固体废物的处理

第三章固体废物的处理本章要点：1、压实：掌握压实的原理、目的和主要设备。2、破碎：掌握破碎的原理、目的、主要方法和设备。3、分选：掌握分选的原理、目的、主要方法。（资源化）4、脱水：掌握脱水的主要方法原理与设备5、干燥（热处理）：了解热处理的主要方法原理与设备。第一节固体废物的压实一、概念与目的1、概念：通过外力加压于松散的固体废物，以缩小其体积，使固体废物变得密实的操作简称为压实，又称为压缩。如若采用高压压实，除减少空隙外，在分子之间可能产生晶格的破坏使物质变性。2、目的：经过压实处理，一方面可增大容重、减少固体废物体积以便于装卸和运输，确保运输安全与卫生，降低运输成本；另一方面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。二、压实的原理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↑。vsmVVV容重就是固体废物的干密度，用d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。mWmmsVWWVWd空隙比svVVemvVVn空隙率固体废物经过压实处理后体积减少的程度叫压缩比，可用公式表示：R为固体废物体积压缩比；Vi为废物压缩前的原始体积；Vj为废物压缩后的最终体积。一般固体废物压实后的压缩比为3～5，若破碎后再压实其压缩比可达5～10倍。固体废物的压缩比取决于废物的种类及施加的压力，一般可以在几kg/cm2～几百kg/cm2(1kgf/cm2=98066.5Pa)。jiVVR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质。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。三、压实设备类别：固定和移动构造：容器单元和压实单元二部分容器单元接受废物，压实单元具有液压或气压操作的压头，利用高压使废物致密化。固定式压实器：凡用人工或机械方法（液压方式为主）把废物送进压实机械中进行压实的设备称为固定式压实器。如各种家用小型压实器、废物收集车上配备的压实器及中转站配置的专用压实机。移动式压实器：是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压土机、钢轮式布料压实机以及其他专门设计的压实机具。（一）固定式压实器只能定点使用，通常由一个容器单元和一个压实单元构成。前者通过料箱或料斗接受废物，后者在液压或气压驱动下依靠压头，利用一定的挤压力将废物压成致密的块体。分为小型家用压实器和大型工业压缩机两类。前者大小为85×45×60cm3，进行垃圾压缩或破碎。后者一般在废物转运站、高层住宅垃圾滑道的底部以及其他需要压实的场合，大到可压缩汽车。1、常见的固定式压实器(1)水平式压实器(2)三向垂直压实器(3)回转式压实器(4)城市垃圾压实器(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。水平压实器A—有效顶阜开口长度；B—装料室长度；C—压头行程；D—压头导轨长度；E—装料室宽度；F—有效顶部开口宽度；G—出料口宽度；H—压面高度；I—装料室高度；J—压头高度；K—破碎杆高度；L—出料口高度(2)、三向联合式压实器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。它具有三个互相垂直的压头，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200－1000mm之间。一般用作金属类废物压实器。(3)、回转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的运动方向将废物庄至一定尺寸排出。(4)、城市垃圾压实器a、高层住宅垃圾滑道下的压实器(a)为压缩循环开始，从滑道中落下的垃圾进入料斗。(b)为压缩臂全部缩回处于起始状态，压缩室内充入垃圾。当压臂全部伸展，垃圾被压入容器中，如(c)图，当垃圾不断充人最后在容器中压实。可以将压实的垃圾装入袋内。b、城市垃圾压实器城市垃圾压实器与金属类废物压实器构造相似。常采用的有三向联合式压实器及水平式压实器。为了防止垃圾中有机物腐败，要求在压实器的四周涂敷沥青。2、压实器的选择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。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。压实器选择（主要考虑因素）☆装载面尺寸：应能容纳用户产生的最大件废物，一般取0.765-9.18m；☆循环时间：是压头的压面从装料箱把废物压入容器回到原来静止位置的过程所需时间。一般20-60s☆压力范围：通过求出具体压实器的额定作用力来确定，固体式压实器的压力范围一般为0.1-0.35MPa；☆压头行程：压面进入容器的深度或者压面的行程长度，一般为10.2-66.2m☆体积排率：由每次把废物堆入压实器可压缩的体积×1h内压实器完成的循环次数确定；（m3/hr）（二）移动式压实设备（用于填埋场压实）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。第二节固体废物的破碎定义：在外力作用下破坏固体废物质点间的内聚力使大块的固体废物分裂为小块的过程。目的：减小固体废物的颗粒尺寸；降低空隙率、增大废物容重，有利于后续处理与资源化利用。