固体废弃物处理课件-固废预处理.ppt

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1、小组成员：阮海卫 苏佩东 史国峰【处理方法】压实粉碎 分选 浓缩脱水 化学处理等工艺,第三章 固体废物的预处理,固体废物的预处理固体废物的预处理为废物的合适处理处置提供条件，主要有压实、破碎和分选等。预处理的作用：以填埋为主的废物（压实：降低废物的体积，减少运输量和运输费用，提高填埋场的利用效率）以焚烧或堆肥为主的废物（破碎：不需要压实处理，破碎、分选使物料粒度均匀、大小适宜，有利于提高焚烧和堆肥化效率）废物的资源综合利用（破碎和分选：实现不同物料分别回收利用）,我们找到的一个较典型的固废操作预处理过程,3.1 固体废物的压实,3.1.1 压实的基本概念 1、固体废物的压实 固体废物的压实也称

2、压缩，是指通过外力加压于松散的固体物，以增加物料的容重和减少其体积的过程。使废物便于运输、贮存和填埋。压实适用对象 压缩性能大而回复性能小的固体废物；不适用于某些较密实的固体和弹性废物。,以城市生活垃圾为例，压实前容重通常在0.10.6t/m3范围，经过一般机械压实后，容重可提高到1 t/m3左右。如果通过高压压缩，垃圾容重可达1.1251.38 t/m3，体积则可减少为原来体积的1/31/10。因此固体废物填埋前常需进行压实处理，尤其对松散型废物或中空性废物事先压碎更显必要。压实操作的具体压力大小可根据处理废物的物理性质（如易压缩性、脆性等）而定。一般开始阶段，随压力增加，物料容重较迅速增加

3、，以后这种变化会逐渐减弱，且有一定限度。即使增加外压，并不能使废物容重无限增大（这是由于压实后垃圾会产生反弹力，类似于分子距离太近会使斥力大大增加的道理）。,实践证明，未经破碎的原状城市垃圾，压实容重极限值约为1.1 t/m3。比较经济的方法是先破碎再压实，可提高压实效率，即用较小的压力取得相同的增加容重效果。固体废物经压实处理，增加容重，减少体积后，可以提高收集容器与运输工具的装载效率，在填埋处置时可提高场地的利用率。,衡量压缩效果的重要物理参数：压缩比、压缩倍数 a 压缩比 压缩比（r）可定义为：r=Vf/Vi（r1）(3-5)显然，r越小，说明压实效果越好。b 压缩倍数 压缩倍数（n）可

4、定义为：n=Vi/Vf（n1）(3-6)n 与r互为倒数，显然n越大，证明压实效果越好，工程上以习惯用n更普遍。体积减少百分比R与压实倍数（n）可互相推算。其相互关系如图2-7-1所示,由图看出，体积减少百分比在80%以下变化时，压实倍数在15之间，变化幅度较少；当R值越过80%以上时，n值急剧上升，几乎成直线变化。例，当R=90%时，可推出n=Vi/Vf=10；R=95%时，n=Vi/Vf=20。,影响垃圾压实作业的主要参数垃圾的组分情况含水率垃圾层厚度机械滚压次数碾压速度,3.1.2 压实设备类型 根据操作情况分，用于固体废物的压实设备可分为固定式和移动式两大类。凡用人工或机械方法（液压方

5、式为主）把废物送到压实机械里进行压实的设备称为固定式。各种家用小型压实器、废物收集车上配备压实器及中转站配置的专用压实机等均属固定式压实设备。而移动式是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压实机、钢轮式布料压实机以及其他专门设计的压实机具。主要的压实设备有：1、水平式压实器 2、三向垂直式 3、回转式压实器 4、袋式压实器 5、城市垃圾压实器,（1）固定式压实设备 结构型式 压实器通常由一个容器单元和一个压实单元组成。容器单元通过料箱或料斗（视单位装料量大小而定）接受固体废物物料，并把它们供入压实单元，压实单元通常装有用液压（亦可用气压）控制操作的挤压头，利用一定的挤压力把固体废物压成致密的形式。

