《固体废物处理与处置》教案
课程名称及代码：固体废物处理与处置、
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
教师姓名：梅运军
教师职称：讲师
所用教材：《固体废物处理与处置》宁平主编
本课程总学时数： 60本学期总学时数：60
讲课：54课程设计：6
课程性质：专业必修课
武汉工业学院化学与环境工程学院
一、课程性质与目的
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。
二、课程教学内容与要求
第一章绪论
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。
第二章固体废物的收集、贮存及清运
本章要求了解固体废物主流城市的分类、特性，进一步熟悉城市垃圾的收集，运输工艺，对收运系统有初步的认识。
第三章固体废物的预处理
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。
第四章固体废物的物化处理
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。
第五章固体废物的生物处理
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。
第六章固体废物的热处理
本章要求掌握焚烧的原理、工艺及设备；热解的原理、工艺及设备；固体废
物的其他热处理方法等。
第七章固体废物的资源化与综合利用
掌握固体废物资源化的概念、资源化系统及系统技术；了解工业、矿业以及农林、城市生活垃圾的综合利用途径及方法。
第八章固体废物的填埋处置
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。
第九章危险废物及放射性固体废物的管理
了解危险废物及放射性废物的管理办法、危险废物的处理技术及基本要求。
第一章绪论
第一节：固体废物的来源于分类
教学目标 :
1.了解固体废物的来源和分类
2.掌握固体废物的污染及其控制
3.熟悉固体废物的处理处置方法
4.理解并掌握控制固体废物污染技术政策
教学重点：固体废物的来源和分类
教学难点：控制固体废物污染技术政策
学时安排： 2学时
1、固体废物的概念：指在生产、生活和其他活动中产生的丧失了原有利用价值或者虽未丧失利用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。（《中华
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。
固体废物处理 ( treatment of solid wastes)。通过物理、化学、生物等不
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。
固体废物处置 (disposal of soild wastes)。是指最终处置或安全处置，
是解决固体废物的归宿问题，如堆置、填埋、海洋投弃等。
§1固体废物的来源和分类
一 . 固体废物的来源
二 . 固体废物的排量
参照国家环保总局每年的环境质量公报。
三 . 固体废物的分类
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。
就其来源简单分析。
（一）工业固体废物
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
（二）矿业固体废物
（三）城市固体废物
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：
1.生活垃圾
2. 城建渣土
3. 商业固体废物
4. 粪便
（四）农业固体废物
（五）放射性固体废物
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
性废物处理。
（六）有害固体废物
§2固体废物的污染及其控制
一 . 固体废物的污染途径
二 . 固体废物污染的危害
（一）侵占土地（参见国家环保总局网页）（二）污染土壤
（三）污染水体（四）污染大气（五）影响环境卫生
三. 固体废物污染控制
主要从两个方面着手，一是防治固体废物污染，二是综合利用废物资源。（一）改革生产工艺
1.采用无废或少废技术
2. 采用精料
3. 提高产品质量和使用寿命，不使过快的变成废物。
（二）发展物质循环利用工艺
（三）进行综合利用
§3控制固体废物污染技术政策（无害化、资源化、减量
化）一、我国控制固体废物污染技术政策的产生
我国固体废物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”作为控制固体废物污染的技术政策，并确定今后较长—段时间内应以“无害化”为主。
本章习题与思考
1、名词解释：固体废物、三化、清洁生产
2、如何区分固体废物、废水和废气？
3、清洁生产与固体废物污染控制有何关系？
4、如何理解固体废物是放错了位置的资源？
