固體廢物的預處理技術

1、固廢污染控制工程,教師：盛廣宏 E-mail:sheng_,第3章固體廢物的預處理,1,2,3,4,壓實,破碎,分選,脫水,預處理技術,3.1 固體廢物的壓實,壓實原理 壓實程度度量 壓實設備,3.1.1 固體廢物的壓實原理,壓實 壓實利用機械的方法減少垃圾的空隙率，將空氣擠壓出來增加固體廢物的聚集程度，增大容重的一種操作技術。 壓實目的 增大容重和減小體積，便于裝卸和運輸，確保運輸安全與衛(wèi)生，降低運輸成本； 制取高密度惰性塊料，便于儲存、填埋或作建筑材料 壓實技術主要適合處理壓縮性能大而復原性小的物質(zhì)，如冰箱、紙箱、廢金屬絲等,3.1.2 固體廢物壓實程度的度量,壓實程度 (1) 空隙比與空

2、隙率 空隙比e指空隙體積與固體廢物顆粒體積之比,空隙率指空隙體積總堆積體積之比,(2) 濕堆積密度與干堆積密度 若忽略空隙中氣體的質(zhì)量，則固體廢物的總質(zhì)量（mm）等于固體物質(zhì)質(zhì)量（ms）與水分質(zhì)量（mw）之和，即： mm = ms + mw,體積減小百分比 體積減小百分比R指壓實前后固體廢物堆積體積變化率,壓縮比與壓縮倍數(shù) 壓縮比r,壓縮倍數(shù)n,3.1.3 壓實設備,固體廢物的壓實設備 (1) 固定式壓實器 采用人工或機械方法把廢物送到壓實機械里進行壓實的設備。常用：家庭小型壓實器、廢物收集車上配備的壓實器、轉(zhuǎn)運站配備的專用壓實機等。 固定式壓實器一般由一個容器單元和一個壓實單元組成，常用的有

3、水平壓實器、三向聯(lián)合壓實器、回轉(zhuǎn)式壓實器等。,常用固定式壓實器(用于垃圾、金屬壓實) 水平式壓實器 三向聯(lián)合壓實器 回轉(zhuǎn)式壓實器,垃圾中轉(zhuǎn)站大型垃圾壓實器,(2) 移動式壓實器 帶有行駛輪或可在軌道上行駛的壓實器稱為移動式壓實器。壓實原理：碾(滾)壓、夯實、振動 常用于填埋場壓實用，也可安裝在收集車上壓實收集車所接受的垃圾。常用：膠輪式壓土機、履帶式壓土機和鋼輪式布料壓實機等。,3.1.4 壓實流程,壓實設備選擇原則 根據(jù)固體廢物的壓實程度，選擇合適的壓縮比和壓力 根據(jù)廢物的性質(zhì)，采用不同的壓實方式和壓實設備 考慮壓實的后續(xù)處理過程,生活垃圾壓實流程(國外) 生活垃圾 預壓縮 金屬鐵絲網(wǎng)包緊

4、主壓縮（160200kgf/cm2，壓縮比約1/5） 捆扎瀝青（柏油）中浸漬約10秒進行瀝青（180200）包覆 約一噸重的垃圾捆包（容重可達11251380kg/m3） 填埋,3.2 破碎,破碎的基礎理論 破碎設備 低溫破碎與濕式破碎 破碎工藝流程,3.2.1 破碎的基本理論,破碎 破碎：利用外力克服固體廢物質(zhì)點間的內(nèi)聚力而使大塊固體廢物分裂成小塊的過程。 磨碎（或粉磨）：使小塊固體廢物顆粒分裂成細粉的過程。,破碎的目的 可減小容積，降低運輸費用。 為固體廢物的下一步加工做準備 為固體廢物的分選提供所需的入選粒度 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。 可防

