固体废物的处理与处置.ppt.ppt

第一章绪论 本章重点 概念 其他 固体废物 固体废物处理 固体废物处置 资源化 三化 原则 3c 原则 循环经济 固体废物的分类 固体废物的显著特点 固体废物的污染危害 固体废物污染控制措施 控制固体废物污染的技术政策 从原始人类活动开始 就有固体废物 的产生 其解决办法是用迁徙来更换生活住址 1000多年前 古希腊人把生活垃圾倒入深坑填埋 17 18世纪 工业生产为对自然物质进行机械加工 固体废物多为屑末 19世纪末到20世纪初 随着化学工业的发展 人们开始改变物质的化学性质 产生了含汞 铅 砷 氰化物等的有毒固体废物 20世纪以来 有了原子能工业 产生放射性固体废物 第一节固体废物的来源与分类 一 固体废物的几个基本概念1 固体废物 solidwastes 是指人类在日常生活 生产建设和其他非生产性活动中产生 在一定时间和地点又无法利用而被丢弃的对环境具有污染性的固态 半固态废弃物质 生活垃圾 废纸 废塑料等 废酸 废碱 废油等 2 固体废物处理 treatmentofsolidwastes 指通过物理 化学 生物等不同方法 使固体废物转化为适于运输 贮存 资源化利用及最终处置的一种过程 物理 破碎 分选 沉淀 过滤 离心等化学 焚烧 浸出等生物 好氧堆肥 厌氧分解等例3 固体废物处置 disposalofsolidwastes 指最终处置或安全处置 是解决固体废物的归宿问题 如堆置 填埋 海洋投弃等 4 资源化 是指通过各种方法从固体废物中回收有用组分和能源 广义的资源化包括物质回收 物质转换和能量转换三个部分 二 固体废物的来源与排量1 来源 固体废物的来源大体上可分为两类 一是在生活过程中产生 二是生产过程中产生 其主要发生源是冶金 煤炭和火力发电三大部门 生产 2 排量 2006年 全国工业固体废物产生量为15 20亿吨 比上年增加13 1 足 固体废物污染的防治工作面临严峻的形势 三 固体废物的分类城市生活垃圾 工业固体废物 矿业固体废物 农业固体废物 放射性固体废物 危险性固体废物 核燃料生产与加工同位素应用等 第二节固体废物的污染及控制一 固体废物的污染途径1 与废水 废气相比 固体废物几个显著的特点 1 固体废物是各种污染物的终态 浓集了许多污染成分 人们却往往对这类污染物产生一种稳定的 污染慢的错觉 2 在自然条件的影响下 固体废物中的一些有害成分会转入大气 水体和土壤 参与生态系统的物质循环 具有潜在的 长期的危害性 因此 固体废物能通过各种途径危害人体健康 二 固体废物的污染危害 三 固体废物污染控制措施1 改革生产工艺 1 从技术上减少固体废物的产生 2 从原料入手 采用精料 3 从产品质量入手 2 发展物质循环利用工艺 3 进行综合利用 固体废物一般具有某些工业原料所具有的物理化学特性 有的还含有很大一部分未起变化的原料或副产物 4 进行无害化处理与处置 5 其他控制固体废物污染的措施 改变城市的燃料结构 推行精净菜进城 塑料垃圾袋等 第三节固体废物处理处置方法概述一 固体废物处理方法物理处理 第2 3 4章 只改变固体废物的结构 形态 使之适于运输 贮存等 压实 破碎 分选等 化学处理 采用化学方法破坏固体废物中的有害成分 从而使其达到无害化 氧化 还原 中和 化学沉淀等 生物处理 第7章 利用微生物分解固体废物中可降解的有机物 从而达到无害化或综合利用 好氧堆肥 厌氧发酵 热处理 第6章 通过高温破坏和改变固体废物组成 同时达到减容 无害化或综合利用的目的 焚烧 热解等固化处理 第8章 采用固化基材将固体废物固定或包覆起来以降低其对环境的危害 固化处理的主要对象是有害废物和放射性废物 二 固体废物的处置方法主要分为海洋处置和陆地处置两大类 陆地处置 卫生土地填埋 安全土地填埋等 海洋处置 海洋倾倒和远洋焚烧 海洋倾倒 选择距离和深度适宜的处置场 将废物投入海洋 远洋焚烧 用焚烧船在远海对废物进行焚烧破坏 主要用来处理卤化废物 冷凝液及焚烧残渣直接排入海中 第四节控制固体废物污染的技术政策一 国外控制固体废物污染的技术政策60年代中期后 环保受到重视 形成一系列处理方法 70年代以来 一些国家由于资源缺乏 提出了 资源循环 的口号 资源化 固体废物的资源化现已成为固体废物污染控制的主要方法之一 二 我国控制固体废物污染的技术政策我国固体废物污染控制工作起步较晚 80年代初期 加上技术力量和经济能力有限 所以近期内还不可能在大范围内实现资源化 80年代中期 我国提出了以 资源化 无害化 及 减量化 作为控制固体废物污染的技术政策 并以无害化为主 面对我国经济建设的巨大需求与资源供应严重不足的紧张局面 我国固体废物处理利用政策发展趋势是从 无害化 走向资源化 无害化 其基本任务是将固体废物通过工程处理 达到不损害人体健康 不污染周围自然环境的目的 比如 垃圾焚烧 卫生土地填埋 堆肥等 减量化 其基本任务是通过适宜的手段减少固体废物的 数量和容积 需从两方面着手 一是减少固体废物的产生 二是对固体废物进行处理利用 第五节固体废物管理与循环经济固体废物污染控制的 三化 原则 减量化 无害化及资源化 固体废物污染控制的 3c 原则 避免产生 clean 综合利用 cycle 和妥善处理 control 1995年10月30日 正式公布我国第一部关于固体废物污染管理的法规 中华人民共和国固体废物污染环境防治法 循环经济 