1、固体废物处理计算题2.1.据统计，某城市2005年的人口数量为20万，生活垃圾产生量平均为200t/d。根据该城市的经济发展和城市化进程，预计到2010年该城市的人口数量会增加到22万，为控制生活垃圾的过分增加，规划控制垃圾的人均产生量在2010年为1.1kg/d。请选择合适的计算方法，预测该城市在20062015年期间各年的人口规模、生活垃圾产生量及垃圾产率。（10分）解：（1）人口预测（4分）2005年人口数量为20万，2010年人口数量预计为22万，按几何增加法（也可用其他方法）预测20062015年期间的各年人口规模，设未来每年人口增加率为k，则：Pn=Poexp(kn) 式中 Pn=
2、22万，Po=20万，n=2010-2005=5,代入求得k=0.01906，则：Pn=20exp(0.01906n) （2）垃圾产率预测（4分）设20052015年垃圾产率呈几何增长,每年增长率为x，则：Wn=Wo(1+X)n 式中 Wn=1.1 kg/(d人)，Wo=200000（kg/d）/200000(人)=1kg/(d人), n=2010-2005=5,代入求得X=0.0192设20062015年每年垃圾产生量为Nn,则:Nn=PnWn365/1000 式中 Nn为20062015年每年的生活垃圾产生量； Pn为20062015年的每年人口规模；Wn为20062015年每年的垃圾产率
3、；n20062015。（3）预测结果（2分）分别用式、求得20062015年的Wn、Nn、Pn，如下表： n（年）Nnkg/(d人)Wn万人Pn，t/dPn，t/a20061.019220.384207.7575828.7520071.038820.776215.8278774.320081.058721.176224.1981829.3520091.07921.584232.8985004.8520101.10222428833020111.12122.422251.3591742.7520121.14222.854260.9995261.3520131.16423.396272.33994
4、00.4520141.18623.742281.58102776.720151.20924.2292.58106791.72.10.某城市垃圾的化学组成为C60.0H25.4O37.5N7.8S5.6Cl，其水份含量为45.6，灰分含量为14.3。请估算该废物的高位热值和低位热值。（12分）(C1为有机碳，C2为无机碳)答：（1）求垃圾的中各元素组分质量含量生活垃圾有机物含量=100%-45.6%-14.3%=40.1% （1分）垃圾中有机物化学组成为C60.0H25.4O37.5N7.8S5.6Cl的垃圾，其分子量为1669.3，（1分）则每kg垃圾中各元素组分含量为：C含量=0.40172
5、0/1669.3=0.173kg/kg，碳（设全部为有机碳，即C2=0）；（1分）H含量=0.40125.4/1669.3=0.0061kg/kg；（1分）O含量=0.401600/1669.3=0.144kg/kg；（1分）N含量=0.401109.2/1669.3=0.026kg/kg；（1分）S含量=0.401179.2/1669.3=0.043kg/kg；（1分）Cl含量=0.40135.5/1669.3=0.0085kg/kg；（1分）（2）求HH、HL废物的高位热值HH：（书本32页公式2-22b）HH=7831mC1+35932(mH-mO/8-mCl/35.5)+2212ms-
6、3546mC2+1187mO-578mN-620mCl （1分）= 78310.173+35932(0.0061-0.144/8-0.0085/35.5)+22120.043-35460+11870.144-5780.026-6200.0085=1157.1(kcal/kg) （1分）HL=HH-583m H2O+9(m H-m Cl/35.5) （书本32页公式2-23）（1分） =1157.1-5830.173+9(0.006-0.0085/35.5) =1020.5(kcal/kg) （1分）2.14.对垃圾取样进行有机组分全量分析的结果见下表，请确定垃圾中有机组分的化学组分表达式（考虑
