1、第二章固体废物的产生、特征及采样方法主要内容n固体废物产生量的常用预测方法n常用的固体废物物理及化学特性，各种性质的测试及计算方法，危险废物特性及鉴别试验方法n固体废物的采样方法2.1固体废物产生量及预测n对固体废物产生量的计算在固体废物管理种是十分重要的，它是保证收集、运输、处理、处置以及综合利用等后续管理能够得以正常实施和运行的依据。2.1.1城市生活垃圾产生量及其预测n估算城市生活垃圾产生量的通用公式为：310365nnnYyP式中：Yn为第n年城市生活垃圾产生量，t/ayn为第n年城市生活垃圾的产率或产出系数,kg/(人d)Pn为第n年城市人口数，人n城市垃圾产率，受收入水平、能源结构
2、、消费习惯等影响n城市人口数变化要同时考虑机械增长率（如移民、城市化等）和自然增长率的影响。本章讨论的人口增长率除特殊说明则都指自然增长率。n下图是典型应用于工程规划时的预测流程规划区内历年人口数规划区内历年垃圾产率算术增加法几何增加法饱和曲线法最小平方法曲线延长法算术增加法几何增加法饱和曲线法最小平方法曲线延长法历年人口成长特性分析其它相关计划运作情形预测规划区内未来人口数规划区内垃圾产率预测垃圾收运率垃圾产量预测人口预测模型特性说明方法说明适用情况说明算术增加法假设人口增长呈一定比例常数直线增加适用于短期预测（15年），其结果常有偏低的趋势几何增加法假设未来人口增长率与过去人口几何增长率相
3、等适用于短期预测（15年）或新兴城市，若预测时间过长常有偏高现象饱和曲线法假设人口增长初期较快，中期平缓，终期饱和，以曲线表示则呈S型曲线适于较长期的预测，也是目前常用的方法最小平方法以每年平均增加人口数为基础，根据历史资料以最小平方法预测本法与算术增加法略同，但该法较精确曲线延长法根据历史人口增长情形配合未来城市发展条件，并参考上述方法以延长原有人口增长曲线适合新兴城市算术增加法n假定未来每年人口增加率，与过去每年人口增加率的平均值相等，其计算可以下式表示：00ntPPn rPPrt式中：Pn为n年后的人口数，人；P0为现在人口数，人；n为推测年数，年；r为每年增加人口数，人/年；Pt为现在
4、起t年前人口数，人；t为过去的年数几何增加法00e x p ()l nl nntPPk nPPkt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，据此以等比级数推算未来人口，适用于新兴城市，但若预测时间过长常会偏高。其计算式：式中，Pn、P0、t、n同上式；k为几何增加常数饱和曲线法n假定城市人口数不可能无止境地增加，一定时间后将假定城市人口数不可能无止境地增加，一定时间后将达到饱和状态，其人口增加状态呈达到饱和状态，其人口增加状态呈S曲线状。其计算曲线状。其计算式式：1qnKPme或ln(1)lnKqnmP式中，P为推测人口数，以千人计；n为基准年起至预测年所经过年数；K为饱和人口数，
5、以千人计；m，q为常数（q为负值）本法因与城市人口动态变化规律较接近，国际上应用较本法因与城市人口动态变化规律较接近，国际上应用较普遍。普遍。最小平方法n本法以每年平均增加人口数为基础，根据历年统计资料以最小平方法推测人口变化地方法其计算式如下：222niniiniiiiiniiniiiiiPanbNn PnPaNnnnn Pn PnbNnnn式中，n为年数，年；a，b为常数；Pn为n年的人口数；N为用以分析人口数据（Pni，ni)的组数。曲线延长法n根据过去人口增长情形，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，并参考其它相关城市的变化情形进行预测，将历史人口
6、记录的变化曲线进行延长，并求出预测年度的人口。2.1.2工业固体废物产生量及预测n工业固体废物产生量的预测经常采用“废物产生因子法”进行，也称“废物产率”。n所谓废物产率，即废物产生源单位活动强度所产生的废物量。trPP M式中，Pt为固体废物产生量，t/万吨；Pr为固体废物的产率，t/万元或t/万吨；M为产品的产值或产量，万元或万吨采用此公式的两个假设n相同产业采用相同的技术,而且在预测期内没有技术改造,即投入系数一定n各产业的工业固体废物量Pt与产值或产量成正比,即产出系数一定固体废物的产率可以通过实测法或物料衡算法求得固体废物的产率可以通过实测法或物料衡算法求得实测法n根据生产记录得到每