5、思考固体废物的综合利用与可持续性发展的相互关系。
第二章固体废物的收集、贮存及清运
教学目标 :
1.掌握城市生活垃圾的收集及清运
2.熟练掌握城市垃圾中转站的设置
3.了解危险废物的收集、贮存及清运
教学重点：城市垃圾的收集、运输
教学难点：城市垃圾的收集、运输
学时安排： 8学时
§ 1固体废物的收集与清运
工业固体废物处理的原则是“谁污染，谁治理”。
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。
§2 城市生活垃圾转运站的设置
一 . 清运操作方法
清运操作方法分移动式和固定式两种。
( 一) 移动容器操作方法
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。
1.操作计算
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 ) 。
（1）集装时间 (P hcs) 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：
P hcs=t pc+t uc+t dbc
式中 P hcs为每次行程集装时间， h/ 次； t pc为满容器装车时间， h/ 次； t uc为空容
器放回原处时间， h/ 次； t dbc为容器间行驶时间， h/ 次。
如果容器行驶时间已知，可用下面运输时间公式估算。
(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：
h=a+bx
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。
因此，一次收集清运操作行程所需时间 (T hcs) 可用下式表示：
T hcs =(P hcs+S+h)/(1- ω )
也可以用下式表示：
T hcs =(P hcs+S+ a+bx)/(1-ω)
当求出 T hcs后，则每日每辆收集车的行程次数用下式求出：
N d＝ H/T hcs
式中， N d为每天行程次数，次／ d；H为每天工作时数， h／d；其余符号同前。
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：
N w＝V w/(cf)
式中， N w为每周收集次数，即行程数，次／周( 若计算值带小数时，需进值到整
3 3 次；f 为容器平均数值 ) ；V 为每周清运垃圾产量， m/ 周； f 为容器平均容量， m/
w
充填系数。由此，每周所需作业时间D w(d ／周 ) 为：
D w=N w T hcs
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。
2．计算实例
3
某住宅区生活垃圾量约 280m／周，拟用一垃圾车负责清运工作，实行改良操作
3
法的移动式清运。已知该车每次集装容积为 8m／次，容器利用系数为，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／次，容器装车时间为／次；容器放回原
处时间次，卸车时间次；非生产时间占全部工时25％。
解：按公式 P hcs=t pc+t uc+t dbc＝（＋＋ 0）h/ 次＝ h/ 次
清运一次所需时间，按公式 T hcs=(P hcs +S+h)/(1- ω) ＝[++/] h/ 次= h/ 次
清运车每日进行的集运次数，按公式N d＝ H/T hcs =(8/ 次/d=10 次/d
根据清运车的集装能力和垃圾量，按公式 N w＝ V w/(cf) ＝[280/(8 ×] 次/ 周＝53次/ 周
＝（ 53×） h/ 周＝ h/ 周
每周所需要的工作时间为： D＝N T
ww hcs
( 二) 固定容器收集操作法
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。
1.机械装车
每一收集行程时间用下式表示：
T scs＝（ P scs＋S＋a＋bx） / （ 1－ω）
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。
此处，集装时间为：
P scs＝c t (t uc)+(N p-1)(t dbc)
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：
c t =Vr/(cf)
3
式中， V为收集车容积， m/ 次； r 为收集车压缩比；其余符号同前。
每周需要的行程次数可用下式求出：
N w=V w/(Vr)
式中， N w为每周行程次数，次／周；其余符号同前。
由此每周需要的收集时间为：
D w=[N w P scs +t w(S+a+bx)]/[(1-ω)H]若单位是h/周，则不用除以H。
式中， D w为每周收集时间， d／周； t w为 N w值进到大整数值；其余符号同前。
2.人工装车
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：
