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固体废物处理与处置(概述)

摘要:         固体废物处理是通过物理的手段(如粉碎、压缩、干燥、蒸发、焚烧等)或生物化学作用(如氧化、消化分解、吸收等...

        固体废物处理是通过物理的手段(如粉碎、压缩、干燥、蒸发、焚烧等)或生物化学作用(如氧化、消化分解、吸收等)和热解气化等化学作用以缩小其体积、加速其自然净化的过程。通常也指人类在生产和生活活动中丢弃的固体和泥状物质,包括从废水、废气中分离出来的固体颗粒。但是不管采用何种处理方法,最终仍有一定量的固体废物残存,对这部分废物需要妥善地加以处置。特别在处理废物时,应避免产生二次污染,对有毒有害废物应确保不致对人类产生危害。

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第一章 绪论

    一、名词解释

        1、固体废物:根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》( 以下简称《固体法》)中的规定:固体废物,是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

        2、固体废物处理通过不同的物理、化学、生物等方法,将固体废物转化为便于运输、贮存、利用以及最终处置的形态结构的过程。

        3、固体废物处置:将已无回收价值或确定不能再利用的固体废物(包括对自然界及人类自身健康危害性极大的危险废物) 长期置于符合环境保护规定要求的场所或设施而不再取回,从而与生物圈相隔离的技术措施。

        4、城市生活垃圾:指城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废物,以及法律、行政法规视作城市生活垃圾的固体废物。

        5、危险废物:列入国家危险废物名录,或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法所认定的具有危险特性的废物。简单来讲,就是含有高度持久性元素、化学品或化合物的废物,且该废物对人体健康和环境具有及时的和潜在的危害。

        6、巴塞尔公约:正式名称为《控制危险废料越境转移及其处置巴塞尔公约》,1989 年3 月22 日在联合国环境规划署于瑞士巴塞尔召开的世界环境保护会议上通过, 1992年5 月正式生效。由序言、29 项条款和6 个附件组成,旨在遏止越境转移危险废料,特别是向发展中国家出口和转移危险废料。

    二、简答

        1、固体废物的定义?我国将固体废物分为几类?

        定义:指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

        分类:按照《固体法》中的相关划定,通常将固体废物分为以下三大类。

        ① 工业固体废物: 指来自各工业生产部门的生产和加工过程及流通中所产生的废渣、粉尘、污泥、废屑等。

        ② 城市生活垃圾: 也称城市固体废物,主要指城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废物,以及法律、行政法规视作城市生活垃圾的固体废物。

        ③ 危险废物: 指列入国家危险废物名录,或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法所认定的具有危险特性的废物。简单来讲,就是含有高度持久性元素、化学品或化合物的废物,且该废物对人体健康和环境具有及时的和潜在的危害。

        目前, 农村固体废物也越来越受到重视,可以与以上三类废物并列,成为一大类,具体包括农林业生产和禽畜养殖业生产过程中所产生的废物,以及农村居民的生活垃圾等。

        2、什么是固体废物的“三化”处理?

        固体废物的“三化”处理,指无害化、减量化和资源化。

        a、无害化: 指通过适当的技术对废物进行处理(如热解、分离、焚烧、生化分解等方法),使其不对环境产生污染,不致对人体健康产生影响。

        b、减量化:指通过实施适当的技术,减少固体废物的产生量和容量。其中,前者的实施主要在于清洁生产技术的开发与应用,从生产源头控制固体废物的产生;后者则包括分选、压缩、焚烧等方法,对固体废物进行处理和利用,从而达到减少固体废物容量的目的。

        c、资源化:指采取各种管理和技术措施,从固体废物中回收具有使用价值的物质和能源,作为新的原料或者能源投入使用。广义的资源化包括物质回收、物质转换和能量转换三个部分。

        固体废物的“三化”处理是固体废物处理的最重要的技术政策,其中无害化是前提,减量化和资源化是发展方向。

        3、危险废物具有那些特性?

        通常所称的危险废物一般具有以下五种性质中的一种或几种。

        ① 易燃性: 指该废物能够因产生热和烟而直接造成破坏,或者间接地提供一种能使其他危险废物扩散的媒介,或者能使其他非危险废物变成危险废物等。

        ② 腐蚀性: 指可能对操作人员造成人体损伤或者对盛装容器造成腐蚀甚至泄漏。

        ③ 反应性: 指该废物可能通过自动聚合而与水或者空气发生强烈反应,或者对热和物理冲击无稳定性,或者易反应释放有毒气体和烟雾,或者易爆炸,或者具有强氧化性等。

        ④ 毒性: 指能够对人体、动植物造成毒性伤害,一般分为浸出毒性、急性毒性、水生物毒性、植物毒性等。

        ⑤ 其他有害特性: 除了上述特性以外的有害特性,包括生物蓄积性、遗传变异性、刺激性等。

        4、如何进行固体废物的污染控制?

        ① 改进生产工艺: 通过采用清洁生产工艺,选取精料,提高产品质量和使用寿命等方式,从源头减少固体废物的产生量。

        ② 发展物质循环利用工艺和综合利用技术: 通过使某种产品的废物成为另一种产品的原料,或者尽量回收固体废物中的有价值的成分进行综合利用,使尽可能少的废物进入环境,以取得经济、环境和社会的综合收益。

        ③ 进行无害化的处理和处置。

    三、论述

        1、如何理解固体废物的二重性

        ① 废物、资源双重性;

        ② 多种污染物的终态和源头;

        ③ 呆滞性大,扩散性小;

        ④ 潜在性、长期性、灾难性。

        2、我国固体废物管理的目标及污染控制对策是什么?在整治固体废物方面,我们还应该做那些努力?

        目标:无害化;控制对策:“三化”。

        3、固体废物污染危害

        ① 侵占土地: 城市生活垃圾如不能得到及时处理和处置,将会占用农田,破坏农业生产,以及地貌、植被、自然景观等。

        ② 污染土壤: 固体废物如果处理不当,有害成分很容易经过地表径流进入土壤,杀灭土壤中的微生物,破坏土壤的结构,从而导致土壤健康状况恶化。

        ③ 污染水体: 固体废物可以随着天然降水或者随风飘移进入地表径流,进而流入江河湖泊等水体,造成地表水的污染。而如果填埋或堆置处理不当,则可能产生渗滤液,透过土壤污染地下水,造成更加严重的危害。

        ④ 污染大气: 某些有机固体废物在适宜的温度和湿度下会被微生物分解,释放有毒气体或液体;某些废渣或垃圾,在风的吹动下会随风飘逸,造成粉尘污染;某些固体废物在运输和处理的过程中,会产生有害气体和粉尘,例如焚烧法处理固体废物,在缺乏空气净化装置或者燃烧不充分的情况下很容易产生粉尘和有害气体。

        ⑤ 影响环境卫生和公众健康: 固体废物未经无害化处理进入环境,会导致传染病菌的繁殖,严重影响居民的居住环境和卫生状况,进而对人们的健康造成威胁。

        除了上述途径以外,有些固体废物还可能造成燃烧、爆炸、接触中毒、腐蚀等特殊损害。另外,固体废物还可能通过植物和动物间接地对人类的健康造成危害,例如重金属污染等。

第二章 固体废物的收集和运输

    一、简答

        1、废物的收集类型

        固体废物的收集,按照存放形式来分,可以分为混合收集和分类收集。

        ① 混合收集: 适合于种类单一、稳定、性质明确的废物的收集,例如矿业废物、某些农业废物等。如果固体废物的成分复杂,性质不明确,尤其是各种工业固体废物,不加区分地混合收集,不仅不利于后续处理,而且可能释放毒气,产生危险品等,所以应该特别加以注意。混合收集的优点在于劳动强度小、便于

操作,有些时候可以利用废物的相互作用,减少危害性或者使其更利于处理处置。目前,我国城市生活垃圾绝大部分都采用混合收集的方式。

        ② 分类收集: 指根据废物的性质、后续处理方法不同,将不同的废物分开收集和存放。其优点在于可以方便地从固体废物中回收资源,减少处理固体废物

的工作量和处理处置费用,降低对环境的潜在危害。缺点在于收集成本相对较高,操作相对于混合收集更加有难度。另外,按照收集时间的不同,固体废物的收集又可以分为定期收集和随时收集。定期收集一般适合于产生废物量较大的大中型厂矿企业以及城市生活垃圾的收集;随时收集是根据废物产生者的要求随时进行收集,一般适合于小型企业。

        2、固体废物收集的原则和一般要求是什么?

