固体废物的预处理技术.ppt

固废污染控制工程,教师：盛广宏 E-mail:sheng_gh,第3章 固体废物的预处理,1,2,3,4,压实,破碎,分选,脱水,预处理技术,3.1 固体废物的压实,压实原理 压实程度度量 压实设备,3.1.1 固体废物的压实原理,压实 压实 利用机械的方法减少垃圾的空隙率，将空气挤压出来增加固体废物的聚集程度，增大容重的一种操作技术。 压实目的 增大容重和减小体积，便于装卸和运输，确保运输安全与卫生，降低运输成本； 制取高密度惰性块料，便于储存、填埋或作建筑材料 压实技术主要适合处理压缩性能大而复原性小的物质，如冰箱、纸箱、废金属丝等,3.1.2 固体废物压实程度的度量,压实程度 (1) 空隙比与空隙率 空隙比e 指空隙体积与固体废物颗粒体积之比,空隙率 指空隙体积总堆积体积之比,(2) 湿堆积密度与干堆积密度 若忽略空隙中气体的质量，则固体废物的总质量（mm）等于固体物质质量（ms）与水分质量（mw）之和，即： mm = ms + mw,体积减小百分比 体积减小百分比R指压实前后固体废物堆积体积变化率,压缩比与压缩倍数 压缩比r,压缩倍数n,3.1.3 压实设备,固体废物的压实设备 (1) 固定式压实器 采用人工或机械方法把废物送到压实机械里进行压实的设备。常用：家庭小型压实器、废物收集车上配备的压实器、转运站配备的专用压实机等。 固定式压实器一般由一个容器单元和一个压实单元组成，常用的有水平压实器、三向联合压实器、回转式压实器等。,常用固定式压实器(用于垃圾、金属压实) 水平式压实器 三向联合压实器 回转式压实器,垃圾中转站大型垃圾压实器,(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。压实原理：碾(滚)压、夯实、振动 常用于填埋场压实用，也可安装在收集车上压实收集车所接受的垃圾。常用：胶轮式压土机、履带式压土机和钢轮式布料压实机等。,3.1.4 压实流程,压实设备选择原则 根据固体废物的压实程度，选择合适的压缩比和压力 根据废物的性质，采用不同的压实方式和压实设备 考虑压实的后续处理过程,生活垃圾压实流程(国外) 生活垃圾 预压缩 金属铁丝网包紧 主压缩（160200kgf/cm2，压缩比约1/5） 捆扎沥青（柏油）中浸渍约10秒进行沥青（180200）包覆 约一吨重的垃圾捆包（容重可达11251380kg/m3） 填埋,3.2 破碎,破碎的基础理论 破碎设备 低温破碎与湿式破碎 破碎工艺流程,3.2.1 破碎的基本理论,破碎 破碎：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分裂成小块的过程。 磨碎（或粉磨）：使小块固体废物颗粒分裂成细粉的过程。,破碎的目的 可减小容积，降低运输费用。 为固体废物的下一步加工做准备 为固体废物的分选提供所需的入选粒度 使固体废物的比表面积增加，提高焚烧、热分解，熔融等作业的稳定性和热效率。 可防止粗大、锋利的废物损坏分选、焚烧、热解等设备 破碎后的生活垃圾进行填埋处置时压实密度高而均匀，可加快复土还原,影响破碎效果的因素 主要影响因素：物料机械强度和破碎力 物料机械强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 韧性 韧性大的物料不易破碎且不易磨细 解理 解理多的物料容易破碎 脆性 结构缺陷 结构缺陷越多越有利于破碎,破碎的方法 破碎方法：干式破碎、湿式破碎和半湿式破碎 干式破碎：机械能破碎和非机械能破碎 机械能破碎：利用破碎工具对固废施加机械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 非机械能破碎：利用电能、热能等对固废进行破碎的新方法。如低温、超声波破碎等。,破碎产物的特性参数 粒径和粒度分布 表示颗粒尺寸的指标：粒径、颗粒形状和粒度分布 粒径：表示颗粒大小的参数，常用的有：球体等效直径、有效直径、统计直径和筛径等。 粒度分布：表示固体颗粒群中不同粒径颗粒的含量分布情况，有累积粒度分布和频度粒度分布。 破碎比和破碎段 破碎比：破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比 破碎比：极限破碎比和真实破碎比,极限破碎比i：用废物破碎前的最大粒度（Dmax）与破碎后的最大粒度（dmax）的比值来确定破碎比（i）。,真实破碎比：用废物破碎前的平均粒度（Dcp）与破碎后的平均粒度（dcp）的比值来确定破碎比（i）。