是物质闭环流动型经济的简称 特征是物质与能量的梯次使用和闭路循环使用 使物质与能量的 使用从 摇篮 到 摇篮 在环境方面表现为污染低排放 甚至零排放 其本质上是一种生态经济 物质能量 一级生产 二级生产 三级生产 概念 拖曳容器系统固定容器系统压缩比 理论和方法 固体废物的收集原则生活垃圾的收集方式拖曳容器系统收集时间的计算固体废物的压实原理 本章重点 第二章固体废物的收集 运输与压实 第一节固体废物的收集一般工业固体废物的收集 运输由工厂或专门的物质回收公司负责 主要介绍城市垃圾的收集与运输 城市垃圾的收集与运输费用很大 发达国家目前已达到处理总费用的80 左右 城市垃圾一般主要包括生活垃圾 商业垃圾及建筑垃圾等 其中商业垃圾与建筑垃圾由单位自行清除 生活垃圾的收集与运输是本章重点 分类收集 工业废物与城市垃圾分开 危险废物与一般废物分开 可燃性物质与不可燃性物质分开 可回用物质与不可回用物质分开 一 收集原则 二 生活垃圾的收集方式1 概述我国大多数城市对生活垃圾的收集采用传统的收集方法 即由垃圾发生源送至垃圾桶 统一由环卫工人将垃圾桶内垃圾装入垃圾车 再运至中转站 最后由中 转站运到最终处理厂或填埋厂处置 形成了一套固定模式的收集 中转 集中处置系统 发生源 垃圾桶 垃圾车 中转站 填埋场2 垃圾发生源到垃圾桶过程中的收集方式分类及容器 1 混合收集 是传统的收集方式 费用低 简单易行 但降低了废物中有用物质的纯度和再生利用的价值 定点收集方式其是指收集容器放置于固定的地点 一天中的全部或大部分时间为居民服务 要求 占用一定的空间设立收集点 收集点便于车辆经 过 收集容器要有较好的密封隔离效果 以避免收集过程中产生公共卫生问题 该收集方式所使用的容器有容器式和构筑物式两种 容器式 是最常见的一种形式 有圆形和方形两种 目前使用的多为塑料或钢制的 构筑物式 一般为砖 水泥结构 容器为5 10m3 不密封 特点 使用寿命长 费用低 但在高峰季节会发生垃圾满溢的情况 与周围环境敞开接触 易造成周围环境卫生的恶化 另外 清运时难度较大 不利于机械化操作 定时收集方式及容器定时垃圾收集方式不设置固定的垃圾收集点 直接用垃圾清运车收集居民区垃圾 具体做法是 清运车以固定的时间与路线行驶于居民区中并收集路旁的居民垃圾 该收集方式的容器 其一是配合高级住宅独家独院式生活方式而设置的小型移动式垃圾桶 二是普通容器 一般为小型垃圾收集车 特殊垃圾收集方式垃圾楼道式收集方式 是定点垃圾收集方式的一种 垃圾楼道是高层建筑物中的一条垂直通道 每层都开一个 倾倒口 底部有垃圾储存室 节约居民家务劳动量 上世纪70年代在瑞典斯德哥尔摩首先得到应用的气动垃圾输送方式 主要服务于高层居住区 2 分类收集 分类收集是根据废物的种类和组成分别进行收集的方式 其主要优点是 从垃圾发生源上入手 提高了垃圾的资源利用价值 有利于废物的资源化综合利用 分类收集的具体做法 根据本地区的垃圾组成情况 将垃圾分成几个分类组 一般分成可回收废品 易腐性有机物和一般无机物等几类 其中可回收废品组又可根 据需要分成玻璃 金属 纸 塑料等成分 然后再分别收集 分类收集工具 特制塑料垃圾袋 居民在排放垃圾时按分类将其放入有明显标志的不同垃圾袋内 然后再送到收集点 放入不同容器中 混合垃圾收集方式如何改造为分类垃圾收集方式 a 以定点收集方式为例 只要在收集点增加一定数量的收集容器即可适合要求 b 由于垃圾的类别增加 每一类要分别收运 所以需要增加收运次数 增加成本 解决方法 延长对非易腐性 垃圾的收运周期 以缩减总的收运次数 我国采用分类收集方式的情况我国没有强制性地采取分类收集方法 但在许多城市采用了该方法 分类收集的废物有纸 塑料 橡胶 金属 玻璃 破布等 二 收集系统分析发生源 垃圾桶 垃圾车 中转站 填埋场1 基本概念 1 拖曳容器系统 可分为简便模式和交换模式 简便模式是从收集点将装满垃圾的容器用牵引车拖到处置 场倒空后再送回原收集点 车子开到第二个垃圾容器放置点 如此重复直至一天工作结束 交换模式是带空垃圾桶去交换 2 固定容器系统 垃圾容器放在固定的收集点 垃圾车从调度站出来将垃圾容器中垃圾出空 垃圾容器放回原处 车子开到第二个收集点重复操作 直至垃圾车装满或工作日结束 拖曳容器系统和固定容器系统是收集系统的两种 3 拾取时间 装运时间 与收集系统的类型有关 拖曳容器系统的简便模式 拾取时间 phcs 牵引车从放置点开车到下一个放置点所需的时间 提起装满垃圾的垃圾桶的时间 放下空垃圾桶的时间拖曳容器系统的交换模式 拾取时间 提起装满垃圾的垃圾桶的时间 在另一个放置点放下空垃圾桶的时间固定容器系统 拾取时间是将所有垃圾桶中的垃圾出空到垃圾车上所花费的时间 出空垃圾所用时间及车辆行驶于垃圾桶放置点之间所需要的时间 4 运输时间 也与收集系统的类型有关 拖曳容器系统 运输时间 将装满垃圾的垃圾桶从放置点拖到处置场所需时间 将空垃圾桶从处置场拖到放置点所需时间 固定容器系统 运输时间是指垃圾车装满后或从收集路线的最后一个放置点开车到处置场 以及出空垃圾后再从处置场开车到下一个收集路线的第一个放置点所需的时间 5 在处置场所花费的时间 等待卸车 出空垃圾 6 非生产性时间 报道 登记 交通拥挤时间损失 收集和运输生活垃圾所耗费的时间主要包括以上的拾取时间 运输时间 在处置场所花费的时间及非生产性时间 收集成本 收集系统 二种类型 三种方式拖曳容器 