固体废物处理与处置教案

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第 7 次课 13～14 学时

上次课复习： 热解的概念、原理及方式； 本次课题（或教材章节题目）：第三章 固体废物的能源利用 教学要求：掌握厌氧发酵工艺的原理及控制条件；了解沼气池结构类型；了解填埋气的利用，了解污泥完全燃烧、污泥湿式氧化的定义、基本原理、燃烧热值、工艺流程、影响因素、设备 重 点：厌氧发酵工艺的原理及控制条件 难 点：厌氧发酵工艺的原理及控制条件 教学手段及教具：采用多媒体教学课件 讲授内容及时间分配： 第三章 固体废物的能源利用 第三节 固体废物沼气利用 第四节 污泥的焚烧 共2课时，讲授 课后作业 1．简述厌氧发酵工艺的原理和控制条件？ 2．新鲜人粪尿各1000kg，搭配成C:N为25：1的混合沼气发酵原料需加落叶多少？ 1．郑介安，国外城市垃圾处理介绍，全国城市环境卫生科学论文集，中国环境科学出版社，1988 2．姚永福，徐洁全等，中国沼气技术，农业出版社，1989.12 参考资料 注：本页为每次课教案首页 第 页

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第三节 固体废物的沼气利用

（一）概述

沼气是有机物在厌氧条件下经厌氧细菌的分解作用产生的以甲烷为主的可燃性气体。

利用固体废物的厌氧发酵生产沼气的方法有两种：一是有机固体废物的卫生填埋，自然发酵产生沼气。如城市垃圾的卫生填埋，有机物分解过程中产生的气体含甲烷45%～60%，含二氧化碳35%～50%，还有少量的碳氢化合物和少量硫化氢。可把这部分气体收集、净化、回收利用。如美国在1985年已有44个填埋场地，其中23个对这些气体加以回收，生产可燃气体，21个则直接用于发电。另一种方法是农业废物沼气化。我国从1958年开始在农村生产和利用沼气。由于这种方法简便易行，便于推广，因此在我国发展较快。如广州市效区鹤岗村发展猪舍与沼气相结合的低压沼气池，农民利用收集的城市厨房垃圾作饲料喂生猪，猪粪尿注入沼气池制取沼气，沼气作燃料，滤液用来养鱼，沼气渣用作农田肥料，成为一个多功能典型生态农场。农业废物沼气化是处理垃圾、粪便、农业废物的有效途径。

（二）厌氧发酵工艺的原理与控制条件 1. 厌氧发酵工艺的原理

有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段。每一阶段都有独特的微生物类群起作用。在液化阶段，发酵菌（包括纤维分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌）利用细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，并将其降解成不同产物。在产酸阶段，醋酸分解菌把前一段产生的中间产物丙酸、丁酸、醇类等进一步分解成醋酸和氢气。在产甲烷阶段，甲烷菌利用H2/CO2、醋酸及甲醇、甲酸、甲胺等碳类化合物为基质，将其转化成甲烷、二氧化碳等气体 。

2. 工艺控制条件

（1）原料的配比 （2）温度 （3）pH 值 （4）搅拌 （三）沼气池结构类型 （1）水压式沼气池 （2）浮罩式沼气池 （四）填埋气的利用

（1）垃圾沼气燃烧供热／发电

就地利用沼气燃烧供热或发电是应用最广的办法。沼气的净化也可以采用较低水平的处理，其方法为将填埋气经过一系列冷却器、分离器和过滤器使气体净化，得到的沼气甲烷浓度达40%以上，然后再送至锅炉燃烧。这种方法得到的沼气是低热值燃料，如果增加吸吸附净化法，还可得到高热值沼气燃料。主要用在为填埋场和附近居民供热，还可用于发电厂锅炉和工业窑炉做燃料，如制砖窑。

垃圾沼气发电目前在美国应用较多，全美国有150多个沼气发电厂。沼气发电的形式有内燃机发电、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电几种形式。内燃机发电因为其空气污染低，操作方便，是费用效益较高的技术，它适用性强，便于开启关闭，投资较省，应用较广，发电量可在30~2000kW范围。但内燃机易被燃气腐蚀，应加强对腐蚀性气体的除去。美国最大的来及沼气发电厂有50多台内燃发电机，平均每个垃圾场有5台内燃发电机。