6、目前使用的压实器，有的是为处理金属类废物设计的，有的是为处理城市普通垃圾设计的，有的适合于塑料类物质的处理。城市垃圾收集车或中转站通常采用上述固定式挤压操作，可以水平，亦可以垂直进行，常用的是带水平压头的水平式压实器（图3-1）。,图3-1水平式压实结构,基本参数 固定式压实器的基本参数包括：a.装料截面尺寸 b.循环时间 c.压面上的压力 d.压面的行程长度 e.体积排率,图3-2填埋场常用的压实机,3.2 固体废物的破碎,3.2.1 破碎的基本概念（1）破碎的定义 通过人为或机械等外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间的作用力，使物体破裂变碎的操作过程统称为破碎。（2）破碎的目的 使运输

7、、焚烧、热解、熔化、压缩等操作能够或容易进行，更经济有效。为分选和进一步加工提供合适的粒度，有利于综合利用。增大比表面积，提高焚烧、热解、堆肥处理的效率。破碎使固体废物体积减小，便于运输、压缩和高密度填埋，加速土地还原利用。,（3）破碎流程,图3-3 破碎的基本工艺流程,（4）破碎的方法冲击破碎（重力破碎、动破碎）剪切破碎挤压破碎摩擦破碎低温破碎（塑料、橡胶等）湿式破碎（纸类、纤维）,图3-4 机械破碎方法,（5）破碎比 在破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比。破碎比表示废物粒度在破碎过程中减少的倍数。a、最大粒度法 i=Dmax/dmax(3-7)Dmax 为破碎前的最大粒度

8、；dmax 为破碎后的最大粒度。b、平均粒度法 i=Dcp/dcp(3-8)Dcp为破碎前的平均粒度；dcp为破碎后的平均粒度。,3.2.2 破碎机（1）辊式破碎机 辊式破碎机是利用冲击剪切和挤压作用进行破碎的，用两个相对旋转的辊子抓取并强制送入要破碎的废物。该种破碎机主要用于破碎脆性材料，而对延性材料只能起到压平作用。在资源回收和废物处理领域，既可用于对废物的破碎，也可用作对含有玻璃器皿、铝和铁皮罐的废物进行分选。其简单结构如图3-5所示：,图3-5 齿辊破碎机,（2）颚式破碎机 颚式破碎机是利用冲击和挤压作用进行破碎。颚式破碎机俗称老虎口。可分为简单摆动型、复杂摆动型、综合摆动型三种（图3

9、-4）。该机主要用于选矿、建材、化学工业领域。,图3-6 颚式破碎机的主要类型,（3）冲击式破碎机 冲击式破碎机可分为锤式破碎机和反击式破碎机。锤式破碎机（图3-7）利用冲击、摩擦和剪切作用进行破碎。适用于破碎质地较硬的物料，还可破碎含水分和油质的有机物等。反击式破碎机是一种新型、高效破碎设备（图3-8），适用于破碎中硬、软、脆、纤维性物料。,图3-7 锤式破碎机结构,图3-8 反击式破碎机结构,（4）剪切式破碎机 剪切式破碎机是通过固定刀和可动刀之间 的啮合作用将物料切开或割裂而完成破碎过程（图3-9）。,图3-9 冯罗尔（Von Roll）型往复剪切式破碎机结构,（5）球磨机,图3-10

10、球磨机的示意图,图3-11 磨介的运动状态,（6）低温破碎,图3-12 低温破碎的流程,塑料的低温破碎有关塑料的低温破碎的研究成果，可以归纳如下：塑料脆化点（）：例如，聚氯乙烯-5-20；聚乙烯为-95-135；聚丙烯为020;冷冻装置：冷冻槽绝热壁厚300mm，从顶部喷射液氮雾，塑料置于槽内运输皮带上向前移动4m，从喷射雾开始后4min，槽内温度将为-75；62min后降达-167，温度分布大体上均匀。破碎温度：采用只具有拉伸、弯曲、压缩作用力的破碎机时，所需动力大于常温破碎。如用带冲击力的破碎机时，情况正好相反。因此，若以冲击破碎为主，配合张力和剪切力破碎机最适合于低温选择破碎。,用低温破

