固體廢物處理和資源化教學(xué)案

./Chap1緒論教學(xué)目標(biāo):1.了解固體廢物的來(lái)源和分類2.掌握固體廢物的污染及其控制3.熟悉固體廢物的處理處置方法4.理解并掌握控制固體廢物污染技術(shù)政策教學(xué)重點(diǎn)：固體廢物的來(lái)源和分類教學(xué)難點(diǎn)：控制固體廢物污染技術(shù)政策學(xué)時(shí)安排：2學(xué)時(shí)固體廢物<solidwastes>。指在社會(huì)的生產(chǎn)、流通、消費(fèi)等一系列活動(dòng)中產(chǎn)生的一般不再具有原使用價(jià)值而被丟棄的以固態(tài)和泥狀賦存的物質(zhì)。固體廢物<solidwastes>。固體廢物是指在生產(chǎn)建設(shè),日常生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的污染環(huán)境的固態(tài),半固態(tài)廢棄物質(zhì)。其中包括從廢氣中分離出來(lái)的固體顆粒、垃圾、爐渣、廢制品,破損器皿、殘次品、動(dòng)物尸體、變質(zhì)食品、污泥、人畜糞便等。固體廢物處理<treatmentofsolidwastes>。通過(guò)物理、化學(xué)、生物等不同方法,使固體廢物轉(zhuǎn)化為適于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、資源化利用以及最終處置的一種過(guò)程。固體廢物的物理處理包括破碎、分選、沉淀、過(guò)濾、離心等處理方式,其化學(xué)處理包括焚燒、焙燒、浸出等處理方法,生物處理包括好氧和厭氧分解等處理方式。固體廢物處置<disposalofsoildwastes>。是指最終處置或安全處置,是解決固體廢物的歸宿問(wèn)題,如堆置、填埋、海洋投棄等?！?固體廢物的來(lái)源和分類一.固體廢物的來(lái)源來(lái)源于人類活動(dòng)的許多環(huán)節(jié),主要包括生產(chǎn)過(guò)程和生活過(guò)程的一些環(huán)節(jié),如采礦、冶金、火電、居民生活等。固體廢物的來(lái)源大體上可分為兩類：一是生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢物<不包括廢氣和廢水>稱為生產(chǎn)廢物；另一類是在產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后在流動(dòng)過(guò)程中或使用、消費(fèi)后產(chǎn)生的固體廢物,稱生活廢物。二.固體廢物的排量參照國(guó)家環(huán)?？偩置磕甑沫h(huán)境質(zhì)量公報(bào)。三.固體廢物的分類按組成分為有機(jī)廢物和無(wú)機(jī)廢物；按形態(tài)分為固體和泥狀；按來(lái)源可以分為工業(yè)廢物、礦業(yè)廢物、城市垃圾、農(nóng)業(yè)廢物和放射性廢物；按其危害程度可分為有害廢物和一般廢物。就其來(lái)源簡(jiǎn)單分析。〔一工業(yè)固體廢物指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中和工業(yè)加工過(guò)程產(chǎn)生的廢渣、粉塵、碎屑、污泥等。1.冶金固體廢物2.燃料灰渣3.化學(xué)工業(yè)固體廢物4.石油工業(yè)固體廢物5.糧食、食品工業(yè)固體廢物6.其他〔二礦業(yè)固體廢物主要是指廢石和尾礦。〔三城市固體廢物指居民生活、商業(yè)活動(dòng)、市政建設(shè)與維護(hù)、機(jī)關(guān)辦公等過(guò)程產(chǎn)生的固體廢物,一般分為：1.生活垃圾2.城建渣土3.商業(yè)固體廢物4.糞便〔四農(nóng)業(yè)固體廢物主要包括植物秸稈和人畜糞便?！参宸派湫怨腆w廢物核燃料生產(chǎn)、加工,同位素的應(yīng)用,核電站,核研究機(jī)構(gòu),醫(yī)療單位,放射性廢物處理?！擦泻腆w廢物§2固體廢物的污染及其控制一.固體廢物的污染途徑二.固體廢物污染的危害〔一侵占土地〔參見國(guó)家環(huán)?？偩志W(wǎng)頁(yè)〔二污染土壤〔三污染水體〔四污染大氣〔五影響環(huán)境衛(wèi)生三.固體廢物污染控制主要從兩個(gè)方面著手,一是防治固體廢物污染,二是綜合利用廢物資源。〔一改革生產(chǎn)工藝1.采用無(wú)廢或少?gòu)U技術(shù)2.采用精料3.提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命,不使過(guò)快的變成廢物?！捕l(fā)展物質(zhì)循環(huán)利用工藝〔三進(jìn)行綜合利用〔四進(jìn)行無(wú)害化處理與處置§3固體廢物的處理處置方法一.固體廢物處理方法固體廢物處理是指將固體廢物轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于運(yùn)輸、利用、貯存或最終處置的過(guò)程。固體廢物處理方法有物理處理、化學(xué)處理、生物處理、熱處理、固化處理?！惨晃锢硖幚恚簤簩?shí)、破碎、分選、增稠、吸附、萃取?！捕瘜W(xué)處理：氧化、還原、中和、化學(xué)沉淀和化學(xué)溶出等?！踩锾幚恚汉醚跆幚?、厭氧處理和兼性厭氧處理?！菜臒崽幚恚悍贌?、熱解、濕式氧化以及焙燒、燒結(jié)等?！参骞袒幚恚褐饕轻槍?duì)有害廢物和放射性廢物。二.固體廢物處置方法固體廢物處置是指最終處置或安全處置,是固體廢物污染控制的末端環(huán)節(jié),是解決固體廢物的歸宿問(wèn)題。其方法主要包括海洋處置和陸地處置兩大類。海洋處置方法包括深海投棄和遠(yuǎn)洋焚燒；陸地處置包括土地耕作、工程庫(kù)或貯留地貯存、土地填埋和深井灌注幾種?！?控制固體廢物污染技術(shù)政策〔無(wú)害化、資源化、減量化一、我國(guó)控制固體廢物污染技術(shù)政策的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代中期以后,環(huán)保工作開始受到很多國(guó)家的重視,特別是西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,開始對(duì)污染治理技術(shù)進(jìn)行深入的研究和廣泛的應(yīng)用,逐步形成了一系列處理方法,20世紀(jì)70年代,針對(duì)廢物處置場(chǎng)地緊張,處理費(fèi)用大,以及資源短缺等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,西方國(guó)家提出了"資源循環(huán)"口號(hào),開始從固體廢物中回收資源和能源,逐步發(fā)展成為控制廢物污染的途徑—資源化。我國(guó)固體廢物污染控制工作起始于20世紀(jì)80年代初期,起步較晚,在短期內(nèi)還不可能在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)"資源化"。因此,我國(guó)于20世紀(jì)80年代中期提出了以"資源化"、"無(wú)害化"、"減量化"作為控制固體廢物污染的技術(shù)政策,并確定今后較長(zhǎng)—段時(shí)間內(nèi)應(yīng)以"無(wú)害化"為主?！惨粺o(wú)害化：指將固體廢物通過(guò)工程處理,達(dá)到不損害人體健康,不污染周圍自然環(huán)境的目的?；救蝿?wù)是將固體廢物通過(guò)工程處理,達(dá)到不損害人體健康,不污染周圍的自然環(huán)境。諸如,垃圾的焚燒、衛(wèi)生填埋、堆肥、糞便的厭氧發(fā)酵、有害廢物的熱處理和解毒處理。其中"高溫快速堆肥處理工藝"和"高溫厭氧發(fā)酵處理工藝",在我國(guó)都已達(dá)到實(shí)用程度。"厭氧發(fā)酵工藝"用于廢物"無(wú)害化"處理工程的理論也已經(jīng)基本成熟,具有我國(guó)特點(diǎn)的"糞便高溫厭氧發(fā)酵處理工藝",在國(guó)際上一直處于領(lǐng)先地位。〔二.減量化固體廢物"減量化"的基本任務(wù)是通過(guò)適宜的手段減少和減小固體廢物的數(shù)量和容積。這—任務(wù)的實(shí)現(xiàn),需從兩個(gè)方面著手：一是對(duì)固體廢物進(jìn)行處理利用；二是減少固體廢物的產(chǎn)生。對(duì)固體廢物進(jìn)行處理利用,屬于物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程的末端。固體廢物采用壓實(shí)、破碎等處理手段,可以減小固體廢物的體積,達(dá)到減量并便于運(yùn)輸、處置等目的。如污泥經(jīng)過(guò)濃縮、脫水、干燥等處理后,可去除大部分水分從而減小體積,便于運(yùn)輸,處置?！踩?資源化固體廢物"資源化"的基本任務(wù)是采取工藝措施從固體廢物中回收有用的物質(zhì)和能源。固體廢物的"資源化"是固體廢物的主要?dú)w宿。從資源開發(fā)過(guò)程看,利用固體廢物作原料,可以省去開礦、采掘、選礦、富集等一系列復(fù)雜工作,保護(hù)和延長(zhǎng)自然資源壽命,彌補(bǔ)資源不足,保證資源永續(xù),且可節(jié)省大量的投資,降低成本,減少環(huán)境污染,保持生態(tài)平衡,具有顯著的社會(huì)效益。以開發(fā)有色金屬為例,每獲得1t有色金屬,要開采出33t礦石,剝離出26.6t圍巖,消費(fèi)成百噸水和8t左右的標(biāo)煤,而且要產(chǎn)生幾十噸的固體廢物以及相應(yīng)的廢氣和廢水。許多固體廢物含有可燃成分,且大多具有能量轉(zhuǎn)換利用價(jià)值。例如具有高發(fā)熱量的煤矸石,可以通過(guò)燃燒回收熱能或轉(zhuǎn)換為電能,也可用以代土節(jié)煤生產(chǎn)內(nèi)燃磚。由此可見,固體廢物的"資源化"具有可觀的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。Chap2固體廢物的收集、運(yùn)輸與壓實(shí)教學(xué)目標(biāo):1.掌握工業(yè)固體廢物的收集、運(yùn)輸2.熟練掌握城市垃圾的收集、運(yùn)輸3.理解固體廢物的壓實(shí)教學(xué)重點(diǎn)：城市垃圾的收集、運(yùn)輸教學(xué)難點(diǎn)：城市垃圾的收集、運(yùn)輸學(xué)時(shí)安排：4學(xué)時(shí)§1工業(yè)固體廢物的收集、運(yùn)輸在我國(guó),工業(yè)固體廢物處理的原則是"誰(shuí)污染,誰(shuí)治理"。一般,產(chǎn)生廢物較多的工廠在廠內(nèi)外部建有自己的堆場(chǎng),收集,運(yùn)輸工作由工廠負(fù)責(zé)。零星、分般的固體廢物<工業(yè)下腳廢料及居民廢棄的日常生活用品>則由商業(yè)部所屬?gòu)U舊物資系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集。此外,有關(guān)部門還組織城市居民、農(nóng)村基層供銷合作社收購(gòu)站代收廢舊物資。對(duì)大型工廠,回收公司到廠內(nèi)回收,中型工廠則定人定期回收,小型工廠劃片包干巡回回收。并配備管理人員,設(shè)置廢料倉(cāng)庫(kù),建立各類廢物"積攢"資料卡,開展經(jīng)常性的收集和分類存放活動(dòng)。