固体废物的产生及性质分析
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第二章固体废物的产生及性质分析
教学目的和要求:熟练掌握固体废弃物的物理性质、化学性质及生物性质分析方法,了解危险废物鉴定方法。
教学重点和难点:固体废弃物的理化性质及生物性质分析方法
为了保证固体废物处理处置的效果及综合利用的实施,首先掌握固体废物产生量,来确定处理处置设施的规模,同时需弄清楚固体废物的性质,来确定处理处置工艺和综合利用措施,从而达到控制固体废物污染环境的目的。
第一节固体废物产生量及预测
固体废物产生量的计算在固体废物管理中的作用非常重要,它是保证废物收集、运输、处理、处置以及综合利用等后续管理能够正常实施和运行的依据。由于城市生活垃圾和工业固体废物的产生特性差别较大,接下来分别进行讨论。一、城市生活垃圾产生量及预测
估算城市生活垃圾产生量的公式是
Y n=y n P n×10-3×365
式子中, Y n表示第n年城市生活垃圾产生量;y n表示第n年城市生活垃圾的产率;P n表示第n年城市人口数。
其中,城市生活垃圾产率受多种因素影响,如收入水平(一般情况下,收入水平高的地区垃圾产生量大,收入水平低的地区垃圾产生量小)、能源结构(燃料的不同,在燃煤区及燃气区,垃圾中的灰渣量差别很大)、消费习惯(奢侈消费与节俭消费相比,垃圾产生量要大)等。另外,农村生活垃圾产率的影响因素,主要有收入水平、家庭禽畜养殖(以前农村剩饭菜全部通过养猪、养鸡鸭消纳掉了,食品垃圾很少,然而农村产业结构的调整)、做饭工具类型(柴灶、液化气罐、电饭锅,以前可燃垃圾(塑料、纸张、秸秆)被消纳,现在成为多余)、厕所类型(旱厕、水冲卫厕,使用旱厕时,卫生纸与粪便一起发酵后可以还田,现在被丢弃到垃圾中,而粪便直接排入河流中使村河成为大粪缸)
城市人口数主要受机械增长率和自然增长率的影响,机械增长率可根据当地发展规划来进行测算,如规划移民数量、城市化水平、城市规模扩大程度等。
在此重点谈一下人口自然增长率的预测方法。预测方法主要有:算术增加法、几何增加法、饱和曲线法、最小平方法以及曲线延长法等。
(1)算术增加法(适用于较古老的城市)
假定未来每年人口增加率与过去每年人口平均增加率相等,以等差级数推算
未来人口,算式如下
P n=P0+nr
式中,P n为n年后人口数,P0为现在人口数,n为推测年数,r为每年人口增加数;r的计算公式为:
r=( P0- P t)/t
P t为t年前人口数,t为过去的年数。
(2)几何增加法(适用于新兴城市)
假定未来每年人口增加率与过去每年人口几何增加率相等,以等比级数推算未来人口,算式如下
P n=P0 exp(k,n)
式中,P n为n年后人口数,P0为现在人口数,n为推测年数,k为几何增加常数;k的计算公式为:
r=( lnP0-lnP t)/t
P t为t年前人口数,t为过去的年数。
(3)饱和曲线法(本法与城市人口动态变化规律较接近,国际上应用较多)假定城市人口数在一定时间后达到饱和状态,不再增加,其计算式如下:
P=K/(1+me qn)
式中,P n为n年后人口数,n为推测年数,k为饱和人口数;m、q为常数。
(4)最小平方法
最小平方法是以每年平均增加人口数为基础,根据历年人口统计资料以最小平方法推测人口,计算式如下:
P n=an+b
式中,P n为n年后人口数,n为推测年数,a、b为常数;a、b的计算公式为:
a=(N ∑n i P ni-∑n i∑P ni)/( N ∑n i2-∑n i∑n i)
a=(∑n i2P ni-∑n i P ni∑n i)/( N ∑n i2-∑n i∑n i)
N为数据(P ni,n i)组数。
(5)曲线延伸法
根据过去人口增长情况,考察该城市的地理环境、社会背景、经济状况以及考虑将来可能出现的发展趋势,将历史人口记录的变化曲线进行延长,就可求出预测年度的人口。
二、工业固体废物产生量及预测
工业固体废物产生量的预测采用的是废物产率法,废物产率是指废物产生源单位活动强度所产生的废物量。
将预测到的生产能力乘以废物产率,就得到工业固体废物产生量。
P t=P r M
式子中,P t为固体废物产生量;P r为固体废物的产率;M为产品的产值或者产量。
固体废物产率测定方法有实测法和物料恒算法。
(1)实测法
根据生产记录得到每个周期(可以是每班、每周、每月、每年)产生的固体废物量以及相应周期内的产品产值(或者产量),计算式如下:
P ri=P ti/M i
为保证数据准确,通常测量多次,取其平均值,如下:
P r=(1/n)∑P ri
(2)物料衡算法
对生产过程所使用的物料情况进行定量分析,根据质量守恒定律,在生产中投入物料的总量等于产出物料的总量,产出物料量包括产品量和物料流失量。可以下式表示:
∑P投入=∑P产品+∑P流失
举例说明:
例
某厂生产1t黄磷需要磷矿石9.5t,焦炭1.5t,硅石1.5t,得到副产品磷铁0.5t,产生气体3t和粉尘0.2t,其余以废渣形式排出,求黄磷的产渣率。
解
投入物料量:磷矿石9.5t,焦炭1.5t,硅石1.5t;
产品量:黄磷1t;
流失量:磷铁0.5t,气体3t,粉尘0.2t,废渣x t。
利用公式
∑P投入=∑P产品+∑P流失
得到
∑P流失=∑P投入-∑P产品=11.5 t
-0.5-3-0.2=7.8t
则x=∑P
流失
因产出是1 t黄磷,所以黄磷的产渣率为7.8t/t产品。
第二节固体废物的物理性质
固体废物的物理性质主要有:物理组成、粒径、含水率、容积密度和硬度。