固体废物处理作业.doc

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1.1 1955年颁布的《固废法》中对“固体废物”的定义为：指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态物质。2005年修订后，《固废法》对“固体废物”的定义调整为：是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有理由价值或者虽未丧失留有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。请分析1995及2005年《固体法》中固体废物定义的区别及联系，请从我国对固体废物法律定义的变化上分析国家对固体废物管理政策的变化？
答：（1）性质及判断依据方面的差异。1995年的定义将固体废物为污染环境的物质，即只有污染环境的物质才可能纳入固体废物范畴；而2005年的定义主要从使用价值的丧失角度考虑，即固体废物不一定污染环境。
（2） 形态方面的差异。1995年的定义只说废物是固态或半固态的；2005年的定义修订为固态、半固态和置于容器中的气态的，增加了固体废物的形态。
（3） 范围方面的差异。2005年的定义增加了“以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质”， 扩大了固体废物的范围，为新的固体废物物质预留了法律空间。
国家对固体废物管理政策的变化主要体现在以下几个方面： （1）固体废物并不一定就是废物，它也可以成为资源。 （2）国家对固体废物的管理也将随着社会经济的发展以及法律法规的完善而不断发展和完善。

1.5.固体废物的“三化”管理原则和全过程管理原则是否矛盾，为什么？
答：“三化”管理原则和全过程管理原则并不矛盾。 原因如下：
固体废物的“三化”管理原则是指固体废物污染防治的“减量化、资源化、无害化”，即减少固体废物的产生、充分合理利用固体废物和无害化处理固体废物，这是我国固体废物管理的基本技术政策。而固体废物的全过程管理原则是指对固体废物的产生、收集、运输、利用、贮存、处理和处置的全过程及各个环节都实行控制管理和开展污染防治。
这两个管理原则并不矛盾，“三化”管理原则主要是从技术政策、技术方法角度来阐述国家关于固体废物管理的基本原则。全过程管理原则是从固体废物可能污染或影响环境的途径来进行管理。这两个管理原则是相辅相成的，只有从这两方面着手，才能真正控制固体废物对环境可能的不利影响。

1.10.根据《固体法》的规定，我国对固体废物的管理有哪些具体的制度？（5分）
答：《固体法》对我国固体废物的管理规定了一系列有效的制度，包括：
（1） 将循环经济理念融入相关政府责任。
（2） 污染者付费原则和相关付费规定；
（3） 产品、包装的生产者责任制度；
（4） 工业固体废物和危险废物申报登记制度；
（5） 固体废物建设项目环境影响评价制度；
（6） 固体废物污染防治设施的“三同时”制度；
（7） 固体废物环境污染限期治理制度；
（8） 固体废物进口审批制度；
（9） 危险废物行政代执行制度；
（10） 危险废物经营单位许可证制度；
（11） 危险废物转移报告单制度；
（12） 危险废物从业人员培训与考核制度。

2.1 据统计，某城市2005年的人口数量为20万，生活垃圾产生量平均为200t/d。根据该城市的经济发展和城市化进程，预计到2010年该城市的人口数量会增加到22万，为控制生活垃圾的过分增加，规划控制垃圾的人均产生量在2010年为1.1kg/d。请选择合适的计算方法，预测该城市在2006—2015年期间各年的人口规模、生活垃圾产生量及垃圾产率。

