實驗一 破碎與分選的演示實驗1 實驗目的破碎與分選是固體廢物處理與利用的重要環(huán)節(jié)， 并且， 破碎與分選的設備種 類較多，根據(jù)現(xiàn)有條件， 難以安排實驗， 但可以利用現(xiàn)有資源進行部分設備的演 示，以了解破碎設備和部分分選設備的機械結(jié)構(gòu)， 工作原理及其主要特點， 并通 過對實際設備的展示，進一步理解課堂教學的內(nèi)容。2 實驗內(nèi)容（ 1） 破碎機：顎式破碎機，錘式破碎機，輥式破碎機，球磨機；（ 2） 分選設備：搖床，跳汰，磁選機，電選機，浮選機。3實驗要求（ 1） 了解各種設備的結(jié)構(gòu)

2、特點及工作原理；（ 2） 觀看某些設備的運行狀態(tài)；（ 3） 注意不同設備的保護裝置及其保護原理；（ 4） 對要求重點觀察的設備寫出演示實驗報告，內(nèi)容包括：a設備的結(jié)構(gòu)及特點；b設備的工作原理；c 設備的運行狀態(tài)的描述。4 注意事項（ 1） 實驗前認真閱讀教材中的相關內(nèi)容；（ 2） 遵守紀律，注意安全；（ 3） 任何人不得隨意觸動各種電器開關；（4） 觀看演示時，必須與設備保持 1m 以上的距離；實驗二 有害固體廢物的固化實驗1 實驗目的有害廢物的固化處理是固體廢物處理的一種常用的方法。通過本實驗，了解 固化處理的基本原理，初步掌握固化處理有害廢物的工藝過程和研究方法。2 基本原理用物理化學方法

3、將有害廢物摻合并包容在密實的惰性基材中使其達到穩(wěn) 定化的處理方法叫作固化處理。 有害廢物經(jīng)固化處理后， 其滲透性和溶出性均可 降低，所得固化塊能安全地運輸和方便地進行堆存或填埋， 對穩(wěn)定性和強度適宜 的產(chǎn)品還可以作為筑路基材或建筑材料使用。本實驗采用水泥為基材，固化工業(yè)廢渣。水泥固化的原理是： 水泥是一種無機膠凝材料， 是以水化反應的形式凝固并逐漸硬化的， 其水化生成 的凝膠將有害廢物包容固化， 同時， 由于水泥為堿性物質(zhì)， 有害廢物中的重金屬 離子也可生成難溶于水的沉淀而達到穩(wěn)定化。3 要求（ 1） 正確地掌握實驗儀器設備的使用方法及操作規(guī)程，熟悉固化處理的 一般步驟；（ 2） 正確地進行各

4、種原料的配比計算，稱量；（ 3） 準確地記錄實驗數(shù)據(jù)，填寫表格，并進行相應的計算。4儀器設備及原料（ 1） 儀器設備 臺秤，天平，凝結(jié)時間測定儀，膠沙攪拌機，模具，振動臺，標準養(yǎng)護箱， 秒表，量筒，壓力實驗機。（ 2） 實驗原料普通硅酸鹽水泥，黃沙，工業(yè)廢渣。5 實驗步驟5.1 測定水泥沙漿的標準稠度和凝結(jié)時間（1） 以 114毫升水與 400 克水泥拌和成均勻的水泥凈漿，倒入圓模中；（ 2） 用標準稠度與凝結(jié)時間測定儀測定試錐在水泥凈漿中的下沉深度（Smm），按下式計算標準稠度用水量： P35.40.185S；（ 3） 用標準稠度用水量制成標準稠度的水泥沙漿，立即一次倒入圓模中， 振動刮平后

5、放入養(yǎng)護箱內(nèi)；（ 4） 測定凝結(jié)時間。從養(yǎng)護箱中取出圓模放在試針下，使試針與沙漿表面 接觸，擰緊螺絲，然后突然松開螺絲，使試針自由插入漿體，觀察指 針讀數(shù)。自加水時算起， 到指針沉入漿體距底板 0.51.0mm時所經(jīng)歷 的時間為初凝時間， 到指針插入漿體不超過 1.0mm 時所經(jīng)歷的時間為 終凝時間。臨近初凝時每隔 5min 測定一次，臨近終凝時每隔 15min 測定一次。5.2 制作水泥固化試塊1) 按配比分別稱量水泥，黃沙，和工業(yè)廢渣，并按標準稠度用水量計算 用水量并準確量??；2) 將全部干物料給入膠沙攪拌機，啟動， 15 秒后將水倒入，攪拌機按標 準時間攪拌后自動停機；3) 從攪拌機取下