5、止粗大、鋒利的廢物損壞分選、焚燒、熱解等設備 破碎后的生活垃圾進行填埋處置時壓實密度高而均勻，可加快復土還原,影響破碎效果的因素 主要影響因素：物料機械強度和破碎力 物料機械強度越大越不利于破碎，破碎力越大越利于破碎 硬度 硬度越大越不利于破碎 韌性 韌性大的物料不易破碎且不易磨細 解理 解理多的物料容易破碎 脆性 結構缺陷 結構缺陷越多越有利于破碎,破碎的方法 破碎方法：干式破碎、濕式破碎和半濕式破碎 干式破碎：機械能破碎和非機械能破碎 機械能破碎：利用破碎工具對固廢施加機械力而將其破碎的方法。 破碎作用分為擠壓、劈碎、剪切、磨剝、沖擊破碎等 非機械能破碎：利用電能、熱能等對固廢進行破碎的新

6、方法。如低溫、超聲波破碎等。,破碎產(chǎn)物的特性參數(shù) 粒徑和粒度分布 表示顆粒尺寸的指標：粒徑、顆粒形狀和粒度分布 粒徑：表示顆粒大小的參數(shù)，常用的有：球體等效直徑、有效直徑、統(tǒng)計直徑和篩徑等。 粒度分布：表示固體顆粒群中不同粒徑顆粒的含量分布情況，有累積粒度分布和頻度粒度分布。 破碎比和破碎段 破碎比：破碎過程中，原廢物粒度與破碎產(chǎn)物粒度的比值稱為破碎比 破碎比：極限破碎比和真實破碎比,極限破碎比i：用廢物破碎前的最大粒度（Dmax）與破碎后的最大粒度（dmax）的比值來確定破碎比（i）。,真實破碎比：用廢物破碎前的平均粒度（Dcp）與破碎后的平均粒度（dcp）的比值來確定破碎比（i）。,一般破

7、碎機的破碎比在330，磨碎機的破碎比在40400，固體廢物每經(jīng)過一次破碎機或磨碎機稱為一個破碎段，在破碎處理中有時僅通過一個破碎機難以達到要求的粒度，而要幾級破碎段。,破碎工藝 基本的破碎工藝流程有：單純破碎，帶預先篩分破碎工藝，帶檢查篩分破碎工藝、帶預先篩分和檢查篩分。,3.2.2 破碎設備,(1) 鄂式破碎機 擠壓破碎機械，適于堅硬和中硬廢物。 主要部件：固定鄂板、可動鄂板、連動于傳動軸的偏心轉(zhuǎn)動輪。兩塊鄂板構成破碎腔。 根據(jù)可動鄂板分：簡單擺動、復雜擺動顎式破碎機。,(2) 錘式破碎機 利用沖擊進行破碎。主體破碎部件包括多排重錘和破碎板。錘頭以鉸鏈方式裝在各圓盤之間的銷軸上，可以在銷軸上

8、擺動。電動機帶動主軸、圓盤、銷軸及錘頭（合成轉(zhuǎn)子）高速旋轉(zhuǎn)。,適用于中 等硬度物體的破碎,(3) 沖擊式破碎機 工作原理：利用沖擊作用進行破碎。給入破碎機空間的物料塊，被繞中心軸高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子猛烈沖擊后，受到第一次破碎，然后從轉(zhuǎn)子獲得能量高速向機壁，受到第二次破碎。飛在沖擊過程中彈回的物料再次被轉(zhuǎn)子擊碎，難于破碎的物料被轉(zhuǎn)子和固定板挾持而剪斷。破碎產(chǎn)品由下部排出。 適用于中等硬度、脆性、軟質(zhì)、纖維狀、韌性等物料,剪切式破碎機 原理：通過固定刀和可動刀之間的嚙合作用，將固體廢物切開或割裂成適宜的形狀和尺寸，適用于破碎中硬、軟、脆、韌性、纖維性物料。 類型： Von roll型往復剪切式破碎機 L