mobilecontainer 系统简便模式 多次旅程交换模式 需备用垃圾桶固定容器 fixedcontainer 系统只收集垃圾而不带走容器收集系统分析 将收集系统分解为四个单元过程 通过计算每个单元过程所需的时间 可以得到每辆垃圾车每天往返垃圾场 或转运站 的次数等 2 拖曳容器系统 1 每收集一桶垃圾所需时间为 thcs phcs h s 1 2 1 式中 thcs 拖曳垃圾桶每个双层所需时间 h phcs 每个双层拾取所花费的时间 h h 每个双层运输花费的时间 h s 在处置场花费的时间 h 非生产性时间因子 非生产性时间占整个收集过程所花时间的百分数 在0 1 0 25之间 一般取0 15 式 2 1 中 phcs pc dbc uc 简便模式 phcs pc uc 交换模式 h a bx 其中h为每个双层运输的时间 h a和b均为经验常数 x为每个双层运输的距离 km 因此式 2 1 又可表示为 thcs phcs s a bx 1 2 2 2 设每辆车一个工作日的工作时间为h h d 则 h thcs为 记为nd即 nd h thcs 1 h phcs s a bx 2 3 3 若每周双程旅程总次数为tw则tw nd为 记为dw即 dw tw nd tw phcs s a bx 1 h 2 4 4 tw的计算设 一周废物产生量为 vw m3 垃圾桶的平均大小为 c m3 垃圾桶的填充系数为 f则 vw cf vw cf 每周需要出空的垃圾桶数 记为nw tw nw vw cf3 收集车辆许多国家和地区都有自己的收集车分类方法和型号 我国目前尚未形成垃圾收集车的分类体系 所用的垃圾车种类主要有 1 简易自卸收集车 适宜于固定容器系统 2 活斗垃圾收集车 适宜于拖曳容器系统 3 桶式倒装密封收集车 适宜于固定容器系统 4 后装式压缩收集车 适宜于分类收集方法 4 收集次数与时间 1 收集次数 在我国各城市住宅区 商业区基本上要日产日清 特殊情况下 每周几次要根据产生量 气候等而定 2 收集时间 垃圾收集时间大致可分昼间 晚间和黎明三种 住宅区最好在昼间收集 商业区则宜在晚间收集 此时车辆和行人稀少 可加快收集速度 第二节固体废物压实 vv vs vm 一 压实的原理 目的1 原理大多数固体废物是由颗粒及颗粒间的孔隙组成的集合体 自然堆放的固体废物 其表观体积是颗粒体积与孔隙体积之和 因此压实的原理是利用机械的方法减少垃圾的孔隙率 将空气挤压出来增加固体废物的聚集程度 压实技术适宜于压缩性能大而复原性能小的物质 压实的目的 1 增大密度 减小体积 降低运输成本 延长填埋 场寿命 2 制取高密度惰性块料 便于贮存 填埋或作建筑材料 3 压缩比 r 固体废物压缩前的体积与压缩后的体积之比 或固体废物经压实后 体积减少的程度 一般压缩比为3 5 若同时采用破碎和压实两技术可使压缩比达到5 10 4 固体废物压实处理的优点 1 减轻环境污染 固体废物中有机物在高压压缩过程中 由于挤压而升温 bod5可由6000mg l降低到20 mg l cod可以从8000mg l降低到150mg l 2 节省填埋或贮存场地 对于城市垃圾 目前国内外填埋用地日渐紧张 生活垃圾压缩后体积可减少60 70 从而大大节省填埋用地 3 快速安全造地 用惰性固体废物压实块作为填海造地材料 上面只需覆盖很薄土层 即可利用 5 目前国内外压实技术的应用情况目前 工业发达国家已普遍应用固体废物压实技术 美国现有50多家压实公司 专门承担城市固体废物压实作业 日本有12 的垃圾是经过压实处理后 再进行填埋 处置的 我国固体废物压实技术主要应用于有毒有害固体废物 二 固体废物压实器与流程固体废物的压实设备称为压实器 一般可分为固定式和移动式两大类 1 固定式压实器 一般设置在废物中转站等场合 仅对废物进行压实 压实器本身并不移动 1 水平压实器 是一个矩形或方形的钢制容器 有一个可沿水平方向移动的压头 2 三向联合式压实器 具有三个互相垂直的压头 3 回转式压实器 有两个水平压头 一个旋转压头 铰链在容器的一端 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 如胶轮式压实机 履带式压实机等 3 压实流程 垃圾 铁丝网 压缩 填埋场 压缩固化垃圾 冷却 沥青浸渍 退块 污水 油水分离 曝气槽 沉淀槽 灭菌槽 排放 净水 国外城市垃圾压缩处理工艺流程 第三章固体废物破碎 概念 破碎 破碎比 总破碎比 过粉碎 钢球的三种运动状态 理论和方法 固体废物破碎的原理 固体废物的机械强度及表示方法 颚式破碎机工作原理 简摆型和复摆型 颚式破碎机啮角的计算 锤式破碎机的工作原理 辊式破碎机的规格表示方法及分类 球磨机的工作原理 球磨机临界转速的求导 低温破碎的原理及优点 本章重点 第一节破碎的基础理论一 概述固体废物的破碎就是把废物转变成适合于进一步加工或能经济地再处理 处置的形状和大小 1 破碎的原理 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裂成小块 使小块固体废物颗粒裂成细粉 前者产品粒度在1 5mm以上 设备为破碎机 后者又称为磨碎或细磨 产品粒度在1 5mm以下 设备 为磨碎机 2 固体废物破碎的目的 1 减小固体废物的容积 以便运输和贮存 2 为固体废物的分选提供所要求的粒度 