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1 固 体 废 弃 物 处 置 与 利 用 实 验 指 导 书 中 国 海 洋 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院

2 目 录 实 验 一 固 体 废 物 三 成 分 和 热 值 分 析... 3 一 实 验 目 的 和 意 义... 3 二 实 验 方 法... 3 三 实 验 原 理... 3 四 实 验 仪 器... 4 五 实 验 步 骤... 4 实 验 二 危 险 废 物 固 化 处 理 一 实 验 目 的 与 意 义 二 实 验 方 法 三 实 验 原 理 四 实 验 设 备 原 料 和 分 析 试 剂 五 实 验 步 骤 六 实 验 结 果 与 讨 论 实 验 三 有 机 垃 圾 生 物 处 理 过 程 模 拟 一 实 验 目 的 与 意 义 二 实 验 原 理 三 好 氧 堆 肥 过 程 模 拟 四 厌 氧 消 化 过 程 模 拟 五 实 验 结 果 讨 论 实 验 四 垃 圾 填 埋 场 稳 定 化 过 程 模 拟 一 实 验 目 的 与 意 义 二 实 验 原 理 三 实 验 装 置 四 操 作 步 骤 五 实 验 结 果 整 理 六 实 验 结 果 讨 论 实 验 五 焚 烧 炉 灰 处 理 方 案 设 计 一 实 验 内 容 与 要 求 二 实 验 成 果... 33

3 实 验 一 固 体 废 物 三 成 分 和 热 值 分 析 一 实 验 目 的 和 意 义 为 了 有 效 管 理 固 体 废 物 和 确 定 合 理 的 处 理 处 置 方 法, 分 析 了 解 固 体 废 物 的 性 质 是 不 可 缺 少 的 第 一 步 固 体 废 物 的 物 理 性 质 与 废 物 成 份 组 成 有 密 切 的 关 系, 它 常 用 组 分 含 水 率 和 容 重 三 个 物 理 量 来 表 示 废 物 的 物 理 性 质 是 选 择 压 实 破 碎 分 选 等 预 处 理 方 法 的 主 要 依 据 固 体 废 物 的 化 学 性 质 包 括 挥 发 分 灰 分 元 素 组 成 和 发 热 值 等 参 数, 是 选 择 堆 肥 发 酵 焚 烧 热 解 等 处 理 方 法 的 重 要 依 据 固 体 废 物 的 生 物 化 学 性 质 包 括 生 物 性 污 染 物 质 的 组 成 有 机 组 分 的 生 物 降 解 性 等, 其 中 废 物 有 机 组 分 的 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 上 述 固 体 废 物 的 诸 多 性 质 中 三 成 分 ( 水 分 挥 发 分 灰 分 ) 和 热 值 是 最 基 本 的 参 数 因 此, 通 过 本 实 验 要 达 到 以 下 要 求 1 了 解 固 体 废 物 性 质 分 析 的 目 的 和 意 义 ; 2 掌 握 固 体 废 物 制 样 三 成 分 和 热 值 分 析 的 方 法 二 实 验 方 法 参 见 城 市 生 活 垃 圾 采 样 和 物 理 分 析 方 法 (CJ/T ) 三 实 验 原 理 1. 发 热 值 先 用 已 知 质 量 的 标 准 苯 甲 酸 在 热 量 计 弹 筒 内 燃 烧, 求 出 热 量 计 的 热 容 量 ( 即 在 热 值 上 等 于 热 体 系 温 度 升 高 1K 所 需 的 热 量, 以 J/K 表 示 ), 然 后 使 被 测 物 质 在 同 样 条 件 下, 在 热 量 计 氧 弹 内 燃 烧, 测 量 量 热 体 系 温 度 升 高, 根 据 所 测 温 升 高 及 热 体 系 的 热 容 量, 即 可 求 出 被 测 物 质 的 发 热 量

4 设 被 测 热 量 计 热 容 量 时, 标 准 物 质 所 产 生 的 热 量 为 Q, 温 度 升 高 为 Δt, 则 热 量 计 的 热 容 量 E E=Q/Δt (J/K) 设 被 测 物 质 产 生 的 热 量 为 Q, 体 系 温 度 升 高 为 Δt, 而 体 系 温 度 每 升 高 1K, 所 需 的 热 量 为 E, 则 被 测 物 质 热 量 Q=E Δt (J) 四 实 验 仪 器 1. 恒 温 干 燥 箱 : 由 室 温 到 200 ; 2. 架 盘 天 平 ( 精 度 :5g) ; 分 析 天 平 ( 精 度 :0.001g) 目 标 准 筛 1 个 ; 4. 氧 弹 热 量 计 1 台 套 ; 5. 马 福 炉 1 台 : 由 室 温 到 1000 ; 6. 坩 埚 若 干 个 7. 干 燥 器 1 个 ; 8. 研 钵 1 个 五 实 验 步 骤 ( 一 ) 三 成 分 分 析 1. 废 物 的 物 理 组 成 类 别 (1) 取 垃 圾 试 样 25~50kg, 按 照 下 表 的 分 类 进 行 粗 分 拣 表 1-1 生 活 垃 圾 分 类 有 机 物 无 机 物 可 回 收 物 其 动 物 植 物 灰 土 砖 瓦 纸 类 塑 料 纺 织 玻 璃 金 属 木 他 陶 瓷 橡 胶 物 竹 混 合 (2) 将 粗 分 拣 后 的 剩 余 物 过 10mm 筛, 筛 上 物 细 分 拣 各 成 分, 筛 下 物 按 其 主 要 成 分 分 类 分 类, 无 法 分 类 的 为 混 合 类 (3) 分 类 称 量 计 算 各 组 分 组 成 C i =M i /M 100%

5 C i( 干 )= C 1 - Ci( 水 ) i( 湿 ) 1- C水 2. 含 水 率 (1) 将 各 垃 圾 成 分 的 试 样 破 碎 至 粒 径 小 于 15mm 后, 置 于 干 燥 箱 中, 在 (105±10) 条 件 下 烘 4~8 小 时, 取 下 冷 却 后 称 量 (2) 重 复 烘 1~2 小 时, 再 称 量, 直 至 质 量 恒 定 (3) 计 算 含 水 率 : 1 M - M m j( 湿 ) j( 干 ) C i( 水 ) = m j= 1 M j ( 湿 ) 100% m C ( 水 ) = C i( 水 ) C( i 湿 ) i=1 式 中, M i ( 湿 ) 为 每 次 某 成 分 湿 重,g; M j ( 干 ) 为 每 次 某 成 分 干 重,g;n 为 各 成 分 数 ;m 为 测 定 次 数 ; 其 余 符 号 同 前 3. 容 重 将 采 取 的 垃 圾 试 样 不 加 处 理 装 满 有 效 高 度 1m 容 积 100 升 的 硬 质 塑 料 圆 桶 内, 稍 加 振 动 但 不 压 实 称 取 并 记 录 重 量, 重 复 2~4 次 后, 结 果 按 下 式 计 算 : 垃 圾 容 重 (kg/m 每 次 称 量 质 量 ( kg) )= 称 量 次 数 样 品 体 积 ( L) 4. 灰 分 和 可 燃 物 含 量 垃 圾 灰 分 是 指 垃 圾 试 样 在 815 下 灼 烧 而 产 生 的 灰 渣 量 在 815 温 度 下, 垃 圾 试 样 中 的 有 机 物 质 均 被 氧 化, 金 属 也 成 为 氧 化 物, 这 样 损 失 的 质 量 也 就 是 垃 圾 试 样 中 的 可 燃 物 质 量, 既 挥 发 分 的 质 量 其 分 析 步 骤 如 下 (1) 称 取 并 记 录 下 一 系 列 坩 埚 质 量 (2) 将 粉 碎 后 的 各 垃 圾 成 分 样 品 按 物 理 组 成 的 比 例 充 分 混 合 后, 在 每 个 坩 埚 中 加 入 适 当 的 量, 称 取 并 记 录 质 量 (3) 将 盛 放 有 试 样 的 坩 埚 放 入 到 马 福 炉 ( 或 燃 烧 炉 ), 在 (815±10) 下 灼 烧 1 h, 然 后 取 下 冷 却 (4) 分 别 称 量 并 计 算 含 灰 量, 最 后 结 果 取 平 均 值 R S A= 100% S C