收集的品種有黑色金屬、有色金屬,橡膠、塑料、紙張,破布、麻,棉,化纖下腳、牲骨,人發(fā),玻璃,料瓶,機(jī)電五金、化工下腳、廢油脂等16個(gè)大類1000多個(gè)品種．僅上海市物資回收公司1983年回收總量即達(dá)169萬(wàn)噸,其中工業(yè)廢料占85％。該公司不僅回收而且組織生產(chǎn),將可以再利用的廢物組織加工變成產(chǎn)品或原料加以利用。暫時(shí)不能利用的則暫時(shí)堆存,留待以后再處理。對(duì)有害廢物專門分類收集,分類管理．§2城市垃圾的收集、運(yùn)輸城市垃圾收運(yùn)并非單一階段操作過(guò)程,通常包括三個(gè)階段,構(gòu)成一個(gè)收運(yùn)系統(tǒng)。第一階段是搬運(yùn)與貯存,指由垃圾產(chǎn)生者〔住戶或單位或環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)收集垃圾產(chǎn)生源頭,將垃圾送至貯存容器或集裝點(diǎn)的運(yùn)輸過(guò)程。第二階段是收集和清除,通常是指垃圾的近距離運(yùn)輸。一般用清運(yùn)車輛沿一定路線收集清除容器或其他貯存設(shè)施中的垃圾,并運(yùn)至垃圾中轉(zhuǎn)站的操作,有時(shí)也可就近直接送至垃圾處理廠或處置廠。第三階段為轉(zhuǎn)運(yùn),特指垃圾的遠(yuǎn)途運(yùn)輸,即在中轉(zhuǎn)站將垃圾轉(zhuǎn)載至大容器運(yùn)輸工具上,運(yùn)往遠(yuǎn)處的處理處置場(chǎng)。這—階段是收運(yùn)管理系統(tǒng)中最復(fù)雜的,耗資也最大。清運(yùn)效率和費(fèi)用的高低,主要取決下列因素：①清運(yùn)操作方式；②收集清運(yùn)車輛數(shù)量、裝載量及機(jī)械化裝卸程度；③清運(yùn)次數(shù)、時(shí)間及勞動(dòng)定員；④清運(yùn)路線。一.清運(yùn)操作方法清運(yùn)操作方法分移動(dòng)式和固定式兩種。<一>移動(dòng)容器操作方法移動(dòng)容器操作方法是指將某集裝點(diǎn)裝滿的垃圾連容器一起運(yùn)往中轉(zhuǎn)站或處理處置場(chǎng),卸空后再將空容器送回原處<一般法>或下一個(gè)集裝點(diǎn)<修改法>,其收集過(guò)程示意見圖。1.操作計(jì)算收集成本的高低,主要取決于收集時(shí)間長(zhǎng)短,因此對(duì)收集操作過(guò)程的不同單元時(shí)間進(jìn)行分析,可以建立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和關(guān)系式,求出某區(qū)域垃圾收集耗費(fèi)的人力和物力,從而計(jì)算收集成本?？梢詫⑹占僮鬟^(guò)程分為四個(gè)基本用時(shí),即集裝時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、卸車時(shí)間和非收集時(shí)間<其他用時(shí)>?！?集裝時(shí)間<Phcs>對(duì)常規(guī)法,每次行程集裝時(shí)間包括容器點(diǎn)之間行駛時(shí)間,滿容器裝車時(shí)間,及卸空容器放回原處時(shí)間三部分。用公式表示為：Phcs=tpc+tuc+tdbc式中Phcs為每次行程集裝時(shí)間,h/次；tpc為滿容器裝車時(shí)間,h/次；tuc為空容器放回原處時(shí)間,h/次；tdbc為容器間行駛時(shí)間,h/次。如果容器行駛時(shí)間已知,可用下面運(yùn)輸時(shí)間公式估算。<2>運(yùn)輸時(shí)間<h>運(yùn)輸時(shí)間指收集車從集裝點(diǎn)行駛至終點(diǎn)所需時(shí)間,加上離開終點(diǎn)駛回原處或下一個(gè)集裝點(diǎn)的時(shí)間,不包括停在終點(diǎn)的時(shí)間。當(dāng)裝車和卸車時(shí)間相對(duì)恒定時(shí)．則運(yùn)輸時(shí)間取決于運(yùn)輸距離和速度。從大量的不同收集車的運(yùn)輸數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸時(shí)間可以用下式近似表示：h=a+bx式中,h為運(yùn)輸時(shí)間,h／次；a為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),h／次；b為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),h／km；x為往返運(yùn)輸距離,km／次。<3>卸車時(shí)間專指垃圾收集車在終點(diǎn)<轉(zhuǎn)運(yùn)站或處理處置場(chǎng)>逗留時(shí)間,包括卸車及等待卸車時(shí)間。每一行程卸車時(shí)間用符號(hào)S<h／次>表示。<4>非收集時(shí)間非收集時(shí)間指在收集操作全過(guò)程中非生產(chǎn)性活動(dòng)所花費(fèi)的時(shí)間。常用符號(hào)ω<％>表示非收集時(shí)間占總時(shí)間百分?jǐn)?shù)。因此,一次收集清運(yùn)操作行程所需時(shí)間<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>當(dāng)求出Thcs后,則每日每輛收集車的行程次數(shù)用下式求出：Nd＝H/Thcs式中,Nd為每天行程次數(shù),次／d；H為每天工作時(shí)數(shù),h／d；其余符號(hào)同前。每周所需收集的行程次數(shù),即行程數(shù)可根據(jù)收集范圍的垃圾清除量和容器平均容量,用下式求出：Nw＝Vw/<cf>式中,Nw為每周收集次數(shù),即行程數(shù),次／周<若計(jì)算值帶小數(shù)時(shí),需進(jìn)值到整數(shù)值>；Vw為每周清運(yùn)垃圾產(chǎn)量,m3/周；f為容器平均容量,m3/次；f為容器平均充填系數(shù)。由此,每周所需作業(yè)時(shí)間Dw<d／周>為：Dw=NwThcs應(yīng)用上述公式,即可計(jì)算出移動(dòng)容器收集操作條件下的工作時(shí)間和收集次數(shù),編制作業(yè)計(jì)劃。2．計(jì)算實(shí)例某住宅區(qū)生活垃圾量約280m3／周,擬用一垃圾車負(fù)責(zé)清運(yùn)工作,實(shí)行改良操作法的移動(dòng)式清運(yùn)。已知該車每次集裝容積為8m3／次,容器利用系數(shù)為0.67,垃圾車采用八小時(shí)工作制。試求為及時(shí)清運(yùn)該住宅垃圾,每周需出動(dòng)清運(yùn)多少次?累計(jì)工作多少小時(shí)?經(jīng)調(diào)查已知：平均運(yùn)輸時(shí)間為0.512h／次,容器裝車時(shí)間為0.033h／次；容器放回原處時(shí)間0.033h/次,卸車時(shí)間0.022h/次；非生產(chǎn)時(shí)間占全部工時(shí)解：按公式Phcs=tpc+tuc+tdbc＝〔0.033＋0.033＋0h/次＝0.066h/次清運(yùn)一次所需時(shí)間,按公式Thcs=<Phcs+S+h>/<1-ω>＝[<0.066+0.512+0.022>/<1-0.25>]h/次=0.80h/次清運(yùn)車每日可以進(jìn)行的集運(yùn)次數(shù),按公式Nd＝H/Thcs=<8/0.8>次/d=10次/d根據(jù)清運(yùn)車的集裝能力和垃圾量,按公式Nw＝Vw/<cf>＝[280/<8×0.67>]次/周＝53次/周每周所需要的工作時(shí)間為：Dw＝NwThcs＝〔53×0.8h/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車到各容器集裝點(diǎn)裝載垃圾,容器倒空后固定在原地不動(dòng),車裝滿后運(yùn)往轉(zhuǎn)運(yùn)站或處理處置場(chǎng)。固定容器收集法的一次行程中,裝車時(shí)間是關(guān)鍵因素。因?yàn)檠b車有機(jī)械操作和人工操作之分,故計(jì)算方法也略有不同。固定容器收集過(guò)程參見下圖。1.機(jī)械裝車每一收集行程時(shí)間用下式表示：Tscs＝〔Pscs＋S＋a＋bx/〔1－ω式中,Tscs為固定容器收集法每一行程時(shí)間,h/次；Pscs為每次行程集裝時(shí)間,h/次；其余符號(hào)同前。此處,集裝時(shí)間為：Pscs＝ct<tuc>+<Np-1><tdbc>式中,ct為每次行程倒空的容器數(shù),個(gè)/次；tuc為卸空一個(gè)容器的平均時(shí)間,h/個(gè)；Np為每一行程經(jīng)歷的集裝點(diǎn)數(shù)；tdbc為每一行程各集裝點(diǎn)之間平均行駛時(shí)間。如果集裝點(diǎn)平均行駛時(shí)間未知,也可用公式h=a+bx進(jìn)行估算,但以集裝點(diǎn)間距離代替往返運(yùn)輸距離x<km／次>。每一行程能倒空的容器數(shù)直接與收集車容積與壓縮比以及容器體積有關(guān),其關(guān)系式：ct=Vr/<cf>式中,V為收集車容積,m3/次；r為收集車壓縮比；其余符號(hào)同前。每周需要的行程次數(shù)可用下式求出：Nw=Vw/<Vr>式中,Nw為每周行程次數(shù),次／周；其余符號(hào)同前。由此每周需要的收集時(shí)間為：Dw=[NwPscs+tw<S+a+bx>]/[<1-ω>H]若單位是h/周,則不用除以H。式中,Dw為每周收集時(shí)間,d／周；tw為Nw值進(jìn)到大整數(shù)值；其余符號(hào)同前。2.人工裝車使用人工裝車,每天進(jìn)行的收集行程數(shù)為已知值或保持不變。在這種情況下日工作時(shí)間為：Pscs＝[<1-ω>H/Nd]-<S+a+bx>符號(hào)同前。每一行程能夠收集垃圾的集裝點(diǎn)可以由下式估算：Nr=60Pscsn／tp式中,n為收集工人數(shù),人；tp為每個(gè)集裝點(diǎn)需要的集裝時(shí)間,人·min／點(diǎn)；其余符號(hào)同前。每次行程的集裝點(diǎn)數(shù)確定后,即可用下式估算收集車的合適車型尺寸〔載重量V＝VpNp/r點(diǎn)數(shù)×量/壓縮比式中,Vp為每一集裝點(diǎn)收集的垃圾平均量,m3／次；其余符號(hào)同前。每周的行程數(shù),即收集次數(shù)：Nw＝TpF/Np式中,Tp為集裝點(diǎn)總數(shù),點(diǎn)；F為每周容器收集頻率,次／周；其余符號(hào)同前。例某住宅區(qū)共有1000戶居民,由2個(gè)工人負(fù)責(zé)清運(yùn)該區(qū)垃圾。