第3章 固體廢物預(yù)處理-1(壓實(shí)破碎2h 原理)

第三章

固體廢物的預(yù)處理第1節(jié)固體廢物的壓實(shí)一、概念與目的概念：通過外力加壓于松散的固體廢物，以縮小其體積，使固體廢物變得密實(shí)的操作簡稱為壓實(shí)，又稱為壓縮。如若采用高壓壓實(shí)，除減少空隙外，在分子之間可能產(chǎn)生晶格的破壞使物質(zhì)變性。目的：可增大容重、減少固體廢物體積以便于裝卸和運(yùn)輸，確保運(yùn)輸安全與衛(wèi)生，降低運(yùn)輸成本；可制取高密度惰性塊料，便于貯存、填埋或作為建筑材料使用。城市生活垃圾經(jīng)高壓壓實(shí)處理時(shí)，由于過程的擠壓和升溫，可使垃圾中的BOD5從6000mg/L降至200mg/L，COD從8000mg/L降到150mg/L。大大降低了腐化性；不再滋生昆蟲等，可減少疾病傳播與蟲害，從而減輕了對(duì)環(huán)境的污染。國外采用垃圾高度壓實(shí)成捆的處理工藝：生活垃圾→預(yù)壓縮→金屬鐵絲網(wǎng)包緊→主壓縮（160～200kgf/cm2，壓縮比約1/5）→捆扎→瀝青中浸漬約10秒進(jìn)行瀝青包覆→約一噸重的垃圾捆包→填埋。壓縮捆包后填埋時(shí)更容易布料且均勻。將來場(chǎng)地沉降也較均勻，捆包填埋也大大減少了揚(yáng)塵的危害。二、壓實(shí)的原理

大多數(shù)固體廢物是由不同顆粒與顆粒間的空隙組成的集合體。自然堆放時(shí)，表觀體積是廢物顆粒有效體積與孔隙占有的體積之和，即:

Vm為固體廢物的表觀體積；

Vs為固體顆粒體積（包括水分）；

Vv為孔隙體積。進(jìn)行壓實(shí)操作時(shí)，隨壓力強(qiáng)度的↑，孔隙體積↓，表觀體積也隨之↓，而容重↑。容重就是固體廢物的干密度，用d表示。ms為固體廢物顆粒重；mm為固體廢物總重，包括水分重；m水為固體廢物中水分重。壓實(shí)的實(shí)質(zhì)可看作是消耗一定的壓力能，提高廢物容重的過程。當(dāng)固廢受到外界壓力時(shí)，各顆粒間相互擠壓，變形或破碎，從而達(dá)到重新組合的效果。適于壓實(shí)處理的主要是壓縮性能大而復(fù)原性小的物質(zhì)。木材、金屬、玻璃、塑料塊等本身已經(jīng)很密實(shí)的固體或焦油、污泥等半固體廢物不宜作壓實(shí)處理。三、壓實(shí)程度的度量空隙比與空隙率：與固廢壓實(shí)程度和密度成反比。濕密度與干密度：壓實(shí)前后固廢密度值及其變化率大小。體積減小百分比R為固廢體積減小百分比；Vi為廢物壓縮前原始體積；Vf為廢物壓縮后最終體積。壓縮比與壓縮倍數(shù)壓縮比：固廢經(jīng)壓實(shí)處理后體積減小的程度；壓縮倍數(shù)：固廢經(jīng)壓實(shí)處理后體積壓實(shí)的程度，工程應(yīng)用；一般固廢壓縮倍數(shù)為3～5，若破碎后再壓實(shí)可達(dá)5～10倍。四、壓實(shí)設(shè)備類別：固定和移動(dòng)固定式壓實(shí)器：凡用人工或機(jī)械方法（液壓方式為主）把廢物送進(jìn)壓實(shí)機(jī)械中進(jìn)行壓實(shí)的設(shè)備稱為固定式壓實(shí)器。如各種家用小型壓實(shí)器、廢物收集車上配備的壓實(shí)器及中轉(zhuǎn)站配置的專用壓實(shí)機(jī)。移動(dòng)式壓實(shí)器：是指在填埋現(xiàn)場(chǎng)使用的輪胎式或履帶式壓土機(jī)、鋼輪式布料壓實(shí)機(jī)以及其他專門設(shè)計(jì)的壓實(shí)機(jī)具。壓實(shí)器的選擇主要針對(duì)壓縮比應(yīng)當(dāng)選擇合適的壓縮比和使用壓力。此外，應(yīng)注意壓縮過程中的情況，如城市垃圾壓縮過程中會(huì)出現(xiàn)水分，塑料熱壓時(shí)會(huì)粘在壓頭上等，應(yīng)對(duì)不同廢物采用不同壓縮機(jī)。五、壓實(shí)器的選擇第二節(jié)