6 式 中,A 为 垃 圾 试 样 的 含 灰 量,%;R 为 在 815 下 灼 烧 后 坩 埚 和 试 样 质 量 ;S 为 灼 烧 前 坩 埚 和 试 样 质 量 ;C 为 坩 埚 的 质 量 (5) 垃 圾 的 可 燃 物 质 含 量 (%)=100-A ( 二 ) 发 热 值 分 析 1. 热 量 计 热 容 量 的 测 定 (1) 试 剂 和 材 料 1 苯 甲 酸 : 已 知 热 值, 其 热 值 应 经 国 家 计 量 机 关 检 定 2 作 点 火 用 的 金 属 丝 ( 铁 镍 铂 铜 ) 直 径 小 于 0.2 毫 米, 将 其 切 成 毫 米 的 线 段 ( 长 度 依 据 氧 弹 内 部 构 造 和 点 火 系 统 确 定 ) 再 把 等 长 的 根 线 段 同 时 放 在 天 平 上 称 重, 并 计 算 出 每 根 的 平 均 重 量 铁 丝 6700J/g 镍 铬 丝 1400 J/g 铜 丝 2500J/g 棉 线 J/g 3 氧 气 : 不 应 有 氢 和 其 他 可 燃 物, 禁 止 使 用 电 解 氧 4 酸 洗 石 棉 (2) 操 作 顺 序 热 量 计 的 热 容 量 就 是 与 其 量 热 体 系 具 有 相 同 热 容 量 的 水 的 重 量 ( 以 克 计 ) 热 量 计 热 容 量 表 数 值 上 等 于 量 热 体 系 温 度 升 高 1 所 需 的 热 量 量 热 体 系 指 在 实 验 过 程 中 发 生 的 热 效 应 所 能 分 布 到 的 部 分, 包 括 量 热 容 器, 氧 弹 的 全 部 以 及 搅 拌 器, 温 度 计 的 一 部 分 热 量 计 热 容 量 用 已 知 热 值 苯 甲 酸, 在 氧 弹 内 用 燃 烧 的 方 法 测 定 试 样 的 测 定 应 与 热 容 量 的 测 定 在 完 全 相 同 的 条 件 下 进 行 当 操 作 条 件 有 变 化 时, 如 更 换 或 修 理 热 容 计 上 的 零 件, 更 换 温 度 计, 室 温 与 上 次 测 定 热 容 量 时 室 温 相 差 超 过 5 以 及 热 量 计 移 到 别 处 等, 均 应 重 新 测 定 热 容 量 1 用 研 钵 将 苯 甲 酸 研 细, 在 烘 箱 中 烘 干 3-4 小 时 冷 却 到 室 温, 放 在 称 量 瓶 中, 在 盛 有 硫 酸 的 干 燥 器 中 干 燥, 直 到 每 克 苯 甲 酸 的 重 量 变 化 不 大 于 克 时 为 止 称 取 此 苯 甲 酸 克, 用 压 片 机 压 成 片 ( 引 火 线 不 应 压 在 药 内 ), 再 称 准 到 克 放 入 坩 埚 中 在 使 用 石 英 坩 埚 时, 为 避 免 破 裂, 可 用 酸 洗 石 棉 将 坩 埚 垫 充, 压 片 放 在 石 棉 之 上 2 在 氧 弹 中 加 入 10 毫 升 蒸 馏 水, 把 盛 有 苯 甲 酸 的 坩 埚 固 定 在 坩 埚 架 上, 再

7 将 一 根 点 火 线 的 两 端 固 定 在 两 个 电 极 上, 其 中 段 放 在 苯 甲 酸 片 上 点 火 线 勿 接 触 坩 埚 ( 可 预 先 检 查 ), 拧 紧 氧 弹 上 的 盖, 然 后 通 过 进 气 管 缓 慢 的 通 入 氧 气, 直 到 弹 内 压 力 为 大 气 压 为 止 氧 弹 不 应 漏 气, 如 有 漏 气 现 象, 应 找 出 原 因, 予 以 修 理 3 将 充 有 氧 气 的 氧 弹 放 入 量 热 容 器 ( 内 筒 ) 中, 加 入 蒸 馏 水 约 3000 克 ( 称 准 到 0.5 克 ) 加 入 的 水 应 淹 到 氧 弹 进 气 阀 螺 帽 高 度 的 2/3 处 每 次 用 量 必 须 相 同 如 以 量 体 积 代 替 称 重, 必 须 按 不 同 温 度 时 水 的 比 重 加 以 校 正 ( 应 事 先 做 出 校 正 表 ) 4 蒸 馏 水 的 温 度 应 根 据 室 温 和 恒 温 外 套 ( 外 筒 ) 水 温 来 调 整, 在 测 定 开 始 时 外 筒 水 温 与 室 温 相 差 不 得 超 过 0.5 当 使 用 热 容 量 较 大 ( 如 3000 克 左 右 ) 的 热 量 计 时, 内 筒 水 温, 比 外 筒 水 温 应 任 低 0.7, 当 使 用 热 容 量 较 小 ( 如 2000 克 左 右 ) 的 热 量 计 时, 内 筒 水 温 应 比 外 筒 水 温 低 1 左 右 5 将 测 温 探 头 插 入 内 筒, 测 温 探 头 和 搅 拌 器 均 不 得 接 触 氧 弹 和 内 筒 6 整 个 实 验 分 为 三 个 阶 段 : 初 期 : 这 是 试 样 燃 烧 以 前 的 阶 段 在 这 一 阶 段 观 测 和 记 录 周 围 环 境 与 量 热 体 系 在 试 验 开 始 温 度 下 的 热 交 换 关 系 每 隔 半 分 钟 读 取 温 度 一 次, 共 读 取 十 一 次, 得 出 十 个 温 度 差 ( 即 十 个 间 隔 数 ) 主 期 : 燃 烧 定 量 的 试 样, 产 生 的 热 量 传 给 热 量 计, 使 热 量 计 装 置 的 各 部 分 温 度 达 到 均 匀 在 初 期 的 最 末 一 次 读 取 温 度 的 瞬 间, 按 下 点 火 键 点 火 ( 点 火 时 的 电 压 应 根 据 点 火 线 的 粗 细 试 验 确 定 在 点 火 线 与 两 极 连 接 好 后, 不 放 入 氧 弹 内, 通 电 实 验 以 点 火 线 烧 断 为 适 合 ), 然 后 开 始 读 取 主 期 的 温 度, 每 半 分 钟 读 取 温 度 一 次, 直 到 温 度 不 再 上 升 而 开 始 下 降 的 第 一 次 温 度 为 止, 这 个 阶 段 算 做 主 期 末 期 : 这 一 阶 段 的 目 的 与 初 期 相 同, 是 观 察 在 试 验 终 了 温 度 下 的 热 交 换 关 系 在 主 期 读 取 最 后 一 次 温 度 后, 每 半 分 钟 读 取 温 度 一 次, 共 读 取 十 次 作 为 实 验 的 末 期 7 停 止 观 测 温 度 后, 从 热 量 计 中 取 出 氧 弹, 用 放 气 帽 缓 缓 压 下 放 气 阀, 在 1 分 钟 左 右 放 尽 气 体, 拧 开 并 取 下 氧 弹 盖, 量 出 未 燃 完 的 引 火 线 长 度, 计 算 其 实 际 消 耗 的 重 量 随 后 仔 细 检 查 氧 弹, 如 弹 中 有 烟 黑 或 未 燃 尽 的 试 样 微 粒, 此 试 样 应

8 作 废 如 果 未 发 现 这 些 情 况, 用 蒸 馏 水 洗 涤 弹 内 各 部 分, 坩 埚 和 进 气 阀, 将 全 部 洗 弹 液 和 坩 埚 中 的 物 质 收 集 在 洁 净 的 烧 杯 中, 洗 弹 液 量 为 毫 升 8 用 干 布 将 氧 弹 内 外 表 面 和 弹 盖 拭 净, 最 好 用 热 风 将 弹 盖 及 零 件 吹 干 或 风 干 9 将 盛 洗 弹 液 的 烧 杯 加 盖 微 沸 5 分 钟, 加 两 滴 1% 酚 酞, 以 0.1N 氢 氧 化 钠 液 滴 到 粉 红 色, 保 持 15 秒 不 变 为 止 10 热 容 量 的 测 定 结 果 不 得 少 于 5 次, 每 两 次 间 的 误 差 不 应 超 过 40 焦 耳, 如 果 前 四 次 间 的 误 差 不 超 过 20 焦 耳, 可 以 省 去 第 5 次 测 定, 取 其 算 术 平 均 值, 作 为 最 后 结 果 (3) 测 定 结 果 计 算 测 定 结 果 按 下 列 公 式 计 算 : K=(Qa+gb+1.43*4.18*C)/Δt 式 中 : K 热 量 计 的 热 容 量 (J/K) Q 苯 甲 酸 的 热 值 (J/g) a 苯 甲 酸 重 量 (g) g 点 火 线 的 燃 烧 热 (J/g) b 实 际 消 耗 的 点 火 线 重 量 (g) 1.43 相 当 于 1 毫 升 0.1N 氢 氧 化 钠 溶 液 的 硝 酸 的 生 成 热 和 溶 解 热 C 滴 定 洗 弹 液 所 消 耗 的 0.1N 氢 氧 化 钠 溶 液 容 积 ( 毫 升 ) 热 量 计 热 交 换 校 正 值 Δt, 用 奔 特 公 式 计 算 Δt=(V+V1)*m/2+V1*r 式 中 : V 初 期 温 度 速 度 V1 末 期 速 度 温 度 m 在 主 期 中 每 分 钟 温 度 上 升 不 小 于 0.3 的 间 隔 数, 第 一 个 间 隔 不 管 温 度 升 多 少 都 计 入 m 中 r 在 主 期 中 每 分 钟 温 度 上 升 小 于 0.3 的 间 隔 数

