（环境工程专业论文）城市生活垃圾破碎筛分设备工艺研究.pdf

昆i j ：| 理t 人学坝i ? 学位论义 摘要 摘要 本论文研究的对象是城市生活垃圾预处理设备及工艺参数。通过对城市生活 垃圾特点、性能以及处理利用情况的各方面分析，使用相关理论知识，设计并制 造城市生活垃圾预处理设备，即计算、设计和制造一台具有选择性的可逆锤式破 碎机，以及一台垃圾滚筒筛。 原生城市生活垃圾进入可逆锤式破碎机，脆性的、硬度小的垃圾组分得到破 碎。经过破碎后，减小了尺寸并均匀化的垃圾进入筛分工序，该工序把垃圾按颗 粒大小进行分选，得到一部分可用于堆肥的垃圾和另一部分可以再分选的垃圾， 为后续资源化的垃圾处理打下了基础。 使用原生城市生活垃圾进行破砰与筛分作业，研究影响可堆肥破碎筛分率的 设备工艺参数，并确定相对较佳的工艺参数配置，为城市生活垃圾的破碎与分选 设备的工程化发展，提供设计、制造及工艺方面的参考。 同时，进行了城市生活垃圾资源化处理工艺的前期研究，为垃圾资源化的进 一步处理，提供了试验设备配置及工艺流程。 关键词：城市生活垃圾破碎与筛分工艺参数 茧望篓互叁鲎堡1 ：竺塾笙兰垒! ! ! 登! ! 一一 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，a s t h em a i n s u b j e c t ，p r e p a r a t o r y t r e a t m e n t e q u i p m e n t a n di t s p a r a m e t e rw e r es t u d i e d a c c o r d i n gt op r o p e r t i e s o fu r b a nr e f u s ea n di t st r e a t m e n t t e c h n i q u e s ，a sw e l la ss o m er e f e r e n c e ，m a c h i n e so f r e f u s ep r e p a r a t o r yt r e a t m e n tw e r e d e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e d i ti n c l u d e sac r u s h e ra n d ac y l i n d e rs e p a r a t o r 。 t h eu r b a nr e f u s eo fb r i t t l e n e s so rl o wh a r d n e s sw a sb r o k e na f t e ri tw a sp u ti n t o t h ec r u s h e r t h e n ，i t ss i z ew a sr e d u c e d ，a n di tw a ss u i t a b l et ob es o r t e d t h e n ，i tw a s c o n v e y e dt on e x tp r o c e s sf o rf u r t h e rt r e a t m e n t 。a c c o r d i n gt o i t ss i z e 。a f t e rs o r t i n g ， s o m er e f u s ew e r e c o m p o s t e d ，o t h e r sc o n t i n u e d t ob es o r t e d a g a i nf o rr e a l i z i n g r e s o u r c er e c o v e r y b ym e a n so fs e p a r a t i n ga n db r e a k i n go r i g i n a lu r b a nr e f u s e 。t h ei n f l u e n c ef a c t o r s o ft h ee f f i c i e n c yi ns e p a r a t i n ga n db r e a k i n gw e r es t u d i e d t h ep r o p e rt e c t m o l o g i c a l p a r a m e t e r sw e r eg a i n e d i ti s ag o o dr e f e r e n c ef o rt h ed e v e l o p m e n to f e q u i p m e n ti n u r b a nr e f u s e b r e a k i n g a n d s c r e e n i n g ，a s w e l la st h e e q u i p m e n to fd e s i g n i n g 、 m a n u f a c t u r i n ga n dt e c h n o l o g y a tt h es a m et i m e ，i tw a s p r e p a r a t o r i l ys t u d i e