（农业机械化工程专业论文）城市生活垃圾圆筒筛分选机的设计与研究.pdf

摘要 随着经济的发展和城市人口的增加，城市生活垃圾的产量也越来越多，随之而来的垃圾围城、 污染环境、占用土地等问题也越来越严重。城市生活垃圾中含有多种可回收利用的物质，如纸张、 玻璃、塑料等。通过回收利用垃圾不但可以取得一定的经济效益，还能取得巨大的社会效益，既 变废为宝、节约资源，又保护了环境。 在垃圾综合回收利用的过程中，垃圾分选的程度直接关系到垃圾后续处理的程度，采用合理 的垃圾分选设备是实现垃圾无害化、减量化、资源化的关键。 本文针对生活垃圾成分复杂，城市生活垃圾综台利用处理困难的问题，借鉴国内外现有的垃 圾分选技术，设计出一种城市生活垃圾圆筒筛分选机。该机主要是根据生活垃圾尺寸的大小进行 分选，将生活垃圾初步分为大尺寸垃圾和粉末垃圾。尺寸比较大的主要是纸张、塑料等可二次利 用的物质，而尺寸较小的主要是泥土，食物残渣等可堆肥物质。 本文介绍了目前城市生活垃圾和垃圾处理设备应用的现状，并介绍了垃圾分选机的类型、驱 动方式、具体结构和工作原理，论述了垃圾圆筒筛分选机的设计和计算方法。本文还采用p r o e 对垃圾分选机进行整机三维模拟，并对结构进行了优化。 关键字：生活垃圾圆筒筛分选机设计 a b s t r a c t a sd e v e l o p i n go fe c o n o m ya n di n c r e a s i n go fp o p u l a t i o n ，q u a n t i t yo fl i v i n gw a s t et u r n sm o r ea n d m o r e l i v i n gw a s t ei n c l u d e sp a p e r ，p l a s t i c s ，g l a s s ，e t c r e c y c l i n gt h e s em a t e r i a l s ，w ec a ng e ts o m e e c o n o m i cb e n e f i ta n dh u g es o c i a lp r o f i t o nc o u i s co fr e c y c l i n gw a s t e ，s o r t i n gi si m p o r t a n tp r o c e s s c o m p o s i t i o n so ft h el i v i n gw a s t ea r ec o m p l i c a t e d ，s oc o l l i g a t e du s i n go fl i v i n gw a s t ei s ad i f f i c u l t p r o b l e m a i m i n ga tt h ep r o b l e m ，w ed e s i g n e de c o n o m i c a la n da p p l i e dc y l i n d e rf i l t r a t i n gm a c h i n eo f l i v i n gw a s t et h r o u g hu s i n gf o rr e f e r e n c ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc u r r e n tw a s t ef i l t r a t i n gt e c h n i q u e a c c o r d i n gt ot h ec o m p o s i t i o na n a l y s i so ft h el i v i n gw a s t e ，w ed i s c o v e r e dt h eb i g g e rs i z em a t e r i a l a r em a i n l yp a p e r ，p l a s t i c se t co fb e i n gm a d es e c o n du s eo f , a n dt h es m a l l e rs i z em a t e r i a la r em a i n l ym u d ， f o o dr e m n a n te r eo fc o m p o s tm a t e r i a l a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so fl i v i n gw a s t ea n do v e r s e a w a s t ee q u i p m e n t s ，w ed e s i g n e dt h ew a s t es c r e e n i n gm a c h i n e ，a c c o r d i n ga ss i z eo fl i v i n gw a s t e ，t h e m a c h i n ec a ns o r tt h ec h u n kw a s t ea n dt h ep o w d e rw a s t e f i r s t l y ，t h ep a p e rr e f e r sp r e s e n tc o n d i t i o no fl i v i n gw