城市生活垃圾處理與處置實(shí)踐教程

本實(shí)驗(yàn)教程摘抄自《城市生活垃圾處理與處置實(shí)踐教程》主編劉丹李啟彬西南交通大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)一固體廢物的破碎實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解固體廢物破碎的目的和顎式破碎機(jī)的工作原理；2.掌握固體廢物破碎效果的評(píng)價(jià)計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、破碎的目的固體廢物破碎是利用外力克服固體廢物質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力而使大塊固體廢物分裂成小塊的過(guò)程。磨碎是使小塊固體廢物顆粒分裂成細(xì)粉的過(guò)程。固體廢物經(jīng)破碎和磨碎后，粒度變得小而均勻，其目的如下：⑴使固體廢物的容積減小，便于運(yùn)輸和貯存；⑵為固體廢物的分選提供所要求的入選粒度，以便有效地回收固體廢物種某種成分；⑶使固體廢物的比表面積增加，提高焚燒、熱分解、熔融等作業(yè)的穩(wěn)定性和熱效率；⑷為固體廢物的下一步加工做準(zhǔn)備；⑸用破碎后的生活垃圾進(jìn)行填埋處置時(shí)，壓實(shí)密度高而均勻，提高填埋場(chǎng)的利用效率；⑹防止粗大、鋒利的固體廢物損壞分選、焚燒和熱解等設(shè)備或爐膛。2、破碎比在破碎過(guò)程中，原廢物粒度與破碎后產(chǎn)物粒度的比值稱為破碎比。破碎比表示廢物粒度在破碎過(guò)程中減小的倍數(shù)，即表示廢物被破碎的程度。在工程設(shè)計(jì)中，常采用廢物破碎前的最大粒度（Dmax）與破碎后的最大粒度（dmax）之比來(lái)計(jì)算破碎比。這一破碎比稱為極限破碎比。通常，根據(jù)最大物料直徑來(lái)選擇破碎機(jī)給料口的寬度。⑶用合適的手篩對(duì)破碎原料進(jìn)行篩分；⑷用鋼尺測(cè)量破碎原料的最大粒度；⑸利用顎式破碎機(jī)對(duì)破碎原料進(jìn)行破碎；⑹收集破碎后的全部物料；⑺對(duì)收集后的破碎料進(jìn)行稱重、量測(cè)體積、篩分和量測(cè)最大粒度尺寸；⑻清掃實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地衛(wèi)生，傾倒破碎料，擺放好實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、實(shí)驗(yàn)記錄表2-1破碎實(shí)驗(yàn)記錄表測(cè)量項(xiàng)目質(zhì)量體積最大粒度粒徑分布（mm）＜33～55～1010～2020～5050～80≥80破碎前破碎后2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析⑴計(jì)算極限破碎比與真實(shí)破碎比⑵繪制破碎前后的粒徑分布曲線⑶計(jì)算破碎前后的堆積密度以及本次破碎的產(chǎn)品回收率六、設(shè)備使用時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)1、機(jī)體安裝基礎(chǔ)必須牢靠、平整，以防機(jī)體受力不均引起破裂。2、試車(chē)前必須檢查破碎機(jī)的各個(gè)緊固件是否緊固，用手轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶輪觀其是否靈活，發(fā)現(xiàn)不正常，查明原因應(yīng)予以排除方可試車(chē)。3、試車(chē)必須空載試車(chē)，空載試車(chē)時(shí)旋動(dòng)小手輪以檢查調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是否靈活、有無(wú)潤(rùn)滑油，空載10分鐘后無(wú)異?，F(xiàn)象方可使用。4、破碎物料的硬度最好不要超過(guò)中等硬度，以免加快零件的磨損而減少設(shè)備壽命。5、為了出料方便，安裝時(shí)可適當(dāng)提高整機(jī)的安裝高度。七、討論1、簡(jiǎn)述固體廢物破碎的目的和顎式破碎機(jī)的特點(diǎn)。2、簡(jiǎn)述固體廢物平均粒度的計(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)二固體廢物的壓實(shí)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū緦?shí)驗(yàn)為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)）1、了解固體廢物壓實(shí)的工作原理；2、掌握固體廢物壓實(shí)效果的計(jì)算和評(píng)價(jià)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理壓實(shí)也稱壓縮，是利用機(jī)械的方法減少固體廢物的孔隙率，將其中的空氣擠壓出來(lái)增加固體廢物的聚集程度。