試按固定式清運(yùn)方式,計(jì)算每個(gè)工人清運(yùn)時(shí)間及清運(yùn)車容積,已知條件如下：每一集裝點(diǎn)平均服務(wù)人數(shù)3.5人；垃圾單位產(chǎn)量1.2kg/<d·人>；容器內(nèi)垃圾的容重120kg/m3；每個(gè)集裝點(diǎn)設(shè)0.12m3的容器二個(gè)；收集頻率每周一次；收集車壓縮比為2；來(lái)回運(yùn)距24km；每天工作8小時(shí),每次行程2次；卸車時(shí)間0.10h/次；運(yùn)輸時(shí)間0.29h/次；每個(gè)集裝點(diǎn)需要的人工集裝時(shí)間為1.76分/點(diǎn)·人解按公式Nd＝H/Thcs反求集裝時(shí)間：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/次一次行程能進(jìn)行的集裝點(diǎn)數(shù)目：Np＝60Pscsn／tp＝<60×3.01×2/l.76>點(diǎn)/次＝205點(diǎn)/次每集裝點(diǎn)每周的垃圾量換成體積數(shù)為：Vp＝〔1.2×3.5×7/120m3/次＝0.285m清運(yùn)車的容積應(yīng)大于：V＝VpNp／r＝<0.285×205／2>m3/次=29.2m每星期需要進(jìn)行的行程數(shù)：Nw＝TpF/Np=<1000×1/205>次/周＝4.88次/周每個(gè)工人每周需要的工作時(shí)間參照式Dw=[NwPscs+tw<S+a+bx>]/[<1-ω>H]：二.收集路線設(shè)計(jì)在城市垃圾收集操作方法、收集車輛類型、收集勞力、收集次數(shù)和作業(yè)時(shí)間確定以后,就可著手設(shè)計(jì)收運(yùn)路線,以便有效使用車輛和勞力。收集清運(yùn)工作安排的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性關(guān)鍵就是合理的收運(yùn)路線。國(guó)外對(duì)此十分重視。為了提高垃圾收運(yùn)水平,不少國(guó)家都制定了垃圾車收運(yùn)線路圖。例如德國(guó)的城市垃圾收運(yùn)系統(tǒng)比較完備,各清掃局都有垃圾車收集運(yùn)輸路線圖和道路清掃圖,收運(yùn)路線圖和清掃圖把全市分成若干個(gè)收集區(qū),明確規(guī)定掃路機(jī)的清掃路線以及這個(gè)地區(qū)的垃圾收集日、收集容器的數(shù)量及其車輛行駛路線等,收集地區(qū)的容器數(shù)量和安放位置等在路線圖上都有明確標(biāo)記,司機(jī)只需按照路線圖的標(biāo)志,在規(guī)定的收集日按收運(yùn)路線去收集垃圾或進(jìn)行清掃作業(yè)。一般,收集線路的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行反復(fù)試算過(guò)程,沒有能應(yīng)用于所有情況的固定規(guī)則。1.設(shè)計(jì)收運(yùn)路線的一般步驟一條完整的收集清運(yùn)路線大致由"實(shí)際路線"和"區(qū)域路線"組成。前者指垃圾收集車在指定的街區(qū)內(nèi)所遵循的實(shí)際收集路線,后者指裝滿垃圾后,收集車為運(yùn)往轉(zhuǎn)運(yùn)站<或處理處置場(chǎng)>需走過(guò)的地區(qū)或街區(qū)。在研究探索較合理的實(shí)際路線時(shí),需考慮以下幾點(diǎn)：①每個(gè)作業(yè)日每條路線限制在一個(gè)地區(qū),盡可能緊湊,沒有斷續(xù)或重復(fù)的線路；②平衡工作量,使每個(gè)作業(yè)、每條路線的收集和運(yùn)輸時(shí)間都合理地大致相等；③收集路線的出發(fā)點(diǎn)從車庫(kù)開始,要考慮交通繁忙和單行街道的因素；④在交通擁擠時(shí)間,避免在繁忙的街道上收集垃圾。設(shè)計(jì)收集路線的一般步驟包括：①準(zhǔn)備適當(dāng)比例的地域地形圖,圖上標(biāo)明垃圾清運(yùn)區(qū)域邊界、道口、車庫(kù)和通往各個(gè)垃圾集裝點(diǎn)的位置、容器數(shù)、收集次數(shù)等,如果使用固定容器收集法,應(yīng)標(biāo)注各集裝點(diǎn)垃圾量；②資料分析,將資料數(shù)據(jù)概要列為表格；③初步收集路線設(shè)計(jì)；④對(duì)初步收集路線進(jìn)行比較,通過(guò)反復(fù)試算進(jìn)一步均衡收集路線,使每周各個(gè)工作日收集的垃圾量、行駛路程、收集時(shí)間等大致相等,最后將確定的收集路線畫在收集區(qū)域圖上。2.設(shè)計(jì)收集清運(yùn)路線實(shí)例例下圖所示為某收集服務(wù)小區(qū)<步驟1已在圖上完成>。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)移動(dòng)式和固定式兩種收集操作方法的收集路線。兩種收集操作方法若在每日8小時(shí)中必須完成收集任務(wù),請(qǐng)確定處置場(chǎng)距B點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離可以是多少?已知有關(guān)數(shù)據(jù)和要求如下：<1>收集次數(shù)為每周2次的集裝點(diǎn),收集時(shí)間要求在星期二、五兩天；<2>收集次數(shù)為每周3次的集裝點(diǎn),收集時(shí)間要求在星期一、三、五三天；<3>各集裝點(diǎn)容器可以位于十字路口任何一側(cè)集裝；<4>收集車車庫(kù)在A點(diǎn),從A點(diǎn)早出晚歸；<5>移動(dòng)容器收集操作從星期一至星期五每天進(jìn)行收集：<6>移動(dòng)容器收集操作法按交換式〔前圖b進(jìn)行,即收集車不是回到原處而是到下一個(gè)集裝點(diǎn)。<7>移動(dòng)容器收集操作法作業(yè)數(shù)據(jù)：容器集裝和放回時(shí)間為0.033h／次；卸車時(shí)間為0.053h/次；<8>固定容器收集操作每周只安排四天<星期一、二、三和五>,每天行程一次；<9>固定容器收集操作的收集車選用容積35m3的后裝式壓縮車,壓縮比為2<10>固定容器收集操作法作業(yè)數(shù)據(jù)；容器卸空時(shí)間為0.050h/次；卸車時(shí)間為0.10h／次；<11>容器間估算行駛時(shí)間常數(shù)a＝0.060h／次,b＝0.067h／km。<12>確定兩種收集操作的運(yùn)輸時(shí)間、使用運(yùn)輸時(shí)間常數(shù)為a＝0.080h/次,b＝0.025h／km；<13>非收集時(shí)間系數(shù)兩種收集操作均為0.15。解：1.移動(dòng)容器收集操作法的路線設(shè)計(jì)<1>根據(jù)圖3－1－3提供資料進(jìn)行分析<步驟2>。收集區(qū)域共有集裝點(diǎn)32個(gè),其中收集次數(shù)每周三次的有<11>和<20>二個(gè)點(diǎn),每周共收集3×2＝6次行程,時(shí)間要求在星期一、三、五3天；收集次數(shù)二次的有<17>、<27>、<28>、<29>四個(gè)點(diǎn)．每周共收集4×2＝8次行程,時(shí)間要求在星期二、五兩天；其余26個(gè)點(diǎn),每周收集一次,其收集l×26=26次行程,時(shí)間要求在星期一至星期五。合理的安排是使每周各個(gè)工作日集裝的容器數(shù)大致相等以及每天的行駛距離相當(dāng)。如果某日集裝點(diǎn)增多或行駛距離較遠(yuǎn),則該日的收集將花費(fèi)較多時(shí)間并且將限制確定處置場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離。三種收集次數(shù)的集裝點(diǎn),每周共需行程40次,因此,平均安排每天收集8次,分配辦法列于表3－1－10<2>通過(guò)反復(fù)試算設(shè)計(jì)均衡的收集路線<步驟3和步驟4>。在滿足表3—1—1規(guī)定的次數(shù)要求的條件下,找到一種收集路線方案,使每天的行駛距離大致相等,即A點(diǎn)到B點(diǎn)間行駛距離約為86km。每周收集路線設(shè)計(jì)和距離計(jì)算結(jié)果在表3—1—2中列出。<3>確定從B點(diǎn)至處置場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離。①求出每次行程的集裝時(shí)間。因?yàn)槭褂媒粨Q容器收集操作法,故每次行程時(shí)間不包括容器間行駛時(shí)間Phcs=tpc+huc=<0.033+0.033>h/次＝0.066h/次②利用公式Nd＝H/Thcs求往返運(yùn)距：H＝Nd<Phcs+S+a+bx>/<1-ω>即8＝8×〔0.066＋0.053＋0.08＋0.025x/<1-0.15>x=26km/次③最后確定從B點(diǎn)至處置場(chǎng)距離。因?yàn)檫\(yùn)距x包括收集路線距離在內(nèi),將其扣除后除以往返雙程,便可確定從B點(diǎn)至處置場(chǎng)最遠(yuǎn)單程距離：1/2<26—86/8>=7.63<km>2.固定容器收集操作法的路線設(shè)計(jì)用相同的方法可求得每天需收集的垃圾量,安排如表3－1－3所列。根據(jù)所收集的垃圾量,經(jīng)過(guò)反復(fù)試算制定均衡的收集路線,每日收集路線列于表3－1－4；A點(diǎn)和B點(diǎn)間每日的行駛距離列于表3－1－5?！?從表3－1－4中可以看到,每天行程收集的容器數(shù)為10個(gè),故容器間的平均行駛距離為：25.5／10＝2.55<km>。利用公式Pscs＝ct<tuc>+<Np-1><tdbc>可以求出每次行程的集裝時(shí)間：Pscs＝ct<tuc＋tdbc>＝ct<tuc＋a＋bx>＝[10×〔0.05+0.06+0.067×2.55]h/次＝2.81h/次〔4利用公式Pscs＝<1-ω>H/Nd-<S+a+bx>求從B點(diǎn)到處置場(chǎng)的往返運(yùn)距：H＝Nd<Pscs+S+a+bx>／<1-ω>8＝1×<2.8l＋0.10＋0.08＋0.x=152.4<km><5>確定從B點(diǎn)至處置場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離：<152.4/2>km=76.2§3固體廢物的壓實(shí)壓實(shí)又稱壓縮,它的原理是利用機(jī)械的方法減少垃圾的空隙率,將空氣擠壓出來(lái)增加固體廢物的聚集程度。其目的有二：一是增大容重和減小體積,便于裝卸和運(yùn)輸,確保運(yùn)輸安全與衛(wèi)生,降低運(yùn)輸成本；二是制取高密度惰性塊料,便于儲(chǔ)存、填埋或作建筑材料。無(wú)論可燃、不可燃或放射性廢物都可壓縮處理。一.壓實(shí)設(shè)備與流程1．設(shè)備按固體廢物種類不同．它可分為金屬類廢物壓實(shí)器和城市垃圾壓實(shí)器兩類。①金屬類廢物壓實(shí)器金屬類廢物壓實(shí)器主要有三向聯(lián)合式和回轉(zhuǎn)式兩種。A.三向聯(lián)合式壓實(shí)器B.回轉(zhuǎn)式壓實(shí)器②城市垃圾壓實(shí)器A.高層住宅垃圾壓實(shí)器B.城市垃圾壓實(shí)器2.流程下圖是較為先進(jìn)的國(guó)外城市垃圾壓縮處理工藝流程。垃圾先裝入四周墊有鐵絲網(wǎng)的容器中,然后送入壓縮機(jī)壓縮,壓力為160～200kgf/cm2〔1kgf＝9.8N,壓縮為1/5。壓塊由上向推動(dòng)活塞推出壓縮腔,送入180～200℃瀝青浸漬池10秒涂浸瀝青防漏,冷卻后經(jīng)運(yùn)輸皮帶裝入汽車運(yùn)往垃圾填埋場(chǎng)。壓縮污水經(jīng)油水分離器入活性污泥處理系統(tǒng),處理水滅菌后排放。Chap3固體廢物破碎教學(xué)目標(biāo):1.