da b o u tt h er e c y c l i n ga n dr e c o v e r i n g u s e f u lw a s t ei nt h ep r o c e s so fu r b a nr e f u s et r e a t m e n t ，w h i c hi sag o o dr e f e r e n c ef o r h o wt os e l e c tm a c h i n e sa n d t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so nt h ee x p e r i m e n t so fu r b a nr e f u s e t r e a t m e n t k e y w a r d s ：u r b a nr e f u s e s o r t i n ga n db r e a k i n gt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r l l 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或我 个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：孤椽丈 日 期：2 0 0 4 # 4 月夕日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以呆用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名论文作者签名：毯选交 垦型些! = ! = ；兰堡上堂竺堡兰曼二! l 童l 上蔓一 第一章绪论 1 1 城市生活垃圾简介 1 1 1 城市生活垃圾国内外概况0 1 , 7 , 1 垃圾是伴随人类生活和生产而产生的，据统计资料表明，目前全世界一年产 生的垃圾已逾1 0 0 亿吨，人均达到两吨左右。每个国家垃圾的人均产生量 k g ( 人d ) 是不同的，具体如下表： 表1 1 垃圾的产生状况与收入水平的关系 参数低收入国家中等收入国家发达国家 人均m s w 产生量 k g ( 人d ) 】 0 4 o 6o 5 o 9o 7 1 8 组成( ) ：纸类 21 43 1 金属 2 28 塑料 21 l8 玻璃 4 21 0 织物、橡胶、皮革、竹木 71 45 厨余 6 04 72 5 其他 2 2l o1 3 含水率( ) 4 0 8 0 4 0 6 02 0 3 0 在我国，一个5 0 万人口的中等城市。每天可产生1 0 0 吨生活垃圾，加上建 筑垃圾和工业垃圾，每日垃圾产生量不低于1 5 0 吨。另一方面，我国城市垃圾成 分复杂，从近几年的趋势看：我国城市垃圾的有机物含量上升，而无机物含量呈 下降的趋势，这为城市垃圾资源化分选提供了有利的条件。下面是几个城市垃圾 的组分( 湿基) 如下表( ) ： 6 】 表1 2 不同城市的垃圾组分 城分厨灰砖纸塑织玻金 木 矩 城 余土瓦类料物璃属竹份 北京4 4 159 6o 8 81 4 2 8l3 6 12 0 2 6 3 41 177 4 72 0 0 0 上海6 7 3 31 3 78 7 71 3 4 81 9 05 15o 7 31 2 71 9 9 8 广州6 9 9 73 8 66 3 91 7 5 44 3 l3 0 1o 7 92 4 31 9 9 7 星型型i 查堂堡主：兰竺丝墨笙二至堑笙 垃圾量的不断增加及其对生态环境所造成的威胁，已给人类带来了极大的不 安。面对世界性的公害，各国都在谋求解决垃圾的具体有效的措施。其中控制城 市生活垃圾已成为各国政府的一项重要工作，摆上了议事同程。国外控制城市生 活垃圾的措施，概括起来主要有： ( 1 ) 法律控制。一是课税法。征收垃圾税，尤其对塑料制品和一次性器具等 加重征税的国家越来越多。欧盟各国对塑料袋、除锈剂等造成污染的物品都征收 环境税。二是罚款法。法国对垃圾的处理规定：将任何类型的废物、废料等垃圾 乱丢到公共地方或不属于自己和没有租用权的私人地方的人，给予较大数额的罚 款，甚至处两个月至两年的监禁。三是禁用法。美囡目前已有近半数卅的法律禁 止使用，所有不能分解和还原处理或不能回收利用的产品包装；韩国政府1 9 9 4 年8 月宣布，禁止使用一次性的木筷、水杯、牙刷等用品。四是惩处法。加拿大 的法律规定较特殊，违禁在街上扔弃废物者，必须拾起所丢弃的废弃物，还要在 街上捡拾一定数量的垃圾抵罪。 ( 2 ) 回收利用。美国已有1 2 个州及首都华盛顿特区的法律规定，各报社必须 使用含有一定比例的再生纸印刷报纸。以促进废物回收再利用，减少垃圾产量。 德国人为便于垃圾回收处理，养成了分类倾倒习惯，以r 常倒垃圾为例：数量稍 多的废纸需送到专门收集纸类的大箱里去，玻璃瓶需送到专收处，剩下的才倒入 黑色的普通垃圾捅。 ( 3 ) 收费制约。美国人浪费成习，不少地方垃圾堆积如山，处理垃圾的费用 也一天比一天高，成为许多地方的难题。不久前纽约市实行一项“付钱丢垃圾” 的制度，即由政府出售垃圾票，用户买来贴在垃圾袋上，清洁工收垃圾时，只收 贴有垃圾票的垃圾袋，谁丢的垃圾多，谁就要多付钱。 ( 4 ) 绿色交易。在巴西的库里蒂巴市，1 9 9 1 年起由市政府出面，组织居民用 捡来的袋装垃圾进行“绿色交换”。同时一些超级市场也开辟有废品回收专柜，废 品可当作货币换回生活必需品。学生背着书包上学的同时也带着袋装废品交给学 校，校方则免费为学生提供午餐中的副食。这一措施除实现了扶贫帮困的社会政 策、节约了市政府垃圾处理费用的财政开支外，还美化了市容。 1 1 2 城市生活垃圾处理状况1 3 , 4 l ， 当前世界各国在努力实现城市垃圾处理无害化、减员化的同时，更加重视垃 圾处理的资源化。垃圾的资源化的意义就是对其中有用的物质及能量加以回收利 2 垦型些! 查堂堡! = 堂些丝竺 塑二矍堕堡 用的同时，使其无用部分达到无害化、减量化。这样不仅可以提高社会效益，做 到物尽其用，并取得一定的经济效益，同时达到环境保护的目的。垃圾资源化处 理是社会可持续发展的重要保障。现行生活垃圾处理办法如下： ( 1 ) 卫生填埋处理 目前，卫生垃圾填埋技术在世界各国得到广泛采用。卫生填埋法是采用底层 防渗，垃圾分层填埋，压实后顶层覆盖土层，使垃圾在厌氧条件下发酵，以达到 无害化处理。只要合理调度，操作机械化，可以大大减少处理费用。然而在我国， 目前填埋作业不规范、填埋技术水平低，使得填埋场渗漏污水、土壤污染相当严 重，再加上填埋场地的选择越来越困难，同时该法埋掉了大量可利用物，填埋法 作为垃圾最终处理技术的地位已经大大减弱。卫生填埋存在着技术上难以克服的 3 个方面的问题： 需要大量的填埋场地。 填埋过程中产生大量ch4 等温室效应气体。城市垃圾中的有机物在填埋 之后，在微生物好氧和厌氧的分解作用下，产生大量的co2 和c h 4 等气体。当 ch 4 在大气中与空气混合到5 一l5 的浓度时会引起爆炸，而且还会造成大气 污染。 垃圾有机成分降解过程中，产生大量渗滤液。由于降水下渗和有机垃圾 的分解发酵，都会产生渗滤液。而这种污水为高浓度的有机污染废水，处理难度 非常大。在美国、德国和英国，由于垃圾渗滤液的污染，分别至少有i 万个、4 万个和2 千个填埋场急需处理。特别是在北美地区，竟然有2 的地下水含水层 受到了垃圾渗滤液的污染。因此。在一些发达国家，特别是日本、瑞士和德国等 国家，由于受到填埋场地的制约，近年来城市垃圾卫生填埋技术在这些国家的应 用比例逐渐下降。但是，卫生填埋仍然是一种保护环境免受二次污染的垃圾处旨 方法，可以直接处理生活垃圾，也可以处置焚烧或生化处理的残渣。因此，作为 垃圾的最终处理手段，卫生填埋是不可缺少的组成部分。 另外，不管采用何种工艺技术处理城市生活垃圾，最终都还含有一定数量的 残渣( 包括无机物和不易燃烧物) ，需做最终处理，其办法是填埋，填埋法将与垃 圾处理长期共存。但卫生填埋处理的垃圾应该是经过资源化、减景化之后的垃圾， 即进行综合处理后的垃圾残余物。这样，技术上容易实现，经济上比较合理。 ( 2 ) 堆肥技术 生化处理可分为好氧生化处理和厌氧生化处理两种主要方法。堆肥法是较多 3 垦型型：! ：点兰型! 鲎篁丝些篓= 童堕丝 采薅瓣处理骞撬物熬方法。筵法剥矮徽垒秘对垃圾中兹毒爨躲遴牙戴落分解，在 高温下进行无害化处理，并能产生有机肥料。由于发展中国家的城市娥圾可利用 物魏鬣、毒、金疆、塑籽等大部分被久拣走，黍l 下豹有丰a 耪成分铰多，逶合难耱； 再加上政府大力支持垃圾堆肥技术，堆肥销售有市场，因而堆肥法在发展中豳家 院较受欢逮。僵这辩堆艏法堆耱溺帮长，占氇露积大，翌生条俘差，黼时由于堆 肥前没有分拣干狰垃圾中的金属、玻璃、翅料等杂物，堆肥质撵的安全性难以保 证，猩成本、肥效上都难以与化肥竞争。豳此，堆肥法只有与分选方法耜结合， 与其它方法( 填埋、焚烧等) 楣配合，堆肥才是一种有翦逸的垃圾处理按本。 ( 3 ) 焚烧法 焚烧处璩是指农高温翁传下，垃圾中的可燃藏分与空气中豹氧遴露化学菠 应放出热墩转化成高温的燃烧气和量少而稳定的固体残渣，同时杀灭病毒细 蓥豹方法。傻点是憝显著蟪溅骞、苓省填墁凌空潮，霹叛进牙余熬西渡秽羁或发 电。 蘩次，蟪教魏焚烧奁予簸瑾量大、躐篷性努、无害能裙底，并存熬髓霞浚， 因此成为各国较普遍采用的种垃圾处理技术。但是垃墩焚烧仍然存猩不少限制 嚣素。酱为竣圾成分复杂，稳定径差，瓢褥造成焚姥酶不稳定瞧，葶致焚浇产生 的烟气中，禽有大爨环境污染物。另外，不是任何垃圾都可以焚烧，通常要求低 位燕德大于4 1 2 7 k j k g 。秘其次，焚癀处理垃圾产生废气成分复杂，治理有一定 的难度，并可造成二次污染。为此，英国、德国和美国商褶当一部分环境工稷专 家反对：对垃圾进行焚烧处理。 另外，焚烧处瑗麴设蚤费用和运行费爆嘉，焚烧处理系统豹运幸亍赞理要求按 术水平高。焚烧是销毁垃圾，利用热能的种垃圾处理技术。只有那些不能回收 躲凌务携，袋穗焚烧处理才建辩学、会理戆。 ( 4 ) 垃圾综合处理i s , 6 竣教练会弱霸憝实现楚圾资添纯、藏受鹱二魏鬟要手段。综会澍鼹懿方法鸯许 多，主要分为以下四种形式：再利用：原料樽利用；化学再利用；热综 合稠舔。在绞缓签毽避程中，应该浆敬稽施迸车亍废物豹综合藉溺，良达鲻垃圾的 减量化、保护环境、节约资源和能源的目的。 