固體廢物的破碎一.破碎的目的破碎：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程；磨碎：使小塊固體廢物顆粒分裂成細(xì)粉的過程。破碎的目的：使固體廢物的容積減小，便于運(yùn)輸和貯存。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中的某種成分。(資源化)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。(提高處理效率)為固體廢物的下一步加工作準(zhǔn)備。對(duì)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，可以加快復(fù)土還原。(填埋處置)

防止粗大、鋒利的固體廢物損壞分選、焚燒和熱解等設(shè)備。(設(shè)備防護(hù))物料機(jī)械強(qiáng)度：固體廢物抗破碎的阻力。由硬度、解理、韌性、物料結(jié)構(gòu)缺陷等力學(xué)性質(zhì)決定的綜合指標(biāo)；硬度：指固廢抵抗外力機(jī)械侵入的能力(物料堅(jiān)固性)；韌性：物料受外力作用時(shí)表現(xiàn)出的抵抗性能(脆性、柔性..)；解理：物料在外力作用下沿一定方向破裂成光滑平面的性質(zhì)（結(jié)晶物料特性）；結(jié)構(gòu)缺陷：物料隨粒度變小而強(qiáng)度增大，裂縫裂紋消失，力學(xué)均勻性增高，細(xì)磨更為困難。主要影響粗塊物料破碎。破碎力二.影響破碎效果的因素通常用靜載下測(cè)定的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度來表示?？箟簭?qiáng)度>抗剪強(qiáng)度>抗彎強(qiáng)度>抗拉強(qiáng)度一般以固體廢物的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)來衡量；抗壓強(qiáng)度>250MPa----堅(jiān)硬固體廢物；40-250MPa----中硬固體廢物；<40MPa----軟固體廢物。與廢物顆粒的粒度有關(guān)；粒度小的廢物顆粒，其宏觀和微觀裂縫比大粒度顆粒要少，因而機(jī)械強(qiáng)度較高。物料機(jī)械強(qiáng)度按廢物破碎時(shí)的性狀確定：最堅(jiān)硬、堅(jiān)硬、中硬和軟質(zhì)物料。按莫氏硬度選出10種標(biāo)準(zhǔn)礦物：軟→硬排列順序?yàn)椋夯?、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃玉石、剛玉和金剛石。各種固體廢物的硬度可通過與這些礦物相比較來確定實(shí)際工程中，固體廢物的硬度在一定程度上反映被破碎的難易程度，因而可以用廢物的硬度表示其可碎性。固體廢物的硬度干式破碎按破碎固體物所用的外力(消耗能量的形式)可分為機(jī)械能破碎和非機(jī)械能破碎兩類方法。濕式破碎利用特制的破碎機(jī)將投入機(jī)內(nèi)的含紙垃圾和大量水流一起劇烈攪拌和破碎成為漿液的過程。半濕式破碎破碎和分選同時(shí)進(jìn)行。利用不同物質(zhì)在一定均勻濕度下其強(qiáng)度、脆性（耐沖擊性、耐壓縮性、耐剪切力）不同而破碎成不同粒度。三、固體廢物的破碎方法機(jī)械能破碎和非機(jī)械能破碎非機(jī)械能破碎是利用電能、熱能等對(duì)固體廢物進(jìn)行破碎的新方法，如低溫破碎、熱力破碎、減壓破碎及超聲破碎等。機(jī)械能破碎是利用破碎工具(如破碎機(jī)的齒板、錘子、球磨機(jī)的鋼球等)對(duì)固體廢物施力而將其破碎的。主要有壓碎、劈碎、折斷、磨碎和沖擊破碎等方法。目前廣泛應(yīng)用的是機(jī)械能破碎。(a)壓碎(b)劈碎(c)折斷(d)磨剝（e）沖擊破碎破碎方法選擇：視固體廢物的機(jī)械強(qiáng)度，特別是廢物的硬度而定。對(duì)堅(jiān)硬物---擠壓破碎和沖擊破碎十分有效；對(duì)脆性廢物---劈碎、沖擊破碎為宜。一般破碎機(jī)都是由兩種或兩種以上的破碎方法聯(lián)合作用對(duì)固體廢物進(jìn)行破碎；壓碎和折斷、沖擊破碎和磨碎等。一些需要破碎的廢物在常溫下呈現(xiàn)較高的可塑性，用傳統(tǒng)的破碎機(jī)難以破碎，需要采取特殊破碎方法。廢橡膠在壓力作用下能產(chǎn)生較大的塑性變形，可利用其低溫變脆的性能而有效地破碎。破碎金屬切削下來的金屬屑，壓力只能使其壓實(shí)成團(tuán)，但不能碎成小片或小條、粉末，必須采用特制的金屬切削破碎機(jī)進(jìn)行有效的破碎。四、破碎產(chǎn)物的特性表示1.破碎比在破碎過程中，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程中減小的倍數(shù)，即表示廢物被破碎的程度。破碎機(jī)的能量消耗和處理能力都與破碎比有關(guān)。破碎比的計(jì)算方法極限破碎比：用廢物破碎前的最大粒度(Dmax)與破碎后最大粒度(dmax)的比值來確定破碎比(i)i＝Dmax/dmax