        固体废物收集总的原则是:收集方法应尽量有利于固体废物的后续处理,同时兼顾收集方法的可行性。

        一般来说,固体废物的收集应该满足以下几点要求:

        ① 危险废物和一般废物分开收集;

        ② 工业废物和生活垃圾分开收集;

        ③ 泥状废物和固态废物分开收集;

        ④ 污泥应该进行脱水处理后再收集;

        ⑤ 根据处理处置方法的相关要求,采取具体的相应的收集措施;

        ⑥ 需要包装或盛放的废物,应根据运输要求以及废物的特性,选择合适的

        包装设备和容器,并且附以确切明显的标记。

        3、收运系统的优化分为几个阶段?

        ① 搬运贮存;② 清运;③ 转运

        4、生活垃圾收集系统分为哪几类及影响收集成本的因素?

        分类:生活垃圾的收集系统一般分为拖曳容器系统和固定容器系统两种。拖曳容器系统的特点是收集点用来盛装垃圾的垃圾桶或垃圾箱较大,运送垃圾时,要通过牵引车直接拖曳收集容器来完成,具体操作时又可分为简便模式和交换模式两种。固定容器系统是在垃圾收集点放置若干小型垃圾桶,垃圾车沿一定的路线运行,将垃圾桶中的垃圾倒入车斗,然后将垃圾桶放回原处,直至垃圾车装满或者工作日结束,将垃圾车驶到处置场清空。

        影响因素:城市垃圾的收集操作方法;收集车辆类型;收集劳力;收集次数和做业时间及收运路线。

        5、压实的原理及固体废物压缩后的优点?

        原理:利用机械的方法对松散的固体废物施加压力,使废物颗粒变形或破碎,挤除废物颗粒之间的间隙,减少固体废物的空隙率,从而减小固体废物表观体积。

        优点:固体废物经过压实处理后,表观体积大幅度减少,可使收集容器与运输工作的装载效率大为提高,并且便于装卸、运输、贮存和填埋。

第三章固体废物的预处理

    一、名词解释

        1、破碎:利用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块的过程。

        2、低温破碎:利用常温下难以破碎的固体废物在低温时变脆的性能对其进行破碎的方法。同时,还可以根据不同物质的脆化温度的差异进行选择性的破碎。

        3、湿式破碎:基于纸类在水力的作用下发生浆液化,从而可将废物利用与制浆造纸等工艺结合的原理而发展起来的一种破碎方法,主要是为了回收城市垃圾中大量的纸类废物。它将含有纸类物质的垃圾投入特制的破碎机内,和大量水流一起剧烈搅拌、破碎,使之成为浆液。由于破碎方法中使用大量的水,因此称为湿式破碎。

        4、磁流体分选( MHS)利用:磁流体作为分选介质,在磁场或磁场和电场的联合作用下产生“加重”作用,按固体废物各组分的磁性和密度的差异或磁性、导电性和密度的差异,使不同组分分离的过程。

        5、磁流体动力分选( MHDS):在磁场与电场的联合作用下,以强电解质溶液作为分选介质,按固体废物中各组分间密度、比磁化率和电导率的差异使不同组分分离的过程。

        6、磁流体静力分选( MHSS):在非均匀磁场中,以顺磁性液体和铁磁性胶体悬浮液为分选介质,按固体废物中各组分间密度和比磁化率的差异进行分离的过程。

    二、简答

        1、破碎的原理和目的

        原理:利用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块的过程。

        目的:将固体废物转变成适合于进一步加工或者能经济地再处理的形状与大小。

        2、固体废物破碎的方法主要有哪些?

        根据固体废物破碎时所使用的外力,可以将破碎分为机械能破碎和非机械能破碎两种。

        机械能破碎:利用破碎工具对固体废物施加外力而使其破碎,通常包括挤压、冲击、剪切、摩擦、撕拉等方式。

        非机械能破碎:利用电能、热能等非机械能的方式对固体废物进行破碎,如低温破碎、热力破碎、减压破碎、超声波破碎等。用于实际生产的破碎设备通常都是综合两种或者两种以上的破碎方法,对固体废物进行联合破碎,这样更能达到良好的破碎效果。

        3、固体废物破碎机有哪几种类型?

        常用的固体废物破碎机包括以下几种:

        ① 剪切式破碎机:通过固定刀和可动刀之间的作用,将固体废物切开或者割裂成适宜的形状和尺寸,比较适合低二氧化硅含量的松散废物的破碎。

        ② 锤式破碎机:这是典型的冲击式破碎机,也是最普通的工业破碎设备。其原理是利用电动机带动大的转子,转子上面铰接重锤,以铰链为轴转动,通过重锤对废物冲击后抛射到破碎板上时的冲击作用,以及锤头引起的剪切作用等对废物进行破碎。主要用于破碎中等强度且腐蚀性较弱的固体废物,如矿业废物、硬质塑料、废弃金属家用器物等。

        ③ 颚式破碎机:是一种比较古老的破碎设备,主要是借助于动颚周期性地靠近或者离开固定颚,使物料受到挤压、劈裂和弯曲作用而破碎,具有结构简单、坚固、维护方便、工作可靠等优点。主要用于强度与韧性高、腐蚀性强的废物。

        ④ 辊式破碎机:利用辊子的转动,将废物卷入辊子之间加以挤压破碎。辊式破碎机广泛应用于中小型工矿企业,优点在于结构简单、工作可靠、成本低廉,不足之处在于生产率比较低,破碎产品的粒度不够均匀,破碎比不大。辊式破碎机适宜于破碎脆性和韧性的中硬、松软、黏湿性物料,但不宜破碎大块的或者坚硬的物料。

        4、浮选中常用哪些浮选药剂?其作用和特点是什么?

        根据在浮选过程中作用的不同,浮选药剂通常分为捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。捕收剂可以选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面,同时其非极性端则朝向水中,使颗粒的疏水性增加,可浮性得到提高,易于被气泡黏附从而浮出水面。起泡剂是一种表面活性剂,主要作用在于降低水——气界面上的表面张力,促使空气在浆料中弥散,形成微小的气泡,防止气泡合并,增大分选界面,提高气泡与颗粒的黏附以及在上浮过程中的稳定性,从而保证气泡上浮形成泡沫层。调整剂的作用主要在于调整其他药剂(主要是浮选剂)与物质颗粒表面之间的作用,也可以用来调整浆料的性质,提高浮选过程的选择性。主要包括活化剂、抑制剂、介质调整剂、分散与混凝剂等。

        三、论述

        1、为什么要对固体废物进行破碎处理?怎样根据固体废物的性质选择破碎方法?选择破碎机时应综合考虑那些方面?为什么?

        目的:将固体废物转变成适合于进一步加工或者能经济地再处理的形状与大小。

        选择方法:选择破碎方法时,需要根据固体废物的机械强度,特别是废物的硬度来加以确定。一般说来,对于脆硬性废物如废矿石等,应该采用挤压、劈裂、弯曲、冲

击和磨碎等方法;对于柔硬性废物,如废钢铁、废塑料等,多用剪切和冲击破碎;对于含有大量废纸的生活垃圾,湿式和半湿式破碎具有较好的效果;对于粗大的固体废物,一般先剪切或者压缩成型后,再利用破碎机进行破碎。选择破碎机:

        选择破碎机时,应该满足以下基本要求。

        ① 设备的处理规模必须根据设计处理量和现有处理能力综合考虑,破碎机的正常处理能力与物料的类型、进料尺寸大小、密度,以及出料尺寸要求等相关。

        ② 应根据被破碎物料的性质和尺寸大小选择破碎机的机型和种类。

        ③ 使用破碎机械的同时应该设置环境保护措施。对于常温干式破碎机,应该使用除尘装置来防止粉尘污染大气;采取充分的措施消除振动;采取适当的隔音装置来减少噪声。

        ④ 对破碎机械以及工艺过程应该采取保护措施。当被破碎物料中含有易燃易爆物时,应该采取适当的安全措施,如装设喷水龙头等加以防护。

        2、什么是低温破碎?其优点和主要应用是什么?

        低温破碎:利用常温下难以破碎的固体废物在低温时变脆的性能对其进行破碎的方法。同时,还可以根据不同物质的脆化温度的差异进行选择性的破碎。

        优点:

        ① 对于含有复合材质的物料,可以进行有效的破碎分离;

        ② 同一种材料在破碎后粒度均匀,尺寸大体一致,形状好,便于分离;

        ③ 动力消耗较低,噪声水平和振动水平也有所降低;

        ④ 对于极难破碎并且塑性极高的氟塑料废物,采用液氮低温破碎,可以获得碎块和粉末;破碎成品的形状适合于进一步的处理。

        应用:目前,由于破碎成本和技术的限制,低温破碎的应用并不普及,主要有几个方面:

        ① 从有色金属混合物、废轮胎、包覆电线中回收铜、铝、锌等金属;

        ② 塑料的低温破碎;

        ③ 橡胶轮胎的破碎。

        3、什么是湿式破碎?其优点和主要应用是什么?

