固体废物处理与处置预处理.ppt

第二章（上） 固体废物的预处理,本章要点,1、压实：掌握压实的原理、目的和主要设备。 2、破碎、掌握破碎的原理、目的、主要方法和设备。 3、脱水：掌握脱水的主要方法原理与设备。,第一节 固体废物的压实,一、概念与目的 1、概念：通过外力加压于松散的固体废物，以缩小其体积，使固体废物变得密实的操作简称为压实，又称为压缩。 2、目的：经过压实处理，一方面可增大容重、减少固体废物体积以便于装卸和运输，确保运输安全与卫生，降低运输成本；另一方面可制取高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作为建筑材料使用。,二、压实的原理,大多数固体废物是由不同颗粒与颗粒间的空隙组成的集合体。自然堆放时，表观体积是废物颗粒有效体积与孔隙占有的体积之和，即: Vm为固体废物的表观体积； Vs为固体颗粒体积（包括水分）；Vv为孔隙体积。,进行压实操作时，随压力强度的，孔隙体积，表观体积也随之，而容重。 容重就是固体废物的干密度，用d表示。 Ws为固体废物颗粒重； Wm为固体废物总重，包括水分重； Ww为固体废物中水分重。,固体废物经过压实处理后体积减少的程度叫压缩比，可用公式表示： R为固体废物体积压缩比；Vi为废物压缩前的原始体积；Vf为废物压缩后的最终体积。 一般固体废物压实后的压缩倍数为35，若破碎后再压实其压缩倍数可达510倍。固体废物的压缩倍数取决于废物的种类及施加的压力，一般可以在几kgf/cm2几百kgf/cm2 (1kgf/cm2=98066.5Pa)。,压实的实质可看作是消耗一定的压力能，提高废物容重的过程。当固废受到外界压力时，各颗粒间相互挤压，变形或破碎，从而达到重新组合的效果。 适于压实处理的主要是压缩性能大而复原性小的物质。木材、金属、玻璃、塑料块等本身已经很密实的固体或焦油、污泥等半固体废物不宜作压实处理。,三、压实设备,类别：固定和移动 构造：容器单元和压实单元二部分,容器单元接受废物，压实单元具有液压或气压操作的压头，利用高压使废物致密化。,固定式压实器：凡用人工或机械方法（液压方式为主）把废物送进压实机械中进行压实的设备称为固定式压实器。如各种家用小型压实器、废物收集车上配备的压实器及中转站配置的专用压实机。 移动式压实器：是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压土机、钢轮式布料压实机以及其他专门设计的压实机具。,（一）固定式压实器,只能定点使用，通常由一个容器单元和一个压实单元构成。前者通过料箱或料斗接受废物，后者在液压或气压驱动下依靠压头，利用一定的挤压力将废物压成致密的块体。 1、常见的固定式压实器 (1) 水平式压实器 (2) 三向垂直压实器 (3) 回转式压实器,(1)、水平式压实器,靠做水平往复运动的压头将废物压到矩形或方形的钢制容器中。 适用于压实城市垃圾。先将垃圾加入装料室，启动具有压面的水平压头，使垃圾致密化和定形化，然后将坯块推出。推出过程中，坯块表面的杂乱废物受破碎杆作用而被破碎，不致防碍坯块移出。,(2) 三向联合式压实器 具有三个互相垂直的压头，依次施压。 适合于压实松散金属废物。 它具有三个互相垂直的压头，金属等类废物被置于容器单元内，而后依次启动1、2、3三个压头，逐渐使固体废物的空间体积缩小，容重增大，最终达到一定的尺寸。 压后尺寸一般在2001000mm之间。一般用作金属类废物压实器。,(3) 回转式压实器 具有两个压头和一个旋动式压头。适于体积小质量小的废物。