第3章固体废物的预处理.ppt
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1、,固体废物处理与处置 Treatment and Disposal of Solid Waste,预处理是以机械处理为主,涉及废物中某些组分的简易分离与浓集的废物处理方法。预处理的目的是方便废物后续的资源化、减量化和无害化处理与处置操作。,4,1,2,3,压实目的,减容:根据废物的种类和施加压力的大小,一般压缩比可达35,若结合破碎,可达510,可以减少运输成本,降低填埋处置成本。,稳定化:可制取高密度惰性块料,便于贮存、填埋或作为建筑材料使用。日本将城市垃圾压实后,因挤压和升温作用,使垃圾中的BOD从6000ppm降到200ppm,COD从8000ppm降到150ppm。成为类塑料结构的惰性
2、材料。,排气,减少空隙率,使固体废物致密化。,大多数固体废物是由不同颗粒与颗粒间的空隙组成的集合体。自然堆放时,表观体积是废物颗粒有效体积与孔隙占有的体积之和,即:Vm为固体废物的表观体积;Vs为固体颗粒体积(包括水分);Vv为孔隙体积。进行压实操作时,随压力强度的,孔隙体积,表观体积也随之,而容重。,容重就是固体废物的干密度,用 表示。,Ws为固体废物颗粒重;Wm为固体废物总重,包括水分重;Ww为固体废物中水分重。,压实的实质可看作是消耗一定的压力能,提高废物容重的过程。当固废受到外界压力时,各颗粒间相互挤压,变形或破碎,从而达到重新组合的效果。,适于压实处理的主要是压缩性能大而复原性小的物
3、质,如冰箱、洗衣机、纸箱与纸袋、纤维、废金属丝等。,木材、金属、玻璃、塑料块等本身已经很密实的固体或焦油、污泥等半固体废物不宜作压实处理。,w,m,(1)、水平式压实器,靠做水平往复运动的压头将废物压到矩形或方形的钢制容器中。适用于压实城市垃圾。先将垃圾加入装料室,启动具有压面的水平压头,使垃圾致密化和定形化,然后将坯块推出。推出过程中,坯块表面的杂乱废物受破碎杆作用而被破碎,不致防碍坯块移出。,具有三个互相垂直的压头,依次施压。适合于压实松散金属废物。金属等类废物被置于容器单元内,而后依次启动1、2、3三个压头,逐渐使固体废物的空间体积缩小,容重增大,最终达到一定的尺寸。压后尺寸一般在200
4、1000mm之间。,(2)、三向联合式压实器,具有两个压头和一个旋动式压头。适于体积小质量小的废物。废物装入容器单元后,先按水平式压头1的方向压缩,然后按箭头的运动方向驱动旋动式压头2,使废物致密化,最后按水平压头3的运动方向将废物压至一定尺寸排出。,(3)、回转式压实器,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。按压实过程工作原理不同,可分为碾(滚)压、夯实、振动三种,相应的分为三大类。固体废物压实处理主要采用碾(滚)压方式主要用于填埋场,也安装在垃圾车上。现场常用的压实机主要包括胶轮式、履带式压土机和钢轮式布料压实机。,压实器的选择 压实器的选择主要针对压缩比,应当
5、选择合适的压缩比和使用压力。此外,应注意压缩过程中的情况,如城市垃圾压缩过程中会出现水分,塑料热压时会粘在压头上等,应对不同废物采用不同压缩机。在城市垃圾的综合利用中,垃圾压实后产生水分,在风选分离纸时是不利的,因此,是否选用压实装置与后继处理过程也有关、应当综合考虑。,破碎目的,为便于运输和贮存,经破碎减容为便于分选回收,经破碎达到解体或适合于分选设备的适用粒度范围为便于热处理,增加比表面积为便于制造建材,满足建材制品对原料的粒度要求为便于填埋压实,经破碎增加密实度为保护处理设备,经破碎减小冲击力,影响破碎过程的因素,影响破碎过程的因素是物料机械强度及破碎力。,机械强度:指固废抗破碎的阻力,