        湿式破碎:基于纸类在水力的作用下发生浆液化,从而可将废物利用与制浆造纸等工艺结合的原理而发展起来的一种破碎方法,主要是为了回收城市垃圾中大量的纸类

废物。它将含有纸类物质的垃圾投入特制的破碎机内,和大量水流一起剧烈搅拌、破碎,使之成为浆液。由于破碎方法中使用大量的水,因此称为湿式破碎。

        优点:垃圾呈浆液化,性质均匀,可以当成流体进行处理;没有发热、爆炸等危险;不产生较大的噪声;经过脱水后的有机物残渣,其性质、水分和颗粒大小比较稳定;废物在液相中处理,不会孳生蚊蝇,不会挥发臭味,卫生条件较好。

        应用:湿式破碎可广泛应用于处理化学物质、纸浆、矿物等,也适合于回收垃圾中的纸类、玻璃、金属材料等。

        4、影响筛分效率的因素有哪些?惯性振动筛与共振筛在工作原理上有何区别?

        影响固体废物筛分效率的因素:

        ① 固体废物自身的性质:

        a. 固体废物的粒度,粒度小于筛孔尺寸3/4 的颗粒含量越多,筛分效率越高,反之越低;

        b. 固体废物的含水率,固体废物外表的水分会使细粒结团或者附着在粗粒上而不宜过筛,但是含水率较高时,颗粒之间的凝聚力反而会下降,从而提高筛分效率; $固体废物的含泥量,含泥量较高时,稍有水分就容易使细粒结团;

        c. 固体废物的颗粒形状,多面和球形颗粒最容易筛分,片状或者条状颗粒容易在筛子振动时跳到物料上层,故而难以通过方形和圆形筛孔,但是却较容易通过长方形筛孔。

        ② 筛分设备的性能:

        a. 筛网的类型,编织筛网的筛分效率较高,其次是冲孔筛,再次是棒条筛;

        b. 筛孔的形状,一般来讲,方形筛孔比圆形筛孔筛分效率高,但是筛分粒度较小而水分较高时,适宜采用圆形筛孔,避免方形筛孔的四角附近发生颗粒粘连现象;

        c. 筛子的运动方式,固定筛、转筒筛、摇动筛、振动筛的筛分效率分别可以达到50%~60%、60%、70%~80%、90%以上;

        d. 筛面大小、形状和倾角,筛面大小主要影响筛子处理能力,通常筛面长宽比为2.53 左右,筛面倾角可以影响筛分时间,从而影响筛分效率,通常筛面

倾角在15~25度为宜。

        ③ 筛子操作条件:在筛分操作过程中,均匀连续给料既可以充分利用筛面,又便于细粒透筛,可以提高筛分效率。筛子的运动强度要适中,防止不足时导致物料不易松散分层和过强时物料很快排出,降低筛分效率。另外,还应注意及时清理和维护筛面。

        区别:惯性振动筛:通过由不平衡体的旋转而产生的惯性离心力,使筛箱产生振动,筛箱轨迹通常为椭圆或近似于圆形。适用于细粒废物( 0.1~15mm)的筛分,也适用于潮湿及黏性物质的筛分。

        共振筛:是振动筛的一种,利用连杆上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。具有处理能力大、筛分效率高、耗电少、结构紧凑等优点,但制造工艺复杂、机体较重,适合于废物中细粒的筛分,也可用于物料分级、脱水、脱重介质以及脱泥筛分等。

第四章 固废的浓缩与脱水

        1、简述污泥中水分及分离方法。

        ① 间隙水: 不与固体直接结合而是存在于污泥颗粒之间的称为间隙水,约占污泥水分总量的70%,用浓缩法分离。

        ② 毛细结合水: 在细小污泥固体颗粒周围的水,由于产生毛细现象,既可以构成在固体颗粒的接触面上由于毛细压力的作用而形成的楔形毛细结合水,又可以构成充满于固体本身裂隙中的毛细结合水。各类毛细结合水约占污泥中水分总量的20%。采用高速离心机脱水、负压或正压过滤机脱水。

        ③ 表面吸附水: 指吸附在污泥颗粒表面的水分,约占污泥水分的7%。可用加热法脱除。

        ④ 内部(结合)水:被包围在污泥颗粒内部或者微生物的细胞膜中的水分,约占污泥水分的3%。这部分水用机械方法不能脱除,但可用生物法破坏细胞膜出去胞内水或用高温加热法冷冻去除。

        2、简述污泥浓缩的定义、目的、和方法。

        目的:缩小污泥的体积与质量,便于输送、消化、脱水、利用和终处置。

        定义:将污泥中的间隙水去除的技术。

        方法:重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩。

        3、为什么要进行污泥消化,污泥消化分那几种方式,需注意什么?

        目的: 在有氧或无氧的条件下,利用微生物的作用,使污泥中的有机物转化为较稳定物质,以减少污泥的质量和体积. 使其更易于保存和运输。

        方式: 好氧消化,厌氧消化

        注意事项: 碱金属、碱土金属、重金属等盐类,氨、硫化氢、甲醇等有机物及阴离子表面活性剂等类物质有抑制厌氧消化的作用。

        4、污泥的调理有哪些方法,简述每种方式的目的和用途。

        其常见的方法有化学调节法、淘洗调节法、加热加压调理法和冷冻调理法等。

        ① 化学调节法: 化学调节法是在污泥中加入适量的助凝剂、混凝剂等化学药剂,使污泥颗粒絮凝,改善污泥的脱水性能。助凝剂一般不起混凝作用,其主要作用是调节污泥的pH,改变污泥颗粒的结构,破坏胶体的稳定性,提高混凝剂的混凝效果。混凝剂的主要作用是通过中和污泥胶体颗粒的电荷和压缩双层厚度,减少粒子和水分的亲和力,使污泥解稳,改善其脱水性。

        ② 淘洗调节法: 污泥淘洗是用河水或处理水洗涤污泥,降低污泥中的碱度和黏度,以节省混凝剂用量。污泥淘洗仅适用于消化污泥。由于污泥在消化过程中产生大量重碳酸钙,其碱度可达生污泥的30 倍以上,若直接化学调理,将消耗大量混凝剂。但采用淘洗法又需增加淘洗池等构筑物,造价提高与节约的混凝剂费用接近,故淘洗调节法目前已被淘汰,新设计的污泥处理厂不再采用该法。

        ③ 加热加压调理法: 污泥加热加压调理是将污泥加热,使污泥中的细胞物质破坏分解,细胞膜中内部水游离出来,亲水性有机胶体物质解体,从而提高污泥脱水性能的过程。按加热温度不同,可分为高温加压调理法和低温加压调理法两种。高温加压调理法是把污泥升温至170~200℃,加压压力为1.0~1.5MPa,反应时间40~120min,调理后的污泥含水率可降至80%~87%。但实践证明,反应温度升至175℃以上时,设备易产生结垢,热交换效率降低,分离液中溶解性物质增多,致使分离液处理困难。低温加压调理法的反应温度在150℃以下,使有机物的水解受到控制,分离液BOD5 较高温加压调理法低40%~50%。因此,低温加压调理法得到了发展。低温加压调理法的设备、运行管理和高温加压调理法基本相同。该法主要适用于初次沉淀污泥、消化污泥、活性污泥、腐殖污泥及它们的混合污泥。

        ④ 冷冻调理法: 冷冻调理是将污泥交替进行冷冻与融化来改变污泥的物理结构,使胶体脱稳凝聚且细胞膜破裂,细胞内部水分得到游离,从而提高污泥的脱水性能。

第五章 危险固体废物的稳定/ 固化

        1、什么是热塑性塑料、热固性塑料?分别举出几个例子。

        热塑性塑料(如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等) 遇热即变软,冷却后变硬,可以反复重塑。且其成型过程比较简单,能够连续化生产,并具有相当高的机械强度,发展很快。

        热固性塑料(如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等)是在受热时加入少量固化剂后定型,只能塑制一次,成型后受热不再软化,因此在日常生活中的应用要少一些,但其耐热性好,不容易变形,而且价格比较低廉。

        2、什么是固化处理,固化剂,固化体;固化途径有哪几种:

        固化处理:在危险废物中添加固化剂,使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。

        固化剂:固化所用的惰性材料。

        固化体:有害废物经过固化处理形成的固化产物。

        固化途径:水泥固化、沥青固化、塑料固化、玻璃固化。

        3、衡量固化效果的主要指标有哪些?