以城市固體廢物為例，壓實(shí)前密度通常在0.1～0.6t/m3范圍，經(jīng)過(guò)壓實(shí)器或一般壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)后密度可提高到1t/m3左右，因此，固體廢物填埋前通常需要進(jìn)行壓實(shí)處理，尤其對(duì)大型廢物或中空性廢物事先壓碎顯得更為必要。壓實(shí)操作的具體壓力大小可以根據(jù)處理廢物的物理性質(zhì)（如易壓縮性、脆性等）而定。一般開(kāi)始階段，隨壓力的增加，物料的密度會(huì)迅速增加，以后這種變化會(huì)逐步減弱，且有一定限度。實(shí)踐證明末經(jīng)破碎的原狀城市垃圾，壓實(shí)密度極限值約為1.1t/m3。比較經(jīng)濟(jì)的辦法是先破碎再進(jìn)行壓實(shí)，這樣可以很大程度上提高壓實(shí)效率，即用比較小的壓力取得相同的增加密度效果。目前壓實(shí)已成為一些國(guó)家處理城市垃圾的一種現(xiàn)代化方法。該方法不僅便于運(yùn)輸，而且還具有可減輕環(huán)境污染和節(jié)省填埋或儲(chǔ)存場(chǎng)地等優(yōu)點(diǎn)。固體廢物壓實(shí)處理后，體積減小的程度叫壓縮比。廢物壓縮比決定于廢物的種類及施加的壓力。一般壓縮比為3～5。同時(shí)采用破碎與壓實(shí)技術(shù)可使壓縮比增加到5～10。為判斷壓實(shí)效果，比較壓實(shí)技術(shù)與壓實(shí)設(shè)備的效率，常用下述指標(biāo)來(lái)表示廢物的壓實(shí)程度。①

孔隙比與孔隙率固體廢物可設(shè)想為各種固體物質(zhì)顆粒及顆粒之間充滿空氣孔隙共同構(gòu)成的集合體。由于固體顆粒本身孔隙較大，而且許多固體物料有吸收能力和表面吸附能力，因此廢物中水分子主要都存在于固體顆粒中，而不存在于孔隙中，不占據(jù)體積。因此固體廢物的總體積（Vm）就等于包括水分在內(nèi)的固體顆粒體積（Vs）與孔隙體積（Vv）之和。即：Vm

=

Vs

+

Vv則廢物的孔隙比（e）可以定義為：在實(shí)際的生產(chǎn)操作中用的最多的參數(shù)是孔隙率（），可以定義為：孔隙比或孔隙率越低，則表明壓實(shí)程度就越高，相應(yīng)的密度就越大。在這里順便指出的一點(diǎn)是，孔隙率的大小對(duì)堆肥化工藝供氧、透氣性及焚燒過(guò)程物料與空氣接觸效率也是重要的評(píng)價(jià)參數(shù)。②

濕密度與干密度忽略空氣中的氣體質(zhì)量，固體廢物的總質(zhì)量（Wh）就等于固體物質(zhì)質(zhì)量（Ws）與水分質(zhì)量（Ww）之和，即：Wh

=

Ws

+

Ww則固體廢物的濕密度（Dw）可以由下式確定。固體廢物的干密度（Dd）可用下式確定。實(shí)際上，廢物收運(yùn)及處理過(guò)程中測(cè)定的物料質(zhì)量通常都包括了水分，故一般密度均是濕密度。壓實(shí)前后固體廢物密度值及其變化率大小，是度量壓實(shí)效果的重要參數(shù)，也相對(duì)容易測(cè)定，因此比較實(shí)用。③

體積減少百化比體積減少的百分比（R）一般用下式表示：R=[（Vi-Vf）/Vi]×100%式中R——體積減少百分比，%；Vi——壓實(shí)前廢物的體積，m3；Vf——壓實(shí)后廢物的體積，m3。④

壓縮比與壓縮倍數(shù)壓縮比（r）可以定義為顯然，r越小，證明壓實(shí)效果越好。壓縮倍數(shù)（n）可定義為由此可知，n與r互為倒數(shù)，n越大證明壓實(shí)效果越好。在工程上，一般以習(xí)慣用n來(lái)說(shuō)明壓實(shí)效果的好壞。三、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、垃圾壓實(shí)機(jī)一臺(tái)；2、體積測(cè)量桶一個(gè)；3、臺(tái)式天平（10kg）1臺(tái)；4、鋼尺數(shù)把。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備各實(shí)驗(yàn)小組分別自取生活垃圾若干，要求最大尺寸不超過(guò)10cm。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程⑴用臺(tái)式天平測(cè)量待壓實(shí)垃圾的質(zhì)量；⑵用體積量測(cè)桶測(cè)量壓實(shí)前垃圾的體積；⑶將待壓實(shí)垃圾放入壓實(shí)機(jī)中，開(kāi)啟電機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)過(guò)程中需不定時(shí)記錄壓實(shí)力與壓實(shí)后的垃圾厚度；⑷完成壓實(shí)后，取出壓實(shí)垃圾；⑸量測(cè)壓實(shí)后垃圾的體積和質(zhì)量。