9 (4) 记 录 及 计 算 实 例 室 内 温 度 22.3 内 筒 温 度 22.5 外 筒 温 度 21.8 所 用 苯 甲 酸 的 热 值 为 26328J/g 表 1-2 热 容 量 数 据 序 号 初 期 主 期 末 期 m m m r r r r r r 点 火,m r r r r r r V=( )/10= V1=( )/10=0.001 Δt=( )*3/ *12= a= 克 gb=34j C=4.01 毫 升 K=(26328* *4.18*4.01)/( )=14533(J/g) 2. 试 样 热 值 的 测 定 以 煤 为 例 : (1) 称 取 粒 度 小 于 0.2mm 的 分 析 试 样 克 ( 称 准 到 克 ), 放

10 在 垫 有 酸 洗 石 棉 的 坩 埚 中, 当 测 定 低 热 值 或 灰 份 大 于 40% 的 煤 不 易 燃 烧 完 全 时, 可 加 入 少 量 (0.2 克 左 右 ) 已 知 热 量 的 苯 甲 酸 (2) 一 般 的 煤 可 作 粉 状 燃 烧, 挥 发 大 的 烟 煤 或 褐 煤 作 粉 状 燃 烧 时, 可 能 溅 出, 故 用 镜 头 纸 包 样 燃 烧 ( 计 算 时 必 须 减 去 纸 的 热 值 ), 或 先 将 试 样 压 成 片 ( 压 力 不 宜 过 大 ), 碎 成 4 5 块, 粒 度 约 1 3mm, 然 后 进 行 测 定 (3) 实 验 步 骤 同 于 水 当 量 的 测 定 (4) 必 须 用 氧 弹 法 测 定 全 硫 含 量 以 计 算 高 位 发 热 量 时, 应 收 集 洗 弹 液 ( 从 实 验 末 期 终 了 时 刻 算 起, 半 小 时 后 再 放 余 气 ), 按 重 量 法 测 定 硫 否 则, 可 不 收 集 (5) 发 热 量 测 定 结 果 计 算 : 测 定 结 果 按 下 列 公 式 计 算 : Q=(K*T- gb)/g Q 用 弹 筒 法 测 定 的 分 析 试 样 的 发 热 量 (J/K) G 分 析 试 样 的 重 量 ( 克 ) 其 余 符 号 的 意 义 见 测 定 结 果 计 算 (1) (6) 高 位 发 热 量 的 计 算 : 1 高 位 发 热 量 按 以 下 公 式 计 算 : QfGW=Q-(94*S+a*Q) 式 中 : QfGW 分 析 基 高 位 发 热 量 (J/g) Q 分 析 基 弹 筒 发 热 量 (J/g) S 氧 弹 燃 烧 法 测 定 的 硫 含 量 (%) 94 每 0.01 克 硫 ( 相 当 于 每 1 克 煤 中 含 1% 的 硫 ) 由 二 氧 化 硫 生 成 硫 酸 的 生 成 热 与 硫 酸 的 溶 解 热 之 和 (J) a 硝 酸 的 生 成 热 和 溶 解 热 的 补 正 系 数, 对 无 烟 煤 和 贫 煤 为 0.001, 对 其 他 煤 种 为 可 按 下 列 公 式 将 分 析 基 结 果 换 算 为 应 用 基 QyGW=QfGw*(100-Wy)/(100-Wf) 式 中 :

11 Wy 应 用 基 全 水 分 (%) Qcw 应 用 基 高 位 发 热 量 (J/K) Wf 分 析 基 水 分 含 量 (%) (7) 低 位 发 热 量 的 计 算 和 换 算 : 低 位 发 热 量 按 下 列 公 式 计 算 : QyDW=QyGW-26(9*Hy+Wy) 式 中 : QyDW 应 用 基 低 位 发 热 量 (J/g) QyGW 应 用 基 高 位 发 热 量 (J/g) Hy 应 用 基 的 氢 含 量 (%)

12 实 验 二 有 机 垃 圾 生 物 处 理 过 程 模 拟 一 实 验 目 的 与 意 义 部 分 有 机 固 体 废 物 可 以 通 过 微 生 物 的 氧 化 分 解 等 生 物 化 学 过 程 转 化 为 稳 定 的 腐 殖 质 沼 气 和 化 学 转 化 品, 实 现 无 害 化 和 资 源 化 好 氧 堆 肥 和 厌 氧 消 化 是 有 机 固 体 废 物 生 物 处 理 的 主 要 工 艺 技 术 本 实 验 的 目 的 是 : 1 观 察 有 机 固 体 废 物 在 生 物 处 理 过 程 中 的 变 化, 加 深 对 堆 肥 和 厌 氧 消 化 概 念 的 理 解 ; 2 掌 握 好 氧 堆 肥 和 厌 氧 消 化 工 艺 过 程 和 控 制 方 法 3 了 解 好 氧 堆 肥 和 厌 氧 消 化 工 艺 影 响 因 素 二 实 验 原 理 1. 好 氧 堆 肥 堆 肥 工 艺 是 一 种 很 古 老 的 有 机 固 体 废 物 的 生 物 处 理 技 术, 早 在 化 肥 还 没 有 被 广 泛 施 于 农 业 以 前, 堆 肥 一 直 是 农 业 肥 料 的 来 源, 人 们 将 杂 草 落 叶 动 物 粪 便 等 堆 积 发 酵, 其 产 品 称 之 为 农 家 肥, 用 它 使 土 地 肥 沃 以 保 证 土 壤 必 需 的 有 机 营 养, 由 此 获 得 农 作 物 的 优 质 高 产 随 着 科 学 技 术 的 不 断 进 步, 人 们 已 将 这 一 古 老 发 酵 方 式 转 为 机 械 化 和 自 动 化 如 今 的 堆 肥 技 术 已 发 展 到 以 城 市 生 活 垃 圾 污 水 处 理 厂 的 污 泥 人 畜 粪 便 农 业 废 物 及 食 品 加 工 废 物 等 为 原 料, 以 机 械 化 代 替 原 先 的 手 工 操 作, 并 通 过 对 发 酵 工 艺 的 开 发, 使 堆 肥 处 理 工 程 走 向 现 代 化 好 氧 堆 肥 是 在 有 氧 条 件 下, 好 氧 菌 对 废 物 进 行 吸 收 氧 化 分 解 微 生 物 通 过 自 身 的 生 命 活 动, 把 一 部 分 被 吸 收 的 有 机 物 氧 化 成 简 单 的 有 机 物, 同 时 释 放 出 可 供 微 生 物 生 长 活 动 需 要 的 能 量, 而 另 一 部 分 有 机 物 则 被 合 成 新 的 细 胞 质, 使 微 生 物 不 断 生 长 繁 殖, 产 生 出 更 多 的 生 物 体 的 过 程 有 机 物 生 化 降 解 的 同 时, 伴 有 热 量 产 生, 因 发 酵 工 程 中 该 热 能 不 会 全 部 散 发 到 环 境 中, 就 必 然 造 成 发 酵 物 料 的 温 度 升 高 这 样 就 会 使 那 些 不 耐 高 温 的 微 生 物 死 亡, 耐 高 温 的 细 菌 快 速 繁 殖 生 态 动 力 学 研 究 表 明, 好 氧 分 解 中, 发 挥 主 要 作