废物装入容器单元后，先按水平式压头1的方向压缩，然后按箭头的运动方向驱动旋动式压头2, 使废物致密化，最后 按水平压头3的运 动方向将废物庄至 一定尺寸排出。,垃圾立式压缩机,垃圾压缩机,（二）移动式压实设备,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。 按压实过程工作原理不同，可分为碾（滚）压、夯实、振动三种，相应的分为三大类。固体废物压实处理主要采用碾（滚）压方式 主要用于填埋场，也安装在垃圾车上。现场常用的压实机主要包括胶轮式、履带式压土机和钢轮式布料压实机。,复习思考题,固体废物压实的目的是什么？压实设备有哪几种？,第二节 固体废物的破碎,定义：在外力作用下破坏固体废物质点间的内聚力使大块的固体废物分裂为小块的过程。 作用：减小固体废物的颗粒尺寸；降低空隙率、增大废物容重，有利于后续处理与资源化利用。,一、固体废物破碎的基础理论,（一）固废破碎的难易程度 1、机械强度：指固废抗破碎的阻力，通常用静载下测定的抗压强度为标准来衡量（抗压抗剪抗弯抗拉）。 一般，抗压强度250MPa为坚硬固废；40250MPa为中硬固废；40MPa为软固废。 粒度越小，机械强度越高。,2、硬度：指固废抵抗外力机械侵入的能力。 对照矿物硬度确定，按莫氏硬度分为十级。软硬排列顺序为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉石、刚玉和金刚石。 3、有些固废在常温下呈现较高的韧性和塑性，难以破碎，需要特殊的破碎方法。,（二）破碎方法,1、干式破碎 （1）机械能破碎：利用破碎工具对固废施力而将其破碎的方法。破碎作用分为挤压、劈碎、剪切、磨剥、冲击破碎等。 （2）非机械破碎：利用电能、热能等对固废进行破碎的新方法。如低温、热力、减压及超声波破碎等。,2、湿式破碎 利用特制的破碎机将投入机内的含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆液的过程。 3、半湿式破碎 破碎和分选同时进行。利用不同物质在一定均匀湿度下其强度、脆性（耐冲击性、耐压缩性、耐剪切力）不同而破碎成不同粒度。,（三）破碎比和破碎段,1、 破碎比：在破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称之。表示废物粒度在破碎过程中减小的倍数，也表征废物被破碎的程度。 （1）极限破碎比 i= Dmax/dmax 最大粒度 通常，根据最大废物直径选择破碎机给料口。 （2）真实破碎比 i= Dcp/dcp 平均粒度 2、破碎段：固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段。其总破碎比等于各段破碎比的乘积，即： i= i1i2i3 in 为减免机器的过度磨损，工业固体废物的尺寸减小往往分几步进行，一般采用三级破碎，例如，第一级破碎可以把材料的尺寸减小到7.62cm，第二级破碎减小到2.54cm，第三级减小到0.32cm。,（四）破碎流程,破碎的基本工艺流程图 (a)单纯破碎；(b)带预先筛分破碎工艺；(c)带检查筛分破碎工艺；(d)带预先筛分和检查筛分破碎工艺,二、固体废物破碎设备,处理固体废物的破碎机通常有颚式、锤式、剪切式、冲击式、辊式破碎机和粉磨机。,（一）颚式破碎机,挤压形破碎机械，适于坚硬和中硬废物。 主要部件：固定鄂板、可动鄂板、连动于传动轴的偏心转动轮。两块鄂板构成破碎腔。 根据可动鄂板分：简单摆动、复杂摆动颚式破碎机。,偏心轴带动连杆作上下运动，连杆带动前后推力板作张、缩运动，前推力板带动颚板作水平运动，从而对废物进行破碎。 简单摆动型给 料口水平行程 小，因此压缩 量不够，生产 率较抵。