课程英文名称：Solid Waste Treatment and Disposal 课程所属单位：化学与环境工程学院环境工程教研室课程面向专业：环境工程本科专业

  本课程是专业课，是环境工程专业主要课程之一。主要讲授固体废物的来源、分类及综合处理系统等基本知识；并以城市垃圾为中心讲述固体废物的收集、清运、处理以及处置；各种处理和处置方法以及设备。固体废物的处理及其资源化是本课程的重点。通过课堂教学使学生掌握必要的理论基础知识，同时培养学生参与工程设计的实践能力。

  了解固体废物的来源、分类、污染控制、处理利用方法分类、管理及相关技术政策。

  本章要求了解固体废物的预处理（压实、破碎、分选、固体废物的脱水）的目的和使用场合，掌握各类预处理方法的原理及工艺，熟悉常用设备的主要技术性能。

  本章主要要求了解浮选、浸出、固体废物的稳定化/固化处理的基本原理，工艺及设备要求。

  本章要求掌握好氧堆肥的原理、工艺、设备及评价指标；厌氧消化（沼气）的原理、工艺、设备等；微生物浸出机理、工艺及其他生物处理技术。

  了解固体废物最终处理的概念，了解各类废物的处置方法；掌握卫生填埋的原理、技术及主要方法。

  人民共和国固体废物污染环境防治法》，2005年。）对红色部分进行进一步的阐释。

  同方法，使固体废物转化为适于运输、储存、资源化利用以及最终处置的一种过程。固体废物的物理处理包括破碎、分选、沉淀、过滤、离心等处理方式，其化学处理包括焚烧、焙烧、浸出等处理方法，生物处理包括好氧和厌氧分解等处理方式。

  按组成分为有机废物和无机废物；按形态分为固体和泥状；按来源可以分为工业废物、矿业废物、城市垃圾、农业废物和放射性废物；按其危害程度可分为有害废物和一般废物。

  指工业生产过程中和工业加工过程产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥等。 1.冶金固体废物 2.燃料灰渣 3.化学工业固体废物 4.石油工业固体废物 5.粮食、食品工业固体废物 6.其他

  指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等过程产生的固体废物，一般分为：

  核燃料生产、加工，同位素的应用，核电站，核研究机构，医疗单位，放射性废物回收处理。

  主要从两个方面着手，一是防治固态废料污染，二是综合利用废物资源。（一）改革生产工艺

  我国固态废料污染控制工作起始于20世纪80年代初期，起步较晚，在短期内还不可能在较大的范围内实现“资源化”。因此，我国于20世纪80年代中期提出了以“资源化”、“无害化”、“减量化”作为控制固态废料污染的技术政策，并确定今后较长—段时间内应以“无害化”为主。

  城市垃圾收运并非单一阶段操作过程，通常包括三个阶段，构成一个收运系统。第一阶段是搬运与贮存；第二阶段是收集和清除；第三阶段为转运，特指垃圾的远途运输到处置场。

  这—阶段是收运管理系统中最复杂的，耗资也最大。清运效率和费用的高低，主要取决下列因素：①清运操作方式；②收集清运车辆数量、装载量及机械化装卸程度；③清运次数、时间及劳动定员；④清运路线城市生活垃圾转运站的设置

  移动容器操作方法是指将某集装点装满的垃圾连容器一起运往中转站或处理处置场，卸空后再将空容器送回原处(一般法)或下一个集装点(修改法)，其收集过程示意见图。

  收集成本的高低，主要取决于收集时间长短，因此对收集操作过程的不同单元时间进行分析，可以建立设计数据和关系式，求出某区域垃圾收集耗费的人力和物力，从而计算收集成本。可以将收集操作过程分为四个基本用时，即集装时间、运输时间、卸车时间和非收集时间(其他用时)。

  ) 对常规法，每次行程集装时间包括容器点之间行驶时间，满容器装车时间，及卸空容器放回原处时间三部分。用公式表示为：

  (2)运输时间(h) 运输时间指收集车从集装点行驶至终点所需时间，加上离开终点驶回原处或下一个集装点的时间，不包括停在终点的时间。当装车和卸车时间相对恒定时．则运输时间取决于运输距离和速度。从大量的不同收集车的运输数据分析，发现运输时间可以用下式近似表示：

