废弃物的处理与综合利用.ppt

第一章 绪论,从原始人类活动开始，就有固体废物（？）的产 生，其解决办法是用迁徙来更换生活住址； 1000多年前，古希腊人把生活垃圾倒入深坑填埋； 17-18世纪，工业生产为对自然物质进行机械加工， 固体废物多为屑末； 19世纪末到20世纪初，随着化学工业的发展，人们开 始改变物质的化学性质，产生了含汞、铅、砷、氰化物 等的有毒固体废物。 20世纪以来，有了原子能工业，产生放射性固体废物。,第一节 固体废物的来源与分类,一.固体废物的几个基本概念 1.固体废物(solid wastes)：是指人类在日常生活、生 产建设和其他非生产性活动中产生，在一定时间和地点 又无法利用而被丢弃的对环境具有污染性的固态、半固 态废弃物质。生活垃圾、废纸、废塑料等，废酸、废碱、 废油等。 2.固体废物处理(treatment of solid wastes)：指通 过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适 于运输、贮存、资源化利用及最终处置的一种过程。,物理：破碎、分选、沉淀、过滤、离心等 化学：焚烧、浸出等 生物：好氧堆肥、厌氧分解等 例 3.固体废物处置(disposal of solid wastes)：指最终 处置或安全处置，是解决固体废物的归宿问题，如堆置、 填埋、海洋投弃等。 4.资源化：是指通过各种方法从固体废物中回收有用组 分和能源，广义的资源化包括物质回收、物质转换和能 量转换三个部分。,二.固体废物的来源与排量 1.来源：固体废物的来源大体上可分为两类，一是在生 活过程中产生，二是生产过程中产生。其主要发生源是 冶金、煤炭和火力发电三大部门（生产）。 2.排量,三.固体废物的分类 城市生活垃圾、工业固体废物、矿业固体废物、农业固 体废物、放射性固体废物、危险性固体废物。,核燃料生产与加工 同位素应用等。,第二节 固体废物的污染及控制 一.固体废物的污染途径 1.与废水、废气相比，固体废物几个显著的特点 （1）固体废物是各种污染物的终态，浓集了许多污染 成分。人们却往往对这类污染物产生一种稳定的、污染 慢的错觉； （2）在自然条件的影响下，固体废物中的一些有害成 分会转入大气、水体和土壤，参与生态系统的物质循 环，具有潜在的、长期的危害性。 因此，固体废物能通过各种途径危害人体健康。,二.固体废物的污染危害,三.固体废物污染控制措施 1.改革生产工艺（1）从技术上减少固体废物的产生； （2）从原料入手，采用精料；（3）从产品质量入手。 2.发展物质循环利用工艺。 3.进行综合利用：固体废物一般具有某些工业原料所 具有的物理化学特性，有的还含有很大一部分未起变 化的原料或副产物。 4.进行无害化处理与处置。 5.其他控制固体废物污染的措施：改变城市的燃料结 构，推行精净菜进城，塑料垃圾袋等。,第三节 固体废物管理与循环经济 固体废物污染控制的“三化”原则：减量化、无害化 及资源化。 固体废物污染控制的“3C”原则：避免产生(clean)、 综合利用(cycle)和妥善处理(control)。 1995年10月30日，正式公布我国第一部关于固体废物 污染管理的法规中华人民共和国固体废物污染环境防 治法。 循环经济：是物质闭环流动型经济的简称，特征是物 质与能量的梯次使用和闭路循环使用，使物质与能量的,使用从“摇篮”到“摇篮”，在环境方面表现为污染低 排放，甚至零排放。其本质上是一种生态经济。,物质 能量,一级生产,二级生产,三级生产,第二章 废弃物的收集、运输与压实,第一节 固体废物的收集 一般工业固体废物的收集、运输由工厂或专门的物质回 收公司负责。主要介绍城市垃圾的收集与运输。 城市垃圾的收集与运输费用很大，发达国家目前已达到 处理总费用的80%左右。 城市垃圾一般主要包括生活垃圾、商业垃圾及建筑垃圾 等。其中商业垃圾与建筑垃圾由单位自行清除，生活垃 圾的收集与运输是本章重点。,分类收集,工业废物与城市垃圾分开；,危险废物与一般废物分开；,可燃性物质与不可燃性物质分开；,可回用物质与不可回用物质分开；,一.收集原则,二.生活垃圾的收集方式 1.概述 大多数城市对生活垃圾的收集采用传统的收集方 法，即由垃圾发生源送至垃圾桶，统一由环卫工人将 垃圾桶内垃圾装入垃圾车，再运至中转站，最后由中,转站运到最终处理厂或填埋厂处置，形成了一套固定模 式的收集-中转-集中处置系统。 发生源-垃圾桶-垃圾车-中转站-填埋场 2.垃圾发生源到垃圾桶过程中的收集方式分类及容器 （1）混合收集：是传统的收集方式，费用低，简单易 行；但降低了废物中有用物质的纯度和再生利用的价值。 定点收集方式 其是指收集容器放置于固定的地点，一天中的全部或大 部分时间为居民服务。 要求：占用一定的空间设立收集点；收集点便于车辆经,过；收集容器要有较好的密封隔离效果，以避免收集过 程中产生公共卫生问题。 该收集方式所使用的容器有容器式和构筑物式两种。 容器式：是最常见的一种形式，有圆形和方形两种，目 前使用的多为塑料或钢制的。 构筑物式：一般为砖、水泥结构，容器为5-10m3,不密 封。特点：使用寿命长，费用低；但在高峰季节会发生 垃圾满溢的情况，与周围环境敞开接触，易造成周围环 境卫生的恶化；另外，清运时难度较大，不利于机械化 操作。,定时收集方式及容器 定时垃圾收集方式不设置固定的垃圾收集点，直接用垃 圾清运车收集居民区垃圾。