第三章 固体废物的预处理Word文档格式.docx
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一般压缩倍数为3~5。
同时采用破碎与压实二种技术可使压缩倍数增加到5~10。
生活垃圾的收集都采用压实机械以减少垃圾体积、增加垃圾车的收集量。
一般，生活垃圾压实后，体积可减少60%~70%（压缩倍数为：
2.5~3.3）。
日本采用高压压实方法处理城市垃圾，
压力=258kg/m3，垃圾密度=1125.4~1380kg/m3
BOD从6000ppm降到2OOppm
COD从800Oppm降到15Oppm
垃圾块成为均匀的类塑料结构的惰性材料，自然暴露在空气中三年，没有任何明显的降解痕迹。
1、压实设备：
1）金属类废物压实器
A.三向联合式压实
B.回转式压实器
2）城市垃圾压实器
A.高层住宅垃圾压实器
B.城市垃圾压实器
２压实流程
3.压实器的选择
主要针对压缩比，应当选择合适的压缩比和使用压力。
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，应对不同的废物采用不同的压缩机。
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。
三、固体废物压实工程设计要点
1．被压实废物的物理特征；
2．供料传输方式；
3．对压实后废物的处理方法与利用途径；
4．压实机械特征参数；
5．压实机械的操作特性；
6．操作地点选择。
一、破碎原理和目的
二、破碎方法
三、破碎设备
定义：
通过人力或机械等外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间作用力而使物体破裂变碎的操作过程统称破碎。
破碎是固体废物处理技术中最常用的预处理工艺。
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。
目的
1）原来不均匀的固体废物经破碎或粉磨之后容易均匀一致，可提高焚烧、热解、熔烧、压缩等作业的稳定性和处理效率；
2）固体废物粉碎后容积减少，便于压缩、运输、贮存和高密度填埋和加速复土还原；
3）固体废物粉碎后，原来联生在一起的矿物或联结在一起的异种材料等单体分离，便于从中分选、拣选回收有价物质和材料；
4）防止粗大、锋利废物损坏分选、焚烧、热解等设备或炉腔；
5）为固体废物的下一步加工和资源化作准备。
破碎比、破碎段与破碎流程
1.破碎比
①定义：
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。
②类型：
破碎比=碎前max直径/碎后max直径（粒）
i=Dmax/Dmax------极限破碎比，应用于机械选择
破碎比=碎前平均粒度/碎后平均粒度
i=Dcp/Dcp------真实破碎比，应用与科研理论研究中
2、破碎段
固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段。
对于固体废物进行多次破碎，破碎比
i=各段破碎比之乘积即：
i=i1·
i2·
i3·
·
in
破碎比对于破碎要求程度，破碎机选择以及几种破碎机的组合都有参考价值。
但是破碎段数越多，破碎流程就越复杂，工程投资相应增加，因此，在可能的条件下，应尽量采用一段或两段破碎流程。
3.破碎流程
二、破碎方法
1）非机械破碎法：
低温破碎，热力破碎，减压破碎和超声波粉碎法。
2）机械破碎法：
选择破碎机因素
①破碎程度能力；
②固体废物性质（硬度、材料性质、形状、水分）；
③对产品要求；
粒径、形状
④供料方式；
⑤现场环境条件
1.颚式破碎机
1）简单摆动颚式破碎机
2）复杂摆动颚式破碎机
2.冲击式破碎机
1）反击式破碎机
2）锤式破碎机
（1）BJD型普通锤式破碎机
（2）BJD型破碎金属切屑锤式破碎机
（3）HammerMills型锤式破碎机
（4）Novorotor型双转子锤式破碎机
3.辊式破碎机
4.剪切式破碎机1）往复式剪切破碎机
2）Lindemann式剪切破碎机
3）旋转剪切破碎机
5.球磨机
6.特殊破碎设备1）低温冷冻破碎；
2）湿式破碎；
3）半湿式选择性破碎分选。
