固体废物分选.doc

1、第四章 固体废物分选定义：将可回收利用的或不利于后续处理处置工艺要求的物料分离出来的过程。依据：颗粒的粒度、密度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性、表面润滑性。第一节 城市垃圾的分选和预处理1、分选、回收废物分选的目的是为了将其中可以回收的或不利于后续处理、处置工艺的无聊分离出来。因此，分选的方法与后续的处理处置密切相关：（1）先焚烧，再填埋灰渣；（2）先堆肥，残渣填埋；（3）直接填埋。不同的处理、处置方法对垃圾分选的目标和要求是不同的。分选的首要目的都是直接回收有用的资源。在经济相对不够发达的发展中国家，城市垃圾的分选经常是由社会上的人们以分散的形式自发进行的（即拾荒者）。在一定意义上，这个

2、自发的行动以落后的方式解决了大部分垃圾中资源的简单回收工作。从而缓解了城市垃圾分类回收的压力。但是拾荒者的自发行为必然会造成废物收集秩序的混乱，可能导致疾病的传播，以及由于无组织活动使得有用物资回收的效率不可能达到很高的水平。由于垃圾形式与成分的复杂性，难以用机械的方法进行精确的分类。即使是工业发达的国家，对垃圾的分选仍旧保持了较大比例的人工因素。不过，这种人工分选的方式是在流水线上进行的：收集来的固体废物在重力分选方法和磁力去除其中的钢铁以及其它金属材料以后，通过一个高架的传送带，分布在传送带两侧的人员分别将指定的可回收物资投入设在下面的专用容器或构筑物中。这些经过分选的物资经过压缩、包装、

3、称重以后，被送往生产企业回用。城市垃圾分选的基本方法除手选以外，均是根据物料在物理性质方面（如密度、粒度、电性质、磁性等）的差别而进行的。2、物料分选的一般原理为从一种混合物中将各种可以回用的物质筛选出来，分选过程可以按不同的级数设置。所谓级数，实际是分选装置的出料口数。例如，具有一系列大小不同粒度出口的筛分机，就是一个多级分选装置。（1）二级筛分在两级分选机中，给入的物料是x和y（需要进行分离的物料）的混合物。假设在单位时间内进入分选机的x和y物料的数量分别为x0和y0，在同样时间内从第一和第二出料口排出的量分别为x1、y1和x2、y2 ，此时可以用回收率来表示相应物质的分选效率：第一个出料

4、口物流中x物料的回收率Rx1：Rx1=(x1/x0)100%同样： Ry2=(y1/y0)100%根据质量平衡原理，x0=x1+x2, 所以，Rx1=(x0-x2)/(x1+x2)。为了显示分选机对某个组分x的分选效率，需要引进该组分的百分含量作为工作参数：Px1=x1/(x1+y1) 100%, Py2=y2/(x2+y2) 100%有时，用浓度（重量百分数）代替单位时间进入和排出分选机的物料量更方便，此时x物料和y物料的回收率可以分别表示为：此时，x物料的体积百分含量为： rx, ry分别为物料x和y的密度两级分选机往往是用于从一种物料中提取某一种有用的物质，例如使用磁选机从混合物料中提取

5、铁磁性金属。多级分选机的进料中经常含有多种组分，并需要同时排出多种不同规格的物料。如果用x10, x20, , xn0分别表示多级分选机的给料中各种组分（x1, x2, , xn）的总量，xin代表xi组分经过分选机后最终从第n个排放口排出的部分。则x1在第一排出口物流中的回收率为：3、分选技术（1）人工分选：一般是在分类收集的基础上进行的，主要回收纸张、玻璃、塑料、橡胶等物品，最基本的条件是：不能有过大的重量，过大的含水量和对人体的危害性。将适于挥手的混合废物集中以后，操作人员就可以在传送带上按照不同的类型和规格进行分拣。优点：识别能力强；可以直接回收无需进一步加工即可回用的物品（如啤酒瓶）