        ① 浸出率: 有毒有害物质通过溶解进入地表或地下水环境中,是废物污染扩散的主要途径。因此,固化体的浸出率是鉴别固化体产品性能的最重要的一项指标。通过实验室或不同的研究单位之间固化体浸出率的比较,可以对固化方法及工艺条件进行比较、改进或选择,有助于预计各种类型固化体暴露在不同环境时的性能,并且可以估计有毒危险废物的固化体在贮存或运输条件下与水接触所引起的危险大小。

        ② 体积变化因数: 体积变化因数为固化处理前后固体废物的体积比,即CR=V1/V2式中,CR为体积变化因数; V1为固化前固体废物体积; V2 为固化后产品的体积。体积变化因数,是鉴别固化方法好坏和衡量最终处置成本的一项重要指标。它的大小实际上取决于能掺入固化体中的盐量和可接受的有毒有害物质的水平。因此,也常用掺入盐量的百分数来鉴别固化效果;对于放射性废物, CR还受辐照稳定性和热稳定性的限制。

        ③ 抗压强度: 为了能够安全贮存,固化体必须具有一定的抗压强度,否则会出现破碎和散裂,从而增加暴露的表面积和污染环境的可能性。对于一般的危险废物,经固化处理后得到的固化体,如进行处置或装桶贮存,对其抗压强度的要求较低,控制在0.1~0.5MPa 便可;如用作建筑材料,则对其抗压强度要求较高,应大于10MPa。

第六章固体废物的热化学处理

    一、简答

        1、什么是焚烧处理,垃圾采用焚烧处理有何特点,焚烧的适用对象一般有哪些?

        焚烧:一种高温分解和高热氧化的过程,可燃性固体废物在充分供氧的条件下,发生燃烧反应,使其氧化分解,转化为气态物质和不可燃的固态残渣,从而达到减容、去除毒性和回收能源的目的,也就是我们常说的减量化、无害化和资源化。

        特点:

        ① 减容量大。通过焚烧处理,废物的体积可以减少80%~95%;

        ② 质量也显著减小,可以节约大量填埋场占地;

        ③ 回收能源。焚烧放出的热量经过回收可用于采暖、发电等。

        ④ 卫生。焚烧中产生的高温可以彻底消灭病原体,消除腐化源,其最终产物通常都是化学性质比较稳定的无害化灰渣。

        ⑤ 不受天气影响,可以全天候操作。

        ⑥ 投资费用大,占用资金周期长。

        ⑦ 对于固体废物的热值有一定要求,一般不低于3360KJ/Kg。这一点限制了其应用范围,低热值的固体废物处理效率较低。

        ⑧ 焚烧过程有可能产生剧毒物质,如二噁英等,需要投入很大资金对烟气进行处理。

        适用对象:一般而言,有机废物均具有可燃性,所以都可以进行焚烧处理,而不适合于焚烧处理的废物种类是比较少的,如有机成分含量特别低的废物、易爆性废物、放射性废物等都不能采用焚烧处理。适合焚烧处理的废物种类包括a. 废溶剂;b. 废油、油乳化物和油混合物; c. 废塑料、废橡胶和乳胶废物; d. 医院废物、制药废物、农药废物; e. 废脂肪; f. 炼油废物; g. 含蜡废物; h. 含酚废物和含卤素、硫、磷、氮化合物的有机废物; i. 被有害化学物质污染的固体废物(如土壤)或废液等; j. 城市生活垃圾等。具有以下一种或者几种特性的固体废物可以选定焚烧处理方法: a. 具有生物毒性和危害性; b. 不易为生物降解,能在环境中长期存在; c. 易挥发或者易扩散; d. 燃点较低; e. 土地填埋处置不安全。

        2、什么是固体废物热值,高位热值(粗热值)低位热值(净热值)?

        热值:单位质量固体废物完全燃烧时时放出的热量。

        高位热值:热值包含烟气中水的潜热。

        低位热值:热值不包含烟气中水的潜热。

        3、有害有机废物,经焚烧处理后要求达到的三个标准:

        a、主要有害有机组成的破坏去除率要达到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 ,如达不到这个要求,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%。若果大于或小于50%,应折算成50%的排放量。

        4、焚烧的形式有哪些,燃烧过程分哪几个阶段,并说明?

        形式:

        a、 蒸发燃烧:固体受热熔化成液体,继而化成蒸气,与空气扩散混合而燃烧。

        b、分解燃烧:固体受热后首先分解,轻的碳氢化合物挥发,留下固定碳及惰性物,挥发分与空气扩散混合而燃烧,固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧。

        c、表面燃烧:固体受热后不发生熔化、蒸发和分解等过程,而是在固体表面与空气反应进行燃烧。

        阶段:

        第一阶段:干燥;利用焚烧系统的热能使入炉固废水分汽化,蒸发的过程

        第二阶段:热分解,固态废物中的有机可燃物质,在高温作用下进行化学分解和聚合反应的过程,热分解既有放热反应又有吸热反应。

        第三阶段:燃烧,可燃物质的快速分解和高温氧化

        5、影响焚烧的主要因素有哪些,什么是“三T 一E”?

        影响焚烧的主要因素:

        ① 温度: 燃烧温度低会造成燃烧不完全,温度越高燃烧时间越短,同时废物分解得越完全,其中不可燃废物产生微量毒性的机会也就越少。但是,另一方面,温度过高会引发炉体耐火材料、锅炉管道的耐热问题,因此当燃烧室温度过高时,要对其进行控制。

        ② 停留时间: 燃料在焚烧炉中燃烧完毕所需的停留时间包括燃烧室加热至起燃和物料燃尽时间之和。该时间与物料进入燃烧室时的粒径和密度相关。停留时间越长,分解越彻底,同时,不可燃废物生成微量毒性有机物的机会也就越少。

        ③ 氧浓度: 氧的供应量是废物分解完全与否和微量有机物生成量多少的决定性因素之一。为了达到固体废物的快速充分燃烧,必须向燃烧室内鼓入过量空气,不过,空气量过剩太多则会吸收过多的热量从而降低燃烧室的温度。焚烧炉的实际供氧量超过理论值大约一倍时,方可保证整个燃烧过程的氧化反应顺利进行。

        ④ 湍流度: 指焚烧炉内温度处于均匀条件时,废物与空气中的氧相互结合的速度,当湍流度大或者混合程度均匀时,进入的空气顺畅,废物的燃烧分解就会比较完全。

        ⑤ 固体的粒度: 一般来讲,加热时间近似与固体的粒度的平方成正比,所以燃烧时间也与固体粒度的1~2 次方成正比。在进行垃圾的焚烧处理时,需要将其破碎至一定粒度,从而加快焚烧速度,提高焚烧效率。三T 一E:温度( Temperature)、时间( Time)、涡流( Turbulence )、过剩空气量( Excess Air )

        7、二噁英的产生形式有哪些?

        二恶英(Dioxin) 是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质,二恶英实际上是一个简称,它指的并不是一种单一物质,而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物,全称分别叫2.3.7.8 四氯二苯并-P- 二恶英(TCDD)。

        产生形式:

        a. 在生活垃圾中可能含有微量二恶英类物质或其前屈体物质,当焚烧不完全是这些物质会进入焚烧烟气;

        b. 在垃圾焚烧过程中,一些二恶英类物质的前驱体物质等可能会反应生成而恶英类物质,在焚烧不完全时进入烟气;

        c. 炉外产生二恶英类物质,即二恶英类物质前屈体物质和分解的二恶英类物质的化合物,在适当温度会重新反应合成二恶英类物质。

        ① 控制入料,减少含氯物质进入焚烧系统。

        ② 采用控制“三T;E”*的方法来抑制二噁英的产生。

        ③ 在烟气处理过程中尽量缩短250~400℃温度域的停留时间,可以减少二噁英的合成。

        ④ 对于已经产生的二噁英,可以通过喷入粉末活性炭、设置触酶分解器进行分解以及设置活性炭塔吸收等方式从烟气中去除二噁英。另外,还要控制飞灰中的二噁英浓度,一般方法有利用还原性气氛分解处理飞灰,飞灰的熔融分解、超临界水分解等。