7、C、H、O、N、S）（13分）有机物种类组分/kgCHONS灰分厨余1.300.171.020.070.010.14办公纸13.921.9214.080.100.061.92包装板纸2.510.342.540.020.010.28塑料4.140.501.570.69织物0.990.120.560.080.05橡胶0.390.050.010.05皮革制品0.240.030.050.040.04庭院垃圾3.110.392.470.220.020.29木0.790.100.680.02小计27.393.6222.970.540.13.48合计58.1质量分数0.4710.06230.3950.009
8、30.00170.0599摩尔比0.03930.06230.02470.000660.000053以最小的S为1计算741.41175.446612.41合计58.1答：（1）求各组分质量分数将各类垃圾成分中的相同元素质量相加，得到各元素质量及总质量，所有组分质量为58.1kg，（1分）则各组分质量分数为：C质量分数=27.39/58.1=0.471kg/kg（1分）H质量分数=3.62/58.1=0.0623（1分）O质量分数=22.97/58.1=0.395（1分）N质量分数=0.54/58.1=0.0093（1分）S质量分数=0.1/58.1=0.0017（1分）灰分质量分数=3.48/
9、58.1=0.0599（2）求各组分摩尔百分数将各组分质量分数除以各自原子量得到各组分摩尔分数比，结果如下：C摩尔分数比=0.0471/12=0.0393H摩尔分数比=0.0623/1=0.0623O摩尔分数比=0.395/16=0.0247N摩尔分数比=0.0093/14=0.00066S摩尔分数比=0.0017/32=0.000053设最小的S摩尔分数比为1，则其他元素为：C摩尔分数比=0.0393/0.000053=615.4（1分）H摩尔分数比=0.0623/0.000053=1175.4（1分）O摩尔分数比=0.0247/0.000053=466（1分）N摩尔分数比=0.00066/
10、0.000053=12.4（1分）S摩尔分数比=0.000053/0.000053=1（1分）（3）确定分子式所以垃圾中有机组分的化学表达式为C615.4H1175.4O466N12.4S（2分）3.4.在垃圾收集工人和官员之间发生了一场纠纷，争执的中心是关于收集工人非工作时间的问题。收集工人说他每天的非工作时间不会超过8h工作日的15%，而官员则认为收集工人每天的非工作时间肯定超过了8h工作日的15%。请你作为仲裁者对这一纠纷做出公正的评判，下列数据供你评判时参考：收运系统为拖拽收运系统；从车库到第一个收集点以及从最后一个收集点返回车库的平均时间为20min和15min，行驶过程中不考虑非工
11、作因素；每个容器的平均装载时间为6min；在容器之间的平均行驶时间为6min；在处置场卸垃圾的平均时间为6min；收集点到处置场的平均往返时间为16km，速度常数a和b分别为0.004h和0.0125h/km；放置空容器的时间为6min；每天清运的容器数量为10个。（6分）解：拖拽系统每次的时间为Thcs=(Phcs+S+h) /（1-）=(tpc+tuc+tdbc +S+a+bx) /（1-）（1分）=(0.1+0.1+0.1+0.1+0.004+0.012516) /（1-）=0.604/（1-）(h/次) （1分）每天清运的容器数量是10个，则每天往返次数为10次，Nd= H/Thcs由
12、于还得扣除从车库到第一个收集点以及从最后一个收集点返回车库的平均时间为20min和15min，因此：Nd= H-( t1+t2)/ThcsNd Thcs = H-( t1+t2)，则：（1分）100.604/（1-）=8-0.33-0.25=18.6015（1分）所以官员是正确的。（1分）3.5.一较大居民区，每周产生的垃圾总量大约为460m3，每栋房子设置两个垃圾收集容器，每个容器的容积为154L。每周人工收运垃圾车收集一次垃圾，垃圾车的容量为27 m3，配备工人两名。试确定垃圾车每个往返的行驶时间以及需要的工作量。处置场距离居民区24km;速度常数a和b分别为0.022h和0.01375h