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、實(shí)驗(yàn)記錄表2-2垃圾壓實(shí)前后的變化測(cè)量項(xiàng)目壓實(shí)前壓實(shí)后質(zhì)量體積質(zhì)量體積滲濾液產(chǎn)量試樣1試樣2表2-3垃圾壓實(shí)過(guò)程中壓實(shí)力與垃圾厚度的變化序號(hào)壓實(shí)力垃圾厚度（cm）2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析⑴繪制壓實(shí)力與垃圾密度的關(guān)系曲線；⑵計(jì)算實(shí)驗(yàn)垃圾的壓縮比和壓縮倍數(shù)；⑶繪制垃圾壓實(shí)物料平衡圖。六、注意事項(xiàng)1、選取垃圾時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制壓實(shí)垃圾中塑料瓶的數(shù)量；2、在壓實(shí)過(guò)程中密切注意壓實(shí)機(jī)的狀態(tài)，避免過(guò)度壓實(shí)導(dǎo)致設(shè)備損壞。七、討論1．試對(duì)壓實(shí)結(jié)束時(shí)垃圾在壓實(shí)器中的密度與取出后的密度進(jìn)行比較，分析壓實(shí)垃圾回彈的原因，提出控制措施。實(shí)驗(yàn)五電鍍含銅廢水中銅的電解法回收實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū緦?shí)驗(yàn)為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)）1、了解電鍍含銅廢水的危害和主要處理方法；2、掌握陰極電解法的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在電鍍、金屬冶煉、機(jī)械加工及銅礦開(kāi)采過(guò)程中，均會(huì)產(chǎn)生各種含銅廢水。銅在自然界中沒(méi)有自凈和生物降解能力，可通過(guò)生物鏈不斷富集，而引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，因而根據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》和《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，含銅廢物（HW22）屬于危險(xiǎn)廢物。治理含銅廢水有化學(xué)處理法、氣浮法、吸附法、離子交換法和電化學(xué)法等方法。陰極還原法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、無(wú)二次污染、過(guò)程易自動(dòng)化、可回收廢水中的銅等優(yōu)點(diǎn)，不僅可得到良好的環(huán)境效益，而且還可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，大大減少環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)，并且通過(guò)控制電極電位，可把同一溶液中的多種金屬離子逐一分別回收、提純，并可得到純度比較高的某單一金屬。當(dāng)電流通過(guò)裝有酸性含銅廢水的電解槽時(shí)，在陰極上電極電位較高者優(yōu)先發(fā)生還原反應(yīng)，因而陰極反應(yīng)以銅的析出為主：在陽(yáng)極上電極電位較低者優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng)，當(dāng)電解液中含有硫酸時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)以水的電解氧化為主，當(dāng)電解液中含有鹽酸時(shí)，則以氯氣的析出為主。⑴陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程以含硫酸銅電鍍廢水為例，陽(yáng)極發(fā)生的主要反應(yīng)為：2H2O——4H++O2+4e=1.229V4OH-——2H2O+O2+4e=1.229V⑵陰極反應(yīng)過(guò)程陰極上發(fā)生的主要是二價(jià)銅離子的還原析出：Cu2++2e——Cu=0.34V三、試驗(yàn)設(shè)備1、電解槽2、石墨－銅電極3、直流電源4、pH計(jì)5、原子吸收分光光度計(jì)6、電子天平四、實(shí)驗(yàn)步驟1、用電子天平測(cè)量烘干后銅電極（陰極）的質(zhì)量；2、取適量的硫酸銅電鍍含銅廢水，測(cè)量其Cu2+濃度，然后調(diào)節(jié)其pH至2.0后，倒入電解槽中；3、連接電路，仔細(xì)檢查后再接通電源，調(diào)節(jié)直流電源電壓，使輸出電壓為3伏；4、在接通電源后第10min、20min、30min、45min、60min、90min、120min依次從電解槽中取樣進(jìn)行Cu2+濃度的分析；5、取出銅電極，烘干后用電子天平測(cè)量其質(zhì)量。五、實(shí)驗(yàn)記錄與分析1、實(shí)驗(yàn)記錄電解前銅電極質(zhì)量：電解后銅電極質(zhì)量：表2-8電解過(guò)程Cu2+濃度記錄表取樣時(shí)間（min）0102030456090120取樣體積/mL定容體積/mL空白溶液吸光度被測(cè)試樣吸光度被測(cè)Cu2+含量/(mg/L)Cu2+含量平均值(mg/L)2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析⑴繪制實(shí)驗(yàn)廢水在電解過(guò)程中Cu2+含量的變化曲線；⑵計(jì)算電解前后銅電極質(zhì)量的變化量。