  式中，h为运输时间，h／次；a为经验常数，h／次；b为经验常数，h／km；x为往返运输距离，km／次。

  (3)卸车时间专指垃圾收集车在终点(转运站或处理处置场)逗留时间，包括卸车及等待卸车时间。每一行程卸车时间用符号S(h／次)表示。

  (4)非收集时间非收集时间指在收集操作全过程中非生产性活动所花费的时间。常用符号ω(％)表示非收集时间占总时间百分数。

  每周所需收集的行程次数，即行程数可根据收集范围的垃圾清除量和容器平均容量，用下式求出：

  应用上述公式，即可计算出移动容器收集操作条件下的工作时间和收集次数，编制作业计划。

  某住宅区生活垃圾量约280m3／周，拟用一垃圾车负责清运工作，实行改良操作法的移动式清运。已知该车每次集装容积为8m3／次，容器利用系数为0.67，采用八小时工作制。试求为及时清运该住宅垃圾，每周需出动清运多少次?累计工作多少小时?经调查已知：平均运输时间为0.512h／次，容器装车时间为0.033h／次；容器放回原处时间0.033h/次，卸车时间0.022h/次；非生产时间占全部工时25 ％。

  固定容器收集操作法是指用垃圾车到各容器集装点装载垃圾，容器倒空后固定在原地不

  动，车装满后运往转运站或处理处置场。固定容器收集法的一次行程中，装车时间是关键因素。因为装车有机械操作和人工操作之分，故计算方法也略有不同。固定容器收集过程参见下图。

  式中，T scs 为固定容器收集法每一行程时间，h/次；P scs 为每次行程集装时间，h/ 次；其余符号同前。

  式中，c t 为每次行程倒空的容器数，个/次；t uc 为卸空一个容器的平均时间，h/个； N p 为每一

  行程经历的集装点数；t dbc 为每一行程各集装点之间平均行驶时间。如果集装点平均行驶时间

  未知，也可用公式h=a+bx 进行估算，但以集装点间距离代替往返运输距离x(km ／ 次)。

  每一行程能倒空的容器数直接与收集车容积与压缩比以及容器体积有关，其关系式：

  使用人工装车，每天进行的收集行程数为已知值或保持不变。在这种情况下日工作时间为：

  式中，n 为收集工人数，人；t p 为每个集装点需要的集装时间，人·min／点；其余符号同前。 每次行程的集装点数确定后，即可用下式估算收集车的合适车型尺寸（载重量）

  式中，V p 为每一集装点收集的垃圾平均量，m 3／次；其余符号同前。每周的行程数，即收集次数：

  式中，T p 为集装点总数，点；F 为每器收集频率，次／周；其余符号同前。例 某住宅区共有1000户居民，由2个工人负责清运该区垃圾。试按固定式清运方式，计算每个工人清运时间及清运车容积，已知条件如下：每一集装点平均服务人数3.5人；垃圾单位产量1.2kg/(d·人)；容器内垃圾的容重120kg/m 3；每个集装点设0.12m 3的容器二个；收集频率每周一次；收集车压缩比为2；来回运距24km ；每天工作8小时，每次行程2次；卸车时间0.10h/次；运输时间0.29h/次； 每个集装点需要的人工集装时间为1.76分/点·人)；非生产时间占15％。

  设计收集路线的一般步骤包括：①准备适当比例的地域地形图，图上标明垃圾清运区域边界、道口、车库和通往各个垃圾集装点的位置、容器数、收集次数等，如果使用固定容器收集法，应标注各集装点垃圾量；②资料分析，将资料数据概要列为表格；③初步收集路线设计；④对初步收集路线. 设计收集清运路线]

  例 下图所示为某收集服务小区(步骤1已在图上完成)。请设计移动式和固定式两种收集操作方法的收集路线。两种收集操作方法若在每日8小时中必须完成收集任务，请确定处置场距B 点的最远距离可以是多少?

  §3 危险废物的收集、贮存及清运一、危险废物的产生与收集 二、危险废物的贮存三、危险废物的清运

  理解固态废料的压实目的、原理、评价设备等 教学重点：压实原理及设备教学难点：

  破碎比：破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比。有两种表示方法。

  （1）用废物破碎前的最大粒度（D max）与破碎后的最大粒度（d max）的比值来确定破碎比（i）。

  （2）用废物破碎前的平均粒度（D cp）与破碎后的平均粒度（d cp）的比值来确定破碎比（i）。

  破碎流程：单纯破碎，带预先筛分破碎工艺，带检查筛分破碎工艺、带预先筛分和检查筛分破碎工艺。

  废物分选是根据物质的粒度、密度、磁性，电性、光电性，摩擦性，弹性以及表面润湿性的不同而进行分选的。可分为筛选 (分)、重力分选，磁力分选，电力分选、光电分选、摩擦及弹性分选，以及浮选等。

