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2006—2015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2006—2015年期间的各年人口规模，设未来每年人口增加率为k，则：

Pn=Po·exp(k·n) ①

式中 Pn=22万，Po=20万，n=2010-2005=5,代入求得k=0.01906，则： Pn=20·exp(0.01906·n) （2）垃圾产率预测（4分）

设2005—2015年垃圾产率呈几何增长,每年增长率为x，则： Wn=Wo(1+X)n ② 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2006—2015年每年垃圾产生量为Nn,则: Nn=Pn·Wn·365/1000 ③

式中 Nn为2006—2015年每年的生活垃圾产生量；

Pn为2006—2015年的每年人口规模； Wn为2006—2015年每年的垃圾产率； n＝2006—2015。

（3）预测结果（2分）

分别用式①、②、③求得2006—2015年的Wn、Nn、Pn，如下表：

n（年） Nn Wn Pn， Pn， kg/(d?人) 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

万人 20.384 20.776 21.176 21.584 22 22.422 22.854 23.396 23.742 24.2 t/d 207.75 215.82 224.19 232.89 242 251.35 260.99 272.33 281.58 292.58 t/a 75828.75 78774.3 81829.35 85004.85 88330 91742.75 95261.35 99400.45 102776.7 106791.7 1.0192 1.0388 1.0587 1.079 1.10 1.121 1.142 1.164 1.186 1.209 2.10.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=0.401?720/1669.3=0.173kg/kg，碳（设全部为有机碳，即C2=0）；（1分）

H含量=0.401?25.4/1669.3=0.0061kg/kg；（1分） O含量=0.401?600/1669.3=0.144kg/kg；（1分） N含量=0.401?109.2/1669.3=0.026kg/kg；（1分） S含量=0.401?179.2/1669.3=0.043kg/kg；（1分） Cl含量=0.401?35.5/1669.3=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-3546mC2+1187mO-578mN-620mCl （1分）

= [7831?0.173+35932(0.0061-0.144/8-0.0085/35.5)+2212? 0.043-3546?0+1187?0.144-578?0.026-620?0.0085] =1157.1(kcal/kg) （1分）

HL=HH-583?[m H2O+9(m H-m Cl/35.5)] （书本32页公式2-23）（1分） =1157.1-583?[0.173+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C、H、O、N、S）（13分） 有机物种类 厨余 办公纸 C 1.30 13.92 H 0.17 1.92 0.34 0.50 0.12 0.05 0.03 0.39 0.10 3.62 O 1.02 14.08 2.54 1.57 0.56 0.05 2.47 0.68 22.97 组分/kg N 0.07 0.10 0.02 0.08 0.01 0.04 0.22 0.54 S 0.01 0.06 0.01 0.02 0.1 灰分 0.14 1.92 0.28 0.69 0.05 0.05 0.04 0.29 0.02 3.48 58.1 0.471 0.0393 0.0623 0.0623 0.395 0.0247 0.0093 0.00066 0.0017 0.000053 0.0599 包装板纸 2.51 塑料 织物 橡胶 4.14 0.99 0.39 皮革制品 0.24 庭院垃圾 3.11 木 小计 合计 质量分数 摩尔比 以最小的S为1计算 合计

741.4 0.79 27.39 1175.4 466 12.4 1 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=3.48/58.1=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=0.0393 H摩尔分数比=0.0623/1=0.0623 O摩尔分数比=0.395/16=0.0247 N摩尔分数比=0.0093/14=0.00066 S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=0.00066/0.000053=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-ω）=(tpc+tuc+tdbc +S+a+bx) /（1-ω）（1分）

=(0.1+0.1+0.1+0.1+0.004+0.0125?16) /（1-ω）=0.604/（1-ω）(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)]/Thcs Nd ?Thcs = H-( t1+t2)，则：（1分） 10?0.604/（1-ω）=8-0.33-0.25 ω=18.60％＞15％（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/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ω=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

Np＝V?r/(cfn)=27?2/(0.154?0.7?2)=250.5(个) （2分） 取整数Np=250个 (2) 求集装时间Pscs

Np =60· Pscs · n/ tp；（1分）

所以Pscs=Np· tp/（60·n）=250·1.92/(60?2)=4(h/次) （1分） （3）每周需要进行的行程数NW

Tp=460/（0.154?2)=1494个（1分）

NW=TpF/Np=（1494×1/250）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h

h=a+bx=0.022+0.01375?(24?2)=0.682(h) （1分） Dw= n·[NW Pscs+ tw（S+a+bx）]/[（1-ω）H] （1分） Dw= n·[NW Pscs+ tw（S+h）]/[（1-ω）H]