以便能够有效地回收其中的有用成分 3 防止粗大 锋利的固体废物损坏分选 焚烧和热解等设备或炉膛 4 增加固体废物的比表面积 提高焚烧 热解 熔融等作业的效率 5 为下一步加工做准备 以便进一步加工制备 6 生活垃圾进行填埋处置时 破碎后压实密度高而均匀 可以加快覆土还原 有利于固废三化 二 固体废物的机械强度和破碎方法1 机械强度 可碎性 固体废物的机械强度是指固体废物抗破碎的阻力 通常用抗压强度 抗拉强度 抗剪强度和抗弯强度来表示 其中 抗压强度 抗剪强度 抗弯强度 抗拉强度用抗压强度作为机械强度的指标在国内外都是很常用的 我国常用5 5 5厘米3试块来测定固体废物的抗压强度 俄罗斯也用这个规格 抗压强度大于250mpa者为坚硬固体废物 40 250mpa者为中硬固体废物 小于40mpa者为软固体废物 2 破碎方法破碎方法有干式 湿式和半湿式三种 通常所指的破碎为干式破碎 破碎 机械能破碎 非机械能破碎 压碎磨碎劈碎冲击折断剪切 低温破碎 废塑料及制品 废橡胶及制品超声波破碎 处于实验室及半工业试验阶段热力破碎 减压破碎等 三 破碎中常用的一些概念1 破碎比 指在破碎过程中 原废物粒度与破碎产物粒度的比值 表征废物被破碎的程度 破碎比的计算方法有以下两种 1 用废物破碎前的最大粒度dmax与破碎后最大粒度dmax的比值来确定破碎比i 其中最大粒度一般以95 的该物料能通过的方形筛孔尺寸来表示 此破碎比称为极限破碎比 2 用废物破碎前的平均粒度 dcp 与破碎后平均粒度 dcp 的比值来确定破碎比 此破碎比称为真实破碎比 一般破碎机的i在3 30之间 磨碎机破碎比可达40 400以上 2 总破碎比 若固体废物要进行分选 浮选 磁选等 要求的入选粒度很细 这不是任何单台破碎机械能够独立完成的 而需要多台破碎 磨碎机械经过多次破碎或磨碎才能达到最终要求 固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段 每个破碎段有一个破碎比 总破碎比等于各段破碎比的乘积 即 i i1 i2 i3 in3 破碎流程按破碎要求使物料依次通过一系列破碎 筛分和分级机械 构成了破碎流程 p50破碎基本流程 4 过粉碎 在粉碎过程中产生小于规定粒度下限产品的现象称为过粉碎 带预先筛分破碎工艺 相对减少了进入破碎机的总给料量 有利于节能 带检查筛分破碎工艺 可获得全部符合粒度要求的产品 第二节破碎机械破碎固体废物常用的破碎机类型有颚式破碎机 锤式破碎机 冲击式破碎机 剪切式破碎机及辊式破碎机等 一 颚式破碎机根据结构和摆动方式不同 颚式破碎机可分为简单摆动颚式破碎机和复杂摆动颚式破碎机 1 简单摆动颚式破碎机 结构如下页图 1 结构机架 稳定作用 破碎齿板 固定颚和可动颚板上所装衬板 其作用有 一是防止固定颚和可动颚受到磨损 二是衬板上的齿牙有助于破碎物料 心轴 使动颚上端固定 只能绕心轴转动 而不能上下左右移动 可动颚板 工作时 固定颚的齿峰与可动颚板的齿谷相对 偏心轴 是颚式破碎机的主要构件 偏心轴的旋转引起可动颚板的往复运动 2 工作原理皮带轮带动偏心轴旋转时 偏心顶点牵动牵动连杆上下 运动 也就牵动前后推力板作舒张及收缩运动 从而使动颚时而靠近固定颚 时而离开固定颚 动颚靠近固定颚时就对破碎腔内的物料进行压碎 劈碎及折断 动颚离开固定颚时 破碎后的物料靠自重从破碎腔内落下 2 复杂摆动颚式破碎机与简摆型相比 复杂摆动颚式破碎机的优点是破碎比大 规格相同时复摆型比简摆型破碎能力高20 30 1 结构 见下页图 与简摆型相比 结构简单 没有心轴 垂直连杆和后肘板 复杂摆动颚式破碎机示意图 偏心轴 复杂摆动颚式破碎机的主要构件 其转动时带动动颚运动 从而使物料遭受压碎 调节楔 排料口宽度的调节装置 通过调节可以改变破碎机的破碎比 2 工作原理复杂摆动颚式破碎机的动颚在偏心轴的带动下 上端作近似圆形的运动 下端运动近似椭圆形 其运动较简单摆动颚式破碎机复杂 动颚的运动使物料时而遭受压碎 时而向下排送 3 颚式破碎机的应用主要用于破碎强度韧性高 腐蚀性强的废物 吃硬不吃软 煤矸石作为沸腾炉燃料 制砖原料等的破碎 4 颚式破碎机的参数选择与计算 1 啮角 如图所示 破碎机的动颚与固定颚之间的夹角 称为啮角 啮角与排料口宽度的关系排料口宽度 啮角 破碎比 生产能力 排料口宽度 啮角 破碎比 生产能力 啮角的计算啮角的上限应能保证破碎时能够咬住物料不被挤出 理论上啮角的计算可通过颚板上物料的受力分析求出 如下图所示 固定颚对物体的垂直作用力p1动颚对物体的垂直作用力p2物体的重量g摩擦力fp1 fp2 对x轴p1 p2 cos fp2 sin y轴p2 sin fp1 fp2 cos 摩擦系数f和摩擦角 0的关系是 f tg 0 故 tg tg2 0 2 0 即当啮角 等于摩擦角 0的两倍时 上述平衡关系可保持 因而最大允许啮角应小于两倍摩擦角 通常情况下 物料与颚板之间的摩擦系数f 0 2 0 3 相当于摩擦角 0 12 因此 颚式破碎机的啮角通常取18 24 2 偏心轴的转速 r min 偏心轴转一圈 动颚往复摆动一次 其中半圈为工作行程 半圈为空行程 转速太快或太慢均不利于破碎机生产能力的发挥 对设备规格 900 1200mm的颚式破碎机 其转速可用下式计算 其中 啮角 度 s 动颚在排料口处的水平行程 对设备规格 900 1200mm的颚式破碎机 其转速可用下式计算 