固体废物处理与处置教案.doc

《固体废物处理与处置》教案

学院、系： 化工与环境工程学院

任课教师： 范 俊 玲

授课专业： 环 境 工 程

课程学分： 1.5学分

课程总学时： 36学时

课程周学时： 4学时

上次课复习：
新开课！
本次课题（或教材章节题目）：第一章 绪论
教学要求：（1）掌握固体废物概况；（2）了解有毒有害固体废物的鉴别

重 点：固体废物概况及有毒有害固体废物的鉴别
难 点：有毒有害固体废物的鉴别
教学手段及教具：采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第一章 绪论
• 第一节 固体废物的概述
• 第二节 固体废物的性质
共2课时，讲授
课后作业
有毒有害固体废物的定义及其性质，如何鉴别？
固体废弃物的定义？

参考资料
北京市环境卫生科学研究所编著，国外城市固体废物处理（第一集）中国环境科学出版社

注：本页为每次课教案首页

第一节 固体废物的概述
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渣(residue)，生活活动中产生的固体废物则称为垃圾(refuse)。
“固体废物”实际上只是针对原所有者而言。在任何生产或生活过程中，所有者对原料、商品或消费品，往往仅利用了其中某些有效比分，而对于原所有者不再具有使用价值的大多数固体废物中仍含有其他生产行业中需要的成分，经过一定的技术环节，可以转变为有关行业的生产原料，甚至可以直接使用。可见，固体废物的概念随时、空的变迁而具有相对性。提倡资源的社会再循环，目的是充分利用资源，增加社会与经济效益，减少废物处置的数量，以利社会发展。
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
三、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。
四、固体废物污染控制
• 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

上次课复习：
固体废弃物的定义；
有毒有害固体废物的鉴别方法；
本次课题（或教材章节题目）：第一章 绪论
教学要求：掌握固体废物性质；了解有关处理处置方法；了解控制固体废物污染的技术政策
重 点：固体废物性质及技术政策
难 点：热值的计算
教学手段及教具：采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第一章 绪论
• 第二节 固体废物的性质
• 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课时，讲授
课后作业
固体废物有那些理化性质？其热值如何计算？
略述固体废物处理、处置方法和污染控制途径。

参考资料
全国城市环境卫生科技情报网中心站，全国城市环境卫生科学论文集，中国环境科学出版社，1988

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第二节 固体废物的性质
一、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。
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。

第二节 固体废物的性质
二、城市垃圾物理成分与分析方法
1 城市垃圾物理成分
2 城市垃圾物理成分分析方法
三、城市垃圾的物理性质
含水率
城市垃圾颗粒表现尺寸分析
容重
四、城市垃圾的化学性质
（一）化学成分
化学成分通常包括两种分析结果，即近似分析与基础成分分析。
1、近似分析：近似分析项目包括含水率，挥发性物质重量百分率（950℃灼烧损失重量百分率），固定（残余）炭与不燃烧物和灰分量。近似分析资料是初步评估城市垃圾回收利用的参考资料。
2、基础成分分析：基础成分分析项目包括固体废物中C（碳）、H（氢）、O（氧）、N（氮）、S（硫）、水分及惰性物（不可燃物）的百分率。是估算其热值的参数。
（二）城市垃圾热（能）值及其估算方法
由于城市垃圾中含有一定量的可燃（发热）成分，因此具有一定的含热（能）量。热值（单位质量物质的含热量）表明垃圾的可燃性质。
HW=337C+1428(H-O/8)+95S
式中： HW——湿基热值（kJ/kg）；
C——垃圾样品含碳百分率；
H——垃圾样品含氢百分率；
O——垃圾样品含氧百分率；
S——垃圾样品含硫百分率。
例1 估算北京市（1983年）城市垃圾中一次样品的热值。物理成分见表列数据a、b、c栏。
物理组分
a
b
c
质量百分率（%）
湿重（kg）
干重（kg）
食品废物
50.25
23.40
7.82
纸类
4.17
1.94
1.82
塑料类
0.61
0.28
0.27
纺织品
1.16
0.54
0.49
五金类
0.80
0.37
0.36
玻璃类
0.92
0.43
0.42
渣土
42.09
19.60
18.03
总计
100.00
46.56
28.41
河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸

解：1 应用统计方法求解
1． 样品的物理组分与利用表4统计的含热量结果列于下表中之d、e栏。
物理组分
a
b
c
d
e=b×d
质量百分率（%）
湿重（kg）
干重（kg）
湿基热值（kJ/kg）
湿基总含热量（kJ）
食品废物
50.25
23.40
7.82
4650
108810
纸类
4.17
1.94
1.82
16750
32495
塑料类
0.61
0.28
0.27
32600
9128
纺织品
1.16
0.54
0.49
17450
9423
五金类
0.80
0.37
0.36
700
259
玻璃类
0.92
0.43
0.42
150
64.5
渣土
42.09
19.60
18.03
7000
137200
总计
100.00
46.56
28.41
含水率（%）
297379.5
39
2．估计湿基热值：用HW表示湿基热值，则
HW=e/b=297379.5/46.56=6387（kJ/kg）
3．求干基热值：用HD表示干基热值，M表示含水率，则

解2 应用杜朗公式求解
1．根据表列b、c栏中样品个组分的湿、干重量数据，利用表3统计基础化学成分，结果列于下表：
化学成分
湿质量（kg）
质量百分率（%）
摩尔书（kgmol）
C
9.28
20.3
1.699
H
1.15+2.02
6.9
6.900
O
4.01+16.13
44
2.750
N
0.31
0.68
0049
S
0.074
0.16
0.005
2. 确定固体废物有硫与无硫时的近似化学结构式
有硫与无硫条件下各元素的摩尔比
河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸

元素
C
H
O
N
S
摩尔比
S=1
339.8
1380
550
9.8
1
N=1
34.7
140.8
56.1
1
0
有硫时的近似化学结构是： C339.8H1380O550N9.85S
无硫时的近似化学结构是： C34.7H140.8O56.1N
3. 用杜朗公式估算湿基热值：
HW=337C+1428(H-O/8)+95S
=337×20.3+1428（6.9-44/8）+95×0.16=8889.2（kJ/kg）
第三节 固体废物处理处置方法
一、固体废物处理方法
1、物理处理
2、化学处理
3、生物处理
4、热处理
5、固体处理
二、固体废物处置方法
固体废物处置是指最终处置（final disposal）或安全处置，是固体废物污染控制的末端环节，是解决固体废物的归宿问题。
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。

上次课复习：
城市生活垃圾热值的定义及其计算方法。
本次课题（或教材章节题目）：第二章 固体废物的预处理
教学要求：掌握固体废物的压实处理技术；掌握固体废物的破碎处理技术；掌握固体废物的
分选处理技术
重 点：固体废物的压实、破碎、分选处理技术
难 点：固体废物的分选处理技术
教学手段及教具：采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第二章 固体废物预处理

• 第一节 固体废物的压实
• 第二节 固体废物的破碎
• 第三节 固体废物的分选
共2课时，讲授
课后作业
1．有哪些垃圾的收集方式？你所在的城市应采用哪些方式收集垃圾？
2．怎样根据固体废物的性质选择破碎方法？选择破碎机时应考虑哪些方面？

参考资料
1．李国鼎等，固体废物处理与资源化，清华大学出版社，1990年
2．任子扬，中国废旧物资的收集与再生利用，国际资源回收利用讲习会资料，1985

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第一节 固体废物的压实技术
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、固体废物压是机械
1、水平压实器
2、三项垂直压实器
3、回转式压实器
三、固体废物压实工程设计要点
固体废物压实工程设计应考虑下列要点：
1．被压实废物的物理特征，包括颗粒大小、成分、含水率与容重等。
2．向压实器料斗中供料传输方式。
3．对压实后废物的处理方法与利用途径。
4．压实机械特征参数，包括装载室的大小、压头往返循环时间、机械的体积吞吐量、压力大小、压头贯入度(penetration)、压实比与单元的外形尺寸等。
5．压实机械的操作特性，包括能源用量、维修要求、操作的简易性、性能的可靠性、噪音水平、空气与水的污染控制等要求。
6．操作地点选择，包括位置、高度、道路以及与环境有关的限制因素。