颚式破碎机的主要类型（用于压碎+劈断+及折断）
颚式破碎机出现于1858年。
优点：
构造简单，工作可靠，制造容易，维修方便。
类型：
1.动颚作简单摆动（见图2-7）
2.动颚作复杂摆动（见图2-8）
简单摆动颚式破碎机（偏心轴与颚板不一）
皮带轮带动偏心轮转动时，偏心顶点牵动连杆上下运动，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。
动颚对破碎腔内的物料进行压碎、劈裂及折断。
破碎后的物料自动从破碎腔内落下。
复杂摆动颚式破碎机（偏心轴与颚板合一）
复杂摆动颚式破碎机的构造比较简单，但动颚运动较简单摆颚式破碎机复杂，动颚在水平方向有摆动，同时在垂直方向上也运动，是一种复杂运动，故称为复杂摆动颚式破碎机。
破碎产品较细，破碎比大（一般可达4~8，简摆只能达到3~6）。
Hazemag型冲击式破碎机
锤式破碎机（用于压碎+劈断+折断）
BJD型普通锤式破碎机
BJD型破碎金属切屑锤式破碎机
HammerMills型锤式破碎机
Novorotor型双转子锤式破碎机
辊式破碎机
双辊式破碎机
剪断破碎（剪切破碎）
往复式剪切破碎机
Lindemann式剪切破碎机
旋转剪切破碎机
该机的缺点是当混进硬度大的杂物时，易发生操作事故。
球磨机
球磨机主要由圆柱形筒体、端盖、中空轴颈、轴承和传动大齿圈等部件构成。
主要用途：
用煤矸石生产水泥、砖瓦、矸石棉、化肥和提取化工原料等，用钢渣生产水泥、砖瓦、化肥、溶剂以及对垃圾堆肥深加工等。
低温冷冻破碎
主要针对在常温下难以破碎的固体废物，可利用其低温变脆的性能而有效地破碎，亦可利用不同的物质脆化温度的差异进行选择性破碎。
固体废物各组分物质在低温冷冻（-60~-120℃）条件下易脆化，且脆化温度不同，其中某些物质易冷脆，另一些物质则不易冷脆。
利用低温变脆既可将一些废物有效地破碎，又可以利用不同材质脆化温度的差异进一步进行选择性分选。
在低温破碎技术中，通常需要配置制冷系统，低温破碎通常采用液氮作制冷剂（液氮具有制冷温度低、无毒、无爆炸危险和货源充足等优点）。
但是所需的液氮量较大，因而费用昂贵。
例如以塑料加橡胶复合制品为例，每吨需300kg液氮
破碎对象仅限于常温难以破碎的废物，如橡胶和塑料。
低温破碎应用：
1.塑料低温破碎；
2.回收各种金属的低温破碎；
3汽车轮胎的低温破碎。
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
（1）各种塑料的脆化点：
PVC（聚氯乙烯）:
-5℃~-20℃
PE（聚乙烯）:
-95℃~-135℃
PP（聚丙烯）:
0℃~20℃
（2）低温时，冲击破碎动力比常温时要小得多
（3）膜状塑料难于低温破碎
（4）低温破碎机应选择以冲击力为主、拉力和剪切力为次要考虑因素的破碎机为合适。
从混合物中回收金属的低温破碎
利用低温破碎技术从有色金属混合物、包覆电线等固体废弃物中回收铜、铝、锌
采用液氮冷冻后冲击破碎（-72℃，1min），
破碎产物中25mm以上者，含铜97.2%，铝100%;
25mm以下者，锌100%（铜2.8%，铝0%）。
低温冷冻破碎工艺流程
低温破碎汽车轮胎
湿式破碎
湿式破碎的优点：
1）使含纸垃圾变成均质浆状物，可按流体处理；
2）不会滋生蚊蝇和恶臭，卫生条件好；
3）不会产生噪声、发热和爆炸等；
4）脱水有机残渣的质量、粒度大小和水分等变化小；
5）在化学物质、纸和纸浆、矿物等处理中均可使用，但更适用于回收垃圾中的纸纤维、玻璃、铁和有色金属。
半湿式选择性破碎分选
利用各种不同物质在一定均匀湿度下，因固体废物的强度、脆性（耐冲击性、耐压缩性、耐剪切性）不同而破碎成不同粒度的原理来分选不同物质。
半湿式选择性破碎分选装置系统示意图见右图。
第三节固体废物分选
一、筛分
二、重力分选
三、磁力分选
四、电力分选
五、浮选
六、其他分选方法
七、分选回收工艺系统
一、固体废物分选----筛分
（一）定义----筛分是利用筛子将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留在筛面上，完成粗、细料分离的过程。
粒度差，一定孔径的筛网上振动,通过筛孔的和不能通过的粒子群分开的过程。
（二）筛分原理