7、班(或每天/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(或产量),由下式求出Pr值:n为了保证数据的准确性,一般要在正常运行期内测量若干次,取其平均值:PtiriiPM11nrriiPPn物料衡算法求固体废物产率生产过程投入1投入n产品1产品n.流失1流失n.PPP投入流失产品例例:某黄磷厂生产一吨黄磷需要黄磷矿石某黄磷厂生产一吨黄磷需要黄磷矿石9.339t,焦炭焦炭1.551t,硅石硅石1.557t,除得到除得到0.356t的副产品磷铁外的副产品磷铁外,还产生还产生2.824t气体和气体和0.135t粉尘粉尘,其余均以废渣形其余均以废渣形式排出式排出.求黄磷的产渣率求黄磷的产
8、渣率.解:已知投入物料量 磷矿石:9.339t 焦炭:1.551t 硅石:1.557t 产品量 黄磷:1.000t 流失量 气体:2.824t 磷铁:0.356t 粉尘:0.135t PPP流失投入产品PPPPP流失气铁尘渣 =(9.339+1.551+1.557)-1.000 =11.447t =11.447-2.824-0.356-0.135 =8.132(t)PPPPP流失气铁尘渣2.2固体废物的物理及化学特性 物理：物理组成、粒径、含水率、容积 密度 化学：挥发分、灰分、固定碳、闪火点 与燃点、热值、灼烧损失量、元素成分、毒性浸出性质 感官性能：指废物的颜色、臭味、新鲜 或腐败的程度等
9、，往往可以直接判断2.2.1固体废物的物理特性n物理组成（physical composition) 城市固体废物的物理组成很复杂，其受到多种因素的影响。故各国、各城市甚至各地区产生的城市垃圾组成都有所不同。地区地区北北 方方南南 方方燃料燃料类型类型城市城市太原太原吉林吉林天津天津沈阳沈阳哈尔滨哈尔滨南宁南宁南京南京上海上海重庆重庆有机组分有机组分83.2262.0478.9886.9463.9246.0164.7780.369.91燃燃气气无机组分无机组分4.1227.265.889.3420.2245.7618.337.5419.91废废品品纸类纸类6.971.9111.042.779.
10、613.472.9金属金属1.130.410.661.061.9321.19塑料塑料1.60.271.731.221.491.862.12玻璃玻璃1.370.712.072.361.891.741.95布类布类1.590.420.360.821.983.092.01小计小计12.6610.715.143.7215.868.2316.912.1610.18有机组分有机组分10.864.822.2637.9730.8617.0226.2831.9616.8燃燃煤煤无机组分无机组分86.3893.769.5260.7966.0278.668.260.779.54废废品品纸类纸类1.570.351.0
11、71.611.6120.77金属金属0.30.170.50.640.642.70.94塑料塑料0.170.090.241.091.091.350.68玻璃玻璃0.210.240.490.430.431.060.84布类布类0.510.210.720.610.610.230.42小计小计2.762.19.121.063.154.384.387.343.66n粒径（particle size） 对于固废的前处理，如筛选或磁分离，废物粒径大小往往是个重要参数。 通常粒径的表达方式以粒径分布（particle size distribution，PSD）表示，因废物组成复杂且大小不等，很难以单一大小表