11、碎法从有色金属混合物等废物中回收铜、锌、铝。美国某研究机构对有色金属混合物、废轮胎、包覆电线电缆等废物进行低温选择破碎（72，1min），从2.5cm以上产物中可回收97%的铜，100的铝（不含锌），从2.5cm以下产物中可回收2.8的铜，100%的锌（不含铝），说明能进行选择性破碎。如果采用常温破碎，则锌因为有延展性破碎，25mm以上产物中锌残留率达到82.7，说明低温破碎能进行选择性破碎。,分选是将固体废物中可回收利用或不利于后续处理、处置工艺要求的物料用人工或机械方法分门别类地分离出来，并加以综合利用的过程。分选方法包括人工拣选和机械分选。机械分选又分为筛分、重力分选、磁力分选、电力分选

12、等。,3.3 固体废物的分选,3.3.1 筛分（1）定义 筛分是利用筛子使物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面，而大于筛孔的粗粒物料滞留在筛面上，从而完成粗细物料分离的过程。该分离过程可以看作是物料分层和细粒透筛两个阶段组成。物料分层是完成分离的条件，细粒透筛是分离的目的。（2）筛分效率 由于筛分过程较复杂，影响筛分质量的因素也多种多样，通常用筛分效率来表示筛分过程的优劣。筛分效率是指筛分时实际得到的筛下物的质量与物料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料的质量之比。即：J=Q1/Q2*100%,影响筛分的因素很多，主要有：入筛物料的性质，包括物料的粒度状态、含水率(10%)和含泥量及颗粒形状；筛分设备的运

13、动特征（固定运动）；筛面结构，包括筛网类型及筛网的有效面积，筛面倾角；筛分设备防堵挂、缠绕以及使物料沿筛面均匀分布的性能；筛分操作条件，包括连续均匀给料、及时清理与维修筛面等。,筛分设备：固定筛 筛面由许多平行的筛条组成，可以水平安装或倾斜安装。结构简单、不消耗动力、设备费用低、维修方便。分为格筛和棒条筛。格筛一般安装在粗破碎机之前，以保证入料块度适宜。棒条筛主要用于粗碎和中碎之前，为保证废物料沿筛面下滑，安装角应大于废物对筛面的摩擦角，一般为30-350。棒条筛筛孔尺寸为筛下粒度的倍，一般筛孔尺寸不小于50mm。筛条宽度应大于固体废物中最大粒度的2.5倍。,筒形筛 筒形筛是一个倾斜的圆通，置

14、于若干滚子上，圆筒的侧碧上开有许多筛孔。圆筒以很慢的速度转动，因此不需要很大动力，其优点是不会堵塞。筒形筛筛分时，固体废物在筛中不断滚翻，较小的物料颗粒最终进入筛孔筛出。物料在筛子中的运动状态有两种：（1）沉落状态 物料颗粒由于筛子的圆周运动被带起，然后滚落到向上运动的颗粒上面；（2）抛落状态 筛子运动速度足够时，颗粒飞入空中，然后沿抛物线轨道落回筛底。,筒形筛,筒形筛筛中颗粒的运动状态,筒形筛分析图,振动筛 振动方向与筛面垂直或近似垂直，物料在筛面上发生离析现象，密度大而粒度小的颗粒钻过密度小而颗粒大的颗粒的空隙，进入下层到达筛面，大大有利于筛分的进行。振动筛的倾角一般为8-400。,图3-

