2022年【环境课件】第三篇固体废物污染控制工程及其他污染防治工程 .pdf
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1、第 3 篇 固废污染控制及其它污染防治技术(8 学时)引言目前,水污染是环境污染问题中最为迫在眉睫的严重事件,直接威胁到工农业生产甚至人类的生存。 因此,水环境工程学的发展最为各国重视,技术发展也最为迅速, 可以说,它带动了其他各项技术的迅猛发展,使各学科发展成为一个科学整体。 在我国,环境专业的高等教育中, 水质净化与水污染治理是最为重要的教学内容。问题的引入固体废物的产生,城市垃圾已成为人们头疼的难题;固废如何处理,借助哪些措施?资源回收和综合利用已经和城市垃圾处理联系在一起;第 3 篇教学内容:固体废物的管理系统固体废物处理的基本方法固体废物的综合利用典型固体废物的常用处理系统本篇教学要
2、求:(1) 掌握一般处理方法及几种典型工业废渣的综合利用。(2) 了解能源利用及最终处置的方法并初步掌握设计某种固体废物治理方案的能力。(3) 通过讲述提高同学对固体废物危害的认识增强自身的责任感。本章教学重点:固体废物处理的基本方法、综合利用和典型固体废物的常用处理系统本章习题 :1固体废物一般是指什么样的物质?2固体废物对人类的生存环境会造成怎样的危害?3固体废物的预处理有哪些常用的方法?4什么是固体废物的最终处置,最终处置分为哪几类?5固体废物的焚烧和热解处理有什么区别?6固体废物的资源化利用有哪些途径?7从个人自身角度考虑,举例说明在日常生活中,我们应如何减少固体废物的产生?如何对固体
3、废物进行回收利用?精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 20 页 - - - - - - - - - - 第九章固体废物管理系统一、固体废物的定义固体废物( solid wastes )亦称废物,是指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中提取所需目的成分之后,所丢弃的固态或泥浆状的物质。随着人类社会文明的发展,人们在索取和利用自然资源从事生产和生活活动时,由于客观条件的限制, 总要把其中的一部分作为废物丢弃。另外,由于各种产品本身也有其使用寿命,超过了寿命期限,也会成为废物。其
4、实,一种过程的废物随着时空条件的变化, 往往可以成为另一过程的原料,废与不废是相对的, 它与技术水平和经济条件密切相关。所以,废物也有“放在错误地点的原料”之称。二、固体废物的来源和分类固体废物的来源大体上可以分为两类:一类是生产过程中产生的废物 (不包括废气、废水);另一类是产品在流通过程和消费使用后产生的固体废物。固体废物分类方法很多, 可以根据其性质、 状态和来源等进行分类。 如按其化学性质可分为有机废物和无机废物;按其形状可分为固体废物 (粉状、粒状、块状)和泥状废物(污泥);按其危害状况可分为有害废物(指有易燃性、易爆性、腐蚀性、毒性、传染性、放射性等废物)和一般废物。应用较多的是按
5、其来源进行分类,分为工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物、城市垃圾和有害废物五类,见表 9-1。我国从固体废物管理的角度出发,将其分为工业固体废物、危险废物和城市垃圾等三类。1工业固体废物工业固体废物( industrial solid wastes)是指在工业生产、加工过程中产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥,以及在采矿过程中产生的废石、尾砂等。2危险废物危险废物(hazardous wastes ) 是指对人类、动植物现在和将来会构成危害的,没有特殊的预防措施不能进行处理或处置的废弃物,它具有毒性(如含重金属的废物) 、爆炸性(如含硝酸铵、氯化铵等的废物) 、易燃性(如废油和废溶剂等) 、腐
6、蚀性(如废酸和废碱)、 化学反应性(如含铬废物)、 传染性(如医院临床废物)、放射性(如核反应废物)等一种或几种以上的危害特性。3城市垃圾城市垃圾( municipal wastes)是指来自居民的生活消费、商业活动、市政建设和维护、机关办公等过程中产生的固体废物,包括生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便等。本章重点讲述工业固体废物和城市垃圾的处理、处置和利用。三、固体废物对环境的危害固体废物对人类环境的危害很大。一方面,固体废物是各种污染物的终态,特别是从污染控制设施排出的固体废物,浓集了许多污染物成分, 而人们对这类污染物却往往产生一种稳定、污染慢的错觉;另一方面,在自然条件影响下,固体