第二节 固体废物的破碎技术
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加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）腭式破碎机
三、固体废物破碎工程设计要点
第三节 固体废物分选技术
一、固体废物分选方法评述
固体废物分选的目的是将各种有用资源采用人工或机械的方法分门别类的分离开来，回用于不同的生产中。
二、固体废物分选效果评价
一组固体废物分选单元的分选效果用回收率与分选物的纯净度两个参量评价。
三、风力分选技术
（一）工作原理与影响因素
风力分选是重力分选常用的一种方法。重力分选是利用不同物质的密度差异（在一定流速的介质中沉降速度的不同,由重颗粒到轻颗粒的沉降有一分布），达到轻、重颗粒分选的目的。风力分选是利用空气流动作用携带介质实现上述目的。
（二）风力分选机械
1． 水平风选机
2．垂直风选机
（三） 风力分选工程设计基础
1．风选工程设计时需考虑下列基本因素：
(1)经破碎后固体废物颗粒特征，包括粒度尺寸、形状、含水率、成团倾向以及纤维含量等。
(2)轻组分物料的特征。
(3)由破碎单元到分选单元废物的输送与进料方法。
(4)风选操作特性，包括能源的要求，维修、操作的简易性，性能的可靠性，噪音输出量，以及空气与水污染控制的要求。
(5)设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等限制条件。
2．风选设备设计基本参数：
设计需要的基本参数包括气固比、气流速度、单位时间供料负荷、空气输送量、气体压力降等。其中气固比与气流速度又是主要参数。
四、磁选技术
（一）磁选原理与应用
磁选是利用固体废物中组分磁性的差异，在不均匀磁场中实现分离的一种分选技术。
（二）磁选机械
1、吸持型磁选机；滚筒式吸持型磁选机带式吸持型磁选机2、悬吸型磁选机。（三）磁选工程设计要点
1．磁选工程设计时需考虑如下各项因素：
(1)通过技术经济评价选择适宜的工程建厂地址。
(2)被分选的固体废物特征。包括铁磁性材料含量、密实度，各组分间彼此成团或粘附的倾向，颗粒尺寸(大块铁件直径应小于20cm)，以及含水率等。
(3)考虑磁选机的供料与排料传输设备类型。
(4)设备操作特性。包括能源需要量，例行与特殊的维修要求，操作的简易性与可靠性，噪音与空气、水源的污染控制。
(5)考虑设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等因素。
2．磁选工程设计的特征参数：
设计特征参数包括给定磁选机负荷率、分选效率、滚筒转速，磁体长度、直径、场强与磁场梯度，传送带的速度，设备结构材料与冷却系统类型选择等。
五、筛分技术
筛分是根据固体废物颗粒尺寸大小进行分选的一种方法。
（一）筛分设备
（二）影响筛分效率的因素
1．颗粒尺寸与形状
2．含水率
3．筛孔形状
4．筛分器主要参数
5．操作方式：
六、其它分选技术简介

（一）惯性分选
（二）浮选
（三）淘汰分选
（四）静电分选

上次课复习：
固体废弃物压实、破碎、分选技术的目的、原理及在实际操作中容易遇到的问题。
本次课题（或教材章节题目）：第二章 固体废物的预处理
教学要求：（1）掌握污泥的增稠和脱水（2）掌握固体废物的稳定和固化

重 点：污泥的增稠和脱水；固体废物的稳定和固化
难 点：固体废物的稳定和固化
教学手段及教具：采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第二章 固体废物预处理
第四节 污泥的增稠和脱水
第五节 固体废物的稳定和固化
共2课时，讲授
课后作业
1． 污泥含水率从97.5％降至94％，求污泥体积的变化？
2． 怎样评定废物固化的效果？比较各种固化的特点并说明它们的应用范围。