其中 s同上 3 颚式破碎机的处理能力在工作中常用下面的经验公式计算颚式破碎机的处理能力 即q 340k l e 10 6其中 k是与物料粒度及机械强度有关的系数 当给料中粗粒含量高且处理的是难碎性物料时 k 1 处理难碎性物料但给料中粗粒含量少 或处理中硬物料但给料中粗粒含量多时 k 1 25 处理易碎物料且给料中粗粒含量低时 k 1 5 l为破碎机破碎腔的长度 cm e为排料口宽度 cm 为物料的松散体积密度 t m3 二 锤式破碎机1 简介 锤式破碎机是最普通的一种工业破碎设备 可分为两类 单转子锤式破碎机 只有一个转子 和双转子锤式破碎机 主要用于破碎中等硬度且腐蚀性弱的固体废物 2 结构 锤式破碎机主要有供料斗 主机架 转子装置 破碎板 筛板等组成 其中转子装置又包括圆盘和锤子 锤子 是锤式破碎机的最主要工作机件 通常用高锰钢或其他合金钢等制成 锤子以铰链方式装在圆盘上 在圆盘旋转时锤子向外张开 一旦遇到硬物 锤子向后退让 起保险作用 3 工作原理固体废物自上部给料口给入机内 立即受到高速旋转的锤子的打击 冲击 剪切 研磨等作用而破碎 同时固体废物从转子上获得能量后飞向坚硬的破碎板 通过颗粒与破碎板之间的冲击作用 颗粒与颗粒之间的摩擦作 用等 使物料得到进一步破碎 在转子的下部设有筛板 破碎物料中小于筛孔尺寸的细粒通过筛板排出 大于筛孔尺寸的粗粒被阻留在筛板上并继续受到锤子的打击和研磨 最后通过筛板排出 4 锤碎机的参数 转速圆盘的转速通常在35 75m s之间 转速越大 破碎产品的粒度越小 但同时锤子的磨损也越大 处理能力计算锤碎机处理能力的经验公式为 q kg l 式中 q为破碎机的处理能力 t h l为转子的直径和长度 为物料的松散体积密度 t m3 kg为经验系数 主要取决于物料的物理性质 当破碎石灰石等中硬物料时 kg 30 45 破碎煤时 kg 130 150 锤碎机结构尺寸的选择锤碎机转子直径通常为最大给料粒度的2 8倍 转子直径与长度的比值一般为0 7 1 5 锤子重量的计算锤碎机锤子的重量是影响破碎机处理能力和功率消耗的主要因素 多数情况下 锤子的重量可按下列经验公式计算 g 1 5 2 gm式中 g为每个锤子的重量 kg gm为最大块物料的重量 kg 三 辊式破碎机辊式破碎机具有能耗低 产品过粉碎程度小 构造简单 工作可靠等优点 辊式破碎机的规格用辊子直径 辊子长度l来表示 1 辊式破碎机的分类 1 按辊子数目分为单辊破碎机和双辊破碎机两类 2 按滚面类别分为光面辊碎机和齿面辊碎机两类 其中光面辊碎机 挤压 研磨 齿面辊碎机 劈碎 2 单辊破碎机 如图所示 1 结构 主要由辊子和破碎板构成 对单辊破碎机来讲 其辊子都是带齿的 2 工作原理 固体废物由上方给入破碎腔 大块物料在破碎腔上部被长齿劈碎 随后继续落在破碎腔下部进一步被齿辊轧碎 破碎产品自下部排出 3 双辊破碎机 如图所示 1 结构 工作机构是辊子1 3 辊子1支承在固定轴承上 辊子3支承在活动轴承上 活动轴承的作用 当硬质杂物进入破碎腔时 辊子受力骤增 迫使活动轴承压迫弹簧向右移动 使排料口间隙增加 排除硬质杂物 从而防止破碎机的机件损坏 起保险作用 2 工作原理 固体废物由上方给入两齿辊中间 当两齿辊同步相对转动时 辊面上的齿牙降咬住物料并进行劈碎 破碎后的产品随齿辊转动从下部排出 第三节磨碎机械磨碎是固体废物破碎过程的继续 磨碎作业以湿式为主 磨碎机类型主要有球磨机 介质为钢球 棒磨机 介质为钢棒 及自磨机等 一 球磨机的结构 如图所示 1 筒体 由厚钢板焊接而成的圆柱体 筒体上开有1 2个人孔 便于更换衬板和检查 2 衬板 设于筒体内部 为耐磨材料 作用 防止筒体磨损 兼有提升钢球的作用 3 中空轴颈 有两个作用 一是起支撑作用 二是起给 料和排料的漏斗作用 4 钢球 装在筒体内部 直径为25 150mm 其装入量为筒体有效容积的25 50 钢球是球磨机的主要工作机件 正是由于钢球对物料所产生的冲击和研磨作用 使物料得以粉碎 二 工作原理物料由左端的中空轴颈给入筒体 在电动机的作用下 筒体缓缓转动 在摩擦力 离心力和衬板的共同作用下 钢球和物料被衬板提升 当提升到一定高度后 在钢球和物料本身重力作用下 产生自由泻落和抛落 从 而对筒体底脚区的物料产生冲击和研磨作用 使物料粉碎 在此过程中 物料逐渐向右方扩散 最后从右方的中空轴颈溢流出去 三 钢球的泻落 抛落及离心状态1 泻落态 当钢球的装载量 填充率 较高 40 50 且磨机转速较低时 钢球随筒体升至大约与垂线成40 50 角度后 介质一层层往下滑落 这种运动状态称为泻落态 钢球在滑滚过程中对钢球间隙里的物料主要产生研磨作用 2 抛落态 当磨机转速较高 钢球随筒体提升至一定高度后 将脱离筒体沿抛物线轨迹呈自由下落 称为抛落态 抛落的钢球对处于下部位置的物料主要产生冲击作用 3 离心状态 当磨机转速进一步提高 离心力使介质随筒壁一起旋转 即离心旋转状态 此时对物料的粉碎作用也停止 因此 实践中筒体转速应控制在能使钢球产生泻落态和抛落态 以最外层介质产生离心旋转时的转速称为临界转速 四 如何求球磨机的临界转速如图所示 令钢球的质量为m 筒体转速 半径 直径 线速度分别为n r 和v 为钢球开始抛射的点a与圆心连线oa同垂直轴的夹角 则 c g cos mv2 r g cos 以g mg和v 2 rn 60带入上式并化简得 当 0 时 则出现离心旋转状态 