1、筛分过程
①易于穿过筛孔的颗粒，能穿过物料层到达筛面
②穿过筛孔
2、筛分条件
①筛面上物料层松散状态、利于粒度分层；
②物料和筛子运动使堵在筛孔上颗粒脱离筛面
其中：
难筛颗粒：
粒度接近于筛孔的渣粒
易筛颗粒：
粒度小于筛孔3/4的颗粒
筛分概率：
颗粒通过筛孔的可能性
四筛分设备
1.固定筛
2.滚筒筛
3.惯性振动筛
4.共振筛
筛分设备：
固定筛
固定筛的筛面有许多平行排列的筛条组成，可以水平安装或倾斜安装。
结构简单、不耗用动力、设备费用低和维修方便。
型式：
1）格筛2）棒条筛
滚筒筛
滚筒筛也叫转筒筛，这是一种特制的筛。
筛面为带孔的圆柱形筒体。
在传动装置带动下，筛筒绕轴缓缓转动。
一端进料，筒体出细料，另一端出粗料。
惯性振动筛
惯性振动筛是通过有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。
惯性振动筛适用于细粒废物（0.1~15mm）的筛分，也可用于潮湿及粘性废物的筛分。
共振筛
共振筛是利用连杆装有弹簧的曲柄连杆机构驱动，使筛子在共振态下进行筛分。
共振筛的工作过程是筛箱的动能和弹簧的位能相互转化的过程。
处理能力大、筛分效率高、耗能少，结构紧凑。
缺点；
制造工艺复杂，机体笨重、橡胶弹簧易老化。
二、重力分选
定义和原理：
重力分选是根据固体废物在介质中比重（或密度差）进行分选的一种方法。
它利用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。
从而得到不同密度的产品。
分类：
按介质不同，固体废物的重力分选可分为：
1.重介质分选，2.跳汰分选，
3.风力分选，4.摇床分选，
5.惯性分选
（一）风力分选
1定义：
风力分选简称风选，又称气流分选，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度大小进行分选。
2原理：
不同密度、粒度和形状的颗粒在介质运动时，所受阻力的大小是不同的，因此，不同颗粒在介质中自由下落的速度也是不同的。
在同一种介质中，颗粒密度及粒度越大，其沉降末速度就越大，反之则小，从而达到废物分离的目的。
3风力分选设备：
1）水平气流风选机；
2）垂直气流风选机；
3）倾斜式分离器。
沉降末速度
当颗粒在静止介质中自由沉降时，开始时速度为零，这时介质对颗粒的阻力也为零，然后颗粒在重力作用下作加速度沉降。
随着颗粒的沉降速度的增加，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，沉降的加速度就将减少到零，此时颗粒就会以等速沉降，这个速度就称为沉降末速度。
颗粒在空气中的沉降末速度V0为
1、下降气流（自由落体）-----空气中
2、上升气流
3水平气流应用
水平气流风选机结构流向示意图
此种装置的基本结构和气流流向如右图所示；
实用设备见下页。
垂直气流风选机结构图
曲折形风选机（立式）结构图
美国立式多段垃圾风力分选机
（二）重介质分选
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。
条件：
所选的重介质密度（rc）应介于固体废物中轻物料密度（rL）和重物料密度（rW）之间。
rL<
rc<
rW
重介质分选
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。
重介质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。
常用的加重质有硅铁、磁铁矿等。
重介质应具有密度高、粘度低、化学稳定性好（不与处理的废物发生化学反应）、无毒、无腐蚀性、易回收再生等特性。
固液混合介质（重介质分选）
原理:
向水中加入高密度固体微粒，使其混合介质密度加大调配成“目的比重介质”。
加重质的选择：
硅铁、磁铁矿、粒度≤200目
重介质
（三）跳汰分选
跳汰分选是垂直变速介质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密度的离子群，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（重质组分）位于下层，从而实现物料分离。