圈内城市生活垃圾，目前采用单一处璎方法艟多，繇一种簸理方法只是对垃 圾中一种或几种组分有效，瓶对其它组分常常不起作用。为了发挥某一独方法黝 优点，避开缺点，采用多种方法联合处理，是实现垃圾处理资源化、减量化、无 4 垦婴型工盔兰堕! ：堂些堡兰笙二主堕丝 害化的根本保证。而垃圾分选是实现垃圾综合处理的前提。垃圾不分选，就不能 将这种复杂的混台物分成若干组分，分而治之。例如分选出易腐有机物用堆肥法 处理；纸、布、塑料、金属等废品则可回收循环利用；无法回收的可燃物则采用 焚烧处理，并且回收热能，而石块、焚烧残渣等可用作建材或填埋处理。垃圾分 选通常有人工和机械分选两种： 垃圾机械分选。对于产量大，成分复杂的垃圾，采用机械分选设备可以 大大降低人工分拣的作业强度。机械分选技术是依据垃圾中组分的物理性质差异。 如密度、颗粒大小、磁化率、光电性质等，利用这种性质差异，选用适当的设备， 可将垃圾分成性质相近的若干类。由于资金和技术等方面的一些原因，我国垃圾 分选设备的开发利用较晚，垃圾处理厂多是人工分拣，垃圾分拣的作业强度与难 度较大，是制约垃圾综合处理的一个重要因素。因此，开发适合我国国情的垃圾 分选设备是当务之急，对实行我国垃圾处理的减量化、资源化、无害化处理有重 要意义。 垃圾人工分类收集。国外多数发达国家和地区都己实行垃圾的分类收集。 德国、闩本、瑞士等国的垃圾分类收集并形成制度。居民生活垃圾一般在家庭完 成分类，由居民自行分别投放到临近的分类收集容器或收集点。在日本，按照可 燃垃圾、不燃烧垃圾和粗大垃圾分别收集的城市有1 2 2 座，德国居民区则有黑、 黄、蓝色三种塑料桶，分别装不同种类的垃圾。 目前，由于我国垃圾机械分选技术与设备的研制仍不成熟，实现垃圾的分选， 主要靠人工分拣。可以借鉴国外先进经验与做法，强化垃圾的分类收集。可根据 垃圾处理的方法和处理系统设施构成来确定垃圾分类收集的类别，若有堆肥设施 存在可将厨余垃圾分开收集；若有焚烧处理设施、则可把可燃物与不燃物分开； 若考虑废品回收，则可将废品分为一类。要实现垃圾的分类收集，关键是要强化 广大市民的垃圾分类意识，让广大市民参与垃圾分类，以降低垃圾人工分选的作 业强度。 生活垃圾是人类在生活过程中产生的生活废弃物，它的处理是一个复杂的过 程。如以系统化的观点来研究城市生活垃圾的处理，则要对其产生、收集、处理 处置等进行全面研究，并采用一定的模块化的垃圾处理方式。对于垃圾综合处理， 垃圾的产生量和成分是垃圾处理的基础数据，具体分析如下： 生活垃圾的产生量是直接影响到垃圾处理系统从收集、清运到最终处置 的关键数据，是确定垃圾处理规模的依据。生活垃圾的产量受城市规模( 城市人 s 垦型型王查堂塑：! ：兰垡堡兰 一一一笙二童堕笙一 口数量和城市面积) 、经济发展水平、消费模式、城市类型、建筑垃圾、生活习惯 等诸多因素的影响。并且，由于城市数量的增加，城市人口的不断增多，导致城 市生活垃圾的逐年增加，设计和建设垃圾处理系统需要考虑大中型城市的垃圾每 年6 1 0 增长率。以便为垃圾综合处理的设计留有余地。据统计，全国垃圾产 生量f 以清运量计) t 2 0 ： 表1 3 不同年份全国垃圾产生量 统计统计城市非农业人城市清扫面积城市垃圾清运量 年份城市数( 万人)( 万m 2 )( 万t a ) 1 9 8 73 7 l1 2 8 9 3 15 1 1 4 1 5 3 9 7 7 1 9 8 84 2 41 3 9 6 9 ，55 8 8 7 65 7 5 1 3 1 9 8 94 4 11 4 3 7 7 76 4 7 0 86 2 9 1 4 1 9 9 04 5 51 4 7 5 2 16 9 1 9 86 7 6 6 8 1 9 9 l4 7 31 4 9 2 1 o7 8 2 5 17 6 3 6 0 1 9 9 35 5 31 6 5 5 0 19 2 4 l o 8 7 9 l 1 9 9 56 3 318 4 9 0 01 1 1 0 4 01 0 6 7 1 1 9 9 66 6 62 0 7 3 9 o1 2 2 7 8 8 31 0 8 2 5 4 生活垃圾成分是决定采用什么样的工艺进行处理处置的重要依据，是垃 圾综合处理的设计依据。影响城市生活垃圾成分的因素较多，主要包括城市规模、 经济发展水平、能源结构、废品回收利用情况、地理环境等。近几年，随着生活 水平的提高，垃圾中有机成分逐年增多，无机成分逐渐减少。 表1 4 城市生活垃圾组成成9 ( o o ) t 1 6 】 有机物无机物可回收物 年份厨纸塑织竹果金玻渣纸塑织竹会玻其他 余类料物未皮属璃石类料物木属璃 1 9 9 15 5 23 3 8 51 4 7 21 9 2 3 1 9 9 2 5 8 6 43 3 1515 2 91 5 9 8 1 9 9 3 5 8 4 43 4 4 81 7 3 21 4 1 3 1 9 9 4 6 0 0 23 2 4 91 7 3 6l5 9 4 1 9 9 5 6 1 2 53 1 5 318 6 4 1 2 9 1 1 9 9 6 6 3 3 42 9 7 41 9 4 81 2 _ 8 2 6 垦塑型! 叁堂堡：! ：兰垡堡兰 塑二! 堕笙 1 1 3 城市生活垃圾处理需要达到的目标 垃圾的“三化”处理原则是垃圾处理必须达到的战略目标。