具体做法是：清运车以固定 的时间与路线行驶于居民区中并收集路旁的居民垃圾。 该收集方式的容器：其一是配合高级住宅独家独院式生 活方式而设置的小型移动式垃圾桶，二是普通容器，一 般为小型垃圾收集车。 特殊垃圾收集方式 垃圾楼道式收集方式，是定点垃圾收集方式的一种，垃 圾楼道是高层建筑物中的一条垂直通道，每层都开一个,倾倒口，底部有垃圾储存室。节约居民家务劳动量。 上世纪70年代在瑞典斯德哥尔摩首先得到应用的气动垃 圾输送方式。 主要服务于高层居住区。 （2）分类收集 分类收集是根据废物的种类和组成分别进行收集的方 式，其主要优点是：从垃圾发生源上入手，提高了垃圾 的资源利用价值，有利于废物的资源化综合利用。 分类收集的具体做法：根据本地区的垃圾组成情况， 将垃圾分成几个分类组，一般分成可回收废品、易腐性 有机物和一般无机物等几类，其中可回收废品组又可根,据需要分成玻璃、金属、纸、塑料等成分，然后再分别 收集。 分类收集工具：特制塑料垃圾袋，居民在排放垃圾时 按分类将其放入有明显标志的不同垃圾袋内，然后再送 到收集点，放入不同容器中。 混合垃圾收集方式如何改造为分类垃圾收集方式？ a:以定点收集方式为例，只要在收集点增加一定数量的 收集容器即可适合要求； b:由于垃圾的类别增加，每一类要分别收运，所以需要 增加收运次数，增加成本。解决方法：延长对非易腐性,垃圾的收运周期，以缩减总的收运次数。 二、收集系统分析 发生源-垃圾桶-垃圾车-中转站-填埋场 1.基本概念 （1）拖曳容器系统：可分为简便模式和交换模式。简 便模式是从收集点将装满垃圾的容器用牵引车拖到处置,场倒空后再送回原收集点，车子开到第二个垃圾容器放 置点，如此重复直至一天工作结束。交换模式是带空垃 圾桶去交换。 （2）固定容器系统：垃圾容器放在固定的收集点，垃 圾车从调度站出来将垃圾容器中垃圾出空，垃圾容器放 回原处，车子开到第二个收集点重复操作，直至垃圾车 装满或工作日结束。 拖曳容器系统和固定容器系统是收集系统的两种。 （3）拾取时间（装运时间）：与收集系统的类型有关。 拖曳容器系统的简便模式：,拾取时间（Phcs）=牵引车从放置点开车到下一个放置 点所需的时间+提起装满垃圾的垃圾桶的时间+放下空垃 圾桶的时间 拖曳容器系统的交换模式： 拾取时间=提起装满垃圾的垃圾桶的时间+在另一个放 置点放下空垃圾桶的时间 固定容器系统： 拾取时间是将所有垃圾桶中的垃圾出空到垃圾车上所花 费的时间。（出空垃圾所用时间及车辆行驶于垃圾桶放 置点之间所需要的时间）,（4）运输时间：也与收集系统的类型有关。 拖曳容器系统： 运输时间=将装满垃圾的垃圾桶从放置点拖到处置场所 需时间+将空垃圾桶从处置场拖到放置点所需时间。 固定容器系统： 运输时间是指垃圾车装满后或从收集路线的最后一个放 置点开车到处置场，以及出空垃圾后再从处置场开车到 下一个收集路线的第一个放置点所需的时间。 （5）在处置场所花费的时间：等待卸车、出空垃圾 （6）非生产性时间：报道、登记、交通拥挤时间损失,收集和运输生活垃圾所耗费的时间主要包括以上的拾取 时间、运输时间、在处置场所花费的时间及非生产性时 间。收集成本？,2.拖曳容器系统 （1）每收集一桶垃圾所需时间为： Thcs=(Phcs+h+S)/(1-) （2-1） 式中，Thcs：拖曳垃圾桶每个双层所需时间，h； Phcs：每个双层拾取所花费的时间，h； h：每个双层运输花费的时间，h； S：在处置场花费的时间，h；,：非生产性时间因子，%。非生产性时间占整个收集 过程所花时间的百分数，在0.1-0.25之间，一般取0.15。 式（2-1）中， Phcs=pc+dbc+uc （简便模式） Phcs=pc+uc （交换模式） h=a+bx （其中h为每个双层运输的时 间，h；a和b均为经验常数；x为每个双层运输的距离， km。 因此式（2-1）又可表示为： Thcs=(Phcs+S+a+bx)/(1-) （2-2）,（2）设每辆车一个工作日的工作时间为H（h/d） 则： H/Thcs为？记为Nd 即：Nd=H/Thcs=(1-)H/(Phcs+S+a+bx) （2-3） （3）若每周双程旅程总次数为tw 则 tw/Nd为？ 记为Dw 即：Dw=tw/Nd=tw(Phcs+S+a+bx)/(1-)H （2-4） （4）tw的计算 设：一周废物产生量为：Vw (m3) 垃圾桶的平均大小为：C (m3) 垃圾桶的填充系数为：f 则：Vw/Cf ?,Vw/Cf每周需要出空的垃圾桶数，记为Nw； twNw=Vw/Cf 3.收集车辆 许多国家和地区都有自己的收集车分类方法和型号，我 国目前尚未形成垃圾收集车的分类体系。 所用的垃圾车种类主要有： （1）简易自卸收集车，适宜于固定容器系统； （2）活斗垃圾收集车，适宜于拖曳容器系统； （3）桶式倒装密封收集车，适宜于固定容器系统； （4）后装式压缩收集车，适宜于分类收集方法。,4.收集次数与时间 （1）收集次数：住宅区、商业区基本上要日产日清。 特殊情况下，每周几次要根据产生量、气候等而定。 （2）收集时间：垃圾收集时间大致可分昼间、晚间和 黎明三种。住宅区最好在昼间收集，？。商业区则宜在 晚间收集，此时车辆和行人稀少，可加快收集速度。,第二节 固体废物压实,Vv,Vs,Vm,一.压实的原理、目的 1.