12、示，且几何形状也不一样，只能通过筛网的网“目”（mesh）代表其大小。“目”指颗粒大小和孔的直径，一般用在1in2 （1in=25.4mm）筛网面积内有多少个孔来表示。目前国际上比较多用等效体积颗粒的计算直径来表示粒径。以m或mm表示。 目数 粒度um 目数 粒度um 目数 粒度um5 3900 140 104 1600 1010 2000 170 89 1800 816 1190 200 74 2000 6.520 840 230 61 2500 5.525 710 270 53 3000 530 590 325 44 3500 4.535 500 400 38 4000 3.440 420
13、 460 30 5000 2.745 350 540 26 6000 2.550 297 650 21 7000 1.2560 250 800 19 80 178 900 15 100 150 1100 13 120 124 1300 11 下表为我国通常使用的筛网目数与粒径（m）对照表。 目数 微米 目数 微米 目数 微米 目数 微米 2.5 7925 12 1397 60 245 325 47 3 5880 14 1165 65 220 425 33 4 4599 16 991 80 198 500 25 5 3962 20 833 100 165 625 20 6 3327 24 701
14、 110 150 800 15 7 2794 27 589 180 83 1250 10 8 2362 32 495 200 74 2500 5 9 1981 35 417 250 61 3250 2 10 1651 40 350 270 53 12500 1（3）含水率（moisture）n定义：废物在1051温度下烘干2h（依水分含量而定）后所失去的水分量，烘干至衡重或最后两次称量的误差小于规定值。100最初质量烘干后质量含水率（）最初质量（4）容积密度n也称容重，是决定运输或贮存容积的重要参数。n由于废物成分复杂，其求法都是以各组分的平均值来计算。2.2.2固体废物的化学特性n（1）挥发
15、分（volatiles）：指物体在标准温度实验时，呈气体或蒸汽而散失的量。实验法，是将定量样品（已除去水分）置于已知质量的白金坩埚内，于无氧燃烧室内加热（600 20 ）所散失的量。（2）灰分（ash）n对垃圾进行分类，将各组分破碎至2mm以下，取一定量在1055 下干燥2h，冷却后称量（P0），再将干燥后的样品放入电炉内，在800 下灼烧2h，冷却后再在105 5下干燥2h，冷却后称量P1。10(%)100PPiIn测定灰分可预估可能产生的熔渣量及排气中颗粒物含量，并可依灰分的形态类别选择废物适用的焚烧炉，若含有过多的金属则不宜焚烧。n若废物含Na，K，Mg，P，S，Fe，Al，Ca，Si等
16、，因焚烧过程中的高温氧化环境极易发生化学反应，而产生复杂的熔渣。n如Na2CO3/NaSO4/NaCl，任两种或三种在某些比例下结合，会形成熔点较低的混合物。（3）固定碳n是除去水分、挥发性物质及灰分后的可燃烧物。100固定碳（）（含水率灰分挥发性物质）n例：某废物经标准采样混配后，置于烘炉内量得有关的质量（不含坩埚）如下：原始样品质量25.00g105 加热后质量23.78g以上样品加热至600 后质量15.34g接着加热到800 后质量4.38g。试求此废物的水分、灰分、挥发分与固定碳各为多少？（4）闪火点与燃点n缓慢加热废物至某一温度，如出现火苗，即闪火而燃烧，但瞬间熄灭，此温度就称为闪
17、火点（flash point）n但如果温度接着升高，其所发生的挥发组分足以继续维持燃烧，而火焰不再熄灭，此时的最低温度称为着火点（ignition point）或燃点。（5）热值（heating value）n表示废物燃烧时放出的热量，用以考虑计算焚烧炉的能量平衡及估算辅助燃料所需量。n高位热值：单位质量垃圾完全燃烧后燃烧产物中的水分冷凝为0的液态水所放出的热量。n低位热值：单位质量垃圾完全燃烧后燃烧产物中的水分为20的水蒸汽所放出的热量。废物的热值可用量热计直接测量，也可以根据废物的组分或元素组成计算。n测量法，利用热值测定仪进行测量n理论估算法，利用热焓估算。n利用元素组成进行计算，wil