P scs＝[(1- ω)H/N d]-(S+a+bx)
符号同前。
每一行程能够收集垃圾的集装点可以由下式估算：
N r =60 P scs n ／t p
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）
V＝V p N p/r点数×量/压缩比
3
式中， V p为每一集装点收集的垃圾平均量， m／次；其余符号同前。每周的行程数，即收集次数：
N w＝T p F/N p
式中， T p为集装点总数，点； F为每周容器收集频率，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人；垃圾单位产量 1.2kg/(d ·人 ) ；容器内垃圾的容重 120kg/m3；每个集装点设0.12m3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；卸车时间次；运输时间次；每个集装点需要的人工集装时间为分 / 点·人 ) ；非生产时间占 15％。
解按公式 N d＝H/T hcs反求集装时间：
H=N d(P scs +S+h)/(1- ω)
所以 P scs =(1 －w)H／N d－ (S＋h)=[ ×8/2-+]h/ 次＝次
一次行程能进行的集装点数目：
N p＝ 60 P scs n／ t p＝ (60 ×× 2/ 点/ 次＝ 205点
/ 次每集装点每周的垃圾量换成体积数为：
3 3
V p＝（×× 7/120 ）m/ 次＝ 0.285 m /
次清运车的容积应大于：
V＝V p N p／r ＝× 205／ 2)m3/ 次=29.2 m 3/ 次
每星期需要进行的行程数：
N w＝T p F/N p=(1000×1/205) 次/周＝次/周
ω)H] ：每个工人每周需要的工作时间参照式 D w=[N w P scs +t w(S+a+bx)]/[(1-
D w=[N w P scs+t w(S+a+bx)]/[(1- ω)H]＝[ ×+5（+）] ×8]d/ 周＝ d/周
二 . 收集路线设计
1. 设计收运路线的一般步骤
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对初步收集路线进行比较。
2.设计收集清运路线实例 [P31-35]
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
习题与思考题对习题进一步降解
P44-46。
第三章固体废物的预处理
§1 固体废物的压实
教学目标 :
理解固体废物的压实目的、原理、评价设备等
教学重点：压实原理及设备
教学难点：
学时安排： 1学时
压实的概念及目的
一 . 压实设备与流程
1．设备
①金属类废物压实器
金属类废物压实器主要有三向联合式和回转式两种。
A. 三向联合式压实器
B.回转式压实器
②城市垃圾压实器
A. 高层住宅垃圾压实器
B.城市垃圾压实器
2.流程
下图是较为先进的国外城市垃圾压缩处理工艺流程。
§2 固体废物的破碎
教学目标 :
1. 理解破碎基础理论重几个基本概念
2.熟悉常见的破碎机及其工作原理
3.低温破碎与湿式破碎技术和应用条件
教学重点：基础理论重几个基本概念
教学难点：
学时安排： 1学时
一 . 破碎的概念及目的
二. 破碎的方法、破碎比和破碎流程
破碎作用分为冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎和摩擦破碎。
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 ）。
D
max
i
d
m ax
（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 ）。
D cp
i
d
cp
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。
2、破碎机
鄂式破碎机，锤式破碎机，冲击式破碎机，剪切式破碎机、辊式破碎机和球
磨机等。
3、低温破碎与湿式破碎
§3固体废物的分
选教学目标 :
1. 理解并掌握人工分选、筛分基本理论
2. 掌握重力分选
3.了解磁力分选
4.了解电力分选
5.了解其他分选方法
6.了解并熟悉分选回收工艺系统
教学重点：筛分基本理论；重力分选；浮选
教学难点：重力分选、磁力分选、电力分选、浮选
学时安排： 6学时
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。
1、筛分
一、筛分基本理论
1.筛分原理
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：
E
Q
％
100 Q 0
其中： Q为筛下物重量； Q0为入筛物料重量；α为原料中小于筛孔孔径的颗粒
重量的百分含量。
2.影响筛分效率的因素
（ 1）固体废物性质的影
响
“易筛粒”（粒度小于筛孔 3/4 ）“难筛粒”
（2）设备性能的影响