a s t ea n dd i s p o s a le q u i p m e n t so fw a s t e t h e n ， w ei n t r o d u c e ds o r t so fw a s t ee q u i p m e n t s ，s o r t so fd r i v i n g ，m a t e r i a lf r a m e w o r ka n dw o r k i n gt h e o r y a t l a s t ，w ed i s c u s s e dt h ed e s i g n e da n dc a l c u l a t e dw a yo fc y l i n d e rs c r e e n i n gm a c h i n eo fl i v i n gw a s t e w e e s t a b l i s h e dt h r e e d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o no fs o r t e dm a c h i n ea d o p t i n gp r o e ，a n do p t i m i z e df r a m e w o r k o ft h em a c h i n e k e yw o r d s ：l i v i n gw a s t ec y l i n d e rs c r e e n i n g s o r t e dm a c h i n ed e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：易f 名1 功苫 时间：鲫莎年占月房日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：钏自勿孓 时间：彻年6 月f 弓日 新签名：耗玩物时间：幽祝年们日 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的提出 第一章绪论 在经济、文化高速发展的现代社会里，人类为了创造了幸福和繁荣，在开发资源和创造产品 的过程的同时消耗了大量的地球资源，也产生了大量的垃圾。随着经济的发展和人口的增长， 城市垃圾的数量和种类也在不断地增长，城市垃圾造成的环境污染也越来越严重。城市垃圾已经 成为影响城市发展的重要因素之一。 城市生活垃圾是指城市区划内人们在日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生 的固体废弃物。它主要包括居民生活垃圾、公共场所和街道清扫垃圾、医院生活垃圾、商业生活 垃圾等。其主要成分包括厨余物、废纸张、废塑料、废织物、废玻璃、草木、灰土、砖瓦等i l 。 城市生活垃圾的主要特点是成分复杂，有机物含量高，在一定的条件下会发生物理的、化学的或 生物的转化，对周围环境造成一定的影响，如果采取的处理方法不当，有害物将通过水、气、土 壤、生物链等途径危害环境与人体健康。选择适当的垃圾处理技术，对达到垃圾处理的减量化、 资源化、无害化是至关重要的。 大部分古代城市的生活垃圾都是任意丢弃，年复一年，甚至使城市埋没，有的城市是后来在废 墟上重建的。英国巴斯城的现址，比它在古罗马时期的原址高出4 7 m 。 进入二十世纪后，随着生产力的发展，人口进一步向城市集中( 美国1 0 0 年前8 0 人口在农 村，现在8 0 人口在城市) ，消费水平迅速提高，城市生活垃圾排出量急剧增加，成为严重的环境 问题。以法国过巴黎为例，1 8 7 2 年人均每天扔垃圾2 0 0 9 ，1 9 2 2 年为7 0 0 9 ，而到1 9 9 4 年为1 6 0 0 9 川。 在我国，随着城市化进程的加快，城市垃圾的产量正以每年8 1 0 的速度递增。据统计， 我国城市垃圾的年产量己达1 6 亿t ，城市人口的人均日产垃圾量已超过l k g 。垃圾对环境的污 染问题越来越突出。全国三分之二的城市已陷入垃圾重围之中睁“j 。 生活垃圾的处理和利用有悠久的历史。早在公元前3 0 0 0 到公元前1 0 0 0 年，古希腊米诺斯文 明时期，克里特岛的首府诺萨斯即有垃圾覆土埋入大坑的处理方式”j 。 为了保护环境，古代有些城市就颁布过管理垃圾的法令。古罗马的一个标志台上写着：“垃 圾必须倒往远处，违者罚款”。1 3 8 4 年英国颁布禁止把垃圾倒入河流的法令。苏格兰城市爱丁堡 1 8 世纪设有大垃圾场，将垃圾分类出售。1 8 7 4 年英国建成世界第一座焚化炉，垃圾焚化后，将 余烬填埋。1 8 7 5 年英国颁布公共卫生法，规定由地方政府负责集中处置垃圾。1 8 9 8 年，美国纽 约市首先建立了垃圾分选场，使占生活垃圾总重量3 7 的成分被作为再次利用的物质得到回收利 用【8 j o 我国和印度等亚洲国家，自古以来就有利用垃圾堆肥的处置方法1 1 j 。 二十世纪6 0 年代中期以后，环境保护受到重视，污染治理技术迅速发展。大体上形成一系 列处置方法。二十世纪7 0 年代以来，美国、英国、德意志联邦共和国、法国、日本等国由于垃 圾放置场地紧张，处理费用浩大，同时由于资源缺乏，提出了“资源循环”的概念。 为了加强对城市生活垃圾的管理，许多国家设立了专门的管理机关和科学研究机构，研究城 市生活垃圾的来源、性质、特征和对环境的危害，研究城市生活垃圾的处置、回收、利用的技术 和管理措施，以及制定各种规章和环境标准，出版有关书刊。