6、通常用静载下测定的抗压强度为标准来衡量。(抗压抗剪抗弯抗拉)。一般,抗压强度250MPa为坚硬固废;40250MPa为中硬固废;40MPa为软固废。粒度越小,机械强度越高。物料的机械强度是物料一系列力学性质所决定的综合指标。力学性质主要有硬度、解理、韧性及物料的结构缺陷等。,影响破碎过程的因素,硬度:指物料抵抗外界机械力侵入的性质,反映了物料的坚固性。按废物破碎时的性状确定。分为最坚硬、坚硬、中硬和软质物料。,韧性:物料受压轧、切割、锤击、拉伸、弯曲等外力作用时所表现出的抵抗性能,包括脆性、柔性、延展性、挠性、弹性等力学性质。,解理:物料在外力作用下沿一定方向破裂成光滑平面的性质,是结晶物料特
7、有的性质。,结构缺陷:对粗块物料破碎的影响较为显著,随着矿块粒度的变小裂缝及裂纹逐渐消失,强度逐渐增大,力学的均匀性增高,故细磨更为困难。,莫氏硬度分级软硬排列顺序为:滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉石、刚玉和金刚石。,破碎机的破碎方式(a)压碎;(b)劈碎;剪切;(d)磨剥;(e)冲击破碎,破碎方法选择的原则,破碎机械的施力必须与固废性质相适应,一般主要依据固体废物的机械强度,特别是硬度而定,如坚硬固体 挤压冲击韧性固体 剪切磨碎脆性固体 劈碎冲击并且一般采用两种以上的破碎方法。,破碎比,概念固体废物破碎前、后粒度的比值。破碎比的表示方法物料破碎前后的粒度都不是均一的,所以
8、破碎比有几种表示方法。,破碎比的表示方法,用破碎前后的最大粒度的比值表示极限破碎比用破碎前后的平均粒度的比值表示真实破碎比,破碎段,因为破碎机所能达到的破碎比受很多因素限制(一般i=330)固体废物的破碎粒度又是根据需要确定的。所以当要求的破碎比大于所适用破碎机的破碎比时,就需要2段以上的破碎;则一次破碎即为一个破碎段,或叫一段破碎。对于二段以上的破碎,其破碎比为各段破碎比的乘积,确定破碎段的原则,原料的最大粒度:粒度越大,破碎段越多;要求的最终破碎产物的粒度:粒度越小,破碎段越多;各破碎段能达到的破碎比:各段破碎比越大,破碎段越少处理厂的规模:规模越大,破碎段越多总的要求在满足总破碎比的前提
9、下,应尽量选用合适的破碎机械以减少破碎段数;因为,段数越多,流程复杂,管理复杂,投资、生产成本均高。例:D1200 d10已知:颚式破碎机i=35 辊式破碎机I=818可采用三段破碎:448128120,破碎的基本工艺流程图,(a)单纯破碎(b)带预先筛分破碎工艺;(c)带检查筛分破碎工艺;(d)带预先筛分和检查筛分 的破碎工艺,属于挤压型破碎机,广泛应用于冶金、建材和化学工业部门,适于坚硬和中硬废物的破碎。,主要用于破碎中等硬度且腐蚀性弱、体积较大的废物,还可用于破碎含水份及含油质的有机物、纤维结构物质、弹性和韧性较强的木块、石棉水泥废料,以及回收石棉纤维和金属切屑等,适用于破碎中等硬度、软
10、质、脆性、韧性及纤维状等多种固体废物,适用于处理松散状态的废物,也适用于切碎强度较小的可燃性废物,可用于脆性或黏性较大的废物,也可用于堆肥物料的破碎,对废物进行最后一段粉碎,使其中各种成分单体分离,为下一步分选创造条件,颚式破碎机:属于挤压型破碎机,广泛应用于冶金、建材和化学工业部门,适于坚硬和中硬废物的破碎。锤式破碎机:主要用于破碎中等硬度且腐蚀性弱、体积较大的废物,还可用于破碎含水份及含油质的有机物、纤维结构物质、弹性和韧性较强的木块、石棉水泥废料,一级回收石棉纤维和金属切屑等冲击式破碎机:适用于破碎中等硬度、软质、脆性、韧性及纤维状等多种固体废物。剪切式破碎机适用于处理松散状态的废物,也