        8、热解: 在无氧或者缺氧的条件下,对固体废物中的有机物进行加热,使其发生不可逆的化学变化,主要是使高分子的化合物分解为低分子化合物的处理技术。

        9、热解和焚烧的区别:

        a. 焚烧需氧,热解是无氧或缺氧过程;

        b. 焚烧放热,热解吸热;

        c. 焚烧产物: CO2、H2O,热解产物:低分子化合物;

        d. 焚烧产生的热能就近直接利用,热解产生的产物可储存及远距离输送。

        10、试说明热解的分类方法有哪些。

        按照加热方式,热解可以分为直接加热法和间接加热法。按照热解反应系统的压力不同,热解可以分为常压热解法和真空(减压)热解法。按照热解温度,可以将热解分为以下三类。

        ① 高温热解法: 热解温度一般在1000℃以上,采用的加热方式几乎都是直接加热法。如果采用高温纯氧热解工艺,则反应器中的氧化——熔渣区段温度甚至可以达到1500℃。炼焦用煤在炭化室被间接加热,通过高温干馏碳化,得到焦炭和煤气的过程就属于高温热解工艺。

        ② 中温热解法: 热解温度一般在600~700℃之间,主要用于比较单一的物料的能源和资源回收,例如将废轮胎、废塑料转换成类重油物质的工艺。

        ③ 低温热解法: 热解温度一般在600℃以下。可用以将农业、林业和农业产品加工废物生产低硫、低灰分的炭,根据原料和加工深度的不同将其制成等级不同的活性炭或者用作水煤气原料。按照热解设备类型的不同,热解则可以分为固定床型热解、移动床型热解、回转窑热解、流化床热解、多段竖炉热解、管型炉瞬间热解、高温熔融炉热解等。

第七章 固体废物的生物处理技术

    一、名词解释

        1、固体废物的生物处理:利用微生物的作用使固体废物中的有机物降解,从而达到无害化或进行综合利用的目的,主要分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

        2、堆肥化:依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,以及由人工培养的工程菌等,在一定的人工条件下,有控制地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程叫做堆肥化处理。

        3、堆肥:堆肥化的产物。

        4、一次发酵:开始升温到温度升至最高的阶段称为一次发酵。

        5、二次发酵:在一次发酵工序尚未完全分解的易分解有机物及较难分解的有机物在此阶段可能全部分解,变成比较稳定的腐殖酸、氨基酸等,得到完全成熟的堆肥成品。

        6、厌氧消化:在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物转化为CH4 和CO2的过程。

    二、简答

        1、堆肥化的方式主要有哪几种?

        堆肥化的方式按照不同的方法有不同的分类。根据温度要求,可以分为中温堆肥和高温堆肥;按照堆肥过程的操作方式,可以分为静态堆肥和动态堆肥;按照堆肥的堆置情况可以分为露天堆肥和机械密封堆肥。最常用的分类方式是根据在生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同,把固体废物堆肥分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。前者是在通风条件下,有游离氧存在时进行的分解发酵过程,由于堆肥堆温度高,一般在55~65℃,有时高达80℃,故亦称高温堆肥化。后者是利用厌氧微生物发酵造肥,特点是空气与堆肥相隔绝,温度低,工艺简单,但是堆制周期长,气味浓烈,产品分解不够完全稳定。由于好氧堆肥化具有发酵周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等特点,故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂绝大多数都采用好氧堆肥化。

        2、适于堆肥的原料有什么特性?包括哪些?

        适于堆肥的原料需要具备三个特性:

        ① 固体废物密度一般为350~650Kg/m3;

        ② 含水率为40%~60%;

        ③ 碳氮比为( 20~30): 1。

        包括:

        ① 城市垃圾:指城市居民日常生活、商业活动、机关办公、市政维护等过程所产生的固体废物,包括厨余垃圾、废纸、废织物、废旧家具、玻璃陶瓷、废旧塑料制品、废交通工具、煤灰渣、脏土等。其中金属、陶瓷、玻璃、塑料等物质需要经过分选回收,余下的才适合堆肥处理。

        ② 粪便:粪便的碳氮比比较低,是微生物良好的营养物质,非常适合作为堆肥原料。

        ③ 污泥:主要来自城市生活污水和工业废水处理过程中所产生的污泥。

        ④ 农业固体废物:指农、林、牧、渔各业所产生的以及农民日常生活过程所产生的植物秸秆、牲畜粪便等。在我国堆肥的主要原料是生活垃圾与粪便的混合物,也有的是城市垃圾与生活污水、污泥的混合物。农业固体废物的堆肥化处理也受到越来越广泛的重视。

        3、好氧堆肥的影响因素及工艺流程。

        影响好氧堆肥的因素:

        ① 可被氧化有机物的含量要适宜。当有机物含量<20%时,氧化产生的热能不能满足嗜热菌增殖对温度的要求。当可被氧化有机物含量>80%时,氧化中容易发生供氧不足,甚至产生厌氧过程。

        ② 含水率。含水率为50%~60%时,细菌个数最多,需氧量最大。当用生活垃圾好氧堆肥时,可拌以稀粪,使其含水率达到最佳。

        ③ 通风量以应满足氧的浓度。氧浓度在14%~17%为最适宜浓度,最低不少于10%,否则会产生厌氧分解。

        ④ 满足营养比例关系。营养物料主要是有机物含量(以C计)和营养元素(以N计)的比值,应控制在C∶N=(26~35)∶1,当N不能满足比例(小于)要求时,应加入含N物,如化肥或粪便。

        ⑤ 温度要适宜,最佳温度为35~55℃,此温度区间效果好,需时较短。35℃为中温发酵最佳温度平均值, 55℃为高温发酵温度平均值。

        ⑥ pH 值影响。好氧堆肥分两个阶段。初期为酸性阶段, pH值降到5~6。第二阶段pH值可达8.5 ~9.0 。最终产物略呈碱性, pH=7~8。但当采用化学调理方法进行污泥脱水时其pH值可达12,若对此污泥进行好氧堆肥时应降其pH值。

        工艺流程:现代化堆肥生产,通常由原料预处理、原料发酵、后处理、脱臭、贮存等工序组成。

        a、原料预处理:原料预处理包括分选、破碎以及含水率和碳氮比的调整。以家畜粪尿、污泥等为原料堆肥时,前处理的主要任务是调整水分和C/N,或者添加菌种和酶。城市生活垃圾堆肥时,由于其中含有大块物质和不可堆肥化物质,必须增加破碎和分选操作,除去非堆肥化物质和调整垃圾的粒度,提高发酵仓的利用率。破碎和分选装置的种类及处理程度取决于垃圾收集的方式和发酵仓的种类。在预处理工序中,可单独使用破碎机, 或将破碎机与分选机结合使用。经过破碎,颗粒变小,物料表面积增加,便于微生物繁殖, 促进发酵过程,但颗粒不能太小,因为要保持一定的孔隙率和透气性能,以便均匀充分地供氧。经过分选,可回收垃圾中的塑料、纤维、金属等物质,使垃圾得到充分利用。降低水分、增加透气性、调整碳氮比的方法是添加有机调理剂和膨胀剂。

        ① 调理剂可以增加堆肥原料中有机物数量,常用的有木屑、稻壳、禾秆、树叶等。

        ② 膨胀剂加入到湿堆肥原料中,可保证物料与空气的充分接触,常用的膨胀剂有干木屑、花生壳、小块岩石等。

        b、原料发酵

        原料发酵可在露天或发酵仓内进行,通常进行好氧发酵。目前推广的二次发酵方式, 分为一次发酵和二次发酵两个阶段。

        ① 一次发酵:好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程称为一次发酵或主发酵。它是指从发酵初期开始,经中温、高温然后到达温度开始下降的整个过程,一般需10~12 天,其中高温阶段持续时间较长。

        ② 二次发酵(后发酵):物料经过一次发酵,还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在,需要进行后发酵。后发酵可以在专设仓内进行,但通常把物料堆成1~2m高的堆垛进行敞开式后发酵,此时要有防雨设施。为提高后发酵效率,有时仍需翻堆或通风。后发酵时间的长短取决于堆肥的使用情况:对于一直在种作物的土地,堆肥必须要充分腐熟;对于几个月不种作物的土地,可以使用不进行后发酵的堆肥。后发酵的时间一般需20~30天。不进行后发酵的堆肥,其使用价值较低。

        c、后处理技术:为提高堆肥质量、精化堆肥产品,须去除其中杂质,或按需加入N、P和K添加剂,或研磨造粒,最后打包装袋。因而后处理设备包括分选设备、破碎设备、造粒设备、打包机等。有时,为减少物料提升次数、降低能耗,后处理也可放在一次发酵和二次发酵之间。而对那些未经预筛分、破碎的堆肥,后处理系统则是去杂分级的关键步骤。

        d、脱臭:在堆肥化工艺过程中,每个工序系统都有臭气产生,主要有氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等,必须进行脱臭处理。去除臭气的方法有化学除臭剂除臭;水、

酸、碱水溶液吸收除臭; 活性炭、沸石、熟堆肥等吸附除臭。其中,经济实用的方法是熟堆肥氧化吸附除臭,即将熟堆肥置入脱臭器,堆高约0.8~1.2m ,将臭气通入系统,使之在生物的分解和吸附作用下脱除,氨、硫化氢的去除效率可达98%以上。

       e、贮存:堆肥的需求期多集中在春天和秋天,因此,一般的堆肥场有必要设置至少能容纳6 个月产量的贮藏设备。成品堆肥可以在室外堆放,但要防雨。堆肥可直接堆存在二次发酵仓内, 或袋装后存放,要求包装袋干燥而透气。

        4、如何控制堆肥过程中的含水率?碳氮比?