城市生活垃圾的处理和利用，逐步 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 成为环境工程学的重要组成部分。随着世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的要求人们 对城市生活垃圾所引起的污染越来越关注。并对各种类型垃圾的处置和利用进行了大量的研究和 开发【2 ，”。 随着改革开放的深入和经济的发展，我国目前城市垃圾的产量越来越多，而处理方式还比较 落后，对城市生活垃圾的处理技术还处于试验和起步阶段。虽然进行了许多尝试，但与发达国家 相比仍有较大的差距。我国垃圾多采用混合收集，大部分垃圾的处理方式都采用卫生填埋，甚至 随意堆放到河滩等地方，对垃圾的资源化处理带来许多不便。因此，要实现城市生活垃圾的综合 利用，就要对垃圾进行分选。 我国垃圾分选大部分还是采用人工分选的方法。近儿年来，我国垃圾分类和分选设备的研究 已经取得一定进展但垃圾分选机的研究仍处于起步阶段，目前国内只有少量垃圾分选设备在使 用，而且相当部分为国外产品。因此，为了使垃圾得到综合利用，减少对环境的污染，减轻人的 劳动强度，对垃圾分选设备进行设计和研究很有必要。 1 2 城市生活垃圾的现状和分析 1 2 1 国外城市生活垃圾的现状 表1 1 欧美1 3 发达国家生活垃圾产量【1 3 l 城市是产生垃圾最为集中的地方，城市生活垃圾已经成为世界各国面临的共同问题。据统计 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 日本最近1 0 年垃圾平均每日抛弃量增加一倍，英国城市垃圾量1 5 年增加了一倍。美国1 9 7 0 1 9 7 8 年因经济萧条，生活垃圾增长不快，仅为2 但1 9 7 8 年后，随着经济复苏，增跃率达4 以上， 目前达到5 。欧洲经济共同体国家生活垃圾平均增长率为3 。德国4 ，瑞典2 ，韩国达到了1 1 。 全球每年产生垃圾超过1 0 0 亿t ，其中美国达3 0 亿t 口 1 q 。法国巴黎每天要产生2 8 0 0 t 家庭垃圾， 并且还以每年2 3 的速度不断增长p j 。 美国、日本及欧洲发达国家的垃圾产量随时问的变化均有一定规律，在一定阶段以前，垃圾 总产量及人均产量逐年上升。据统计，1 6 个发达国家的人均垃圾产量在1 9 7 5 年为每天0 8 6 k g ， 到1 9 8 0 年为每天1 0 4 k g ，而1 9 9 0 年为每天1 2 3 k g 。但在经济发展到一定阶段以后。其垃圾的 总产量及人均产量逐渐稳定( 如表卜1 所示) 。 亚洲部分城市2 0 世纪9 0 年代人均产量为每天1 1 0 1 4 1 k g ( 如表卜2 所示) 。 表卜2 亚洲部分城市生活垃圾产量1 1 3 i 1 2 2 我国城市生活垃圾的现状 我国改革开放以来，城市数目和城市人口有了很大的发展，人民的生活水平也有了很大提高， 因此，作为城市公害的生活垃圾产量也相当可观( 如表卜3 所示) 。处理城市生活垃圾，实现无 害化、减量化和再资源化，消除城市生活垃圾的污染已成为我国必须解决的重大问题。随着城市 化进程的加快和人民生活水平的提高，国内各大城市近年来生活垃圾产量一直呈增长趋势。 表卜31 9 9 5 年我国部分城市人口、g d p 和垃圾产量统计表1 1 剐 1 9 8 6 年我国城市生活垃圾总量为5 0 1 0 万t 。1 9 9 8 年达11 3 0 1 万t 【1 5 l 。目前，我国城市生活 垃圾年产量已达到1 6 亿t ，并以每年1 0 左右的速度增长。全国历年垃圾存量已达6 0 多亿t 1 6 , n , 1 5 。 北京日产垃圾1 2 万t ，年产4 0 0 万t ，相当于一座景山，其中8 9 5 填埋，其余以堆肥、焚烧等 3 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 方式处理，每年消耗土地1 0 0 0 亩左右【1 ”。上海市每年生产的垃圾量约6 0 0 万t ，每年人均垃圾 产生量还以1 0 的速度增长1 1 。城市生活垃圾的快速增长给垃圾的收集、清运和最终处理都带来 了巨大压力。 1 9 9 9 年统计的全国6 6 8 个城市中，生活垃圾清运量1 4 2 2 3 万t ；共有各种类型的垃圾处理厂 ( 场) 6 9 6 座，垃圾处理能力达到2 7 6 8 万t d ，垃圾处理率6 3 4 。但真正达到处理标准和资源 化利用的比例不足1 0 【地”i 。建设部调查显示，全国城市垃圾累计堆存侵占土地5 亿n 1 2 ，相当于 7 5 万亩土地“7 1 。 2 0 0 1 年国家环保总局对3 0 个省、区、市的3 2 9 个生活垃圾处理设施进行了调研调研结果 为：生活垃圾填埋场中基本符合卫生填埋要求的占8 9 ，部分符合卫生填埋要求的占4 3 9 ，简 易填埋场占4 0 ：5 。另外，生活垃圾堆肥厂占3 4 ，生活垃圾焚烧厂占3 3 。