垃圾沼气发电过程一般如下：

填埋气（LFG）自垃圾填埋场收集系统收集后（浅表LFG因热值较低应单独收集，送去火炬系统燃烧，

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深层LFG则被进人发电系统），经鼓风机加压，通过滤膜过滤除去大于5-10um的颗粒，再经冷

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凝器、分离器去除其所含水分，然后进入内燃发电机燃烧发电。发出的电部分自用（一般10%），其余可升压进入电网输出。采用垃圾沼气(LFG)发电技术成熟，一百吨垃圾产生的垃圾沼气（LFG）可发电1000kW。

LFG发电应注意沼气中所含有的一些杂质，如硫化物、硅氧烷等，因其会产生腐蚀或破坏催化剂，故应先对其进行预处理，一般控制进入内燃发电机的燃气中的S应在10～200×10，此外还要注意气体输送管及阀门的堵塞问题，应备用一套发电系统以便维修。润滑油也需要更换。一般认为，采用内燃机发电，需维护费0.01～0.015美元/kW·h。良好的管理可保证发电机正常运行，每年发电时间可达90%。

（2）垃圾沼气作民用燃料

垃圾沼气作民用燃料必须将甲烷的浓度提高到98%以上，不仅要除去气中的二氧化碳， 还要除去其中的其它有害的有机挥发物。

沼气毕竟是从垃圾中产生的，可能会存在一些尚未被人们认识到的有毒、有害物质。特别是垃圾如没有经过分类、分捡，有毒有害物质（如漆油、废弃的日光灯电他等等）进入生活垃圾的可能性更大。极有可能进人沼气，做民用燃料易对人造成污染，另外沼气燃料有一定的气味，令人不快。因此，不主张直接做民用燃料使用。况且沼气需净化至天然气质量，意味CH4含量要由4%提纯至98%以上，如此高的净化效率只有膜分离方能达到。这种净化方法是处理成本最高的，直接影响其经济效益因此，做为城市民用燃料可行性有待继续寻求技术、经济的评估。

（3）垃圾沼气作汽车燃料

鉴于垃圾沼气(LFG)净化处理作汽车燃料，其尾气排放的污染大大减轻，具有显著环境效益；且成本不高，经济效益显著，美国已开发了采用垃圾沼气代替汽油作汽车燃料的工艺。其工艺技术是垃圾沼气的净化处理，除去气体中的CO2, H2S,使甲烷浓度由40%～45%，提高到80%以上；然后，将净化气加压至25MPa，压入高压贮罐作汽车加气用。

Los Angeles卫生局等筹建的由LFG制取汽车清洁燃料示范工程于1993建成。该工程规模为250Nft/s，约1000m/d。

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第四节 污泥的焚烧

污泥焚烧处理始于1934年美国密歇根州安装的第一台多膛炉，至20世纪80年代逐渐被流化床焚烧炉代替。1984年，新加坡南洋技术研究院的Jarnis和Vickrdge发现，取自新加坡各个污水厂的污泥，在550℃燃烧时是自燃的。而安大略湖现场污泥焚烧炉的成功生产，则进一步证明经合适预处理的污泥，在焚烧过程中完全达到了热能自持。1995年，日本有近50%的污泥采用了焚烧的方法进行处置，而欧盟各国采用焚烧方法处置的污泥也超过了10%，预计到2005年这一比例将增至38%。

污泥焚烧的分类： ①完全焚烧

定义、基本原理、污泥的燃烧热值、工艺流程与影响因素、设备 ②湿式氧化（即不完全焚烧）

定义、基本原理、污泥的燃烧热值、工艺流程与影响因素、设备

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第 8 次课 15～16 学时

上次课复习： 厌氧发酵工艺的原理及控制条件； 本次课题（或教材章节题目）：第四章 固体废物的建材利用 教学要求：了解固体废物建材的概念；了解高炉渣成分、性质及利用方式，了解钢渣成分、性质、建材利用途径。 重 点：高炉渣、钢渣建材利用原理及控制参数 难 点：高炉渣、钢渣建材利用原理及控制参数 教学手段及教具：采用多媒体教学课件 讲课内容及时间分配： 第四章 固体废物的建材利用 第一节 高炉渣 第二节 钢渣 共2课时，讲授 课后作业 比较高炉重矿渣和钢渣碎石的来源、组成、性能和用作骨料的理论依据和技术要求。 钢渣中MgO、FeO、MnO的结晶状态与钢渣体积的安定性，硅酸盐学报，1979 参考资料 注：本页为每次课教案首页

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