筛子运动方式对筛分效率有较大的影响，同一种固体废物采用不同类型的筛
子进行筛分时，其筛分效率大致如下表所示。
（3） . 筛分操作条件的影响
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
重力分选原理：
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）。
重力 F E s V g g
F B F D
式中：ρ s为颗粒密度；V g为颗粒体积，假定颗粒为球形，则：
V g d 3
6
浮力： F B V g g
式中ρ为介质密度；F E
介质摩擦阻力： F D0.5 C D V 2 A
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：
F E F B F D
s V g g V g g
C D V2 A
2
即： d 3 ( s )g d
2 C D V 2
4 2
6
V 4( s ) g d
3C D
C D是与颗粒的尺寸及运动状况有关，通常用雷诺数R e来表述。
R e Vd Vd u
式中 u为流体介质的粘度系数，γ为流体介质的动粘度系数。
如果假定流体运动为层流， C D＝ 24/R e。可以进一步得出人们所熟知的斯托
克斯公式：
d 2 g(s)
V
18u
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。
重力分选的介质有空气、水、重液（密度大于水的液体）、重悬浮液。
重液最常用的是四溴乙烷和丙酮的混合物，另一种是五氯乙烷。
按介质不同，固体废物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。
二、重介质分选
( 一) 基本原理
通常将密度大于水的介质称为重介质。在重介质中使固体废物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( ρC) 介于固体废物中轻物料密度 ( ρL) 和重物料密度 ( ρW) 之间，即
ρL<ρ C<ρW
( 二 ) 对重介质性能的要求
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，
容积浓度一般为 10-15 ％。
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。 ( 三) 、重介质分选设备
目前常用的是鼓形重介质分选机。
三 . 跳汰分选
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。
四 . 风力分选
（一）原理：以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物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
3 磁力分选
4 电力分选
5其他分选方法
磁力分选、电选等，摩擦与跳汰分选、光电分选等。
6分选回收工艺系统
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。
浮选是固体废物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。
§4 固体废物的浓缩与脱水
教学目标 :
1.掌握污泥的分类及特性
2.掌握污泥的性质指标
3.熟悉并掌握污泥处理的目的和方法
4.理解并掌握污泥中水分的存在形式及其分离性能
5.熟悉并掌握污泥调理的方法
6.掌握污泥的洗涤原理和作用
7.掌握加药调理；熟悉热处理；掌握熟悉污泥脱水常用设备和原理
教学重点：污泥的性质指标；污泥中水分的存在形式及其分离性能；污泥调理
的方法；加药调理
教学难点：污泥中水分的存在形式及其分离性能
学时安排： 4学时
1概述
( 一) 污泥的分类及特性
(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
污泥、脱水干化污泥，干燥污泥及污泥焚烧灰。
( 二) 污泥的性质指标
1、污泥的含水率、固体含量和体积 2 、污泥的脱水性能
3、挥发性固体与灰分 4 、污泥的可消化性 5 、污泥中微生物
( 三) 污泥处理的目的和方法
1 目的污泥处理的主要目的有三方面。
(1)降低水分，减少体积，以利于污泥的运输、储存及各种处理和处置工艺的进行。 (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，以利于应用并达到回收能源和资源的目的。
2 方法
常用的污泥处理方法有浓缩、消化、脱水、干燥、焚烧、固化及最终处置。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：
①浓缩→机械脱水→处置脱水滤饼；②浓缩→机械脱水→焚烧→处置灰分；
③浓缩→消化→机械脱水→处置脱水滤饼；④浓缩→消化→机械脱水→焚烧
→处置灰分。
2污泥浓缩