13、/km；容器利用效率为0.7；垃圾车压缩系数为2；每天工作时间按8h考虑。（10分）补充已知条件：tp =1.92分人/点；卸车时间为6分钟，非生产时间占=15%，垃圾收集频率为1次/周。答：（1）每次能收集的废物收集点数量NpVr/(cfn)=272/(0.1540.72)=250.5(个) （2分）取整数Np=250个(2) 求集装时间PscsNp =60 Pscs n/ tp；（1分）所以Pscs=Np tp/（60n）=2501.92/(602)=4(h/次) （1分）（3）每周需要进行的行程数NWTp=460/（0.1542)=1494个（1分）NW=TpF/Np=（14941/25
14、0）次/周=5.97次/周，取整数为6次/周（1分）（4）每周需要的工作时间Dw垃圾车每个往返的行驶时间为hh=a+bx=0.022+0.01375(242)=0.682(h) （1分）Dw= nNW Pscs+ tw（S+a+bx）/（1-）H （1分）Dw= nNW Pscs+ tw（S+h）/（1-）H=25.974+6(0.10+0.682)/(1-0.15)8=8.4d/周（1分）每人每周工作日：Dw/n=(8.4/2)d/(周人)=4.2d/(周人) （1分）3.7.某城市近郊共有三座垃圾处置场，城区建有四座转运站负责转运全市收集的生活垃圾，转运站至处置场垃圾单位运价和垃圾量如下表
15、所示，不计处置场的处置费用，请计算怎样调运各个转运站的垃圾量才能使其总运输费用最低。项目Di（处置场）Wi/(t/d)D1D2D3Ti（转运站）T18.33.37.8400T210.810.86.8300T310.83.84.8200T45.88.89.8200Bi/(t/d)500600600备注：表中数字为从各转运站到各处置场的垃圾单位运价（元/t）（10分）解：设Xij为从转运站Ti运到处置场Dj的废物量（1分）(1)约束条件据每一转运站运往各个处置场的转运量与每一转运站的转运量关系有：X11+X12+X13 =400（1分）X21+X22+X23 =300（1分）X31+X32+X33
16、 =200（1分）X41+X42+X43 =200（1分）据每一处置场接受来自各个转运站的垃圾转运量与每一处置场的处置量关系有：X11+X21+X31+X41500（1分）X12+X22+X32+X42600（1分）X13+X23+X33+X43600（1分）(2)目标函数使总费用最小，即：f(X)=X11C11+X12C12+X13C13 +X21C21+X22C22+X23C23+X31C31+X32C32+X33C33+X41C41+X42C42+X43C43（1分）= X118.3+X123.3+X137.8 +X2110.8+X2210.8+X236.8+X3110.8+X323.8
17、+X334.8+X415.8+X428.8+X439.8（1分）(可用单纯形法来求解)自己编制程序来求解。4.2 某城市采用5 m3的垃圾车收集和运送生活垃圾，为了解该系统的收运效率，按国家标准的采样方法进行采样并分析，结果表明，垃圾含水率36%，装满垃圾后总量2.1t（不含车重），垃圾颗粒体积为3.5 m3。请计算垃圾的干密度和湿密度，车载垃圾的空隙比和空隙率。（4分）解：已知Vm=5m3 ,Ww/Wm=36% ,Wm=2.1t ,Vs=3.5 m3设垃圾的干密度为d，湿密度为w，车载垃圾的空隙比为e，空隙率为，则：d =Ws/Vm=2.1(1-36%)/5=0.2688(t/ m3) （1
18、分）w= Ww/Vm=2.1/5=0.42(t/ m3) （1分）e=Vv/Vs=(5-3.5)/3.5=0.43（1分）= Vv/Vm=(5-3.5)/5=0.3 （1分）4.3 废物压实后体积减少百分比（R）可用下式表示：R(%)=(Vm- Vf) /Vm100。请分析R和n、r之间的关系。并计算，当R分别为85%、90%、95%时的n值。（5分）解：已知R(%)=(Vm- Vf) /Vm100 r= Vf /Vm n= Vm/ Vf所以 rn=1 Vf = Vmr 所以 R(%)=(Vm- Vm r) /Vm100= Vm(1-r)/ Vm=1-r（1分）=1-1/n（1分）所以 n=1