原理 大多数固体废物是由颗粒及颗粒间的孔隙组成的集合 体，自然堆放的固体废物，其表观体积是颗粒体积与孔 隙体积之和。因此压实的原理是利用机械的方法减少垃 圾的孔隙率，将空气挤压出来增加固体废物的聚集程度。 压实技术适宜于压缩性能大而复原性能小的物质。 压实的目的： （1）增大密度，减小体积，降低运输成本，延长填埋,场寿命； （2）制取高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作建筑 材料。 3.压缩比（R）：固体废物压缩前的体积与压缩后的体 积之比。（或固体废物经压实后，体积减少的程度。） 一般压缩比为3-5，若同时采用破碎和压实两技术可使 压缩比达到5-10。 4.固体废物压实处理的优点 （1）减轻环境污染。固体废物中有机物在高压压缩过 程中，由于挤压而升温，BOD5可由6000mg/L降低到20,mg/L，COD可以从8000mg/L降低到150mg/L。 （2）节省填埋或贮存场地。对于城市垃圾，目前国内 外填埋用地日渐紧张，生活垃圾压缩后体积可减少60- 70%，从而大大节省填埋用地。 （3）快速安全造地。用惰性固体废物压实块作为填海 造地材料，上面只需覆盖很薄土层，即可利用。,二.固体废物压实器与流程 固体废物的压实设备称为压实器，一般可分为固定式和 移动式两大类。 1.固定式压实器：一般设置在废物中转站等场合，仅对 废物进行压实，压实器本身并不移动。 （1）水平压实器：是一个矩形或方形的钢制容器，有 一个可沿水平方向移动的压头。,（2）三向联合式压实器:具有三个互相垂直的压头。 （3）回转式压实器：有两个水平压头，一个旋转压头（铰链在容器的一端）。 2.移动式压实器 带有行驶轮或可在轨道上行驶的压实器称为移动式压实 器，如胶轮式压实机、履带式压实机等。,3.压实流程,垃圾,铁丝网,压缩,填埋场,压缩固化垃圾,冷却,沥青浸渍,退块,污水,油水分离,曝气槽,沉淀槽,灭菌槽,排放,净水,国外城市垃圾压缩处理工艺流程,第三章 废弃物的破碎,第一节 破碎的基础理论 一.概述 固体废物的破碎就是把废物转变成适合于进一步加工或 能经济地再处理、处置的形状和大小。 1.破碎的原理：利用外力克服固体废物质点间的内聚力 而使大块固体废物裂成小块、使小块固体废物颗粒裂成 细粉。 前者产品粒度在1-5mm以上，设备为破碎机； 后者又称为磨碎或细磨，产品粒度在1-5mm以下，设备,为磨碎机。 2.固体废物破碎的目的 （1）减小固体废物的容积，以便运输和贮存； （2）为固体废物的分选提供所要求的粒度，以便能够 有效地回收其中的有用成分； （3）防止粗大、锋利的固体废物损坏分选、焚烧和热 解等设备或炉膛； （4）增加固体废物的比表面积，提高焚烧、热解、熔 融等作业的效率； （5）为下一步加工做准备，以便进一步加工制备；,（6）生活垃圾进行填埋处置时，破碎后压实密度高而 均匀，可以加快覆土还原。（有利于固废三化） 二.固体废物的机械强度和破碎方法 1.机械强度（可碎性） 固体废物的机械强度是指固体废物抗破碎的阻力。通常 用抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度来表示。 其中：抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度,抗压强度大于250MPa者为坚硬固体废物，40-250MPa者 为中硬固体废物，小于40MPa者为软固体废物。 2.破碎方法 破碎方法有干式、湿式和半湿式三种，通常所指的破碎 为干式破碎。,破碎,机械 能破 碎,非机 械能 破碎,压碎 磨碎 劈碎 冲击 折断 剪切,低温破碎：废塑料及制品、废橡胶及制品 超声波破碎：,三.破碎中常用的一些概念 1.破碎比：指在破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒 度的比值，表征废物被破碎的程度。破碎比的计算方法 有以下两种： （1）用废物破碎前的最大粒度Dmax与破碎后最大粒度 dmax的比值来确定破碎比i（其中最大粒度一般以95%的 该物料能通过的方形筛孔尺寸来表示）,此破碎比称为极限破碎比,（2）用废物破碎前的平均粒度（Dcp）与破碎后平均粒 度（dcp）的比值来确定破碎比。,此破碎比称为真实破碎比,一般破碎机的i在3-30之间，磨碎机破碎比可达40-400 以上。 2.总破碎比：若固体废物要进行分选（浮选、磁选等）， 要求的入选粒度很细。这不是任何单台破碎机械能够独立 完成的，而需要多台破碎、磨碎机械经过多次破碎或磨碎 才能达到最终要求。,固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段， 每个破碎段有一个破碎比。 总破碎比等于各段破碎比的乘积，即： i=i1i2i3in 3.破碎流程 按破碎要求使物料依次通过一系列破碎、筛分和分级机 械，构成了破碎流程。 P50破碎基本流程。 4.过粉碎：在粉碎过程中产生小于规定粒度下限产品的 现象称为过粉碎。,带预先筛分破碎工艺：相对减少了进入破碎机的总给料量，有利于节能； 带检查筛分破碎工艺：可获得全部符合粒度要求的产品；,第二节 破碎机械 破碎固体废物常用的破碎机类型有颚式破碎机、锤式破 碎机、冲击式破碎机、剪切式破碎机及辊式破碎机等。 一.