11、适用于切碎强度较小的可燃性废物辊式破碎机可用于脆性或黏性较大的废物,也可用于堆肥物料的破碎。粉磨机,低温破碎,概念:利用某些固体废物低温变脆性能或不同物质脆化湿度的差异进行低温脆化而后破碎的技术。致冷剂:液氮破碎对象:钢丝胶管,汽车轮胎,塑料或橡胶包覆的电线电缆,废家用电器等复合制品。,低温破碎的一般流程,湿式破碎机,半湿式破碎,半湿式选择性破碎分选是利用固体废物中不同物质的强度和脆性的差异,在一定湿度下破碎成不同粒度的碎块,然后通过不同筛孔加以分离的过程。由于该过程是在半湿状态下,通过兼有选择性破碎和筛分两种功能的装置中实现的,因此,该装置称为半湿式选择性破碎分选机。,半湿式选择性破碎分选,
12、半湿式选择性破碎机分三段处理 第一段:冲击式破碎筛分,破碎脆性物质,并分离粉状物;第二段:加水进行湿式破碎,分离纸类(回收纸类);第三段:排出剩余垃圾,进一步分选(回收塑料、橡胶和金属)。,特点,使城市垃圾在一台设备中同时进行破碎和分选作业。可有效地回收垃圾中的有用物质,从第一组产物中可以得到纯度为80%的堆肥原料厨房垃圾;从第二组产物中可以得到纯度为85%95%的纸类;从第三组产物中可以得到纯度为95%的塑料类,回收废铁纯度为98%。对进料的适应性好,易破碎的废物首先破碎并及时排出,不会产生粉碎现象。,固体废物的分选,固体废物资源化的重要前提之一,筛分分类,根据筛子的位置不同,将筛子分为四类
13、:准备筛分:为了让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。预先筛分和检查筛分:通常与破碎工艺配合使用。选择筛分:废物经过某一个或某些筛分工序以后,将浓缩成有用成分的部分与基本上无用成分的部分分开。筛孔必须调整到合适的大小。脱水或脱泥筛分:主要用于清洗或脱水操作。清洗是为了得到较为清洁的筛上物;脱水是为了去除废物中过多的水分,以便下一步处理或处置,如焚烧或填埋。,筛分:是利用筛子将物料中小于筛孔的细粒透过筛面,而大于筛孔的粗粒物料留在筛面上,完成粗、细物料分离的过程。筛分过程:由物料分层和细粒透筛两个阶段组成的。物料分层是完成分离的条件,细粒透筛是分离的目
14、的。(a)易于穿过筛孔的颗粒通过不能穿过筛孔的颗粒所组成的物料层到达筛面。(b)易于穿过筛孔的颗粒透过筛孔。,筛分原理,筛分原理,要实现筛分过程,物料在筛面上应具有相对运动,这种运动的作用:使筛面上的物料处于松散状态,并产生析离,按物料分层(上粗下细),细颗粒到达筛面,并透过筛孔。使堵在筛孔上的颗粒脱离筛孔,以利于细粒透过筛孔。,易筛粒:粒度小于筛孔尺寸3/4的颗粒,容易通过粗粒形成的间隙到达筛面而透筛,称为“易筛粒”。难筛粒:粒度大于筛孔尺寸3/4的颗粒,较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,这种颗粒称为“难筛粒”。,筛分效率,筛分过程有两个重要的工艺指标:处理能力:单
15、位筛面面积每小时处理的物料量(t/m2.h),此为数量指标。筛分效率:实际得到的筛下产物重量与入筛物料中小于筛孔尺寸的物料重量之比(),此为质量指标。理论上小于筛孔尺寸的物料均应成为筛下产物,实际上是不可能的。故根据筛分效率的概念,以E表示筛分效率,则有:,例:一台筛子,筛孔为20mm,经取样测定给料、筛上产品、筛下产品中小于20mm的粒级分别为46.75%、7.26%和94.38%。计算该台筛子的筛分效率。,筛下产品中20mm粒级为94.38%100 即:46.75%,=94.38%,=7.26%,a.物料性质的影响,与筛分效率有关的废物性质主要有3个:粒度组成含水率和含泥量颗粒形状,粒度组