={2·[5.97×4+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 D1 Ti（转运站） T1 T2 T3 T4 Bi/(t/d) 8.3 10.8 10.8 5.8 500 Di（处置场） D2 3.3 10.8 3.8 8.8 600 D3 7.8 6.8 4.8 9.8 600 400 300 200 200 Wi/(t/d) 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 =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+X41≤500（1分） X12+X22+X32+X42≤600（1分） X13+X23+X33+X43≤600（1分） (2)目标函数

使总费用最小，即： f(X)=X11?C11+X12?C12+X13?C13 +

X21?C21+X22?C22+X23?C23+ X31?C31+X32?C32+X33?C33+ X41?C41+X42?C42+X43?C43（1分）

= X11?8.3+X12?3.3+X13?7.8 +X21?10.8+X22?10.8+X23?6.8+ X31?10.8+X32?3.8+X33?4.8+X41?5.8+X42?8.8+X43?9.8（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ρd，湿密度为ρw，车载垃圾的空隙比为e，空隙率为ε，则：

ρd =Ws/Vm=2.1×(1-36%)/5=0.2688(t/ m3) （1分） ρw= Ww/Vm=2.1/5=0.42(t/ m3) （1分） e=Vv/Vs=(5-3.5)/3.5=0.43（1分） ε= 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) /Vm×100。

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) /Vm×100 r= Vf /Vm n= Vm/ Vf 所以 r×n=1 Vf = Vm×r

所以 R(%)=(Vm- Vm ×r) /Vm×100= Vm(1-r)/ Vm=1-r（1分）

=1-1/n（1分）

所以 n=1/(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 kw×h/t（1分） 所以 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/h×8%=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（x1/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Q1γ，试推导此时式（4-13）的筛分效率计算公式将变为η=γ（α-β）/α（γ-β）%（6分） 解：设当筛孔不磨损即筛下产品是100%Q1时，筛分效率为：

η= Q1 /(Q ?α)?100% ① （1分） η为筛分效率，%； Q1筛下物质量； Q为入筛原料重量；

α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 ② （1分）

固体废物中小于筛孔尺寸的细粒质量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：

Qα= 100Q1 + Q2β ③ （1分）

β为筛上产品中所含有小于筛孔尺寸的细粒质量百分数，%。 将③代人②得：Q1 =（α-β）Q/（100-β） ④ （1分） 将④代人①得：η =100（α-β）/α（100-β）% ⑤ （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Q1γ，则将⑤式中100改为γ，即此时筛分效率计算公式为：

η=γ（α-β）/α（γ-β）% （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/g Cf（mg/L）

0.6 25 0.4 99 0.3 212 0.2 310 0.05 510 解：已知X/M=K(Cf)1/n ①

X=( Ci -Cf) ×V ②

由实验数据任取两组代人式①，②中，取V=100mL、Ci=600mg/L，求得： n=4、 K=43 （2分） 则X/M=43(Cf)1/4 ③

将V=10000L/d、 Ci=600mg/L、 Cf=10mg/L代人式②，③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2.5—3.0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 ①

Ce=4x×50%/(y+0.5x) ② （1分） Cr=4x×(1-50%)/(4-0.5x) ③ （1分） 由式①②③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500×0.5×50%=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 (①) 四甲胺黏土中三氯乙烯含量为16.67mg/g (②) 所以要稳定125mg三氯乙烯，

需苯基三乙烯黏土125/4.17=30(g) (①)； 需四甲胺黏土125/16.67=7.5(g) (②)

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pH值数 （<20oC） 6.3 1月 6.2 2月 6.1 3月 6.3 4月 6.4 5月 6.3 6月 6.3 7月 6.1 8月 6.1 9月 （课本181页）

