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 160 200kgf cm2 压缩比约1 5 捆扎 沥青 柏油 中浸渍约10秒进行沥青 180 200 包覆 约一吨重的垃圾捆包 容重可达1125 1380kg 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3 30 磨碎机的破碎比在40 400 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 Vonroll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 Vonroll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1 2个固定刀和3 5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25 150mm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85 95 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3 5 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 e 5极易重力分选的物料 除极细 5 10 m 细泥外 各粒度的物料都可用重力分选法选别 2 5 e 5属易选物料1 75 e 2 5属较易选物料1 5 e 1 75属较难选物料 重力分选的有效选别粒度下限一般为0 5mm1 25 e 1 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e 1 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 6 d3 sg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 4 0 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