解：（1）人口预测
2005年人口数量为20万，2010年人口数量预计为22万，按几何增加法预测2006—2015年期间的各年人口规模，设未来每年人口增加率为k，则：
Pn=Po·exp(k·n) ①
式中 Pn=22万，Po=20万，n=2010-2005=5,代入求得k=0.01906，则：
Pn=20·exp(0.01906·n)
（2） 垃圾产率预测
设2005—2015年垃圾产率呈几何增长,每年增长率为x，则：
Wn=Wo(1+X)n ②
式中 Wn=1.1 kg/(d•人)，
Wo=200000（kg/d）/200000(人)=1kg/(d•人),
n=2010-2005=5,
代入求得X=0.0192
设2006—2015年每年垃圾产生量为N,则:
Nn=Pn·Wn·365/1000 ③
式中 Nn为2006—2015年每年的生活垃圾产生量； Pn为2006—2015年的每年人口规模； Wn为2006—2015年每年的垃圾产率； n＝2006—2015。
（3） 预测结果
分别用式①、②、③求得2006—2015年的Wn、Nn、Pn，如下表：
n（年）
Nn（kg/d·人）
Wn（万人）
Pn(t/d)
Pn(t/a)
2006
1.0192
20.384
207.75
75828.75
2007
1.0388
20.776
215.82
78774.3
2008
1.0587
21.176
224.19
81829.35
2009
1.079
21.584
232.89
85004.85
2010
1.10
22
242
88330
2011
1.121
22.422
251.35
91742.75
2012
1.142
22.854
260.99
95261.35
2013
1.164
23.396
272.33
99400.45
2014
1.186
23.742
281.58
102776.7
2015
1.209
24.2
292.58
106791.7

2.3 某电镀企业产生了500kg污泥，经测定其中重金属Cd的浸出浓度为0.15mg/L,请你分析这些污泥按照危险废物处理还是按照一股废物进行处理。
答：根据《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）的规定，重金属Cd的浸出浓度限值为1mg/L，该电镀企业产生的污泥Cd的浸出浓度为0.15 mg/L，小于1mg/L。
是否属于危险废物应当根据该电镀企业镀种情况确定污泥中可能存在的其它重金属种类，若为纯粹电镀镉，则这些污泥为一般工业固体废物。若还有其他重金属，则应当再分析浸出液中铜、锌、铅、总铬、六价铬、镍等物质的浓度，然后再根据浸出结果来确定是否属于危险废物。

2.5 以下废物是否为危险废物，为什么？被三氯乙烷污染的土壤；表面附上氢氧化钠的干的滤饼；水溶液含20%甲醇，它的闪点低于60 o C；浓硫酸。
答：（1）被三氯乙烷污染的土壤是危险废物，属于HW45含有机卤化物废物中的900-036-45（非特定行业）其他水池、销售及使用过程中产生的含有机卤化物废物。
（2）表面附上氢氧化钠的干的滤饼是危险废物，因为氢氧化钠具有腐蚀性；
（3）水溶液含20％的甲醇是危险废物，因为它的闪点低于600 C，具有易燃性；
（4）浓硫酸是危险废物，因为它具有强腐蚀性。

2.6 名录危险废物和土壤混合后，它还是危险废物吗？特性危险废物和土壤混合后，它还是危险废物吗？为什么？
答：名录危险废物和土壤混合后还是危险废物。因为名录危险废物是指《国家危险废物名录》中包括的危险废物，只要固体废物中包含目录中的类别物质，则该固体废物即为危险废物。
而特性危险废物是指某些固体废物的物理、化学或是生物特性具有危险废物的性质，其所依据的参数有很多，如有毒有害物质的溶解度、挥发度、在土壤中的滞留因子、土壤/水分配系数等等。这些参数随环境变化性较大，所以原是特性危险废物的，与土壤混合后，其某些参数发生变化后有可能不再是危险废物。因此特性危险废物和土壤混合后不一定还是危险废物。

2.10某城市垃圾的化学组成为C60.0H25.4O37.5N7.8S5.6Cl，其水份含量为45.6％，灰分含量为14.3％。请估算该废物的高位热值和低位热值。
答：（1）求垃圾的中各元素组分质量含量
生活垃圾有机物含量=1-45.6%-14.3%=0.401
垃圾中有机物化学组成为C60.0H25.4O37.5N7.8S5.6Cl的垃圾，其分子量为1669.3，则每kg垃圾中各元素组分含量为：
C含量=0.401•720/1669.3=0.173kg/kg，碳（设全部为有机碳）；
H含量=0.401•25.4/1669.3=0.0061kg/kg；
O含量=0.401•600/1669.3=0.144kg/kg；
N含量=0.401•109.2/1669.3=0.026kg/kg；
S含量=0.401•179.2/1669.3=0.043kg/kg；
Cl含量=0.401•35.5/1669.3=0.0085kg/kg；
（2） 求HH、HL 废物的高位热值HH：
HH=7831mc1+35932(mH-mO/8-mCl/35.5)+2212ms-3546mC2+1187mO-578mN-620mCl
= [7831•0.173+35932(0.0061-0.144/8-0.0085/35.5)+2212• 0.043-3546•0+1187•0.144-578•0.026-620•0.0085]
=1157.1(kcal/kg)
HL=HH-583•[mH2O+9(mH-mCl/35.5)]
=1157.1-583•[0.173+9(0.006-0.0085/35.5)] =1020.5(kcal/kg)