9、inclemann型剪切式破碎機 旋轉(zhuǎn)剪切式破碎機,Von roll型往復剪切式破碎機,往復刀和固定刀之間寬度為30cm，剪切尺寸為30cm。刀具由特殊鋼制成，磨損后可以更換，可將厚度為220mm以下的普通型鋼板剪切成30cm的碎塊,Lindemann型剪切式破碎機,該機由預壓機和剪切機兩部分組成。固體廢物先進入預壓機，通過一對鉗形壓塊的開閉將廢物壓縮后進入剪切機。剪切機由送料器、壓緊器和剪切刀片組成。固體廢物由送料器推倒刀口下方，壓緊器壓緊后由剪切刀將其剪斷。,該機裝有12個固定刀和35個旋轉(zhuǎn)刀，固體廢物投入腔體后，在固定刀和高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)刀夾持下而被剪切破碎。,可對各種汽車輪胎、廢舊金屬、

10、塑料、包裝木箱、廢紙箱、報廢冰箱、電視機、空調(diào)等生活垃圾以及工業(yè)垃圾還有各種混合垃圾進行破碎處理。,翼型破碎機,輥式破碎機 光輥破碎機：擠壓與研磨作用，較硬物。 齒輥破碎機：單齒輥和雙齒輥，劈裂作用，干脆性和黏性較大廢物。,粉磨機,常用的粉磨機：球（棒）磨機、輥式磨、立磨、自磨機 球磨機 構造：主要由圓柱形筒體、端蓋、中空軸頸、軸承和傳動大齒圈等部件組成。筒體內(nèi)裝有直徑為25150mm的鋼球。筒體內(nèi)壁敷設有襯板。 工作原理：磨擦力、離心力和重力；沖擊和研磨作用,3.2.3低溫破碎與濕式破碎,低溫破碎：對于在常溫下難以破碎的韌性固體廢物，可以利用其低溫變脆的性能而有效的破碎，也可以利用不同的物質(zhì)

11、脆化溫度的差異進行選擇性的破碎，即所謂低溫破碎技術。低溫破碎通常采用液氮作為制冷劑，液氮具有制冷溫度低、無毒、無爆炸危險等優(yōu)點。,濕式破碎機 濕式破碎適用于破碎含水量大的固體廢物，如生活垃圾等，利用劇烈攪拌和破碎成為漿液。,3.3 固體廢物的分選,分選的概念及評價指標 篩分 重力分選 磁力分選 電力分選 浮選 其他分選技術 分選回收工藝,3.3.1 分選的概念及評價指標,分選的概念 固體廢物分選簡稱廢物分選（separation, sorting），將固體廢物中可回收利用的或不利于后續(xù)處理和處置工藝要求的物料采用適當?shù)墓に嚪蛛x出來的過程。 分選原理根據(jù)物質(zhì)的粒度、密度、磁性，電性、光電性，摩擦

12、性，彈性以及表面潤濕性等性質(zhì)的差異而進行分離的 分為篩選 (分)、重力分選，磁力分選，電力分選、光電分選、摩擦及彈性分選，以及浮選等。,分選效果的評價指標 回收率指單位時間內(nèi)從某一排料口中排出的某一組分的質(zhì)量與進入分選機的這種組分的質(zhì)量之比 品位（純度）指某一排料口排出的某一組分的質(zhì)量與從這一排料口排出的所有組分質(zhì)量之比,3.3.2 篩分,篩分原理 篩分原理利用篩子將物料中小于篩孔的細粒顆粒透過篩面，而將大于篩孔的粗粒顆粒留在篩面上，完成粗、細顆粒分離的過程。 篩分過程物料松散分層和細粒透篩兩個階段組成 篩分工藝分類 準備篩分為了某個操作過程的物料滿足粒度要求，將固體廢物按粒度分成幾個級別、分