参考资料
1．陈汝龙等 编译，环境工程概论，上海科学技术出版社，1986年
2．李国鼎等，固体废物处理与资源化，清华大学出版社，1990年

第四节 污泥的增稠和脱水
一、污泥的增稠
城市污水污泥含水率很高一般为99.2%~99.8%，体积庞大，因而对污泥的处理、利用及输送都造成困难，故必先进行浓缩。浓缩后的污泥近似糊状，含水率为95%~97%。污泥增稠的目的在于减容。当污泥的含水率由99%降至96%时，体积可缩小到原来的1/4，但仍可保持其流动性，可以用泵输送，运输方便，大大降低运输及后续处理费用。因此，污泥增稠是减少污泥体积最经济有效的方法，特别是对剩余活性污泥的处理，尤其不可缺少。
污泥增稠的主要方法是重力浓缩和气浮浓缩。
二、污泥的脱水与脱水设备
污水污泥是污水处理厂产生的液态或泥浆状副产物，初沉污泥的固体浓度一般介于3%~5%，剩余活性污泥的固体浓度小于1%。通过浓缩和脱水，污泥浓度将会进一步增加。多数污泥浓缩装置能达到5%~10%的固体浓度，脱水装置能达到20%~50%的固体浓度。影响脱水污泥固体浓度的因素有：污泥性质；调质类型；脱水装置类型。
污泥脱水工艺主要包括机械脱水和自然脱水。对于机械脱水而言，主要有机械过滤和离心脱水等。
（1）理论基础：机械过滤脱水是以过滤介质两边的压力差为推动力，使水分强制通过过滤介质成为滤液，固体颗粒被截留成为滤饼，达到固液分离的目的。
（2）真空抽率脱水机
真空抽滤是连续性操作，效率高，操作稳定，易于维修，适于各类污泥脱水。脱水后泥渣含水率为75~80%。这种机械的缺点是运行费高，建筑面积大，开放性槽，气味较大。
真空抽滤机过滤段工作真空度在300~600mm汞柱，脱水段为500~700mm汞柱艺滚筒转速为0.75~1.1mm/s。
a.板框压滤机
特点：板框压滤机结构简单，处理污泥含水率范围较大，适应性好，滤饼含水率与滤出液含悬浮物相对都比较低，滤布寿命较长，因而得到广泛应用。缺点是操作比较繁琐。
b.带式压滤机
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%。
2．离心脱水机
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。
（二）泥浆自然干化脱水
自然干化脱水是城市污水厂污泥常采用的利用自然蒸发和底部滤料、土壤过滤脱水的一种方法，称为污泥干化场或晒泥场。
特点：干化场运行时，一次集中放满一块区段面积，放泥厚度约30~50cm。污泥干化周期随季节而异，在良好条件下，约为10~15天。脱水后污泥含水率可降低到60%。
自然脱水设备简单，干化污泥含水率低，但占用土地面积大，环境卫生条件差，适于小规模应用。

第五节 固体废物的稳定和固化
一、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，受多种因素影河 北 科

响，因此，化学处理仅限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无毒或低毒，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渣与适量煤炭或锯末、稻壳混合，在700~800℃密封条件下焙烧，以过程中产生的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无毒渣。
二、固体废物的固化处理
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。
（一）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。
(二)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。
（三）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、河

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。
(四)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。

上次课复习：
常用的污泥脱水方法及设备；
固体废物稳定化处理的方法及其适用范围；
本次课题（或教材章节题目）：第三章 固体废物的能源利用
教学要求：了解固体废物焚烧技术的发展历史、国内外焚烧技术的应用现状及发展展望；掌握固体废物焚烧技术的特点；掌握固体废物焚烧热的利用
重 点：固体废物焚烧技术的特点；固体废物焚烧热的利用
难 点：固体废物焚烧热的利用
教学手段及教具：采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第三章 固体废物的能源利用
第一节 固体废物焚烧热利用
共2课时，讲授
课后作业
1． 垃圾焚烧技术有何特点？比较各种焚烧炉的优缺点？
2． 固体废物焚烧热的利用方式有哪些？