        含水率:当以城市垃圾为主要堆肥原料时,有时含水率偏低,常可配以粪水或污泥来调节水分,也可用一定量的回流堆肥来进行调节。堆肥物料的水分调节可根据采

用回流堆肥工艺的物料平衡进行。对于高含水率的固体废物,可以采用机械压缩脱水,也可以在场地和时间允许的条件下将物料摊开进行水分蒸发,还可以在物料中加入稻草、木屑、干叶等松散物或吸水物,还可以掺加调理剂,干调理剂对控制湿度较有利。

        碳氮比:将贫氮有机物(如作物秸秆等)和富氮有机物(如人畜粪尿、污泥等)进行合理配比,从而得到合适的碳氮比。控制在C∶N=(26~35)∶ 1。

        5、堆肥过程中的通风操作具有哪些作用?

        主要作用:

        ① 提供氧气,促进微生物的新陈代谢;

        ② 通过供氧量的控制,调节堆体温度;

        ③ 在维持最佳温度的情况下,加大通风量可以去除水分。

        6、厌氧消化分为哪几个阶段?

        a. 水解阶段:发酵细菌利用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,然后细菌再吸收可溶于水的物质,并将其分解成为不同产物。

        b. 产酸阶段:水解阶段产生的简单的可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用下,进一步分解成挥发性脂肪酸(如丙酸、乙酸、丁酸、长链脂肪酸)、醇、酮、醛、CO2、和H2等。

        c. 产甲烷阶段:产甲烷菌将第二阶段的产物进一步降解成CH4和CO2,同时利用产酸阶段所产生的H2 将各部分CO2再转变为CH4。

第八章 固体废物的最终处置技术

    一、名词解释

        1、固体废物处理:通过不同的物理、化学、生物等方法,将固体废物转化为便于运输、贮存、利用以及最终处置的形态结构的过程。

        2、固体废物处置:将已无回收价值或确定不能再利用的固体废物(包括对自然界及人类自身健康危害性极大的危险废物) 长期置于符合环境保护规定要求的场所或设施而不再取回,从而与生物圈相隔离的技术措施。

        3、远洋焚烧:利用焚烧船在远海对废物进行燃烧,再将燃烧残渣和冷凝液直接排入海洋的固体废物处置方法。

        4、土地耕作法:将固体废物分散在现有的耕作土地上,通过土壤中存在的大量微生物的降解作用、土地上植物的吸收作用和风化作用对有机物和无机物进行处理的方法。

        5、深井灌注:先将固体废物液化为溶液或者乳浊液,然后利用强制性手段将其注入到地下与饮用水和矿脉层隔离的可渗透性岩层中,从而达到使其与人类生活的环境相隔离的最终处置方法。

        6、卫生填埋:是在土地处置场内按工程技术规范和卫生要求处置固体废弃物,即经过充填、推平、压实、覆土和再压实等操作过程,使废弃物得到最终处置,同时使废弃物对环境的危害降至最低限度,填埋场封场后可作别用。

        7、危险废物:列入国家危险废物名录,或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法所认定的具有危险特性的废物。简单来讲,就是含有高度持久性元素、化学品或化合物的废物,且该废物对人体健康和环境具有及时的和潜在的危害。

    二、简答

        1、固体废物的处置分哪几种类型?

        按照处置场所的不同,固体废物的处置主要分为海洋处置和陆地处置两大类。

        ① 海洋处置: 即以海洋为受体的固体废物处置方法,主要分海洋倾倒与远洋焚烧两种。近年来,随着人们对保护环境生态重要性认识的加深和总体环境意

识的提高,海洋处置已受到越来越多的限制,目前海洋处置已被国际公约禁止。

        ② 陆地处置: 主要包括土地耕作、工程库或贮留地贮存、土地填埋以及深井灌注等几种。其中土地填埋法是一种最常用的方法。

        2、试说出卫生填埋场的分类。

        土地填埋场的类型很多,按填埋场地形特征的不同,可分为山间填埋、峡谷填埋、平地填埋、废矿坑填埋等;按填埋场地水文地质条件的不同,可分为干式

填埋,湿式填埋和干、湿式混合填埋;按填埋场的状态可分为厌氧性填埋、好氧性填埋、准好氧性填埋和保管型填埋;按填埋场构造,又可以分为衰减型填埋和封闭型填埋。

        3、填埋场的主体工程包括哪些部分?

        ① 地基处理工程: 填埋场场地需要经过平整,碾压和夯实,并且根据渗滤液导排要求形成一定的纵横坡度。

        ② 基底防渗层工程: 防止垃圾渗滤液从填埋位置通过地基层向下渗漏,继而通过下层土壤进一步侵入地下水或者流进地表。

        ③ 衬层: 乃是填埋场得以形成封闭系统的关键部分,应该根据场地的防渗要求铺设衬层。

        ④ 渗滤液导排与处理系统: 收集系统通常采用导流层或者盲沟(穿孔管)铺设,管道或者沟道应该坡向集水井或者污水调节池。

        ⑤ 填埋气体的收集和利用工程: 根据场地规模、垃圾成分、产气速率、产气量等确定填埋场产气处理或利用方案。

        ⑥ 雨水导排系统: 填埋场必须设置独立的雨水导排系统,根据当地的降水情况和场区地质条件设置明沟或者地下排水管道系统。

        ⑦ 最后覆盖系统工程: 减少水分对填埋场的渗入,并对填埋物进行封闭。

        ⑧ 填埋终场后的生态恢复系统: 地面植被的覆盖能够保证最终填埋恢复系统的长期稳定以及正常功能的发挥,在达到卫生填埋的要求之上,应该根据当地自然条件,选择适宜的植被,在填埋场周边设置隔离林带,改善环境,改良填埋土地性状,便于以后开发利用。

        4、填埋场防渗材料有哪些?

        ① 无机天然防渗材料:主要有黏土、亚黏土、膨润土等。黏土衬层较为经济,至今仍在填埋场中被广泛采用。黏土的选择主要根据现场条件下所能达到的压实渗透系数来确定。在最佳湿度条件下,当被压制到90%~95%的最大普式干密度时,其渗透性很低(通常10-7cm/s 或者更小)的黏土,可以作为填埋场衬层材料。

        ② 人工改性防渗材料:人工改性防渗材料是在填埋场区及其附近没有合适的黏土资源或者黏土的性能无法达到防渗要求的情况下,将亚黏土、亚砂土等进行人工改性,使其达到防渗性能要求而制成的防渗材料。人工改性的添加剂分有机和无机两种。有机添加剂包括一些有机单体如甲基脲等的聚合物;无机添加剂包括石灰、水泥、粉煤灰和膨润土等。相对而言,无机添加剂费用低、效果好,适合于在我国推广应用。

        ③ 天然和有机复合防渗材料:主要指聚合物水泥混凝土( PCC)防渗材料,沥青水泥混凝土也属该类材料。聚合物水泥混凝土是由水泥、聚合物胶结料与骨料结合而成的新型填埋场防渗材料是在水泥混凝土搅拌阶段,掺入聚合物分散体或者聚合物单体,然后经过浇铸和养护而成。聚合物水泥混凝土具有比较优良的抗渗和抗碳化性能,以及较高的耐磨性和耐久性。在力学性质方面,其抗压强度、抗折强度、伸缩性、耐磨性都可以通过配方改变加以改善。

        ④ 人工合成有机材料:通常称为柔性膜,主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯磺聚乙烯、塑化聚烯烃、乙烯——丙烯橡胶、氯丁橡胶、热塑性合成橡胶等。柔性膜防渗材料通常具有极低的渗透性,其渗透系数均可达到10-11cm/s。现广泛使用的是高密度聚乙烯(简写为HDEP)防渗卷材。

        5、填埋场衬层设计包括哪些步骤?