13 用 的 是 菌 体 硕 大 性 能 活 泼 的 嗜 热 细 菌 群 该 菌 群 在 大 量 氧 分 子 存 在 下 降 有 机 物 氧 化 分 解, 同 时 释 放 大 量 能 量 据 此, 发 酵 过 程 应 伴 随 着 两 次 高 温, 将 其 分 成 如 下 三 个 过 程 : 起 始 阶 段 高 温 阶 段 和 熟 化 阶 段 (1) 起 始 阶 段 不 耐 高 温 的 细 菌 分 解 有 机 物 中 易 降 解 的 葡 萄 糖 脂 肪 酸, 同 时 放 出 热 量 使 温 度 上 升 温 度 可 达 15~40 (2) 高 温 阶 段 耐 高 温 菌 迅 速 繁 殖, 在 供 氧 条 件 下, 大 部 分 较 难 降 解 的 有 机 物 ( 蛋 白 质 纤 维 等 ) 继 续 被 氧 化 分 解, 同 时 放 出 大 量 热 能, 使 温 度 上 升 至 60~70 当 有 机 物 基 本 分 解 完 嗜 热 菌 因 缺 乏 养 料 而 停 止 生 长, 产 热 随 之 停 止, 堆 肥 的 温 度 逐 渐 下 降, 当 温 度 稳 定 在 40, 发 酵 基 本 达 到 稳 定, 形 成 腐 殖 质 (3) 熟 化 阶 段 冷 却 后 的 发 酵, 一 些 新 的 微 生 物 借 助 残 余 有 机 物 ( 包 括 死 掉 的 细 菌 残 体 ) 而 生 长, 将 发 酵 过 程 最 终 完 成 在 基 本 掌 握 了 堆 肥 的 原 理 和 过 程 之 后, 发 酵 堆 肥 过 程 的 关 键 就 是 如 何 选 择 工 艺 条 件, 促 使 微 生 物 降 解 的 过 程 顺 利 进 行, 主 要 考 虑 供 氧 量 含 水 量 碳 氮 比 碳 磷 比 ph 值 等 条 件 2. 厌 氧 消 化 厌 氧 消 化 是 指 在 无 分 子 氧 的 条 件 下, 通 过 兼 性 细 菌 和 专 性 厌 氧 细 菌 的 作 用, 使 污 水 或 污 泥 中 各 种 复 杂 有 机 物 分 解 转 化 成 甲 烷 和 二 氧 化 碳 等 物 质 的 过 程 其 最 终 产 物 与 好 氧 处 理 不 同 : 碳 素 大 部 分 转 化 为 甲 烷, 氮 素 转 化 为 氨, 硫 素 转 化 为 硫 化 物, 中 加 产 物 除 同 化 合 成 细 胞 质 外, 还 合 成 复 杂 而 稳 定 的 腐 殖 质 厌 氧 消 化 过 程 是 一 个 极 其 复 杂 的 生 物 化 学 过 程 1997 年, 伯 力 特 (Bryant) 等 人 根 据 微 生 物 的 生 理 种 群 提 出 的 厌 氧 消 化 三 阶 段 理 论, 是 当 前 较 为 公 认 的 理 论 模 式, 即 水 解 酸 化 阶 段 产 氢 产 乙 酸 阶 段 和 产 甲 烷 阶 段 第 一 阶 段 为 水 解 酸 化 阶 段 在 此 阶 段, 复 杂 的 大 分 子 不 溶 性 有 机 物 先 在 细 胞 外 酶 的 作 用 下 水 解 为 小 分 子, 溶 解 性 有 机 物, 然 后 襂 入 细 胞 体 内, 分 解 产 生 挥 发 性 有 机 酸 醇 类 醛 类 等 这 个 阶 段 主 要 产 生 较 高 级 的 脂 肪 酸 碳 水 化 合 物 蛋 白 质 和 脂 肪 被 分 解 和 酸 化 为 单 糖 氨 基 酸 脂 肪 酸 甘 油 及 二 氧 化 碳 氢 等 固 态 有 机 物 的 水 解 溶 解 态 有 机 物 的 酸 化 无 法 分 开, 并 且 反 应 速 度 快 这 一 过 程 在 厌 氧 消 化 中 不 起 控 制 作 用

14 如 果 污 水 或 污 泥 中 含 有 硫 酸 盐, 另 一 组 细 菌 脱 硫 弧 菌 就 利 用 有 机 物 和 硫 酸 根 合 成 新 的 细 菌, 产 生 H 2 S 和 CO 2, 在 进 行 甲 烷 发 酵 前 就 代 谢 掉 许 多 有 机 物, 是 甲 烷 产 量 降 低 第 二 阶 段 为 产 氢 产 乙 酸 阶 段 在 产 氢 产 乙 酸 细 菌 的 作 用 下, 第 一 阶 段 产 生 的 各 种 有 机 酸 被 分 解 转 化 成 乙 酸 CO 2 和 H 2, 例 如 : CH 3 CH 2 CH 2 COOH+2H 2 O CH 3 CH 2 COOH+CH 3 COOH+2H 2 ( 戊 酸 ) ( 丙 酸 ) ( 乙 酸 ) CH 3 CH 2 COOH+2H 2 O CH 3 COOH+3H 2 +CO 2 ( 丙 酸 ) ( 乙 酸 ) 第 三 阶 段 为 产 甲 烷 阶 段 产 假 万 细 菌 将 乙 酸 乙 酸 盐 CO 2 和 H 2 等 转 化 为 甲 烷 此 过 程 由 两 组 生 理 上 不 同 的 产 甲 烷 细 菌, 一 组 把 氢 和 二 氧 化 碳 转 化 为 甲 烷, 另 一 组 从 乙 酸 或 乙 酸 盐 脱 氢 产 生 甲 烷 前 者 约 占 总 量 的 1/3, 后 者 约 占 2/3 4H 2 +CO 2 产 甲 烷 菌 CH 4 +2H 2 O ( 占 1/3) CH 3 COOH+H 2 O 产 甲 烷 菌 2CH 4 +2CO 2 ( 占 2/3) CH 3 COONH 4 +H 2 O 产 甲 烷 菌 CH 4 +NH 4 HCO 3 产 甲 烷 细 菌 由 甲 烷 杆 菌 甲 烷 球 菌 等 绝 对 厌 氧 细 菌 组 成 由 于 产 甲 烷 细 菌 世 代 时 间 长 繁 殖 速 度 慢, 所 以 这 一 阶 段 控 制 了 整 个 厌 氧 消 化 过 程 虽 然 厌 氧 消 化 过 程 可 分 为 上 述 三 个 阶 段, 但 在 厌 氧 反 应 器 中, 三 个 阶 段 是 同 时 进 行 的, 并 保 持 某 种 程 度 的 动 态 平 衡 这 种 动 态 平 衡 一 旦 被 某 种 外 加 因 素 打 破, 首 先 将 是 产 甲 烷 阶 段 受 到 抑 制, 并 导 致 低 级 脂 肪 酸 的 积 存 和 厌 氧 进 程 的 异 常 变 化, 甚 至 会 导 致 整 个 厌 氧 消 化 过 程 的 停 滞 一 次, 为 保 证 消 化 过 程 正 常 进 行, 必 须 建 立 这 一 平 衡 三 好 氧 堆 肥 过 程 模 拟 1. 实 验 装 置 由 6 个 有 机 玻 璃 制 发 酵 抽 屉 增 氧 泵 1 台 布 气 管 路 1 套 固 体 支 架 1 套 连 接 管 道 等 组 成, 每 个 发 酵 箱 容 积 为 20L 规 格 :720mm*450mm*1000mm

15 装 置 结 构 见 下 面 示 意 图 2. 操 作 步 骤 (1) 将 40kg 有 机 垃 圾 进 行 人 工 剪 切 破 碎, 并 筛 分, 使 垃 圾 粒 度 小 于 10mm (2) 测 定 有 机 垃 圾 的 含 水 率 (3) 将 破 碎 后 的 有 机 垃 圾 投 加 到 每 个 反 应 器 中, 控 制 供 气 流 量 为 1m 3 /(h t) (4) 在 堆 肥 开 始 第 天 分 别 取 样 测 定 堆 体 的 含 水 率, 记 录 堆 体 中 央 温 度, 从 气 体 取 样 口 取 样 测 定 CO 2 和 O 2 浓 度 (5) 再 调 节 供 气 流 量 分 别 为 1.5 m 3 /(h t) 和 2 m 3 /(h t), 重 复 上 述 实 验 步 骤 3. 试 验 结 果 整 理 (1) 记 录 试 验 主 体 设 备 尺 寸 试 验 温 度 气 体 流 量 等 基 本 参 数 (2) 试 验 数 据 可 参 考 表 3-1 记 录 表 3-1 垃 圾 发 酵 试 验 数 据 记 录 表 项 目 供 气 流 量 1m 3 /(h t) 供 气 流 量 1.5m 3 /(h t) 供 气 流 量 为 2m 3 /(h t) 含 水 温 度 CO2 O2/ 含 水 温 度 CO2 O2 含 水 温 度 CO2/% O2/ 率 /% / /% % 率 /% / /% /% 率 /% / % 原 始 垃 圾 第 1 天 第 3 天