,一般破碎机的破碎比在330，磨碎机的破碎比在40400，固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段，在破碎处理中有时仅通过一个破碎机难以达到要求的粒度，而要几级破碎段。,破碎工艺 基本的破碎工艺流程有：单纯破碎，带预先筛分破碎工艺，带检查筛分破碎工艺、带预先筛分和检查筛分。,3.2.2 破碎设备,(1) 鄂式破碎机 挤压破碎机械，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。,(2) 锤式破碎机 利用冲击进行破碎。主体破碎部件包括多排重锤和破碎板。锤头以铰链方式装在各圆盘之间的销轴上，可以在销轴上摆动。电动机带动主轴、圆盘、销轴及锤头（合成转子）高速旋转。,适用于中 等硬度物体的破碎,(3) 冲击式破碎机 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向机壁，受到第二次破碎。飞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。 适用于中等硬度、脆性、软质、纤维状、韧性等物料,剪切式破碎机 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，适用于破碎中硬、软、脆、韧性、纤维性物料。 类型： Von roll型往复剪切式破碎机 Linclemann型剪切式破碎机 旋转剪切式破碎机,Von roll型往复剪切式破碎机,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，可将厚度为220mm以下的普通型钢板剪切成30cm的碎块,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。,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。,可对各种汽车轮胎、废旧金属、塑料、包装木箱、废纸箱、报废冰箱、电视机、空调等生活垃圾以及工业垃圾还有各种混合垃圾进行破碎处理。,翼型破碎机,辊式破碎机 光辊破碎机：挤压与研磨作用，较硬物。 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。,粉磨机,常用的粉磨机：球（棒）磨机、辊式磨、立磨、自磨机 球磨机 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,3.2.3低温破碎与湿式破碎,低温破碎：对于在常温下难以破碎的韧性固体废物，可以利用其低温变脆的性能而有效的破碎，也可以利用不同的物质脆化温度的差异进行选择性的破碎，即所谓低温破碎技术。低温破碎通常采用液氮作为制冷剂，液氮具有制冷温度低、无毒、无爆炸危险等优点。,湿式破碎机 湿式破碎适用于破碎含水量大的固体废物，如生活垃圾等，利用剧烈搅拌和破碎成为浆液。,3.3 固体废物的分选,分选的概念及评价指标 筛分 重力分选 磁力分选 电力分选 浮选 其他分选技术 分选回收工艺,3.3.1 分选的概念及评价指标,分选的概念 固体废物分选 简称废物分选（separation, sorting），将固体废物中可回收利用的或不利于后续处理和处置工艺要求的物料采用适当的工艺分离出来的过程。 分选原理 根据物质的粒度、密度、磁性，电性、光电性，摩擦性，弹性以及表面润湿性等性质的差异而进行分离的 分为筛选 (分)、重力分选，磁力分选，电力分选、光电分选、摩擦及弹性分选，以及浮选等。,分选效果的评价指标 回收率 指单位时间内从某一排料口中排出的某一组分的质量与进入分选机的这种组分的质量之比 品位（纯度） 指某一排料口排出的某一组分的质量与从这一排料口排出的所有组分质量之比,3.3.2 筛分,筛分原理 筛分原理 利用筛子将物料中小于筛孔的细粒颗粒透过筛面，而将大于筛孔的粗粒颗粒留在筛面上，完成粗、细颗粒分离的过程。 筛分过程 物料松散分层和细粒透筛两个阶段组成 筛分工艺分类 准备筛分 为了某个操作过程的物料满足粒度要求，将固体废物按粒度分成几个级别、分别送往下一工序。 预先筛分 将物料送入破碎机之前，将小于破碎机排料口宽度的细粒级筛分出去，提高破碎作业效率。 检查筛分 对经破碎机破碎后的物料进行筛分，将粒度大于排料口尺寸的“超粒”筛出，重新送回破碎机再次破碎。