理解破碎基礎(chǔ)理論重幾個(gè)基本概念2.熟悉常見的破碎機(jī)及其工作原理3.低溫破碎與濕式破碎技術(shù)和應(yīng)用條件教學(xué)重點(diǎn)：基礎(chǔ)理論重幾個(gè)基本概念教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)時(shí)安排：1學(xué)時(shí)§1破碎的基礎(chǔ)理論一.破碎的目的利用外力克服固體廢物質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力而使大塊固體廢物分裂成小塊的過(guò)程稱為破碎：使小塊固體廢物顆粒分裂成細(xì)粉的過(guò)程稱為磨碎。固體廢物破碎和磨碎的目的如下：<1>使固體廢物的容積減小,便于運(yùn)輸和貯存。<2>為固體廢物的分選提供所要求的入選粒度,以便有效地回收固體廢物中某種成分。<3>使固體廢物的比表面積增加,提高焚燒、熱分解,熔融等作業(yè)的穩(wěn)定性和熱效率。<4>為固體廢物的下一步加工作準(zhǔn)備,例如,煤矸石的制磚、制水泥等,都要求把煤矸石破碎和磨碎到一定粒度以下,以便進(jìn)一步加工制備使用。<5>用破碎后的生活垃圾進(jìn)行填埋處置時(shí),壓實(shí)密度高而均勻,可以加快復(fù)土還原。<6>防止粗大、鋒利的固體廢物損壞分選、焚燒和熱解等設(shè)備或爐膛。二.破碎的方法、破碎比和破碎流程破碎作用分為沖擊破碎、剪切破碎、擠壓破碎和摩擦破碎。破碎比：破碎過(guò)程中,原廢物粒度與破碎產(chǎn)物粒度的比值稱為破碎比。有兩種表示方法?！?用廢物破碎前的最大粒度〔Dmax與破碎后的最大粒度〔dmax的比值來(lái)確定破碎比〔i。該法確定的破碎比稱為極限破碎比,在工程設(shè)計(jì)中常被采用。根據(jù)最大物料直徑來(lái)選擇破碎機(jī)給料口的寬度?！?用廢物破碎前的平均粒度〔Dcp與破碎后的平均粒度〔dcp的比值來(lái)確定破碎比〔i。該法確定的破碎比稱為真實(shí)破碎比,能較真實(shí)的反映破碎程度,在科研和理論研究中常被采用。破碎流程：?jiǎn)渭兤扑?帶預(yù)先篩分破碎工藝,帶檢查篩分破碎工藝、帶預(yù)先篩分和檢查篩分破碎工藝?！?破碎機(jī)鄂式破碎機(jī),錘式破碎機(jī),沖擊式破碎機(jī),剪切式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)和球磨機(jī)等?！?低溫破碎與濕式破碎對(duì)于在常溫下難以破碎的固體廢物,可以利用其低溫變脆的性能而有效的破碎,也可以利用不同的物質(zhì)脆化溫度的差異進(jìn)行選擇性的破碎,即所謂低溫破碎技術(shù)。低溫破碎通常采用液氮作為制冷劑,液氮具有制冷溫度低、無(wú)毒、無(wú)爆炸危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。Chap4固體廢物的分選教學(xué)目標(biāo):1.理解并掌握篩分基本理論2.掌握重力分選3.了解磁力分選4.了解電力分選5.理解并掌握浮選6.了解其他分選方法7.了解并熟悉分選回收工藝系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)：篩分基本理論；重力分選；浮選教學(xué)難點(diǎn)：浮選學(xué)時(shí)安排：3學(xué)時(shí)固體廢物分選簡(jiǎn)稱廢物分選,是廢物處理的一種方法<單元操作>,目的是將其中可回收利用的或不利于后續(xù)處理,處置工藝要求的物料分離出來(lái)。廢物分選是根據(jù)物質(zhì)的粒度、密度、磁性,電性、光電性,摩擦性,彈性以及表面潤(rùn)濕性的不同而進(jìn)行分選的。可分為篩選<分>、重力分選,磁力分選,電力分選、光電分選、摩擦及彈性分選,以及浮選等?！?篩分一、篩分基本理論1.篩分原理篩分是利用篩子將物料中小于篩孔的細(xì)粒物料透過(guò)篩面,而大于篩孔的粗粒物料留在篩面上,完成粗、細(xì)粒物料分離的過(guò)程。該分離過(guò)程可看作是物料分層和細(xì)粒透篩兩個(gè)階段組成的。物料分層是完成分離的條件,細(xì)粒適篩是分離的目的。通常用篩分效力來(lái)描述篩分過(guò)程的優(yōu)劣。篩分效率是指篩分時(shí)實(shí)際得到的篩下產(chǎn)物重量與原料中所含粒度小于篩孔孔徑的物料重量之比。即：％其中：Q為篩下物重量；Q0為入篩物料重量；α為原料中小于篩孔孔徑的顆粒重量的百分含量。2.影響篩分效率的因素〔1.固體廢物性質(zhì)的影響固體廢物的粒度組成對(duì)篩分效率影響較大。廢物中"易篩粒"〔粒度小于篩孔3/4含量越多,篩分效率越高,而粒度接近篩孔尺寸的"難篩粒"越多,篩分效率則越低。固體廢物的含水率和含泥量對(duì)篩分效率也有一定的影響。廢物外表水分會(huì)使細(xì)粒結(jié)團(tuán)或附著在粗粒上而不易透篩。當(dāng)篩孔較大,廢物含水率較高時(shí),反而造成顆?；顒?dòng)性的提高,此時(shí)水分廢物顆粒形狀對(duì)篩分效率也有影響,一般球形、立方形,多邊形顆粒相對(duì)而言,篩分效率較高,而顆粒呈扁平狀或長(zhǎng)方塊,用方形或圓形篩孔的篩子篩分,其篩分效率越低。〔2.設(shè)備性能的影響常見的篩面有棒條篩面、鋼板沖孔篩面及鋼絲編織篩網(wǎng)三種。其中棒條篩面有效面積小,篩分效率低,編織篩網(wǎng)則相反,有效面積大,篩分效率高,沖孔篩面介于兩者之間。篩子運(yùn)動(dòng)方式對(duì)篩分效率有較大的影響,同一種固體廢物采用不同類型的篩子進(jìn)行篩分時(shí),其篩分效率大致如下表所示。即使是同一類型的篩子,如振動(dòng)篩,它的篩分效率也受運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的影響而有差別。如果篩子運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不足時(shí),篩面上物料不易松散和分層,細(xì)粒不易透篩,篩分效率就不高；但運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大又使廢物很快通過(guò)篩面排出,篩分效率也不高。篩面寬度主要影響篩子的處理能力,其長(zhǎng)度則影響篩分效率。篩面傾角是為了便于篩上產(chǎn)品的排出,傾角過(guò)小起不到此作用；傾角過(guò)大時(shí),廢物排出速度過(guò)快,篩分時(shí)間短,篩分效率低。一般篩面傾角以15一25°較適宜?！?.篩分操作條件的影響連續(xù)均勻給料,及時(shí)清理、維修篩面,篩分效率就高。3.篩分設(shè)備及其應(yīng)用固定篩：篩面由許多平行排列的篩條組成,水平或傾斜安裝。分為格篩<裝在粗破之前>和棒條篩〔粗破和中破之前。格篩一般安裝在粗破機(jī)之前,以保證入料塊度適宜?！?滾筒篩〔轉(zhuǎn)筒篩：篩面帶孔的圓柱形筒體,軸線傾斜3～5度安裝；截頭圓錐筒體,軸線水平安裝,高端入料,低端排篩上物。物料在筒內(nèi)滯留時(shí)間25～30s,轉(zhuǎn)速5～6r/min為最佳?！?慣性振動(dòng)篩：由不平衡物體的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力使篩箱產(chǎn)生振動(dòng)的一種篩子。重塊產(chǎn)生的水平分力被剛度大的板簧吸收,垂直分力強(qiáng)迫板簧作拉伸及壓縮的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。篩面運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓或近圓。適用于細(xì)粒、潮濕及粘性廢物的篩分?！?共振篩：是利用彈簧的曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),使篩子在共振狀態(tài)下進(jìn)行篩分。離心輪轉(zhuǎn)動(dòng),連桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng),通過(guò)其端的彈簧將作用力傳給篩箱；與此同時(shí),下機(jī)體受到相反的作用力,篩箱、彈簧及下機(jī)體組成一彈簧系統(tǒng),其固有自振頻率與傳動(dòng)裝置的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率相同或相近,發(fā)生共振而篩分。共振篩的工作過(guò)程是篩箱的動(dòng)能和彈簧的勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。所以,在每次振動(dòng)中,只需要補(bǔ)充為克服阻尼的能量,就能維持篩子的連續(xù)振動(dòng)。這種篩子雖然比較大,但是功率消耗卻很小。共振篩處理能力大,篩分效率高,但制造工藝復(fù)雜,機(jī)體較重。共振篩適用于廢物的中細(xì)粒的篩分,還可以用于廢物分選作業(yè)的脫水、脫重介質(zhì)和脫泥篩分等?！?重力分選一、概述重力分選簡(jiǎn)稱重選,是根據(jù)固體廢物中不同物質(zhì)顆粒間的密度差異,在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中受到重力、介質(zhì)動(dòng)力和機(jī)械力的作用,使顆粒群產(chǎn)生松散分層和遷移分離,從而得到不同密度產(chǎn)品的分選過(guò)程。重力分選原理：一個(gè)懸浮在流體介質(zhì)中的顆粒,其運(yùn)動(dòng)速度受到自身重力、介質(zhì)阻力和介質(zhì)的浮力三種力的作用。分別是FE〔重力、FB〔介質(zhì)浮力、FD〔介質(zhì)摩擦阻力。FFEFBFD式中：ρs為顆粒密度；Vg為顆粒體積,假定顆粒為球形,則：式中ρ為介質(zhì)密度；介質(zhì)摩擦阻力：式中：CD為阻力系數(shù)；V為顆粒相對(duì)介質(zhì)速度,A為顆粒投影面積〔在運(yùn)動(dòng)方向上。當(dāng)FE、FB、FD三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí),且加速度為零時(shí)的速度為末速度,此時(shí)有：即：CD是與顆粒的尺寸及運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān),通常用雷諾數(shù)Re來(lái)表述。式中u為流體介質(zhì)的粘度系數(shù),γ為流體介質(zhì)的動(dòng)粘度系數(shù)。如果假定流體運(yùn)動(dòng)為層流,CD＝24/Re?？梢赃M(jìn)一步得出人們所熟知的斯托克斯公式：影響重力分選的因素,從上式可以看出有顆粒的尺度,顆粒與介質(zhì)的密度差以及介質(zhì)的年度。重力分選的介質(zhì)有空氣、水、重液〔密度大于水的液體、重懸浮液。重液最常用的是四溴乙烷和丙酮的混合物,另一種是五氯乙烷。重懸浮液的粘度不應(yīng)太大,粘度增大會(huì)使可以在其中運(yùn)動(dòng)阻力增大,從而降低分選精度和設(shè)備生產(chǎn)率。降低懸浮液的年度可以提高物料分選速度,但會(huì)降低懸浮液的穩(wěn)定性。