进行冷却。大型垃圾焚烧厂具有规模经济的效果，宜采用废热锅炉冷却燃烧废气，产生水蒸气，用于发电。
三、论述
1. 城市垃圾用热分解法处理的难点。
热分解产物由于分解反应的操作条件不同，变化多种多样。热分解能从废物中回收可以输送、储存的能源（油或燃料气等），而焚烧只能回收热能。但热分解比焚烧技术要求高，操作控制条件也更为严格。因此，热分解的设备费用、处理成本相应也很高，特别四城市垃圾成分的不稳定性，使城市垃圾用热分解法处理难度较大： ① 垃圾是一种混合物，不同物质的热分解温度不同，热分解行为也不同，所以热分解操作条件的控制十分困难，有时甚至无法进行； ② 垃圾成分、水分经常变化，操作条件很不稳定，因此往往实验室阶段很有成效，而一到工业阶段就变得很复杂，处理费用也大幅度增加。如果混合物含水率过大，特别是我国现阶段的垃圾，主要是厨余而纸张等高热值可分解物的含量与国外相比含量很低。厨余垃圾水分很高，热分解的热量平衡就比较困难，热分解所能回收的燃料油、燃料气不仅少，而且热值也低，因此热分解的经济性必须充分注意； ③ 垃圾中有些塑料或橡胶热解将会产生HCl或HCN，这给热分解在技术上带来更大困难； ④ 城市垃圾热解处理，在美国、日本、德国等国虽有各种研究或实验报告，但由于垃圾是一极为复杂，水分、组分极为不稳定的混合物，要稳定地操作很不容易。投资费、运行费、维护费均高，回收的燃料气有时因发热量低，利用有一定的限制，因此只有在不考虑其经济效益的前提下，垃圾热分解技术才能实现其工业化。
2. 一座大型垃圾焚烧厂通常包括哪几个系统？
? 贮存及进料系统 本系统由垃圾贮坑、抓斗、破碎机(有时可无)、进料斗及故障排除/监视设备组成。垃圾贮坑提供了垃圾贮存、混合及去除大型垃圾的场所，一座大型焚烧厂通常设有一座贮坑．负责替3—4座焚烧炉进行供料的任务。每一座焚烧炉均有—进料斗，贮坑上方通常由1—2座吊车及抓斗负责供料，操作人员山屏幕监视或目视垃圾由进料斗滑入炉体内的速度决定进料频率。若有大型物卡住进料口，进料斗内的故障排除装置亦可将大型物顶出，落回贮坑；操作人员也可指挥抓斗抓取大型物品，吊送到贮坑上方的破碎机破碎，以利进料。
? 焚烧系统 即焚烧炉个体内的设备，主要包括炉床及燃烧室。每个炉体仅一个燃烧室。炉床多为机械可移动式炉排构造，可让垃圾在炉床上翻转或燃烧。燃烧室一般在炉床正上方，可提供燃烧废气数秒钟的停留时间，由炉床下方往上喷入的一次空气可与炉床上的垃圾层充分混合，由炉床正上方喷人的二次空气可以提高废气的搅拌时间。 ? 废热回收系统 包括布置在燃烧室四周的锅炉路管(即蒸发器)、过热器、节热器、炉管吹灰设备、蒸汽导管、安全阀等装置。锅炉炉水循环系统为—封闭系统、炉水不断在锅炉管中循环，经不同的热力学相变化将能量释出给发电机，炉水每日需冲放以泄出管内污垢，损失的水则由饲水处理厂补充。
? 发电系统 由锅炉产生的高温高压蒸汽被导人发电机后，在高速冷凝的过程中推动了发电机的涡轮叶片．产生电力，并将未凝结的蒸汽导人冷却水塔，冷却后贮存在凝结水贮槽，经由饲水泵再打入锅炉炉管中，进行下一循环的发电工作。在发电机中的蒸汽亦可中途抽出一小部分作次级用途，例如助燃空气预热等工作。饲水处理厂送来的补充水可注入饲水泵前的除氧器中，除氧器以特殊的机械构造将溶于水中的氧去除，防止路管腐蚀。
? 饲水处理系统 饲水子系统主要作为处理外界送人的自来水或地下水，将其处理到纯水或超纯水的品质．再送人锅炉水循环系统。其处理方法为高级用水处理程序，一般包括活性炭吸附、离子交换及逆渗透等单元。
? 废气处理系统 从炉体产生的废气在排放前必须先行处理到排放标准。早期常使用静电集尘器去除悬浮颗粒，再用湿式洗烟塔去除酸性气体(如HCl、SOx、HF等)。近年来则多采用干式或半干式洗烟塔去除酸性气体，配合滤袋集尘器去除悬浮微粒及其他重金属等物质。
? 废水处理系统 由锅炉泄放的废水、员工生活废水、实验室废水或洗车废水，可以综合在废水处理厂一起处理，达到排故标准后再放流或回收再利用。废水处理系统一般由数种物理、化学及生物处理单元所组成。
