固体废物的产生及性质分析

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。

一、固体废物的物理组成

固体废物的物理组成，主要是按废物组成的材料特征对各组分进行区分，并描述其分布状况的固体废物特征分析方法。其中城市固体废物物理组成受到多种因素的影响，如自然环境、气候条件、城市发展规模、居民生活习性、家用燃料以及经济发展水平等都对其有不同程度影响。

二、固体废物的粒径

对固体废物进行筛选或磁选时，废物粒径大小是个重要参数，它决定了使用设备规格或容量。

粒径的表达方式常以粒径分布表示，获得固体废物粒径分布数据的基本方式是筛分试验，过程是这样的，取一定量的固体废物样品，准备一组筛孔尺寸覆盖整个粒径范围的标准筛子，将样品按次序以不同筛孔的筛面进行筛分，记录通过每一个筛面的样品质量，此质量除以样品总质量即是固体废物粒径位于前、后两个筛面孔径之间的质量分数，试验获得的各个粒径范围的质量分数即描述了固体废物的粒径分布，粒径分布数据表达常采用累积质量分布图表示。

如果从粒径0.25m 处作纵坐标轴的平行线，与投影相交两个点，分别对应纵坐标轴上的30%和50%，则说明粒径不小于0.25m 的物料量占总物料量的比例范围为30%~50%。

三、固体废物的含水率

固废含水率影响着固废处理处置设施的正常运行，如堆肥时，含水率过高，空隙度降低，易产生厌氧，导致恶臭；如焚烧时，含水率过高，使垃圾不能自持燃烧，目前解决方法有2个，一个是添加煤粉来增加热值，一个是采用生物预处理方法，先将垃圾倒入储坑内放置一段时间，使一部分水渗沥出，含水率降低，但这两种方法都会增加成本；填埋时含水率过高，会使填埋场地泥泞，影响填埋机械操作。

含水率测定方法有两种，一种为实测法，一种为计算法。

1、实测法

测定过程为：

0.25 0.50

0 50 100 累积质量分数/% 粒径/m

则含水率为

含水率/%=（初始质量-烘干至恒重时质量）x100%/初始质量

2、计算法

如果已知废物物理组成以及各组分含水率，则可以按固体废物的物理组成加权计算得到混合废物的含水率，这对于在现场，只有简单称量工具而没有干燥设备时，为了掌握废物含水率，可以这样计算。表达式如下：

W =∑ηi W i

举例说明：

例

已知废物由食品垃圾、纸张、塑料、灰土组成，分别占60%、10%、20%、10%，各组分含水率分别为85%、20%、3%、9%，则含水率为：

W=60% x 85%+10% x 20%+20% x 3%+10% x 9%=54.5%

四、固体废物的容积密度

1、定义

固体废物的容积密度，又称容重，指的是一定体积空间中所容纳的废物质量，单位kg/m 3。废物容重是决定运输或贮存容积的重要参数。

2、测量方法

容重测定方法有两种，一种为实测法，一种为计算法。

（1）实测法

测定过程为：

则容重为

容重=（末端质量-初始质量）/体积V

（2）计算法

由于废物组成成分复杂，也可采用分别测各组分的容重，然后按固体废物的物理组成加权计算得到混合废物的容重。表达式如下：

γ =∑ηi γi

废物样品 称重 烘干 (105±1)℃ 取出称重 每隔1h 容器(体积V) 称重 填满 样品 称重 末端质量