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1、第12章固体废物的资源化一、基本要求了解各典型固体废物的来源、性质；掌握城市生活垃圾、粉煤灰、煤矿石、秸秆典型固体废物的处理与综合利用途径。二、教学重点与难点重点：城市生活垃圾、粉煤灰、煤矿石、秸秆等典型固体废物的处理与综合利用途径。三、教学内容（一）城市生活垃圾的处理与资源化1、城市生活垃圾的分类根据垃圾的组成可简易分为有机物、无机物、可回收废品三大类，又可细分为可回收废品、易堆腐物、可燃物及其他无机废物四大类。根据垃圾的物化性质分类即根据城市生活垃圾的化学成分、可燃性、燃烧热值、堆腐性等指标来进行分类。按可燃性可分为可燃性垃圾和不可燃性垃圾；按垃圾的化学成分可分为有机垃圾和无机垃圾；按热值
2、可分为高热值垃圾和低热值垃圾；按堆腐性分可为可堆腐垃圾和不可堆腐垃圾。按垃圾产生及收集来源分类可分为该法食品垃圾、庭院垃圾、普通垃圾、建筑垃圾、清扫垃圾、商业垃圾、危险垃圾和其他垃圾等。2、城市生活垃圾的组成城市生活垃圾的组成和性质是城市生活垃圾资源化的重要依据，决定着城市生活垃圾资源化的途径。自然环境、气候条件、城市发展规模、居民生活习性（食品结构）、家用燃料（能源结构）以及经济发展水平等都对城市生活垃圾组成有不同程度的影响。近年来，工业发达国家的城市生活垃圾成分也有了根本的变化,世界上现代化的城市中家庭燃料构成已从过去用煤、木柴改用煤气、电力,垃圾中曾占很大比例的炉渣大为减少。许多国家城市
3、居民的日常食品改为冷冻、干缩、预制的成品和半成品，家庭垃圾中的有机物，如瓜皮、果核等大为减少,而各类纸张或塑料包装物、金属、塑料、玻璃器皿以及废旧家用电器等产品大大增加。一般，工业发达国家垃圾成分是有机物多，无机物少。而不发达国家则是无机物多，有机物少。南方城市较北方城市有机物多，无机物少。而可回收组分的数量视垃圾是否分类收集而有所不同。3、城市生活垃圾的性质表示城市生活垃圾的化学性质的特征参数有元素组成、挥发分、灰分及灰分熔点、固定碳及发热值等。城市生活垃圾的化学性质是选择加工处理和回收利用工艺时十分重要的参数。元素组成主要指C、H、0、N、S及灰分的质量分数，是城市生活垃圾中很重要的特性参
4、数。测定垃圾化学元素组成可以估算垃圾的发热值，以确定垃圾具体处理方法，如采用焚烧方法、堆肥还是其他方法，也可用于好氧处理方法中生化需氧量的估算。因此，测定垃圾元素组成，对选择垃圾处理工艺是很重要的。垃圾的化学组成及成分（质量分数）一般为：10%20%C,1%3%H,0.5%1.0%N,0.1%1.2%S:灰分为10%25%,水份为40%60%,热值约为29305020KJkg（7001200kcalkg）。垃圾的化学元素组成很复杂，测定方法亦很繁琐，常由专业部门进行测定方可提供可靠数据。挥发分垃圾在600C温度下的灼烧减量，是表示垃圾中有机物含量的参数。挥发分又称挥发性固体的质量分数，用联（%
5、）表示：Ws=（m；?ml）/（m.3mi）100%灰分（A）及灰分熔点灰分是指垃圾中不能燃烧也不挥发的物质，是反映垃圾中无机物含量的参数。其数据测定方法与灼烧残余量（）测定基本相同,灰分质量分数（）为：A=I一WS灰分熔点的高低受灰分化学组成的影响，主要与Si、AI等元素含量有关；垃圾的组成成分不同，其灰分含量及灰分熔点也不同。发热值又称有机垃圾的发热值，是指单位质量有机垃圾完全燃烧，并使反应产物温度回到燃烧前起始温度时所放出的热量。根据燃烧产物中水份存在状态的不同，又分为高位发热值与低位发热值。低位发热值（简称低热值）是指单位质量有机垃圾完全燃烧后，燃烧产物中的水份冷却到20C的水蒸气时所