调研情况显示： 全国城市生活垃圾无害化处理率不足2 0 ；生活垃圾填埋场中2 7 没有任何防渗措施，3 9 没有 渗沥液收集、处理设施，己对周围地下水体、地表水体、土壤等造成严重污染；生活垃圾焚烧处 理存在烟气排放不达标、飞灰没有进行安全填埋处置等问题；生活垃圾堆肥产品用于农田，虽在 一定程度上可以改善土壤，提高部分农作物产量，但对土壤存在重金属污染农产品的安全、卫 生等难以保证1 2 u 】。 建设部统计资料显示，2 0 0 2 年，6 6 0 个建制市生活垃圾产生量1 3 6 亿t ，其中集中处理量7 4 0 4 万t ，6 2 0 0 万t 未经任何处理。这些生活垃圾或被堆放在指定地点，或随意堆放在河沿、池塘及 城乡结合部，生活垃圾“围城”现象十分严重。6 6 0 个建制市以外的县城、建制镇年产生生活垃圾 约3 6 0 0 万t ，基本没有得到处理，被就近倾倒在坑塘、河沿、湖泊等。截至2 0 0 3 年底，全国共 建设生活垃圾处理厂f 场) 5 7 5 座，处理能力7 5 4 5 万t 。其中生活垃圾填埋场4 5 7 座，处理能力6 4 0 4 万t ，分别占7 9 5 和8 4 9 ；生活垃圾焚烧厂4 7 个，处理能力3 7 0 万t ，分别占8 2 和4 9 ： 生活垃圾堆肥厂7 0 个，处理能力7 1 7 万t ，分别占1 2 和9 5 唧i 。国家发改委统计资料显示， 到2 0 0 3 年底，国债资金共安排生活垃圾处理项目3 5 9 个，项目总投资2 4 5 亿元，国债累计投入 8 0 多亿元j 。 2 0 0 3 年1 2 月2 4 ，由北京市政府制定的首部北京市生活垃圾治理白皮书对外公布的数据 指出，北京市人均日产生活垃圾0 8 2 k g ，全市日产垃圾1 1 5 万t ，年产垃圾4 2 1 万t 。到2 0 0 8 年，北京市生活垃圾日产量将达到1 2 万t ，年产量约4 3 8 万t 。北京现已建成垃圾卫生填埋场9 座，垃圾堆肥厂、垃圾焚烧厂各2 座，垃圾转运站4 座，日处理能力为8 8 0 0 t 。剩下的2 7 0 0 t 垃圾 被个体垃圾清运者运到城乡结合部、郊区乡镇，找个大坑、洼地等露天场地就给简易填埋甚至露 天堆放了。在北京六环路内有7 3 处2 0 0 t 以上的这种垃圾堆积点1 2 ”。 我国许多城市的垃圾仍大多采取露天堆放，没有任何防护措施。每一个垃圾堆放场都成了一 个污染源，蚊蝇孽生，老鼠成灾，臭气漫天，大量垃圾污水由地表渗入地下，对城市环境和地下 水源造成严重污染 2 1 。沈阳市曾经对3 5 处填埋场中的l o 处进行钻探取样，分析垃圾断层样品和 地下水质，分析结果发现：地下水质恶化，污染严重，水混浊发臭，水中均检出厌氧大肠杆菌； 垃圾断层样品均检出有毒有害物质。上海市每天有万吨垃圾运往郊区海边堆放，一座座高达二三 十米的垃圾山拔地而起，造成周围环境的严重污染。 随着城市规模的不断扩大城市人口的日益增长以及人民生活水平的不断提高，城市生活垃 圾的产生量在逐渐增大，同时其组成也发生着较大的变化，主要表现在无机组分比例逐渐下降， 4 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 有机垃圾成分不断增加。一些南方现代化城市( 如深圳等) 生活垃圾的有机成分己达到6 0 0 9 5 0 。上海的垃圾有机成分也达5 7 2 。北京市的垃圾中无机物含量由1 9 8 6 年的5 0 o 下降到 1 9 9 6 年的3 0 0 ，垃圾中可回收利用的物品由1 9 8 6 年的1 2 5 上升到1 9 9 6 年的2 5 0 。其中塑 料废弃物的含量变化最大，1 9 8 6 年垃圾中的塑料废弃物为1 6 ，1 9 9 5 年上升为5 o 。垃圾容重 由1 9 7 8 年的0 7 t m 3 降低到1 9 9 6 年的0 3t m 3 昭j 。 1 2 3 城市生活垃圾的产生和分类 表卜4 美国城市垃圾的成分与我国部分城市垃圾的成分对照 城市( 年份)有机物无机物 纸类布类 术竹 塑料橡胶玻璃金属 注：“”为数据已归八其他类中。 生活垃圾主要来源于人类的消费活动过程。它的产生具有必然性，因为人类在一定时期利片j 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 自然资源的能力有限，不可能把所用的资源全部转化为产品，总要将其中的一部分作为垃圾丢弃： 产品的使用寿命有限，一旦超过使用寿命，就成为垃圾。技术创新越快，产品更新换代时间越短， 垃圾产量越大。 生活垃圾的种类多种多样，且成分复杂。为了管理和利用的方便，通常从不同的角度对生活 垃圾进行不同的分类。按物理组成可分为纸、竹水、塑胶等1 8 类。在我国，一般将城市生活垃 圾分为有机物、无机物、纸、木竹、塑料、橡胶、布、玻璃、金属等9 类，其中后7 类属于可回 收垃圾( 该处有机物和无机物是指除后7 类之外其他垃圾的粗略划分) 。 我国的城市生活垃圾与国外城市生活垃圾的各种成分的比例有明显的差别( 如表1 - 4 所示) 。 美国的城市垃圾中有机物质多，可回收或燃烧的成分高；我国的城市垃圾中无机物质占有很大比 例。即使像上海、北京这类煤气的普及程度高的大城市，有机物成分虽有一定的比例，但无机物 成分所占的比例仍然很大。同时，国内各城市间垃圾的各成分组成也不尽相同( 如表1 - 5 所示) 。 因此，这就决定了我国垃圾处理方法与国外的垃圾处理方法应该有所差别。 