19、/(1-R) 把R=85%、90%、95%代入得：R=85%时，n=1/(1-0.85)=6.67 （1分）R=90%时，n=1/(1-0.9)=10 （1分）R=95%时，n=1/(1-0.95)=20（1分）4.5一台废物处理能力为100t/h的设备，经测试当其把平均尺寸为8in的废物破碎至2in时需动力30kW.h/t，请以此计算当用该设备把废物从平均10in破碎至2in时所需要的动力大小。（3分）解：已知 D1=8in, d1=2in, E1=30kW.h/t, D2=10in, d2=2in因为 E=c(D/d) 所以 E1=c(D1/ d1)代入求得 c=15 kwh/t（1分）所
20、以 E2=c(D2/ d2)=15(10/ 2)=24.14（kw.h/t）（2分）4.8 一分选设备处理废物能力80t/h，当处理玻璃含量为8%的废物时筛下物重8t/h，其中玻璃6t/h，请分别计算玻璃的回收率、纯度和综合效率。（5分）解：混合废料中玻璃质量：x=80t/h8%=6.4t/h；其它 y=80t/h-x=73.6t/h （1分）被筛分出的玻璃产率 x1=6t/h ；其它 y1=8 -x1=2t/h （1分）所以 玻璃回收率 Rx1= x1/x=6/6.4=93.75%（1分） 玻璃纯度 P x1= x1/( x1+ y1)=6/8=75%（1分） 玻璃的综合效率 E=绝对值（x
21、1/x- y1/y）100%=（6/6.4- 2/73.6）100%=91.03%（1分）4.9 一般情况下，由于筛孔磨损而有部分大于筛孔尺寸的粗颗粒进入筛下产品，因此，筛下产品不是100% Q1，而是Q1，试推导此时式（4-13）的筛分效率计算公式将变为=（-）/（-）%（6分）解：设当筛孔不磨损即筛下产品是100%Q1时，筛分效率为： = Q1 /(Q )100% （1分）为筛分效率，%；Q1筛下物质量；Q为入筛原料重量；为原料中小于筛孔尺寸的颗粒重量的百分比，%。设固体废物入筛质量Q等于筛上产品质量Q2和筛下产品质量Q1之和：Q= Q1 + Q2 （1分）固体废物中小于筛孔尺寸的细粒质量
22、等于筛上产品与筛下产品中小于筛孔尺寸的细粒质量之和：Q= 100Q1 + Q2 （1分）为筛上产品中所含有小于筛孔尺寸的细粒质量百分数，%。将代人得：Q1 =（-）Q/（100-） （1分）将代人得： =100（-）/（100-）% （1分）因为实际生产中由于筛网磨损而常有部分大于筛孔尺寸的粗粒进入筛下产品，此时，筛下产品不是100Q1，而是Q1，则将式中100改为，即此时筛分效率计算公式为：=（-）/（-）% （1分）6.4 常用的是Freundlich等温线，其经验模型为：X/M=K(Cf)1/n其中，X为被吸附的污染物质量，mg，X=( Ci -Cf)V ；V为溶液的体积，L；M为活性炭
23、的质量，mg；Ci为污染物在溶液中的初始浓度，mg/L；Cf为污染物在溶液中的最终浓度，mg/L；K，n为经验常数，需在实验室测定。用100mL浓度为600mg/L的二甲苯溶液，取不同量的活性炭放置其中，振荡48h，将样品过滤后测定二甲苯溶液的浓度。分析结果如下表。假定采用活性炭吸附技术处理二甲苯废水，废水流量为10000L/d，二甲苯浓度为600mg/L，要求处理出水浓度为10mg/L，计算活性炭的日用量。（4分）M/g0.60.40.30.20.05 Cf（mg/L） 2599212310510解：已知X/M=K(Cf)1/n X=( Ci -Cf) V 由实验数据任取两组代人式，中，取V