6、；可以清除所有可能使系统发生事故的物品。经验表明：运送待分拣垃圾的皮带速度以小于9m/min为宜。一名分拣工人大约在一小时内拣出0.5吨的物料。虽然这种工作劳动强度很大，卫生条件差，目前尚无法被机械代替。（2）筛分：筛分是根据废物颗粒大小来对松弛状态的废物进行分选的方法。如果一个颗粒在三个方向的尺寸中有两个小于筛孔的孔径，就能够通过。在固体废物处理工程中，筛子的位置不同其作用也就不同。一般可分为以下四类：(a) 准备筛分：是为了让某个操作过程的物料满足粒度要求。它将固体废物按粒度分成几个级别，分别送往下一工序。(b) 预筛分和检查筛分：这两种筛分经常是与破碎工艺配合使用的。预筛分是将物料送入破

7、碎机之前，将小于破碎机出料口宽度的颗粒预先筛分出去，以提高破碎机的效率；检查筛分的作用则是对已经过破碎的物料进行筛分，将尚未达到要求粒度的物料返回破碎机的入口进行再破碎。(c) 选择筛分：废物经过某一个或某些筛分工序以后，将浓缩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。例如，垃圾堆肥场在垃圾经过发酵阶段以后，利用孔径约20mm的滚筒筛进行筛分，将以各种杂物为主要成分的筛上物（包括废塑料、织物、纸张、石块、碎玻璃等）除去，而筛下物是可以利用的有机肥料。(d) 脱水或脱泥筛分：主要用于清洗或脱水操作。前者是得到较为清洁的筛上物；后者是去除废物中过多的含水量，以便于下一步处

8、理或处置，如焚烧或填埋。筛分实际上不可能达到100%的效率。通用筛子的筛孔大小不可能是连续的，而存在一定的间隔。筛分效率可以用下式表示：式中R为筛分效率，%；x0为给料中小于规定尺寸的物料量，kg；x1为通过筛孔并作为筛下物得到的小于规定尺寸的物料量，kg。筛分的工作原理目前还没有专门用于城市垃圾筛分过程控制的理论。比较普遍应用的关于圆筒型筛的理论描述来源于选矿作业，而关于振动筛的理论则是借用于化学工程中的相应部分。筛分的影响因素(a) 废物的粒度和形状：理论上，只要小于筛孔的颗粒都可以通过，但实际上，同样大小的球形和多面体颗粒远比片状或针状的颗粒容易通过筛孔。纤维状的实际上完全不能通过。由于

9、颗粒之间的相互阻碍和架桥作用，与筛孔大小相近的颗粒比更小的颗粒要难以通过。(b) 废物的含水量：废物中所含水分所处状态可以分为：吸附水、毛细水、颗粒间隙水等。存在于颗粒内部的一部分水对于筛分影响不大。影响废物筛分效果的是表面水分。当废物的含水量较小时，颗粒间隙之间的水分呈薄膜状态，水分的张力作用会导致颗粒之间以及颗粒与网丝之间产生内聚力。废物的粒度越小，则内聚力越强，结果形成团块而无法通过筛孔、甚至阻塞筛孔。(c) 筛孔形状：绝大部分的筛孔是由网丝编织而成，筛孔的形状为正方形。但是，与圆形筛孔相比，方形筛孔的边缘容易发生阻塞。所以，在筛分粒度较小、颗粒间凝聚力较大的情况下适于应用圆形筛孔；分离

10、片状颗粒或针形颗粒时，可以使用长方形筛孔。此时，应使筛孔的长轴方向与筛板的运动方向垂直。筛分设备：常用的有以下几种：圆筒筛分振动筛分盘式筛分（3）重力分选重力分选是在活动的或流动的介质中按颗粒的比重(或密度)或粒度进行颗粒混合物的分选过程。重力分选的介质有空气、水、重液(比重大于水的液体)、重悬浮液等。固体废物重力分选的方法很多，按作用原理可分为气流分选、惯性分选、重介质分选、摇床分选、跳汰分选等由于重介质分选是在液相介质中进行，不适合于包含可溶性物质的分选，也不适合于成分复杂的城市垃圾分选。该法主要应用于矿业废物的分选过程。(a) 重力分选原理：一个悬浮在流体介质中的颗粒，其运动速度受自身重