2.14 对垃圾取样进行有机组分全量分析的结果见下表，请确定垃圾中有机组分的化学组分表达式（考虑C、H、O、N、S）
有机物种类
组分/kg
C
H
O
N
S
灰分
厨余
1.30
0.17
1.02
0.07
0.01
0.14
办公纸
13.92
1.92
14.08
0.10
0.06
1.92
包装板纸
2.51
0.34
2.54
0.02
0.01
0.28
塑料
4.14
0.50
1.57
—
—
0.69
织物
0.99
0.12
0.56
0.08
—
0.05
橡胶
0.39
0.05
—
0.01
—
0.05
皮革制品
0.24
0.03
0.05
0.04
—
0.04
庭院废物
3.11
0.39
2.47
0.22
0.02
0.29
水
0.79
0.10
0.68
—
—
0.02

答：（1）求各组分质量分数
将各类垃圾成分中的相同元素质量相加，得到各元素质量及总质量，所有组分质量为58.1kg，则各各组分质量分数为：
C质量分数=27.39/58.1=0.471kg/kg
H质量分数=3.62/58.1=0.0623
O质量分数=22.97/58.1=0.395
N质量分数=0.54/58.1=0.0093
S质量分数=0.1/58.1=0.0017
灰分质量分数=3.48/58.1=0.0599
（2） 求各组分摩尔百分数
将各组分质量分数除以各自原子量得到各组分摩尔分数比，结果如下：
C摩尔分数比=0.0471/12=0.0393
H摩尔分数比=0.0623/1=0.0623
O摩尔分数比=0.395/16=0.0247
N摩尔分数比=0.0093/14=0.00066
S摩尔分数比=0.0017/16=0.000106
以最小中S摩尔分数比为1，则其他元素为：
C摩尔分数比=0.0393/0.000106=307.7
H摩尔分数比=0.0623/0.000106=587.7
O摩尔分数比=0.0247/0.000106=233
N摩尔分数比=0.00066/0.000106=6.2
S摩尔分数比=0.000106/0.000106=1
（3） 确定分子式 所以垃圾中有机组分的化学表达式为C307.7H587.7O233N6.2S

3.4 在垃圾收集工人和官员之间发生了一场纠纷，争执的中心是关于收集工人非工作时间的问题。收集工人说他每天的非工作时间不会超过8h工作日的15%，而官员则认为收集工人每天的非工作时间肯定超过了8h工作日的15%。请你作为仲裁者对这一纠纷做出公正的评判，下列数据供你评判时参考：收运系统为拖拽收运系统；从车库到第一个收集点以及从最后一个收集点返回车库的平均时间为 11 20min和15min，行驶过程中不考虑非工作因素；每个容器的平均装载时间为6min；在容器之间的平均行驶时间为6min；在处置场卸垃圾的平均时间为6min；收集点到处置场的平均往返时间为16km，速度常数a和b分别为0.004h和0.0125h/km；放置空容器的时间为6min；每天清运的容器数量为10个。

解：拖拽系统每次的时间为
Thcs=Phcs+S+h=tpc+tuc+tdbc +S+a+bx
=0.1+0.1+0.1+0.1+0.004+0.0125•16=0.604(h/次)
每天清运的容器数量是10个，则每天往返次数为10次，
Nd= [H•（1-W）-( t1+t2)]/Thcs，则：
W=1-( Nd• Thcs + t1+t2)/H＝1-（10•0.604+0.33+0.25）/8 =17.25％＞15％
所以官员是正确的。