15、13 惯性振动筛构造及工作原理图,3.3.2 重力分选1、重力分选：根据固体废物颗粒间密度的差异，以及在运动介质中所受的重力、流体动力和其他机械力不同而实现按密度分选的过程。重力分选的方法 气流分选 重介质分选 摇床分选 跳汰分选 磁力分选,重力分选的特点固体颗粒间必须存在密度（或粒度）的差异；分选过程在运动介质中进行；在重力、流体动力、颗粒间摩擦力的综合作用下，固体颗粒群松散并按密度（或粒度）分层；分好层的物料在运动介质的托运下达到分离。,图3-14 立式气流分选机,1 气流分选,图3-15 水平气流分选机,图3-16 锯齿形、振动式和回转式气流分选机,物料和气流的分选过程,图3-17 旋流

16、器的工作原理图,2 重介质分选所谓重介质，就是密度大于水的介质，重介质有重液和重悬浮液两大类。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，选择的重介质密度（c）需介于固体废物中轻物料密度（L）和重物料密度（W）之间，即：LcW凡颗粒密度大于重介质密度的重物料都下沉，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。它们分别排出，从而达到分选的目的。,重液有四溴乙烷和丙酮的混合物，密度为2.4kg/L，在选煤中已有应用。重悬浮液中加的介质有硅铁，将硅铁与水按85:15的比例混合，相对密度可以达到3.0以

17、上。另外还有方铅矿、磁铁矿和黄铁矿等。加重质的粒度约200目，占6080，与水混合形成微细颗粒的重悬浮液。影响重介质分选效率的悬浮液基本性质是密度、粘度和稳定性。,用于重介质分选的常用加重质有硅铁、磁铁矿等。硅铁含硅量为13%18%，其密度为6.8g/cm3，可配制成密度为3.23.5g/cm3的重介质。硅铁具有耐氧化、硬度大、带强磁化性等特点，使用后经筛分和磁选可以回收再生。纯磁铁矿密度为5.0g/cm3，用含铁60%以上的铁精矿粉可配制得重介质，其密度达2.5g/cm3。磁铁矿在水中不易氧化，可用弱磁选法回收再生利用。,表3.3.2.2 重悬浮液加量质的性质,图3-18 重介质分选机工作原

18、理1圆形转鼓 2.大齿轮 3.辊轮 4.扬板 5.溜槽,3 摇床分选,图3-19 摇床结构示意图,摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固体按密度差异在床面上呈扇形分布面进行分选的一种方法。摇床分选目前主要用于从含硫铁矿较多的煤矸石中回收硫铁矿，是一种分选精度很高的单元操作。在摇床分选设备中最常用的是平面摇床。平面摇床主要由床面、床头和传动机构组成。床面近似呈梯形，横向有1.55的倾斜。,图3-20 摇床上颗粒分带情况示意图,摇床床面上扇形分带是不同性质颗粒横向运动和纵向运动的综合结果，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

19、度方向偏离摇动方向的倾角小，趋向于重产物端；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，其合速度方向偏离摇动方向的倾角大，趋向于轻产物端。大密度粗粒和小密度细粒则介于上述两者之间。,在摇床分选过程中，物料的松散分层及在床面上的分带，直接受床面的纵向摇动及横向水流冲洗作用支配。床面摇动及横向水流流经床条所形成的涡流，造成水流的脉动，使物料松散并按沉降速度分层。由于床面的摇动，导致细而重的颗粒钻过颗粒的间隙，沉于最底层，这种作用称为析离。析离分层是摇床分选的重要特点。它使颗粒按密度分层更趋完善。分层的结果是粗而轻的颗粒在最上层，其次是细而轻的颗粒，再次之是粗而重的颗粒，最底层是细而重的颗

20、粒。,图3-21 摇床上析离分层示意图,摇床分选具有以下特点：床面的强烈摇动使物料松散并按沉降速度分层，分选过程中析离（通过床面摇动使细而重的颗粒穿过间隙沉于最底层的作用）占主导，使其按密度分选更加完善；摇床分选是斜面薄层水流分选的一种，因此，等径颗粒可因移动速度的不同而达到按密度分选；不同性质颗粒的分离，不单纯取决于纵向和横向的移动速度，而主要取决于它们的合速度偏离摇动方向的角度。,4 跳汰分选,图3-22 隔膜跳汰及分选示意图,跳汰分选是在垂直变速介质流中按密度分选固体废物的一种方法，它使磨细的混合废物中的不同粒子群，在垂直脉动运动介质中按密度分层，小密度的颗粒群位于上层，大密度的颗粒群（