跳汰分选
磨细；
混合废物；
不同比重粒子群；
垂直脉冲运动介质
介质：
水、空气
水力跳汰，风力跳汰
（四）摇床分选
摇床分选是细粒固体废物进行分选的最为常用的方法之一。
在横向水流和床面的不对称往复运动作用下，用惯性力、摩擦力和析离等综合作用，不同密度的颗粒最终在床面上呈扇形分布。
三、磁力分选
固体废物的磁力分选（简称磁选）是借助磁选设备产生了磁场使铁磁物质组分分离的一种方法。
磁选主要用于回收或富集黑色金属，或是在某些工艺中用以排除物料中的铁质物质。
固体废物分类：
强磁性、中磁性、弱磁性和非磁性等。
不同磁性的组分通过磁场时，磁性较强的颗粒就会被吸附到磁选设备上，而磁性弱和非磁性颗粒就会被输送到预定的区域内。
常用设备：
1）辊筒式磁选机；
2）悬挂带式磁力分选机；
3）CTN型永磁圆筒式磁选机
磁力分选（磁力分选，磁流体分选）
基础：
固体废物各组分的磁性差异
（一）磁选原理
1、磁选过程
固体废物：
强磁性组分吸着在磁选设备上
中磁性组分也可以吸着
弱磁性组分未被吸着
非磁性组分未被吸着
磁区---------------------------------------非磁区
强、中磁性组分→→运动→→脱落下来
F1>
F机>
F2
F1：
于强磁性颗粒上的比磁力
F2：
于弱磁性颗粒上的比磁力
F机：
与磁力方向相反的所有机械力的合力
辊筒式磁选机
此类磁选机主要由磁辊筒和输送皮带组成
永磁磁辊筒结构示意图如右图
辊筒磁选机分选工作示意图
悬挂带式磁选机
工作示意图见右图
在垃圾输送带的上方，离被分选物料的一定高度上（通常<
500mm）悬挂一大型固定磁铁，并如图所示配有一传送带。
辊筒磁选机分选工作示意图见下页
CTN型永磁圆筒式磁选机
这种设备适用于粒度≦0.6mm强磁性颗粒的回收及从钢铁冶炼排出的含铁尘泥和氧化铁皮中回收铁，以及回收重介质分选产品中的加重质。
磁流体分选法
磁流体分选法（MHS）是利用磁流体作为分选介质，它在磁场或磁场和电场的联用下产生“加重”作用，按固体废物各组分的磁性和密度的差异或磁性、导电性和密度的差异，使不同组分分离。
磁流体是指某种能够在磁场或磁场和电场的联合作用下产生磁化、加重、对颗粒产生磁浮力作用的稳定分散液。
按分选原理和介质的不同分类：
磁流体动力分选和静力分选。
定义:
又简称电选,是利用固体废物中各种组分在高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法。
电选分离过程是在电选设备中进行的，废物颗粒在电晕-静电复合电场电选设备中的分离过程如右图所示。
电选设备及应用：
1）静电分选技术；
2）YD-4型高压电选机
静电分选技术及应用
这是一种利用各种物质的导电率、热电效应及带电作用的差异而进行物料分选的方法。
主要用于各种塑料、橡胶和纤维纸、合成皮革、胶卷、玻璃与金属的分离。
（利用右图这种装置可清除玻璃中所含金属杂质的70%）
YD-4型高压电选机及应用
YD-4型高压电选机的构造如右图所示。
该机特点是具有较宽的电晕场区，特殊的下料装置和防积灰漏电措施。
整机密封性能好，采用双筒并列式，结构合理，紧凑，处理能力大，效率高，
主要作为粉煤灰专用设备。
五、浮选
浮选原理
浮选工艺过程
浮选设备
浮选的应用
（一）浮选的原理
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，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。
浮选药剂是调整物质可浮性的主要外因条件，根据在浮选中的作用不同可分为捕收剂，起泡剂和调整剂三类。
常用的捕收剂有异极性捕收剂（黄药和油酸）和非极性油类捕收剂（脂肪烷烃和环烷烃（常用的是煤油））；
常用的起泡剂有松油、松醇油和脂肪醇等。
浮选药剂
1、捕收剂：
异极性捕收剂（极性、非极性）
非极性捕收剂（脂肪、环烷）
种类：
油类、黄药、油酸、胺类
2、起泡剂：
减小水表面张力和在水面上形成稳定泡沫
3、抑制剂：
抑制物质可浮性、阻止捕收剂吸附
4、活化剂：
促进可浮性、消除抑制
5、介质调整剂：
调整料浆pH值
6、分散与混凝剂
捕收剂的典型分子式
HHS