3.5 一较大居民区，每周产生的垃圾总量大约为460m3，每栋房子设置两个垃圾收集容器，每个容器的容积为154L。每周人工收运垃圾车收集一次垃圾，垃圾车的容量为27 m3，配备工人两名。是确定垃圾车每个往返的行驶时间以及需要的工作量。处置场距离居民区24km;速度常数a和b分别为0.022h和0.01375h/km；容器利用效率为0.7；垃圾车压缩系数为2；每天工作时间按8h考虑。

答：（1）每次能收集的废物收集点数量
Np＝V•r/(cfn)=27•2/(0.154•0.7•2)=250.5(个)
取整数Np=250个
(2) 求集装时间Pscs Np =60· Pscs · n/ tp；
所以Pscs=Np· tp/（60·n）=250·1.92/(60•2)=4(h/次)
（3）每周需要进行的行程数NW
Tp=460/（0.154•2)=1494个
NW=TpF/Np=（1494×1/250）次/周=5.97次/周，取整数为6 次/周
（4）每周需要的工作时间Dw
垃圾车每个往返的行驶时间为h
h=a+bx=0.022+0.01375•(24•2)=0.682(h)
Dw= n·[NW Pscs+ tw（S+a+bx）]/[（1-ω）H]
Dw= n·[NW Pscs+ tw（S+h）]/[（1-ω）H]
={2·[5.97×4+6×(0.10+0.682)]/[(1-0.15)×8]=8.4d/周
每人每周工作日： Dw/n=(8.4/2)d/(周·人)=4.2d/(周·人)

3.6 市政府拟在某处新建一高级住宅区，该区有800套别墅。假定每天往处置场运送垃圾2趟或3趟，请你为该住宅区设计垃圾收运系统（两种不同系统进行比较）。
垃圾产生量0.025m3/(户*d)；每个收集点设置垃圾箱2个；75%为路边集中收集，25%为户后分散收集；收集频率1次/周；垃圾收集车为后箱压缩车，压缩系数为2.5；每天按工作8h计；每车配备工人2名；居民点到最近处置场的往返距离为36km；速度常数a和b分别为0.08h和0.0156h/km；处置场停留时间为0.083h。

3.7 某城市近郊共有三座垃圾处置场，城区建有四座转运站负责转运全市收集的生活垃圾，转运站至处置场垃圾单位运价和垃圾量如下表所示，不计处置场的处置费用，请计算怎样调运各个转运站的垃圾量才能使其总运输费用最低。
项目
Di
Wt/(t/d）
D1
D2
D3
Ti
T1
8.3
3.3
7.8
400
T2
10.8
10.8
6.8
300
T3
10.8
3.8
4.8
200
T4
5.8
8.8
9.8
200
Bi(t/d)
500
600
600
600

解：设Xij为从转运站Ti运到处置场Di的废物量
(1)约束条件 据每一转运站运往各个处置场的转运量与每一转运站的转运量关系有：
X11+X12+X13+X14=400
X21+X22+X23+X24=300
X31+X32+X33+X34=200
X41+X42+X43+X44=200
据每一处置场接受来自各个转运站的垃圾转运量与每一处置场的处置量关系有： X11+X21+X31+X41≤500
X12+X22+X32+X42≤600
X13+X23+X33+X43≤600
(2)目标函数
使总费用最小，即：
f(X)=X11•C11+X12•C12+X13•C13 + X21•C21+X22•C22+X23•C23+ X31•C31+X32•C32+X33•C33+ X41•C41+X42•C42+X43•C43
= X11•8.3+X12•3.3+X13•7.8 +X21•10.8+X22•10.8+X23•6.8+ X31•10.8+X32•3.8+X33•4.8+X41•5.8+X42•8.8+X43•9.8