? 灰渣收集及处理系统 由焚烧炉体产生的底灰及废气处理单元所产生的飞灰。有些厂采用合并收集方式，有些则采用分开收集方式。国外一些焚烧厂将飞灰进一步固化或熔融后，再合并炉渣送到灰渣掩埋场处置．以防止沾在飞灰亡的重金属或有机性毒物产生二次污染。
四、计算
1、我国某城市垃圾的组分见下表，假设各组分的热值与美国城市垃圾的典型组分的热值相同，据此计算该城市生活垃圾的热值。
可燃组分 不可燃组分 组 分 质量百分率/% 组 分 质量百分率/% 厨房废渣、果皮 30.12 煤灰 57.25 木屑杂草 纸张 皮革、塑料、橡胶、纤维 总 计 2.00 1.52 1.14 34.78 陶瓷、砖、石 总 计 7.97 65.22 解：
? 以1kg垃圾为例，分别计算各可燃组分的质量
废渣及果皮质量：0.3012kg；木屑杂草质量：0.2kg；纸张质量：0.152kg；皮革塑料质量：0.114kg。 ? 分别计算各可燃组分的热能
厨房残渣产生的热能：4650×0.3012=140.058kJ；木屑杂草产生的热能：6510×0.2=13kJ；纸张产生的热能：16750×0.152=25.46kJ；皮革塑料产生的热能：32560×0.114=37.118kJ。 ? 计算垃圾的热值
将各可燃组分的热值相加，得该城市垃圾得热值为215.56kJ/kg。
2、某固体废物含可燃物60%、水分20%、惰性物20%。固体废物的元素组成为碳28%、氢4%、氧23%、氮4%、硫1%，水分20%、灰分20%。假设 ①固体废物的热值为11630kJ/kg； ②炉栅残渣含碳量为5%；
③空气进入炉膛的温度为65℃，离开炉栅的温度为650℃ ； ④残渣的比热为0.323 kJ/（kg.℃）； ⑤水的汽化潜热2420 kJ/kg ；
⑥辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%； ⑦碳的热值为32564 kJ/kg 。
试计算这种废物燃烧后可利用的热值。
解：以1kg垃圾进行计算。 ? 未燃烧的碳的含热量 ① 未燃烧的碳量
惰性物的重量=1kg×20%=0.2kg
总残渣量=0.2kg/（1-0.05）=0.2105kg 未燃烧的碳量=0.2105-0.2=0.0105kg ②未燃烧碳的热损失
32564kJ/kg×0.0105kg=340kJ ? 计算水的汽化潜热 ① 计算生成水的总重量
总水量=固体废物原含水量+组分中氢燃烧后生成水的量 固体废物原含水量=1kg×20%=0.2kg
组分中氢燃烧后生成水的量=1kg×4%×18/2=0.36kg 总水量=0.2+0.36=0.56kg ② 水的汽化潜热
2420kJ/kg×0.56=1360kJ
? 辐射热损失=11630kJ×0.5%=58kJ ? 残渣带出的热量
0.2105kg*0.323kJ/（kg.℃）×（650-65） ℃ =39.8kJ ? 可利用的热值
= 固体废物总能量-各种热损失之和 =11630-（340+1360+58+39.8） =9882.2kJ
故该垃圾可利用的热值为9882.2kJ/kg。
3、氯乙烯的Arrhenius常数A为3.57×1014，活化能为63300kcal/mol，试计算其在800℃的焚烧炉中去除率为99.5%时所需的停留时间。若停留时间为1s，在800℃的焚烧炉中氯乙烯的去除率为多少？
解：? 去除率为99.5%时
k?3.57?1014?e?63300?4.18/(8.314?1073)?46.94(s?1)
?1?0.005t???0.1129(s)??ln99.5%
1?46.94? ? 若停留时间为1s
cA/cA0?e?46.94?1?4.11?10?21
第八章 固体废物的生物处理技术
一、名词解释
固体废物的生物处理—以固体废物中可降解的有机物为对象，通过生物（微生物）的作用使之转化为水、二氧化碳或甲烷等物质的过程。