16、成,在粒度组成中,有三种粒度界限影响极大。易筛粒0.75筛孔尺寸的颗粒,越多,筛分效率越高难筛粒0.75筛孔尺寸的颗粒,越多,E越低阻碍粒11.5倍筛孔尺寸的颗粒,越多,E越低。在析离分层过程中,该粒级形成的粒层,容易阻碍“难筛粒”透过。,含水率和含泥量的影响,含水、泥高,颗粒互相粘附,并易于堵塞筛孔;当筛孔尺寸较大时,其影响降低。颗粒活动性反而提高,此时水分促进细粒透筛,但此时已属湿式筛分,筛分效率较高。,颗粒形状的影响,圆形颗粒易透过方孔和圆孔;多角形易透过长方孔,但不易透过圆、方孔条状、板状、片状易透过长方孔。,b.筛分设备性能的影响,筛分设备性能的影响有6个方面:筛面(screen s
17、urface)种类筛孔(screen opening)形状 筛孔尺寸(aperture size)筛子的运动状况 筛子的长度和宽度 筛面的倾角(obliquity),筛面(screen surface)种类,筛面种类的影响主要是有效筛分面积的影响一般:颗粒细,要求E高,选编织筛;颗粒粗,要求E低,选棒条、钢板筛。,筛面主要有三种材料制成,筛孔形状,不同形状筛孔尺寸与筛下产品最大粒度的关系按下式计算:式中:a筛孔尺寸(mm);K系数(与筛孔形状有关,可根据要求选择),筛孔尺寸,筛孔尺寸的选择取决于筛分的目的和要求;希望筛上产物中含小于筛孔的细粒尽量少,则选较大筛孔。希望筛下产物中尽可能不含大于规
18、定尺寸的粒子,则以规定粒度为筛孔。,筛子的运动状况,筛子有两大类,筛分效率差别较大固定式:E=50-60%运动式转筒式:E=60%;摇动式:E=70-80%振动式:E=90%以上同一种运动筛,E也受其运动强度的影响。,筛子的长度和宽度,宽度:影响生产率;长度:影响筛分效率;宽:长1:2.51:3为宜,筛面的倾角,筛面基本上都是倾斜安装的,所以,能让颗粒通过的筛孔面积只是筛孔的水平投影:可见:筛面的倾角越大,水平投影越小,颗粒所受阻力越大 一般:1525,振动筛的倾角为025,固定棒条筛的倾角为4045。,单个颗粒透过倾斜筛面的筛孔示意图,主要有3点:要连续,均匀给料:确保稳定的工作状态。要控制
19、给料量:过大,易堆积,难松散;过小,处理能力降低。要及时清理和维修筛面:确保正常的筛分效果。,c.操作条件的影响,固定筛,筛分物料时,筛面固定不动的筛分设备。筛面由许多平行排列的筛条组成,可以水平或倾斜安装。(1)棒条筛:由平行排列的棒条组成,筛孔尺寸为筛下粒度的1.11.2倍(一般不小于50mm),棒条宽度应大于固体废物中最大块块度的2.5倍。适于筛分粒度大于50mm的粗粒废物,主要用在初碎和中碎之前,安装倾角一般为3035。(2)格筛:由纵横排列的格条组成,一般安装在粗碎机之前,以保证入料块度适宜。,亦叫转筒筛,筛面为带孔的圆柱形筒体或截头的圆锥体。筛网一般为冲击板。安装倾角35。物料在滚
20、筒筛中的运动有三种状态:(1)沉落状态:颗粒被圆周运动带起,滚落到向上运动的颗粒层表面。(2)抛落状态:筛筒转速足够高时,颗粒沿筒壁上升,沿抛物线轨迹落回筛底。(3)离心状态:转速进一步提高,颗粒附着在筒壁上不再落下,此转速称为临界转速。物料处于抛落状态时效果最佳,一般,物料在筒内滞留2530S,转速56r/min时筛分效率最佳。,滚筒筛,振动方向与筛面垂直或近似垂直,振动次数6003600r/min,振幅0.51.5mm。物料在筛面上发生离析现象,密度大而粒度小的颗粒穿过密度小而粒度大的颗粒间隙,进入下层到达筛面,大大有利于筛分的进行。安装倾角一般控制在840之间。(1)惯性振动筛(2)共振