6、攪拌鍋，將標準模具固定在振動臺上，將攪拌后的沙漿 倒入標準模具內(nèi)并啟動振動臺；4) 振動結(jié)束后，取下模具，用刮刀刮平，放入養(yǎng)護箱， 24 小時后脫模， 并繼續(xù)進行水中養(yǎng)護；5) 三天后取出，測定抗壓強度。6 實驗記錄( 1) 標準稠度用水量的計算；( 2) 原料配比的計算及結(jié)果；( 3) 凝結(jié)時間的測定結(jié)果；( 4) 抗壓強度的測定結(jié)果。7 注意事項1) 實驗前要認真閱讀實驗說明書及教材的相關內(nèi)容；2) 實驗中要仔細操作，做好記錄；3) 實驗結(jié)束后清理好儀器設備，方能離開；4) 實驗報告中的實驗記錄應列表表示。實驗三 可燃固體廢物熱值的測定1 實驗目的和意義（1） 理解粗熱值（位發(fā)熱量）和凈熱

7、值（位發(fā)熱量）的含義；（ 2） 了解氧彈熱量計量熱的原理；（3）掌握 WZR-1 型熱量計的基本結(jié)構(gòu)和測定過程；（ 4） 掌握實驗數(shù)據(jù)的處理。2 實驗基本原理單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒， 其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、 氮氣、 二氧化 碳、硝酸和硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為彈筒發(fā)熱量。單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒， 其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、 氮氣、 二氧化 碳、二氧化硫、 液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為恒容高位發(fā)熱量。 高位發(fā)熱量也即由彈 筒發(fā)熱量減去硝酸和硫酸校正熱后得到的發(fā)熱量。單位質(zhì)量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒， 其燃燒產(chǎn)物組成為氧氣、 氮氣、 二氧化

8、碳、二氧化硫、 氣態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為恒容低位發(fā)熱量。 低位發(fā)熱量也即由高 位發(fā)熱量減去水（可燃物中原有的水和其中氫燃燒生成的水）的氣化熱后得到的發(fā)熱量。 任何物質(zhì)的燃燒熱，隨燃燒產(chǎn)物的最終溫度而改變，溫度越高，燃燒值越低。因此，一個嚴 密的發(fā)熱量定義， 應對燃燒產(chǎn)物的最終溫度有所規(guī)定。 但在實際發(fā)熱量測定時， 由于具體條 件的限制，把燃燒產(chǎn)物的最終溫度限定在一個特定的溫度或一個很窄的范圍內(nèi)都是不實際 的。溫度每升高 1K，煤和苯甲酸的燃燒熱約降低 0.4 1.3J/g。當按規(guī)定在相近的溫度下標 定熱容量和測定發(fā)熱量時，溫度對燃燒熱的影響可近于完全抵消，而無需加以考慮。一定量的分析試

9、樣在氧彈熱量計中， 在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒時， 氧彈熱量計的熱 容量通過在相似條件下燃燒一定量的基準物苯甲酸來確定。 根據(jù)試樣點燃前后量熱系統(tǒng)產(chǎn)生 的溫升， 并對點火熱等附加熱進行校正后即可求得試樣的彈筒發(fā)熱量。 從而可求得高位發(fā)熱 量和低位發(fā)熱量。3儀器設備及原料3.1 熱量計通用熱量計有兩種， 恒溫式和絕熱式。 它們的量熱系統(tǒng)被包圍在充滿水的雙層夾套 （外 筒）中，它們的差別只在于外筒及附屬的自動控溫裝置。絕熱式熱量計中外筒對量熱體系進行溫度跟蹤， 使量熱體系在試驗過程中與環(huán)境沒有熱 的交換， 在此情況下， 量熱體系在試驗中產(chǎn)生的溫差與試樣發(fā)出的熱量存在簡單的關系。 這 種儀器計算簡單

10、，但溫度跟蹤部分比較復雜。恒熱式熱量計在實驗過程中環(huán)境 （指量熱體系以外的部分） 溫度保持不變， 量熱體系溫 度發(fā)生變化，體系與外界有熱交換，需進行修正，計算較復雜。但隨著計算機的不斷發(fā)展， 復雜的計算部分已由計算機取而代之，WZR1 型熱量計即屬于恒熱式熱量計。3.2 壓餅機當進行粉狀或輕質(zhì)物料的熱值測定時， 需要預先將粉狀物料壓制成餅狀體， 實驗采用儀 器配套的杠桿式壓餅機，能壓制直徑為 10mm 的圓餅。3.3 分析天平：感量 0.1mg 。4WZR 1的實驗步驟1）精確稱取測試試樣（小于 0.2mm） 0.9 1.1g 并置于燃燒皿中。2）將一定長度點火絲的兩端分別接在兩個電極柱上，注