为了实施可持续 发展战略，根据中国2 1 世纪议程，中国城市生活垃圾处理的目标可归纳为“三 化”，即无害化、减量化、资源化。经过许多实践垃圾处理目标较好的实现顺 序应该是：减量化、资源化、无害化。减量化是使生活垃圾减小体积、减轻重量 的一系列处理过程。首先要抓好生活垃圾产生源头的减量化，大大降低后续处理 成本。这是治本性质的措施，应成为生活垃圾处理可持续发展战略的着眼点。资 源化是使生活垃圾转化为资源或能源的一系列处理过程，应把垃圾看作一种资源， 尽可能回收利用其中的资源和能源，变废为宝，同时获得一定的经济效益。无害 化是使生活垃圾中的有毒有害成分达到不危害人类生存和发展环境的一系列处理 过程，是垃圾处理的基本要求，无论采用何种处理方式，都应该实现垃圾的无害 化。而垃圾的处理方式则是实现垃圾处理处置的重要手段。对城市生活垃圾进行 卫生填埋、生化处理、焚烧等的同时，还必须进行废物综合利用。此外，有毒有 害物质最好单独收集、专门处理。另外，还需利用生物化学方法，这是一种资源 化的处理城市生活垃圾的方法，可以将垃圾中的有机物变为肥料、饲料和能源， 满足资源再生利用的要求，符合可持续发展的观点。 从处理方式来看，要想达到最佳的“三化”处理效果，就要按垃圾组分的不 同性质和特点分别采取相应的处置措施。这就要求在垃圾处理以前要对其进行适 当的预处理。预处理可以在收集时实现，即分类收集：也可以在处理厂实现，即 集中分选。工厂化分选需要投入很大的人力、物力、财力，且分选后的组分一般 都含有其它杂质，使最终产品( 如堆肥) 难以达到较高的质量。而分类收集有以 下好处：提高垃圾资源化利用率，保护自然资源。减少垃圾的处理处置量， 提高垃圾处理处置效果。分类收集的垃圾易于无害化处理，能减轻对环境的污 染。部分垃圾被再生利用，可节省开支，增加收入。垃圾资源化与分类收集的 关系密不可分。垃圾的分类收集，可以最大程度上实现垃圾的减量化和资源化， 是发展的目标和趋势。回收利用是减量化、资源化的重要手段，各城市应采取措 施加大废品回收利用的力度，特别应加大对有毒有害物质如电池、废旧电器的回 收和处置，减少对环境造成污染，最大化地实现资源的再生利用。相应带来的垃 圾减量化可大大减少后续处理成本。但鉴于目前国内的实际情况，一方面要加强 对垃圾分类收集的重视：另一方面对混合垃圾的处理技术需要进一步提高。才能 有效地实现垃圾的无害化、减量化、资源化。 7 垦i 坐些王叁兰塑! ：兰垡笙苎 笙= 翌堑堕 1 2 城市生活垃圾资源化问题研究 1 2 1 国外城市生活垃圾预处理及资源化o j 美国是一个经济发达且生活水平高的国家，同时产生的垃圾也较多，其垃圾 的发热值高达1 2 m j k g 以上，他们现在垃圾焚烧的重点是提高热能利用率。1 9 9 5 年就有垃圾焚烧发电站1 2 1 座，装机共3 2 6 万k w ，平均每吨垃圾发电为6 6 0 k w h ， 这除了垃圾发热量高的因素外，还得益于将垃圾进行预处理后，可燃物经过粗加 工后成为固形燃料，其发热量可达2 0 m j k g ，既便于运输，又可合理燃烧和减少 污染物的排放。这种以废物为主的固性燃料已经标准化和系列化。加拿大和美国 条件相似，但土地更为广阔，故发展垃圾焚烧的速度不快，近年来从垃圾环保和 生态农业出发，更加禁止对有毒废物以外的垃圾进行焚烧处理。他们的处理方法 是首先对垃圾进行预处理，先以尺寸分类，并分离出其中的玻璃、塑料、金属、 纸、御等可再生利用部分，选出不便再生的可燃部分由锅炉燃烧供热，其余部分 粉碎后供堆肥用。德国解决垃圾处理的方法是：从源头上进行预处理分类并控制 垃圾量，1 9 9 6 年颁布了“循环经济法”，按物资应在消费和生产中循环使用的原 则，强化了废品的分类收集和有效利用，到1 9 9 8 年，城市垃圾利用率已达3 0 ， 产业废物利用率已达5 9 。r 本从节约资源、减少垃圾量出发，于1 9 9 5 年颁布 了“包装容器再生法”，1 9 9 8 年颁布了“家用电器再生法”，通过对这些垃圾进行 拆卸、分类等预处理，推进了城市垃圾的资源化。 1 2 2 我国城市生活垃圾资源化存在的问题 近年来，我国的城市生活垃圾资源化技术取得了快速发展，用生活垃圾进行 焚烧发电、堆制有机复合肥、制砖、塑料再生、制作高级建筑人造板、油化技术 等已应用于多个省市，但这些技术的应用由于缺少有效的垃圾预处理手段，从而 也影响了它的大力推广应用。近几年来，由于我国大部份地区垃圾热值较低，高 温堆肥就成为垃圾资源化的重要途径。但是，在人们对垃圾堆肥容易造成对土地 和农作物的影响缺乏下确认识和了解的情况下，盲目推广堆肥技术，其后果是十 分可怕的。其次，还出于堆肥处理效率低。容易产生恶臭，工艺条件难以控制， 肥效低，且进场垃圾成分由于缺少有效的垃圾预处理手段，致使肥料中包含大量 的碎塑料和重会属，导致堆肥产品质量难以把握，容易对农作物产生污染。再加 上盲目引进外国设备，或者国产设备不过关，造成了大量低劣肥料卖不出去甚至 再拉回填埋场进行填埋的局面，所以堆肥前要采用有效的垃圾预处理手段，并根 r 昆删理_ t 大学硕卜学位论文 第一荦绪论 据各地的情况适量进行，产品销售也需要有较好的市场机制配合。 