根据国家标准分析该堆肥产品的特点。（5分）

湿度（质量分数）/% 13 16 15 14 14 14 18 24 20 COD/(g/kg) 总凯氏氮/(g/kg) 890 27 1000 27 980 26 940 27 980 26 940 27 1000 27 980 25 1000 26 碳氮比 14：1 15：1 15：1 15：1 12：1 12：1 14：1 16：1 16：1 总磷/(g/kg) 31 58 58 30 32 34 30 30 32 答案：参考国家标准分析该堆肥产品的特点有： （1）pH偏低、正常应在6.5-8.5。（1分） （2）含水量较低、正常应在25-35%。（1分） （3）总氮量较低、正常应大于50g/kg。（1分）

（4）总磷量较高，符合要求。正常应大于30g/kg。（1分） (5) C/N比合适，正常应小于20。（1分）

7.8 某小区日产生活垃圾2t，垃圾平均含水率30%，拟采用机械堆肥法对该小区的垃圾进行处理。请根据以下条件计算每天实际需要供给的空气量。（10分）

已知：垃圾中有机废物的量占50%，有机废物的化学组成式为[C6H7O2(OH)3]5；有机废物反应后的残留物为40%，残留有机物的化学组成式为[C6H7O2(OH)3]2；堆肥持续时间5天，5天的需氧量分别为20%，35%，25%，15%和5%；空气含氧量21%，空气质量为1.2kg/ m3；实际供气量是理论供气量的2倍。

解：（1）反应前后有机物物质的量

反应前：（2*1000*1000*0.7*0.5）/（72+7+32+51）*5=864（mol）（1分） 反应后：（2*1000*1000*0.7*0.5*0.4）/（72+7+32+51）*2=864（mol）（1分） （2）确定好氧反应前后有机物的量之比 n=864/864=1.0（1分） （3）CaHbOcNd + (ny+2s+r-c)/2O2 → n CwHxOyNz +... 则有机废物（C30H50O25）a=30,b=50,c=25,d=0 残留有机物（C12H20O10）w=12,x=20,y=10,z=0 r=0.5[b-nx-3(d-nx)]=15, （1分） s=a-nw=18（1分）

所以化学方程式中O2的系数为 (ny+2s+r-c)/2=18， 需氧量=18*864*32=497664 g=497.664 kg（1分）

实际需氧量=2*497.664/（21%*1.2）=3949.7（m3）（1.5分） 所以每天的实际供气量分别是：

第1天：3949.7*20%=799.9（m3） （0.5分） 第2天：3949.7*35%=1382.4（m3） （0.5分） 第3天：3949.7*25%=987.4（m3） （0.5分）

第4天：3949.7*15%=592.4（m3） （0.5分） 第5天：3949.7*5%=197.5（m3） （0.5分）

7.9 垃圾堆肥化过程中可以通过堆肥回流调节与控制其含水率（如下图），其中：Xc为垃圾原料的湿重；Xp为堆肥产物的湿重；Xr为回流堆肥产物的湿重；Xm为进入发酵混合物料的总湿重；Sc为原料中固体含量（质量分数，%）；Sp（=Sr）为堆肥产物和回流堆肥的固体含量（质量分数，%）；Sm为进入发酵仓混合物料的固体含量（质量分数，%）。令：Rw为回流产物湿重与垃圾原料湿重之比，称为回流比率；Rd为回流产物的干重和垃圾原料干重之比。请分别推导：Rw和Rd的表达式（用进出物料的固体含量表示）。（6分）

解：根据物料平衡，有

空气 生活垃圾原料 Xc，Sc Xm，Sm 堆肥发酵仓 堆积产物 Xp，Sp 排气 回流堆肥Xr，Sr

湿物料平衡式 Xc?Xr?Xm ① （1分） 干物料平衡式 ScXc?SrXr?SmXm ② （1分） 将式①代入式②得

ScXc?SrXr?Sm?Xc?Xr? ③

Xr?Sr?Sm??Xc?Sm?Sc? ④

XrXc?Sm?ScSr?Sm ⑤ （1分）

令Rw?回流产物湿重/垃圾原料湿重，称为回流比。即

Rw?XXrc ⑥

1?Sc/SmSr/Sm?1Rw?XrXc?Sm?ScSr?Sm? ⑦

Rd?SrXrScXc ⑧ （1分）

如令Rd?回流产物的干重/垃圾原料干重，则式③两边同除以ScXc，得:

?SmRd?1??Sc?1?Rd??Sm???1 ⑨ （1分） ?Sc??SmXrScXc?SrSr?SmSc?SmSrRd ⑩

SmXcScXcRd?Sm/Sc?11?Sm/Sr （1分）

9.4 为控制废物焚烧中供给的空气量，测定排放烟气中的剩余氧量在10%—13%之间，请计算该焚烧系统的过剩空气系数，并判断能否满足一般的焚烧系统对氧气的要求。（4分）

答案：排放烟气中的剩余氧量在10%—13%之间时：

最大空气系数 m=0.21/[0.21- ( O2)]=0.21/(0.21-0.1)=1.91 （1分） 最小空气系数 m=0.21/[0.21- ( O2)]=0.21/(0.21-0.13)=2.63 （1分） 设实际空气量为Va，理论空气量为Vb，则过剩空气量为Va-Vb，

又Va=mVb ①

因为一般情况下，过剩空气量应控制在理论空气量的50-90%，（1分）

即（Va-Vb)/ Vb=0.5-0.9 ②

把①代入②得（ mVb- Vb)/ Vb=0.91-1.63 大于0.5-0.9的范围。所以能够满足一般的垃圾焚烧对氧气的要求。（1分）

9.5 有机垃圾厌氧发酵产生的沼气组分为：CH454%，CO243%，H21.5%，CO1.5%，先对此进行焚烧发电，若过剩空气系数m=2.1，请计算处理1t沼气的理论需氧量、实际需氧量、实际需空气量、干烟气量和总烟气量。（10分） 解答：由于题目没有说明沼气组分为质量百分比还是体积百分比，因此分两种情况讨论。

一、假设沼气组分为质量百分比 则1t沼气中含可燃性成分：

CH4=1000×54%=540kg H2=1000×1.5%=15kg CO =1000×1.5%=15kg

（1）根据各自完全燃烧反应方程式求得理论需氧量Vo

Vo=540×64/16+15×16/28+15×32/4=2288.6kg （1分） 实际需氧量Vo’：

Vo’= Vo×2.1=4806.1 kg （1分） 理论需空气量Va：

Va= Vo /0.23=9950.4 kg （1分） 实际需空气量Va’ ：

Va’=m×Va=2.1×9950.4=20895.8 kg （1分） (2) 沼气中各生成组分的质量

VCO2=540×44/16+15×44/28=1508.6 kg （1分） VH2O=540×36/16+15×36/4=1350 kg （1分） VO2=（m-1）×Vo =2517.5 kg （1分）

VN2=0.77×Va’ =0.77×20895.8=16089.8 kg （1分） 所以 干烟气量 Vd= VCO2+ VO2+ VN2

=1508.6+2517.5+16089.8=20115.9 kg （1分）

总烟气量 V= VCO2+ VO2+ VN2+ VH2O=21465.9 kg （1分）

9.23 某小区日产生活垃圾20t，垃圾平均含水率35%，经采样分析知：垃圾中有机废物的量占50%，有机废物的化学组成式为[C6H7O2(OH)3]5。拟采用焚烧处理，计算焚烧产生的实际干烟气量和实际湿烟气量，并提出合理的焚烧尾气处理方案。要求烟气中剩余氧气量在6%—11%之间，空气中水蒸气含量5%。（16分）

假设烟气中剩余氧气量为10%。 解：20t垃圾中含可燃性成分:

C=30×2/(30×2+50×1+25×16)×20×1000×（1-35%）×50%=2888.9(kg) （1

分）

H=50×1/(30×2+50×1+25×16)×20×1000×（1-35%）×50%=401.2(kg)

（1分）

O=25×16/(30×2+50×1+25×16)×20×1000×（1-35%）×50%=3209.9(kg)

（1分）

理论需氧量 Vo=32/12×C+8H-O=7703.7(kg)；（1分） 体积为 Vo=22.4×(C/12+ H/4-O/32)=9886.5(m3) （1分） 焚烧垃圾废气各生成组分的体积 VCO2=22.4×C/12=5392.6 (m3) （1分）

VH2O=22.4×(H/2+W/18)=22.4×(401.2/2+20×1000×0.35/18)=13204.8(m3) （1分）

过剩空气率m= 0.21/[0.21- ( O2)]=0.21/(0.21-0.1)=1.91 （1分） VO2=（m-1）× V0 =（1.91-1）×9886.5=8996.7(m3) （1分） VN2=m×V0 ×0.79 /0.21 =1.91×9886.5×0.79 /0.21