16 第 5 天 第 8 天 第 10 天 第 15 天 四 厌 氧 消 化 过 程 模 拟 1. 实 验 装 置 发 酵 罐 为 有 机 玻 璃 制 配 套 附 件 有 :1) 进 水 泵 1 台 ;2) 废 水 配 水 箱 1 个 ; 3) 厌 氧 搅 拌 系 统 1 套 ;4) 不 锈 钢 加 热 罐 1 个 ;5) 加 热 恒 温 水 套 1 套 ( 反 应 温 度 控 制 40 度 左 右 );6) 温 度 控 制 系 统 1 套 ( 控 温 精 度 :±1 度 ) 7) 湿 式 气 体 流 量 计 1 台 ;8) 水 封 槽 2 个 ; 9) 小 型 电 器 控 制 柜 1 个 ;10) 漏 电 保 护 器 1 个 ;11) 不 锈 钢 实 验 台 架 ;12) 连 接 管 道 及 阀 门 等 若 干 装 置 整 体 尺 寸 约 : 长 * 宽 * 高 =1000mm*500mm*1500mm 装 置 结 构 见 下 图 图 中 A 为 电 源 开 关,B 为 循 环 水 加 热 锅,C 为 搅 拌 机 电 机,D 为 气 体 湿 式 流 量 计,E 为 循 环 泵, F 为 外 层 保 温 水,G 为 内 层 溢 流 管,H 为 排 放 口,I 为 加 热 锅 溢 流 管,J 为 保 温 水 排 放 口,K 为 出 气 管,K1 K2 K3 分 别 为 阀 门,M 为 保 温 水 循 环 管,M0 M1 分 别 为 阀 门,N 为 进

17 料 口,P 为 温 度 计,Q 为 压 力 计,R 为 出 气 孔,S 为 放 水 阀,2 为 搅 拌 器 开 关,3 为 加 热 器 开 关,4 为 循 环 泵 开 关 测 试 装 置 密 闭 性 关 闭 K3, 打 开 K1 K2, 由 M1 向 装 置 鼓 气, 一 段 时 间 后 关 闭 M1 在 各 接 口 处 抹 肥 皂 水, 没 有 气 泡 即 不 漏 气 若 不 漏 气 打 开 M1, 关 闭 K1 K2 连 接 湿 式 气 体 流 量 计, 记 录 流 量 计 初 始 读 数 操 作 步 骤 (1) 关 闭 保 温 水 排 放 口 J, 将 锅 盖 顺 时 针 方 向 旋 转 45 左 右, 用 接 在 水 龙 头 上 的 水 管 向 锅 内 注 水 同 时, 打 开 电 源 总 开 关, 按 下 电 源 控 制 器 上 的 4 键 打 开 循 环 泵, 当 锅 上 的 溢 流 管 I 开 始 出 水 时 停 止 向 锅 内 注 水 将 锅 盖 恢 复 原 状, 并 检 查 连 接 处 是 否 拧 紧 (2) 按 电 源 控 制 器 上 的 3 键 打 开 加 热 器, 设 定 温 度 对 循 环 水 加 热 (3) 当 达 到 预 定 温 度 后, 关 闭 排 放 口 H 的 阀 门 M0, 内 层 溢 流 管 G 的 阀 门 M1 打 开 进 料 口 N 上 的 螺 栓, 填 入 垃 圾, 然 后 盖 上 N 拧 紧 螺 栓 打 开 K1 K2 K3, 按 下 电 源 控 制 器 上 的 2 键, 打 开 搅 拌 机, 开 始 厌 氧 消 化 (4) 实 验 进 行 一 段 时 间 后, 记 录 流 量 计 读 数 (5) 当 全 部 实 验 结 束 后, 关 闭 电 源, 打 开 排 放 口 H, 将 垃 圾 抽 出 (6) 打 开 保 温 水 排 放 口 J, 将 保 温 水 放 出 2. 仪 器 设 备 (1) 消 化 反 应 器 :2500mL 的 两 口 小 口 瓶,1 只 (2) 湿 式 气 体 流 量 计 :1 台 (3) 白 炽 灯 泡 :100W,6 个 (4) 温 度 指 标 控 制 仪 :1 台 (5) COD 测 定 仪 器 :1 套 (6) 测 定 碱 度 仪 器 :1 套 (7) 烘 箱 :1 台 (8) 马 福 炉 :1 台 (9) 分 析 天 平 :1 台

18 (10) 气 相 色 谱 仪 :1 台 (11) 酸 度 计 :1 台 (12) 漏 斗 螺 丝 夹 等 3. 操 作 步 骤 (1) 从 城 市 污 水 厂 取 回 成 熟 的 消 化 污 泥, 并 测 定 其 MLSS MLVSS (2) 取 消 化 污 泥 2L 装 入 厌 氧 消 化 器 内 ( 控 制 污 泥 浓 度 为 20g/L 左 右 ) (3) 密 闭 消 化 反 应 系 统, 放 置 1d, 以 碱 性 细 菌 消 耗 消 化 反 应 器 内 的 氧 气 (4) 配 制 10g/L 的 谷 氨 酸 钠 溶 液 谷 氨 酸 钠 化 学 式 为 NaOOC CH 2 CH 2 CH COOH NH2 (5) 第 二 天, 将 消 化 反 应 器 内 的 混 合 也 摇 匀, 按 确 定 的 水 力 停 留 时 间 由 螺 夹 6 处 排 去 消 化 反 应 器 内 的 混 合 液 ( 例 如, 水 力 停 留 时 间 为 5d, 应 排 去 混 合 液 400mL) (6) 按 确 定 的 停 留 时 间 投 加 谷 氨 酸 钠 溶 液 和 磷 酸 二 氢 钾 溶 液, 使 消 化 反 应 器 内 混 合 液 体 积 仍 然 是 2L 具 体 操 作 为 :(1) 先 到 少 量 谷 氨 酸 钠 溶 液 于 进 料 漏 斗, 微 微 打 开 螺 丝 夹 是 溶 液 缓 缓 流 入 消 化 反 应 器, 并 继 续 加 谷 氨 酸 钠 和 磷 酸 二 氢 钾 溶 液 ;(2) 当 漏 斗 中 溶 液 只 剩 很 少 量 时, 迅 速 关 紧 螺 丝 夹, 以 免 空 气 进 入 实 验 装 置 (7) 摇 匀 消 化 反 应 器 内 的 混 合 液, 开 始 进 行 厌 氧 消 化 反 应 (8) 第 二 天 记 录 湿 式 气 体 流 量 计 读 数, 计 算 一 天 的 产 气 量, 测 定 排 除 混 合 液 的 ph (9) 以 后 每 天 重 复 实 验 步 骤 5~8 一 般 情 况 下, 运 行 1~2 个 月 可 以 得 到 稳 定 的 消 化 系 统 (10) 实 验 系 统 稳 定 后 连 续 3d 测 定 Ph 气 体 成 分 碱 度 进 水 COD MLSS MLVSS 实 验 时 应 注 意 下 述 实 验 条 件 : 1 绝 对 厌 氧 由 于 甲 烷 细 菌 使 专 性 厌 氧 细 菌, 实 验 装 置 ( 或 生 产 设 备 ) 应 保 证 绝 对 厌 氧 条 件