,筛分效率 对物料进行筛分后，实际得到的筛下产品质量与入筛物料中小于筛孔尺寸的细粒颗粒的质量之比，表示如下：,筛分效率通常低于8595%,选择筛分 利用物料中有用成分在各粒级中的分布不同，或者性质上的显著差异所进行的筛分，将需要的组分筛分出来。 脱水或脱泥筛分 主要用于清洗或脱水操作，通过筛分方法脱去废物中所含的部分水分或泥质等。,影响筛分效率的因素 物料性质的影响 筛分物料的尺寸，0.75筛孔尺寸的颗粒不易筛分。 垃圾含水率 含水率越高越不易筛分 垃圾含泥率 含泥率越高越不易筛分 颗粒形状 球形、立方形等颗粒易筛分，扁平状、纤维状颗粒不易筛分 设备性能的影响 筛分运动方式 筛分操作条件的影响 连续均匀给料，及时清理、维修筛面，筛分效率就高。,筛分设备 固定筛 筛面由许多平行排列的筛条组成，水平或倾斜安装。分为格筛和棒条筛,滚筒筛 筛面带孔的圆柱形筒体，轴线倾斜35安装；或截头圆锥筒体，轴线水平安装，高端入料，低端排筛上物。,惯性振动筛 由不平衡物体的旋转所产生的离心惯性力使筛箱产生振动的一种筛子,1上筛箱； 2下机体； 3传动装置； 4共振弹簧； 5板簧； 6支承弹簧,共振筛 是利用弹簧的曲柄连杆机构驱动，使筛子在共振状态下进行筛分。,3.3.3 重力分选,重力分选 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。 按介质不同，重力分选可分为重介质分选、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。,基本原理 颗粒在介质中的沉降是重力分选的基本行为。密度和粒度不同的颗粒根据其在介质中沉降速度的不同而分离。 自由沉降速度：Stokes方程,影响重力分选的因素有：颗粒的尺度，颗粒与介质的密度差以及介质的粘度。,不同密度矿物分选的难易度可以大致地按其等降比(e)进行判断,e5 极易重力分选的物料，除极细(5-10m)细泥外，各粒度的物料都可用重力分选法选别； 2.5e5 属易选物料 1.75e2.5 属较易选物料 1.5e1.75 属较难选物料，重力分选的有效选别粒度下限一般为0.5mm 1.25e1.5 属难选物料，重力分选法只能处理不小于数毫米的粗粒物料，分离效率一般不高 e1.25 属极难选的物料，不宜采用重力分选。,(1) 重介质分选,基本原理 适用：密度相差较小及难以用跳汰法等进行分离的场合 通常将密度大于水的介质称为重介质； 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。 为使分选过程有效地进行，需选择重介质密度(C)介于固体废物中轻物料密度(L)和重物料密度(W)之间。 重介质可以分为重液和重悬浮液 重悬浮液是由高密度的固体微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。 高密度固体微粒起着加大介质密度的作用，故称为加重质。 最常用的加重质有硅铁，磁铁矿等。,鼓形重介质分选机,(2) 跳汰分选,工作原理 在垂直脉冲介质中颗粒群反复交替地膨胀收缩，按密度分选固体废物的一种方法 将物料给入筛板上，形成密集的物料层，从筛板下周期性给入垂直变速的介质，透过筛板使床层松散并按密度分层，密度大的颗粒群集中到底层，透过筛板或特殊排料装置排出成重产品，密度小的颗粒群进入上层被水平介质流带到机外成为轻产品。,跳汰机,根据推动水流运动方式分为：隔膜跳汰机和无活塞跳汰机,(3) 风力分选,工作原理 以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的方法，简称风选，又称气流分选。,沉降末速度vo：颗粒在气流中处于沉降平衡时的速度。,上升气流(ua)中的沉降末速度：,利用物料之间沉降末速度的差异进行风选,水平气流 作用力：空气的动压力、重力 空气的动压力（R） R=d2u2 重力（G） G=mg=1/6d3sg 当颗粒粒度d一定时，R不变，则s将直接影响颗粒运动的角度大小。 水平气流速度一定时，当颗粒直径相同时，密度大的颗粒沿与水平夹角较大的方向运动，即离出口较近的位置；相反，则向较远的位置运动，从而达到按密度差异分选的目的。,风选设备 卧式风力分选机（水平气流分选机） 立式风力分选机（上升气流分选机）,图b 立式曲折形风力分选机,立式风力分选机,3.3.4 磁力分选,磁选原理 磁选：利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。