18、son式估算热值（kcal/kg)aA+bBcC+dDcdabHcHdHaHbH81342.5()22.55.85(9)8LOHCHSHW（6）灼烧损失量（ignition loss)n通常作为检测废物焚烧后灰渣的品质。n测定方法是将灰渣样品置于80025高温下加热3h，称其前后质量，并根据下式计算：一般设计优良的焚烧炉的灰渣灼烧损失量约在5以下。100加热前质量加热后质量灼烧损失量（）加热前质量（7）元素成分n废物的元素成分有多方面的作用，如判断其化学性质，确定废物的处理工艺，焚烧后二次污染物的预测，或有害成分的判断依据等。2.2.3危险废物特性及鉴别试验方法（1） 急性毒性：指一次性投给试
19、验动物的毒性物急性毒性：指一次性投给试验动物的毒性物质，其半致死量小于规定值的毒性。质，其半致死量小于规定值的毒性。对小白鼠或大白鼠（健康）灌胃：对小白鼠或大白鼠（健康）灌胃：0.4ml/20g（体（体重），大鼠重），大鼠1.0ml/100g（体重），记录（体重），记录48h内动内动物死亡数。物死亡数。 灌胃液制备灌胃液制备：100g样品置于样品置于500mL具磨口玻璃具磨口玻璃塞的三角瓶中，加入塞的三角瓶中，加入100mL(pH5.8-6.3)的水中的水中（固液比固液比1：1），），振荡振荡3分钟于室温下分钟于室温下浸泡浸泡24小小时，用中速定量滤纸时，用中速定量滤纸过滤过滤，滤液即为灌胃所
20、用，滤液即为灌胃所用（2）易燃性：闪点低于定值的废物由于摩擦、）易燃性：闪点低于定值的废物由于摩擦、吸湿、点燃或者由于自发的化学变化会产吸湿、点燃或者由于自发的化学变化会产生发热或着火，或点燃后的燃烧会持续进生发热或着火，或点燃后的燃烧会持续进行。行。测定闪点（闪点测定仪），石油产品，国标测定闪点（闪点测定仪），石油产品，国标（3） 腐蚀性试验方法腐蚀性试验方法腐蚀性：腐蚀性：指采用指定的标准方法，或根据规指采用指定的标准方法，或根据规定程序批准的等效方法测定其溶液、固体定程序批准的等效方法测定其溶液、固体或半固体浸出液的或半固体浸出液的pH值小于或等于值小于或等于2.0，大，大于或等于于或等
21、于12.5，则该废物具有腐蚀性。，则该废物具有腐蚀性。玻璃电极法玻璃电极法（4）反应性：指在常温、常压下不稳定，极易发生激烈的化学反应，遇火或水反应猛烈，在受到摩擦、撞击或加热后可能发生爆炸或产生有毒气体的性质撞击感度撞击感度测定：立式落锤仪，爆炸百分数为感度测定：立式落锤仪，爆炸百分数为感度摩擦感度摩擦感度测定：摆式摩擦仪，一定条件下的发火率为摩擦感测定：摆式摩擦仪，一定条件下的发火率为摩擦感度度观察是否发生爆炸、燃烧、分解；观察是否发生爆炸、燃烧、分解；差热分析测定差热分析测定：差热分析仪：差热分析仪爆发点爆发点测定：爆发点测定仪测定：爆发点测定仪火焰感度火焰感度测定：黑火药柱能否通过灼热
22、的镍铬丝点燃样品测定：黑火药柱能否通过灼热的镍铬丝点燃样品遇水反应性遇水反应性：和水剧烈反应；和水形成爆炸性混合物；和水：和水剧烈反应；和水形成爆炸性混合物；和水混合产生毒性气体、蒸汽或烟雾等混合产生毒性气体、蒸汽或烟雾等（5）感染性n指带有微生物或寄生虫，能致人体或动物疾病的废物。n具有感染性的典型危险废物为医疗废物，指在医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其它相关活动中产生的具有直接或者间接感染性、毒性以及其它危害性的废物。医疗废物管理条例将医疗废物分为以下种类n感染性废物n病理学废物n损伤性废物n药物性废物n化学性废物n其它废物（6）浸出毒性指固体废物遇水浸沥，其中有害的物质迁移转化，指固