随着经济发展，人们生活水平的提高，城市生活垃圾的构成发生了很大变化，表现为垃圾中 灰土量减少，废品含量增大，可利用价值提高；同时，随着对城市生活垃圾处理水平的提高，过 去垃圾的野外堆放、简易填埋等处理渐渐发展到现在的高温堆肥、卫生填埋、焚烧等高级处理。 1 3 城市生活垃圾处理的现状和前景 1 3 1 目前垃圾处理采用的几种主要方式 表1 - 6 我国城市生活垃圾处理方式概况( ) 8 1 城市生活垃圾经回收利用后无法利用的残渣，需要最终处理。一般有整体倾倒填埋、堆肥和 焚烧等方法。整体倾倒最为简便，费用也少，但若倾倒量超出环境自净容量，会严重污染环境。 随着政府对城市垃圾处理的重视和科学技术的发展，填埋、焚烧和堆肥等技术已经得到普遍 采用。二十世纪八十年代以来，垃圾生产能源和回收再生技术也得到发展。目前，我国各地城市 垃圾处理方式仍然是以垃圾混合收集为基础的处理模式。城市垃圾无害化处理的主要方式还是填 6 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 埋，堆肥和焚烧也占有一定比例，其他处理( 如生物处理等) 只有很少城市在采用( 如表卜6 所 示) 。 填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法，也是目前一般垃圾处理工艺处理晟终剩余物的方 法。目前，我国普遍采用直接填埋法。所谓直接填埋法是将垃圾填入己预备好的坑中盖上压实， 使其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。 天津市在水上公园南侧用垃圾堆山，营造人工环境，变害为利，工程占地近8 0 万m 2 ，以垃 圾与工程废土按1 ：1 配合后作为堆山土源，对于渗滤液和发酵产生的沼气和山坡的稳定性等，都 采取了必要的措施。美国堪萨斯城( k a n s a sc i t y ) 是一个不大的城市，人口不多，城市周围是 。一阔的乡村，在远离城市的一块丘陵山地的低洼处选建填埋场，为了防止二次污染，采取在底部 和周围铺防渗层，并且分层铺放，即堆放一层垃圾，而后盖土压实等措施。有些垃圾堆放层还安 装导气和导水管道，并利用产生的沼气。日本东京都江东区有一片树林浓密，花草繁茂的土地， 人们称之为“梦岛”，梦岛全部都是用垃圾填海造成的 5 1 。这些垃圾填埋场的处理都相当好。 填埋处理的最大特点是处理费用低，方法简单，但容易造成地下水资源的二次污染。随着城 市垃圾量的增加，靠近城市的适用的填埋场地愈来愈少，开辟远距离填埋场地又大大提高了垃圾 排放费用，这样高昂的费用甚至无法承受。目前，限制原生垃圾填埋正逐渐成为一种趋势。德国 政府规定自2 0 0 5 年6 月1 日起，禁止填埋未经焚烧或机械、生物预处理的生活垃圾。上海市也 明确提出到2 0 1 0 年实现原生垃圾“零填埋”田j 。 垃圾焚烧法是将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产生的热量用于 发电和供暖。几乎所有的有机物垃圾和可燃的无机物垃圾都可以用焚烧的方法处理【7 】。焚烧后的 残灰一般仅为原垃圾体积的5 1 0 。焚烧每公斤垃圾可得1 2 0 0 1 4 0 0 k 的热量，约为城市煤气 热量的四分之一口“。美国西屋公司和奥康诺公司联合研制的垃圾转化能源系统焚烧炉在燃烧垃圾 时可将湿度达7 的垃圾变成干燥的固体进行焚烧，焚烧效率达9 5 以上，同时，焚烧炉表面的高 温能将热能转化为蒸汽，可用于暖气、空调设备及蒸汽涡轮发电等方面。 石家庄、深圳、上海等城市建造了垃圾焚烧厂。沈阳市环境科学研究所引进日本垃圾焚烧装 置对医院等单位的特殊垃圾进行无害化处理，焚烧过程中产生的残灰约占焚烧前生物垃圾重量的 5 ，一般为优质磷肥。近儿年我国对垃圾焚烧发电产生再生能源技术越来越给予重视1 1 ”。 焚烧处理的优点是减量效果好( 焚烧后的残渣体积减少9 0 以上，重量减少8 0 以上) ，处 理彻底【1 。但是，焚烧厂的建设和生产费用极为昂贵。在多数情况下，这些装备所产生的电能价 值远远低于预期的销售额给当地政府留下巨额经济亏损。焚烧处理要求垃圾的热值大于 3 3 5 m j k g ，否则，必须添加助燃剂，这将使运行费用增高到一般城市难以承受的地步。由于垃 圾含有某些金属，焚烧具有很高的毒性，产生二次环境危害。垃圾焚烧产生的废气成分复杂，含 有多氯二苯并二垩英( p c d d 。) 和多氯二苯并呋喃( p c d f 。) 等毒性很强又很难处理的污染物【“。 垃圾堆肥就是将生活垃圾堆积成堆，保温至7 0 。c 储存、发酵，借助垃圾中微生物分解的能 力，将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后，生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质。这种有 机肥料作为最终产物不仅稳定，而且不危害环境。既解决垃圾的出路，又可达到再资源化的目的。 垃圾堆肥有多种成熟技术，如印多尔法、改良多尔法、达诺法等。欧美各国已开发了十多种机械 化的快速堆肥工艺i l “。但是生活垃圾堆肥量大，养分含量低，长期使用易造成土壤板结和地下水 质变坏。 7 1 3 2 垃圾处理设备的现状和前景 目前，世界环保产业年产值高达6 0 0 0 亿美元，被誉为发展潜力巨大的“朝阳产业”。我国 “十五”期间环境保护投资7 0 0 0 亿元，环保产业总收入达1 1 万亿元，环保投资力度的加大为 我国环保机械提供了巨大的商机。