六、討論1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后廢水中Cu2+含量的變化和實(shí)驗(yàn)前后銅電極質(zhì)量的變化比較，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因？2、影響含銅廢水銅電解處理效率的因素有哪些?實(shí)驗(yàn)六垃圾滲濾液的水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū緦?shí)驗(yàn)為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)）1、了解按不同方式運(yùn)行的填埋場(chǎng)垃圾滲濾液的污染特征及變化規(guī)律。2、了解填埋場(chǎng)滲濾液處理的必要性。二、實(shí)驗(yàn)原理垃圾滲濾液又稱滲瀝水或滲瀝液，是指垃圾在堆放或填埋過(guò)程中由于發(fā)酵、雨水的淋溶和沖刷以及地表水和地下水的浸泡而濾出的污水。垃圾滲濾液具有有機(jī)污染物濃度高、氨氮含量較高（厭氧填埋場(chǎng)）、磷含量偏低、金屬離子含量較高、總?cè)芙庑怨腆w含量較高、色度較高、水質(zhì)隨填埋時(shí)間變化較大等特點(diǎn)。描述垃圾滲濾液污染的主要指標(biāo)包括：pH、色度、總固體、總?cè)芙庑怨腆w、總懸浮固體、硫酸鹽、氨態(tài)氮、凱氏氮、氯化物、磷、BOD、COD以及重金屬等。本實(shí)驗(yàn)對(duì)滲濾液的pH、COD和氨氮等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。其中，pH采用玻璃電極法測(cè)定，色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定，COD采用COD測(cè)定儀測(cè)定，氨氮采用氨氮測(cè)定儀測(cè)定。三、儀器和試劑1、pH計(jì)2、50mL具塞比色管一套3、COD測(cè)定儀4、氨氮測(cè)定儀5、燒杯、移液管若干四、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備分別從垃圾中轉(zhuǎn)站、填埋場(chǎng)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室采集垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液和按不同方式運(yùn)行（厭氧、好氧、準(zhǔn)好氧運(yùn)行）的垃圾填埋場(chǎng)所產(chǎn)生的垃圾滲濾液若干。按照儀器說(shuō)明書(shū)熟悉pH計(jì)、COD測(cè)定儀和氨氮測(cè)定儀的使用方法和操作注意事項(xiàng)。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程⑴觀察各滲濾液水樣，定性描述各水樣的顏色、嗅味特征；⑵用pH計(jì)分別測(cè)定各實(shí)驗(yàn)垃圾滲濾液的pH值；⑶用稀釋倍數(shù)法測(cè)定各實(shí)驗(yàn)垃圾滲濾液的色度；⑷用COD測(cè)定儀測(cè)定各實(shí)驗(yàn)垃圾滲濾液的COD濃度；⑸用氨氮測(cè)定儀測(cè)定各實(shí)驗(yàn)垃圾滲濾液的氨氮濃度。五、實(shí)驗(yàn)記錄與分析1、實(shí)驗(yàn)記錄表2-9滲濾液水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)記錄表序號(hào)1234樣品來(lái)源顏色嗅味pH色度COD氨氮2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析比較各滲濾液水樣的COD和氨氮濃度，并進(jìn)行相應(yīng)排序。六、討論⑴比較說(shuō)明不同運(yùn)行方式、不同填埋時(shí)間的垃圾滲濾液與垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液水質(zhì)特征的差異，分析說(shuō)明其原因。⑵試提出不同滲濾液的處理方案。實(shí)驗(yàn)七滲濾液污染物在包氣帶中的遷移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū緦?shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)）1.了解包氣帶對(duì)滲濾液中污染物的凈化機(jī)理；2.了解滲濾液通過(guò)包氣帶土層后污染物濃度的變化規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理垃圾滲濾液具有污染物濃度高、難處理、處理費(fèi)用高等特點(diǎn)，其污染物包括有機(jī)污染物、氨氮、金屬離子和總?cè)芙庑怨腆w等。