        ① 确定填埋场类型。

        ② 确定场区地下水功能和保护等级。

        ③ 确定衬层材料及衬层构造。

        ④ 建立废弃物浸出液分配模型,确定防渗层的有关设计参数。

        ⑤ 考虑衬层的施工及其对衬层质量的影响。

        6、填埋场密封系统的作用是什么?

        基础密封和垂直密封的作用主要是:① 控制渗滤液的渗流,尽量使其进入收集系统,以免造成土壤和地下水的污染;② 控制填埋场气体的迁移,使其得到有控释放和收集,防止其侧向或者向下迁移到填埋场之外,造成对大气环境的污染和危害;③ 防止地下水进入填埋场中而导致渗滤液产生量增加。表面密封系统的作用则在于:① 减少地表水(包括雨水和融化雪水等)渗入填埋场;② 控制填埋场气体从填埋场上部的释放;③ 抑制病原菌的繁殖;④避免有害物质污染地表径流;⑤避免危险废物的扩散;⑥ 提供一个可以进行景观美化的表面;⑦便于填埋土地的再利用。

        7、填埋场产生的渗滤液包括哪些主要成分?

        ① 常见元素和离子,如Cd、Mg、Fe、Na、NH3、碳酸根、硫酸根和氯离子等。

        ② 微量元素,如MN、Cr、Ni、Pb、Cd等。

        ③ 有机物,常以TOC、COD来计量,酚等也可以单独计量。

        ④ 微生物,城市垃圾的成分受地区的影响较小,所产生的渗滤液的组分也大致相同,而工业废物填埋场由于所填埋的废物类别不相同,其渗滤液成分彼此间各有所变化。

        8、填埋场渗滤液的主要来源包括哪些?

        ① 降水: 包括降雨和降雪,是渗滤液产生的主要来源。

        ② 地表径流: 来自场地表面上坡方向的径流水(包括地表灌溉)对渗滤液的产生量也有较大的影响。

        ③ 地下水: 如果填埋场地的底部低于地下水位,则地下水就有可能渗入填埋场内,形成渗滤液。在设计施工中采取防渗措施可以避免或减少地下水的渗入

量。

        ④ 废物及覆盖材料中的水分: 固体废物入场时携带的水分有时可能成为渗滤液的主要来源之一。

        ⑤ 有机物分解生成水: 垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分,其产生量与垃圾的组成、pH值、温度和菌种等因素有关。

        9、埋场气体的组成成分有哪些,气体如何在场内迁移和运动?

        成分:填埋场的气体主要是由填埋废物中的有机组分通过生化分解所产生的,其中主要含有甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、氢、硫化氢、氮、氧和微量组分等。甲烷和二氧化碳是填埋场气体中的主要成分。其中甲烷约占45%~50%(体积分数), CO2约占40%~60%。微量组分主要是一些有机化合物。英国学者从三个不同填埋场采集的气体样品中发现了116 种有机化合物存在,其中许多化合物是挥发性有机化合物(VOCs)。国外研究表明,接受含挥发性有机物的工业废物的老填埋场,其填埋气体中挥发性有机化合物浓度较高,而一些新填埋场填埋气体中的挥发性有机物的浓度均较低。

        迁移运动:填埋气体的迁移与填埋场的构造及环境地质条件有关,包括向上迁移、向下迁移和横向迁移三种运动。

        ① 向上迁移: 填埋场气体可以通过对流和扩散释放到大气圈中。

        ② 向下迁移: 二氧化碳的密度是空气的1.5 倍,是甲烷的2.8 倍,故这些气体可以向填埋场底部运动,最终可能在底部聚集。对于采用天然土壤衬层的填埋场,二氧化碳可能通过扩散作用穿过衬层和下层土地,最终扩散进入并溶于地下水,生成碳酸,进而发生其他反应。

        ③ 横向迁移: 填埋气体可以通过填埋场周边的可渗透地质横向水平迁移,在离填埋场较远的地方穿过疏松的土质进入大气。也有可能通过地下人造管道的裂缝进入各种建筑物,从而造成危害。

        10. 、常用的填埋场气体收集系统包括哪几种?

        常用的填满气体收集系统有三种类型:垂直抽气井、水平收集沟和地表收集器。

        ① 垂直抽气井: 这是最常用的填埋气体收集器,通常用于已经封顶的填埋场或已完工的部分,也可以用于仍在运行的垃圾场。

        ② 水平收集沟: 一般由带孔管道或不同直径管道相互连接而成,管壁外和收集沟周围一般要铺设无纺布,以防止管道阻塞,有时无纺布只放在沟顶。水平收集器常用于仍在填埋阶段的垃圾场,有多种建造方法。水平收集沟的间距随着填埋场的设计、地形、覆盖层等具体因素而变。

        ③ 地表收集器: 一般铺设在地表,用于收集逸散到地表的填埋场气体。

        11、常用的填埋场机械设备包括哪些?

        常用的填埋场机械设备包括铲运和挖掘设备、压实设备、装载和运输设备。

        ① 铲运和挖掘设备:生活垃圾填埋场常用的铲运和挖掘设备包括推土机、铲运机、挖掘机和松土器。

        ② 压实设备:包括滚动碾压式和夯实式。其中滚动碾压式又可分为钢轮式、羊脚碾式、充气轮式、自振动空心轮压式等。

        ③ 装载和运输设备:包括装载机、运送机、转运和起吊设备等。

        12 、最终覆盖系统有哪些主要功能?

        ①减少雨水及融化雪水等渗入填埋场。

        ②控制填埋场气体从填埋场上部释放。

        ③抑制病原菌的繁殖。

        ④避免地表径流水的污染,避免危险废物的扩散。

        ⑤避免危险废物与人和动物的直接接触。

        ⑥便于封场后土地利用,提供美化环境的表面。

        ⑦便于填埋土地的再利用。

        13、何谓渗滤液回灌处理?回灌有哪些优点和缺点?

        渗滤液回灌:将收集到的垃圾渗滤液重新灌入填埋场内,使其在场内的生物作用和物理化学作用下再次被稀释。

        优点: 能减少渗滤液的处理量、降低其污染物浓度;加速填埋场的稳定化进程、缩短其维护和监管期、并能产生明显的环境效益和较大的间接经济效益,尤

其适用于干旱和半干旱地区。

        缺点:不能完全消除渗滤液,通常只能作为预处理方式与其他处理方式相结合;反复回灌易造成厌氧填埋场渗滤液中氨氮的不断积累,影响其后续处理。

第九章 工业固体废物的综合利用

    一、简答

        1、指出煤矸石来源、成分及危害。

        来源: 煤矿开采的废渣,属沉积岩。

        成分: 硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。其化学成分组成的百分率:SiO2 为52~65;Al 2O3为16~36;Fe2O3 为2.28 ~14.63;CaO为0.42 ~2.32;MgO为0.44 ~2.41 ;TiO2为0.90 ~4;P2O5为0.007 ~0.24 ;K2O;Na2O为1.45 ~3.9 ;V2O5 为0.008 ~0.03 。

        危害:煤矸石的堆积不仅占用大量土地,其中的硫化物散发后会污染大气和水源,造成严重的危害。煤矸石中所含的黄铁矿容易被空气氧化,放出热量甚至导致自燃。煤矸石燃烧散发的气味和有害烟雾可能导致附近居民的慢性气管炎和气喘病等,并且能够影响树木和庄稼的生长。煤矸石受到雨水冲刷后可能导致附近河流的河床淤积,污染河水。

        2、我国目前对粉煤灰的利用途径有哪些?

        作建筑材料、用于筑路和回填、作农业肥料和土壤改良剂、作农业肥料和土壤改良剂、从粉煤灰中回收工业原料、作环保材料。

        3、钢渣的利用途径有哪些?