=71036.9(m3) （1分）

实际空气量V= （VN2/0.79）/0.95=（71036.9/0.79）/0.95

=94652.8 m3（1分）

空气中的水蒸汽量VH2O’=94652.8×0.05=4732.6 m3（1分） (1) 所以 实际干烟气量 Vd= VCO2+ VO2+ VN2（1分）

=5392.6+8996.7+71036.9=85426.2 (m3)

实际湿烟气量 V= VCO2+ VO2+ VN2+ VH2O

=5392.6+8996.7+71036.9+13204.8+4732.6=103363.6 (m3) （1分） (2) 因为有机废物中氮，硫元素含量很少，所以焚烧尾气处理方案： 布袋除尘器 + 湿式洗烟塔。或者： 半干式碱液洗烟塔 + 布袋除尘器（2分）

13.4 某城市2005年人口规模为35.3万人，人口发展预测为：2015年为52.5万人，2025年为69.3万人。该城市2005年人均日产垃圾量为0.87 kg/(人×d)。根据国内同类城市的经验，城市垃圾人均产量以年增长率2%的增长速度进行估算；根据国内外经验，当人均城市垃圾产生量达到1.0 kg/(人×d)时，垃圾产

生量保持不变。考虑垃圾填埋压实后的密度为800kg/ m3，垃圾资源化和填埋期间的自然降解对垃圾的减容率为20%，覆盖土容积按填埋垃圾量的10%计。试计算服务年限为14年的填埋场的库容及覆盖土量，考虑建设期，填埋场从2007年开始正式运行。（11分）

解：按照算术增加法预测2005-2025年的人口规模，设2005-2015年每年人口增长率为x, 2015-2025年每年人口增长率为y，则：

35.3×10000×(1+x)10=52.5×10000 （1分） 52.5×10000×(1+y)10=69.3×10000 （1分） 求得 x=0.0405

y=0.0282

所以 2007—2015年每年人口为Pn1,

Pn1=Po×(1+x) n1 , Po=35.3×10000, n1=2—10 （1分） 2016—2020年每年人口为Pn2,

Pn2=Po×(1+y) n , Po =52.5×10000, n2=1—10 （1分） 由题意得：

0.87×(1+2%) ≥1.0, 求得 n≥8

n

所以，从2005+8=2013年起，人均城市垃圾产量保持Zn=1.0kg/(人×d)；（1分） 2007—2012年的人均城市垃圾产量按下式计算 Zn= Z0×(1+2%) n ,n=2—7

所以 城市垃圾日产生量为 Wn=Pn×Zn，n=2—15 （1分） 2007—2020年的每年垃圾填埋场库容为 Vn=365×W×(1-f)/ρ+365×W×ψ/ρ （2分）

其中 体积减少率f=0.2, 覆土体积占废物的比率ψ=0.1, ρ=800kg/ m3 将上述结果列表：

表2 计算结果

年份 2007 2008 2009 Pn (人) 382200 397600 413700 Zn [kg/(人×d)] 0.905 0.923 0.942 Wn (kg/d) 345891 366985 389705 Vn (m3) 142031 150693 160023 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 430500 447900 466100 484900 504600 525000 539800 555000 570600 586700 603200 0.961 0.980 0.999 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 413711 438942 465634 484900 504600 525000 539800 555000 570600 586700 603200 169880 180241 191201 199112 207201 215578 221655 227897 234303 240914 247689 所以 填埋场总库容为 Vt=∑Vn=2788418(m3) （2分） 覆盖土量V土 = Vt×10%=278842(m3) （1分）

13.6 填埋场面积8hm2，上游流域面积30 hm2，下游流域面积0.75 hm2，径流系数0.4，按20年一遇的降雨重现期计算降雨强度，排洪沟n=0.0225，i=0.002。请计算该填埋场排洪沟的尺寸。（7分） 答案：

（1）截洪沟设计流量Q m3/s Q=KFn （1分）

假设区域为东南沿海，重现期间查表13-9（内插法）及13-10得到： K=20.75，n=0.75（1分） 计算上游截洪沟设计流量Q上： Q上 =20.75×0.3

