《固体废物的处理与利用》实验指导书电子教案.doc

《固体废物的处理与利用》实验指导书

目 录

实验一 破碎与分选的演示实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅2
实验二 有害固体废物的固化实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3
实验三 可燃固体废物热值的测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅5
实验四 有机固体废物的热解实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7
实验一 破碎与分选的演示实验

1实验目的
破碎与分选是固体废物处理与利用的重要环节，并且，破碎与分选的设备种类较多，根据现有条件，难以安排实验，但可以利用现有资源进行部分设备的演示，以了解破碎设备和部分分选设备的机械结构，工作原理及其主要特点，并通过对实际设备的展示，进一步理解课堂教学的内容。
2实验内容
（1） 破碎机：颚式破碎机，锤式破碎机，辊式破碎机，球磨机；
（2） 分选设备：摇床，跳汰，磁选机，电选机，浮选机。
3实验要求
（1） 了解各种设备的结构特点及工作原理；
（2） 观看某些设备的运行状态；
（3） 注意不同设备的保护装置及其保护原理；
（4） 对要求重点观察的设备写出演示实验报告，内容包括：
a． 设备的结构及特点；
b． 设备的工作原理；
c． 设备的运行状态的描述。
4注意事项
（1） 实验前认真阅读教材中的相关内容；
（2） 遵守纪律，注意安全；
（3） 任何人不得随意触动各种电器开关；
（4） 观看演示时，必须与设备保持1m以上的距离；
实验二 有害固体废物的固化实验
1实验目的
有害废物的固化处理是固体废物处理的一种常用的方法。通过本实验，了解固化处理的基本原理，初步掌握固化处理有害废物的工艺过程和研究方法。
2基本原理
用物理－化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中使其达到稳定化的处理方法叫作固化处理。有害废物经固化处理后，其渗透性和溶出性均可降低，所得固化块能安全地运输和方便地进行堆存或填埋，对稳定性和强度适宜的产品还可以作为筑路基材或建筑材料使用。
本实验采用水泥为基材，固化工业废渣。水泥固化的原理是：
水泥是一种无机胶凝材料，是以水化反应的形式凝固并逐渐硬化的，其水化生成的凝胶将有害废物包容固化，同时，由于水泥为碱性物质，有害废物中的重金属离子也可生成难溶于水的沉淀而达到稳定化。
3要求
（1） 正确地掌握实验仪器设备的使用方法及操作规程，熟悉固化处理的一般步骤；
（2） 正确地进行各种原料的配比计算，称量；
（3） 准确地记录实验数据，填写表格，并进行相应的计算。
4仪器设备及原料
（1） 仪器设备
台秤，天平，凝结时间测定仪，胶沙搅拌机，模具，振动台，标准养护箱，秒表，量筒，压力实验机。
（2） 实验原料
普通硅酸盐水泥，黄沙，工业废渣。
5实验步骤
5.1测定水泥沙浆的标准稠度和凝结时间
（1） 以114毫升水与400克水泥拌和成均匀的水泥净浆，倒入圆模中；
（2） 用标准稠度与凝结时间测定仪测定试锥在水泥净浆中的下沉深度（S mm），按下式计算标准稠度用水量：P＝35.4－0.185S；
（3） 用标准稠度用水量制成标准稠度的水泥沙浆，立即一次倒入圆模中，振动刮平后放入养护箱内；
（4） 测定凝结时间。从养护箱中取出圆模放在试针下，使试针与沙浆表面接触，拧紧螺丝，然后突然松开螺丝，使试针自由插入浆体，观察指针读数。自加水时算起，到指针沉入浆体距底板0.5－1.0mm时所经历的时间为初凝时间，到指针插入浆体不超过1.0mm时所经历的时间为终凝时间。临近初凝时每隔5min测定一次，临近终凝时每隔15min测定一次。
5.2制作水泥固化试块
（1） 按配比分别称量水泥，黄沙，和工业废渣，并按标准稠度用水量计算用水量并准确量取；
（2） 将全部干物料给入胶沙搅拌机，启动，15秒后将水倒入，搅拌机按标准时间搅拌后自动停机；
（3） 从搅拌机取下搅拌锅，将标准模具固定在振动台上，将搅拌后的沙浆倒入标准模具内并启动振动台；
（4） 振动结束后，取下模具，用刮刀刮平，放入养护箱，24小时后脱模，并继续进行水中养护；
（5） 三天后取出，测定抗压强度。
6实验记录
（1） 标准稠度用水量的计算；
（2） 原料配比的计算及结果；
（3） 凝结时间的测定结果；
（4） 抗压强度的测定结果。
7注意事项
（1） 实验前要认真阅读实验说明书及教材的相关内容；
（2） 实验中要仔细操作，做好记录；
（3） 实验结束后清理好仪器设备，方能离开；
（4） 实验报告中的实验记录应列表表示。
实验三 可燃固体废物热值的测定
1实验目的和意义
（1） 理解粗热值（位发热量）和净热值（位发热量）的含义；
（2） 了解氧弹热量计量热的原理；
（3） 掌握WZR-1型热量计的基本结构和测定过程；
（4） 掌握实验数据的处理。
2实验基本原理
单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸和硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量称为弹筒发热量。
单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量称为恒容高位发热量。高位发热量也即由弹筒发热量减去硝酸和硫酸校正热后得到的发热量。
单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量称为恒容低位发热量。低位发热量也即由高位发热量减去水（可燃物中原有的水和其中氢燃烧生成的水）的气化热后得到的发热量。
任何物质的燃烧热，随燃烧产物的最终温度而改变，温度越高，燃烧值越低。因此，一个严密的发热量定义，应对燃烧产物的最终温度有所规定。但在实际发热量测定时，由于具体条件的限制，把燃烧产物的最终温度限定在一个特定的温度或一个很窄的范围内都是不实际的。温度每升高1K，煤和苯甲酸的燃烧热约降低0.4－1.3J/g。当按规定在相近的温度下标定热容量和测定发热量时，温度对燃烧热的影响可近于完全抵消，而无需加以考虑。
一定量的分析试样在氧弹热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧时，氧弹热量计的热容量通过在相似条件下燃烧一定量的基准物苯甲酸来确定。根据试样点燃前后量热系统产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量。从而可求得高位发热量和低位发热量。
3仪器设备及原料
3.1热量计
通用热量计有两种，恒温式和绝热式。它们的量热系统被包围在充满水的双层夹套（外筒）中，它们的差别只在于外筒及附属的自动控温装置。
绝热式热量计中外筒对量热体系进行温度跟踪，使量热体系在试验过程中与环境没有热的交换，在此情况下，量热体系在试验中产生的温差与试样发出的热量存在简单的关系。这种仪器计算简单，但温度跟踪部分比较复杂。
恒热式热量计在实验过程中环境（指量热体系以外的部分）温度保持不变，量热体系温度发生变化，体系与外界有热交换，需进行修正，计算较复杂。但随着计算机的不断发展，复杂的计算部分已由计算机取而代之，WZR－1型热量计即属于恒热式热量计。
3.2压饼机
当进行粉状或轻质物料的热值测定时，需要预先将粉状物料压制成饼状体，实验采用仪器配套的杠杆式压饼机，能压制直径为10mm的圆饼。
3.3分析天平：感量0.1mg。
4WZR－1的实验步骤
（1） 精确称取测试试样（小于0.2mm）0.9－1.1g并置于燃烧皿中。
（2） 将一定长度点火丝的两端分别接在两个电极柱上，注意与试样保持良好接触，并注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路而导致点火失败。
电极柱
电极柱
点火丝
燃烧皿
物料