颚式破碎机 根据结构和摆动方式不同，颚式破碎机可分为简单摆动 颚式破碎机和复杂摆动颚式破碎机。 1.简单摆动颚式破碎机（结构如下页图） （1）结构 机架：稳定作用； 破碎齿板：固定颚和可动颚板上所装衬板，其作用有：,一是防止固定颚和可动颚受到磨损，二是衬板上的齿牙 有助于破碎物料； 心轴：使动颚上端固定，只能绕心轴转动，而不能上下 左右移动； 可动颚板：工作时，固定颚的齿峰与可动颚板的齿谷相 对； 偏心轴：是颚式破碎机的主要构件，偏心轴的旋转引起 可动颚板的往复运动。 （2）工作原理 皮带轮带动偏心轴旋转时，偏心顶点牵动牵动连杆上下,运动，也就牵动前后推力板作舒张及收缩运动，从而使 动颚时而靠近固定颚，时而离开固定颚。动颚靠近固定 颚时就对破碎腔内的物料进行压碎、劈碎及折断，动颚 离开固定颚时，破碎后的物料靠自重从破碎腔内落下。 2.复杂摆动颚式破碎机 与简摆型相比，复杂摆动颚式破碎机的优点是破碎比 大，规格相同时复摆型比简摆型破碎能力高20-30%。 （1）结构 （见下页图） 与简摆型相比，结构简单，没有心轴、垂直连杆和后肘 板。,偏心轴：复杂摆动颚式破碎机的主要构件，其转动时带 动动颚运动，从而使物料遭受压碎； 调节楔：排料口宽度的调节装置，通过调节可以改变破 碎机的破碎比。 （2）工作原理 复杂摆动颚式破碎机的动颚在偏心轴的带动下，上端作 近似圆形的运动，下端运动近似椭圆形，其运动较简单 摆动颚式破碎机复杂。动颚的运动使物料时而遭受压 碎，时而向下排送。,3.颚式破碎机的应用 主要用于破碎强度韧性高、腐蚀性强的废物。（吃硬不 吃软）煤矸石作为沸腾炉燃料、制砖原料等的破碎。 4.颚式破碎机的参数选择与计算 （1）啮角（如图所示） 破碎机的动颚与固定颚之间的夹角，称为啮角。 啮角与排料口宽度的关系 排料口宽度 啮角 破碎比 生产能力 排料口宽度 啮角 破碎比 生产能力 啮角的计算 啮角的上限应能保证破碎时能够咬住物料不被挤出。,理论上啮角的计算可通过颚板上物料的受力分析求出， 如下图所示： 固定颚对物体的垂直作用力P1 动颚对物体的垂直作用力P2 物体的重量 G 摩擦力 fP1，fP2,对x轴 P1=P2cos+fP2sin y轴 P2sin=fP1+fP2cos,摩擦系数f和摩擦角0的关系是： f=tg0,故,tg=tg20 =20,即当啮角等于摩擦角0的两倍时，上述平衡关系可保 持。因而最大允许啮角应小于两倍摩擦角。,通常情况下，物料与颚板之间的摩擦系数f=0.2-0.3， 相当于摩擦角0=12。因此，颚式破碎机的啮角通常 取18-24。 （2）偏心轴的转速（r/min) 偏心轴转一圈，动颚往复摆动一次，其中半圈为工作行 程，半圈为空行程。转速太快或太慢均不利于破碎机生 产能力的发挥。 对设备规格9001200mm的颚式破碎机，其转速可 用下式计算：,其中，啮角，度； S动颚在排料口处的水平行程。,对设备规格9001200mm的颚式破碎机，其转速可 用下式计算：,其中，、S同上。,（3）颚式破碎机的处理能力 在工作中常用下面的经验公式计算颚式破碎机的处理能 力，即 Q=340KLe10-6 其中，K是与物料粒度及机械强度有关的系数。当给料 中粗粒含量高且处理的是难碎性物料时，K=1；处理难 碎性物料但给料中粗粒含量少，或处理中硬物料但给料 中粗粒含量多时，K=1.25；处理易碎物料且给料中粗粒 含量低时，K=1.5。,L为破碎机破碎腔的长度，cm； e为排料口宽度，cm； 为物料的松散体积密度，t/m3。 二.锤式破碎机 1.简介：锤式破碎机是最普通的一种工业破碎设备。可 分为两类：单转子锤式破碎机（只有一个转子）和双转 子锤式破碎机，主要用于破碎中等硬度且腐蚀性弱的固 体废物。 2.结构：锤式破碎机主要有供料斗、主机架、转子装置、 破碎板、筛板等组成。,其中转子装置又包括圆盘和锤子。 锤子：是锤式破碎机的最主要工作机件，通常用高锰钢 或其他合金钢等制成。锤子以铰链方式装在圆盘上，在 圆盘旋转时锤子向外张开，一旦遇到硬物，锤子向后退 让，起保险作用。 （3）工作原理 固体废物自上部给料口给入机内，立即受到高速旋转的 锤子的打击、冲击、剪切、研磨等作用而破碎，同时固 体废物从转子上获得能量后飞向坚硬的破碎板，通过颗 粒与破碎板之间的冲击作用、颗粒与颗粒之间的摩擦作,用等，使物料得到进一步破碎。在转子的下部设有筛 板，破碎物料中小于筛孔尺寸的细粒通过筛板排出；大 于筛孔尺寸的粗粒被阻留在筛板上并继续受到锤子的打 击和研磨，最后通过筛板排出。 （4）锤碎机的参数 转速 圆盘的转速通常在35-75m/s之间，转速越大，破碎产品 的粒度越小，但同时锤子的磨损也越大。,处理能力 计算锤碎机处理能力的经验公式为： Q=kgL 式中，Q为破碎机的处理能力，t/h； ，L为转子的直径和长度； 为物料的松散体积密度，t/m3； kg为经验系数，主要取决于物料的物理性质，当破 碎石灰石等中硬物料时，kg=30-45；破碎煤时，kg=130 -150。,锤碎机结构尺寸的选择 锤碎机转子直径通常为最大给料粒度的2-8倍，转子直 径与长度的比值一般为0.7-1.5。 锤子重量的计算 锤碎机锤子的重量是影响破碎机处理能力和功率消耗的 主要因素。多数情况下，锤子的重量可按下列经验公式 计算： G=(1.5-2)Gm 式中，G为每个锤子的重量，kg； Gm为最大块物料的重量，kg。