7、废物中的一些有害成分会转入大气、水体和土壤,参与生态系统的物质循环,具有潜在的、长期的危害性。因此,对固体废物,特别是有害固体废物处理、处置不当,会严重危害人体健康。固体废物对环境的危害主要表现在以下方面:精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 20 页 - - - - - - - - - - 1侵占土地固体废物不加利用时,需占地堆放,堆积量越大,占地越多。据估算,每堆积 1 万吨废物,占地约需1 亩(666.6m2) 。截止 1994 年,我国仅工矿业固体废物的累计堆存量就达66 亿
8、多吨,占地 90 多万亩。随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的很大提高, 矿山废物和城市垃圾占地与人类生存和发展的矛盾日益突出, 例如,根据对北京市高空远红外探测的结果显示,北京市区几乎被环状的垃圾堆群所包围。污染土壤: 废物堆放和没有采取适当防渗措施的垃圾填埋,经过风化、 雨雪淋溶、 地表径流的侵蚀,其中的有害成分很容易产生高温和有毒液体并渗入土壤,杀灭土壤中的微生物, 破坏微生物与周围环境构成的生态系统,甚至导致草木不生。其有害成分若渗流入水体,则可能进一步危害人的健康。例如,在20 世纪80 年代,我国内蒙古包头市的某矿尾砂堆积如山,造成尾砂坝下游的大片土地被污染,一个乡的居民被迫
9、搬迁。2 污染水体固体废物若随天然降水或地表径流进入河流、湖泊,或随风飘迁落入水体,则使地面水受到污染; 若随渗沥水进入土壤, 则使地下水受到污染; 若直接排入河流、湖泊或海洋, 则会造成更大的水体污染不仅减少水体面积,而且还妨害水生生物的生存和水资源的利用。例如,德国莱茵河地区的地下水因受废渣渗沥水污染,导致当地自来水厂有的关闭,有的减产。3 污染大气固体废物一般通过如下途径污染大气:以细粒状存在的废渣和垃圾, 在大风吹动下会随风飘逸, 扩散到远处; 运输过程中会产生有害的气体和粉尘;一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下会被微生物分解,释放出有害气体; 固体废物本身以及在对其处理 (如焚烧)
10、 时散发的毒气和臭气等。 典型的例子是曾在我国各地煤矿多次发生的煤矸石的自燃,散发出大量的SO2、CO2、NH3等气体,造成了严重的大气污染。4 影响环境卫生城市的生活垃圾、 粪便等若清运不及时, 就会产生堆存, 严重影响人们居住环境的卫生状况,对人们的健康构成潜在的威胁。四、固体废物的处理原则固体废物处理( treatment of solid wastes ) ,是指通过物理、化学、生物等不同方法,使固体废物转化成适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。随着对环境保护的日益重视以及正在出现的全球性的资源危机,工业发达国家开始从固体废物中回收资源和能源,并且将再生资源的开发利用视为
11、 “第二矿业” ,给予高度重视。 我国于 80年代中期提出了 “无害化”、 “减量化”、 “资源化”的控制固体废物污染的技术政策,今后的趋势也是从无害化走向资源化。1 “无害化”精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 20 页 - - - - - - - - - - 固体废物“无害化”(innocuity)处理是指将固体废物通过工程处理,达到不损害人体健康、不污染周围自然环境的目的。目前,固废“无害化”处理技术有:垃圾焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等。
12、其中“高温快速堆肥处理工艺” 、 “高温厌氧发酵处理工艺” ,在我国都已达到实用程度,“厌氧发酵工艺”用于废物“无害化”处理的理论已经成熟,具有我国特点的“粪便高温厌氧发酵处理工艺”在国际上一直处于领先地位。2 “减量化”固体废物的“减量化”(minimization)是指通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。 这需要从两方面着手, 一是减少固体废物的产生, 二是对固体废物进行处理利用。首先从废物产生的源头考虑,为了解决人类面临的资源、人口、环境三大问题,人们必须注重资源的合理、综合利用,包括采用经济合理的综合利用工艺和技术, 制定科学的资源消耗定额等。 另外,对固体废物采用压实、破碎