图1 点火丝示意图
（3） 往氧弹中加入10ml的蒸馏水。小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变；
（4） 往氧弹中缓缓充入氧气，直到压力到2.8－3.0Mpa，充氧时间不得小于15s，一般为25s；如果不小心充氧压力超过3.3Mpa，停止实验，放掉氧气 后，重新充氧至3.2Mpa以下。当钢瓶中氧气压力降到5.0Mpa以下时，充氧时间应酌量延长，压力降到4.0Mpa以下时，应更换新的钢瓶氧气。
（5） 往WZR－1型热量计内筒中加入足够的蒸馏水（约18kg）至溢流口有水溢出。每次实验时用水量应与标定热容量时一致（相差1g以内）。
（6） 按顺序打开打印机、显示器、微机电源和热量计主机（关机按相反顺序进行）。打开电源后程序将自动进入热量计测试程序。
（7） 将氧弹装入热量计主机，盖上热量计主机盖，然后在程序“设置”栏内检查各部件是否正常。在“设置参数”栏“测试内容”中可选择测试发热量或标定热容量。在“实验测试”栏内输入编号和重量；
（8） 用鼠标点击“开始实验”，则实验将自动进行，并显示测试结果，也可打印；
（9） 实验结束后，打开主机盖，取出氧弹，并可进行下一实验。
5数据处理
WZR-1所测得的数据为对附加热校正后的弹筒发热量，要求得高位发热量和低位发热量只需在程序“管理”栏内输入全硫、全水份、水份和氢含量的数据即可由程序自动计算出高位发热量和低位发热量。
6注意事项
（1） 电源：要求220V并稳定，尽可能使用稳压电源。
（2） 水：要求加入回水箱的水是蒸馏水或去离子水，不得用自来水；水经使用后若发现里面由脏物时，应立即更换。
（3） 气：氧气要求用冷却氧，不得用电解氧，钢瓶压力要求5Mpa以上，减压阀输出压力为2.8－3Mpa，充氧时间不少于15s；
（4） 温度：室温15～35℃为宜，应尽量保持恒定；室温与回水箱水温相差1.5℃以内；一次实验过程室温变化小于1℃；有空调或用电炉、暖气取暖的实验室不得时开时关。