,三.辊式破碎机 辊式破碎机具有能耗低、产品过粉碎程度小、构造简单、 工作可靠等优点。辊式破碎机的规格用辊子直径辊 子长度L来表示。 1.辊式破碎机的分类 （1）按辊子数目分为单辊破碎机和双辊破碎机两类。 （2）按滚面类别分为光面辊碎机和齿面辊碎机两类。 其中光面辊碎机：挤压、研磨； 齿面辊碎机：劈碎。,2.单辊破碎机（如图所示） （1）结构：主要由辊子和破碎板构成，对单辊破碎机 来讲，其辊子都是带齿的。 （2）工作原理：固体废物由上方给入破碎腔，大块物 料在破碎腔上部被长齿劈碎，随后继续落在破碎腔下部 进一步被齿辊轧碎，破碎产品自下部排出。,3.双辊破碎机（如图所示） （1）结构：工作机构是辊子1、3，辊子1支承在固定轴 承上，辊子3支承在活动轴承上。 活动轴承的作用：当硬质杂物进入破碎腔时，辊子受力 骤增，迫使活动轴承压迫弹簧向右移动，使排料口间隙 增加，排除硬质杂物，从而防止破碎机的机件损坏，起 保险作用。 （2）工作原理：固体废物由上方给入两齿辊中间，当 两齿辊同步相对转动时，辊面上的齿牙降咬住物料并进 行劈碎，破碎后的产品随齿辊转动从下部排出。,第三节 磨碎机械 磨碎是固体废物破碎过程的继续，磨碎作业以湿式为主。 磨碎机类型主要有球磨机（介质为钢球）、棒磨机（介 质为钢棒）及自磨机等。 一.球磨机的结构（如图所示） 1.筒体：由厚钢板焊接而成的圆柱体，筒体上开有1-2 个人孔，便于更换衬板和检查。 2.衬板：设于筒体内部，为耐磨材料。作用：防止筒体 磨损，兼有提升钢球的作用。 3.中空轴颈：有两个作用，一是起支撑作用，二是起给,料和排料的漏斗作用。 4.钢球：装在筒体内部，直径为25-150mm，其装入量为 筒体有效容积的25-50%。钢球是球磨机的主要工作机 件，正是由于钢球对物料所产生的冲击和研磨作用，使 物料得以粉碎。 二.工作原理 物料由左端的中空轴颈给入筒体，在电动机的作用下， 筒体缓缓转动。在摩擦力、离心力和衬板的共同作用 下，钢球和物料被衬板提升。当提升到一定高度后，在 钢球和物料本身重力作用下，产生自由泻落和抛落，从,而对筒体底脚区的物料产生冲击和研磨作用，使物料粉 碎。在此过程中，物料逐渐向右方扩散，最后从右方的 中空轴颈溢流出去。 三.钢球的泻落、抛落及离心状态 1.泻落态：当钢球的装载量（填充率）较高（40-50%） 且磨机转速较低时，钢球随筒体升至大约与垂线成40 -50角度后，介质一层层往下滑落，这种运动状态称 为泻落态。钢球在滑滚过程中对钢球间隙里的物料主要 产生研磨作用。,2.抛落态：当磨机转速较高，钢球随筒体提升至一定高 度后，将脱离筒体沿抛物线轨迹呈自由下落，称为抛落 态。抛落的钢球对处于下部位置的物料主要产生冲击作 用。 3.离心状态：当磨机转速进一步提高，离心力使介质随 筒壁一起旋转，即离心旋转状态，此时对物料的粉碎作 用也停止。 因此，实践中筒体转速应控制在能使钢球产生泻落态和 抛落态。 以最外层介质产生离心旋转时的转速称为临界转速。,四.如何求球磨机的临界转速 如图所示，令钢球的质量为m，筒体转速、半径、直径、 线速度分别为n、R、和v，为钢球开始抛射的点A与 圆心连线OA同垂直轴的夹角。则,C=Gcos mv2/R=Gcos 以G=mg和v=2Rn/60带入上式 并化简得：,当=0时，则出现离心旋转状态，钢球停止抛射，有,式中，nC为临界转速，即介质产生离心旋转时的磨机转 速，r/min。 生产实践中，球磨机的转速应低于临界转速。 五.球磨机的工作参数 1.转速 n=nC 式中，为转速率。,2.介质填充率 提高介质填充率，在一定条件下可以提高球磨机的处理 能力，但介质填充率也不能太高。 在生产实践中，溢流型球磨机的介质填充率取40%。,第四节 低温破碎 一.低温破碎的原理 利用有些物质低温变脆的特点，在低温下对固体废物进 行破碎。例，几种塑料的脆化点分别为： 聚氯乙烯-5-20； 聚乙烯-95-135； 聚丙烯0-20。,二.致冷剂 低温破碎通常采用液氮作为致冷剂，液氮具有致冷温度 低、无毒、无爆炸等优点，但制备液氮需大量能源。 三.低温破碎的应用 低温破碎主要用于废塑料及其制品、废橡胶及其制品的 破碎。 四.低温破碎的优点 1.破碎后的同一种物料尺寸大体一致，形状好，便于分 离利用； 2.复合材料经过低温破碎后，分离性能好，资源的回收,率和回收材质的纯度都比较高； （3）对于极难破碎的并且塑性极高的氟塑料废物，采 用低温破碎能够获得碎块和粉末。,第四章 固体废物的分选,固体废物分选的目的：将有用的成分分选出来加以利 用，或将有害成分分离出来，防止损害处理、处置设备。 固体废物分选的定义：分选是根据固体物质的粒度、 密度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性及表面润湿 性等的差异，采用相应的手段将其分离的过程。分选是 废物处理的一种方法。 人工拣选和机械分选,粒度差异 筛选（筛分） 密度差异 重力分选 磁性差异 磁力分选 导电性差异 电力分选 光电性差异 光电分选 摩擦性差异 摩擦分选 弹性差异 弹跳分选 表面润湿性 浮选,第一节 筛分 一.筛分概述 1.筛分定义：依据固体废物的粒度不同，利用一个或多 个筛面将不同粒径颗粒的混合废物分成两种或多种粒度 级别的分选方法。 2.筛分分类：根据操作条件，筛分分为干式筛分和湿式 筛分；根据使用目的，筛分又分为预先筛分、检查筛分 等。 