        作钢铁冶炼溶剂:烧结熔剂、高炉炼铁熔剂、回收废钢铁;生产钢渣水泥或作水泥的掺和料;作筑路与回填工程材料;作农肥和酸性土壤改良剂。

        4、指出铬渣的产生及危害。

        产生:铬渣是金属铬和铬盐(如红矾钠)生产过程中的固体废弃物,除部分返回焙烧料中再利用外,其余需要进行安全处理。组成:其化学组成包括Cr2O3、六价铬、SiO2、CaO、MgO、Al 2O3、Fe2O3等,其矿物组成主要是氧化镁、四水铬酸钠、正铬酸钠、铬酸钙、铝尖晶石、硅酸二钙固溶体、铁铝酸钙固溶体、硅酸二钙等。铬的毒性与其存在形态有关。六价铬毒性最剧烈,具有强氧化性和透过体膜的能力,对人体的消化道、呼吸道、皮肤和黏膜都有危害。六价铬在酸性介质中易被有机物还原成三价铬,三价铬在浓度较低的情况下毒性较小,有些三价铬如氧化铬( Cr2O3)及其水合物可认为是无毒的。金属铬及钢铁材料中含有的铬,由于其溶入食物及饮水中时是惰性的,所以对人体无害。经分析测定,六价铬的组分中四水铬酸钠及游离铬酸钙为水溶相(共占64%),易被地表水、雨水溶解,是铬渣近期污染的由来。另有铬铝酸钙、碱式铬酸铁、硅酸钙——铬酸钙固溶体、铁铝酸钙——铬酸钙固溶体等四种含六价铬的组分虽难溶于水,但长期露天堆存过程中,空气中的CO2 和水能使它们水化,造成铬渣对环境的中、长期污染。

    二、论述

        1、试探讨粉煤灰在环保工业上的应用前景。

        利用粉煤灰可以制作人造沸石和分子筛,不但节约原材料,而且工艺简单,产品质量可达到甚至优于化工合成的分子筛;制造絮凝剂,具有强大的凝聚功能和净水效果;作吸附材料,浮选回收的精煤具有活化性能;还可制作活性炭或直接作为吸附剂,用于印染、造纸、电镀等各行各业工业废水和有害废气的净化、脱色、吸附重金属离子,以及航天航空火箭燃料剂的废水处理,吸附饱和后的活化煤不需再生,可直接燃烧。

        2、如何进行铬渣的处理和综合利用?

        含铬废渣在被排放或综合利用之前,一般需要进行解毒处理。铬渣解毒的基本原理就是在铬渣中加入某种还原剂,在一定的温度和气候条件下,将有毒的强氧化性的六价铬还原为低毒的三价铬,从而达到消除六价铬污染的目的。铬渣的解毒处理有湿法和干法两种。前者是用纯碱溶液处理,再用硫化钠还原;后者是将煤与铬渣混合进行还原焙烧,六价铬可以被一氧化碳还原成不溶于水的三价铬。常用的还原解毒工艺有:铁精矿和含铬废渣混合作原料生产烧结矿工艺;碳还原工艺;亚硫酸钠、硫酸亚铁等作还原剂的酸性还原工艺;亚硫酸钠、硫酸亚铁等作还原剂的碱性还原工艺。此外,铬渣也可直接用作其他有关工业的原料,在生产加工过程中,六价铬被还原固化,从而达到消除六价铬危害的目的。铬渣经过去毒处理,可以综合利用。有时铬渣的综合利用和解毒处理也是同时进行的。目前能够实现铬渣综合利用的途径有:做翠玻璃制品的着色剂,使玻璃色泽翠绿;利用铬渣中残留的铬生产铸石;代替蛇纹石生产钙镁磷肥;代替白云石、石灰石炼铁;与黏土混合烧制青砖;以及配制水泥和生产矿渣棉等。

        3、废塑料的处理和综合利用途径有哪些?

        废塑料回收资源化利用技术主要包括废塑料的再生技术、热处理油化技术、加工成衍生燃料( RDF)技术、化学处理技术、高炉喷吹技术以及利用焦化工艺处理废塑料技术。

        ① 废塑料再生技术: 此技术要求废塑料的组成相对单一、纯净,这样才能从根本上保证再生塑料的质量和再利用价值。因此废塑料再生的第一步是分类收集,然后将可再生的废塑料进行破碎和分选,最终再生成塑料制品或生产建筑材料等。由于该技术对原料要求较高,往往难以做到规模化生产。

        ② 废塑料热分解油化技术: 是指通过加热或加热同时加入一定的催化剂使塑料分解,制取燃料油和燃料气的废塑料资源化利用方法。该法可以处理不易于再生法利用的废塑料,但大多数工艺以处理同类或单种废塑料为主,对于混合废塑料的处理尚存在一定的技术和经济效益问题,故此技术的发展仍处于探索阶段,长期稳定运行的实例较少。

        ③ 加工衍生燃料( RDF)技术: 城市生活垃圾中的废塑料和垃圾中其他有机可燃物料可以加工制造成衍生燃料( RDF)。RDF燃料燃烧较常规垃圾焚烧具有明显的环境效益,但初始投资和生产成本较高,目前多用于经济发达国家,对广大发展中国家而言,在经济上难以承受。用生产RDF法来解决城市“白色污染”问题,具有一定的发展前景。但相对而言,该方法直接将废塑料进行焚烧处理,其资源化程度不高,不属于严格意义上的废塑料资源化处理范畴,其可行性还有待于进一步考察研究。

        ④ 化学处理技术: 化学法处理废塑料制涂料、油漆、黏合剂、轻质建材等,在研究方面取得了较大进展,具有良好的资源回收利用价值,对环境污染较小,具有明显的经济价值。但是该类技术要求废塑料品种单一,不适合处理城市生活垃圾中的混合废塑料。

        ⑤ 高炉喷吹技术: 该技术是将废塑料用作炼铁高炉还原剂和燃料,从而使废塑料得以资源化利用和无害化处理,是具有广阔前景的“白色污染”治理方法。但由于该技术对废塑料原料要求较高,特别是要求废塑料有较细的粒度和较低氯含量,使得废塑料加工的成本较高,需要降低成本和投资费用以及配套的优惠政策,才有可能在我国应用。

        ⑥ 利用焦化工艺处理废塑料技术: 这是新近发展起来的可以大规模处理混合废塑料的工业实用型技术。该技术基于现有炼焦炉的高温炭化技术,将废塑料转化为焦炭、焦油和煤气,实现废塑料的资源化利用和无害化处理。该工艺对废塑料原料要求相对较低,允许含氯废塑料进入焦炉,且可以全部利用现有炼焦炉及其配套系统进行产物回收和净化,易于推广应用。

        4、废轮胎有哪些主要处理方法,比较各方法的优缺点。

        目前所采用的旧轮胎的处理方法,大致可以分成三大类:整体利用、加工和用作再生能源。具体如下。

        ① 整体利用

        a. 翻修:理论上来讲这是最好的处理方法,可以使旧轮胎又能像新轮胎那样重新使用。目前翻修的轮胎主要集中于卡车轮胎和客车轮胎。翻修方法,通常是用打磨方法除去旧轮胎的胎面胶,然后经过清洗和干燥,贴上一层压出成型的胎面胶,最后硫化固定。近来,采用预硫化胎面胶的方法也日益增多。

        b. 用作漂浮指示物:主要用作船坞防护物,渔船、运沙船漂浮信号灯,漂浮阻波物,游乐场工具等。

        ② 再生利用

        a. 再生胶:用废橡胶制造再生胶是我国废橡胶利用的主要方式。再生胶是将胶粉) 脱硫*后的产品,我国目前大多数采用传统的油法和水油法工艺,由于这两种工艺流程长,能耗高,污染重,效益低,在国外已被高温高压法(如旋转搅拌脱硫)、微波脱硫法等先进工艺取代。后者基本上是干法脱硫,污染少,产品质量好,是今后再生胶生产发展的方向。近年来,由于子午线轮胎的普及,对高性能材料的需求增加。为从子午线轮胎中除去钢丝需要改装生产设备和增加资本投入。此外,丁苯胶特别是充油丁苯胶不利于提高再生胶的质量。

        b. 橡胶粉:将废橡胶在常温或低温下粉碎成不同粒度的胶粉具有广泛的用途,它不仅可以直接或经过表面活化掺入胶料制造轮胎、胶鞋等橡胶制品,还可以用来作橡胶地板、含有橡胶粉的沥青路面等产品,它还可作为填料用在橡胶轮胎和挡泥板中。

        ③ 用作再生能源

        此类用途的主要场合是水泥厂。轮胎由混炼胶、钢丝和有机织物组成。混炼胶中含有炭黑、硫黄等。当旧轮胎被投进旋转炉中,一切可燃物都变成了能量,钢丝以氧化铁粉形式保留在水泥中,成了水泥的组成材料。即使最头疼的硫黄也变成了石膏,成了水泥的组成材料。因此不会生成SO2污染。而水泥厂由于利用旧轮胎可节约5%~10%的煤炭。除了水泥厂外,造纸厂、金属冶炼厂也正接受高温分解焚烧旧轮胎的方法。用这种方法获得的炭黑经过活化后能用作活性炭黑。另外,高温热解也是处理旧轮胎的一种方法,它可以得到炭黑、燃料油及气体。此方法目前正处于实验室研究阶段,大规模的成型工艺还有待进一步研究。


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