21、筛,振动筛,通过由不平衡的旋转所产生的离心惯性力使筛箱产生振动的一种筛子。由于筛面作强烈的振动,消除了堵塞筛孔的现象,有利于湿物料的筛分。适用于0.10.15mm的粗、中、细粒废物的筛分。还可用作脱水振动和脱泥筛分。,惯性振动筛构造及工作原理图(a)振动筛构造图;(b)工作原理图,惯性振动筛,利用连杆上装有弹簧的曲柄连杆机构驱动,使筛子在共振状态下进行筛分的。优点:处理能力大,筛分效率高、耗电少以及结构紧凑缺点:工艺复杂、机体重大、橡胶弹簧易老化。,共振筛构造及工作原理图 1、上筛箱2、下机体3、传动装置4、共振弹簧5、板簧6、支撑弹簧,共振筛,(1)重力分选的概念,重力分选是根据固体废物中不
22、同物质颗粒间的密度差异,在运动介质中利用重力、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,简称重选。,密度差异(density variations),所有的物质都存在密度差异,但密度差异的大小决定其分选的难易程度,通常用两种物质在介质中的有效密度比值的大小确定。等降比e=式中:2重矿物的密度;1轻矿物的密度;介质的密度一般有:e 5 52.5 2.51.75 1.751.5 1.51.25 1.25难易程度 极易 容易 较易 较难 困难 极难物质间密度差异越大,分选越易介质密度越大,分选越易。(这是重介质分选的基础),运动介质(moving med
23、ium),介质:两种类型水、重液、悬浮液(湿式重选)空气(干式重选)运动介质:介质处于运动之中。,重力分选过程的共同工艺条件,固体废物中颗粒间必须存在密度差异;分选过程都是在运动介质中进行的;在重力、介质动力及机械力的综合作用下,使颗粒群松散并按密度分层;分层物料在运动介质流的推动下互相迁移,彼此分离,并获得不同密度的产品。也可以概括为:具有密度差异的组分运动介质分散沉降分层分离。,重力分选分类,按介质不同重力分选分为:重介质分选风力分选跳汰分选摇床分选惯性分选,重介质分选,基本原理 重介质 分选设备 分选流程 重介质分选的优缺点,(1)基本原理,重介质分选是在密度较大的介质中,使物料按密度分
24、选的一种分选方法即:Lcw L、c、w分别为轻、中、重物料。重介质分选在理论上是应该是真正按密度进行分选的。,(2)重介质(heavy medium),重液密度较高的有机溶液和无机盐溶液(表)重液是均质液体,稳定性好,但来源少,价格贵,一般用于实验室进行重液分析,测定原料的密度组成。重悬浮液 是由各种磨细的固体颗粒与水组成的混合物;是一种非均质的两相体系,稳定性差,但来源广,价格低廉,无毒,易回收,广泛用于工业上的重介质分选过程。悬浮液中的固体颗粒又叫加重质。,常用重液,常用加重质,主要有两种硅铁:含Si 1318,磁性强,以喷雾硅铁为佳;磁铁矿(Fe3O4):价廉,介质密度不高时采用,也可与
25、硅铁混用,以降低成本。,(3)分选设备,鼓形重介质分选机,深槽式,浅槽式,振动式,离心式分选机。常用的鼓形重介质适于分离力度较大(40-60mm)的固体废物,(4)重介质分选的优缺点,优点分选指标高,处理能力大;(按密度差异分选,粒度和形状影响小)分选粒度范围宽,分选流程简单;(无须分级入选)设备构造简单,操作容易 缺点重介质的制备,回收,再生系统复杂设备磨损快(重介质密度、浓度大),跳汰分选,概念跳汰分选是利用跳汰机产生交变水流,使物料在松散和沉降过程中按密度分层进而分离的一种重选方法。分选原理及过程物料给入在上升水流作用下松散在下降水流中沉降在交变作用下分层分别排出;物料在交变水流中的分层
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