19 2pH 实 验 系 统 的 Ph 宜 控 制 在 6.5~7.5mg/L(CaCO 3 ) 当 Ph 低 于 6.5 时, 实 验 系 统 内 可 以 投 加 碳 酸 氢 钠 调 节 碱 度, 生 产 性 设 备 中 则 可 投 加 石 灰 石 调 节 碱 度 3 营 养 兼 性 细 菌 厌 氧 细 菌 与 好 氧 细 菌 一 样, 需 要 氮 磷 营 养 元 素 以 及 各 种 微 量 元 素, 厌 氧 消 化 过 程 中 氮 磷 可 按 BOD 5 :N:P=(200~300):5:1 进 行 投 加 如 果 实 验 污 水 或 污 泥 含 氮 量 不 够, 可 以 投 加 氯 化 铵 作 为 氮 源, 但 不 能 投 加 硫 酸 铵, 因 为 硫 酸 弧 菌 会 利 用 硫 酸 铵 与 产 甲 烷 菌 争 夺 有 机 物, 产 生 H 2 S CO 2 并 合 成 细 胞, 降 低 CH 4 的 产 量 4 温 度 甲 烷 细 菌 对 于 温 度 的 适 应 性, 可 分 为 两 类, 即 中 温 甲 烷 菌 ( 适 应 温 度 区 30 ~35 ) 和 温 度 甲 烷 菌 ( 适 应 温 度 区 50 ~55 ) 两 区 之 间, 反 应 速 率 反 而 减 慢 可 见 消 化 反 应 与 温 度 之 间 的 关 系 不 是 连 续 的 厌 氧 消 化 允 许 的 温 度 变 化 范 围 为 ±3 的 变 化 时, 就 会 抑 制 消 化 速 率 5 污 泥 龄 与 负 荷 厌 氧 消 化 效 果 的 好 坏 与 污 泥 龄 有 直 接 关 系 在 污 泥 厌 氧 消 化 工 艺 中, 污 泥 龄 (θc) 等 于 水 力 停 留 时 间 (SRT) 对 于 上 流 式 厌 氧 污 泥 床, 厌 氧 滤 池 和 厌 氧 流 化 床 等 新 型 厌 氧 工 艺 的 有 机 负 荷 在 中 温 时 为 5~15kg(COD)/(m 3 d), 也 可 高 达 30 kg(cod)/(m 3 d) 最 好 通 过 实 验 来 确 定 最 适 合 的 负 荷 污 水 或 污 泥 在 厌 氧 消 化 设 备 中 的 停 留 时 间 以 不 引 起 厌 氧 细 菌 流 失 为 准, 它 与 操 作 方 式 有 关 但 温 度 为 35 时, 对 于 间 歇 进 料 的 实 验, 水 力 停 留 时 间 约 为 5~7d 6 混 合 与 搅 拌 混 合 与 搅 拌 是 提 高 消 化 效 率 的 工 艺 条 件 之 一 适 当 的 混 合 与 搅 拌 可 以 使 厌 氧 细 菌 与 有 机 物 充 分 接 触, 使 有 机 物 分 解 过 程 加 快, 增 加 产 气 量, 还 可 以 打 碎 消 化 池 面 上 的 污 渍, 是 反 应 器 内 的 环 境 因 素 保 持 均 匀 实 验 室 里 间 歇 进 料 的 厌 氧 消 化 实 验, 在 温 度 35 时, 每 日 混 合 2~3 次 即 可 7 有 毒 物 质 与 耗 氧 处 理 相 同, 有 毒 物 质 会 影 响 或 破 坏 厌 氧 消 化 过 程 例 如, 重 金 属 HS - NH 3 碱 与 碱 土 金 属 (Na + K + Ca 2+ Mg 2+ ) 等 都 会 影 响 厌 氧 消 化 厌 氧 消 化 实 验 可 以 用 污 水 污 泥 马 粪 等 进 行, 也 可 以 用 自 己 已 知 成 分 的 化 学 药 品 ( 如 醋 酸 醋 酸 钠 谷 氨 酸 ) 等 进 行 本 实 验 是 在 35 条 件 下, 采 用 校 园 垃 圾 食 堂 厨 余 垃 圾 或 污 水 厂 污 泥 进 行 实 验

20 本 实 验 采 用 间 歇 进 料 方 式, 进 行 厌 氧 消 化 研 究 时, 一 般 采 用 连 续 进 料 方 式 注 意 事 项 : (1) 为 使 实 验 装 置 不 漏 气, 可 用 橡 皮 泥 或 四 氟 乙 烯 袋 等 其 他 方 法 密 封 各 接 口 (2) 每 组 宜 做 两 个 对 比 实 验, 一 个 为 水 力 停 留 时 间 长 于 7d, 另 一 个 为 短 于 7d, 以 观 察 ph 碱 度 产 气 量 COD 去 除 率 的 变 化 情 况 停 留 时 间 短 于 7d 装 置 可 在 实 验 开 始 后 的 10~20d 左 右 测 定 上 述 项 目 4. 实 验 结 果 整 理 (1) 记 录 实 验 设 备 和 操 作 基 本 参 数 : 实 验 开 始 日 期 年 月 日 实 验 结 束 日 期 年 月 日 消 化 器 容 积 L 实 验 温 度 泥 龄 θ1= θ2= 谷 氨 酸 钠 投 加 量 g/d 磷 酸 二 氢 钾 投 入 量 g/d (2) 参 考 表 3-2 记 录 产 气 量 和 ph 表 3-2 产 气 量 和 ph 水 力 停 留 时 间 θ1= 日 期 湿 式 气 体 流 量 计 读 数 产 气 量 /(ml d -1 ) PH (3) 气 相 色 谱 仪 测 得 的 气 体 成 分 可 参 考 表 3-3 记 录 表 3-3 厌 氧 消 化 气 体 成 分 成 分 h(ch 4 )/cm CH 4 /% h(co 2 )/cm CO 2 /% h(h 2 )/cm H 2 /% 标 准 样 成 分 h(ch 4 )/cm CH 4 /% h(co 2 )/cm CO 2 /% h(h 2 )/cm H 2 /% 日 期 (4) 碱 度 测 定 数 据 可 按 表 3-4 记 录, 并 计 算 碱 度 ( 以 CaCO 3 计 )

21 表 3-4 碱 度 测 定 数 据 记 录 日 期 θ1/d H2SO4 的 用 量 H2SO4 的 浓 度 /(mol L -1 ) 后 读 数 初 读 书 差 值 (5)COD 测 定 数 据 可 参 考 表 3-5 记 录, 并 计 算 COD 表 3-5 COD 测 定 数 据 记 录 日 θ 空 白 进 水 COD 出 水 COD 硫 酸 亚 铁 铵 期 1/d 后 初 差 水 后 初 差 水 后 初 差 水 浓 度 / 读 读 值 样 读 读 值 样 读 读 值 样 (mol L -1 ) 数 数 体 数 数 体 数 数 体 积 积 积 /ml /ml /ml (6)MLSS 和 MLVSS 的 测 定 数 据 可 参 考 表 3-6 记 录, 并 计 算 MLSS 和 MLVSS 表 3-6 MLSS 和 MLVSS 的 测 定 数 据 滤 纸 灰 分 日 期 θ1/d 坩 埚 编 号 坩 埚 + 滤 纸 /g 坩 埚 + 滤 纸 + 污 泥 /g 灼 烧 后 质 量 /g

22 五 实 验 结 果 讨 论 1. 绘 制 堆 体 温 度 随 时 间 变 化 的 曲 线 2. 根 据 实 验 结 果 讨 论 环 境 因 素 对 好 氧 堆 肥 和 厌 氧 消 化 的 影 响

23 实 验 三 危 险 废 物 固 化 处 理 一 实 验 目 的 与 意 义 危 险 废 物 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 或 一 种 以 上 危 险 特 性 的 废 物 危 险 废 物 的 污 染 危 害 具 有 长 期 性 和 潜 伏 性, 可 以 延 续 很 长 时 间, 因 此 国 内 外 废 物 管 理 都 将 危 险 废 物 作 为 重 点 管 理 对 象 固 化 / 稳 定 化 技 术 是 目 前 被 广 泛 应 用 于 处 理 电 镀 污 泥 铬 渣 砷 渣 和 汞 渣 的 有 效 的 危 险 废 物 处 理 手 段 固 化 处 理 的 效 果 常 采 用 浸 出 率 增 容 比 抗 压 强 度 等 指 标 加 以 衡 量 其 中 浸 出 率 是 评 价 固 化 处 理 效 果 和 衡 量 固 化 体 性 能 的 一 项 重 要 指 标 了 解 浸 出 率 有 助 于 比 较 和 选 择 不 同 的 固 化 方 案, 有 利 于 估 计 各 类 固 化 体 凿 贮 存 运 输 等 条 件 下 与 水 接 触 所 引 起 的 危 险 大 小 因 此, 通 过 本 实 验 要 达 到 以 下 要 求 1 掌 握 固 体 废 物 固 化 处 理 的 工 艺 操 作 过 程 ; 2 了 解 我 国 危 险 废 物 鉴 别 标 准 中 规 定 的 危 险 特 性 和 鉴 别 方 法 3 掌 握 固 化 体 浸 出 率 测 试 方 法 二 实 验 方 法 浸 出 率 测 定 依 据 危 险 废 物 鉴 别 标 准 -- 浸 出 毒 性 鉴 别 (GB ) 和 浸 出 液 的 制 备 (GB ) 固 体 废 物 浸 出 毒 性 浸 出 方 法 水 平 振 荡 法 三 实 验 原 理 汞 砷 铅 铬 铜 等 有 害 物 质 及 化 合 物 遇 水 通 过 浸 沥 作 用, 从 危 险 废 物 中 迁 移 转 化 到 水 溶 液 中 延 长 接 触 时 间, 采 用 水 平 振 荡 器 等 强 化 可 溶 解 物 质 的 浸 出, 测 定 强 化 条 件 下 浸 出 的 有 害 物 质 浓 度 可 以 表 征 危 险 废 物 的 浸 出 毒 性