垃圾滲濾液直接排放可對(duì)地表水體造成污染，若填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)不健全或損壞還可能對(duì)填埋場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)地下水體造成污染。在進(jìn)入場(chǎng)址區(qū)地下水體以前，滲濾液將運(yùn)移通過(guò)填埋場(chǎng)防滲層和介于防滲層和地下水含水層之間的包氣帶。在防滲層和下部包氣帶系統(tǒng)中，滲濾液中的污染物的阻滯和遷移主要受下列物理、化學(xué)和生物機(jī)理的影響：⑴物理機(jī)理①對(duì)流。污染物以滲流平均流速隨滲濾液一起運(yùn)移傳播的現(xiàn)象就叫對(duì)流。因?qū)α鞫w移的污染物數(shù)量與滲濾液污染物濃度和滲流平均流速成正比。②水動(dòng)力彌散。水動(dòng)力彌散包括分子擴(kuò)散和機(jī)械彌散兩部分。分子擴(kuò)散是由污染物濃度梯度引起的污染物組分從高濃度的地方向低濃度的地方運(yùn)移的現(xiàn)象。當(dāng)滲濾液流速很低的時(shí)候，擴(kuò)散就成為污染物的主要遷移過(guò)程。機(jī)械彌散是由于滲濾液在土壤孔隙中流動(dòng)時(shí)因污染物的流速矢量的大小和方向不同而引起相對(duì)于平均流速的離散現(xiàn)象。它主要是因?yàn)閱蝹€(gè)孔隙通道中流速分布呈拋物線形、滲流通道孔徑大小不一樣和孔隙本身的彎曲現(xiàn)象所引起。③物理吸附。物理吸附是因防滲層和下部包氣帶中的細(xì)粒土的范德華力、水動(dòng)力和電動(dòng)特性聯(lián)合作用所引起的污染物滯留現(xiàn)象。相對(duì)其它機(jī)理而言，物理吸附對(duì)污染物的阻滯作用相對(duì)較小，但它是細(xì)菌和病毒的一個(gè)重要去除機(jī)理。④過(guò)濾作用。粘土防滲層和下部包氣帶土粒間孔隙較小，能通過(guò)過(guò)濾作用去除滲濾液中的懸浮固體、金屬沉淀、細(xì)菌以及部分病毒。⑵化學(xué)機(jī)理①沉淀/溶解反應(yīng)。該反應(yīng)可在滲濾液通過(guò)防滲層和下部包氣帶時(shí)控制滲濾液中污染物的濃度并限制污染物總量。污染物的遷移與阻滯受沉淀—溶解平衡狀態(tài)方程決定，若污染物濃度高于平衡濃度則產(chǎn)生沉淀使污染物運(yùn)移受到阻滯，反之，當(dāng)滲濾液中污染物濃度低于平衡濃度時(shí)也會(huì)使沉淀溶解而增加污染物的遷移。沉淀/溶解反應(yīng)對(duì)滲濾液中微量金屬的遷移命運(yùn)特別重要。根據(jù)防滲層和下部包氣帶土—水系統(tǒng)所處氧化還原狀態(tài)的不同可生成碳酸鹽沉淀、硫化物沉淀和氫氧化物沉淀。在pH呈中性或堿性的環(huán)境中，通過(guò)形成沉淀而使金屬受到阻滯的作用更加明顯。②化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附是由于化學(xué)鍵作用使?jié)B濾液中污染物質(zhì)吸附到防滲層粘土顆粒表面的作用?；瘜W(xué)吸附具有明顯的選擇性，它是不可逆的，因而化學(xué)吸附對(duì)污染物起阻滯作用。③絡(luò)合反應(yīng)。絡(luò)合反應(yīng)是指金屬離子同無(wú)機(jī)陰離子和有機(jī)配位體形成無(wú)機(jī)絡(luò)合離子和金屬絡(luò)合物的反應(yīng)。絡(luò)合反應(yīng)可從兩個(gè)方向影響滲濾液中污染物的遷移和阻滯：一方面通過(guò)形成可溶絡(luò)合離子大大增加污染組分在溶液中的濃度；另一方面，若形成的絡(luò)合物特別是有機(jī)螯合物存在于固體物質(zhì)表面和溶液之間，則滲濾液中污染組分濃度會(huì)大大降低。④離子交換。由于土壤粘土礦物晶格中陽(yáng)離子的取代（如硅氧四面體中部分Si4+被Al3+取代，鋁氧八面體中部分Al3+被Fe2+或Mg2+取代）而使晶體中產(chǎn)生了過(guò)剩的負(fù)電荷即永久性負(fù)電荷。當(dāng)形成粘土礦物時(shí)，為平衡負(fù)電荷就會(huì)在晶層表面上吸附K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子補(bǔ)償永久負(fù)電荷。當(dāng)粘土與滲濾液相接觸時(shí)，滲濾液中的陽(yáng)離子就可能與粘土顆粒表面的陽(yáng)離子產(chǎn)生離子交換反應(yīng)，高價(jià)陽(yáng)離子置換低價(jià)陽(yáng)離子，半徑大的陽(yáng)離子置換等價(jià)但半徑小的陽(yáng)離子，此外，離子交換還受質(zhì)量作用定律支配。離子交換能力通常用交換容量CEC（100克土樣吸附離子的毫摩爾數(shù)）來(lái)表示，一般CEC受粘土礦物組成、有機(jī)物種類和數(shù)量以及土/水溶液的pH值影響。就三種主要粘土的離子交換能力而言，顯然蒙脫石﹥伊利石﹥高嶺石。在滲濾液中Ca2+、Mg2+、K+、Na+濃度通常比微量金屬濃度高，因而這些微量金屬不能成功競(jìng)爭(zhēng)K+、Na+、Ca2+、Mg2+等占據(jù)的離子交換位置，所以與其它機(jī)理相比，離子交換去除微量金屬效果并不顯著。