13、別送往下一工序。 預先篩分將物料送入破碎機之前，將小于破碎機排料口寬度的細粒級篩分出去，提高破碎作業(yè)效率。 檢查篩分對經(jīng)破碎機破碎后的物料進行篩分，將粒度大于排料口尺寸的“超?！焙Y出，重新送回破碎機再次破碎。,篩分效率 對物料進行篩分后，實際得到的篩下產(chǎn)品質(zhì)量與入篩物料中小于篩孔尺寸的細粒顆粒的質(zhì)量之比，表示如下：,篩分效率通常低于8595%,選擇篩分利用物料中有用成分在各粒級中的分布不同，或者性質(zhì)上的顯著差異所進行的篩分，將需要的組分篩分出來。 脫水或脫泥篩分主要用于清洗或脫水操作，通過篩分方法脫去廢物中所含的部分水分或泥質(zhì)等。,影響篩分效率的因素 物料性質(zhì)的影響 篩分物料的尺寸，0.75篩

14、孔尺寸的顆粒不易篩分。 垃圾含水率 含水率越高越不易篩分 垃圾含泥率 含泥率越高越不易篩分 顆粒形狀 球形、立方形等顆粒易篩分，扁平狀、纖維狀顆粒不易篩分 設備性能的影響 篩分運動方式 篩分操作條件的影響 連續(xù)均勻給料，及時清理、維修篩面，篩分效率就高。,篩分設備 固定篩 篩面由許多平行排列的篩條組成，水平或傾斜安裝。分為格篩和棒條篩,滾筒篩 篩面帶孔的圓柱形筒體，軸線傾斜35安裝；或截頭圓錐筒體，軸線水平安裝，高端入料，低端排篩上物。,慣性振動篩 由不平衡物體的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力使篩箱產(chǎn)生振動的一種篩子,1上篩箱； 2下機體； 3傳動裝置； 4共振彈簧； 5板簧； 6支承彈簧,共振篩 是

15、利用彈簧的曲柄連桿機構驅(qū)動，使篩子在共振狀態(tài)下進行篩分。,3.3.3重力分選,重力分選根據(jù)固體廢物中不同物質(zhì)顆粒間的密度差異，在運動介質(zhì)中受到重力、介質(zhì)動力和機械力的作用，使顆粒群產(chǎn)生松散分層和遷移分離，從而得到不同密度產(chǎn)品的分選過程。 按介質(zhì)不同，重力分選可分為重介質(zhì)分選、跳汰分選、風力分選和搖床分選等。,基本原理 顆粒在介質(zhì)中的沉降是重力分選的基本行為。密度和粒度不同的顆粒根據(jù)其在介質(zhì)中沉降速度的不同而分離。 自由沉降速度：Stokes方程,影響重力分選的因素有：顆粒的尺度，顆粒與介質(zhì)的密度差以及介質(zhì)的粘度。,不同密度礦物分選的難易度可以大致地按其等降比(e)進行判斷,e5極易重力分選的物

16、料，除極細(5-10m)細泥外，各粒度的物料都可用重力分選法選別； 2.5e5屬易選物料 1.75e2.5屬較易選物料 1.5e1.75屬較難選物料，重力分選的有效選別粒度下限一般為0.5mm 1.25e1.5屬難選物料，重力分選法只能處理不小于數(shù)毫米的粗粒物料，分離效率一般不高 e1.25屬極難選的物料，不宜采用重力分選。,(1) 重介質(zhì)分選,基本原理 適用：密度相差較小及難以用跳汰法等進行分離的場合 通常將密度大于水的介質(zhì)稱為重介質(zhì)； 在重介質(zhì)中使固體廢物中的顆粒群按密度分開的方法稱為重介質(zhì)分選。 為使分選過程有效地進行，需選擇重介質(zhì)密度(C)介于固體廢物中輕物料密度(L)和重物料密度(W