3.12某城市2005年人口规模35万，人口发展预测到2015年为52万，该城市2005年的人均日产垃圾量为0.85kg/(人*天)，根据国内同类城市的经验，人均日产垃圾增长率为2%，并且当人均垃圾日产量达到1.0 kg/(人*天)时将保持不变。现拟在该城市建设一座转运站转运所有的垃圾，假设该转运站采用挤压设备、高低货位方式装卸料、机动车辆运输，转运站的作业过程为：垃圾车在货位上卸料台卸料，倾入低货位上的压缩机漏斗内，然后将垃圾压入半脱挂车（集装箱）内，满载后由牵引车拖运，另一个半拖挂车（集装箱）装料。请根据该工艺与服务区的垃圾量，计算应建多少高低货位卸料台和配套相应的压缩机数量，需合理使用多少牵引车和半拖挂车（集装箱）。该转运站建成后应能满足该城市2015年发展的需要。

解：设需卸料台数量为A，压缩设备数量为B，牵引车总数量为C，半托挂车数量为D，
因为 0.85•（1+2％）2015-2005=1.036kg/(人•天)＞1.0 kg/(人•天)
所以2015年人均日产垃圾量为yn =1.0 kg/(人•天). t1 t1
到2015年该垃圾转运站每天的工作量为
E=k1•yn•Pn/1000=1.3•1.0•520000/1000=676(t/a)
设F为卸料台1天接受的清运车数， t1为转运站1天的工作时间，
t2为1辆清运车的卸料时间，
kt为清运车到达的时间误差系数，
W为清运车的载重量，
则 F= t1/( t2•kt)，A=E/(W•F) ，B=A
设t3为大载重量运输车往返时间， t4为半拖挂车的装料时间，
n为1辆半拖挂车装料的清运垃圾车数量， C1为牵引车数量，则
C1= t3/ t4 t4= t2•n•kt C= C1•A D=( C1+1)•A

6.2 化学稳定化技术和物理稳定化技术之间的区别和联系是什么？
答：化学稳定化是通过化学反应使有毒物质变成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固定不动；物理稳定化是将污泥或半固体物质与一种疏松物料（如粉煤灰）混合生成一种粗颗粒，有土壤状坚实度的固体，这种固体可以用运输机械送至处置场。物理稳定化技术主要有水泥固化法、石灰固化法、塑性固化法、熔融固化法等等其主要机理是废物和凝结剂间的化学键合力、凝结剂对废物的物理包容及凝结剂水合产物对废物的吸附作用；化学稳定化技术主要包括基于pH值控制原理的化学稳定技术、基于氧化/还原电势控制原理的化学稳定化技术、基于沉淀原理的化学稳定化技术、基于吸附原理的化学稳定化技术以及基于离子交换原理的化学稳定化技术等等。 化学稳定化和物理稳定化技术都是将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。

6.4 常用的是Freundlich等温线，其经验模型为：X/M=K(Cf)1/n[其中，X为被吸附的污染物质量，mg，X=( Ci -Cf)*V ；V为溶液的体积，L；M为活性炭的质量，mg；Ci为污染物在溶液中的初始浓度，mg/L；Cf为污染物在溶液中的最终浓度，mg/L；K，n为经验常数，需在实验室测定]。用100mL浓度为600mg/L的二甲苯溶液，取不同量的活性炭放置其中，振荡48h，将样品过滤后测定二甲苯溶液的浓度。分析结果如下表。假定采用活性炭吸附技术处理二甲苯废水，废水流量为10000L/d，二甲苯浓度为600mg/L，要求处理出水浓度为10mg/L，计算活性炭的日用量。
M/g
Cf(mg/L)
M/g
Cf(mg/L)
0.6
25
0.2
310
0.4
99
0.05
510
0.3
212

解：已知X/M=K(Cf)1/n ①
X=( Ci -Cf)*V ②
由实验数据任取两组代人式①，②中，取V=0.1L, Ci=600mg/L
求得 n=4, K=43 则X/M=43(Cf)1/4 ③
将V=10000L/d, Ci=600mg/L, Cf=10mg/L代人式②，③中，
求得 M=77158g=77.158kg