故工業(yè)上為保持懸浮液的穩(wěn)定,可以采用如下方法：①選擇密度適當(dāng),能造成穩(wěn)定懸浮液的加重介質(zhì),或在粘度要求允許的條件下,把加重介質(zhì)磨碎一些；②加入膠體穩(wěn)定劑,如水玻璃、亞硫酸鹽、鋁酸鹽、淀粉、烷基硫酸鹽、膨潤(rùn)土和合成聚合物等；③適當(dāng)?shù)臄嚢璐偈箲腋∫焊臃€(wěn)定。按介質(zhì)不同,固體廢物的重選可分為重介質(zhì)分選,跳汰分選,風(fēng)力分選和搖床分選等。各種重選過(guò)程具有的共同工藝條件是①固體廢物中顆粒間必須存在密度的差異,②分選過(guò)程都是在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中進(jìn)行的,③在重力、介質(zhì)動(dòng)力及機(jī)械力的綜合作用下,使顆粒群松散并按密度分層,④分好層的物料在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)流的推動(dòng)下互相遷移,彼此分離,并獲得不同密度的最終產(chǎn)品．二、重介質(zhì)分選<一>基本原理通常將密度大于水的介質(zhì)稱為重介質(zhì)。在重介質(zhì)中使固體廢物中的顆粒群按密度分開的方法稱為重介質(zhì)分選。為使分選過(guò)程有效地進(jìn)行,需選擇重介質(zhì)密度<ρC>介于固體廢物中輕物料密度<ρL>和重物料密度<ρW>之間,即ρL<ρC<ρW凡是顆粒密度大于重介質(zhì)密度的重物料都下沉,集中于分選設(shè)備底部成為重產(chǎn)物,顆粒密度小于重介質(zhì)密度的輕物料都上浮,集中于分選設(shè)備的上部成為輕產(chǎn)物,分別排出,從而達(dá)到分選的目的?？梢?在重介質(zhì)分選過(guò)程中,重介質(zhì)的性質(zhì)是影響分選效果的重要因素。<二>對(duì)重介質(zhì)性能的要求重介質(zhì)是由高密度的固體微粒和水構(gòu)成的固液兩相分散體系,它是密度高于水的非均勻介質(zhì)。高密度固體微粒起著加大介質(zhì)密度的作用,故稱為加重質(zhì)。最常用的加重質(zhì)有硅鐵,磁鐵礦等。一般要求加重質(zhì)的粒度為小于200目,占60--90％,能夠均勻分散于水中,容積濃度一般為10-15％。重介質(zhì)應(yīng)具有密度高,粘度低,化學(xué)穩(wěn)定性好<不與處理的廢物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)>、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性,易回收再生等特性。<三>、重介質(zhì)分選設(shè)備目前常用的是鼓形重介質(zhì)分選機(jī)。三.跳汰分選原理：將物料給入篩板上,形成密集的物料層,從篩板下周期性給入垂直變速的水流,透過(guò)篩板使床層松散并按密度分層,密度大的顆粒群集中到底層,透過(guò)篩板或特殊排料裝置排出成重產(chǎn)品,密度小的顆粒群進(jìn)入上層被水平水流帶到機(jī)外成為輕產(chǎn)品。跳汰介質(zhì)可以是水或者是空氣。目前用于固體廢物分選的介質(zhì)都是水。跳汰分選是古老的選礦技術(shù)。國(guó)外主要用于混合金屬的分離。四.風(fēng)力分選〔一原理：以空氣為分選介質(zhì),在氣流作用下使固體廢物顆粒按密度和粒度進(jìn)行分選的方法,簡(jiǎn)稱風(fēng)選,又稱氣流分選。其分選設(shè)備按照工作氣流的主流向可以分為水平、處置和傾斜三種類型,其中以垂直氣流分選器使用最為廣泛。五.搖床分選§3磁力分選§4電力分選§5浮選一、浮選原理浮選是在固體廢物與水調(diào)制的料漿中,加入浮選藥劑,并通人空氣形成無(wú)數(shù)細(xì)小氣泡,使欲選物質(zhì)顆粒粘附在氣泡上,隨氣泡上浮于料漿表面成為泡沫層,然后刮出回收；不浮的顆粒仍留在料漿內(nèi),通過(guò)適當(dāng)處理后廢棄。在浮選過(guò)程小,固體廢物各組分對(duì)氣泡粘附的選擇性,是由固體顆粒、水、氣泡組成的三相界面間的物理化學(xué)特性所決定的。其中比較重要的是物質(zhì)表面的潤(rùn)濕性。固體廢物中有些物質(zhì)表面的疏水性較強(qiáng),容易粘附在氣泡上,而另一些物質(zhì)表面親水,不易粘附在氣泡上。物質(zhì)表面的親水,疏水性能,可以通過(guò)浮選藥劑的作用而加強(qiáng)。因此,在浮選工藝中正確選擇、使用浮選藥劑是調(diào)整物質(zhì)可浮性的主要外因條件。二.浮選藥劑根據(jù)藥劑在浮選過(guò)程中的作用不同,可分為捕收劑、起泡劑和調(diào)整劑三大類。<一>捕收劑捕收劑能夠選擇性地吸附在欲選的物質(zhì)顆粒表面上,使其疏水性增強(qiáng),提高可浮性,并牢固地粘附在氣泡上而上浮。良好的捕收劑應(yīng)具備；①捕收作用強(qiáng),具有足夠的活性,②有較高的選擇性,最好只對(duì)某一種物質(zhì)顆粒具有捕收作用；③易溶于水、無(wú)毒、無(wú)臭,成分穩(wěn)定,不易變質(zhì)；④價(jià)廉易得。常用的捕收劑有異極性捕收劑和非極性油類捕收劑兩類。1.異極性捕收劑異極性捕收劑的分子結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)基團(tuán)：極性基和非極性基。極性基活潑能夠與物質(zhì)顆粒表面發(fā)生作用,使捕收劑吸附在物質(zhì)顆粒表面,非極性基起疏水作用。典型的異極性捕收劑有黃藥,油酸等。從煤矸石中回收黃鐵礦時(shí),常用黃藥作捕收劑。2.非極性油類捕收劑非極性油類捕收劑主要成分是脂肪烷烴和環(huán)烷烴,最常用的是煤油,烴類油的整個(gè)分子是非極性的,難溶于水,具有很強(qiáng)的疏水性。在料漿中由于強(qiáng)烈攪拌作用而被乳化成微細(xì)的油滴,與物質(zhì)顆粒碰撞接觸時(shí),便粘附于疏水性顆粒表面上,并且在其表面上擴(kuò)展形成油膜,從而大大增加顆粒表面的疏水性,使其可浮性提高。從粉煤灰中回收炭,常用煤油作捕收劑。<二>起泡劑起泡劑是一種表面活性物質(zhì),主要作用在水—?dú)饨缑嫔?使其界面張力降低,促使空氣在料漿中彌散,形成小氣泡,防止氣泡兼并,增大分選界面,提高氣泡與顆粒的粘附和上浮過(guò)程中的穩(wěn)定性,以保證氣泡上浮形成泡沫層。浮選用的起泡劑應(yīng)具備：①用量少,能形成量多、分布均勻,大小適宜、韌性適當(dāng)和粘度不大的氣泡,②有良好的流動(dòng)性,適當(dāng)?shù)乃苄?無(wú)毒、無(wú)腐蝕性,便于使用,③無(wú)捕收作用,對(duì)料漿的pH變化和料漿中的各種物質(zhì)顆粒有較好的適應(yīng)性。常用的起泡劑有松油、松醇油,脂肪醇等。<三>調(diào)整劑調(diào)整劑的作用主要足調(diào)整其它藥劑<主要是捕收劑>與物質(zhì)顆粒表面之間的作用,還可調(diào)整料漿的性質(zhì),提高浮選過(guò)程的選擇性。調(diào)整劑的種類較多,按其作用可分為以下四種：1．活化劑凡能促進(jìn)捕收劑與欲選物質(zhì)顆粒的作用,從而提高欲選物質(zhì)顆?？筛⌒缘乃巹┓Q為活化劑,其作用稱為活化作用。常用的活化劑多為無(wú)機(jī)鹽,如硫化鈉,硫酸銅等。2．抑制劑抑制劑與活化劑作用相反,其作用是削弱非選物質(zhì)顆粒與捕收劑之間的作用,抑制其可浮性,增大其與欲選物質(zhì)顆粒之間的可浮性差異,提高分選過(guò)程的選擇性,起這種抑制作用的藥劑稱為抑制劑。常用的抑制劑有各種無(wú)機(jī)鹽<如水玻璃>和有機(jī)物<如單寧、淀粉等>。3．介質(zhì)的調(diào)整劑調(diào)整劑的主要作用是調(diào)整漿料的性質(zhì),使料漿對(duì)某些物質(zhì)顆粒的浮選有利,而對(duì)另一些物質(zhì)顆粒的浮選不利。例如,用它凋整料漿的離子組成,改變料漿的pH,調(diào)整可溶性鹽的濃度等。常用的介質(zhì)調(diào)整劑是酸類和堿類。4．分散與混凝劑調(diào)整料中細(xì)泥的分散,團(tuán)聚與絮凝,以減小細(xì)泥對(duì)浮選的不利影響,改善和提高浮選效果。常用的分散劑有無(wú)機(jī)鹽類<如蘇打、水玻璃等>和高分子化合物<如各類聚磷酸鹽>。常用的混凝劑有石灰、明礬、聚丙烯酰胺等。三.浮選設(shè)備我國(guó)應(yīng)用最多的是機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。四.浮選工藝過(guò)程及應(yīng)用浮選工藝包括以下程序：浮選前料漿的調(diào)制；加藥調(diào)整；充氣浮選?！?其他分選方法磁力分選、電選等,摩擦與跳汰分選、光電分選等?！?分選回收工藝系統(tǒng)調(diào)整：主要是廢物的破碎、磨碎等,目的是得到粒度適宜,基本上是單體解離的顆粒,浮選的料漿濃度必須適合浮選的工藝要求。浮選是固體廢物資源化的一種重要技術(shù),我國(guó)以應(yīng)用于從分煤灰中回收炭,從煤矸石中回收硫鐵礦,從焚燒爐灰渣中回收金屬等。Chap5污泥的濃縮與脫水教學(xué)目標(biāo):1.掌握污泥的分類及特性2.掌握污泥的性質(zhì)指標(biāo)3.熟悉并掌握污泥處理的目的和方法4.理解并掌握污泥中水分的存在形式及其分離性能5.熟悉并掌握污泥調(diào)理的方法6.掌握污泥的洗滌原理和作用7.掌握加藥調(diào)理；熟悉熱處理；掌握熟悉污泥脫水常用設(shè)備和原理教學(xué)重點(diǎn)：污泥的性質(zhì)指標(biāo)；污泥中水分的存在形式及其分離性能；污泥調(diào)理的方法；加藥調(diào)理教學(xué)難點(diǎn)：污泥中水分的存在形式及其分離性能學(xué)時(shí)安排：4學(xué)時(shí)§1概述在給水和廢水處理中,不同處理過(guò)程產(chǎn)生的各類沉淀物,漂浮物等統(tǒng)稱為污泥。污泥的成分、性質(zhì)主要取決于處理水的成分、性質(zhì)及處理工藝,其分類很復(fù)雜,有多種多樣分類方法,并有不同的名稱。<一>污泥的分類及特性<1>按來(lái)源分,大致有給水污泥、生活污水污泥和工業(yè)廢水污泥三類。<2>根據(jù)污泥從水中分離過(guò)程可分為沉淀污泥<包括物理沉淀污泥,混凝污泥、化學(xué)污泥>及生物處理污泥<指污水在二級(jí)處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥,包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等方法得到的腐殖污泥及活性污泥法得到的活性污泥>?，F(xiàn)代污水處理廠污泥大部分是沉淀污泥和生物處理污泥的混合污泥。<3>按污泥成分和性質(zhì)可分為有機(jī)污泥和無(wú)機(jī)污泥。以有機(jī)物為主要成分的有機(jī)污泥可簡(jiǎn)稱為污泥,具主要特性是有機(jī)物含量高,容易腐化發(fā)臭,顆粒較細(xì),密度較小,含水率高且不易脫水,是呈膠狀結(jié)構(gòu)的親水性物質(zhì),便于用管道輸送。生活污水污泥或混合污水污泥均屬有機(jī)污泥。<4>以無(wú)機(jī)物為主要成分的無(wú)機(jī)污泥常稱為沉渣,沉渣的特性是顆粒較粗,密度較大,含水率較低且易于脫水,但流動(dòng)性較差,不易用管道輸送。給水處理沉砂池以及某些工業(yè)廢水物理、化學(xué)處理過(guò)程中的沉淀物均屬沉渣,無(wú)機(jī)污泥一般是疏水性污泥。