17、)之間。 重介質(zhì)可以分為重液和重懸浮液 重懸浮液是由高密度的固體微粒和水構成的固液兩相分散體系，它是密度高于水的非均勻介質(zhì)。 高密度固體微粒起著加大介質(zhì)密度的作用，故稱為加重質(zhì)。 最常用的加重質(zhì)有硅鐵，磁鐵礦等。,鼓形重介質(zhì)分選機,(2) 跳汰分選,工作原理 在垂直脈沖介質(zhì)中顆粒群反復交替地膨脹收縮，按密度分選固體廢物的一種方法 將物料給入篩板上，形成密集的物料層，從篩板下周期性給入垂直變速的介質(zhì)，透過篩板使床層松散并按密度分層，密度大的顆粒群集中到底層，透過篩板或特殊排料裝置排出成重產(chǎn)品，密度小的顆粒群進入上層被水平介質(zhì)流帶到機外成為輕產(chǎn)品。,跳汰機,根據(jù)推動水流運動方式分為：隔膜跳汰機和無

18、活塞跳汰機,(3) 風力分選,工作原理 以空氣為分選介質(zhì)，在氣流作用下使固體廢物顆粒按密度和粒度進行分選的方法，簡稱風選，又稱氣流分選。,沉降末速度vo：顆粒在氣流中處于沉降平衡時的速度。,上升氣流(ua)中的沉降末速度：,利用物料之間沉降末速度的差異進行風選,水平氣流 作用力：空氣的動壓力、重力 空氣的動壓力（R） R=d2u2 重力（G） G=mg=1/6d3sg 當顆粒粒度d一定時，R不變，則s將直接影響顆粒運動的角度大小。 水平氣流速度一定時，當顆粒直徑相同時，密度大的顆粒沿與水平夾角較大的方向運動，即離出口較近的位置；相反，則向較遠的位置運動，從而達到按密度差異分選的目的。,風選設備

19、 臥式風力分選機（水平氣流分選機） 立式風力分選機（上升氣流分選機）,圖b 立式曲折形風力分選機,立式風力分選機,3.3.4 磁力分選,磁選原理 磁選：利用固體廢物中各種物質(zhì)的磁性差異在不均勻磁場中進行分選的一種處理方法。適用于固體廢物中磁性物質(zhì)的回收，磁選常用于固體廢物中的鐵、鎳等的分選 物質(zhì)按磁性大小可分為強磁性、弱磁性和非磁性等組分 分離條件 f 磁f機磁性產(chǎn)品 f 磁f機非磁性產(chǎn)品 式中： f磁作用在磁性物體上的磁力 f磁作用在非磁性物體上的磁力 f機作用于磁性物體上機械力的合力 （重力、離心力、靜電力、介質(zhì)阻力等）,磁選設備：(1)磁力滾筒（磁滑輪）,結構特點 360包角多極磁極，多

20、用永久磁鐵 磁系沿徑向N、S交替排列，產(chǎn)生磁翻滾； 磁極外面的圓筒為非導磁材料； 本身可作為皮帶輸送機的主動輪。,應用范圍 礦業(yè)固體廢物破碎前的預選和保護作業(yè) 城市垃圾焚燒前除鐵,磁選設備：(2) 濕式CTN型永磁圓筒型磁選機,結構特點 磁系固定，圓筒轉(zhuǎn)動，磁系20可調(diào)； 磁系沿徑向N、S交替排列，產(chǎn)生磁翻滾； 應用：鐵的回收，如鋼鐵冶煉中含鐵塵泥和氧化鐵皮中回收鐵，或回收重介質(zhì)分選中的加重質(zhì),3.3.4 電力分選,電選原理 是利用固體廢物中各組分在高壓電場中電性的差異而進行分選。 主要用于對導體和非導體進行分離，如粉煤灰中的碳的分選，生活垃圾中有色金屬的分選。,電選原理 物質(zhì)按電性可分為導體

21、、半導體和非導體，它們在高壓電場中有不同的運動軌跡 當固體顆粒進入電選機的高壓電場中時，由于在電場的作用下被極化而帶負電荷，被吸附在滾筒的表面（滾筒接地，帶正電），由于導體的導電性較好，能夠迅速將所帶的電荷傳遞給滾筒（正極）而不受正極的吸引作用，在重力的作用下而落下；而非導體由于放電較慢，被吸附在滾筒表面隨其旋轉(zhuǎn)而被帶到后方，被毛刷強制刷下，從而實現(xiàn)了導體和非導體的分離。,電選設備 靜電分選機、YD-4型高壓電選機 電選的應用 粉煤灰中選碳 固體廢物中鋁塑的分離,3.3.5 浮選,浮選原理 浮選根據(jù)不同物質(zhì)被水潤濕程度的差異而對其進行分離的過程 浮選原理：物質(zhì)的天然可浮選性差異較小，浮選是通過