6、放出的热量；同样将其水份冷凝为0的液态水时所放出的热量称为高位发热值（简称高热值）。城市生活垃圾发热值对分析垃圾燃烧性能，对能否采用焚烧处理工艺提供重要依据。根据经验，当城市生活垃圾的低热值大于3350kJkg（800kcal/kg）时，可不加助燃剂进行垃圾燃烧。城市生活垃圾中含有大量有机物，大致分为碳水化合物、脂肪、蛋白质，能提供生物体的碳源和能源，这是进行生物处理的物质基础。城市生活垃圾中碳水化合物含量较多，主要是纤维素，且有大量的纸、布、蔬菜类等。垃圾中的各类有机物物质的生化分解速度及分解产物是不相同的。通常情况下，脂肪产气量最大，产气中甲烷含量很高；蛋白质产气量较少，但产气中甲烷含量高
7、;碳水化合物的产气量与甲烷量都较低。而分解速度,碳水化合物最快，其次是脂肪，蛋白质最慢。碳水化合物中，单糖、二糖类易被生物降解，多糖类中，淀粉极易降解，木质素较难降解。4、城市生活垃圾分选与资源化利用（1）城市生活垃圾的分类收集分两类收集按可燃垃圾和不可燃垃圾分类收集。分三类收集按可燃物、不可燃垃圾和可回收利用废品（如玻璃、塑料瓶、金属等）三类分类收集。分四类收集按可燃物、金属类、玻璃类和陶瓷及其他不可利用废物四类分类收集;分五类收集按可燃物、金属类、玻璃类、不可利用废物和危险废物(如干电池、日光灯管、水银温度计等)五类分类收集，其中危险废物单独收集。(2)城市生活垃圾资源化综合系统综合系统包
8、括前期系统和后期系统,既包括了破碎、分选等预处理系统,也包括热分解，利用微生物的堆肥、沼气、糖化、蛋白化以及焚烧回收热能系统。将各个单元处理加以更好组合起来，成为一个新系统。综合系统决不意味着各个分系统的简单相加，也要着眼于某个系统中改进单元操作或者工艺设计，改进设备等问题，包括分系统和总系统的相互作用。图12-1我国城市生活垃圾高温消解与分选处理典型原则工艺流程图12-4国外城市生活垃圾分选回收及资源化的三种典型原则工艺流程图5、城市生活垃圾资源化新技术(1)糖化处理利用生物酶的催化作用，催化水解含纤维素的固体废物，回收精制转化产品的工艺已受到国内外的重视。城市垃圾中有比例甚高的含纤维素物质
9、，如果能将这些物质单独回收,可采用糖化技术从中回收饲料葡萄糖、精制葡萄糖，乃至单细胞蛋白与酒精等产品。(2)废纤维素水解生产酒精生物燃料由于纤维素、半纤维素和木质素间互相缠绕，且纤维素本身存在晶体结构，会阻止水解酶接近纤维表面，故纤维原料的直接酶水解效率很低，必须通过预处理除去木质素、溶解半纤维素，或破坏纤维素的晶体结构，增大纤维素与酶接触的表面，才能提高纤维原料水解效率。常用的预处理方法主要有蒸气爆破、碱水解及稀酸水解等。从葡萄糖转化为乙醇的生化过程简单，反应条件温和，所采用的发酵工艺主要为连续发酵工艺，因连续发酵具有生产率高、微生物生长环境恒定、转化率高等特点。所用的连续发酵装置主要有连续
10、搅拌器、充填床、流化床和中空纤维发酵器等。为了降低酒精的生产成本，现采用了同时糖化和发酵工艺。(2)生产单细胞蛋白单细胞蛋白(SingIecellPrOtein简称SCP)是通过培养单细胞生物而获得的生物体蛋白质，又称微生物蛋白。包括细菌、放线菌中的非病原菌、酵母菌、霉菌和微型藻类等。它们可利用各种废物中无害无毒基质如碳水化合物、碳氢化合物、石油副产品等，在适宜的培养条件下生产微生物蛋白。这些微生物蛋白不仅蛋白质含量高于传统的蛋白质食品，而且氨基酸组成齐全，配比适当，富含人畜生长代谢必需的8种氨基酸组分和多种维生素，是理想的食品和动物饲料来源。美国路易斯安那州立大学的CaIIihan等人研究了
11、以蔗渣为基质生产单细胞蛋白的生产工艺流程。(二)煤系固体废物的处理与资源化我国是一个煤炭资源丰富的国家，在可燃矿产资源中，煤炭占96%。目前我国一次能源消费中76%以上是煤炭，煤炭年产量约10亿3居世界第一位。在煤炭开采和燃烧使用过程中，将会排出大量的煤系固体废物，主要包括粉煤灰和煤砰石，它们的排放量约占工业固体废物排放总量的20%30机因此，对于煤系固体废物的资源化利用日益引起人们的广泛重视。1、煤肝石的处理与资源化利用(1)煤肝石的来源及危害煤肝石是指煤炭开采、洗选加工过程中产生和被分离出来的的固体废弃物，也是可利用的资源，具有双重性。它是成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低(一般在20%