,1、简单摆动颚式破碎机,简单摆动型颚式破碎机的区别是少了一根动颚悬挂的心轴，没有垂直连杆，轴板也只有一块，动颚与连杆合为一个部件（被偏心转动轴带动在垂直水平方向上均有作复杂运动）。可见，复杂摆动型颚式破碎机构造简单。 复杂摆动型动颚上部行程 较大，可以满足物料破碎 时所需要的破碎量，动颚 向下运动时有促进排料的 作用，因而比简单摆动颚 式破碎机的生产率高30% 左右。但是动颚垂直行程 大，使颚板磨损加快。,2、复杂摆动型颚式破碎机,3、颚式破碎机的特点及应用,特点：结构简单、坚固、维护方便、高度小、工作可靠等。 应用：破碎强度及韧性高、腐蚀性强的废物。,颚式破碎机的规格用给料口宽度长度来表示。国产系列为 PEF150250， PEF250400， PEJ9001200， PEJ12001500等。 其中P代表破碎机， E代表颚式，F代表 复杂摆动，J代表简 单摆动。送入颚式破 碎机中的料块，最大 许可尺度D应比宽度 B小15%20%。,4、颚式破碎机的规格和功率,（二）锤式破碎机,1、主体破碎部件包括多排重锤和破碎板。电动机带动主轴、圆盘、销轴及锤头（合成转子）高速旋转。 2、类型： a、按转子数目可分为两类： 单转子锤式破碎机（可逆式和不可逆式）； 双转子锤式破碎机。 b、按破碎轴安装方式分为卧轴和立轴两种。,（1）BJD型普通锤式破碎机 （2）BJD型破碎金属切屑锤式破碎机 （3）Hammer Mills型锤式破碎机 （4）Novorotor型双转子锤式破碎机,3、目前专用于破碎固体废物的锤式破碎机类型：,它主要用于破碎家具、电视机、电冰箱、洗衣机、厨房用品等大型废物，破碎块可达到50mm左右。该机设有旁路，不能破碎的废物由旁路排出。转子转速4501500r/min，处理量为755t/h。,(1) BJD普通锤式破碎机,锤头呈钩形，对金属切屑施加剪切拉撕等作用而破碎。经该机破碎后，可使金属切屑的松散体积减小38倍，便于运输。,（2）BJD型金属切屑锤式破碎机,机体分成两部分：压缩机部分和锤碎机部分。大型固体废物先经压缩机压缩，再给入锤式破碎机，转子由大小两种锤子组成，大锤子磨损后，改作小锤用，锤子铰接悬挂在绕中心旋转的转子上做高速旋转。 转子下方半周安装有箅子筛板， 筛板两端安装有固定反击板， 起二次破碎和剪切作用。 这种锤式破碎机用于破碎 废汽车等粗大固体废物。,（3） Hammer Mills式锤式破碎机,该破碎机具有两个旋转方向相同的转子，转子下方均装有研磨板。物料自右方给料口送入机腔内，经右方转子破碎后颗粒排至左方破碎腔。再沿左方研磨板运动3/4圆周后，借风力排至上部的旋转式风力分级板排出机外。该机破碎比可达30。,（4） Novorotor 型双转子锤式破碎机,锤式破碎机,锤式破碎机实物图,4、应用,5、优点： 缺点：,中等硬度且腐蚀性弱的固废；含水分及油脂的有机物、纤维结构、弹性和韧性较强的木块、石棉水泥废料、回收石棉纤维和金属切屑等。 如矿业废物、硬质塑料、干燥木质废物以及废弃的金属家用电器。,破碎颗粒较均匀。 噪声大，安装需采取防震、 隔音措施。,（三）冲击式破碎机,1、工作原理： 利用冲击作用进行破碎。给入破碎机空间的物料块，被绕中心轴高速旋转的转子猛烈冲击后，受到第一次破碎，然后从转子获得能量高速飞向机壁，受到第二次破碎。在冲击过程中弹回的物料再次被转子击碎，难于破碎的物料被转子和固定板挟持而剪断。破碎产品由下部排出。,2、类型 （1）Universa 型冲击式破碎机,破碎机的板锤有两个，一般利用楔块或液压装置固定在转子的槽内。冲击板由一组钢条组成（10个），用弹簧支承 。