参考资料
１．唐时明，美国二恶英处理技术，上海环境科学，1987.2
２．邓华龙等，焚烧法从废彩色相纸中回收银的工艺试验研究，上海环境科学，1992.8

注：本页为每次课教案首页

第三章 固体废物的能源利用
第一节 固体废物焚烧热利用
一、固体废物焚烧技术的发展历史
1. 发展简史
垃圾焚烧技术作为一种以燃烧为手段的垃圾处理方法，其应用可以追溯至人类文明的早期，如刀耕火种时期的烧荒即可视为焚烧应用的一例。但焚烧作为一种处理生活垃圾的专用技术，其发展历史与其他垃圾处理方法相比要短得多，大致经历了三个阶段：萌芽阶段、发展阶段和成熟阶段。
2. 现代焚烧技术概貌
典型的城市生活垃圾焚烧系统的工艺单元包括系统：
进厂垃圾计量系统；
垃圾卸料及贮存系统；
垃圾进料系统；
垃圾焚烧系统；
焚烧余热利用系统；
烟气净化和排放系统；
灰渣处理或利用系统；
污水处理或回用系统；
烟气排放在线监测；
垃圾焚烧自动控制系统等。
二、焚烧技术的特点
1．燃烧工艺的特点
一般固体燃料的燃烧目标主要是热能利用，而生活垃圾的焚烧目标主要是无害化处理，追求的是生活垃圾能在垃圾焚烧炉中充分燃烧。为此垃圾焚烧工艺通常采用较高过剩空气比的运行模式，其实际供气量一般比理论空气量高70%-120%；同时为克服在垃圾燃烧过程中出现聚集而造成局部空气 (氧)传递阻碍的现象，垃圾焚烧炉排必须设计成能使垃圾层经常处于翻动状态的构造，以利于生活垃圾的充分燃烧。
2．热能利用的特点
尽管垃圾焚烧的主要目标是使垃圾充分燃烧，但能量回收在垃圾焚烧中的重要性也已被充分认识，从而在现代垃圾焚烧厂设计中得到体现。但是由于生活垃圾焚烧烟气具有含水量大、氯化氢浓度高等特点，对材料有较大的腐蚀性，热能回收系统也因此受到明显的影响。为此，焚烧余热利用系统一般不把过热器设置于炉内的强辐射区而使过热蒸汽温度受到限制;离开热能回收段的烟气温度一般不低于250℃也影响到热能回收的效率；而蒸汽式空气预热器的应用也将造成可用蒸汽能量的损失。因此城市生活垃圾焚烧的热能回收率通常要比燃煤锅炉低10%以上。
3．环境保护的特点
城市生活垃圾在输送、贮存与燃烧过程均存在产生二次污染的可能。，其中最主要的是烟气污染，包括颗粒物、SO2、HCl、NOx、重金属和毒害性微量有机物 (如二恶英等)等空气污染物。现代垃圾焚烧技术所包含的烟气净化系统通常能较有效地控制除NOx和二恶英以外的一般污染物。但目前还缺乏技术可靠、经济可行的NOx和二恶英等的末端净化工艺，只能以燃烧过程的工艺控制为主要手段加以调控。
4．焚烧技术的特点
城市生活垃圾处理的基本原则是无害化、减量化和资源化。垃圾焚烧技术与这些处理原则最为切合的是它卓越的减量化效果，通常垃圾焚烧技术可使处理的生活垃圾减重80%和减容叨%以上。这对河 北