  通常用筛分效力来描述筛分过程的优劣。筛分效率是指筛分时实际得到的筛下产物重量与原料中所含粒度小于筛孔孔径的物料重量之比。即：

  筛子运动方式对筛分效率有较大的影响，同一种固态废料采用不同类型的筛子进行筛分时，其筛分效率大致如下表所示。

  连续均匀给料，及时清理、维修筛面，筛分效率就高。 3. 筛分设备及其应用

  （1） 固定筛：（2）滚筒筛（转筒筛）：（3）惯性振动筛：（4）共振筛 2、重力分选 一、概述

  一个悬浮在流体介质中的颗粒，其运动速度受到自身重力、介质阻力和介质的浮力三种力的作用。分别是F E （重力）、F B （介质浮力）、F D （介质摩擦阻力）。

  式中：C D 为阻力系数；V 为颗粒相对介质速度，A 为颗粒投影面积（在运动方向上）。

  当F E 、F B 、F D 三个力达到平衡时，且加速度为零时的速度为末速度，此时有：

  影响重力分选的因素，从上式可以看出有颗粒的尺度，颗粒与介质的密度差以及介质的年度。

  按介质不同，固态废料的重选可分为重介质分选，跳汰分选，风力分选和摇床分选等。

  通常将密度大于水的介质称为重介质。在重介质中使固态废料中的颗粒群按密度分开的方法称为重介质分选。为使分选过程有效地进行，需选择重介质密度

  一般要求加重质的粒度为小于200目，占60--90％，能够均匀分散于水中，

  重介质应具有密度高，粘度低，化学稳定性好(不与处理的废物发生化学反应)、无毒、无腐蚀性，易回收再生等特性。

  原理：将物料给入筛板上，形成密集的物料层，从筛板下周期性给入垂直变速的水流，透过筛板使床层松散并按密度分层，密度大的颗粒群集中到底层，透过筛板或特殊排料装置排出成重产品，密度小的颗粒群进入上层被水平水流带到机外成为轻产品。跳汰介质可以是水或者是空气。

  （一）原理：以空气为分选介质，在气流作用下使固态废料颗粒按密度和粒度进行分选的方法，简称风选，又称气流分选。其分选设备按照工作气流的主流向可以分为水平、处置和倾斜三种类型，其中以垂直气流分选器使用最为广泛。五.摇床分选

  调整：主要是废物的破碎、磨碎等，目的是得到粒度适宜，基本上是单体解离的颗粒，浮选的料浆浓度必须适合浮选的工艺要求。

  浮选是固态废料资源化的一种重要技术，我国以应用于从分煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属等。

  (1)按来源分：(2)根据污泥从水中分离过程可分：(3)按污泥成分和性质可分： (4)更常用的是按污泥在不同处理阶段分类命名：生污泥、浓缩污泥、消化

  的进行。(2)使污泥卫生化，稳定化。 (3)通过处理可改善污泥的成分和性质，

  污泥的处理和处置可能在污水处理厂综合考虑解决，也可在专门建立的污泥处理厂进行。可以根据需要选用不问的污泥处理系统，常见的系统分为下述四类：

  污泥含水率很高，一般有96％～99％，主要有间隙水（占污泥水分总量的70 ％）、毛细结合水（占20％）、表面吸附水、内部结合水等。污泥浓缩的目的就是降低污泥中水分，缩小污泥的体积，但仍保持其流体性质，有利于污泥的运输、处理

  与利用。浓缩后污泥含水率仍高达85％～90％以上，可以用泵输送。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩、气浮浓缩与离心浓缩。

  污泥调理是为了提高脱水效率的一种预处理。污泥调理方法有洗涤(淘洗调节)、加药(化学调节)、热处理及冷冻熔融法。

  污泥的洗涤适用于消化污泥的预处理，目的是节省加药(混凝剂)用量，降低机械脱水的运行费用。

  污泥加药调节所用的混凝剂，一部分消耗于挥发性固体(中和胶体有机颗粒)，一部分消耗于污泥水中溶解的生化产物。

  加药调理就是在污泥中加入助凝剂、混凝剂等化学药剂，促使污泥颗粒絮凝，改善其脱水性能。

  污泥脱水包括自然干化与机械脱水，其本质上都属于过滤脱水范畴，基本理论相同。

  过滤是给多孔过滤介质(简称滤材)两侧施加压力差而将悬浊液过滤分成滤渣及澄清液两部分的固液分离操作。

  过滤介质是滤饼的支承物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。工业上常用的过滤介质主要有以下几类：

  真空过滤脱水设备是转鼓式真空过滤机；压滤脱水设备主要有自动板框压滤机和厢式全自动压滤机两种；滚压脱水设备和离心机。

  浮选是在固态废料与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通人空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。

  促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。

  溶剂浸出：用适当的溶剂与废物作用使物料中有关的组分有选择性地溶解的物理化学方法。

  浸出目的：使物料中有用或有害成分能选择性地最大限度地从固相转入液相。所以溶剂的选择成为浸出工艺的关键环节，溶剂的选择一般要注意一下几点：1）对目的组分选择性好； 2）浸出率高，速率快； 3）成本低，容易制取，便于回收和循环使用； 4）对设备腐蚀性小。