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。
一、污泥中水分的存在形式及其分离性能
1.间隙水
2. 毛细结合水
3. 表面吸附水
4. 内部 ( 结合 ) 水
( 一) 重力浓缩
3污泥调理
( 一) 污泥调理的方法
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。 ( 二) 污泥的洗涤
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。 ( 三) 加药调理 ( 化学调节 )
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。
1助凝剂与混凝剂的分类 (1) 助凝剂 (2) 混凝剂
( 四) 热处理
热处理法可分为高温加压处理法与低温加压处理法两种。
1、高温加压处理法
2、低温加压处理法
( 五) 冷冻熔融处理法
冷冻熔融法是为了提高污泥的沉淀性能和脱水性而使用的预处理方法。
4污泥脱水
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。
( 一) 过滤基本理论
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。
( 二) 过滤介质
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：
(1)织物介质 (2) 粒状介质 (3) 多孔固体介质
（三）过滤脱水设备
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。
第四章固体废物的物化处理
§1 浮选
教学目标 :
1.掌握浮选的原理
2.掌握浮选的药剂
3.熟悉并掌握污浮选的工艺
4.理解并掌握浮选设备
教学重点：浮选的原理、浮选的药剂、浮选的工艺
教学难点：浮选的原理
学时安排： 2 学时
一、浮选原理
浮选是在固体废物与水调制的料浆中，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。
二 . 浮选药剂
根据药剂在浮选过程中的作用不同，可分为捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。( 一) 捕收剂
常用的捕收剂有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂两类。
1.异极性捕收剂
典型的异极性捕收剂有黄药，油酸等。从煤矸石中回收黄铁矿时，常用黄药作捕收剂。
2.非极性油类捕收剂
( 二) 起泡剂
起泡剂是一种表面活性物质，主要作用在水—气界面上，使其界面张力降低，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。( 三) 调整
剂
调整剂的种类较多，按其作用可分为以下四种：
1．活化剂 2 ．抑制剂 3 ．介质的调整剂 4 ．分散与混凝剂
三. 浮选设备
我国应用最多的是机械搅拌式浮选机。
四. 浮选工艺过程及应用
浮选工艺包括以下程序：浮选前料浆的调制；加药调整；充气浮选。
§2 溶剂浸出
教学目标 :
1. 了解溶剂浸出的动力学过程
2. 掌握浸出过程的化学反应机理
3. 掌握几种典型的浸出反应
4.理解影响基础过程的主要因素
5.掌握浸出工艺及设备
教学重点：浸出过程的反应机理及几种典型的浸出反应
教学难点：化学反应机理
学时安排： 2 学时
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。一、浸出动力学过程
过程分为如下几个阶段：
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
物理溶解过程 :
化学溶解过程：
六浸出设备（多媒体演示）
§3 固体废物稳定化 / 固定化处理
教学目标 :
1. 理解并掌握衡量固化处理效果的两项主要指标
2. 掌握水泥固化
3. 熟悉沥青固化
4. 熟悉塑料固化
5. 熟悉玻璃固化
6. 熟悉其他固化方法
教学重点：水泥固化；衡量固化处理效果的两项主要指标
教学难点：水泥固化
学时安排： 3学时
固体废物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。
固体废物的固化主要用于：
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；
③在大量土壤被有害污染物所污染的情况下对土壤进行去污。
1概述
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。
衡量固化处理效果的两项主要指标是固化体的浸出率和增容比。
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：
a r A0
R
in
( F M )t