22、在固體廢物與水調(diào)制的料漿中，加入浮選藥劑，并通入空氣形成無數(shù)細小氣泡，使目的顆粒粘附在氣泡上，隨氣泡上浮于料漿表面成為泡沫層，然后刮出回收；不浮的顆粒仍留在料漿內(nèi)，通過適當處理后廢棄。,浮選藥劑 捕收劑 捕收劑：能夠選擇性地吸附在欲選的物質(zhì)顆粒表面上，使目的顆粒表面疏水性增強，提高可浮性，使其易于向氣泡附著的藥劑。 常用的捕收劑主要有異極性捕收劑和非極性油類捕收劑。常用的異極性捕收劑有黃藥、油酸等，非極性油類捕收劑主要包括脂肪烷烴、脂環(huán)烴和芳香烴三類，如煤油、柴油、變壓器油、重油等，單獨使用較少。 從煤矸石中回收黃鐵礦時，常用黃藥作捕收劑。 從粉煤灰中回收炭，常用煤油作捕收劑。,起泡劑 能夠促

23、進泡沫形成，增加分選界面的藥劑稱為起泡劑 常用的起泡劑有松油、松醇油，脂肪醇等。 調(diào)整劑 調(diào)整劑的作用主要是調(diào)整其它藥劑(主要是捕收劑)與物質(zhì)顆粒表面之間的作用，還可調(diào)整料漿的性質(zhì)，提高浮選過程的選擇性。 常用調(diào)整劑：活化劑、抑制劑、介質(zhì)調(diào)整劑、分散與絮凝劑。,浮選工藝 浮選工藝包括調(diào)漿、調(diào)藥、調(diào)泡三個程序。 調(diào)漿調(diào)節(jié)浮選前料漿的濃度，使其滿足浮選的要求。 調(diào)藥調(diào)浮選過程藥劑的濃度、組分和加藥順序。 調(diào)泡調(diào)節(jié)浮選過程中氣泡的大小和量。不同的浮選設備和物質(zhì)對氣泡的大小是有要求的，一般在0.40.8mm。,浮選設備 按充氣和攪拌方式分：機械攪拌式、充氣攪拌式、充氣式和氣體析出式浮選機四種。 我國應

24、用最多的是機械攪拌式浮選機。 應用從分煤灰中回收炭，從煤矸石中回收硫鐵礦，從焚燒爐灰渣中回收金屬等。,3.3.6 其他分選方法,光電分選 光電分選是利用物質(zhì)表面光反射特性的不同而分離物的方法。 可用于從城市垃圾中回收橡膠、塑料、金屬、玻璃等物質(zhì)，或不同顏色垃圾的分離。,3.3.7 分選回收工藝系統(tǒng),分選回收工藝確定原則 弄清固體廢物的組成和性質(zhì)； 根據(jù)廢物性質(zhì)和要達到的處理要求，確定需要采用的分選方法； 將分選的方法進行恰當?shù)慕M合，形成合適的分選回收工藝系統(tǒng)。,3.4 固體廢物的脫水,固體廢物中的水分及分離 濃縮脫水 機械脫水,3.4.1 固體廢物的水分及分離方法,固體廢物的水分 間隙水存在顆粒間隙中的水，約占固體廢物中水分的70%左右，用濃縮法分離 毛細管結合水顆粒間形成一些小的毛細管，在毛細管中充滿的水分，約占水分的20%左右，采用高速離心機脫水、負壓或正壓過濾機脫水。 表面吸附水吸附在顆粒表面的水，約水分的7%，加熱法脫除。 內(nèi)