3.筛分过程：筛分可分为两个阶段即物料分层和细粒透 筛，物料分层是完成分离的条件，细粒透筛是分离的目,的。这两个过程皆需通过物料与筛面之间的相对运动完 成。 4.易筛粒与难筛粒 易筛粒：粒度小于筛孔尺寸3/4的颗粒易通过筛孔，称 为易筛粒。 粒度大于筛孔尺寸3/4的颗粒很难透过筛孔称为难筛粒。 （小于筛孔尺寸） 二.筛分效率 1.筛分效率定义：筛分效率是指实际得到的筛下产品质 量与入筛废物中所含小于筛孔尺寸的细粒物料质量之比。,表达式：,式中，E为筛分效率，%； Q2为筛下产品质量，kg； Q为入筛固体废物质量，kg； 为入筛固体废物中小于筛孔的细粒固体废物所 占比重，%； 上述定义式中的Q和Q2在实际筛分过程中的测定比较困 难。,2.筛分效率计算式的推导 筛分过程中， Q=Q1+Q2 式中，Q1为筛上产品质量。 Q=100Q2+Q1 式中，为筛上产品中所含小于筛孔尺寸的细粒固体废 物所占比重，%。,将上式带入筛分效率定义式：,因此，只要知道和，E即可求。和可通过实验 求出。 3.实际生产过程中，由于筛网破损而常有部分大于筛孔 的粗粒进入筛下产品，此时筛分效率公式为：,上式的推导？,三.影响筛分效率的因素 1.筛分物料的性质 （1）粒度：易筛粒含量越多，筛分效率越高。 （2）含水率（湿度）：一般废物含水率小于10%时，筛 分效率随含水率增高而降低；当含水率大于10%时，筛 分效率随含水率增高而增大。 （3）含泥量：含泥量高而水分少不利于筛分。 （4）废物颗粒形状：一般筛子筛孔形状多为圆形或方 形，此时球形、立方形及多边形颗粒筛分效率高。,2.筛分设备性能的影响 （1）筛面类型及筛孔：编织筛网冲孔筛棒条筛。 一般，同样尺寸的筛孔相比，方形筛孔比圆形筛孔的筛 分效率高，因此多采用方形筛孔。 （2）筛子的运动方式：振动筛摇动筛圆筒筛固 定筛。（运动固定） （3）筛子的运动强度：运动强度太小，则筛面上的物 料不易松散分层，筛分效率不高；而运动强度太大，废 物很快通过筛面排出，废物得不到充分筛分，筛分效率 也不高。,（4）筛面尺寸：通常筛面长与宽之比为2.5-3。 （5）筛面倾角：一般选15-25为宜，倾角过小不利 于筛上物的排出；倾角过大，废物排出速度过快，筛分 时间短，筛分效率低。 3.筛分操作条件的影响 充分利用筛面，及时清理和维修筛面是保证筛分效率的 重要条件。 四.筛分设备类型及应用 用于固体废物处理的常用筛分设备类型主要有固定筛、 滚筒筛和振动筛。,工作原理： 当电动机带动皮带轮作高速旋转时，配重轮上的重块产 生离心惯性力，其水平分力使弹簧作横向变形，由于弹 簧横向刚度大，所以水平分力被横向刚度所吸收。而垂 直分力则垂直于筛面通过筛箱作用于弹簧，强迫弹簧作 拉伸及压缩的运动。因此，筛箱的运动轨迹为椭圆或近 似于圆。由于该种筛子的激振力是离心惯性力，故称为 惯性振动筛。,工作原理： 当电动机带动装在下机体上的偏心轴转动时，轴上的偏 心使连杆做往复运动。连杆通过其端部的弹簧将作用力 传给筛箱，与此同时下机体也受到相反的作用力，使筛 箱和下机体沿着倾斜方向振动，但它们的运动方向相 反，所以达到动力平衡。当弹簧系统的自振频率与传动 装置的强迫振动频率相同时，使筛子在共振状态下筛分。,工作原理： 滚筒筛在传动装置的带动下，以一定的转速缓缓转动。 圆柱形筛筒的轴线倾斜3-5安装。筛分时，废物由稍 高一端给入，随即被旋转的筒体带起，当达到一定高度 后因重力作用自行落下，如此不断地起落运动，使小于 筛孔尺寸的细粒透筛，而筛上产品则逐渐移至筛筒的另 一端排出。,滚筒筛颗粒的运动状态,第二节 浮选 一.浮选的基础知识 1.润湿现象 在光滑洁净的石英表面上，放一滴水，水滴很快在石英 表面扩展开，也就是说石英能被水所润湿，是亲水的。 将一滴水放在石蜡表面上，水滴不扩展而仍成球形，这 说明石蜡不易被水所润湿，是疏水的。 这两种现象的产生是由于水分子结构的偶极现象及矿物 晶格构造不同所引起的。,2.天然可浮性 表面润湿性强的颗粒不能与气泡粘浮在一起上浮，其天 然可浮性差；表面润湿性差的颗粒天然可浮性好。 3.接触角（润湿角）（如图所示） （1）定义：以三相润湿周边上的A点为顶点，以固水交 界线为一边，以气水交界线为另一边，经过水相的夹角 称为接触角。,（2）接触角的表示方法 如图所示，气泡附着在固体颗粒表面后，向四周扩散， 润湿周边逐渐扩大，这个过程一直进行到三相界面表面 张力水气、固水及气固达到平衡时为止。此时所形成 的接触角又称为平衡接触角。此时， 固气=固水+水气cos,因此，,此即为接触角的表达式。,（3）接触角是反映固体颗粒表面亲水性与疏水性强弱 的物理量。接触角越大，表示固体颗粒表面的亲水性越 弱，颗粒在气泡表面的附着也越稳固，因而也越易浮 选；反之，接触角越小，表示固体颗粒表面的亲水性越 强，颗粒越难于浮选。,二.浮选原理 浮选是在固体废物与水调制的料浆中，加入浮选药剂， 并通入空气形成无数细小气泡，这样就形成了三相体系。 疏水性的物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表 面成为泡沫层，然后刮出回收；亲水性的颗粒则仍留在 料浆内。这样即可通过浮选法将表面性质不同的物质分 开。 三.浮选药剂 有些固体废物表面的亲水性或疏水性不是很明显，可以 通过浮选药剂的作用而加强。