實(shí)質(zhì)上吸附（包括物理吸附）、絡(luò)合和離子交換過(guò)程是很難區(qū)分的，通常這三種機(jī)理都?xì)w結(jié)為一個(gè)機(jī)理來(lái)加以考慮。⑤氧化還原反應(yīng)。當(dāng)滲濾液中的氧化還原電位與土壤溶液中的氧化還原電位不同時(shí)就會(huì)發(fā)生污染物的氧化還原反應(yīng)。氧化還原環(huán)境的不同會(huì)影響微量金屬的滯留以及硫、氮的不同化合物存在方式之間的轉(zhuǎn)化。⑥化學(xué)降解。一些污染物（一般是有機(jī)物）在沒(méi)有微生物參加情況下發(fā)生分解反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成毒性小或無(wú)毒的形式。⑶微生物活動(dòng)微生物反應(yīng)對(duì)污染物的遷移影響是很顯著的，氧化還原反應(yīng)、礦化作用、沉淀/溶解反應(yīng)以及絡(luò)合反應(yīng)都在一定程度上歸功于微生物活動(dòng)，特別是通過(guò)微生物的生物降解，復(fù)雜有機(jī)化合物經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)后會(huì)分解成簡(jiǎn)單有機(jī)物甚至無(wú)機(jī)物而使有機(jī)污染物得到很大幅度的去除。通過(guò)滲濾液在包氣帶土層中遷移的實(shí)驗(yàn)，理解上述反應(yīng)對(duì)滲濾液污染物的去除機(jī)理和凈化效果，體會(huì)填埋場(chǎng)選址對(duì)地下水水位要求的重要性。本實(shí)驗(yàn)僅對(duì)滲濾液和滲出液的pH值、色度、COD、氨氮等污染指標(biāo)和滲出量進(jìn)行測(cè)定。其中，pH采用玻璃電極法測(cè)定，色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定，COD采用COD測(cè)定儀測(cè)定，氨氮采用氨氮測(cè)定儀測(cè)定，滲濾液滲出量的測(cè)定用量筒來(lái)完成。三、試驗(yàn)設(shè)備1、模擬土柱裝置2、pH計(jì)3、50mL具塞比色管一套4、COD測(cè)定儀5、氨氮測(cè)定儀6、不同規(guī)格量筒、燒杯、移液管若干四、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備⑴取合適土料（以砂土為宜）若干，取出石頭、瓦塊等粒度較大的顆粒物后，攤鋪晾干。在有機(jī)玻璃制成的模擬土柱中裝入土料，注意控制裝土壓實(shí)密度，過(guò)密將延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，過(guò)松將影響凈化效果，裝土完畢后量測(cè)土層厚度。⑵取適量垃圾滲濾液，稀釋到COD濃度約2000mg/L備用。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程⑴用稀釋倍數(shù)法、pH計(jì)、COD測(cè)定儀和氨氮測(cè)定儀分別測(cè)量稀釋后的滲濾液的色度、pH值、COD和氨氮濃度；⑵將稀釋后的滲濾液注入到模擬土柱裝置上部，保持滲濾液水頭約10cm左右，同時(shí)記錄時(shí)間；⑶觀察并記錄滲濾液濕潤(rùn)峰面隨時(shí)間的運(yùn)移情況；⑷滲濾液從土柱底部滲出后，立即記錄時(shí)間，并取樣進(jìn)行pH、色度、COD和氨氮濃度的監(jiān)測(cè)。以后每隔一定時(shí)間對(duì)滲濾液滲出量和滲出液濃度進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，前期監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間可稍短（10～20min左右），后期時(shí)間間隔可適當(dāng)延長(zhǎng)（30～60min左右）。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1、實(shí)驗(yàn)記錄⑴滲濾液濕潤(rùn)峰面的運(yùn)移記錄表2-10滲濾液濕潤(rùn)峰面的運(yùn)移記錄時(shí)間/min峰面運(yùn)移距離/cm⑵滲濾（出）液污染物濃度監(jiān)測(cè)記錄表2-11滲濾（出）液污染物濃度監(jiān)測(cè)記錄表滲濾液注入時(shí)間：滲濾液滲出時(shí)間：序號(hào)012345678910取樣時(shí)間進(jìn)水時(shí)間差滲透水量/mL滲透速率/(mL/min)pH色度COD/(mg/L)NH3-N/(mg/L)2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析⑴繪制注水后滲濾液濕潤(rùn)峰面的運(yùn)移距離隨時(shí)間的變化曲線；⑵分別繪制滲出液COD、氨氮濃度隨時(shí)間的變化曲線以及土柱對(duì)滲濾液COD、氨氮的凈化效率的變化曲線。六、討論1、隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，滲濾液濕潤(rùn)峰面在土柱中運(yùn)移速率逐漸變慢，試分析其原因。