许多城市对垃圾焚烧发电十分感兴趣，因为从表面上看：既可对大量的垃圾 进行减量的同时，又能产生大量的电力资源，但由于我国大部份地区垃圾热值较 低且组成成分复杂，往往需要添加较大比例的煤或油进行助燃，所以发电的经济 效益并不好，如果没有政府的财政补贴。很难维持长期运行的局面，再者燃烧垃 圾后二恶英的污染隐患十分严重，尾气处理成本高也是困扰垃圾焚烧发电这一技 术发展的一大难题。解决这一问题的关键也是通过将垃圾进行预处理，分离出可 燃物再进行燃烧发电，同时也将燃烧后易产生二恶英的含氯塑料去掉，这样既提 高了垃圾的热值，又消除了二次污染问题。 1 2 3 垃圾预处理对垃圾资源化的重要性 在分析国内外城市生活垃圾资源化技术的基础上，结合我国的垃圾组成特性 的实际情况，较好的方法是：将垃圾预处理和实际的垃圾资源化方式有机的结合 起来，才能克服垃圾组成多变的特性，从而提高垃圾资源化的效率。对垃圾处理 前进行有效的预处理，不仅可以减少垃圾处理量，而且可以回收部分资源性物质。 垃圾预处理是根据垃圾处理时的实际需要将垃圾分成不同种类，从而提高处理的 效果。根据不同的需要，可以利用筛选、重选、磁选、电选、浮选、光电分选等 不同手段。如筛选是让垃圾进入滚筒筛，小尺寸的筛出物( 一般小于l8 毫米) 主要 是灰渣，它的热值极低，可堆肥的成分极少一般用于填埋或做堆肥的添加料， 中尺寸的筛出物( 一般在l8 1 0 0 毫米之间) 可资源化的成分最大，可根据后续的资 源化方法进行二次分选，大尺寸的筛出物有用成分很少可直接用于填埋。如通过 磁选和电选可以分离出金属和玻璃，通过光电分选可以将不同的塑料分离出来。 在垃圾预处理过程中，通过对垃圾的手选、机械筛分，去除了垃圾中的大部分渣 土成分，通过磁选、风选、光电分选等手段，回收垃圾中的纸张、塑料、金属等 有用物质。分选出的质量好的塑料可进行再生造粒，质量差的塑料可炼制汽油或 制作新型建筑材料，回收的纸张、金属和玻璃运往工厂进行再利用；分离出的有 机质进行堆肥，堆肥过程产生的沼气除直接用于发酵供热循环利用外，还可供城 市燃料用。这种处理方法不仅使垃圾大大减量，节省大量土地。达到化害为利， 变废为宝，还会产生极大的社会和经济效益。 1 2 4 垃圾处理资源化的障碍及技术难点1 7 , 8 , 9 l 要实现垃圾处理的资源化，就必须在工艺上进行创新，达到垃圾处理机械化 9 昆叫型；1 2 人学坝i j 学位论文第一荦绪论 和工厂化，特别是实现垃圾综合利用、资源化的目标，并使垃圾处理的费用大大 下降。为了达到这一目标，对成分同益复杂的垃圾实现机械分选是最为关键的一 个环节。在某种意义上，垃圾处理资源化的主要障碍应该在于是否能够研制出一 整套新型的垃圾处理设备，特别是垃圾分选设备的制造更具有实际意义。也就是 说，有了最先进的垃圾处理设备，才能使我们的垃圾处理资源化有了技术上的支 撑和保证。目前，我们从垃圾预处理的角度，把垃圾分选设备分为破碎、分选和 传送等3 部分，还没有把这些部分纳入一整套新型的垃圾处理装置的总体设计中。 例如，根据垃圾成分分别对破碎机进行设计，有关的方案包括适用于石块等硬性 物质破碎的冲击式破碎机、适用于玻璃等脆性物质破碎的压缩式破碎机和适用于 大块物质破碎的剪断式破碎机等。垃圾机械分选包括重力分选( 淘汰分选、风力 分选和摇床分选) 、筛选( 振动筛、共震动筛和滚筒筛) 、磁选和浮选等方法。获 得不同的垃圾成分后，这些成分被机械转送到处理现场或进行回收利用，实现垃 圾的资源化目标。根据目前这方面的技术发展水平，要造出一整套使垃圾处理成 本大大降低的垃圾机械处理设备并使之进入全面应用阶段，仍然有许多难以克服 的技术难关。主要需要解决的工艺关键方面内容包括： ( 1 ) 垃圾机械分选设各与特殊处理设备( 包括促进分选的破碎设备) 的研发； ( 2 ) 纸张、盒属、塑料和玻璃等废品的回收利用设备； ( 3 ) 易腐有机物的机械翻晒、烘干以及进一步磨碎及相应的机械设各； ( 4 ) 肥料或饲料的自动转化以及化学催化反应等技术环节； ( 5 ) 垃圾造礁设备，主要是把垃圾分选而获得的大块不可燃物、各种无毒无 害无机固体投入海洋中，形成人工暗礁，可以促进海洋鱼类的生长。 这些新设备及有关的新型处置方法应该具有以下5 个方面的技术优势： 不产生难以处理的有毒有机渗滤液； 避免产生气态的某些有害物质及一些次生污染物； 达到废物的循环再生和“终生”资源化，特别是经过转化形成的新型有 机复合肥，无论在肥料的质量上，还是在肥效上，都要超过堆肥过程中形成的普 通有机肥： 不需要大量的填埋场地，只需要建造工厂的场地； 具有相当的技术含量与技术集成，设备本身性能稳定，容易操作。 o 昆j 则理t 人学硕小学位论史 第一章绪论 1 3 城市生活垃圾资源化简介1 目前，我国城市生活垃圾多实行简装或袋装收运，不利于垃圾的填埋或发酵， 必须在生产线上安装一台撕碎机，将塑料袋打碎，采用风选方法，将部分碎塑料、 碎纸等轻质的东西选出，再经过磁选将铁质金属选出，生产线上要配备一定数量 的分拣人员，将玻璃、橡胶、骨头及剩余的塑料和其他金属物资用人工分拣出来， 剩余的混合垃圾经皮带机输送至垃圾填埋场，这就是目前可行的人工与机械相结 合的垃圾分拣线。