11、力、介质阻力和介质的浮力三种力作用。分别表示为FE重力、FB介质浮力、FD介质摩擦阻力。如图所示。重力：FE=s .V.G；式中：s颗粒密度；V颗粒体积。假定颗粒为球形，则v=d3/6浮力：FB=V.G；式中：介质密度。介质摩擦阻力：FD=0.5CDU2rA式中：CD阻力系数；U颗粒相对介质速度；A颗粒投影面积(在运动方向上)。当FE、FB、FD三个力达到平衡，且加速度为零时的速度为未速度，此时有：FE=FB+FD，即为：由此得到牛顿公式：式中，CD是与颗粒的尺寸及运动状况有关，通常用雷诺数Re来表述：式中：流体介质的粘度系数；流体介质的动粘度系数。如果假定流体运动为层流，则CD=24/Re。

12、则可以进一步得出人们所熟知的斯托克斯公式：(b) 气流分选气流分选的作用是将轻物料从较重的物料中分离出来。气流分选的基本原理是气流将较轻的物料向上带走或在水平方向带向较远的地方，而重物料则由于向上气流不能支承它而沉降或是由于重物料的足够惯性而不被剧烈改变方向穿过气流沉降。被气流带走的轻物料再进一步从气流中分离出来，一般用旋流器分离。气流分选机有效识别轻、重物料的一个重要前提是：必须使气流在分选筒中产生强烈的湍流和剪切力，从而把物料团块进行分散，达到较好的分选效果。因此，必须对分选筒进行改进。采用了锯齿形、振动式或回转式分选筒的气流通道，它是让气流通过一个垂直放置的、具有一系列直角或60转折的筒

13、体，如下图所示。气流分选机实质上包含了两种分离过程：将轻颗粒与重颗粒分离，再进一步将轻颗粒从气流中分离出来。根据上面所述重力分选原理可知，当物料颗粒悬浮在气流中时，气流的速度可以用牛顿速度公式或斯托克斯公式（当气流为层流时）来描述。在气流分选作业中，由于废料颗粒直径是不规矩的，因而采用“有效直径”更为方便。颗粒的有效直径可以采用等面积的圆盘直径或是采用等体积的球形有效直径：通过理论分析，有许多人提出许多特别适用于气流分选的经验模型，达拉法尔(Dallavlle)提出如下模型(适用于立式汽流分选机)：式中：U气流速度(m/s)； d颗粒直径(m)；颗粒密度(g/cm3)。对于水平式气流分选机，达

14、拉法尔提出下式确定气流速度：(c) 旋风除尘器对于直径大于10mm的颗粒，可选择旋风除尘器收集。一.筛分1.原理及设备原理：据颗粒尺寸大小，将不同粒径颗粒分为两组或两组以上颗粒组。要求颗粒为三维，至少在二维方向上小于筛孔才可以筛分。设备：圆筒式振荡器：转速慢1015r/min，不易堵塞但是效率低。2.筛分效率及其影响因素筛分效率（E）筛下产品重量 E = *100%=Q1/（Q*（a/100）*100%粒径筛孔的颗粒重量 E一般为85%95%Q入筛固体废弃物重量Q1筛下产品重量a入筛固体废弃物中粒径小于沙孔的颗粒含量影响E的因素颗粒的尺寸与形状（主要因素）：直径越小而且为球形或多边形，E越高含

15、水率：含水率越高，E越低；筛孔形状：方形E高，圆形E低；筛分器的参数：负荷恒定时，参数是关键。一般长宽比=2.53，筛面倾角为1530度；操作方式：取决于供料负荷波动情况、沿筛面宽度方向上给料均匀情况，当负荷小、顺运动方向均匀给料时E高。二.风选1.定义及原理 定义：重力分选的一种，用空气流作为携带介质，实现轻重颗粒分离。 原理：当介质流速一定，密度不同的颗粒会呈密度分布。2.风选影响因素1.待风选的固体废弃物颗粒之间的密度差异大；2.所有颗粒与空气介质的密度有显著差异；3.各物料颗粒粒径适度；4.供给空气流有适宜强度：以将进入给料口的料团充分吹成按密度分布的分层形式为标准。3.工艺流程（机械设备）：抽气式、吹气式三.磁选 1.定义：利用固体废弃物中各物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选。该方法不彻底，是分选的辅助手段。2.城市固体废弃物中含有四种特性介质，用磁化强度描述磁化效果。（见表）介质Xm（磁化率）磁化强度铁磁性物质（Fe）102106产生