2 0 0 0 年全国环保产业总产值1 0 8 0 亿元，占同期全国工业总产 值的0 7 7 。全国环保设备( 产品) 产值已达3 0 0 亿元。环保设备( 产品) 的年生产能力己达到 2 5 0 多万台( 套) 。我国环保机械行业1 9 9 5 年底拥有2 3 1 0 个企业，工业总产值8 4 ，5 亿元【2 6 】。 环保机械作为机械工业中富有活力的新兴行业，不仅是机械工业实现振兴的新的增长点，也 是我国机械工业优化产业结构调整中重点发展的领域。2 0 0 5 年我国环保机械制造业总产值达到 5 0 0 6 0 0 亿元，年增长为1 2 4 1 6 。据介绍。近三年市场看好的环保机械产品主要有：电除尘 器、袋式除尘器、火电厂烟气脱硫设备、新型工业锅炉、城市污水处理及垃圾处理设备等，这些 产品若进口需3 0 0 亿元，采用国产设备仅需1 7 8 亿元，国产环保机械面临难得机遇。 据美国新兴预测委员会和日本科技厅的有关专家的预测，未来1 0 年间，全球在能源、环境、 农业、医药等领域将出现1 0 大新兴技术，其中有关垃圾处理的新兴技术被排在第二位。垃圾处 理产业将成为2 1 世纪新的经济增长点口”。 目前环保机械产品的国际贸易市场基本仍为发达国家所占领。虽然国家也制定了相应的法 规，鼓励和支持对垃圾进行充分回收和合理利用口”。我国市场重要领域也被国外技术产品所垄断。 特别是在生活垃圾处理设备的研究上，我国研究的还比较少。虽然国产设备优势较多，但进口设 备仍占据我国大量市场份额。 业内人士分析，我国环保设备发展还存在四大不足。一是环保行业管理体系还不健全，缺乏 有效的宏观调控和指导。由于重视不足，目前分散在各个行业中的环保机械没有统一的管理和调 控，机械行业的综合统计也没有把环保列为一个单独的行业，处于相对盲目的发展状态，没有形 成合力，难以同国外公司竞争。二是行业产业结构不合理。环保机械的重点骨干企业少、专业企 业少、规模小，尚未形成专营环保产品的大型企业或企业集团，小型企业占9 6 ，中型企业占4 。 三是技术基础薄弱，自主开发能力不足，企业的设计手段、设计能力、设计水平相对落后。环保 设备产品标准化、系列化、成套化不健全，技术含量低的产品制造能力过剩，高技术含量产品制 造能力不足。目前，中小环保机械企业是我国环保产业的主力军，但存在着资金、人才和信息的 难题，制约了企业的技术创新与发展。四是环保市场运行亟待规范。我国环保设备产品市场的竞 争层次低，市场混乱：地方保护主义和部门垄断严重，市场分割，使企业规模难以扩张；市场行 为不规范，高额回扣、贿赂有关部门指定其产品准入、搞虚假鉴定和不实广告欺骗用户等不正当 竞争行为普遍存在；价格竞争仍是主要的竞争手段，造成产品质量下降，影响环保投资效益，企 业也难以发展生存i z 9 1 。 因此，迫切需要我国自主研发设计各种先进的环保设备，调整产业结构，规范市场行为，为 环保设各制造企业的发展创造有利的外部条件。 我国城市垃圾处理起步较晚，截止1 9 9 2 年底，全国垃圾、粪便清运量已达1 1 2 6 4 万t ，而垃 圾、粪便无害化处理厂仅有3 7 1 座，处理总能力为每天7 1 5 万t 。近几年各地根据实际情况，从 对策和规划着手，对城市垃圾处理技术进行了有益的探索。杭州、常州、天津、绵阳、北京、武 汉等城市在学习国外城市垃圾处理技术经验的基础上，白行设计了具有中国特色的垃圾机械化堆 中国农业大学碗十学位论文 第一章绪论 肥处理生产线：深圳、乐山等城市建设垃圾焚烧厂的成功，也为各城市应用焚烧技术提供了经验； 沈阳、鞍山等城市对医院垃圾实行统一管理，集中焚烧，也走出了特种垃圾处理的新路【3 0 1 。 目前在北京已经在小武基垃圾分选转运站建成一条垃圾分选线。可以分选出废塑料、废铁、 堆肥料等多种可回收物。北京还将在马家楼垃圾转运站建设第二条垃圾分选线口1 i 。据了解，2 0 0 6 年北京将开工建设两座垃圾综合处理厂，即阿苏卫垃圾综合处理厂和董村垃圾综合处理厂，用于 垃圾分选和综合利用p “。 在垃圾分选设备的研究上，国际上正将一些其他行业的先进分选技术应用到垃圾分选中来。 目前，一些国家已经开始采用磁铁法分选垃圾中的铁类物质，把它们提取回收；利用光电管分选 玻璃和塑料；使用振动弹跳方法把软硬物质和弹性物质分开；离心分离器则被用来分选密度不同 的物质1 2 j 。目前，圆筒筛( 如图1 - 1 所示) 仍然是垃圾分选工艺主要采用的设备。美国新奥尔良 州安装有全美晟大圆筒筛，长度为1 3 7 6 m ，内径为3 m ，最大筛孔直径为1 2 6 m m 3 3 】。 图卜1 垃圾圆筒筛外观 经过十多年的发展，我国环保机械行业的产品结构、性能和质量显著改善，国产环保设备已 趋于成熟。垃圾处理成套设备的研究已经列入国家重点发展的环保机械产品目录，写入了中国 2 1 世纪议程【拍】。 1 4 垃圾分选机研究的目的 城市生活垃圾作为一种废弃物，并不是完全无价值可言。废弃物是相对某一过程或在某一方 面没有使用价值而言的，而并非在一切过程或一切方面都没有使用价值。某一过程的废弃物，往 往是另一过程的原料，如垃圾中可降解有机废物，包括厨余物、医院废物和农贸市场废物等，是 生产有机肥料的上好原料【4 l 。 城市生活垃圾采用填埋、焚烧和堆肥处理都有它们各自的优点，但也有不可回避的缺点。