分拣回收的物资可以转卖给物资回收部门也可以利用垃圾场 地面宽阔，有沼气能源，远离居民区等有利条件，就地加工生产出社会需要的产 品。例如：废塑料经过洗净晒干，可以生产汽油和柴油，产油率为5 0 一7 5 ： 可以生产涂料和粘接剂；可以生产颗粒型塑料，作为再生产的原料；也可以生产 塑料膜、塑料花盆等产品。废橡胶和轮胎，可回收金属和胶粉；废旧毛线和织物 可回收纤维，消毒后再加工成踏花被、地毯、枕头和衣物等；废纸可经过脱色、 漂流，加工成纸浆，作为纸制品的原料：废玻璃经分拣、破碎、清洗、晒干后可 作为玻璃制品的原料也可就地加工成玻璃玩具和花衙等；废钢铁和有色金属可 直接销售给收购部门。通过垃圾的分拣回收，可以兴办一个联合加工厂。为了避 免小城市加工厂过多，各地市可采取粗加工后，再集中于某一个中心城市，将其 加工成产品出售，以此可以发展垃圾废物回收加工产业。 垃圾分选技术主要有筛选、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩 擦及弹跳分选、浮选、溶剂分选等。通常使用风力分选工艺，采用的设备是气流 分选器，就是利用气流将垃圾分成重、中间、轻组分，再采用磁力分选器，将黑 色金属分出。垃圾的气流分选原理是：利用垃圾中各物料组分密度的差异，使用 气流将垃圾中较轻的物料向上带走或在水平方向带向较远的地方，而重的物料由 于向上气流不能支撑它而沉降，这样就将垃圾中，轻、重物料分离。还可以根据 物料颗粒大小，磁化率，光电等性质方面的差异，分别采用不同的方法，选用适 当的设备，将垃圾分成性质相近的若干类，实现城市垃圾资源化。 1 4 城市生活垃圾资源化系统的选择1 0 , 1 t , 1 2 , 1 3 】 经过国内多年研究和实践认为：垃圾处理目标较好的顺序应该是减量化、资 源化、无害化。减量化是使生活垃圾减小体积、减轻重量的系列处理过程。首 先要抓好生活垃圾产生源头的减量化，大大降低后续处理成本。这是治本性质的 垦型型! 查堂塑土兰篁丝兰 笙二至堕堡 措施，应成为生活垃圾处理可持续发展战略的着眼点。资源化是使生活垃圾转化 为资源或能源的一系列处理过程，应把垃圾看作一种资源，尽可能回收利用其中 的资源和能源，变废为宝，同时获得一定的经济效益。无害化是使生活垃圾中的 有毒有害成分达到不危害人类生存和发展环境的一系列处理过程，是城市垃圾处 理的基本要求，无论采用何种垃圾处理方式，都应该实现垃圾的无害化。具体城 市生活垃圾资源化处理方式有以下几种： ( 1 ) 填埋+ 综合利用 这种方式只对垃圾进行填埋处理，适合经济发展水平相对较低的城市，城市 垃圾中无机物含量一般较高，有机物含量低，不论从技术角度还是经济角度，填 埋方式是一种较务实的选择。这种模式及以下介绍的模式都可以根据实际情况同 时采取一些废物回收综合利用的措施，以提高垃圾资源化处理程度。 ( 2 ) 生化处理+ 填埋+ 综合利用 如果垃圾中有机物含量较高，且城市周围有堆肥产品市场，可采用此种模式。 ( 3 ) 焚烧+ 填埋+ 综合利用 如果经济实力较强，且垃圾热值较高时，可采用此种模式。 ( 4 ) 生化处理+ 焚烧+ 填埋+ 综合利用 如果经济实力强大，且生活垃圾实行分类收集，采用此种模式为最佳选择。 应该指出的是，生活垃圾的组成、尤其是其中有价物质的种类和含量取决于 所涉及地区的工业化程度、生活水平的高低以及生活习惯等因素，可以到处照搬 的分选工艺技术不可能存在。 一般地，城市垃圾破碎与分选回收工艺系统包括收集运输、破碎、筛选、重 选、磁选、浮选等。以下系统尚处于试验阶段，系统分选回收后，可得到以下产 品：轻质可燃物，主要有纸类、塑料薄膜、布类等；杂纸类；铁系金属； 重质无机物，玻璃约占重量的6 5 ，其余为非金属。 昆明理t 大学硕卜学位论文 第一章绪论 城市生活垃圾 破碎 滚筒筛 颗粒尺寸 小于13 m m 废弃l 墨里f 含铁金属 大于1 3 且 小于5 0 m m 大于5 0 且 小于2 0 0 r a m 粗大不 规则物 ( 废弃) 颗粒尺寸 大于2 0 0 m m 皮带轮 磁选机 有机物 f 废弃) 有机物 ( 废弃1 皮带轮 磁选机 卧式风 力选器 重的 生成 物 细粒 ( 废弃) 轻含 纸生 成物 中等大小粒子il 粗大粒子 浮选泡沫 分离 有机物 ( 废弃) 颗粒 状物 玻璃 类 硫化床 分选机 风力分选器 ( 粗) 重 生 成 物 锤式 破碎 金属ii 轻的含纸 产物if 多生成物 轻含 纸生 成物 无机物 细粒 ( 废弃) 擞丁呼熏 昆驯理t 大学硕t - 学位论文笫一章绪论 图1 1城市生活垃圾破碎与分选回收工艺流程图 1 5 本课题研究的目的和内容 研究目的：利用城市生活垃圾作为原料，进行垃圾的破碎试验和城市生活垃 圾的筛分试验。研究：冲击锤式破碎机对生活垃圾不同组分破碎效果的影响；不 同的破碎与筛分工况对可堆肥破碎筛分率的影响；确定对破碎筛分率相对有利的 设备工艺参数；探索滚筒筛对城市生活垃圾按尺寸分选的筛分效果。 