堆肥化—就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，以及由人工培养的工程菌等，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质就是一种生物代谢过程。 堆肥—堆肥化的产物叫堆肥。
一次发酵—好氧堆肥的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程称为一次发酵或主发酵。
二次发酵—物料经过一次发酵，还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在，需将其送到后发酵室，堆成1～2m高的堆垛进行的再次发酵，使之腐熟的过程。
厌氧消化—在厌氧条件下通过利用微生物群落或游离酶对有机固体废物中的生物质分解降解作用，使其中的易腐生物质部分得以降解，并消除生物活性，转化为无腐败性的残渣的过程。
二、简答
1．固体废物生物处理的意义何在？
? 对固体废物进行处理消纳，实现稳定化、减量化、无害化；
? 促进固体废物的适用组分重新纳入自然循环（如堆肥用于改土，重新回归农田生态系统）；
? 将大量有机固体废物转化为有用物质和能源，实现固体废物的资源化（如沼气、生物蛋白、乙醇）。
2. 堆肥化的方式主要有哪几种？
堆肥化的方式按照不同的方法有不同的分类。根据温度要求，分为中温和高温堆肥；按照堆肥过程的操作方式，可分为动态和静态堆肥；按照堆肥的堆置情况可分为露天和机械密封堆肥。 最常用的分类方式是根据在生物处理过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，把固体堆肥分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。前者是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程。后者是利用厌氧微生物发酵造肥，特点是空气与堆肥相隔绝，温度低，工艺简单，但是堆制周期长，气味浓烈，产品分解不够完全稳定。 通常，仅按一种分类方式很难全面描述堆肥状况，因此常常兼用多种工艺加以说明。
3. 适于堆肥的原料有什么特性？包括哪些？
适于堆肥的原料需要具备三个特性：固体废物密度一般为350～650kg/m；含水率为40%～60%；碳氮比为（20～30）：1
堆肥的原料很广，主要包括以下几类：
（1）城市垃圾 指城市居民日常生活、商业活动、机关办公、市政维护等过程所产生的固体废物，其中金属、陶瓷、玻璃、塑料等要经过分选回收，余下的才适合堆肥处理。 （2）粪便 粪便的碳氮比较低，非常适合作为堆肥原料。
（3）污泥 主要来自城市生活污水和工业废水处理工程中产生的污泥。 （4）农业固体废物
在我国堆肥的主要原料是生活垃圾与粪便的混合物，也有的是城市垃圾与生活污水、污泥的混合物。
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4．试述好氧堆肥的基本原理。
好氧堆肥是在有氧的条件下，借好氧微生物（主要是好氧菌）的作用来进行的。在堆肥过程中，生活垃圾中的溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收，固体的和胶体的有机物先附在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，把一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体。
5. 如何控制堆肥过程中的含水率？
堆肥过程中水分作用在于：溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；水分蒸发时散热以调节温度。
含水率50-60%为佳。水分过多，降低游离孔隙率，影响空气扩散，易造成厌氧状态，同时产生渗滤液处理问题；水分低于40%，微生物活性降低，堆肥温度随之下降。