,1.捕收剂 （1）作用：捕收剂能选择性地吸附在欲选的物质颗粒 表面上，使其疏水性增强，提高可浮性，并牢固地吸附 在气泡上而上浮。 （2）常用捕收剂的分类 异极性捕收剂：如黄药（R-OCSSNa）、脂肪酸（R- COOH）等。异极性捕收剂的分子由极性基和非极性基两 部分组成。极性基中不是所有的原子价都饱和，有剩余 亲和力，能够与物质颗粒发生作用而吸附在其表面；而 非极性基中，全部原子价均饱和，不易被水所润湿，起,疏水作用。 非极性油类捕收剂 主要包括脂肪烷烃、环烷烃和芳香烃三类，化学通式为 R-H，例如煤油、变压器油等。作用机理：烃类油分子 是非极性的，具有很强的疏水性，与物质颗粒碰撞时， 便粘浮于疏水性颗粒表面上，从而大大增加颗粒表面的 疏水性，使其可浮性提高。 2.起泡剂：起泡剂一般是异极性的表面活性物质，其作 用是使水、气界面张力降低，形成小气泡，防止气泡兼 并，增大分选界面，提高分选效率。同时，起泡剂还可,以提高气泡与颗粒在粘浮和上浮过程中的稳定性，以保 证气泡上浮形成泡沫层。 常用的起泡剂有松油、二号油等。 松油分子式如下图：,3.调整剂 调整料浆的性质及其他药剂与物质颗粒表面之间的作用。,四.浮选的应用 浮选是固体废物资源化的一种重要的技术，已用于 从粉煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉 灰渣中回收金属。,第三节 重力分选 一.概述 1.重选定义 重力分选也称重选，是根据固体废物中不同物质颗粒间 的密度差异，在运动介质中受到重力、介质动力和机械 力的作用，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得 到不同密度产品的分选过程。 2.重选的分类 根据分选介质的不同和作用机理的差异，重力分选可分 为以下几类：,重力分选,重介质分选：介质为重介质，一般由硅铁或 磁铁矿+水构成； 跳汰分选：一般介质为水； 风力分选：介质为空气； 摇床分选：介质为水； 溜槽分选：一般介质为水。,3.重选技术的发展,随着环保事业的发展，重选技术现已经广泛用于固体废 物处理、水处理等实际工程中。 4.各种重选过程的共同特点,二.重介质分选 1.重介质的概念 通常将密度大于水的介质称为重介质，主要包括重液和 重悬浮液两大类。 重液是均质液体，主要包括两大类：,无机盐类水溶液：如杜列液，KI+HgI2水溶液，密度 3.17-3.2 有机液体：如CHBr3,C2H2Br4等，密度2.9-3.0,但固体废物分选中多使用重悬浮液。 重悬浮液是由高密度的固体颗粒和水构成的固液两相分 散体系，它是密度高于水的非均匀介质。其中的固体颗 粒一般称为悬浮质，又称为加重质，如硅铁、重晶石、 磁铁矿、方铅矿、刚玉等。 2.对重介质性能的要求 重介质应具有密度高、粘度低、化学稳定性好、无毒、 无腐蚀性、易回收再生等特性。 3.重介质分选定义及原理 定义：在重介质中使固体废物中的颗粒群按密度分开的 方法称为重介质分选。,原理：在重介质分选时，重介质密度（C)介于固体废 物中轻物料密度（L）和重物料密度（W）之间，即 L CW 凡是颗粒密度大于重介质密度的物料都下沉，集中于分 选设备的底部成为重产物；颗粒密度小于重介质密度的 轻物料都上浮，集中于分选设备的上部成为轻产物，分 别排出，从而达到分选的目的。,4.影响重介质分选的因素 固体废物在重介质中的分离主要取决于颗粒的密度，而 受颗粒粒度和形状的影响不大，因此它的分选精度很高。 关于重介质分选的粒度下限： 当入选物料粒度过小时，其沉降速度很小，致使分离过 程太慢，造成处理量太小或分选效率降低。为了提高分 选效率，其粒度下限要控制在2-3mm。 5.重介质分选设备鼓形重介质分选机 （1）结构（如下页图所示） 圆筒形转鼓：分选的主要机件，水平安装；,扬板：设置于转鼓内壁，其主要作用是将分层后的重物 料提升至溜槽内； 溜槽：用于接收重产物，并将其排出（固定不动）； 大齿轮：由传动装置带动旋转，从而使圆筒形转鼓转动。 （2）工作原理 固体废物和重介质一起由圆筒一端给入，在向另一端流 动过程中，密度大于重介质的颗粒沉于槽底，由扬板提 升落入溜槽内，排出槽外成为重产物；密度小于重介质 的颗粒随重介质流从圆筒溢流口排出成为轻产物。,（3）介质回收 由于一般的重介质分选过程中，物料粒度与重介质粒度 有一定的差别，故无论是重产物还是轻产物都可用筛分 的方法来回收介质。,三.风力分选 1.概述 （1）定义：风力分选简称风选，又称气流分选，是以 空气为分选介质，在气流的作用下使固体废物颗粒按密 度和粒度进行分选的方法。 （2）分类：根据风向可将风力分选分为竖向气流分选 和水平气流分选。 （3）风选的应用情况：目前利用风选原理处理城市垃 圾在国内外已经得到广泛应用。但由于决定风选质量的 因素很多，除密度外，颗粒的大小、形状的差异也非常,重要，而城市垃圾大多不具备这些差异，以致在风选时 往往不易达到理想的分选目的。 因此，各国都把风选作为城市垃圾的粗分手段，把密度 相差较大的有机组分和无机组分分开。 2.风力分选的原理 自由沉降即单个物体在无限介质中的沉降，其运动状态 只受重力和阻力的支配。一般风选过程中应用的风压不 超过1MPa，故在风选过程中可以忽略空气的压缩性，将 其视为具有液体性质的介质，即颗粒在水中的沉降规律 也同样适用于在空气中的沉降。