極限破碎比在工程設(shè)計(jì)中常被采用---根據(jù)最大塊直徑來選擇破碎機(jī)給料口寬度。破碎比的計(jì)算方法真實(shí)破碎比：用廢物破碎前的平均粒度(Dcp)與破碎后平均粒度(dcp)的比值來確定破碎比(i)i＝Dcp/dcp

真實(shí)破碎比能較真實(shí)地反映破碎程度，所以在科研及理論研究中常被采用。一般破碎機(jī)的平均破碎比在3~30之間，磨碎機(jī)破碎比可達(dá)40~400以上。固體廢物每經(jīng)過一次破碎機(jī)或磨碎機(jī)稱為一個(gè)破碎段；若要求破碎比不大，一段破碎即可滿足。對(duì)固體廢物進(jìn)行多次(段)破碎，其總破碎比等于各段破碎比(i1，i2，……，in)的乘積i=i1xi2xi3x……xin破碎段數(shù)是決定破碎工藝流程的基本指標(biāo)，它主要決定破碎廢物的原始粒度和最終粒度。破碎段數(shù)越多，破碎流程就越復(fù)雜，工程投資相應(yīng)增加，因此，在可能的條件下，應(yīng)盡量采用一段或兩段流程。2.破碎段

為避免機(jī)器的過度磨損，工業(yè)固體廢物的尺寸減小往往分幾步進(jìn)行，一般采用三級(jí)破碎，第一級(jí)破碎把材料的尺寸減小到3in(7.62cm)第二級(jí)破碎減小到1in(2.54cm)，第三級(jí)減小到1／8in(0.32cm)。五、破碎工藝根據(jù)固體廢物的性質(zhì)、粒度大小，要求的破碎比和破碎機(jī)的類型，每段破碎流程可以有不同的組合方式。破碎機(jī)常和篩子配用組成破碎流程。固體廢物的分選(浮選、磁選、電選等工藝)，由于要求的入選粒度很細(xì)，破碎比很大，往往需要把幾臺(tái)破碎機(jī)依次串聯(lián)，或根據(jù)需要把破碎機(jī)和磨碎機(jī)依次串聯(lián)組成破碎和磨碎流程。單純的破碎流程流程和破碎機(jī)組合簡單;操作控制方便、占地面積少;對(duì)破碎產(chǎn)品粒度要求不高。帶有預(yù)先篩分的破碎流程預(yù)先篩除廢物中不需要破碎的細(xì)粒，相對(duì)地減少了進(jìn)入破碎機(jī)的總給料量，有利于節(jié)能。