<5>更常用的是按污泥在不同處理階段分類命名：生污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水干化污泥,干燥污泥及污泥焚燒灰。<二>污泥的性質(zhì)指標(biāo)為了合理地處理和利用污泥,必須先摸清污泥的成分和性質(zhì),通常需要對(duì)污泥的以下指標(biāo)進(jìn)行分析鑒定。1污泥的含水率、固體含量和體積污泥中所含水分的含量與污泥總質(zhì)量之比稱為污泥含水率<％>,相應(yīng)地固體物質(zhì)在污泥中質(zhì)量比例稱為固體含量<％>。污泥的含水率一般都很大,相對(duì)密度接近1。主要取決于污泥中固體的種類及其顆粒大小。通常,固體顆粒越細(xì)小,其所含有機(jī)物越多,污泥的含水率越高。2污泥的脫水性能為了降低污泥的含水率,減小體積,以利于污泥的輸送、處理和處置,都必須對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理。不同性質(zhì)的污泥,脫水的難易程度不同,可用脫水性能表示。3揮發(fā)性固體與灰分揮發(fā)性固體能夠近似地表示污泥中有機(jī)物含量,又稱為灼燒減量。灰分則表示無(wú)機(jī)物含量,又稱為固定固體或灼燒殘?jiān)?污泥的可消化性污泥中的有機(jī)物是消化處理的對(duì)象,其中一部分是能被消化分解的,另一部分是不易或不能被消化分解的,如纖維素等。常用可消化程度來(lái)表示污泥中可被消化分解的有機(jī)物數(shù)量。5污泥中微生物生活污泥、醫(yī)院排水及某些工業(yè)廢水<如屠宰場(chǎng)廢水>排出的污泥中,含有大量的細(xì)菌及各種寄生蟲卵。為了防止在利用污泥的過(guò)程中傳染疾病,必須對(duì)污泥進(jìn)行寄生蟲卵的檢查并加以適當(dāng)處理。<三>污泥處理的目的和方法1目的污泥處理的主要目的有三方面。<1>降低水分,減少體積,以利于污泥的運(yùn)輸、儲(chǔ)存及各種處理和處置工藝的進(jìn)行。<2>使污泥衛(wèi)生化,穩(wěn)定化。污泥常含有大量的有機(jī)物,也可能含有多種病原菌,有時(shí)還含其他有毒有害物質(zhì)。必須消除這些會(huì)散發(fā)惡臭、導(dǎo)致病害及污染環(huán)境的因素,使污泥衛(wèi)生而穩(wěn)定無(wú)害。<3>通過(guò)處理可改善污泥的成分和性質(zhì),以利于應(yīng)用并達(dá)到回收能源和資源的目的。隨著廢水處理技術(shù)的推廣和發(fā)展,污泥的數(shù)量越來(lái)越大,種類和性質(zhì)也更復(fù)雜。廢水中有毒有害物質(zhì)往往濃縮于污泥之中,所以無(wú)論從量到質(zhì),污泥是所有廢物中影響環(huán)境造成危害最為嚴(yán)重的因素,必須重視對(duì)污泥的處理和處置問(wèn)題。2方法常用的污泥處理方法有濃縮、消化、脫水、干燥、焚燒、固化及最終處置。由于污泥種類、性質(zhì)、產(chǎn)生狀態(tài)、來(lái)源及其他條件不同,可采取下述不同的處置方法：<1>當(dāng)污泥穩(wěn)定、無(wú)流出和溶出、不發(fā)生惡臭、自燃等情況時(shí),可以直接在地面棄置或考慮地耐力因素而作填埋處置；<2>污泥雖含有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生惡臭,但不致流出、溶出時(shí),可選擇適宜地區(qū)將污泥直接進(jìn)行地面處置、分層填埋或土壤混勻處置,也可經(jīng)燃燒、濕式氧化等方法把有機(jī)成分轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定無(wú)害的物質(zhì)<水、二氧化碳,氮?dú)獾?gt;,使所剩的無(wú)機(jī)物再進(jìn)行地面處置或填埋處置；<3>對(duì)于穩(wěn)定、無(wú)害,在數(shù)量、濃度方面可通過(guò)水體自凈作用加以凈化的污泥,可直接排入指定地區(qū)的海域中；<4>有環(huán)境影響、但為數(shù)不多的污泥,考慮其溶出、產(chǎn)生氣體和惡臭、易著火等因素,需直接進(jìn)行地下深埋；<5>含有害物質(zhì)的污泥,需經(jīng)過(guò)固化處理<用水泥、石灰、水玻璃、各種樹脂等作為膠結(jié)劑,在常溫或150～300℃①濃縮→機(jī)械脫水→處置脫水濾餅；②濃縮→機(jī)械脫水→焚燒→處置灰分；③濃縮→消化→機(jī)械脫水→處置脫水濾餅；④濃縮→消化→機(jī)械脫水→焚燒→處置灰分。在決定污泥處理系統(tǒng)時(shí),應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合性研究。不僅要從社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益全面衡量,還要對(duì)系統(tǒng)各處理工藝進(jìn)行探討和評(píng)價(jià),最后進(jìn)行選定。污泥濃縮、消化及脫水是應(yīng)用最廣的主要處理方法?！?污泥濃縮污泥含水率很高,一般有96％～99％,主要有間隙水〔占污泥水分總量的70％、毛細(xì)結(jié)合水〔占20％、表面吸附水、內(nèi)部結(jié)合水等。污泥濃縮的目的就是降低污泥中水分,縮小污泥的體積,但仍保持其流體性質(zhì),有利于污泥的運(yùn)輸、處理與利用。濃縮后污泥含水率仍高達(dá)85％～90％以上,可以用泵輸送。污泥濃縮的方法主要有重力濃縮、氣浮濃縮與離心濃縮。一、污泥中水分的存在形式及其分離性能1.間隙水被大小污泥塊固體包圍著的間隙水,并不與固體直接結(jié)合,作用力弱,因而很容易分離。這部分水是污泥濃縮的主要對(duì)象。當(dāng)間隙水很多時(shí),只需在調(diào)節(jié)池或濃縮池中停留幾小時(shí),就可利用重力作用使間隙水分離出來(lái)。間隙水約占污泥水分總量的70％。2.毛細(xì)結(jié)合水在細(xì)小污泥固體顆粒周圍的水,由于產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象,可以構(gòu)成如下幾種結(jié)合水：在固體顆粒的接觸面上由于毛細(xì)壓力的作用而形成的楔形毛細(xì)結(jié)合水,充滿于固體本身裂隙中的毛細(xì)結(jié)合水。各類毛細(xì)結(jié)合水約占污泥中水分總量的20％。由毛細(xì)現(xiàn)象形成的毛細(xì)結(jié)合水受到液體凝聚力和液固表面附著力作用,要分離出毛細(xì)結(jié)合水需要有較高的機(jī)械作用力和能量,可以用與毛細(xì)水表面張力相反的作用力,例如離心力、負(fù)壓抽真空、電滲力或熱滲力等,常用離心機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)或高壓壓濾機(jī)來(lái)去除這部分水。3.表面吸附水污泥常處于膠體狀態(tài),例如活性污泥屬于凝膠,污泥的膠體顆粒很小,比表面積大,故表面張力作用吸附水分較多。表面吸附水的去除較難,特別是細(xì)小顆?；蛏锾幚砗笪勰?其表面活性及剩余力場(chǎng)強(qiáng),粘附力更大,不能用普通的濃縮或脫水方法去除。常要用混凝方法加入電解質(zhì)混凝劑,以達(dá)到凝結(jié)作用而易于使污泥固體與水分離。4.內(nèi)部<結(jié)合>水一部分污泥水被包圍在微生物的細(xì)胞膜中形成內(nèi)部結(jié)合水。內(nèi)部水與固體結(jié)合得很緊,要去除它必須破壞細(xì)胞膜。用機(jī)械方法是不能脫除的,但可用生物作用<好氧堆肥化、厭氧消化等>使細(xì)胞進(jìn)行生化分解,或采用其他方法<見第三節(jié)>破壞細(xì)胞膜,使內(nèi)部水變成外部液體從而進(jìn)行去除。以上3、4兩部分水約占污泥中水分的10％,都可以采用人工加熱干化熱處理或焚燒法去除。<一>重力濃縮污泥濃縮的脫水對(duì)象主要是間隙水。濃縮是減少污泥體積最經(jīng)濟(jì)有效的方法,其中,利用自然的重力作用分離污泥液的重力濃縮是使用最廣泛和最簡(jiǎn)便的濃縮方法。進(jìn)行污泥濃縮操作的構(gòu)筑物稱為濃縮池?！?污泥調(diào)理<一>污泥調(diào)理的方法污泥調(diào)理是為了提高脫水效率的一種預(yù)處理,是為了經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行后續(xù)處理而有計(jì)劃改善污泥性質(zhì)的措施。污泥調(diào)理方法有洗滌<淘洗調(diào)節(jié)>、加藥<化學(xué)調(diào)節(jié)>、熱處理及冷凍熔融法。以往主要采用洗滌法和以石灰、鐵鹽、鋁鹽等無(wú)機(jī)混凝劑為主要添加劑的加藥法,近年來(lái),高分子混凝劑得到廣泛應(yīng)用,并且后兩種方法也受到重視。特別在以污泥作為肥料再利用時(shí),為了不使有效成分分解,采用冷凍熔融是有益的。在有液化石油氣廢熱可利用時(shí),用冷凍熔融法更為有利。選擇上述調(diào)理工藝時(shí),必須從污泥性狀、脫水的工藝、有無(wú)廢熱可利用及與整個(gè)處理、處置系統(tǒng)的關(guān)系等方面綜合考慮決定。<二>污泥的洗滌污泥的選滌適用于消化污泥的預(yù)處理,目的是節(jié)省加藥<混凝劑>用量,降低機(jī)械脫水的運(yùn)行費(fèi)用。污泥加藥調(diào)節(jié)所用的混凝劑,一部分消耗于揮發(fā)性固體<中和膠體有機(jī)顆粒>,一部分消耗于污泥水中溶解的生化產(chǎn)物。生污泥經(jīng)過(guò)厭氧消化的甲烷發(fā)酵期,會(huì)同時(shí)生成鈣、鎂、銨的重碳酸鹽,使消耗于液相組分的混凝劑數(shù)量激增。污泥水的重碳酸鹽堿度的濃度可由數(shù)百mg/L增加到2000~3000mg/L。按固體量計(jì)算。堿度增加60倍以上。如果先不除去重碳酸鹽,就要消耗大量藥劑用于下述反應(yīng)。鐵鹽混凝劑：FeCl3＋3NH4HCO3→Fe<OH>3↓＋3NH4Cl＋3CO22FeCl3＋3Ca<HCO3>2→Fe<OH>3↓＋3CaCl2＋6CO2鋁鹽混凝劑：Al3++3HCO3→Al<OH>3↓＋3CO2A12<SO4>3＋3Ca<HCO3>2→2Al<OH>3↓＋3CaSO4＋6CO2↑按上述反應(yīng)計(jì)算,l份重碳酸鹽堿度<以CaCO3計(jì)>要消耗1.16份FeCl3或1.14份A12<SO4>3。由于消化后堿度增加幾十倍,因此液相組分的混凝劑是很不經(jīng)濟(jì)的,需要進(jìn)行污泥的洗滌處理,洗滌用水為污泥的2～5倍,目的就是降低堿度,節(jié)省混凝劑用量。對(duì)于消化污泥來(lái)說(shuō),僅用加藥調(diào)理法<用FeCl3>的效果差,需要混凝劑量也多,洗滌法的效果較好,洗滌后加藥調(diào)理效果最好,達(dá)到同樣的比阻抗值,可節(jié)省大量的混凝劑。加以使比阻抗值降低到0.1×109s2/g為例,加藥調(diào)理法,需投加FeCl3約14％,而洗滌后,只需加FeCl3約3％,或加聚合氯化鋁約0.8％。一般情況下,經(jīng)洗滌以后,混凝劑的消耗量可節(jié)約50％～80％。一般經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行機(jī)械脫水的污泥,其比阻抗值在0.1～0.4×109s2/g之間較為經(jīng)濟(jì)。