钢球停止抛射 有 式中 nc为临界转速 即介质产生离心旋转时的磨机转速 r min 生产实践中 球磨机的转速应低于临界转速 五 球磨机的工作参数1 转速n nc式中 为转速率 2 介质填充率提高介质填充率 在一定条件下可以提高球磨机的处理能力 但介质填充率也不能太高 在生产实践中 溢流型球磨机的介质填充率取40 第四节低温破碎低温破碎是非机械能破碎的一种 是国家鼓励发展的一种破碎技术 一 低温破碎的原理利用有些物质低温变脆的特点 在低温下对固体废物进行破碎 例 几种塑料的脆化点分别为 聚氯乙烯 5 20 聚乙烯 95 135 聚丙烯0 20 二 致冷剂低温破碎通常采用液氮作为致冷剂 液氮具有致冷温度低 无毒 无爆炸等优点 但制备液氮需大量能源 三 低温破碎的应用低温破碎主要用于废塑料及其制品 废橡胶及其制品的破碎 四 低温破碎的优点1 破碎后的同一种物料尺寸大体一致 形状好 便于分离利用 2 复合材料经过低温破碎后 分离性能好 资源的回收 率和回收材质的纯度都比较高 3 对于极难破碎的并且塑性极高的氟塑料废物 采用低温破碎能够获得碎块和粉末 第四章固体废物的分选 概念 固体废物的分选 筛分 易筛粒 难筛粒 筛分效率 接触角 重力分选 重介质 风力分选 等降比 理论和方法 筛分分类 筛分过程 筛分效率计算式的推导 筛面完好和破损 影响筛分效率的因素 浮选原理 浮选药剂 捕收剂 重介质分类及对重介质性能的要求 重介质分选原理及影响因素 风力分选的分类 摇床结构及摇床分选原理 固体废物按磁性分类 电力分选原理 本章重点 第四章固体废物的分选固体废物分选的目的 将有用的成分分选出来加以利用 或将有害成分分离出来 防止损害处理 处置设备 固体废物分选的定义 分选是根据固体物质的粒度 密度 磁性 电性 光电性 摩擦性 弹性及表面润湿性等的差异 采用相应的手段将其分离的过程 分选是废物处理的一种方法 人工拣选和机械分选 粒度差异筛选 筛分 密度差异重力分选磁性差异磁力分选导电性差异电力分选光电性差异光电分选摩擦性差异摩擦分选弹性差异弹跳分选表面润湿性浮选 第一节筛分一 筛分概述1 筛分定义 依据固体废物的粒度不同 利用一个或多个筛面将不同粒径颗粒的混合废物分成两种或多种粒度级别的分选方法 2 筛分分类 根据操作条件 筛分分为干式筛分和湿式筛分 根据使用目的 筛分又分为预先筛分 检查筛分等 3 筛分过程 筛分可分为两个阶段即物料分层和细粒透筛 物料分层是完成分离的条件 细粒透筛是分离的目 的 这两个过程皆需通过物料与筛面之间的相对运动完成 4 易筛粒与难筛粒易筛粒 粒度小于筛孔尺寸3 4的颗粒易通过筛孔 称为易筛粒 粒度大于筛孔尺寸3 4的颗粒很难透过筛孔称为难筛粒 小于筛孔尺寸 二 筛分效率1 筛分效率定义 筛分效率是指实际得到的筛下产品质量与入筛废物中所含小于筛孔尺寸的细粒物料质量之比 表达式 式中 e为筛分效率 q2为筛下产品质量 kg q为入筛固体废物质量 kg 为入筛固体废物中小于筛孔的细粒固体废物所占比重 上述定义式中的q和q2在实际筛分过程中的测定比较困难 2 筛分效率计算式的推导筛分过程中 q q1 q2式中 q1为筛上产品质量 q 100q2 q1 式中 为筛上产品中所含小于筛孔尺寸的细粒固体废物所占比重 将上式带入筛分效率定义式 因此 只要知道 和 e即可求 和 可通过实验求出 3 实际生产过程中 由于筛网破损而常有部分大于筛孔的粗粒进入筛下产品 此时筛分效率公式为 上式的推导 三 影响筛分效率的因素1 筛分物料的性质 1 粒度 易筛粒含量越多 筛分效率越高 2 含水率 湿度 一般废物含水率小于10 时 筛分效率随含水率增高而降低 当含水率大于10 时 筛分效率随含水率增高而增大 3 含泥量 含泥量高而水分少不利于筛分 4 废物颗粒形状 一般筛子筛孔形状多为圆形或方形 此时球形 立方形及多边形颗粒筛分效率高 2 筛分设备性能的影响 1 筛面类型及筛孔 编织筛网 冲孔筛 棒条筛 一般 同样尺寸的筛孔相比 方形筛孔比圆形筛孔的筛分效率高 因此多采用方形筛孔 2 筛子的运动方式 振动筛 摇动筛 圆筒筛 固定筛 运动 固定 3 筛子的运动强度 运动强度太小 则筛面上的物料不易松散分层 筛分效率不高 而运动强度太大 废物很快通过筛面排出 废物得不到充分筛分 筛分效率也不高 4 筛面尺寸 通常筛面长与宽之比为2 5 3 5 筛面倾角 一般选15 25 为宜 倾角过小不利于筛上物的排出 倾角过大 废物排出速度过快 筛分时间短 筛分效率低 3 筛分操作条件的影响充分利用筛面 及时清理和维修筛面是保证筛分效率的重要条件 四 筛分设备类型及应用用于固体废物处理的常用筛分设备类型主要有固定筛 滚筒筛和振动筛 工作原理 当电动机带动皮带轮作高速旋转时 配重轮上的重块产生离心惯性力 其水平分力使弹簧作横向变形 由于弹簧横向刚度大 所以水平分力被横向刚度所吸收 而垂直分力则垂直于筛面通过筛箱作用于弹簧 强迫弹簧作拉伸及压缩的运动 因此 筛箱的运动轨迹为椭圆或近似于圆 由于该种筛子的激振力是离心惯性力 故称为惯性振动筛 工作原理 当电动机带动装在下机体上的偏心轴转动时 轴上的偏心使连杆做往复运动 连杆通过其端部的弹簧将作用力传给筛箱 与此同时下机体也受到相反的作用力 使筛箱和下机体沿着倾斜方向振动 但它们的运动方向相反 所以达到动力平衡 当弹簧系统的自振频率与传动装置的强迫振动频率相同时 使筛子在共振状态下筛分 