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， 2
g/(d · cm) ，
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 2
—样品暴露表面积， cm，
M —样品的质量， g，
t —浸出时间， d。
增容比是指所形成的固化体体积与被固化有害废物体积的比值，即
V2
c i
V1
式中； c i—增容比；
3
V2—固化体体积，m；
3
V1—固化前有害废物的体积，m。
增容比是评价固化处理方法和衡量最终成本的一项重要指标。
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
水泥固化的化学反应：
水合反应主要有以下几个方面：
（1）硅酸三钙的水合反应：
3CaO SiO2 xH 2O 2CaO SiO2 yH 2 O Ca(OH ) 2 CaO SiO2 mH 2O 2Ca(OH ) 2
2(3CaO SiO2 ) xH 2O 3CaO 2SiO2 yH 2O 3Ca(OH )2 2(CaO SiO2 mH 2O) 4Ca(OH ) 2 （2）硅酸二钙的水合反应：
2CaO SiO2 xH 2 O 2CaO SiO2 xH 2 O CaO SiO2 mH 2 O Ca(OH )2
2( 2CaO SiO2 ) xH 2O 3CaO 2SiO2 yH 2O Ca(OH ) 2 2(CaO SiO2 mH 2O) 2Ca(OH ) 2 （3）铝酸三钙的水合反应：
3CaO Al 2O3 xH 2O 3CaO Al 2 O3 xH 2O
如果有 Ca(OH ) 2存在时，则变为：
3CaO Al 2O3 xH 2O Ca (OH ) 2 4CaO Al 2O3 mH 2 O
（4）铝酸四钙的水合反应：
4CaO Al 2 O3Fe2 O3xH 2 O3CaO Al 2O3mH 2 O 4CaO Fe2O3mH 2 O
添加剂分为有机和无机两大类
二.水泥固化法的应用
电镀污泥固化处理；汞渣水泥固化处理。
三. 水泥固化法的特点
3、沥青固化
一、概述
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。二、沥青固化的基本方法
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。
三、沥青固化体的性质及其影响因素
( 一) 影响沥青固化体浸出率的因素
1、沥青的种类 2 、废物量、化学组成及混合状况 3 、残余水分
4、某些表面活性剂的影响
( 二 ) 影响沥青固化体化学稳定性的因素
4塑料固化
一、塑料固化原理
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。
二、塑料固化的应用及其特点
( 一) 应用实例 ( 二 ) 塑料固化法的特点
5、玻璃固化
一、玻璃固化原理
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。
二、玻璃固化方法及工艺流程
( 一) 玻璃固化方法
玻璃固化的方法可分为间歇式和连续式两种。
1、间歇式固化法 2 、连续式固化法
( 二) 玻璃固化的工艺流程
三、玻璃固化法的特点
6、其他固化方法
一、石灰固化
( 一) 石灰固化原理
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 4 ? 1
H 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
2
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。
( 二) 自胶结固化法的优缺点 三，水玻璃固化
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。
第五章 固体废物的生物处理
教学目标 :
1. 掌握堆肥化概念和好氧堆肥原理；
2. 了解并掌握堆肥化过程；
3. 熟悉好氧堆肥程序、工艺、装置并掌握好氧堆肥的影响因素；
4. 掌握有机物的厌氧发酵过程；
5. 理解并掌握厌氧发酵的工艺条件及其控制；
6. 熟悉发酵装置－水压式沼气池并掌握其设计计算。
7. 掌握细菌浸出的机理及工艺
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， 人们对有机固体废物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
在固体废物生物处理过程中，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：
3. 生物处理方法
根据在处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同， 生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类。