12、以下)、比较坚硬的黑色岩石。它包括露天开采的剥离岩石和井工开采的掘进砰石(占45%).采煤砰石(占35%)及选煤肝石(占20%)。煤砰石已是我国排放量最大的工业固体废弃物之一。2005年排放砰石量约1.92.0亿t;目前全国国有煤矿现有肝石山1500余座，堆积量30亿t以上(占我国工业固体废物排放总量的40%以上)，占用土地300400公顷，而且每年约以2亿t的速度递增。煤砰石长期堆放于地表，若不处理利用，不仅占用大量土地、影响自然景观、破坏小区内的生态环境，而且在煤肝石运输、装卸、堆放过程中，会造成大气、土壤、水体污染及地质灾害发生。(2)煤研石的化学特性煤砰石是由有机物(含碳物)和无机物(
13、岩石物质)组成的混合物。煤砰石的无机组分多在80%以上，而可燃物仅占10%左右，煤砰石还含有较高有害组分硫。主要化学成分见表12-1所不O表12/煤砰石的主要化学成分()SO2Al2O3CaOMgOFe2O3R2O烧失量406515351714291-2.5217(3)国内煤肝石的处理与资源化利用用煤砰石作燃料煤秆石含一定量的碳和其他可燃物，发热量一般为4186.8-12560.4kJkg(Iooo3000kcalkg),是一种值得回收利用的资源。煤肝石用作燃料的方法主要有：回收煤炭、用作沸腾炉燃料和发电、用于制煤气。用煤肝石作建筑材料(a)生产水泥由于煤砰石的化学成分和矿物组成与粘土相似，含
14、SiO240%-60%,AI2O3I5%3O%,还有CaO、Fe2O3等，因此，利用燥肝石可以生产水泥，以代替部分或全部粘土。此外，煤砰石中还含有少量可燃物，所以煤阡石用于制水泥不仅可以代替粘土，节约土地资源，而且可以节约能源。(b)制成目前，煤砰石砖年产量已达200亿块，年资源化利用煤砰石约5000万t,可节约土地2957542500亩(1971.72816.7ha),煤肝石烧结砖是以煤肝石为原料替代部分或全部粘土烧制而成。煤砰石砖强度高、热阻大，隔音好，可降低建筑物墙体厚度，减少用砖量；同时由于煤砰石破外观整洁，抗风化能力强，色泽自然，可以省去抹灰、喷涂等建筑工序，降低建筑和维护成本，与传
15、统粘土砖相比有着更高的性价比和更强的市场竞争力。(c)瓷砖由于燥砰石中的主要化学成分一般能满足瓷砖生产要求，因此以煤砰石为主要配料可生产釉面破、陶瓷锦砖（马赛克）和细瓷和高强瓷等。（d）生产轻骨料煤砰石生产的轻骨料和用轻骨料配制的碎是一种轻质、保温性能较好的新型建筑材料。煤肝石内所含可燃物质和菱矿在焙烧过程中析出气体起膨胀作用，同时其中又含有大量硅铝物质，因此是生产轻骨料的理想材料。用这种轻骨料配制的轻质混凝土重量轻、吸水率低、强度高、保温性能好，可用于建造大垮度桥梁和高层建筑物。用它作钢筋混凝土楼板，在配筋相同的情况下，跨度可由4m增至7m,保温和防火性能也有改善，造价可降低10机（e）其他如用于地基工程、筑路和修筑堤坝，用于煤矿塌陷区土地复垦和矿井充填，制备优质高岭土和造纸涂料级超细高岭土，合成碳化硅超细微粉等。在农业上的应用煤肝石在农业上的应用主要为制作肥料煤砰石含有大量有机质，含量一般在15%25%,高者可达25%以上，并含有植物生长所必须的B、CuZnMo、MnCo等微量元素和较大的吸收容量，这种煤砰石适宜于制肥料。砰石肥料主要有两类：一类是有机一无机复合肥；另一类是煤砰石微生物肥料。2、粉煤灰的处理与资源化利用（1）粉煤灰的来源粉煤灰实际上是煤的非挥发物残渣，是煤粉经高温燃烧后形成的种似火山灰质的混合材料，主要是燃