适用于固体废物中磁性物质的回收，磁选常用于固体废物中的铁、镍等的分选 物质按磁性大小可分为强磁性、弱磁性和非磁性等组分 分离条件 f 磁f机 磁性产品 f 磁f机 非磁性产品 式中： f磁作用在磁性物体上的磁力 f磁作用在非磁性物体上的磁力 f机作用于磁性物体上机械力的合力 （重力、离心力、静电力、介质阻力等）,磁选设备：(1)磁力滚筒（磁滑轮）,结构特点 360包角多极磁极，多用永久磁铁 磁系沿径向N、S交替排列，产生磁翻滚； 磁极外面的圆筒为非导磁材料； 本身可作为皮带输送机的主动轮。,应用范围 矿业固体废物破碎前的预选和保护作业 城市垃圾焚烧前除铁,磁选设备：(2) 湿式CTN型永磁圆筒型磁选机,结构特点 磁系固定，圆筒转动，磁系20可调； 磁系沿径向N、S交替排列，产生磁翻滚； 应用：铁的回收，如钢铁冶炼中含铁尘泥和氧化铁皮中回收铁，或回收重介质分选中的加重质,3.3.4 电力分选,电选原理 是利用固体废物中各组分在高压电场中电性的差异而进行分选。 主要用于对导体和非导体进行分离，如粉煤灰中的碳的分选，生活垃圾中有色金属的分选。,电选原理 物质按电性可分为导体、半导体和非导体，它们在高压电场中有不同的运动轨迹 当固体颗粒进入电选机的高压电场中时，由于在电场的作用下被极化而带负电荷，被吸附在滚筒的表面（滚筒接地，带正电），由于导体的导电性较好，能够迅速将所带的电荷传递给滚筒（正极）而不受正极的吸引作用，在重力的作用下而落下；而非导体由于放电较慢，被吸附在滚筒表面随其旋转而被带到后方，被毛刷强制刷下，从而实现了导体和非导体的分离。,电选设备 静电分选机、YD-4型高压电选机 电选的应用 粉煤灰中选碳 固体废物中铝塑的分离,3.3.5 浮选,浮选原理 浮选 根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的过程 浮选原理：物质的天然可浮选性差异较小，浮选是通过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，使目的颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。,浮选药剂 捕收剂 捕收剂：能够选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面上，使目的颗粒表面疏水性增强，提高可浮性，使其易于向气泡附着的药剂。 常用的捕收剂主要有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂。常用的异极性捕收剂有黄药、油酸等，非极性油类捕收剂主要包括脂肪烷烃、脂环烃和芳香烃三类，如煤油、柴油、变压器油、重油等，单独使用较少。 从煤矸石中回收黄铁矿时，常用黄药作捕收剂。 从粉煤灰中回收炭，常用煤油作捕收剂。,起泡剂 能够促进泡沫形成，增加分选界面的药剂称为起泡剂 常用的起泡剂有松油、松醇油，脂肪醇等。 调整剂 调整剂的作用主要是调整其它药剂(主要是捕收剂)与物质颗粒表面之间的作用，还可调整料浆的性质，提高浮选过程的选择性。 常用调整剂：活化剂、抑制剂、介质调整剂、分散与絮凝剂。,浮选工艺 浮选工艺包括调浆、调药、调泡三个程序。 调浆 调节浮选前料浆的浓度，使其满足浮选的要求。 调药 调浮选过程药剂的浓度、组分和加药顺序。 调泡 调节浮选过程中气泡的大小和量。不同的浮选设备和物质对气泡的大小是有要求的，一般在0.40.8mm。,浮选设备 按充气和搅拌方式分：机械搅拌式、充气搅拌式、充气式和气体析出式浮选机四种。 我国应用最多的是机械搅拌式浮选机。 应用 从分煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属等。,3.3.6 其他分选方法,光电分选 光电分选是利用物质表面光反射特性的不同而分离物的方法。 可用于从城市垃圾中回收橡胶、塑料、金属、玻璃等物质，或不同颜色垃圾的分离。,3.3.7 分选回收工艺系统,分选回收工艺确定原则 弄清固体废物的组成和性质； 根据废物性质和要达到的处理要求，确定需要采用的分选方法； 将分选的方法进行恰当的组合，形成合适的分选回收工艺系统。,3.4 固体废物的脱水,固体废物中的水分及分离 浓缩脱水 机械脱水,3.4.1 固体废物的水分及分离方法,固体废物的水分 间隙水 存在颗粒间隙中的水，约占固体废物中水分的70%左右，用浓缩法分离 毛细管结合水 颗粒间形成一些小的毛细管，在毛细管中充满的水分，约占水分的20%左右，采用高速离心机脱水、负压或正压过滤机脱水。 表面吸附水 吸附在颗粒表面的水，约水分的7%，加热法脱除。 内部（结