(1) 好氧生物处理法 (2) 厌氧生物处理化 ( 二) 固体废物生物转换技术的应用 1. 堆肥化 2. 沼气化
§ 1 好氧生物降解制堆肥一、堆肥化概述
（一）堆肥化概念
（二）好氧法堆肥原理可用反应式分别表示为： 1. 有机物的氧化
不含氮有机物（ C x H y O z ）的氧化
C H O z
(
x 1 y 1 z O xCO
1
yH O 能量
x
y
2 ) 2 2 2 2
2
含氮有机物（ C s H t N u O v ·aH 2O ）的氧化
C s H t N u O v aH 2O bO 2
C w H x N y O z CH 2O( 堆肥 ＋ 气 ) eH 2O ( 水 ＋ ＋ ＋能量
) dH 2 O ( ) fCO 2 gNH 3
2. 细胞质的合成（包括有机物的氧化，并以 NH 3作氮源） n(C x H y O f ) NH 3 (nx ny nz 5x)O 2 C 5 H 7 NO 2 (细胞质 ) (nx 5)CO 2
1
(ny 4) H 2O 能量
3. 细胞质的氧化
4 2 2
C 5 H 7 NO 2 (细胞质 ) 5O 2 5CO 2 2H 2O NH 3 能量
( 二) 堆肥化过程
好氧堆肥化从废物堆积到腐热的微生物生化过程比较复杂， 但大致可分为以下三个阶段。
(1) 中温阶段 ( 亦称产热阶段 ) (2) 高温阶段 (3) 腐熟阶段
二 . 好氧堆肥程序、工艺、装置和影响因素 ( 一) 堆肥程序
现代化堆肥生产，通常由前 ( 预 ) 处理、主发酵 ( 亦可称一次发酵、一级发酵或初级发酵 ) 、后发酵 ( 亦可称二次发酵、二级发酵或次级发酵 ) 、后处理、脱臭及贮存等工序组成。
1. 前处理
2. 主发酵
3. 后发酵
4. 后处理
5. 脱臭
6. 贮存 ( 二) 发酵工艺与装置
1. 间歇式发酵工艺与装置
(1) 间歇式发酵工艺 (2) 间歇式发酵装置：
2. 连续发酵工艺与装置 ( 三) 影响因素
影响堆肥化过程 ( 特别是主发酵 ) 的因素很多，对于快速高温二次发酵堆肥工艺来说， 通风供氧、堆料含水率、温度是最主要的发酵条件，其他尚有有机质含量、碳氮比、碳磷比、 pH 值等。
C a H b N c O d 0.5( nz 2s r d )O 2 nC w H x N y O z sCO 2 rH 2 O ( c ny) NH 3
式中， r=[b-nx-3(c-ny)]；
s=a-nw；n为降解效率(摩尔转化率<1)；
C a H b N c O d和 C w H x H y O x分别代表堆肥原料和堆肥产物的成分。
例题：用一种成分为 C31H50NO26的堆肥物料进行实验室规模的好氧堆肥化试验。
试验结果，每 1000kg堆料在完成堆肥化后仅剩下 200kg，测定产品成分为 C ll H l4
NO4，试求每 1000kg物料的化学计算理论需氧量。
解 (1) 计算出堆肥物料 C31H50NO26千摩尔质量为 852kg，则参加过程的有机物摩尔
数 =(1000/852)kmol= ；
(2)堆肥产品 C ll H l4 NO4的千摩尔质量为 224kg，可算出每摩尔参加过程的残
余有机物摩尔数即 n=200/× 224)=；
(3)由已知条件： a=31，b=50，c=1， d=26，w=11，x=14，z=1， y=4。可以算出
r=[ ×14- 3×1)]=
S=×11=
(4)所需的氧量为：
W=[×4+2×+×× 32]kg=781.5kg
实际的堆肥化系统必须提供超出计算需氧量( 二倍以上 ) 的过程空气，以保证
3 3 充分的好氧条件。主发酵强制通风的经验数据如下：静态堆肥取～ 0.2m /(min ·m) 堆料，动态堆肥则依生产性试验确定。
b.通风方法与控制
2.含水率及其调节与控制
在用生活垃圾制堆肥时，一般以含水率 55％为最佳。通常，生活垃圾的含水率均低于此值，可添加粪便或污水污泥等进行调节。添加的调节剂与垃圾的重量比，可根据下式求出：
M(W m W c ) /(W b W m )
式中：M －调节剂与垃圾的重量 ( 湿重 ) 比；
W m、W c、W b－分别为混合原料含水率、垃圾含水率，调节剂含水率。
5. 温度7. 碳磷比（ C/P）
3. 有机物的含量
4. 碳氮比
四 . 堆肥的农业效用
§2 厌氧发酵制沼气
一 . 有机物的厌氧发酵过程
有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段( 如图所示) ，每一阶段各有其独特的微生物类群起作用。液化阶段起作用的细菌称为发酵细菌，包括纤维素分解菌，脂肪分解菌，蛋白质水解菌。产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解菌。这两个阶段起作用的细菌统称为不产甲烷菌。产甲烷阶段起作用的细菌是甲烷细菌。
在液化阶段，发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后，细菌再吸收可溶于水的物质，并将其酵解成为不同产物。