工作原理 滚筒筛在传动装置的带动下 以一定的转速缓缓转动 圆柱形筛筒的轴线倾斜3 5 安装 筛分时 废物由稍高一端给入 随即被旋转的筒体带起 当达到一定高度后因重力作用自行落下 如此不断地起落运动 使小于筛孔尺寸的细粒透筛 而筛上产品则逐渐移至筛筒的另一端排出 滚筒筛颗粒的运动状态 第二节浮选一 浮选的基础知识1 润湿现象在光滑洁净的石英表面上 放一滴水 水滴很快在石英表面扩展开 也就是说石英能被水所润湿 是亲水的 将一滴水放在石蜡表面上 水滴不扩展而仍成球形 这说明石蜡不易被水所润湿 是疏水的 这两种现象的产生是由于水分子结构的偶极现象及矿物晶格构造不同所引起的 2 天然可浮性表面润湿性强的颗粒不能与气泡粘浮在一起上浮 其天然可浮性差 表面润湿性差的颗粒天然可浮性好 3 接触角 润湿角 如图所示 1 定义 以三相润湿周边上的a点为顶点 以固水交界线为一边 以气水交界线为另一边 经过水相的夹角称为接触角 2 接触角的表示方法如图所示 气泡附着在固体颗粒表面后 向四周扩散 润湿周边逐渐扩大 这个过程一直进行到三相界面表面张力 水气 固水及 气固达到平衡时为止 此时所形成的接触角又称为平衡接触角 此时 固气 固水 水气 cos 因此 此即为接触角的表达式 3 接触角是反映固体颗粒表面亲水性与疏水性强弱的物理量 接触角越大 表示固体颗粒表面的亲水性越弱 颗粒在气泡表面的附着也越稳固 因而也越易浮选 反之 接触角越小 表示固体颗粒表面的亲水性越强 颗粒越难于浮选 二 浮选原理浮选是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 这样就形成了三相体系 疏水性的物质颗粒粘附在气泡上 随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层 然后刮出回收 亲水性的颗粒则仍留在料浆内 这样即可通过浮选法将表面性质不同的物质分开 三 浮选药剂有些固体废物表面的亲水性或疏水性不是很明显 可以通过浮选药剂的作用而加强 1 捕收剂 1 作用 捕收剂能选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面上 使其疏水性增强 提高可浮性 并牢固地吸附在气泡上而上浮 2 常用捕收剂的分类 异极性捕收剂 如黄药 r ocssna 脂肪酸 r cooh 等 异极性捕收剂的分子由极性基和非极性基两部分组成 极性基中不是所有的原子价都饱和 有剩余亲和力 能够与物质颗粒发生作用而吸附在其表面 而非极性基中 全部原子价均饱和 不易被水所润湿 起 疏水作用 非极性油类捕收剂主要包括脂肪烷烃 环烷烃和芳香烃三类 化学通式为r h 例如煤油 变压器油等 作用机理 烃类油分子是非极性的 具有很强的疏水性 与物质颗粒碰撞时 便粘浮于疏水性颗粒表面上 从而大大增加颗粒表面的疏水性 使其可浮性提高 2 起泡剂 起泡剂一般是异极性的表面活性物质 其作用是使水 气界面张力降低 形成小气泡 防止气泡兼并 增大分选界面 提高分选效率 同时 起泡剂还可 以提高气泡与颗粒在粘浮和上浮过程中的稳定性 以保证气泡上浮形成泡沫层 常用的起泡剂有松油 二号油等 松油分子式如下图 3 调整剂调整料浆的性质及其他药剂与物质颗粒表面之间的作用 四 浮选的应用浮选是固体废物资源化的一种重要的技术 我国已用于从粉煤灰中回收炭 从煤矸石中回收硫铁矿 从焚烧炉灰渣中回收金属 第三节重力分选一 概述1 重选定义重力分选也称重选 是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 2 重选的分类根据分选介质的不同和作用机理的差异 重力分选可分为以下几类 重力分选 重介质分选 介质为重介质 一般由硅铁或磁铁矿 水构成 跳汰分选 一般介质为水 风力分选 介质为空气 摇床分选 介质为水 溜槽分选 一般介质为水 3 重选技术的发展起初重选技术主要用于矿业 如金矿 铁矿 铅锌矿等 砂里淘金 古代早有记载 两千多年前的汉代 人们就已用重选法处理锡矿 随着环保事业的发展 重选技术现已经广泛用于固体废物处理 水处理等实际工程中 4 各种重选过程的共同特点 二 重介质分选1 重介质的概念通常将密度大于水的介质称为重介质 主要包括重液和重悬浮液两大类 重液是均质液体 主要包括两大类 无机盐类水溶液 如杜列液 ki hgi2水溶液 密度3 17 3 2有机液体 如chbr3 c2h2br4等 密度2 9 3 0 但固体废物分选中多使用重悬浮液 重悬浮液是由高密度的固体颗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 其中的固体颗粒一般称为悬浮质 又称为加重质 如硅铁 重晶石 磁铁矿 方铅矿 刚玉等 2 对重介质性能的要求重介质应具有密度高 粘度低 化学稳定性好 无毒 无腐蚀性 易回收再生等特性 3 重介质分选定义及原理定义 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 原理 在重介质分选时 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 即 l c w凡是颗粒密度大于重介质密度的物料都下沉 集中于分选设备的底部成为重产物 颗粒密度小于重介质密度的轻物料都上浮 集中于分选设备的上部成为轻产物 