24、=100mL、Ci=600mg/L，求得： n=4、 K=43 （2分）则X/M=43(Cf)1/4 将V=10000L/d、 Ci=600mg/L、 Cf=10mg/L代人式，中，求得： M=77158g=77.158kg （2分）6.5 请说明用氧化还原解毒原理对铬渣和砷渣分别进行化学稳定化的技术过程、所用试剂及涉及的化学反应等。（课本144页）（6分）某些金属元素的不同价态的离子具有不同的毒性，因此为了使某些重金属离子更易沉淀且毒性最小，常常需要将其还原或氧化为最有利的价态。（1）铬酸（Cr6+）在化学上可被还原成毒性较低的三价铬（Cr3+）状态。多种化学品均能作为有效的还原剂，包括：二
25、氧化硫、亚硫酸盐类、酸式亚硫酸盐类、亚铁盐类等。（1分）典型的还原过程如下： 2Na2CrO4 + 6FeSO4 + 8H2 SO4 Cr2(SO4) 3 + 3Fe2(SO4) 3 + 2Na2 SO4 +8 H2O （1分）此反应在pH值为2.53.0之间进行，然后可溶性铬（Cr3+）一般按下式通过碱性沉淀法除去： Cr2(SO4) 3 + 3Ca(OH)2 2Cr(OH)3 + 3CaSO4 （1分）Cr6+经化学还原后再进行碱性沉淀会产生大量残渣。（2）砷渣是一种毒性较大的物质，对此进行处理时，可以采用氧化法把三价砷氧化为五价砷，然后利用沉淀方法使其解毒，也可结合固化法对此进行处理，常
26、采用的氧化剂有过氧化氢和MnO2（1分）用H2O2氧化处理砷渣的反应如下： As(OH) 3 + H2O2 HAsO2- + 2H+ + H2O AsO(OH) 2- + H2O2 HAsO2- + H+ + H2O（1分）用MnO2 氧化处理砷渣的反应如下： H3AsO3 + MnO2 HAsO2- + Mn2+ + H2O H3AsO3 + 2MnOOH+ 2H+ HAsO2- + 2Mn2+ + 3H2O（1分）6.11 有害组分在两相中的分配系数K可以下式表达：K=Ce/Cr式中，K为分配系数（无量纲）；Ce为平衡时有机污染物在萃取液中的浓度（质量分数），%；Cr为平衡时有机污染物在萃
27、余液中的浓度（质量分数）。请计算，当K=4时，为从4t 的原料中一次提取50%有害污染物，至少需要多少公斤萃取剂？（5分）假设萃取剂全部进入萃取液中，同时假设原料中污染物的质量百分含量为x（%），设萃取剂用量为y吨。解：K=Ce/Cr Ce=4x50%/(y+0.5x) （1分） Cr=4x(1-50%)/(4-0.5x) （1分）由式求得 y=1-0.625x （1分）如果x=20%，则至少需要y=0.875吨萃取剂（1分）如果x=50%，则至少需要y=0.6875吨萃取剂（1分）6.12 有机变性粘土是将普通粘土进行处理，使之有机化以后的产物。将有机变性粘土与其他添加剂配合使用，可以利用吸
28、附原理对有机污染物起到有效的稳定作用。某些饱和砂性土壤被三氯乙烯所污染，现利用有机变性粘土进行稳定化。如下图所示，设饱和土壤的空隙率为50%，土壤的湿密度为2.0g/ cm3，在饱和土壤孔隙水中三氯乙烯的浓度为500mg/L。试对于如图中所示两种变性粘土，计算为稳定砂性土壤中全部三氯乙烯所需要的有机变性粘土的数量。解：单位质量（1kg）饱和砂性土壤的体积为 1000/2.0=500cm3 =0.5L 其中三氯乙烯质量为5000.550%=125mg 由图中得，砂性土壤空隙水中三氯乙烯浓度为500mg/L即500mg/kg时:苯基三乙烯黏土中三氯乙烯含量为4.17mg/g () 四甲胺黏土中三氯
29、乙烯含量为16.67mg/g () 所以要稳定125mg三氯乙烯，需苯基三乙烯黏土125/4.17=30(g) ()；需四甲胺黏土125/16.67=7.5(g) ()即为稳定单位质量（1kg）饱和砂性土壤中全部的三氯乙烯需要需苯基三乙烯黏土30g；需四甲胺黏土7.5g。7.5 某堆肥厂制得的堆肥产品的主要指标如下表：具体参数pH值（20oC）湿度（质量分数）/%COD/(g/kg)总凯氏氮/(g/kg)碳氮比总磷/(g/kg)1月6.3138902714：1312月6.21610002715：1583月6.1159802615：1584月6.3149402715：1305月6.4149802612：1326月6.3149402712：1347月6.31810002714：1308月6.12498025