各種污泥比阻抗值均大于此值。洗滌水可用二次沉淀池出水或河水,污泥洗滌過(guò)程包括用洗滌水稀釋污泥、攪拌、沉淀分離撇除上清液。由于顆粒大小不同有不同的沉降速度及有機(jī)微粒的親水性,故污泥洗滌能去除部分有機(jī)微粒,還能降低污泥的黏度,所以能提高污泥的濃縮、脫水效果。但是當(dāng)循環(huán)用水時(shí),有機(jī)微粒會(huì)逐漸在水中富集。故洗滌后上清液BOD5與懸浮物濃度常高達(dá)2000mg/L以上,必須回流到污水處理廠處理,不能直接排放。另外,洗滌水會(huì)將污泥中氮帶走,降低污泥的肥效。所以當(dāng)污泥用作土壤改良劑或肥料時(shí),不一定采用洗滌工藝。對(duì)濃縮生污泥來(lái)說(shuō),洗滌的效果較差,這時(shí)可采取直接加藥的方式進(jìn)行調(diào)理。<三>加藥調(diào)理<化學(xué)調(diào)節(jié)>加藥調(diào)理就是在污泥中加入助凝劑、混凝劑等化學(xué)藥劑,促使污泥顆粒絮凝,改善其脫水性能。1助凝劑與混凝劑的分類<1>助凝劑助凝劑本身一般不起混凝作用,而在于調(diào)節(jié)污泥的pH值,供給污泥以多孔狀網(wǎng)格的骨骼,改變污泥顆粒結(jié)構(gòu),破壞膠體的穩(wěn)定性,提高混凝劑的混凝效果,增強(qiáng)絮體強(qiáng)度。助凝劑主要有硅藻土、珠光體、酸性白土、鋸屑、污泥焚燒灰、電廠粉塵及石灰等惰性物質(zhì)。助凝劑的使用方法有兩種：—種是直接加入污泥中,投加量一般為10～100mg/L；另一種是配制成1％～6％糊狀物,預(yù)先粉刷在轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾介質(zhì)上,成為預(yù)覆助濾層,隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng),每周刮去0.01～0.1mm。待刮完后再涂上。<2>混凝劑污泥調(diào)理常用的混凝劑包括無(wú)機(jī)混凝劑與高分子混凝劑兩大類。無(wú)機(jī)混凝劑是一種電解質(zhì)化合物,主要有鋁鹽[硫酸鋁A12<SO4>3·18H2O,明礬及三氯化鋁AlCl3等]和鐵鹽[三氯化鐵FeCl3,綠礬FeSO4·7H2O,硫酸鐵Fe2<SO4>3等],高分子混凝劑是高分子聚合電解質(zhì),包括有機(jī)合成劑及無(wú)機(jī)高分子混凝劑兩種。國(guó)內(nèi)廣泛使用高聚合度非離子型聚丙烯酰胺<PAM><簡(jiǎn)稱聚丙烯酰胺,又叫三號(hào)混凝劑>及其變性物質(zhì)。無(wú)機(jī)高分子混凝劑卞要是聚合氯化鋁<PAC>。使用混凝劑需注意如下幾點(diǎn)：<1>當(dāng)用三氯化鐵和石灰劑時(shí),需先加鐵鹽再加石灰,這時(shí)過(guò)濾速度快,節(jié)省藥劑。反之則不能。<2>高分子混凝劑與助凝劑合用時(shí),一般應(yīng)先加助凝劑壓縮雙電層,為高分子混凝劑吸附污泥顆粒創(chuàng)造條件,才能最有效地發(fā)揮混凝劑的作用。高分子混凝劑與無(wú)機(jī)混凝劑聯(lián)合使用,也可以提高混凝效果。<3>機(jī)械脫水方法與混凝劑類型有一定關(guān)系,通常,真空過(guò)濾機(jī)使用無(wú)機(jī)混凝劑或高分子混凝劑效果差不多,壓濾脫水對(duì)混凝劑的適應(yīng)性也較強(qiáng)。離心脫水則要求使用高分子混凝劑而不宜使用無(wú)機(jī)混凝劑。<4>泵循環(huán)混合或攪拌均會(huì)影響混凝效果,增加過(guò)濾比阻抗,使脫水困難。故需注意適度進(jìn)行。<四>熱處理將污泥加熱,可使部分有機(jī)物分解及親水性有機(jī)膠體物質(zhì)水解,同時(shí)污泥中細(xì)胞被分解破壞,細(xì)胞膜中水游離出來(lái),故可提高濃縮性與脫水性能。這種過(guò)程稱為污泥的熱處理,也叫蒸煮處理。對(duì)于脫水性能差的活性污泥特別有效。這是由于活性污泥的泥團(tuán)內(nèi)含有內(nèi)部水,即使用添加劑脫水,這些水分也難以分離,通過(guò)加熱處理,可使細(xì)胞分解、蛋白質(zhì)原生質(zhì)被釋放的同時(shí),蛋白質(zhì)和膠質(zhì)細(xì)胞膜被破壞,形成由可溶性蛋白酶<縮多氨酸>、氨氮、揮發(fā)酸及碳水化合物組成的褐色液體,留下礦物質(zhì)和細(xì)胞膜碎片,故提高了污泥的沉降性能和脫水性能。熱處理法可分為高溫加壓處理法與低溫加壓處理法兩種。1高溫加壓處理法高溫加壓處理法是把污泥加溫到170～200℃,壓力為10～15MPa,反應(yīng)時(shí)間1～2h。熱處理后的污泥,經(jīng)濃縮即可使含水率降低到80～87％,比阻抗降低到0.1×109s2/g。再經(jīng)機(jī)械脫水,泥餅含水率可降低到30～45％。2低溫加壓處理法高溫高壓處理后的分離液中溶解性物質(zhì)比原污泥高約2倍,分離液需要進(jìn)行處理。所以考慮用低溫加壓處理,該法反應(yīng)溫度較低〔在150℃以下,有機(jī)物的水解受到控制,與高溫加壓法比較,分離液中的BOD5<五>冷凍熔融處理法冷凍熔融法是為了提高污泥的沉淀性能和脫水性而使用的預(yù)處理方法。污泥一旦冷凍到－20℃§4污泥脫水為了有效而經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行污泥干燥、焚燒及進(jìn)一步處置,必須充分地脫水而減量化,使污泥當(dāng)作固態(tài)物質(zhì)來(lái)處理,所以在整個(gè)污泥處理系統(tǒng)中,過(guò)濾、脫水是最重要的減量化手段,也是不可缺少的預(yù)處理工序。污泥脫水包括自然干化與機(jī)械脫水,其本質(zhì)上都屬于過(guò)濾脫水范疇,基本理論相同。<一>過(guò)濾基本理論過(guò)濾是給多孔過(guò)濾介質(zhì)<簡(jiǎn)稱濾材>兩側(cè)施加壓力差而將懸濁液過(guò)濾分成濾渣及澄清液兩部分的固液分離操作。過(guò)濾操作所處理的懸濁液<如污泥>稱為濾漿,所用的多孔物質(zhì)稱為過(guò)濾介質(zhì),通過(guò)介質(zhì)孔道的液體稱為濾液,被截留的物質(zhì)稱為濾餅或泥餅。產(chǎn)生壓力差<過(guò)濾的推動(dòng)力>的方法有四種：①依靠污泥本身厚度的靜壓力<如污泥自然干化場(chǎng)的滲透脫水>；②在過(guò)濾介質(zhì)的一面造成負(fù)壓<如真空過(guò)濾脫水>；③加壓污泥把水分壓過(guò)過(guò)濾介質(zhì)<如壓濾脫水>；④產(chǎn)生離心力作為推動(dòng)力<如離心脫水>。<二>過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)是濾餅的支承物,它應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。工業(yè)上常用的過(guò)濾介質(zhì)主要有以下幾類：<1>織物介質(zhì)又稱濾布,包括由棉、毛,絲、麻等天然纖維及由各種合成纖維制成的織物,以及用玻璃絲,金屬絲等織成的網(wǎng)狀物,織物介質(zhì)在工業(yè)上應(yīng)用最廣；<2>粒狀介質(zhì)包括細(xì)砂,木炭、石棉、硅藻土等細(xì)小堅(jiān)硬的顆粒狀物質(zhì),多用于深層過(guò)濾；<3>多孔固體介質(zhì)是具有很多微細(xì)孔道的固體材料,如多孔陶瓷,多孔塑料叢多孔金屬制成的管或板。此類介質(zhì)多耐腐蝕,且孔道細(xì)微,適用于處理只含少量細(xì)小顆粒的腐蝕性懸浮液及其他特殊場(chǎng)合。在污泥機(jī)械脫水中,濾布起著重要作用,影響脫水的操作與成本,因此必須認(rèn)真地選擇。對(duì)于不同的污泥,不同的脫水機(jī)械,可以采用不同的試驗(yàn)方法,確定最佳濾布。各種濾布中,棉、毛、麻織品的使用壽命較短,約400～1000h,不銹鋼絲網(wǎng)耐腐蝕性強(qiáng),但價(jià)格昂貴,毛纖織物符合機(jī)械脫水的各項(xiàng)要求,使用壽命一般可達(dá)5000～10000h。目前,棉織物的應(yīng)用逐漸減少,而滌綸、棉綸及維綸等的使用逐漸增加。〔三過(guò)濾脫水設(shè)備真空過(guò)濾脫水設(shè)備是轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)；壓濾脫水設(shè)備主要有自動(dòng)板框壓濾機(jī)和廂式全自動(dòng)壓濾機(jī)兩種；滾壓脫水設(shè)備和離心機(jī)。Chap6固體廢物固化教學(xué)目標(biāo):1.理解并掌握衡量固化處理效果的兩項(xiàng)主要指標(biāo)2.掌握水泥固化3.熟悉瀝青固化4.熟悉塑料固化5.熟悉玻璃固化6.熟悉其他固化方法教學(xué)重點(diǎn)：水泥固化；衡量固化處理效果的兩項(xiàng)主要指標(biāo)教學(xué)難點(diǎn)：水泥固化學(xué)時(shí)安排：2學(xué)時(shí)固體廢物的固化最早用來(lái)處理放射性污泥和蒸發(fā)濃縮液,后來(lái)用來(lái)處理電鍍污泥、鉻渣等危險(xiǎn)廢物。固體廢物的固化主要用于：①對(duì)于具有毒性或強(qiáng)反應(yīng)性等危險(xiǎn)性質(zhì)的廢物進(jìn)行處理,使得滿足填埋處置要求；②其他處理過(guò)程所產(chǎn)生的殘?jiān)?例如焚燒產(chǎn)生的灰分的無(wú)害化處理,其目的是最終對(duì)其進(jìn)行處置；③在大量土壤被有害污染物所污染的情況下對(duì)土壤進(jìn)行去污?！?概述廢物固化是用物理—化學(xué)方法將有害廢物摻合并包容在密實(shí)的惰性基材中,使其穩(wěn)定化的一種過(guò)程。固化處理機(jī)理十分復(fù)雜,目前尚在研究和發(fā)展中,其固比過(guò)程有的是特有害廢物通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)變或引入某種穩(wěn)定的晶格中的過(guò)程；有的是將有害廢物用惰性材料加以包容的過(guò)程,有的兼有上述兩種過(guò)程。固化所用的惰性材料稱為固化劑。有害廢物經(jīng)過(guò)固化處理所形成的固化產(chǎn)物稱為固化體。固化技術(shù),首先是從處理放射性廢物發(fā)展起來(lái)的。歐洲、日本已應(yīng)用多年,近年來(lái),美國(guó)也很重視該技術(shù)的研究開發(fā)。我國(guó)在放射性廢物的固化處理方面已做了大量的工作,并已進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。今天,固化技術(shù)已應(yīng)用于處理多種有毒有害廢物,如電鍍污泥、砷渣,汞渣、氰渣、鉻渣和鎘渣等。對(duì)固化處理的基本要求包括①有害廢物經(jīng)固化處理后所形成的固化體應(yīng)具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性,抗干濕性、抗凍融性及足夠的機(jī)械強(qiáng)度等,最好能作為資源加以利用,如作建筑基礎(chǔ)和路基材料等；②固化過(guò)程中材料和能量消耗要低,增容比<即所形成的固化體體積與被固化廢物的體積之比>要低,③固化工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、便于操作,④固化劑來(lái)源豐富,價(jià)廉易得。