23、体废物遇水浸沥，其中有害的物质迁移转化，污染环境，浸出的有害物质的毒性称为浸出毒性。污染环境，浸出的有害物质的毒性称为浸出毒性。浸出液制备浸出液制备：100g（干基）样品置于干基）样品置于2L具广口聚乙具广口聚乙烯瓶中，加入烯瓶中，加入1L(pH5.8-6.3)的的水水中，水平往复振中，水平往复振荡器上荡器上振荡振荡8小时小时于室温下于室温下浸泡浸泡16小时小时，用，用0.45微米滤膜过滤微米滤膜过滤，滤液即为浸出液。，滤液即为浸出液。分析指标：分析指标：汞、镉、砷、铬、铜、锌、镍、锑、铍、汞、镉、砷、铬、铜、锌、镍、锑、铍、氟化物、氰化物、硫化物、硝基苯类化合物。氟化物、氰化物、硫化物、硝基
24、苯类化合物。 n除了以上特性，危险废物得其它特性还可能包括：生物累积性（bioaccumulation），致突变性、致癌性或畸胎性（mutagenicity carcinogenicity or teratogenicity, MCT），放射性2.3固体废物的采样方法n固体废物采样分析是从大量废物中取出少量代表性样品，有这些少量样品分析所得的数据，推测出整体废物的性质。n大多数废物都呈不均匀状态，比较准确的方法是收集兵分析一个以上的样品，多个样品产生的代表性数据才可以说明该废物的平均性质与组成。n根据废物贮存方式与贮存容器的不同，可采用不同的采样形态，常用的采样方法包括：单一随机采样，分层随机
25、采样，系统随机采样，阶段式采样，权威采样，混合采样。下面一一说明。单一随机采样型n采样方法：将所有废物划分成相当数量的假想格子，依序给予连续编号，随机选出一组号码，再从这组号码所代表的格子取出样品，再随机选择所要采集的样品。n特性：废物的任一点，都有同等的机会被取出，且以随机方式取出适量样品。n优点：简单，准确度高n适用对象：化学性质呈现部规则的非均态，且维持固定状态的废物，无任何或很少污染物分布资料的废物分层随机采样型n采样方法：若废物的污染性质痕明显地分割成数层，且层与层之间性质差异很大，而每一层内的差异性很小，并至少可以取出23格样品时，则在每一层中，分别以单一随机采样法采集样品；若了解
26、每层的差异程度，则以其差异程度，依各层废物量的分布比例大小，分别于各层取出相当比例的样品量。n特性：分层随机采样依据各层显著的差异性，分别根据其差异程度的大小，取出不同比例的样品数，能很准确地反映废物性质分布的状况。n适用：明确了解废物中污染物的分布情形，且其分层现象很明显，经费不足，仅能取少数样品的情况。系统随机采样型n采样方法：在废物中随机取出第一个样品，随后于一定空间或时间间隔下，依序取出其它样品，即将全体所有的个体依次编号，设定固定间隔，每隔若干号抽取一号。n特性：第一个样本随机取出后，其余的样本依一定的规则取出。n适用：采样人员非常了解该废物的特性，确知该废物中主要污染物呈任意分布或
27、只有缓和的层化现象。阶段式采样法n采样方法：先有一个原始N个单位（一单位中含有多个样品）中抽取n个单位的随机样本，称为主要（或第一段）抽样单位，而再从n个单位中的第i个被选的主要单位再选m个单位，称为次要（或第二段）抽样单位。n特性：采样手续方便，可依需要分阶段实施采样工作n缺点：误差较大，整理分析较繁琐。权威性采样法n采样方法：由对所采集废物的性质非常了解的人员决定并选择样品。n特性：整个采样过程完全由一个人决定，人为因素较强。n适用：采样人员对废物性质确实非常了解的情况。n虽然较简单，方便，但容易出现错误的判断，数据的有效性比较可疑。混合采样型n采样方法：将由废物收集而来的一些随机样品，混合成单一样品，再分析此单一混合样品的相关污染物。常用的方法有二分法，四分法与井字法。二分法：将废物堆等分，各等分取适量样品再混匀后等分，再从各等分取适量样品，如此重复至适当的样品量。四分法：将废物堆十字均分为四小堆，取对角的两小堆，混匀后再十字均分为四小堆，如此重复至适当的样品量。井字法：将废物井字均分为九小堆，各小堆等取适量样品，混匀后再井字均分为九小堆，如此重复至适当的样品量。 n特性：样品间的分散性较小，可减少样品采集数量。n综合以上讨论，当要采集废物样品时，若无任何或很少相关污染物分布的资料时，最好采取单一随机采样法，若有较详细相关资料时，则要考虑采样分层随机采样法或系统随机采样法。