帶有檢查篩分的后兩種破碎流程能夠?qū)⑵扑楫a(chǎn)物中一部分大于所要求的產(chǎn)品粒度顆粒分離出來，送回破碎機(jī)進(jìn)行再破碎，可獲得全部符合粒度要求的產(chǎn)品。六、破碎設(shè)備顎式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)沖擊式破碎機(jī)剪切式破碎機(jī)輥式破碎機(jī)粉磨機(jī)主要用于破碎強(qiáng)度及韌性高、腐蝕性強(qiáng)的廢物。主要用于工礦業(yè)固廢的破碎主要用于破碎中等硬度且腐蝕性弱的固體廢物。主要用于工礦業(yè)固廢、硬質(zhì)塑料、干燥木質(zhì)廢物等適用于破碎中等硬度、軟質(zhì)、脆性、韌性以及纖維狀等多種廢物。主要用于破碎家具、電視機(jī)、雜器等生活廢物適用于破碎強(qiáng)度大，體積大的固廢。主要用于金屬材料的剪切用于硬度較大的固體廢物的中碎和細(xì)碎。主要用于破碎脆性和含泥粘性廢物。用于礦業(yè)和工業(yè)固廢處理與利用。煤矸石生產(chǎn)水泥、磚瓦主要用于煤矸石生產(chǎn)水泥；鋼渣生產(chǎn)磚瓦等原料的制備。七.其他破碎方法（一）低溫破碎對(duì)于在常溫下難以破碎的固體廢物，可利用其低溫變脆的性能而有效地破碎。也可利用不同的物質(zhì)脆化溫度的差異進(jìn)行選擇性破碎，即所謂低溫破碎技術(shù)。常采用液氮作制冷劑。汽車輪胎、包覆電線、廢家用電器等；低溫破碎與常溫破碎相比，動(dòng)力消耗可減至1/4以下，噪聲降低4dB，振動(dòng)減輕1/4-1/5。（二）濕式破碎濕式破碎是利用特制的破碎機(jī)將投入機(jī)內(nèi)的含紙垃圾和大量水流一起劇烈攪拌和破碎成為漿液的過程，從而可以回收垃圾中的紙纖維。這種使含紙垃圾漿液化的特制破碎機(jī)稱為濕式破碎機(jī)。濕式破碎具有以下優(yōu)點(diǎn)：①使含紙垃圾變成均質(zhì)漿狀物，可按流體處理；②不孽生蚊蠅、無惡臭、衛(wèi)生條件好；③噪聲低、無發(fā)熱、爆炸、粉塵等危害；④適用于回收垃圾中的紙類、玻璃及金屬材料等。（三）半濕式選擇性破碎分選半濕式選擇性破碎分選是利用城市垃圾中各種不同物質(zhì)在一定濕度下強(qiáng)度和脆性的差異，破碎成不同粒度的碎塊，然后通過不同篩孔加以分離的過程。該過程是在半濕(