11、意與試樣保持良好接觸， 并注意勿使點火絲接觸燃燒皿，以免形成短路而導致點火失敗。（ 3） 往氧彈中加入 10ml 的蒸餾水。小心擰緊氧彈蓋，注意避免燃燒皿和點火絲的位 置因受震動而改變；（4）往氧彈中緩緩充入氧氣，直到壓力到2.8 3.0Mpa，充氧時間不得小于 15s，一般 為 25s； 如 果 不 小 心 充 氧 壓 力 超 過 3.3Mpa ， 停 止 實 驗 ，放 掉 氧 氣 后，重新充氧至 3.2Mpa 以下。當鋼瓶中氧氣壓力降到 5.0Mpa 以下時，充氧時 間應酌量延長，壓力降到 4.0Mpa 以下時，應更換新的鋼瓶氧氣。（5）往 WZR1 型熱量計內(nèi)筒中加入足夠的蒸餾水（約18

12、kg）至溢流口有水溢出。每次實驗時用水量應與標定熱容量時一致（相差 1g 以內(nèi)）。（6）按順序打開打印機、顯示器、微機電源和熱量計主機（關機按相反順序進行） 。 打開電源后程序?qū)⒆詣舆M入熱量計測試程序。（7）將氧彈裝入熱量計主機，蓋上熱量計主機蓋，然后在程序“設置”欄內(nèi)檢查各 部件是否正常。在“設置參數(shù)”欄“測試內(nèi)容”中可選擇測試發(fā)熱量或標定熱 容量。在“實驗測試”欄內(nèi)輸入編號和重量；（8）用鼠標點擊“開始實驗” ，則實驗將自動進行，并顯示測試結(jié)果，也可打??；（9）實驗結(jié)束后，打開主機蓋，取出氧彈，并可進行下一實驗。5 數(shù)據(jù)處理WZR-1 所測得的數(shù)據(jù)為對附加熱校正后的彈筒發(fā)熱量，要求得高位發(fā)

13、熱量和低位 發(fā)熱量只需在程序“管理”欄內(nèi)輸入全硫、全水份、水份和氫含量的數(shù)據(jù)即可由程序自 動計算出高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量。6 注意事項（ 1） 電源：要求 220V 并穩(wěn)定，盡可能使用穩(wěn)壓電源。（ 2） 水：要求加入回水箱的水是蒸餾水或去離子水，不得用自來水；水經(jīng)使用后若 發(fā)現(xiàn)里面由臟物時，應立即更換。（ 3） 氣：氧氣要求用冷卻氧，不得用電解氧，鋼瓶壓力要求 5Mpa 以上，減壓閥輸出 壓力為 2.8 3Mpa ，充氧時間不少于 15s；（4） 溫度：室溫 1535為宜， 應盡量保持恒定； 室溫與回水箱水溫相差 1.5以內(nèi)； 一次實驗過程室溫變化小于 1；有空調(diào)或用電爐、 暖氣取暖的實驗室不

14、得時開 時關。實驗四 有機固體廢物的熱解實驗1 實驗目的 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展與人民生活水平的提高， 高分子材料， 特別是塑料、 橡膠及纖維制 品的應用越來越多，使得固體廢物中的有機物質(zhì)的組分不斷增加。一方面，高分子材料制品既欠耐老化，又很難徹底自行分解， 從而惡化環(huán)境， 危及生態(tài) 系統(tǒng)；另一方面，高分子廢棄物又是人類的寶貴資源，可以采用適當?shù)姆绞交厥绽?。熱解是處理和利用高分子廢棄物的有效途徑之一。本實驗的目的為：1）通過實驗進一步理解熱解的原理；2）掌握熱解的工藝過程及主要控制參數(shù)；3）初步了解有機固體廢物熱解的研究方法。2 基本原理 熱解是一種在缺氧或無氧條件下的燃燒過程， 是在低電極電位

15、還原條件下的吸熱分解反 應，也稱為干餾或炭化過程。 （ 煤氣工程，及焦化就是熱解過程 ） 熱解一個復雜的化學反應過程， 是有機物的分解與縮合共同作用的化學轉(zhuǎn)化過程， 不僅 包括大分子的化學鍵斷裂、 異構(gòu)化， 也包括小分子的聚合反應。 有機物熱解的最終產(chǎn)物理論 上應當是單體，但實際上，其熱解產(chǎn)物除單體外，還有：聚合度較低的齊聚物，分子量不等 的烴類及其衍生物等。不同的有機物具有不同的熱解溫度與熱解產(chǎn)物， 以塑料為例， 不同塑料的熱解溫度及其 產(chǎn)物見表 1。表 1 某些塑料的熱解溫度與熱解產(chǎn)物塑料名稱聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯PMMAPVC熱解溫度（）290360335450220 250328 410300400170 300190300熱解產(chǎn)物4.8mol%單體18.4mol% 單體84.7wt%單體 苯100%單體6.2mol%單體 HCl 等本實驗采用廢有機玻璃（ PMM，A 聚甲基丙烯酸甲酯） 為原料進行熱解，所得產(chǎn)物為甲基 丙烯酸甲酯。3 儀器、設備和