冲击板下面是研磨板，后面有筛条。 当要求的破碎产品粒度为40mm时，仅用冲击板即可，研磨板和筛条可以拆除。粒度为20mm时需装上研磨板。当粒度较小或破碎较轻的软物料时，冲击板、研磨板和筛条都需要装上。由于研磨板和筛条可以装上或拆下，因而对固体废物的破碎适应性较强。,（2）Hazemag 型冲击式破碎机,转子上安装有两个坚硬的板锤。机体内表面装有特殊钢板衬板，用以保护机体不受损坏。有两块反击板，形成两个破碎腔。这种破碎机主要用于破碎家具、电视机、杂物等生活废物。,3、特点和应用： 特点：破碎比大、适应性强、构造简单、外形尺寸小、操作方便、易于维护等特点。 应用：中等硬度、软质、脆性、韧性以及纤维状等多种固体废物。,冲击式破碎机,冲击式破碎机,冲击式破碎机,（四）剪切式破碎机,1、原理：通过固定刀和可动刀之间的啮合作用，将固体废物切开或割裂成适宜的形状和尺寸，特别适合破碎低二氧化硅含量的松散物料。 2、类型： （1）Von roll型往复剪切式破碎机 （2）Linclemann型剪切式破碎机 （3）旋转剪切式破碎机,往复刀和固定刀之间宽度为30cm，剪切尺寸为30cm。刀具由特殊钢制成，磨损后可以更换，液压油泵最高压力为13MPa/cm2，电机功率为374kW，处理量为80150m3/h，可将厚度为220mm以下的普通型钢板剪切成30cm的碎块。,（1）冯罗尔(Von roll)型往复剪切式破碎机,（2）林德曼(Lindemann)型剪切式破碎机,该机由预压机和剪切机两部分组成。固体废物先进入预压机，通过一对钳形压块的开闭将废物压缩后进入剪切机。剪切机由送料器、压紧器和剪切刀片组成。固体废物由送料器推倒刀口下方，压紧器压紧后由剪切刀将其剪断。,（3）旋转剪切式破碎机,该机装有12个固定刀和35个旋转刀，固体废物投入腔体后，在固定刀和高速旋转的旋转刀夹持下而被剪切破碎。,（五）辊式破碎机,1、又称对辊破碎机，主要靠剪切和挤压作用破碎废物。 2、类型： （1）光辊破碎机：挤压与研磨作用，较硬物。 （2）齿辊破碎机：单齿辊和双齿辊，劈裂作用，干脆性和黏性较大废物。 3、特点：结构简单、紧凑、轻便、工作可靠、价格低廉、能耗低、产品过度粉碎程度小等优点，广泛用于处理脆性物料和含泥粘性物料，作为中、细碎之用。,（六）粉磨机,粉磨一般有三个目的：对废物进行最后一段粉碎，使其中各种成分单体分离，为下一步分选创造条件；对多种废物原料进行粉磨，同时起到把它们混合均匀的作用；制造废物粉末，增加物料比表面积，加速物料化学反应的速度。 粉磨广泛应用于煤矸石生产水泥、制砖、矸石棉、提取化工原料等；电石渣和钢渣生产水泥、制砖、提取化工原料；铁硫矿烧渣炼铁制造球团、回收金属、制造铁粉和化工原料等作业。 常用的粉磨机主要有球磨机和自磨机。,1、球磨机,(1) 构造和工作原理： 构造：主要由圆柱形筒体、端盖、中空轴颈、轴承和传动大齿圈等部件组成。筒体内装有直径为25150mm的钢球。筒体内壁敷设有衬板。 工作原理：磨擦力、离心力和重力；冲击和研磨作用。当筒体回转时，在摩擦力、离心力和突起于筒壁的衬板共同作用下，介质自由泻落和抛落，从而对筒内底脚区内的物料产生冲击、研磨和碾碎，当物料粒径达到粉磨要求后排出。,球磨机结构示意图 1、筒体；2、端盖；3、轴承；4、大齿轮,(2) 应用 在矿业和工业固废处理与利用中占有重要位置，例如，用煤矸石生产水泥、砖瓦、石棉、化肥和提取化工原料等；用钢渣生产水泥、砖瓦、化肥、溶剂以及对垃圾堆肥深加工等。,自磨机亦称无介质磨机，分为干磨和湿磨两种。干式自磨机的给料块度一般为300400mm，一次磨细到0.1mm以下，粉碎比可达30004000，比球磨机等有介质磨机大数十倍。