实验四 有机固体废物的热解实验

1 实验目的
随着现代工业的发展与人民生活水平的提高，高分子材料，特别是塑料、橡胶及纤维制品的应用越来越多，使得固体废物中的有机物质的组分不断增加。
一方面，高分子材料制品既欠耐老化，又很难彻底自行分解，从而恶化环境，危及生态系统；另一方面，高分子废弃物又是人类的宝贵资源，可以采用适当的方式回收利用。
热解是处理和利用高分子废弃物的有效途径之一。
本实验的目的为：
（1） 通过实验进一步理解热解的原理；
（2） 掌握热解的工艺过程及主要控制参数；
（3） 初步了解有机固体废物热解的研究方法。

2 基本原理
热解是一种在缺氧或无氧条件下的燃烧过程，是在低电极电位还原条件下的吸热分解反应，也称为干馏或炭化过程。 (煤气工程，及焦化就是热解过程)
热解一个复杂的化学反应过程，是有机物的分解与缩合共同作用的化学转化过程，不仅包括大分子的化学键断裂、异构化，也包括小分子的聚合反应。有机物热解的最终产物理论上应当是单体，但实际上，其热解产物除单体外，还有：聚合度较低的齐聚物，分子量不等的烃类及其衍生物等。
不同的有机物具有不同的热解温度与热解产物，以塑料为例，不同塑料的热解温度及其产物见表1。

表1某些塑料的热解温度与热解产物
塑料名称
聚乙烯
聚丙烯
聚苯乙烯
PMMA
PVC
热解温度（℃）
290～360
335～450
220～250
328～410
300～400
170～300
190～300
热解产物
4.8mol%单体
18.4mol%
单体
84.7wt%单体
苯
100%单体
6.2mol%单体
HCl等

本实验采用废有机玻璃（PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯）为原料进行热解，所得产物为甲基丙烯酸甲酯。

3 仪器、设备和原材料
（1） 有支管的蒸馏烧瓶（500ml）
（2） 蛇形冷凝管（30cm）
（3） 电热套
（4） 天平
（5） 温度计（500（℃））

4 实验步骤
（1） 按图所示组装热解装置；
（2） 称取一定量的碎有机玻璃；
（3） 开冷凝水管；
（4） 缓慢加温至300℃，至热解完成；
（5） 热解结束后，称量三角烧瓶中的甲基丙烯酸甲酯的重量。

热解实验装置

1-电热套；2-蒸馏烧瓶；3-冷凝管；4-三角烧瓶

5 实验记录与数据处理
记录加入蒸馏烧瓶中的有机玻璃重量与热解产物的重量，并计算有机玻璃热解回收率。