⑤處理費(fèi)用低。衡量固化處理效果的兩項(xiàng)主要指標(biāo)是固化體的浸出率和增容比。所謂浸出率是指固化體浸于水中或其它溶液中時(shí),其中有害物質(zhì)的浸出速度。因?yàn)楣袒w中的有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境和水源的污染,主要是由于有害物質(zhì)溶于水所造成的。所以,可用浸出率的大小預(yù)測(cè)固化體在貯存地點(diǎn)可能發(fā)生的情況。浸出率的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：式中：Rin—標(biāo)準(zhǔn)比表面的樣品每天浸出的有害物質(zhì)的浸出率,g/<d·cm2>,ar—浸出時(shí)間內(nèi)浸出的有害物質(zhì)的量,mg,A0—樣品中含有的有害物質(zhì)的量,mg,F—樣品暴露表面積,cm2,M—樣品的質(zhì)量,g,t—浸出時(shí)間,d。增容比是指所形成的固化體體積與被固化有害廢物體積的比值,即式中；ci—增容比；V2—固化體體積,m3；V1—固化前有害廢物的體積,m3。增容比是評(píng)價(jià)固化處理方法和衡量最終成本的一項(xiàng)重要指標(biāo)。固化技術(shù)可按固化劑分為水泥固化,瀝青固化,塑料固化、玻璃固化,石灰固化等。§2水泥固化水泥固化是以水泥為固化劑將有害廢物進(jìn)行固化的一種處理方法。一.水泥固化原理水泥是一種無(wú)機(jī)膠結(jié)劑,經(jīng)水化反應(yīng)后可形成堅(jiān)硬的水泥塊,能將砂,石等添加料牢固地凝結(jié)在一起。水泥固化有害廢物就是利用水泥的這一特性。對(duì)有害污泥進(jìn)行固化時(shí),水泥與污泥中的水分發(fā)生水化反應(yīng)生成凝膠,將有害污泥微粒分別包容,并逐步硬化形成水泥固化體?？梢哉J(rèn)為這種固化體的結(jié)構(gòu)主要是水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)物3CaO·SiO3,水化結(jié)晶體內(nèi)包進(jìn)了污泥微粒,使得污泥中的有害物質(zhì)被封閉在固化體內(nèi),達(dá)到穩(wěn)定化,無(wú)害化的目的。水泥固化的化學(xué)反應(yīng)：首先讓廢物料與硅酸鹽水泥混合,如果廢物中沒有水分,則需向混合物中加水,以保證水泥分子跨接所必須的水合作用,所涉及的水合反應(yīng)主要有以下幾個(gè)方面：〔1硅酸三鈣的水合反應(yīng)：〔2硅酸二鈣的水合反應(yīng)：〔3鋁酸三鈣的水合反應(yīng)：〔4鋁酸四鈣的水合反應(yīng)：最終生成硅鋁酸鹽膠體的這一連串反應(yīng)是一個(gè)速率很慢的過(guò)程,所以為了保證固化體得到足夠的強(qiáng)度需要在有足夠水分的條件下維持很長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)水化的混凝土進(jìn)行保養(yǎng)。對(duì)于普通硅酸鹽水泥,進(jìn)行最為迅速的反應(yīng)是：該反應(yīng) 確定了普通硅酸鹽水泥的初始狀態(tài)。以水泥為基本材料的固化技術(shù)最適用于無(wú)機(jī)類型的廢物,尤其是含有重金屬污染物的廢物。由于水泥所具有的高pH值,使得幾乎所有的重金屬形成不溶性的氫氧化物或碳酸鹽形式而被固化在固化體中。另一方面,有機(jī)物對(duì)水化過(guò)程有干擾作用,使最終產(chǎn)物的強(qiáng)度減小,并使穩(wěn)定化過(guò)程變得困難。它可能導(dǎo)致生產(chǎn)較多的無(wú)定型物質(zhì)而干擾最終的晶體結(jié)構(gòu)形式。在固化過(guò)程中加入蛭石、粘土及可溶性的碳酸鈉等物質(zhì),可以緩解有機(jī)物的干擾作用,提高水泥固化的效果。2CaO·SiO2,3CaO·SiO2慢速慢速中速2CaO·SiO2·水合物2CaO·SiO2·水合物Ca<OH>2＋水化硅酸鈣膠體,加入若干Al2O3、Fe2O3和SO3含有Al2O3的水化硅酸鈣膠體增加結(jié)晶產(chǎn)物3CaO·Al2O3＋CaSO4·2H2O4CaO·Al2O3＋Fe2O3·CaSO4＋2H2O＋Ca<OH>2生產(chǎn)更多的針狀3CaO·Al2O3·Ca[SO4·<OH>2]水化物生產(chǎn)更多3CaO·〔Al2O3·Fe2O3CaSO4水化物針狀結(jié)晶或固溶體六方形片狀固溶體3CaO·<Al2O3·CaSO4>水化物3CaO·〔Al2O3·Fe2O3CaSO4水化物或3CaO·〔Al2O3·Fe2O3Ca[SO4·<OH>2]水化物六方形片狀固溶體3CaO·〔Al2O3·Fe2O3Ca[SO4·<OH>2·SiO3]以及可能的4CaO·<Al2O3·Fe2O3>水化物形成由于廢物組成的特殊性,水泥固化過(guò)程中常常會(huì)遇到混合不均,凝固過(guò)早或過(guò)晚,操作難以控制等困難,同時(shí)得到固化產(chǎn)品的浸出率高,強(qiáng)度較低。為了改變固化產(chǎn)品的性能,固化過(guò)程中需視廢物的性質(zhì)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求,添加適量的必要的添加劑。添加劑分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類,無(wú)機(jī)添加劑有蛭石、沸石、多種粘土礦物、水玻璃、無(wú)機(jī)緩凝劑、無(wú)機(jī)速凝劑和骨料等。有機(jī)添加劑有硬脂肪酸丁酯、δ-糖酸內(nèi)酯、檸檬酸等。實(shí)踐證明,采用水泥固化處理各種含有重金屬的污泥十分有效。在固化過(guò)程中,由于水泥具有較高的pH值,使得污泥中的重金屬離子在堿性條件下,生成難溶于水的氫氧化物或碳酸鹽等。某些重金屬離子也可以固定在水泥基體的晶格中,從而可以有效地防止重金屬的浸出。二.水泥固化法的應(yīng)用電鍍污泥固化處理；汞渣水泥固化處理。三.水泥固化法的特點(diǎn)水泥固化法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電鍍污泥處理十分有效；設(shè)備和工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,設(shè)備投資,動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用都比較低；水泥和添加劑價(jià)廉易得,對(duì)含水率較高的廢物可以直接固化,操作在常溫下即可進(jìn)行,對(duì)放射性廢物的固化容易實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸和自動(dòng)化控制等。水泥固化的缺點(diǎn)是①水泥固化體的浸出率較高,通常為10-4～10-5g/<cm2·d>,主要是由于它的空隙率較高所致,因此,需作涂覆處理,②水泥固化體的增容比較高,達(dá)1.5～2；③有的廢物需進(jìn)行預(yù)處理和投加添加劑,使處理費(fèi)用增高；④水泥的堿性易使銨離子轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔庖莩?⑤§3瀝青固化一、概述瀝青固化是以瀝青為固化劑與有害廢物在一定的溫度,配料比、堿度和攪拌作用下產(chǎn)生皂化反應(yīng),使有害廢物均勻地包容在瀝青中,形成固化體。瀝青具有良好的粘結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性與一定的彈性和塑性,對(duì)大多數(shù)酸、堿、鹽類有一定的耐腐蝕性。此外,它還具有一定的輻射穩(wěn)定性。瀝青固化一般用于處理中、低放射水平的蒸發(fā)殘液,廢水化學(xué)處理產(chǎn)生的沉渣,焚燒爐產(chǎn)生的灰燼、塑料廢物,電鍍污泥,砷渣等。二、瀝青固化的基本方法放射性廢物瀝青固化的基本方法有高溫熔化混合蒸發(fā)法,暫時(shí)乳化法和化學(xué)乳化法三種。三、瀝青固化體的性質(zhì)及其影響因素瀝青固化體的主要性能指標(biāo)是它在水中的浸出率,輻照穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。它們分別受到瀝青種類、加入的廢物量、廢物的化學(xué)組分和殘余水分等的影響。<一>影響瀝青固化體浸出率的因素1瀝青的種類用不同類型的瀝青所得固化體的浸出率不同,實(shí)驗(yàn)表明,采用直餾瀝青效果較好。較軟的瀝青比較硬的瀝青所得固化體浸出率低。2廢物量、化學(xué)組成及混合狀況由于瀝青與廢物之間存在復(fù)雜的物理和化學(xué)作用,過(guò)高的廢物量將導(dǎo)致固化體浸出率的急劇上升。鑒于操作和安全上的考慮,一般應(yīng)控制加入的廢物量與瀝青的重量比在40～50％。3殘余水分固化體中的殘余水分對(duì)固化體的浸出率有顯著的影響。一般認(rèn)為殘余水分的存在將增加瀝青中的細(xì)孔數(shù)量。為此,固化體中殘余水分的重量百分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在10％以下,最好小于0.5％4某些表面活性劑的影響加入某些表面活性劑可導(dǎo)致固化體浸出率的升高。<二>影響瀝青固化體化學(xué)穩(wěn)定性的因素在瀝青固化過(guò)程中,瀝青會(huì)與某些摻入的化合物、氧化劑等發(fā)生化學(xué)作用,從而影響固化體的化學(xué)穩(wěn)定性。例如純?yōu)r青的燃點(diǎn)一般為420℃左右,而在摻入硝酸鹽,亞硝酸鹽后,其燃點(diǎn)降至250～330§4塑料固化一、塑料固化原理塑料固化是以塑料為固化劑與有害廢物按一定的配料比,并加入適量的催化劑和填料<骨料>進(jìn)行攪拌混合,使其共聚合固化而將有害廢物包容形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的固化體,塑料固化技術(shù)按所用塑料<樹脂>不同,可分為熱塑性塑料固化和熱固性塑料固化兩類。熱塑性塑料有聚乙烯,聚氯乙烯樹脂等,在常溫下呈固態(tài),高溫時(shí)可變成熔融膠粘液體,將有害廢物捧合包容在塑料中,冷卻后即形成塑料固化體。熱固性塑料有脲醛樹脂和不飽和聚酯等。脲醛樹脂是一種無(wú)色透明的粘稠液體。對(duì)多孔性極性材料有較好的粘附力,使用方便,固化速度快,常溫或加熱都能很快固化。與有害廢物所形成的固化體具有較好的耐水性,耐熱性及耐腐蝕性能,價(jià)格較其它樹脂便宜。其缺點(diǎn)是耐老化性能差。不飽和聚酯樹脂在常溫下有適宜的粘度,可在常溫、常壓下固化成型,固化過(guò)程中無(wú)小分子形成,因而使用方便,容易保證質(zhì)量,適用于對(duì)有害廢物和放射性廢物的固化處理。不飽和聚酯樹脂品種很多,按用途分有通用樹脂,耐酸樹脂和澆鑄樹脂等。二、塑料固化的應(yīng)用及其特點(diǎn)<一>應(yīng)用實(shí)例<二>塑料固化法的特點(diǎn)塑料固化可以在常溫下操作,為使混合物聚合凝結(jié)僅加入少量的催化劑即可；增容比和固化體的密度較小。該法既能處理干廢渣,也能處理污泥漿。塑料固化體是不可燃的。其主要缺點(diǎn)是塑料固化體耐老化性能較差,固化體一旦破