设计研究内容： ( 1 ) 设计一台垃圾破碎机，包括总图、部件图、零件图及文件； ( 2 ) 制造、安装和调试垃圾破碎机； ( 3 ) 设计一台垃圾滚筒筛，包括总图、部件图、零件图及文件： ( 4 ) 制造、安装和调试垃圾滚筒筛； ( 5 ) 使用城市生活垃圾，并制取足够试验的垃圾样品； ( 6 ) 对垃圾进行破碎与筛分作业，测试破碎与筛分作业后垃圾各部分的含量； ( 7 ) 分析冲击破碎方法对垃圾组分性能的影响； ( 8 ) 分析城市垃圾按粒度分选的可堆肥破碎筛分率； ( 9 ) 确定对破碎生活垃圾比较适宜的破碎与筛分工艺参数； 0 0 ) 论述破碎与分选的试验工艺配置。 1 4 昆叫理t 大学顿：j ：学位论文 第二章城市生活垃圾的特性j 破碎筛分方法选择 第二章城市生活垃圾的特性与破碎筛分方法选择 为实现生活垃圾中不同成分的分离，理所当然地要利用不同组分之间许多物 理性质上的差异，其中最常用、也最重要的是粒度、形状、密度、颜色、磁性、 电性和机械强度等方面的不同。与此相应，研究城市生活垃圾的特性与破碎筛分 方法对于实现垃圾有效分选是必要的。 2 1 城市生活垃圾的特性1 6 , 4 t 】 垃圾是人类生产活动、生活过程中产生的各种废弃物( 包括人类自身新陈代 谢的排泄物) 。城市垃圾包括工业、矿业、商业、运输业、建筑业、医疗业以及日 常生活等垃圾。城市垃圾减量与处理系统应包括以下三个子系统： ( 1 ) 工业、矿业和建筑的垃圾子系统； ( 2 ) 传染性、剧毒性和放射性垃圾子系统； ( 3 ) 生活、商业，运输，旅游的垃圾子系统。 城市生活垃圾的产生与城市居民( 包括城市流动人口在内) 的衣、食、住、 行、用等日常生活的各个方面密切相关。 以厨房垃圾为主的城市生活垃圾具有速生性、周期性、混杂性、易腐性以及 相当比重组分的难降解性等特征，是城市垃圾问题的重要方面。其解决的成功与 否直接影响城市的持续发展。 2 1 1 城市生活垃圾的物理特性 城市生活垃圾是由多种物质混合组成的复杂体，由灰土、砖瓦、纸类、织物、 玻璃、盒属、木林、食品等废弃物组成，其构成主要受气候条件、城市发展规模、 居民生活习惯、不同燃料结构和居民生活水平等方面影响。因此，各国、各城市 甚至同一城市中的各地区产生的城市生活垃圾组成都有不同，物理特性也不同， 一般用组分、含水率和密度3 个物理量来表示城市生活垃圾的物理特性。分别为： ( 1 ) 城市生活垃圾的组成 城市生活垃圾是由灰土、砖瓦、纸类、织物、玻璃、金属、木竹、食品等类 废弃物组成的，其组分常用湿基表示，单位用( ) 表示。 以下因素对城市生活垃圾组分都有影响： 垦堕型二叁堂堡：! ：堂些笙苎笙= 三至塑! ! 皇适堕墨塑塑堡! ! 堕堡堕坌查些些量 不同区域对城市生活垃圾组分的影响 由于在不同的区域，如商业区、住宅区、医院等所执行的主要社会功能不同， 因而在社会活动中产生不同组分的垃圾。从1 9 9 9 年北京市的统计表中可以看出这 种影响： 表2 1 同一城市不同区域对垃圾组分的影响 区域 双气住户平均住户商业区事业单位高级住宅医院 成公 灰土 o1 3 7 l01 0 9 9o0 砖瓦o1 7 7 01 7 6o0 纸类 1 2 0 49 0 32 9 7 91 1 4 43 0 2 62 3 3 4 塑料1 6 7 61 1 5 2 1 7 0 59 8 01 6 0 21 1 6 4 织物 1 3 61 5 43 7 01 1 14 2 04 2 4 玻璃7 7 21 9 71 1 3 25 1 41 2 2 32 2 5 9 金属1 3 7o 5 6 2 0 52 3 l1 4 51 5 6 木竹 4 3 29 3 32 8 51 7 5 64 7 96 0 4 食品5 6 4 65 0 5 8 3 3 2 53 9 8 93 0 9 5 3 0 5 9 季节对生活垃圾组分的影响 随着季节变化，城市生活垃圾组分百分含量将发生周期性变化，相同年份不 同季节有着明显的差异。例如。由于在夏季瓜果和蔬菜供应充足，导致混合垃圾 中增加较多的食品垃圾。 生活水平对生活垃圾组分的影响 近年来，城市居民消费结构，包括食品、衣着、医疗保健、交通通讯、娱乐、 教育和居住方面的消费发生了很大变化。由于城市居民人均消费性支出的不断增 加，城市居民产生的垃圾成分也发生了相应的变化，城市生活垃圾中的可回收废 品也有逐年增加的趋势。 ( 2 ) 城市生活垃圾的含水率 垃圾中所含水分质量与垃圾总质量之比的百分数，就是垃圾含水率w ，用( ) 表示，其计算公式为： w ：尘兰1 0 0 墨塑些王盔堂堡：! ：堂照丝兰 塑三整塾史兰煎塑墨塑塑然竺堕壁塑盐查鲨鎏缝 式孛：a 戈蓑瓣垃圾试样原始囊量； b 梵试缮烘于嚣毂缓量e 垃圾的含水率随着组分季节气候条件而变化，特别地，与垃圾中的食品类含 量誊关。瓢下表露阻看出：生活绽毅的食承率受拳节气候交纯鹣影礁e 表2 2 城市生活垃圾含水率( ) 的攀节变化【7 1 i季节餐爱敢 冬年平均 广：1 1 i 3 3 1 04 1 s 33 3 2 73 2 ，8 63 5 1 8 |哈尔滨 2 5 9 23 7 6 71 9 5 22 7 7 0 食品娄垃圾含照越高，垃圾禽水率就越丈。城市的民用燃料气化率对生活垃 圾的含东率也有显著的影响，目前城市燃煤区的生活垃缴含水率般谯2 0 3 5 之阅。燃气区的生活垃圾含水率糍达5 5 一6 5 。 ( 3 ) 城市生浦垃圾的密度 城枣生活垃圾在自然状态下，萃短钵辍豹鬣鳖列徽垃圾密度。垃圾密度薅组 分变化而不同。