24 四 实 验 设 备 原 料 和 分 析 试 剂 1. 实 验 设 备 固 化 块 浸 出 毒 性 采 用 自 制 模 具 选 用 PPR 热 水 管 ( 外 径 50.2mm 内 径 40.3mm) 分 段 切 割 成 高 为 80±2mm 的 小 段 若 干, 即 制 成 φ40mm h80mm 模 具 从 横 截 面 直 径 起 沿 圆 柱 中 心 线 切 合 成 两 半, 用 直 径 为 1.5mm 的 铁 丝 上 下 分 两 圈 箍 紧, 并 编 号 1-80 待 用 表 2-1 试 验 名 称 及 相 关 设 备 试 验 名 称 设 备 名 称 含 水 率 试 验 北 京 赛 尔 多 利 斯 天 平 有 限 公 司 产 电 子 天 平 一 台 上 海 市 试 验 仪 器 总 厂 产 101G-3 型 电 热 鼓 风 干 燥 箱 一 台 污 泥 的 粒 度 分 析 试 验 英 国 马 尔 文 公 司 产 MS2000 型 激 光 粒 度 分 析 仪 一 台 污 泥 重 金 美 国 热 电 公 司 属 背 景 值 常 州 国 华 电 器 有 限 (Thermo) 产 M6 型 火 焰 分 析 及 总 公 司 产 SH-A 型 恒 温 可 控 温 电 热 板 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 1 量 的 测 定 振 荡 器 套 试 验 固 化 / 稳 定 化 试 验 PPR 热 水 管 中 国 建 筑 科 学 仪 器 设 计 院 仪 器 厂 生 产 HJW-300 型 混 凝 土 河 北 省 北 方 建 筑 仪 器 制 造 有 限 公 司 产 100mm 100mm 100mm 固 化 试 验 工 作 台 搅 拌 机 1 台 工 程 塑 料 试 模 固 化 块 脱 模 和 养 护 温 岭 飓 霸 机 械 有 限 公 司 产 ZB-0.11/7 型 空 气 混 凝 土 常 温 蒸 汽 养 护 室 压 缩 机 1 台

25 固 化 体 极 限 抗 压 试 验 固 化 体 毒 性 浸 出 测 试 试 验 无 锡 建 筑 材 料 仪 器 机 械 厂 产 NYL-2000 型 压 力 试 验 机 一 台 常 州 国 华 电 器 有 限 公 司 产 SH-A 型 恒 温 振 荡 器 1 台, 美 国 热 电 公 司 (Thermo) 产 M6 型 火 焰 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 1 套 2. 原 料 (1) 含 重 金 属 污 泥 (2) 普 通 硅 酸 盐 水 泥, 石 灰 (3) 粉 煤 灰 : 电 厂 一 等 级 3. 分 析 仪 器 与 试 剂 (1) 2000 ml 广 口 聚 乙 烯 瓶 4 个 (2) 烘 箱 1 台 (3) 电 子 天 平 ( 精 度 :0.01g) 1 台 (4) 水 平 振 荡 器 1 台 (5) 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 1 台 (6) 漏 斗 漏 斗 架 若 干 (7) 量 筒 1000ml 1 支 (8) 0.45μm 微 孔 滤 膜 若 干 (9) 氢 氧 化 钠 和 盐 酸 溶 液 五 实 验 步 骤 1. 固 化 操 作 制 定 固 化 材 料 配 比, 将 每 搅 拌 埚 所 需 物 料 称 量 投 加 入 混 凝 土 搅 拌 机 中, 初 次 加 入 设 计 用 水 量 的 50%-60% 后, 打 开 搅 拌 机 工 作 电 源, 并 边 搅 拌 边 缓 缓 投 加 剩 余 水 量, 调 整 搅 拌 刀 片 顺 次 逆 次 交 替 搅 拌 若 干 次, 约 10min 后, 直 至 搅 拌 机 中 物 料 均 匀 混 合 成 可 塑 性 并 稍 有 黏 性 的 半 固 体 后 停 止 将 物 料 转 移 至 工 作 台 上 后,

26 将 100mm 100mm 100mm 塑 料 模 具 中 均 匀 涂 满 润 滑 油 并 垫 好 贴 纸 并 编 号 先 将 模 具 填 满 50%-60%, 并 用 铁 锨 适 度 戳 搅 25 次 左 右, 再 将 填 料 分 两 次 填 满 剩 余 空 间, 并 在 每 次 添 加 后 分 别 戳 搅 和 磨 平 以 同 样 方 法 将 填 料 填 满 φ40mm h80mm 自 制 模 具 制 成 毒 性 浸 出 测 试 固 化 块, 与 前 100mm 100mm 100mm 抗 压 强 度 测 试 固 化 块 以 同 放 置 定 型 等 待 脱 模 固 化 操 作 的 流 程 图 如 下 所 示 : 固 化 材 料 混 合 固 化 材 料 搅 拌 φ40mm h80mm 型 固 化 块 成 型 100mm 100mm 100mm 型 固 化 块 脱 模 固 化 块 浸 出 性 测 试 固 化 块 养 护 固 化 块 抗 压 强 度 测 试 图 1 固 化 操 作 流 程 图 固 化 块 的 固 化 效 果 受 固 化 龄 期 的 影 响, 采 取 脱 模 后 养 护 3 天 10 天 14 天 28 天 作 龄 期 的 考 察 点, 对 φ40mm h80mm 固 化 块 做 浸 出 性 测 试 2. 浸 出 率 (1) 取 粉 碎 的 固 化 体 100 克 ( 干 基 ) 试 样 ( 无 法 采 用 干 基 质 量 的 样 本 则 先 测 水 分 加 以 换 算 ), 放 入 2L 具 塞 广 口 聚 乙 烯 瓶 中 (2) 将 蒸 馏 水 用 氢 氧 化 钠 或 盐 酸 调 ph 至 5.8~6.3, 取 1L 加 入 前 述 聚 乙 烯 瓶 中 (3) 盖 紧 瓶 盖 后 固 定 于 水 平 振 荡 机 上, 室 温 下 振 荡 8h (110±10)r/min, 单 向 振 幅 20mm

27 (4) 取 下 广 口 瓶 静 置 16h (5) 用 0.45μm 微 孔 滤 膜 抽 滤 (0.035MPa 真 空 度 ), 收 集 全 部 滤 液 即 浸 出 液, 供 分 析 用 (6) 用 原 子 吸 收 火 焰 分 光 光 度 计 测 定 浸 出 液 的 Cd Cr Cu Ni Pb 和 Zn 浓 度 (7) 取 一 个 2L 广 口 聚 乙 烯 瓶, 按 照 步 骤 (2)~(6) 同 时 操 作, 做 空 白 实 验 (8) 记 录 分 析 结 果 并 分 析 整 理 表 2-2 实 验 数 据 项 目 Cd Cr Cu Ni Pb Zn 空 白 浓 度 (mg/l) 样 本 浓 度 (mg/l) 六 实 验 结 果 与 讨 论 1. 评 述 本 实 验 方 法 和 实 验 结 果 2. 以 双 因 素 实 验 设 计 法 拟 定 一 个 测 定 不 同 浸 取 时 间 的 实 验 方 案 3. 分 析 哪 些 因 素 会 影 响 危 险 废 物 浸 出 浓 度