2、若實(shí)驗(yàn)土料變?yōu)槭┕し罎B層用的粘土，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有那些差異。3、若該實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)期運(yùn)行，試想實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)如何并說(shuō)明理由。實(shí)驗(yàn)九城市生活垃圾特性的分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū緦?shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)）1、了解城市垃圾的基本特征；2、熟悉城市垃圾的常用實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)手段。二、實(shí)驗(yàn)原理城市生活垃圾又成為城市固體廢物，指在城市日常生活中或?yàn)槌鞘腥粘Ｉ钐峁┓?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為城市生活垃圾的固體廢物。目前，我國(guó)城市城市生活垃圾年產(chǎn)量已近2億噸，主要的垃圾處理方式包括衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥等。在選擇合適的城市生活垃圾處理方式前，需掌握所在地城市生活垃圾的基本組成特性。本實(shí)驗(yàn)擬對(duì)城市生活垃圾的含水率、物理組成、重金屬、熱值、可生物降解性（BDM）和揮發(fā)性固體等污染指標(biāo)進(jìn)行分析。1、含水率含水率定義為單位質(zhì)量垃圾之含水量，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）表示。收集的垃圾中，除含有內(nèi)部結(jié)合水外，還含有吸附水、膜狀水、毛細(xì)管水等。新鮮垃圾在收集容器中各成分的含水量，因擴(kuò)散、蒸發(fā)會(huì)隨時(shí)間改變，而垃圾含水類型和總量則依垃圾組成及自然環(huán)境而定。一般將這種不定態(tài)的垃圾水含量稱為自然含水率。垃圾中所含水分質(zhì)量與垃圾總質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)，就是垃圾含水率。含水率一般采用烘干法測(cè)定。2、物理組成垃圾的物理組成是指垃圾中紙屑、塑料、金屬、砂土等物理組分的重量比。由于城市垃圾擴(kuò)散性小，不易流動(dòng)，成份又極不均勻，所以其組成的測(cè)定是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，難以用機(jī)械分離開(kāi)來(lái)，目前國(guó)內(nèi)仍以人工取樣分選后再分別稱量進(jìn)行測(cè)定。一般以各成分含量占新鮮濕垃圾質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，即以濕基率（%）表示；亦可烘干后，去除水分再稱量，按干基率（%）表示。3、重金屬垃圾的重金屬含量可用原子吸收分光光度法測(cè)定。4、熱值熱化學(xué)中定義，1摩爾物質(zhì)完全氧化時(shí)的反應(yīng)熱稱為燃燒熱。對(duì)生活垃圾固體廢物和無(wú)法確定相對(duì)分子質(zhì)量的混合物，其單位質(zhì)量完全氧化時(shí)的方應(yīng)熱稱為熱值。測(cè)量熱效應(yīng)的儀器稱為量熱計(jì)（卡計(jì)）。量熱計(jì)的種類很多，本實(shí)驗(yàn)用氧彈卡計(jì)。測(cè)量基本原理是：根據(jù)能量守恒定律，樣品完全燃燒放出的能量促使氧彈卡計(jì)本身及周?chē)慕橘|(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用水）溫度升高，通過(guò)測(cè)量介質(zhì)燃燒前后溫度的變化就可以算該樣品的燃燒熱值。5、可生物降解性（BDM）垃圾中含有大量天然的和人工合成的有機(jī)物質(zhì)，有的容易生物降解，有的難以生物降解。可生物降解性是一個(gè)反映垃圾中易被微生物降解組分含量的指標(biāo)。6、揮發(fā)性固體含量揮發(fā)性固體含量用VS（%）表示。VS是反映垃圾中有機(jī)物含量近似值的指標(biāo)參數(shù)，它以垃圾在600℃溫度下的灼燒減量作為指標(biāo)。四、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、樣品采集與制備見(jiàn)固體廢物的采樣與制樣。2、含水率干燥箱；干燥器；天平（百分之一）；大坩堝；坩堝鉗；剪刀；菜刀；勞保用品（橡膠手套、口罩等）。3、物理組成10kg磅秤；10mm篩子；勞保用品（橡膠手套、口罩等），瓷盤(pán)。4、重金屬參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)四。