含水率偏低，可添加污水、污泥、人粪尿、粪便等来调节水分；对于高含水率的固体废物，可以采用机械压缩脱水，也可以在场地和时间允许的条件下将物料摊开进行水分蒸发，还可以在物料中加入稻草、木鞋、干叶等松散物或吸水物，还可以掺和调理剂，干调理剂对控制湿度较有利。
6. 堆肥过程中的碳氮比如何控制？
碳为微生物生命活动提供能源，氮则用于合成细胞原生质。堆肥发酵过程中，碳氮比逐渐下降。 碳氮比最佳为（25～35）：1；低于20：1时，微生物繁殖因能量不足而受到抑制，分解缓慢且不彻底；高于40：1时，堆肥施入土壤导致“氮饥饿”，夺取土壤中的氮。
通过在垃圾中加入人粪尿、畜粪以及城市污泥等调节剂，使碳氮比调到30以下。
7. 堆肥过程中的通风操作具有哪些作用？
通风操作时好氧堆肥能够成功的重要因素之一，其主要作用有： ①提供氧气，以促进微生物的新陈代谢； ②通过供气量的控制，调节最适温度；
③在维持最适温度条件下，加大通风量可去除水分。
8．指出堆肥面临的问题和对策。
? 堆肥面临的问题
产品中N、P、K含量不高；堆肥杂质（废塑料、碎玻璃、碎陶瓷片等）影响堆肥质量；堆肥销路差；堆肥投资较大（25-36万元/t.d）；分选费用、贮存费用较高。 ? 对策
① 控制堆肥原料的质量 对生活垃圾应强化源头分类收集和前处理（破碎、分选、筛分）工序；对粪便及污泥，前处理着重是调整水分和碳氮比等。
②堆制生物活性肥料 微生物接种剂本身不是肥料，只是增强土壤吸收、利用肥料的能力。 ③堆制有机复混肥
④其它新型垃圾肥料 磁性有机肥；生物活性肥料（微生物有机肥）。
9. 什么是固体废物厌氧消化？
有机废物的厌氧消化是指在特定的厌氧条件下，由厌氧微生物将有机质进行分解，使其中的易腐生物质部分得到降解，并且消除生物活性，转化为无腐败性的稳定残渣的过程。该过程中，一部分碳素物质转化为甲烷和二氧化碳，其中被分解的有机碳化物中的能量大部分转化贮存在甲烷中，仅一小部分有机碳化物被氧化成二氧化碳，释放的能量作为微生物生命活动的需要。因此在这一分解过程中，仅积贮少量的微生物细胞。
10. 厌氧消化过程中的微生物包括哪些？
（1）不产甲烷菌 种类繁多，有细菌、真菌和原生动物三大群。其中细菌的种类最多，作用也最大，按呼吸类型分为专性厌氧菌、好氧菌和兼性厌氧菌。其中以专性厌氧菌的种类和数量最多。
（2）产甲烷菌 产甲烷菌在原核生物中由于它们能厌氧代谢产生甲烷而成为一个独特类群。
11．厌氧消化技术主要有哪些特点？ 厌氧消化技术主要有以下特点：
①具有过程可控制、降解快、生产过程全封闭的特点；
②能源化效果好，可以将潜在于废弃有机物中的低品位生物能转化为可以直接利用的高品位沼气； ③易操作，与好氧处理相比厌氧消化不需要通风动力，设施简单，运行成本低，属于节能型处理方法；
④产物可再利用，适于处理高浓度有机废水和废物，经厌氧消化后的废物基本得到稳定，可以作农肥、饲料或堆肥化原料；
⑤厌氧微生物的生长速度慢，常规方法的处理效率低，设备体积大； ⑥厌氧过程中会产生H2S等恶臭气体。
三、论述
1. 使用堆肥能够产生哪些积极的作用？
使用堆肥能带来一些积极的作用：
（1）使土质松软，多孔隙，易耕作，改善土壤的物理性能，增加保水性、透水性及渗水性。
（2）有吸附阳离子的作用，有助于保住氮、钾、铵等以阳离子形态存在的肥料成分。腐殖质阳离子交换容量是普通粘土的几倍到几十倍。
（3）腐殖化的有机物具有调节植物生长的作用，也有助于根系发育和伸长。
（4）腐殖质有缓冲作用 当土壤中腐殖质多时，肥料施得过多或过少，气象条件的稍微恶化，都不易损害土壤的性能。例如水分不足时，腐殖质多可起到类似于缓冲器的作用，防止植物枯萎。
（5）堆肥是缓效性肥料 堆肥中的氮肥几乎都以蛋白质的形态存在，当施到田里时，蛋白质经氮微生物分解成氨氮，在旱地里部分变成硝酸盐氮，两者都是能被吸收的。施用堆肥不会出现施化肥那样短暂有效或施肥过头的情况，由于经过上述过程缓慢持久地起作用，故不致对农作物产生损害。