如 垃圾中的塑料不易降解，焚烧容易产生有毒气体【3 4 i 。解决的办法就是对城市生活垃圾分类收集后， 用垃圾破碎和分选技术再生大部分有用的物质( 占5 0 8 0 ) ，然后才将剩余部分不能回收的物 质( 占5 0 2 0 ) 分别送去填埋、焚烧或堆肥等( 如图卜2 所示) 。这样能最大限度的将城市生 活垃圾做到无害化、减量化和再资源化，并且，协省大量资金。通过手拣、粉碎、筛分、分离、 9 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 脱水等方法，可以从垃圾中回收有用物质，不仅减轻环境污染而且可以有较高的经济效益。1 9 8 4 年，我国回收有价废品的收购总额就已经达到4 0 多亿元，净利润2 亿元。北京1 9 8 4 年居民废品 交售额为3 0 3 0 万元吼 图1 - 2 城市生活垃圾资源化技术框图1 4 1 要实现城市生活垃圾的资源化，降低生活垃圾对环境的负面影响，则不论城市生活垃圾的填 埋、焚烧或堆肥处理，都必须要有预处理，也就是对生活垃圾按可回收物质、有机物质和无机物 质分类收集和运送，分类处理和利用。特别对于我国目前垃圾大部分混合收集的状况，更要求在 垃圾进一步处理时候进行预处理，也就是进行垃圾破碎和分选。 生活垃圾分选是实现垃圾资源化、减量化的重要手段i l j 。由于城市垃圾各种成分性质不一及 其回收操作方法的多样性，因此在垃圾的资源化、能源化和综合利用方面，分选是重要操作之一。 通过分选可以将有用的物质分选出来加以回收再利用，将有害的物质分离出来等待后续处理；也 可以把垃圾按照粒度级别的不同进行初步分离。分选的基本原理是利用物料的某些性质方面的差 异，将其分选开。例如利用垃圾的磁性和非磁性差别进行分离：利用粒径尺寸差别进行分离；利 用比重差别进行分离等。城市生活垃圾是一种特殊的混合物成分构成复杂，性质不一。其性质 受到垃圾产生地的地理位置、气候条件、社会经济水平、居民消费水平、生活习惯及能源结构等 诸多因素影响。其分类方法也很多。按其物性，分为有机物和无机物：按其危害状况，分为有毒 有害废物和一般飞舞；按不同处理方法，可分为可燃物和不可燃物，可堆肥物和不可堆肥物，可 回收物和不可回收物。 随着经济的发展，我国目前垃圾产量增多，而且处理方式还比较落后。由于我国垃圾多采用 混合收集，对垃圾的后处理带来许多不便，因此对垃圾分选机械的需求很大，但我国垃圾分选机 的研究仅仅处于起步阶段，目前国内只有少量的使用，大部分分选还是采用人工分选的方法。 因此，设计出一种符合我国国情的生活垃圾分选机械，对混合垃圾进行分类分选，可以减轻 人：l 二的劳动强度和工作条件，有利于对垃圾进行分类处理，更好的保护环境和节约资源，使垃圾 得到更加合理和充分的利用和处理。 1 0 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 垃圾分选机研究的意义 垃圾是资源，它具各被资源化利用的潜力。城市生活垃圾资源化是将废物变无用为有用，变 有害为有利，变一用为多用。通过分选对垃圾进行分类，可以对城市垃圾进行利用与回收，不仅 可以维护公共卫生，防_ l l 环境污染，还可以节约材料，废物利用，为国家增加财富。垃圾资源化 不论是在保护资源，节约能源方面，还是在防治污染和保护环境方面都有重要意义。 随着经济发展，城市生活垃圾越来越多，成分越来越复杂，处理难度也就越来越大。目前， 世界各国都面临着城市垃圾处理难，处理过程中破坏生态环境的问题。 我国改革开放以来，城市数目和城市人口数量都有了很大的发展，人民的生活水平也有了很 大提高。同时，作为城市公害的生活垃圾发生量及其组成也有了很大变化。如何更好的处理城市 生活垃圾，实现垃圾无害化、减量化和再资源化，消除城市生活垃圾的污染已成为我国必须解决 的重大问题。 根据北京市抽样调查显示，城市生活垃圾( 湿基) 中有机垃圾( 厨余、果皮) 占4 4 左右， 废纸张、废塑料和废金属等可回收利用垃圾约占3 7 左右。在生活垃圾中，体积的8 0 、重量的 1 7 是包装物1 1 ”。经过分选，这些都是可以综合回收利用的物质。 如何更好的处理垃圾，在维护城市卫生的同时更好的保护生态环境，已经成为一大课题。虽 然一直在提倡把垃圾变废为宝，但是由于垃圾的实际利用价值相对较低和处理相对复杂，成本高， 而且由于当时城市人口相对较少，垃圾量相对较少，一般都是作直接填埋处理。我国在上个世纪 九十年代才开始对垃圾处理机械进行研究，真正系统性研究还是近几年才开始。由于投入和重视 不足，与国外相比，研究还处于初级阶段。 目前我国垃圾围城现象仍然较严重，白色污染问题突出。废塑料制品对环境的污染一直是个 严重的问题。美国利用废旧塑料回炉生产与利用新原料相比，节省能源8 5 一9 0 ，并获取了可观 的热能。德国不仅开发“再循环原浆”技术回收多种废塑料，还使用废塑料在高温高压下发生氢 化作用，将塑料还原成原油i l 。 我国城市垃圾清运量迅速增长，迫切需要对目前的混合垃圾进行分选。通过分选从垃圾中回 收废纸张、废塑料、废金属等，不但可减少垃圾运输量和处理量，而且还节约了资源。这对于我 国目前资源和能源需求巨大的情况，无疑是有积极的意义。在处理过程中将废物转化为资源，如 垃圾制陶粒、垃圾制纤维板、垃圾制刨花板等，减少了垃圾填埋量和焚烧量，还对自然环境和我 们的居住环境起到了保护作用。 