干式自磨机工作原理如下图所示。该机由给料斗、短筒体、传动部分和排料斗等组成。,2、自磨机,三、低温破碎和湿式破碎,（一）低温破碎 1、原理和流程：对于在常温下难以破碎的固体废物，可利用其低温变脆的性能而有效的破碎，亦可利用不同物质脆化温度的差异进行选择性破碎，即所谓低温破碎技术。常采用液氮作制冷剂。 工艺流程如图示： 固体废物如金属内橡胶制品、 汽车轮胎、塑料导线等先投入 预冷装置，在进入浸冷装置， 橡胶、塑料等易冷脆物质迅速 脆化，由高速冲击式破碎机破 碎，破碎产品再进入不同的分 选设备。,2、应用 （1）塑料低温破碎 有关塑料低温破碎的研究结果可以归纳如下：各种塑料的脆化点不同，如聚氯乙烯为-5-20；聚乙烯为-95-135；聚丙烯为0-20；采用拉伸、曲折、压缩等简单力的破碎机时，低温破碎所需动力比常温大；用冲击破碎机时，则低温破碎动力比常温时要小得多；膜状塑料难于低温破碎；冷冻装置结构为冷冻槽绝热壁厚300mm，从顶部喷射液氮雾，塑料置于槽内运输皮带上向前移动4m，从喷雾开始后4min，槽内温度可达-75；62分钟后可达-167，温度分布大体上均匀；根据以上各点判断，低温破碎机应选择以冲击力为主、拉力和剪切刀为次要考虑因素的破碎机较为合适。,(2) 回收金属的低温破碎 利用低温破碎技术从有色金属混合物、包覆电线等固体废弃物中回收铜、铝、锌的结果表明，采用液氮冷冻后冲击破碎（-72，1min），破碎产物中25mm以上者，含铜97.2%，铝100%（锌0%）；25mm以下者，锌100%（铜2.8%，铝0%）。而如果采用常温破碎，则锌因有延展性破碎（低温破碎时，Ca和Al也有些延展性破碎），25mm以上产物中锌残留率达到82.7%。说明低温破碎能进行选择性破碎分离。,废轮胎低温破碎装置 1、传送带；2、压孔机；3、预冷室；4、冷冻室；5、冲击式破碎机；6、磁选机；7、锤式破碎机；8、粒度分选机,(3) 汽车轮胎的低温破碎 欲破碎的废轮胎T置于传送带1上，经压孔机2压孔之后进入冷冻装置3预冷，然后再进入浸没冷冻槽4冷冻。接着进入冲击破碎机5破碎，“轮胎和内嵌线”和“撑轮圈”分离。然后“撑轮圈”送至磁选机6分选，“轮胎和内嵌线”送至锤式破碎机7进行二次破碎，再进入粒度分选机8分选成各种不同粒度级别的产品，最后送至再生利用工序。,（二）湿式破碎,1、原理和设备：这种使含纸垃圾浆液化的特制破碎机叫湿式破碎机。由圆形槽、多孔筛、切割回转器等组成。该设备为一圆形立式转筒装置，底部有许多筛眼，转筒内装有六只破碎刀，当废纸投入转筒内，因受大水量的急流搅动和破碎转子的破碎形成浆状，浆体由底部筛孔流出。经固液分离器把其中的残渣分出，纸浆送到纤维回收工段，经过洗涤、过筛，将分离出纤维素后的有机残渣经脱水后送去焚烧。,2、优点 垃圾变成均质浆状物，可按流体处理； 不会产生噪声、发热和爆炸的危险性； 不会滋生蚊蝇和恶臭，符合卫生条件； 脱水有机残渣，无论质量、粒度大小、水分等变化都小； 在化学物质、纸和纸浆、矿物等处理中均可使用，可以回收纸纤维、玻璃、铁和有色金属，剩余污泥等可做堆肥。,（三）半湿式选择性破碎分选,1、构造原理 半湿式选择性破碎分选是利用固体废物中不同物质的强度和脆 性的差异，在一定湿度下破碎成不同粒度的碎块，然后通过不 同筛孔加以分离的过程。由于该过程是在半湿状态下，通过兼 有选择性破碎和筛分两种功能的装置中实现的，因此，该装置 称为半湿式选择性破碎 分选机。 由两段不同筛孔的外旋 转圆筒筛和筛内与之反 向旋转的破碎板构成。,2、特点 （1）能使城市垃圾在一台设备中同时进行破碎和分选作业。 （2）可有效地回收垃圾中的有用物质，从第一组产物中可以得到纯度为80%的堆肥原料厨房垃圾；从第二组产物中可以得到纯度为85%95%的纸类；从第三组产物中可以得到纯度为95%的塑料类，回收废铁纯度为98%。 （3）对进料的适应性好，易破碎的废物首先破碎并及时排出，不会产生粉碎现象。,复习思考题,1、为什么要对固体废物进行破碎处理？ 2、怎样根据固体废物的性质选择破碎方法？ 3、怎样确定破碎比？破碎比与破碎段之间有何内在联系？ 4、试比较低温破碎与常温破碎的区别。,第三节 固体废物的脱水,凡含水率超过90% 的固体废物，必须先脱水减容，以便于包装、运输与资源化利用。 常用的方法： 一、浓缩脱水：主要脱出间隙水 二、机械过滤脱水：主要脱出毛细结合水和表面吸附水。 三、泥浆自然干化脱水：利用自然蒸发和底部滤料、土壤进行过滤脱水 。,一、浓缩脱水,（一）重力浓缩 1、原理：依据固体颗粒与溶液间存在的密度差，借重力作用脱水，脱水后含水量一般在50% 。 2、设备：（1）间隙式浓缩池：间断浓缩，上清液虹吸排出，仅用于小型处理厂的污泥脱水。 （2）连续式浓缩池：结构类似于辐射式沉淀池。一般为直径520m的圆形或矩形钢筋混凝土构筑物。可分为带刮泥机和搅动栅、不带刮泥机、带刮泥机多层浓缩池3种。,（1）间隙式浓缩池,（2）连续式浓缩池,（二）气浮浓缩,1、原理：依靠大量小气泡附着在污泥颗粒上，形成污泥颗粒-气泡结合体，进而产生浮力把颗粒带到水表面，用刮泥机刮出的过程。 2、设备：气浮池 3、特点：浓缩速度快，处理时间一般为重力浓缩的1/3左右；占地较少；生成的污泥较干燥，表面刮泥较方便。但基建和操作费用较高，管理较复杂。费用较重力浓缩高23倍。,气浮法浓缩工艺流程,气浮池结构类型,（三）离心浓缩,1、原理：利用污泥中的固体颗粒与水的密度及惯性的差异，在高速旋转的离心机中，固体颗粒和水分别受到大小不同的离心力而被分离的过程。 2、设备：倒锥分离板型和螺旋卸料离心机。 3、特点：占地面积小、造价低，但运行与机械维修费用较高。,二、机械过滤脱水,利用具有许多毛细孔的物质作为过滤介质，以过滤介质两侧产生压差作为过滤的推动力，使固体废物中的溶液强制通过过滤介质成为滤液，固体颗粒被截留成为滤饼的固液分离操作。应用最广。,（一）过滤介质,1、织物介质：又称滤布，包括棉、毛、丝、合成纤维等织物，以及由玻璃丝、金属丝制成的网状物。 2、粒状介质：细砂、木炭、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质，多用于深层过滤。 3、多孔固体介质：有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板。耐腐蚀，且孔道细微。,（二）过滤设备,1、真空抽滤脱水机 2、压滤机 3、离心脱水机 4、造粒脱水机,1、真空抽滤脱水机,在负压下操作的脱水过程。常用的真空过滤机为转鼓式：由空心转筒、分配头、污泥贮槽、真空系统和压缩空气系统组成。应用最为广泛。其工作过程包括滤饼形成区、吸干区、反吹区和休止区共四个过程。,转鼓真空过滤机工艺流程 1、真空过滤机2、气水分离筒 3、空气平衡筒4、真空泵5、鼓风机,2、压滤机,（1）板框压滤机：采用压滤脱水 a、自动板框 压滤机； b、厢式全自动压滤机。,板与框相间排列而成，在滤板两侧覆有滤布，用压紧装置把板与框压紧，在板与框之间构成压滤室。在板与框的上端中间相同部位开有小孔，压紧后成为一条通道，加压到0.20.4MPa的污泥，由该通道进入压滤室，滤板的表面刻有沟槽，下端钻有供滤液排除的孔道，滤液在压力下通过滤布沿沟槽与孔道排出压滤机，从而使污泥脱水。,自动板框压滤机 1、主梁；2、滤布；3、固定压板；4