0.75

=8.41m3/s（1分）

计算下游截洪沟设计流量Q下：

Q下 =20.75×（0.3+0.0075）0.75=8.57m3/s（1分）

由于上游及下游流量相差不大，因此统一按照Q下计算排洪沟的尺寸。 假设截面为矩形，且h=1.5b，超高为0.5米 Q =i0.5×(bh)5/3/[n(b+2h)2/3] （1分） 即8.57= 0.0020.5×(1.5b2)5/3/[0.0225(4b)2/3]

b=1.90m（1分）

则h=2.85m，实际高度H=2.85+0.5=3.35m（1分）

13.10 某填埋场底部黏土衬层厚度为1.0m，Ks=1×10-7 cm/s。计算渗滤液穿透防渗层所需的时间，若采用膨润土改性黏土防渗，防渗层厚度应多厚。设防渗层的有效空隙率ηe=6%,防渗层上渗滤液积水厚度不超过1m，膨润土改性黏土Ks=5×10-9cm/s。（4分） 答案：

（1）q=Ks×(H+L)/L =10-7×(1+1)/1=2×10-7 cm/s

Vp=q/ηe

穿透时间：t=L/ Vp=L×ηe /q=100×6%/（2×10-7）（1分）

=3×107（s）=0.95(a) （1分）

(2) 若采用膨润土改性黏土防渗，Ks=5×10-9 cm/s, 设渗透时间仍为t=3×107s,H=1m, ηe=6%,代人式① 求得L：

L=0.171m，即若采用膨润土改性黏土防渗，防渗层厚度为171cm。（2分） 13.12 《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17—2001）对填埋场采用自然防渗和人工防渗规定应符合下列要求：黏土类衬里（自然防渗）的填埋场，天然黏土类衬里的渗透系数不应大于1.0×10-7 cm/s，场底及四壁衬里厚度不应小于2m；改良土衬里的防渗性能应达到黏土类防渗性能。经勘探分析表明，某拟选填埋场场址现场黏土Ks =1×10-5 cm/s，厚度平均为5m。设防渗层的有效空隙率为ηe=6%，防渗层上填埋垃圾渗滤液积水厚度不超过2m。试计算：①若以现场黏土作为填埋场防渗层，渗滤液穿透该防渗层所需的时间，该地质条件能否满足CJJ17—2001的要求，若要满足，黏土层至少多厚。②若采用膨润土改性黏土防渗，防渗层厚度应多厚才能满足规定要求。膨润土改性黏土Ks=5×10-9 cm/s。③请再提出一种以上的防渗措施，使该场址满足CJJ17—2001标准的要求。（10分）

解答：（1）已知 L=5m, H=2m, Ks =1×10-5 cm/s, ηe=6%,则： q= Ks ×(H+L)/L=10-5× (2m+5m)/5cm/s=1.4×10-5 cm/s（1分） 穿透时间：t=L/ Vp=L×ηe/q（1分）

=500×6%/（1.4×10-5）=2142857（s）=0.0679(a) （1分）

因为Ks =1×10-5 cm/s＞1×10-7 cm/s，所以该地质条件不能满足CJJ17—2001的要求。（1分）

若要满足，先求Ks=1×10-7 cm/s、L=2m, H=2m的渗透时间，然后求黏土层厚度为L。

t=L/Vp=2×ηe/q=200×0.06/[10-7×（2+2）/2]=6×107（s）（1分）

将t=6×107s, ηe=6%, H=2m, Ks=1×10-5cm/s代入t=L/ Vp=L×ηe /q求黏土层厚度为L：

6×107= L×0.06/[10-5× (2+ L)/ L] （1分）

求得L=10000cm=100m（1分）

也就是说，Ks =1×10-5 cm/s，厚度需要达到100m才能满足要求。 (2) 将t=6×107s, ηe=6%, H=2m, Ks=5×10-9cm/s代入t=L/ Vp=L×ηe /q求黏土层厚度为L：

6×107= L×0.06/[5×10-9× (2+ L)/ L] （1分）

求得L=6.53cm（1分）

也就是说，Ks =5×10-9 cm/s时，厚度只需要达到6.53cm就能满足要求。 (3) 可采用HDPE地膜来加强防渗效果，满足CJJ17—2001的要求。 （1分）