生活垃圾运到垃圾处理厂，首先进行机械分选，把金属、玻璃、塑料、纺织品、木材、纸张 等可直接回收的和电池、荧光灯管、药瓶等有害物品分类处理，剩下的基本上都是厨房垃圾，对 其进行生物发酵，用大圆筒筛分出租细颗粒，粗的粉碎，细的加工，制成细粉，制成有机肥，或 加入氮、磷、钾等营养元素，制成复合肥。而垃圾加工过程中的渗沥水经处理，又是无土栽培最 好的肥料。 生活垃圾分选机在城市生活垃圾处理中起着举足轻重的作用，新技术在垃圾分选机上的应用 大大的提高了设各的工作效率及生产能力，从而使得城市生活垃圾综合处理的工艺性和处理能力 得以发展，而其主流没蒉及核心技术均为国外厂商所掌握，引进国外先进技术及加强自身科研能 力已成为当务之急，从而提高我国垃圾综合处理的能力与水平。 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 1 6 研究的主要内容和方法 采用a u t o c a d 完成设计图纸 图卜3 垃圾分选机的设计流程 通过调查和研究，掌握了垃圾圆筒筛分选机的设计相关资料。作为一种分选机，城市生活垃 圾圆筒筛分选机的结构和其他类型的分选机有许多相似的地方，而且目前已有国内外的垃圾分选 机的资料，在设计中都可以借鉴。 垃圾分选机属于一种垃圾预处理机械，通过分选达到垃圾的分类处理与应用。本课题研究的 内容为城市生活垃圾分选机的设计与研究。根据已有资料的研究，设计出一台用于分选城市生活 垃圾的机械设备。本设计的垃圾分选机采用圆筒筛作为分选的方式，主要是根据物理尺寸的大小 对垃圾物料进行分选。 主要研究内容有以下几个方面( 如图1 3 所示) 。 ( 1 ) 通过调查研究，确定垃圾分选机的筛分类型。并确定垃圾分选机的基本参数。 1 2 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 对已有的设计参数对比分析找出圆筒式筛分选机械的优缺点，并对垃圾分选机的应 用进行可行性分析。 ( 3 ) 通过研究国内外已有的设计经验，设计出城市生活垃圾圆筒筛分选机。主要内容有根 据进料垃圾的特性，确定进料的速度，控制垃圾在筛筒内停留时间，确定筛筒的尺寸( 直径和长 度) ，通过垃圾各种物料的尺寸大小确定筛孔的形状和尺寸，并在结构设计上防止筛分过程中垃 圾在筛筒内缠绕和堵塞。 ( 4 ) 用a u t o c a d 绘制工程图，根据工程图用p r o e 进行三维模拟装配。 ( 5 ) 对生活垃圾圆筒筛分选机进行各方检奁和验证，通过优化设计强化其有利的方面，避 免不利的因素。 ( 6 ) 通过生活垃圾样本，对圆筒筛式垃圾分选机的分选效果进行试验，验证设备是否设计 合理，能否达到设计要求。通过试验改进各个参数的设计。主要对筛筒的工作转速和筛孔结构和 大小作进一步改进。 1 7 本章小节 本章分析了国内外城市生活垃圾的产生历史和现有状况，并分析了多种城市生活垃圾分选设 备的性能特点，在此基础上，针对我国目前经济和社会发展的需要，确立了本课题的研究内容与 方法。 】3 中国农业大学硕士学位论文第二章垃圾分选机的可行性分析 第二章垃圾分选机的前期研究 分选处理是一种广泛应用的垃圾资源化处理技术。城市垃圾中存在一定量的可直接回收利用 的成分。通过分选，可使这些有用成分得到回收利用。这样不但可以减少资源浪费，而且可以减 少后续处理工序的进料量，提高后续处理技术的适应性和有效性。 城市生活垃圾圆筒筛分选机的研究是在分析我国当前城市生活垃圾处理的一系列问题并结 合我国经济和社会发展的基础上提出来的。其基本方法就是参考现有的国外垃圾分选设备和国内 其他种类分选设备的基础上，设计一种经济适用的垃圾分选机。本章主要从技术可行、经济和社 会效益等方面分析城市生活垃圾圆筒筛分选机的可行性。 2 1 几种垃圾分选机类型的介绍 垃圾的分选是根据垃圾各成分粒度、密度、磁性、电特性、光电性、摩擦性、弹性以及表面 湿润性的不同而进行分选。可分为筛分( 选) 、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、弹 性分选、浮选等【1 q3 ”。下面就几种主要的分选方式进行简单介绍。 2 1 1 筛分 垃圾通过筛面按粒度大小分成不同粒级的作业称为垃圾筛分，小于筛孔的细粒物料透过筛 面，而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上。筛分机械的种类繁多，其分类方法也较多【1 7 1 。如按结 构、工作原理大体可分为以下几种。 表2 1 筛分机的分类 其中最适台筛分垃圾的是圆筒筛、滚轴筛、摇摆筛和振动筛几种。粒度小于筛孔尺寸3 4 的 颗粒，很容易通过粗粒形成的间隙到达筛面而透筛；粒度大于筛孔尺寸3 4 的颗粒，很难通过粗 粒形成的间隙，而且粒度越接近筛孔尺寸就越难透筛忆 4 中国农业大学硕士学位论文 第二章垃圾分选机的可行性分析 a 盘筛的筛面布置 图2 - 1 德国s m3 1 8e 圆筒筛式垃圾分选机p s i b 工作中的盘筛分选机 图2 2 德国e u r e c - d s k 盘筛垃圾分选机i 驯 筛分机械的筛分过程进行得是否完善，一般用筛分效率来评定。筛分效率的高低往往受到 多种因素影响。主要受到物料性质、设备性能和操作管理因素的影响。从理论上讲，小于筛孔的 物料，应全部通过筛孔，但实际上不可能全部透筛的，