分别排出 从而达到分选的目的 4 影响重介质分选的因素固体废物在重介质中的分离主要取决于颗粒的密度 而受颗粒粒度和形状的影响不大 因此它的分选精度很高 关于重介质分选的粒度下限 当入选物料粒度过小时 其沉降速度很小 致使分离过程太慢 造成处理量太小或分选效率降低 为了提高分选效率 其粒度下限要控制在2 3mm 5 重介质分选设备 鼓形重介质分选机 1 结构 如下页图所示 圆筒形转鼓 分选的主要机件 水平安装 扬板 设置于转鼓内壁 其主要作用是将分层后的重物料提升至溜槽内 溜槽 用于接收重产物 并将其排出 固定不动 大齿轮 由传动装置带动旋转 从而使圆筒形转鼓转动 2 工作原理固体废物和重介质一起由圆筒一端给入 在向另一端流动过程中 密度大于重介质的颗粒沉于槽底 由扬板提升落入溜槽内 排出槽外成为重产物 密度小于重介质的颗粒随重介质流从圆筒溢流口排出成为轻产物 3 介质回收由于一般的重介质分选过程中 物料粒度与重介质粒度有一定的差别 故无论是重产物还是轻产物都可用筛分的方法来回收介质 三 风力分选1 概述 1 定义 风力分选简称风选 又称气流分选 是以空气为分选介质 在气流的作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的方法 2 分类 根据风向可将风力分选分为竖向气流分选和水平气流分选 3 风选的应用情况 目前利用风选原理处理城市垃圾在国内外已经得到广泛应用 但由于决定风选质量的因素很多 除密度外 颗粒的大小 形状的差异也非常 重要 而城市垃圾大多不具备这些差异 以致在风选时往往不易达到理想的分选目的 因此 各国都把风选作为城市垃圾的粗分手段 把密度相差较大的有机组分和无机组分分开 2 风力分选的原理自由沉降即单个物体在无限介质中的沉降 其运动状态只受重力和阻力的支配 一般风选过程中应用的风压不超过1mpa 故在风选过程中可以忽略空气的压缩性 将其视为具有液体性质的介质 即颗粒在水中的沉降规律也同样适用于在空气中的沉降 1 颗粒在空气中沉降末速的推导颗粒在空气中沉降时 随着沉降速度的增加 介质作用于颗粒的阻力也会不断增加 最后 当介质阻力增加到和颗粒的重力相等时 沉降的加速度就减少到零 此时颗粒就会以等速度沉降 这个速度称为沉降末速度 沉降时的受力分析 所受重力 设固体颗粒为球形 式中 d为固体颗粒直径 s为颗粒的密度 为空气的密度 介质阻力 其是指颗粒对介质作相对运动时 作用于颗粒上 并与颗粒相对运动方向相反的力 式中 r为介质阻力 为阻力系数 v为沉降速度 根据沉降末速的定义 当g r时 颗粒的沉降速度即为沉降末速 即 由于 相对 s很小 故上式又可表示为 因此 在自由沉降过程中 球形颗粒的沉降末速为 2 颗粒的自由沉降等降比由颗粒的沉降末速公式可知 颗粒密度越大 沉降末速越大 颗粒直径越大 沉降末速也越大 故有可能出现密度 粒度互不相同的颗粒有相同的沉降末速 称为等降颗粒 等降比的概念在等降颗粒中 密度小的颗粒粒度与密度大的颗粒粒度之比称为等降比 以e0表示 等降比的其他表示方法设密度小的颗粒直径为dr1 密度为 s1 沉降过程中的阻力系数为 1 密度大的颗粒直径为dr2 密度为 s2 沉降过程中的阻力系数为 2 则以上两种颗粒的沉降末速分别为 式中 dr1为密度小的颗粒粒度 dr2为密度大的颗粒粒度 若v01 v02 则 3 风力分选原理分析风选时 沉降末速大于某一沉降末速的颗粒为一种产品 小于某一沉降末速的颗粒为另一种产品 也就是说沉降末速是进行分选的唯一标准 由于不同密度 粒度的颗粒可以具有相同的沉降末速 可以成为同一种产品 因此 分选后的重产品杂质多 因此 为了提高分选效率 在风选前需要将废物进行窄分级 或经破碎使粒度均匀后 使其按密度差异进行分选 四 摇床分选摇床分选是细粒固体物料分选应用最为广泛的方法之一 1 摇床结构 如图所示 梯形床面 是产生分选的重要部件 其是倾斜的 横向倾角为1 5 5 该角度是由机架上的调坡装置进行调节 床面在传动装置的作用下进行往复不对称运动 即负加速度大于正加速度 给水槽 给入冲洗水 使固体物料产生横向移动 床条 床条高度由传动端向对侧逐渐降低 床条的作用有两个 一是使横向水流产生涡流 造成水流的脉动 使物料松散并按沉降速度分层 称为析离分层 二是所引起的涡流能清洗出混杂在大密度颗粒层内的小密度颗粒 改善分选效果 2 摇床分选过程当固体废物通过给料槽给入床面时 颗粒群在重力 摇床产生的惯性力及水流冲力等的作用下产生松散分层和运动 且不同密度的颗粒沿床面纵向运动和横向运动的速度不同 大密度颗粒具有较大的纵向移动速度和较小的横向移动速度 其合速度方向趋向于重产物端 而小密度颗粒具有较大的横向移动速度和较小的纵向移动速 度 其合速度方向趋向于轻产物端 于是使不同密度颗粒在床面上呈扇形分布 从而达到分选的目的 3 摇床分选的应用摇床分选用于分选细粒和微粒物料 在固体废物处理中主要用于从煤矸石中回收硫铁矿 是一种分选精度很高的单元操作 五 磁力分选磁选的应用已有100多年的历史 在许多工业部门特别是矿业部门得到广泛应用 因此 现有的磁选技术及设备已发展到较为完善的阶段 1 固体废物的分类 根据固体废物的磁性 根据比磁化系数x0的大小 可以将固体废物分为四类 强磁性物质 x0 3000 10 6cm3 g 中强磁性物质 x0 500 3000 10 6cm3 g 弱磁性物质 x0 1