13、、焚烧等处理方法,也可以达到减量和便于运输、处理的目的。3 “资源化”固体废物“资源化”(resource recovery )是指采取适当的工艺技术,从固体废物中回收有用的物质和能源。近40 年来,随着工业文明的高速发展,固体废物的数量以惊人的速度不断增长, 而另一方面世界资源也正以惊人的速度被开发和消耗,维持工业发展命脉的石油和煤炭等不可再生资源已经濒于枯竭。在这种形势下,欧美及日本等许多国家纷纷把固体废物资源化列为国家的重要经济政策。世界各国的废物资源化的实践表明,从固体废物中回收有用物资和能源的潜力相当大,表 9-2 是美国资源回收的经济潜力,由此可见固体废物资源化可观的经济效益。表
14、9-2 美国资源回收的经济潜力废物料年产生量(百万吨 /年)可实际回收量(百万吨 /年)二次物料价格(美元 /吨)年总收益(百万美元)纸黑色金属铝玻璃有色金属总收益40.0 10.2 0.91 12.4 0.36 32.0 8.16 0.73 9.98 0.29 22.1 38.6 220.5 7.72 132.3 705 316 160 77 38 1296 我国虽然资源总量丰富, 但人均资源不足。 而且我国资源利用率低, 浪费严重。 据统计, 在我国的国民经济周转中, 社会需要的最终产品仅占原材料的20%30%,即 70%80%成为废物。另一方面我国的废物资源利用率也很低,与发达国家的差距
15、很大, 因此,固体废物资源化及开发再生资源,更应该成为我国应对资源危机、解决生存与环境问题的国策。固体废物资源化的优势很突出,主要有以下几个方面: 生产成本低, 例如用废铝炼铝比用铝矾土炼铝可减少资源90%97%,减少空气污染 95%,减少水质污染 97%;能耗少,例如用废钢炼钢比用铁矿石炼钢可节约能耗74%;生产效率高,例如用铁矿石炼 1 吨钢需 8 个工时, 而用废铁炼 1吨电炉钢只需 23 个工时;环境效益好,可除去有毒、有害物质,减少废物堆置场地,减少环精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -
16、第 4 页,共 20 页 - - - - - - - - - - 境污染。可见,推行固体废物资源化,不但可节约投资、降低能耗和生产成本,而且可减少自然资源的开采、 治理环境, 维持生态系统的良性循环, 是保证国民经济可持续发展的一项有效措施。五、固体废物的性质城市生活垃圾的性质(1)物理性质城市生活垃圾的物理性质与其成份组成密切相关。城市垃圾的物理性质常用含水率和容重等物理量表示。 含水率含水率是指单位质量垃圾的含水量,以质量分数(% )表示。城市垃圾中水的存在形态包括内部结合水、吸附水、膜状水、毛细管水等,是随垃圾成份、季节、气候等条件而变化,城市垃圾中各组分及其混合物含水率见表15.2。影
17、响垃圾含水率的主要因素是垃圾中动植物含量和无机物含量。一般动植物含量高、无机物的含量低时,垃圾含水率就高;否则,反之。另外,垃圾含水率还受其收运方式的影响。一般采用烘干法测定垃圾含水率。 容重城市垃圾的容重是指在自然状态下单位体积的质量,以kg/m3表示。它是选择和设计贮存容器、 收运机械于设备、 处理设备和填埋构筑物的重要依据。随垃圾成分和压实程度变化。测定原始垃圾容重常采用全试样测定法和小样测定法。我国环卫系统现场测定常采用“多次称量平均法”。城市垃圾中常见组分及其混合物含水率见表 15.1。表 15.1 城市垃圾含水量和容重成分含水率 /% 容重/( kg/m3)成分含水率 /% 容重/
18、 ( kg/m3)范围典型值范围典型值范围典型值范围典型值食品废物5080 70 120480 290 废木料1040 20 120320 240 废纸类410 6 30130 85 玻璃陶瓷14 2 160480 195 硬纸板48 5 3080 50 非铁金属24 2 60240 160 塑料14 2 30130 65 钢铁类26 3 1201200 320 纺织品615 10 30100 65 渣土类212 8 360960 480 橡胶14 2 90200 130 混合垃圾1540 30 90180 130 皮革类812 10 90260 160 马口铁罐头盒24 3 45160 90