,（1）颗粒在空气中沉降末速的推导 颗粒在空气中沉降时，随着沉降速度的增加，介质作用 于颗粒的阻力也会不断增加。最后，当介质阻力增加到 和颗粒的重力相等时，沉降的加速度就减少到零，此时 颗粒就会以等速度沉降，这个速度称为沉降末速度。 沉降时的受力分析： 所受重力（设固体颗粒为球形）：,式中，d为固体颗粒直径；S为颗粒的密度；为空气 的密度。,介质阻力： 其是指颗粒对介质作相对运动时，作用于颗粒上，并与 颗粒相对运动方向相反的力。,式中，R为介质阻力；为阻力系数；v为沉降速度。 根据沉降末速的定义，当G=R时，颗粒的沉降速度即为 沉降末速，即：,由于相对S很小，故上式又可表示为：,因此，在自由沉降过程中，球形颗粒的沉降末速为：,（2）颗粒的自由沉降等降比 由颗粒的沉降末速公式可知： 颗粒密度越大，沉降末速越大；颗粒直径越大，沉降末 速也越大。故有可能出现密度、粒度互不相同的颗粒有 相同的沉降末速，称为等降颗粒。 等降比的概念 在等降颗粒中，密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度 之比称为等降比，以e0表示：,等降比的其他表示方法 设密度小的颗粒直径为dr1，密度为S1,沉降过程中的 阻力系数为1；密度大的颗粒直径为dr2，密度为S2, 沉降过程中的阻力系数为2。 则以上两种颗粒的沉降末速分别为：,式中，dr1为密度小的颗粒粒度；dr2为密度大的颗粒粒 度。,若v01=v02，则,（3）风力分选原理分析 风选时，沉降末速大于某一沉降末速的颗粒为一种产 品，小于某一沉降末速的颗粒为另一种产品。也就是说 沉降末速是进行分选的唯一标准。 由于不同密度、粒度的颗粒可以具有相同的沉降末速， 可以成为同一种产品，因此，分选后的重产品杂质多。,因此，为了提高分选效率，在风选前需要将废物进行窄 分级，或经破碎使粒度均匀后，使其按密度差异进行分 选。,四.摇床分选 摇床分选是细粒固体物料分选应用最为广泛的方法之一。 1.摇床结构（如图所示） 梯形床面：是产生分选的重要部件，其是倾斜的，横向 倾角为1.5-5，该角度是由机架上的调坡装置进行 调节。床面在传动装置的作用下进行往复不对称运动， 即负加速度大于正加速度。 给水槽：给入冲洗水，使固体物料产生横向移动。 床条：床条高度由传动端向对侧逐渐降低。床条的作用 有两个，一是使横向水流产生涡流，造成水流的脉动，,使物料松散并按沉降速度分层，称为析离分层；二是所 引起的涡流能清洗出混杂在大密度颗粒层内的小密度颗 粒，改善分选效果。 2.摇床分选过程 当固体废物通过给料槽给入床面时，颗粒群在重力、摇 床产生的惯性力及水流冲力等的作用下产生松散分层和 运动，且不同密度的颗粒沿床面纵向运动和横向运动的 速度不同。大密度颗粒具有较大的纵向移动速度和较小 的横向移动速度，其合速度方向趋向于重产物端；而小 密度颗粒具有较大的横向移动速度和较小的纵向移动速,度，其合速度方向趋向于轻产物端。于是使不同密度颗 粒在床面上呈扇形分布，从而达到分选的目的。 3.摇床分选的应用 摇床分选用于分选细粒和微粒物料。在固体废物处理中 主要用于从煤矸石中回收硫铁矿，是一种分选精度很高 的单元操作。,五.磁力分选 磁选的应用已有100多年的历史，在许多工业部门特别 是矿业部门得到广泛应用。因此，现有的磁选技术及设 备已发展到较为完善的阶段。 1.固体废物的分类（根据固体废物的磁性） 根据比磁化系数x0的大小，可以将固体废物分为四类： 强磁性物质：x0300010-6cm3/g； 中强磁性物质：x0=（500-3000）10-6cm3/g； 弱磁性物质：x0=（15-500）10-6cm3/g； 非磁性物质： x0510-6cm3/g。,2.磁选原理 将固体废物输入磁选机后，磁性颗粒在不均匀磁场的作 用下被磁化，从而受磁场吸引力的作用。此外磁性颗粒 和非磁性颗粒都受重力、摩擦力等机械力的作用。磁性 颗粒所受磁力大于机械力的合力，被吸附在圆筒上，并 随圆筒进入排料端排出；非磁性颗粒所受磁力很小，仍 留在废物中而被排出。 磁分离需满足的条件： F1F机1且F2F机2 其中，F1和F2分别为磁性颗粒和非磁性颗粒所受磁力； F机1和F机2分别为磁性颗粒和非磁性颗粒所受机械力合力。,3.颗粒在磁场中所受磁力,由上式所得结论:（1）磁选的磁场必须是非均匀磁场； （2）强磁性物质采用弱磁场磁选机即可分离；而弱磁 性物质必须采用强磁场磁选机。,六.电力分选 电力分选简称电选，是利用固体废物中各组分在高压电 场中的电性差异进行分选的一种方法。电选是干式作 业，不产生废水所致的环境污染问题。 1.物质根据其导电性的分类 分为导体、半导体和非导体。 2.导体和非导体在电晕电场中的荷电情况 处于电晕电场中的固体废物颗粒不论导体和非导体都能 获得负电荷，但导体和非导体又有不同之处。,导体：介电常数大，获得的电荷比非导体颗粒多，且电 荷能在导体表面自由移动。当与接地极接触后，所吸附 的电荷在极短的时间内即经接地极传走，表面不再留有 电荷。 非导体：获得的电荷少，且吸附于其表面的电荷不能自 由移动。当与接地极接触时，表面吸附的电荷不能传走 或要经很长时间才能传走一部分。 电选正是利用导体和非导体以上的区别进行分选固体废 物的。,3.电力分选的基本原理 目前大多数电选机应用的是电晕-静