21、重质组分）位于下层，从而实现物料的分离。在生产过程中，原料不断地送进跳汰装置，轻重物质不断分离并被淘汰掉，这样可形成连续不断的跳汰过程。跳汰介质可以是水或空气，但目前用于固体废物分选的介质都是水。在固体废物的分选中，国外主要用作混合金属废物的分离。,图3-23 颗粒在跳汰时的分层过程,隔膜鼓动脉动频率一般为每分钟100300次。,图3-24 跳汰机中推动水流运动的形式,图3-25 跳汰分选装置及工作过程,5 磁力分选,磁选原理 磁选是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。磁选过程是将固体废物输入磁选机后，磁性颗粒在不均匀磁场作用下被磁化，从而受磁场吸引力的作用，

22、使磁性颗粒吸在圆筒上，并随圆筒进入排料端排出；非磁性颗粒由于所受的磁场作用力很少，仍留在废物中而被排出。,固体废物颗粒通过磁选机的磁场时，同时受到磁力和机械力（包括重力、离心力、介质阻力、摩擦力等）的作用。磁性强的颗粒所受的磁力大于其所受的机械力，而非磁性颗粒所受的磁力则以机械力占优势，由于作用在各种颗粒上的磁力和机械很小，则以机械力占优势。由于作用在各种颗粒上的磁力的合力不同，使它们的运动轨迹也不同，从而实现分离。磁性颗粒分离的必要条件是磁性颗粒所受的磁力必须大于与它方向相反的机械力的合力，即 f磁f机 式中：f磁磁性颗粒所受的磁力；f机与磁力方向相反的机械力的合力。该式不仅说明了不同磁性颗

23、粒的分离条件，同时也说明了磁选的实质，即磁选是利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的。,图3-26 永磁滚筒磁选机结构与工作原理,图3-27 湿式逆流型永磁圆筒式磁选机,图3-28 悬吸型磁选机,3.3.4 浮选,1、浮选原理 浮选是固体废弃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，使欲选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；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。固体废物浮选主要是利用欲选物质对气泡粘附的选择性。其中有些物质表面的疏水性较强，容易粘附在气泡上，而另一类物质表面亲水，不易粘附在气泡上。物质表面的亲水、疏水性能，可以通

24、过浮选药剂的作用而加强。因此，在浮选工艺中正确选择、使用浮选药剂是调整物质可浮选的主要外因条件。2、浮选药剂 药剂根据在浮选过程中的作用不同，可分为捕收剂、起泡剂、抑制剂、活化剂和介质调节剂。,3、浮选设备 浮选设备类型很多，我国使用最多的是机械搅拌式浮选机，其构造如图3-29。大型浮选机每两个槽为一组，第一个槽为吸入槽，第二个槽为直流槽。小型浮选机多以46个槽为一组，每排可以配置220个槽。每组有一个中间室和料浆面调节装置。,图3-29 空气自吸式机械搅拌浮选机及其吸气装置构造,浮选工作时，料浆由进浆管进入，给到盖板与叶轮中心处，由于叶轮的高速旋转，在盖板与叶轮中心处造成一定的负压，空气由进气管和套管吸入，与料浆混合后一起被叶轮甩出。在强烈的搅拌下，气流被分割成无数微细气泡。预选物质颗粒与气泡碰撞粘附在气泡上而浮升至料浆表面形成泡沫层，经刮泡机刮出成为泡沫产品，再经消泡脱水后即可回收。浮选是固体废物资源化的一种重要技术，我国已应用于从粉煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉渣中回收金属等。浮选法的主要缺点是有些工业固体废物浮外，还需要一些辅助工序如浓缩、过滤、脱水、干燥等。因此，在生产实践中究竟采用哪一种分选，应根据固体废物的性质，技术经济综合比较后确定。,