  1）外扩散： 2）化学反应：3）解吸： 4）反扩散（区别于外扩散）：二、浸出过程的化学反应机理

  固态废料的固化最早用来处理放射性污泥和蒸发浓缩液，后来用来处理电镀污泥、铬渣等危险废物。

  ①对于具有毒性或强反应性等危险性质的废物进行处理，使得满足填埋处置要求；

  ②其他处理过程所产生的残渣，例如焚烧产生的灰分的无害化处理，其目的是最终对其进行处置；

  废物固化是用物理—化学方法将有害废物掺合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。固化所用的惰性材料称为固化剂。有害废物经过固化处理所形成的固化产物称为固化体。

  对固化处理的基本要求包括①有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性，抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等，最好能作为资源加以利用，如作建筑基础和路基材料等；②固化过程中材料和能量消耗要低，增容比(即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比)要低，③固化工艺过程简单、便于操作，④固化剂来源丰富，价廉易得。⑤处理费用低。

  所谓浸出率是指固化体浸于水中或其它溶液中时，其中有害物质的浸出速 度。浸出率的数学表达式如下：

  式中：R in —标准比表面的样品每天浸出的有害物质的浸出率，g/(d ?cm 2)，

  a r —浸出时间内浸出的有害物质的量，mg ， A 0—样品中含有的有害物质的量，mg ， F —样品暴露表面积，cm 2， M —样品的质量，g ， t —浸出时间，d 。

  固化技术可按固化剂分为水泥固化，沥青固化，塑料固化、玻璃固化，石灰固化等。 2、水泥固化

  水泥固化是以水泥为固化剂将有害废物进行固化的一种处理方法。 一.水泥固化原理

  沥青固化是以沥青为固化剂与有害废物在一定的温度，配料比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应，使有害废物均匀地包容在沥青中，形成固化体。

  沥青固化一般用于处理中、低放射水平的蒸发残液，废水化学处理产生的沉渣，焚烧炉产生的灰烬、塑料废物，电镀污泥，砷渣等。

  放射性废物沥青固化的基本方法有高温熔化混合蒸发法，暂时乳化法和化学乳化法三种。

  塑料固化是以塑料为固化剂与有害废物按一定的配料比，并加入适量的催化剂和填料(骨料)进行搅拌混合，使其共聚合固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体，塑料固化技术按所用塑料(树脂)不同，可分为热塑性塑料固化和热固性塑料固化两类。

  玻璃固化是以玻璃原料为固化剂，将其与有害废物以一定的配料比混合后．在高温(900～1200℃)下熔融，经退火后即可转化为稳定的玻璃固化体。

  玻璃固化法主要用于固化高放废物。从玻璃固化体的稳定性、对熔融设备的腐蚀性、处理时的发泡情况和增容比来看，硼硅酸盐玻璃固化是最有发展前途的固化方法。

  石灰固化是以石灰为固化剂，以粉煤灰，水泥窑灰为填料，专用于固化含有硫酸盐或亚硫酸盐类废渣的一种固化方法。其原理是基于水泥窑灰和粉煤灰中含

  有活性氧化铝和二氧化硅，能与石灰和含有硫酸盐、亚硫酸盐废渣中的水反应， 经凝结、硬化后形成具有一定强度的固化体。 （二)石灰固化法的应用及其优缺点二、自胶结固化 (一)自胶结固化原理

  自胶结固化是将含有大量硫酸钙或亚硫酸钙的泥渣，在适宜的控制条件下进行煅烧，使其部分脱水至产生有胶结作用的亚硫酸钙或半水硫酸钙(

  CaSO ? 1 H 4 2 2O )状态，然后与特制的添加剂和填料混合成稀浆，经凝结硬化形 成自胶结固化体。其固化体具有抗透水性高，抗微生物降解和污染物浸出率低的特点。

  水玻璃固化是以水玻璃为固化剂，无机酸类(如硫酸，硝酸、盐酸和磷酸)为助剂，与有害污泥按一定的配料比进行中和与缩合脱水反应，形成凝胶体，将有害污泥包容，经凝结硬化逐步形成水玻璃固化体。

  水玻璃固化法具有工艺操作简便，原料价廉易得，处理费用低、固化体耐酸性强，抗透水性好，重金属浸出率低等特点。此法目前尚处于试验阶段。

  教学重点：好氧堆肥的影响因素；厌氧发酵的工艺条件及其控制教学难点：厌氧发酵的工艺条件及其控制 学时安排：8学时

  生物处理法是最主要的污水处理方法之一，人们对有机固态废料生物转换技术也进行了深入的研究。 （一）生物转换理论基础。 1. 微生物的代谢作用 2. 微生物的种类

  在固态废料生物处理过程中，有各种微生物与发挥作用。微生物种类繁多， 大致可以作如下分类：