城市生活垃圾处理管理目标的实现具有非常重要的意义。
垃圾焚烧处理所达到的无害化效应，亦曾受到普遍的认同。目前，因其烟气中可能含有难以控制的二恶英等高毒性有机物而易受到质疑。但总的来看，相比于卫生填埋与堆肥所同样存在的潜在环境危害，垃圾焚烧技术的无害化特性仍有一定的优势。
垃圾焚烧处理的资源化效益主要来自其热能回收，以电能输出来体现，这一效益并不能完全代表生活垃圾全部的资源价值。但电能良好的市场前景及其他生活垃圾资源回收技术尚不完善的现状，使垃圾焚烧发电这一生活垃圾资源化的途径仍具有很大的现实价值。
三、固体废物焚烧热的利用
（一）固体废物焚烧释热发电
利用固体废物焚烧释热发电的工艺流程同普通燃料发电的工艺大体相同，其主要设备为焚烧炉、空气冷凝器，透平发电机、热交换器、减压阀、消耗器、泵等。
利用固体废物释热发电的关键问题是如何提高发电电力的稳定性。导致其不稳定的因素很多，如废物中可燃部分的质量与数量等。城市垃圾的组成因产生的地区季节变化而有所差异，特别是垃圾中所含水分，都会影响发热量。
（二）固体废物焚烧供热
固体废物的焚烧释热在发电同时，利用过剩蒸汽的方式供暖；也可以单独供暖。利用废物焚烧释热供热的工艺流程比较简单，主要设备为焚烧炉、空气冷凝器、热交换器、泵、槽等。空气冷凝器是为了防止蒸汽过剩而设的，假如没有蒸汽用户，蒸汽就可在空气冷凝器中降压。为了充分利用废物的焚烧热，一般都采用既供电又供热的方式。
四、国外焚烧技术的应用现状
1. 焚烧应用技术
2. 焚烧在垃圾处理方法中的地位
五、国内焚烧技术的应用现状
1．应用现状
我国生活垃圾焚烧技术的研究起步于20世纪80年代中期，“八五”期间被列为国家科技攻关项目，目前仅有深圳等极少数城市采用了生活垃圾焚烧技术。随着我国东南部沿海地区和部分中心城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提高，近年来己有不少城市将建设生活垃圾焚烧厂提到了议事或办事日程，如深圳、珠海、上海、广州、顺德、中山、常州、北京、厦门等。
国产化焚烧技术设备焚烧技术和设备大致有以下几种型式：
a） 顺推式机械炉排焚烧设备；
b） 逆推式机械炉排焚烧设备；
c） 履带式机械炉排焚烧设备；
d） 立窑式焚烧设备；
e） 流化床焚烧设备。
基本上包括了世界上常用的垃圾焚烧设备型式。
2．现状分析
自20世纪80年代后期，国内城市生活垃圾处理行业开始关注现代垃圾焚烧技术。目前制约我国推广垃圾焚烧技术的主要因素有：
① 大部分城市的生活垃圾的低位热值较低(<3344kJ/kg)，不能达到自燃的要求；
② 城市生活垃圾中灰渣含量较高，制约了焚烧减量化效益的发挥；
③ 国内尚未系统掌握垃圾焚烧技术，在建设与运行中均缺乏可靠的技术支撑；
④ 现代化垃圾焚烧属高成本技术，建设的筹资难度较大。
尽管如此，随着我国经济的发展，有利于垃圾焚烧应用和推广的因素正在逐步成熟：
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① 近年来，相当部分城市的生活垃圾，尤其是一些分类收集的垃圾，其低位热值已达4180-5852 kJ/kg，不仅达到了自燃的要求，热能回收发电也有了较稳定的基础；
② 城市生活垃圾可焚烧性好的城市，一般也是经济力较强、填埋空间较困难的城市，从管理方面也具有进行垃圾焚烧的能力与要求；
③ 国内对城市生活垃圾焚烧技术的积累已有了较好的基础。
六、焚烧技术发展展望
1.技术分析
2.应用前景
3.发展趋势
4.我国的对策及法规

第 6 次课 11～12 学时

注：本页为每次课教案首页
上次课复习：
垃圾焚烧过程中热能的利用方式；
本次课题（或教材章节题目）：第三章 固体废物的能源利用
教学要求：掌握固体废物热解的基本原理；了解固体废物热解能量的回收
重 点：固体废物的热解基本原理与能量回收
难 点：固体废物的热解基本原理与能量回收
教学手段及教具：采用多媒体教学课件
讲授内容及时间分配：
第三章 固体废物的能源利用
第二节 固体废物的热解与能量回收
共2课时，讲授
课后作业
1．试讨论各种热解方式热解炉的优缺点。
2．热解与汽化有何区别？

参考资料
１．李国鼎等，固体废物处理与资源化，清华大学出版社，1990年

（一）概述
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，最后生成各种较小的分子。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。
（二）典型固体废物的热解
1. 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