19、 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 20 页 - - - - - - - - - - 庭院废物3080 60 60225 105 (2)化学性质城市垃圾的化学性质对选择垃圾资源化利用工艺十分重要,现用挥发性固体含量、灰分、灰分熔点、元素组成、固定碳、发热值等参数以表示垃圾化学性质特征。 挥发性固体含量挥化发行固体含量是反映垃圾中有机物含量近似值的指标参数,以VS(%)表示。其测定方法使用普通天平称取一定量的烘干试样W1, 装入质量为 W2的坩埚。再将坩埚置于马福炉内,于600灼烧
20、 2h 后,置于干燥其中冷却至室温再称量W3。则挥发性固体含量为 VS=(W3-W2)/ W1100% (9-1) 灰分灰分是指垃圾中不能燃烧也不挥发的物质,用于反映垃圾中无机物含量的参数,其数值即是灼烧残留量,以灰分质量分数A(% )表示。则 A=1-VS(9-2)灰分熔点高低收灰分的化学组分影响,主要取决于硅、铝等元素的含量。 元素组成城市垃圾元素组成主要指C 、H 、O 、N、S机会分的百分比含量。测知垃圾化学元素组成可以估算垃圾的发热值,以确定垃圾焚烧方法的适用性; 也可用于垃圾堆肥化等好氧处理方法中生化需氧量的估算。这对选择垃圾处理工艺是十分必要的。化学元素测定常采用化学分析和一起分
21、析方法,有时还必须采用先进的精密仪器测定。 发热值有机垃圾的发热值是指单位质量有机垃圾完全燃烧,并使反应产物温度回到参加反应物质的起始温度时所放出的热量。城市垃圾的发热值对判断能否选用焚烧处理工艺提供重要依据。根据燃烧产物中水分存在状态的不同,分为高位发热值与低位发热值。 前者是指单位质量垃圾完全燃烧后燃烧产物中的水分冷凝为0的液态时所放出的热量;后者是指单位质量垃圾完全燃烧后燃烧产物中的水分冷却为20的水蒸气时所放出的热量。 一般城市垃圾的低热值大于约3350kJ/kg 时,可实现垃圾的自燃烧。如低于此值,必须添加助燃剂。城市垃圾发热值的测定方法有直接试验测定法、经验公式法和组分加权计算法。
22、当垃圾的成分未知时,常用氧弹量热计测定。当垃圾的组成已知时,可用经验公式估算,即 QH=81C+300H-26(O-S) (9-3) QL=81C+300-26(O-S)-6(W+9H) (9-4)式中, C、H、O 、S分别为垃圾元素组成中碳、氢、氧、硫的质量分数,% ;W为垃圾含水率(质量分数) ,% 。(3)生物特性城市垃圾的生物特性从两个方面分析:一是城市垃圾本身所具有的生物性质及其对环境的影响;二是其可生化性,即可生物处理性能。城市垃圾本身就是含有复杂的有机生物体,其中有许多生物性污染物。 另外,精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名
23、师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页,共 20 页 - - - - - - - - - - 其腐化的有机物中也含有各种有害的病原微生物,还含有植物虫害、 草籽、昆虫和昆虫卵等。城市垃圾本身具有的生物性污染对环境及人体健康带来有害的影响。因此城市垃圾进行生物转化,对消灭致病性生物体具有十分重要意义。城市垃圾可生化性是选择生物处理方法和确定处理工艺的主要依据。因为城市垃圾组成中含有大量有机物, 可以为生物体提供碳源和能源, 是进行生物处理的物质基础。通过不同生物转化作用(主要由堆肥化、沼气发酵化等),实现垃圾的无害化。是城市垃圾回收综合利用的重要途径。(4)感官性质感官性能是指
24、废物的颜色、 嗅味、新鲜或者腐败的程度等, 往往可以通过感官直接判断。工业固体废物的性质一般工业固体废物的物理形态又固态和半固态,以固态为主。危险废物的物理形态包括固态、半固态和液态,且液态废物所占比例较大。不同工业产品在生产过程中所使用的原辅材料不同,则所产生的固体废物类别和主要污染物种类也不同。 在相同工业产品的生产中, 由于生产工艺和原辅材料的产地不同, 则主要污染物含量亦存在着差异。即使是同一工业产品、 相同生产工艺和原辅材料, 也会因生产工况条件和员工实际操作的变化,则所生产的固体废弃物中污染物的含量也不是恒定的。一般来说,固体废弃物中污染物含量和浸出液中中金属元素浓度的概率分布为正
25、态分布或对数正态分布。二、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。六、减少固体废物产量的途径控制“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第十章固体废物处理的基本方法固体废物处理( treatment of sol
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