5、熱值氧彈卡計(jì)1支；放大鏡1支；氧氣鋼瓶1支；貝克曼溫度計(jì)1支；氧氣表；0-100℃溫度計(jì)1支；壓片機(jī)1臺(tái)；萬(wàn)用電表1支；變壓器1臺(tái)；6、可生物降解性（BDM）電子天平1臺(tái)；500mL錐形瓶；20mL移液管；100mL量筒；搖床。7、揮發(fā)性固體（VS）電子天平1臺(tái)；坩堝；高溫電阻爐；干燥器。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、樣品采集與制備見(jiàn)附：固體廢物的采樣與制樣。2、含水率⑴實(shí)驗(yàn)步驟①將垃圾試樣置入干燥箱中，通常溫度控制在（105±5）℃下，烘烤4-8h，取下冷卻后稱重。當(dāng)垃圾主要為可燃物時(shí)，溫度以70-75℃為宜，烘烤時(shí)間24h。②重復(fù)烘1-2h，再稱量，直至質(zhì)量恒定。當(dāng)垃圾中有機(jī)物含量高時(shí)，完全達(dá)到質(zhì)量恒定是困難的。所以一般以二次連續(xù)稱量的誤差小于總質(zhì)量千分之四為標(biāo)準(zhǔn)。⑵計(jì)算含水率%%式中：為濕基某成分含量，%；為成分含水率，%；為樣品含水率，%；為某成分質(zhì)量，kg；為每次某成分濕重，g；Mj(干)為每次某成分干中，g；n為各成分?jǐn)?shù)；m為測(cè)定次數(shù)。式中，A為新鮮垃圾試樣原始質(zhì)量；B為試樣烘干后的質(zhì)量。3、物理組成⑴取垃圾試樣10kg，置入干燥箱內(nèi)，經(jīng)（105±5）℃烘烤4-8h，或經(jīng)70-75℃烘烤24h。⑵將烘干后的垃圾按下表進(jìn)行粗分揀。粗分揀后的剩余物過(guò)10mm篩，篩上物系分揀各成分，篩下物按其主要成分分類，無(wú)法分類的為混合類。表2-14垃圾組成分類表類別有機(jī)物無(wú)機(jī)物可回收物其他混合動(dòng)物植物灰土磚瓦陶瓷紙類塑料橡膠紡織物玻璃金屬木竹質(zhì)量/kg含量/%⑶分類稱量計(jì)算各成分組成：%式中：為濕基某成分含量，%；為某成分質(zhì)量，kg；為樣品總質(zhì)量，kg；為干基某成分含量，%；為成分含水率，%；為樣品含水率，%；4、重金屬見(jiàn)實(shí)驗(yàn)四原子吸收法測(cè)定固體廢物中的部分重金屬。5、熱值⑴測(cè)定卡計(jì)的水當(dāng)量①樣品壓片用臺(tái)秤稱取約1g左右的苯甲酸（切勿超過(guò)1.1g）。用分析天平準(zhǔn)確稱量長(zhǎng)度為15cm長(zhǎng)的鐵絲。將鐵絲串在模子的底板內(nèi)，下面填以托板，徐徐旋轉(zhuǎn)壓片機(jī)的螺絲（見(jiàn)圖），直到壓緊樣品為止。抽取模底板下的托板，再繼續(xù)向下壓，則樣品和模底一起脫落。壓好樣品形狀如圖所示，將此樣品在分析天平上準(zhǔn)確稱量后即可供燃燒用。圖②充氧氣在氧彈中加入1mL蒸餾水，再將樣品片上的鐵絲綁牢于氧彈中兩根電極上。打開(kāi)氧彈出氣道，旋緊氧彈蓋。用萬(wàn)用電表檢查進(jìn)氣管電極與另一根電極是否通路。若通路，則旋緊出氣道后就可以充氧氣了。充氣過(guò)程如下（如圖）：將氧氣表頭的導(dǎo)管和氧彈的進(jìn)氣管接通，此時(shí)減壓閥門(mén)2應(yīng)逆時(shí)針旋松。打開(kāi)閥門(mén)1，直至表1指針指在表壓100kg/cm2左右，然后漸漸旋緊減壓閥門(mén)2，使表2指針指在表壓20kg/cm2，此時(shí)氧氣已充入氧彈中。1-2min后旋松減壓閥門(mén)2，關(guān)閉閥門(mén)1，再松開(kāi)導(dǎo)氣管，氧彈已充有21atm的氧氣，可作燃燒之用。但閥門(mén)2到閥門(mén)1之間尚有余氣。因此要旋緊減壓閥門(mén)2以防掉余氣，再旋松閥門(mén)1，使鋼瓶和氧氣表頭恢復(fù)原狀；③燃燒和測(cè)量溫度將充好氧氣之氧彈再用萬(wàn)用電表檢查是否通路，若通路則將氧彈放入恒溫套層內(nèi)。用容量瓶準(zhǔn)確量取已被調(diào)節(jié)到低于室溫0.5-1.0℃的自來(lái)水3000mL，并倒入盛水桶內(nèi)。裝好攪拌電動(dòng)機(jī)，蓋上蓋子，將已調(diào)節(jié)好的貝克曼溫度計(jì)插入水中，將氧彈兩電極用電極線連接在點(diǎn)火變壓器上。接著開(kāi)動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)，待溫度穩(wěn)定上升后，每隔1min讀取貝克曼溫度計(jì)一次（讀數(shù)時(shí)用放大鏡準(zhǔn)確讀到千分之一度），這樣繼續(xù)10min，然后按下變壓器上電鍵通電點(diǎn)火。若變壓器上指示燈亮后熄掉而溫度迅速上升，則表示氧彈內(nèi)樣品已燃燒，可以停止按電鍵；若指示燈亮后不息，表示鐵絲沒(méi)有燒斷，應(yīng)立即加大電流引發(fā)燃燒；若指示燈根本不亮或者雖加大電流也不熄滅，而且溫度也不見(jiàn)迅速上升，則可以在當(dāng)溫度升到最高點(diǎn)以后，讀數(shù)仍改為1min一次，共繼續(xù)10min，方才可以停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)停止后，小心取下溫度計(jì)，拿出氧彈，打開(kāi)氧彈出氣