28 实 验 四 垃 圾 填 埋 场 稳 定 化 过 程 模 拟 一 实 验 目 的 与 意 义 填 埋 处 置 就 是 在 陆 地 上 选 择 合 适 的 天 然 场 所 或 人 工 改 造 出 合 适 的 场 所, 把 固 体 废 物 用 土 层 覆 盖 起 来 的 技 术 这 种 处 置 方 法 可 以 有 效 的 隔 离 污 染 物 保 护 好 环 境, 并 且 具 有 工 艺 简 单 成 本 低 的 优 点 目 前 土 地 填 埋 处 置 在 大 多 数 国 家 已 成 为 固 体 废 弃 物 最 终 处 置 的 一 种 重 要 方 法 随 着 环 境 工 程 的 迅 速 发 展, 填 埋 处 置 已 不 仅 仅 只 是 简 单 的 堆 填 埋, 而 是 更 注 重 对 固 体 废 物 进 行 屏 蔽 隔 离 的 工 程 贮 存 填 埋 主 要 分 为 两 种 : 一 般 城 市 垃 圾 与 无 害 化 的 工 业 废 渣 是 基 于 环 境 卫 生 角 度 而 填 埋, 称 卫 生 土 地 填 埋 或 卫 生 填 埋 而 对 有 毒 有 害 物 质 的 填 埋 则 是 基 于 安 全 考 虑, 称 安 全 土 地 填 埋 或 安 全 填 埋 填 埋 分 为 厌 氧 填 埋 好 氧 填 埋 和 准 好 氧 填 埋 三 种 类 型 其 中 好 氧 填 埋 类 似 高 温 堆 肥, 最 大 优 点 是 可 以 减 少 因 垃 圾 降 解 过 程 渗 出 液 积 累 过 多 造 成 的 地 下 水 污 染, 其 次 好 氧 填 埋 分 解 速 度 快, 所 产 生 的 高 温 可 有 效 地 消 灭 大 肠 杆 菌 和 部 分 致 病 细 菌 : 但 好 氧 填 埋 处 置 工 程 结 构 复 杂, 施 工 难 度 大, 投 资 费 用 高 故 难 于 推 广 准 好 氧 填 埋 介 于 好 氧 和 厌 氧 之 间, 也 存 在 类 似 好 氧 填 埋 的 问 题, 使 用 不 多 厌 氧 填 埋 是 国 内 采 用 最 多 的 填 埋 形 式, 具 有 结 构 简 单 操 作 方 便 工 程 造 价 低, 可 回 收 甲 烷 气 体 等 优 点 二 实 验 原 理 参 见 实 验 二 的 厌 氧 消 化 部 分 三 实 验 装 置 装 置 结 构 见 下 图

29 图 中 A 为 电 源 总 开 关,B 为 循 环 水 加 热 锅,C 为 循 环 泵,D1 D2 D3 D4 分 别 为 取 样 口,E 为 循 环 水 排 放 口,F 为 渗 滤 液 出 口,G 为 水 封 水 排 放 口,H 为 排 气 口,L 为 循 环 水 管,I 为 垃 圾 排 放 口,J 为 加 热 锅 溢 流 管,1 为 加 热 锅 开 关,2 为 循 环 泵 开 关 1. 技 术 条 件 与 指 标 (1) 主 体 反 应 柱 : 直 径 180mm (2) 保 温 外 套 直 径 200mm 柱 高 2000mm (3) 最 高 使 用 温 度 :60 度 (4) 加 热 功 率 :1.5W (5) 控 制 系 统 精 度 :±1 度 (6) 取 样 口 4 个 (7) 卸 料 口 1 个 (8) 集 气 罩 1 个 (9) 排 液 口 1 个 (10) 加 热 恒 温 装 置 1 套 (11) 仪 表 控 制 箱 1 个 (12) 加 热 罐 1 只 (13) 排 气 口 1 个 (14) 循 环 水 泵 1 台

30 支 架 连 接 管 道 及 阀 门 等 1 套 2. 装 置 结 构 (1) 柱 体 : 填 埋 住 的 柱 体 由 有 机 玻 璃 制 成, 方 便 观 察 (2) 取 样 口 : 在 不 同 高 度 设 有 4 个 取 样 口, 对 其 阶 段 的 反 应 结 果 进 行 取 样 分 析 (3) 保 温 装 置 : 使 填 埋 柱 内 保 持 一 定 的 反 应 温 度, 以 利 于 加 快 其 反 应 速 度, 装 置 采 用 保 温 水 套 的 形 状, 对 其 加 热 保 温 (4) 卸 料 口 : 方 便 卸 料 (5) 集 气 罩 : 对 反 应 所 产 生 的 气 体 进 行 收 集 装 置 总 体 尺 寸 : 长 * 宽 * 高 =1050mm*600mm*2350mm 四 操 作 步 骤 1. 首 先 检 查 设 备 有 无 异 常 ( 漏 电 漏 水 等 ) 一 切 正 常 后 开 始 操 作 2. 对 有 机 物 在 柱 内 进 行 分 层 填 埋 堆 肥 至 顶 部, 也 可 在 顶 部 盖 上 一 层 粘 土 3. 加 入 恒 温 水, 打 开 温 度 控 制 开 关 与 循 环 泵 开 关, 对 系 统 进 行 加 热 保 温 工 作 4. 反 应 时 间 一 般 为 10~60 天, 根 据 实 际 情 况 而 定, 在 此 期 间 可 对 不 同 反 应 时 间 阶 段, 对 其 取 样 分 析 5. 反 应 结 束 后, 卸 除 余 料, 关 闭 所 有 电 源, 检 查 设 备 状 况, 没 有 问 题 后 离 开 注 意 事 项 1. 加 热 器 加 热 时, 必 须 保 证 内 部 充 满 水, 不 能 空 烧 2. 程 序 控 制 器 如 长 时 间 不 用, 则 内 部 会 无 电, 不 能 正 常 工 作 此 时, 需 按 一 下 复 位 按 钮, 并 将 电 源 插 上 后, 能 正 常 使 用 五 实 验 结 果 整 理 1. 记 录 实 验 设 备 和 操 作 基 本 参 数 : 实 验 开 始 日 期 年 月 日 实 验 结 束 日 期 年 月 日 填 埋 柱 容 积 L, 垃 圾 填 埋 高 度 cm, 覆 土 层 厚 cm, 实 验 温 度 2. 参 考 表 4-1 记 录 产 气 量 渗 滤 液 水 量

31 表 4-1 产 气 量 和 渗 滤 液 水 量 日 期 湿 式 气 体 流 量 计 读 数 产 气 量 /(ml d -1 ) 渗 滤 液 液 面 面 高 度 /(cm) 3. 气 相 色 谱 仪 测 得 的 气 体 成 分 可 参 考 表 4-2 记 录 表 4-2 填 埋 气 体 成 分 成 分 h(ch 4 )/cm CH 4 /% h(co 2 )/cm CO 2 /% h(h 2 )/cm H 2 /% 标 准 样 成 分 h(ch 4 )/cm CH 4 /% h(co 2 )/cm CO 2 /% h(h 2 )/cm H 2 /% 日 期 4. 渗 滤 液 COD 测 定 数 据 可 参 考 表 4-3 记 录, 并 计 算 COD 表 4-3 COD 测 定 数 据 记 录 日 θ 空 白 进 水 COD 出 水 COD 硫 酸 亚 铁 铵 期 1/d 后 初 差 水 后 初 差 水 后 初 差 水 浓 度 / 读 读 值 样 读 读 值 样 读 读 值 样 (mol L -1 ) 数 数 体 数 数 体 数 数 体 积 积 积 /ml /ml /ml 5. MLSS 和 MLVSS 的 测 定 数 据 可 参 考 表 4-4 记 录, 并 计 算 MLSS 和 MLVSS

32 表 4-4 MLSS 和 MLVSS 的 测 定 数 据 滤 纸 灰 分 日 期 θ1/d 坩 埚 编 号 坩 埚 + 滤 纸 /g 坩 埚 + 滤 纸 + 污 泥 /g 灼 烧 后 质 量 /g 六 实 验 结 果 讨 论 1. 绘 制 填 埋 柱 内 产 气 量 和 气 体 组 分 随 时 间 变 化 的 曲 线 2. 绘 制 填 埋 柱 渗 滤 液 水 量 和 水 质 随 时 间 变 化 的 曲 线 2. 根 据 实 验 结 果 讨 论 环 境 因 素 对 填 埋 场 稳 定 化 过 程 的 影 响

33 实 验 五 焚 烧 炉 灰 处 理 方 案 设 计 一 实 验 内 容 与 要 求 本 实 验 为 综 合 设 计 性 实 验, 学 生 要 在 掌 握 焚 烧 炉 灰 性 质 的 基 础 上, 根 据 课 堂 所 学 的 固 体 废 物 处 理 处 置 工 艺 原 理, 初 步 拟 定 焚 烧 炉 灰 处 理 方 案, 利 用 本 院 环 境 工 程 污 染 控 制 实 验 室 仪 器 设 备, 独 立 开 展 实 验, 按 照 国 家 规 定 和 国 际 上 通 用 的 测 试 方 法, 来 分 析 评 价 处 理 效 果 二 实 验 成 果 1. 提 交 实 验 方 案 2. 提 交 设 计 计 算 书, 包 括 工 艺 流 程 简 图 参 数 计 算

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