6.5 请说明用氧化还原解毒原理对铬渣和砷渣分别进行化学稳定化的技术过程、所用试剂及涉及的化学反应等。

答:某些金属元素的不同价态的离子具有不同的毒性，因此为了使某些重金属离子更易沉淀且毒性最小，常常需要将其还原或氧化为最有利的价态。
（1） 铬酸（Cr6+）在化学上可被还原成毒性较低的三价铬（Cr3+）状态。多种化学品均能作为有效的还原剂，包括：二氧化硫、亚硫酸盐类、酸式亚硫酸盐类、亚铁盐类等。典型的还原过程如下： 2Na2CrO4 + 6FeSO4 + 8H2SO4 → Cr2(SO4) 3 + 3Fe2(SO4) 3 + 2Na2 SO4 +8 H2O 此反应在pH值为2.5—3.0之间进行，然后可溶性铬 （Cr3+）一般按下式通过碱性沉淀法除去： Cr2(SO4) 3 + 3Ca(OH)2 → 2Cr(OH)3 + 3CaSO4，Cr6+经化学还原后再进行碱性沉淀会产生大量残渣。
（2） 砷渣是一种毒性较大的物质，对此进行处理时，可以采用氧化法把三价砷氧化为五价砷，然后利用沉淀方法使其解毒，也可结合固化法对此进行处理，常采用的氧化剂有过氧化氢和MnO2用H2O2氧化处理砷渣的反应如下：
As(OH) 3 + H2O → HAsO2- + 2H+ + H2O
AsO(OH)2- + H2O → HAsO2- + H+ + H2O
用MnO2 氧化处理砷渣的反应如下：
H3AsO3 + MnO2 →HAsO2- + Mn2+ + H2O
H3AsO3 + 2MnOOH+ 2H+ →HAsO2- + 2Mn2+ + 3H2O

6.9 请比较我国1997年的国家标准的浸出毒性方法（翻转法和水平振荡法）和2007年环保总局颁布的浸出毒性方法（硫酸硝酸法和醋酸缓冲溶液法）的区别，从中能说明在什么方面的改变？
答：1997年的国标浸出毒性方法只适用于固体废物的有机和无机污染物的浸出毒性鉴别；2007年的浸出毒性方法适用于固体废物及其再利用产物以及土壤样品中有机物和无机物浸出毒性的鉴别，可见新的鉴别方法适用范围随着实际需要大大扩大了。

6.11 有害组分在两相中的分配系数K可以下式表达：K=Ce/Cr[式中，K为分配系数（无量纲）；Ce为平衡时有机污染物在萃取液中的浓度（质量分数），%；Cr为平衡时有机污染物在萃余液中的浓度（质量分数）]。请计算，当K=4时，为从4t 的原料中一次提取50%有害污染物，至少需要多少公斤萃取剂？
解：K=Ce/Cr ①
Ce=m*50%/M ②
Cr=m*(1-50%)/4000kg ③
由式①②③求得 M=1000kg,即至少需要1000kg萃取剂

6.12 有机变性粘土是将普通粘土进行处理，使之有机化以后的产物。将有机变性粘土与其他添加剂配合使用，可以利用吸附原理对有机污染物起到有效的稳定作用。某些饱和砂性土壤被三氯乙烯所污染，现利用有机变性粘土进行稳定化。如下图所示，设饱和土壤的空隙率为50%，土壤的湿密度为2.0g/ cm3，在饱和土壤孔隙水中三氯乙烯的浓度为500mg/L。试对于如图中所示两种变性粘土，计算为稳定砂性土壤中全部三氯乙烯所需要的有机变性粘土的数量。

解：单位质量（1kg）饱和砂性土壤的体积为 1000/2.0=500cm3 =0.5L
其中三氯乙烯质量为500*0.5*50%=125mg
由图中得，砂性土壤空隙水中三氯乙烯浓度为500mg/L即500mg/kg时，
苯基三乙烯黏土中三氯乙烯含量为4.17mg/g (①)，
四甲胺黏土中三氯乙烯含量为16.67mg/g (②)
所以要稳定125mg三氯乙烯，需苯基三乙烯黏土125/4.17=30(g) (①)；
需四甲胺黏土125/16.67=7.5(g) (②)
即为稳定单位质量（1kg）饱和砂性土壤中全部的三氯乙烯需要需苯基三乙烯黏土30g；需四甲胺黏土7.5g。
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