[HC----COCS]-Me+
HH
（二）浮选技术的应用
粉煤灰浮选回收炭
浮选的工艺流程
1、料浆的调制
废物→破碎、磨碎→适当浓度的料浆
2、加药调整
捕收剂、起泡剂、介质调整剂（抑制剂、活化剂）
3、充气浮选-----浮选机
正浮选：
浮选有用物质
反浮选：
浮选无用物质
优先浮选：
依次浮选，分别用捕收剂和抑制剂
混合浮选：
共同浮选，用捕收剂和起泡剂
浮选的应用：
①粉煤灰中提取炭
②煤矸石中回提硫铁矿
③焚烧灰渣中回收金属
浮选设备类型很多，我国使用最多的是机械搅拌式浮选机，其构造见右图。
我国已应用于从粉煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属等。
缺点：
浮选前要破碎到一定的细度；
要消耗大量的浮选药剂且易造成环境污染；
需诸如浓缩、过滤、脱水和干燥等辅助工序。
（在生产实践中究竟采用哪种分选方式，应根据固体废物的性质、经技术经济综合比较后确定）
泡末分选：
将调好的固体废物悬液加到发育的泡末层上，疏水性物质粒子吸附在气泡上，富集于泡末层中，刮出而成泡末产品；
亲水性物质粒子在重力作用下从分选机下部排出而成非泡末产品。
六、其他分选方法
光电分离技术
涡电流分离技术
摩擦与弹跳分选
这是一种利用物质表面光反射特性的不同而分离物料的方法。
工作示意图见右图。
这是一种在固体废物中回收有色金属的有效方法，具有广阔的应用前景。
其工作原理如右图所示。
摩擦与弹跳分选是根据固体废物中各组分摩擦系数和碰撞系数的差异，在斜面上运动或与斜面碰撞弹跳示产生不同的运动速度和弹跳轨迹而实现彼此分离的一种处理方法。
工作原理见右图。
第四节污泥的浓缩与脱水
一、概述
（一）污泥的来源
（二）表征污泥性质的主要指标
1、含水率与含固率
2、挥发性固体
3、有毒有害物质
4、脱水性能
（三）污泥中的水分及其影响
（四）污泥处理后的最终出路
二、污泥的浓缩工艺
（一）重力浓缩法
（二）气浮浓缩法
（三）离心浓缩法
三、污泥的调理
（一）调理剂
1.无机调理剂：
适用于真空过滤和板框压滤
①最有效、最便宜的是铁盐：
FeCl3·
6H2O,Fe2（SO4）·
4H2OFeSO4·
7H2O，聚合硫酸铁（PFS）。
②铝盐：
Al2（SO4）2·
18H2O、AlCl3、Al（OH）2·
Cl,聚合氯化铝（PAC）
铁盐常和石灰联用：
在pH>
12时，可提供Ca（OH）2絮凝体。
2.有机调理剂：
阳粒子型聚丙烯酰胺等
（二）调理效果的影响因素
（三）污泥的调理方法
1、化学调理
2、淘洗
3、加热加压调理
a.高温加压调理
b.低温加压调理
4、冷冻融化调理
四、污泥的脱水
（一）自然干化
（二）机械脱水
1、真空过滤机2、板框压滤机
3、带压式压滤机
4、污泥离心机技术和转筒式离心机
二、包胶固化
三、玻璃固化
四、自胶结固化
五、水玻璃固化
废物稳定处理主要包括中和法与氧化还原法。
废物固化是用物理-化学方法将有害废物固定或包封在惰性基材中使其稳定化的一种过程。
固化处理方法可按原理分为包胶固化、自胶结固化、玻璃固化和水玻璃固化。
包胶固化又可以分为水泥固化、石灰基固化、热塑性材料固化和有机聚合物固化等，包胶固化适用于多种类型的废物。
自胶结固化只适用于含有大量能成为胶结剂的废物。
玻璃和水玻璃固化一般只适用于极少量特毒废物的处理。
对固化处理的基本要求
①有害废物经固化处理后所形成的固化体应具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗干湿性、抗冻融性及足够的机械强度等，最好能作为资源加以利用，如作建筑基础和路基材料等；
②固化过程中材料和能量消耗要低，增容比要低；
③固化工艺过程简单、便于操作；
④固化剂来源丰富，价廉易得；
⑤处理费用低。
衡量固化处理效果的两项主要指标是固化体的浸出率和增容比。
浸出率是指固化体浸于水中或其他溶液中时，其中有害物质的浸出速度。
测量和评价固化体浸出率的目的：
①在实验室或不同的研究单位之间，通过固化体难溶性程度比较，可以对固化方法及工艺条件进行比较、改进或选择；
②有助于预计各种类
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