一、固体废物破碎的基础理论（一）固废破碎的难易程度1、机械强度：指固废抗破碎的阻力，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；40~250MPa为中硬固废；40MPa为软固废。粒度越小，机械强度越高。2、硬度：指固废抵抗外力机械侵入的能力。（1）对照矿物硬度确定，按莫氏硬度分为十级。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。（2）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。3、有些固废在常温下呈现较高的韧性和塑性，难以破碎，需要特殊的破碎方法（如低温破碎）。（二）破碎方法1、干式破碎（1）机械法：利用破碎工具对固废施力而将其破碎的方法。破碎作用分为挤压、劈碎、剪切、磨剥、冲击破碎等。（2）物理法（非机械破碎）：利用电能、热能、水等对固废进行破碎的新方法。如湿式破碎、低温、热力、减压及超声波破碎等。2、湿式破碎利用特制的破碎机将投入机内的含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆液的过程。3、半湿式破碎破碎和分选同时进行。利用不同物质在一定均匀湿度下其强度、脆性（耐冲击性、耐压缩性、耐剪切力）不同而破碎成不同粒度。（三）破碎比和破碎段1、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之。表示废物粒度在破碎过程中减小的倍数，也表征废物被破碎的程度。（1）极限破碎比i=Dmax/dmax最大粒度通常，根据最大废物直径选择破碎机给料口。（2）真实破碎比i=Dcp/dcp平均粒度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。其总破碎比等于各段破碎比的乘积，即：i=i1×i2×i3×···×in为减免机器的过度磨损，工业固体废物的尺寸减小往往分几步进行，一般采用三级破碎，第一级破碎可以把材料的尺寸减小到7.62cm，第二级破碎减小到2.54cm，第三级减小到0.32cm。（四）破碎产物的特性表示法粒径：固体废物颗粒大小通常经粒径（particlesize）表示，用筛网孔径来衡量，又称粒度。粒径大小表示方法：筛孔直径或筛网数目，其中筛目是lin（≈25.4mm）长度上的筛孔数，简称为“目”。粒度分布表示法：有累积曲线法和频度曲线法两种。★累积曲线法（Accumulativecurve）：是以比某一粒径大或小的颗粒量占总颗粒量的百分率（R）对应于该粒径所作的曲线，是一条连续曲线。★频度曲线(Frequencycurve)：是以某一粒径范围内的颗粒量（△W）占颗粒总量（W）的百分率与粒径间隔（△D）的比值对应于各自粒径范围所得到的曲线，为不连续的直方图。（五）破碎流程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破碎工艺二、固体废物破碎设备处理固体废物的破碎机通常有颚式、锤式、剪切式、冲击式、辊式破碎机和粉磨机。（一）剪切式破碎机1、原理：通过固定刀和可动刀之间的啮合作用，将固体废物切开或割裂成适宜的形状和尺寸，特别适合破碎低二氧化硅含量的松散物料。2、类型：（1）Vonroll型往复剪切式破碎机（2）Linclemann型剪切式破碎机（3）旋转剪切式破碎机往复刀和固定刀之间宽度为30cm，剪切尺寸为30cm。刀具由特殊钢制成，磨损后可以更换，液压油泵最高压力为13MPa/cm2，电机功率为374kW，处理量为80～150m3/h，可将厚度为220mm以下的普通型钢板剪切成30cm的碎块。（1）冯·罗尔(Vonroll)型往复剪切式破碎机（2）林德曼(Lindemann)型剪切式破碎机该机由预压机和剪切机两部分组成。固体废物先进入预压机，通过一对钳形压块的开闭将废物压缩后进入剪切机。剪切机由送料器、压紧器和剪切刀片组成。固体废物由送料器推倒刀口下方，压紧器压紧后由剪切刀将其剪断。（3）旋转剪切式破碎机该机装有1～2个固定刀和3～5个旋转刀，固体废物投入腔体后，在固定刀和高速旋转的旋转刀夹持下而被剪切破碎。（二）锤式破碎机1、主体破碎部件包括多排重锤和破碎板。锤头以铰链方式装在各圆盘之间的销轴上，可以在销轴上摆动。电动机带动主轴、圆盘、销轴及锤头（合成转子）高速旋转。2、类型：a、按转子数目可分为两类：单转子锤式破碎机（可逆式和不可逆式）；双转子锤式破碎机。b、按破碎轴安装方式分为卧轴和立轴两种。（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、目前专用于破碎固体废物的锤式破碎机类型：它主要用于破碎家具、电视机、电冰箱、洗衣机、厨房用品等大型废物，破碎块可达到50mm左右。该机设有旁路，不能破碎的废物由旁路排出。转子转速1500～450r/min，处理量为7～55t/h。(1)BJD普通锤式破碎机锤头呈钩形，对金属切屑施加剪切拉撕等作用而破碎。经该机破碎后，可使金属切屑的松散体积减小3～8倍，便于运输。（2）BJD型金属切屑锤式破碎机机体分成两部分：压缩机部分和锤碎机部分。大型固体废物先经压缩机压缩，再给入锤式破碎机，转子由大小两种锤子组成，大锤子磨损后，改作小锤用，锤子铰接悬挂在绕中心旋转的转子上做高速旋转。转子下方半周安装有箅子筛板，筛板两端安装有固定反击板，起二次破碎和剪切作用。这种锤式破碎机用于破碎废汽车等粗大固体废物。（3）HammerMills式锤式破碎机该破碎机具有两个旋转方向相同的转子，转子下方均装有研磨板。物料自右方给料口送入机腔内，经右方转子破碎后颗粒排至左方破碎腔。再沿左方研磨板运动3/4圆周后，借风力排至上部的旋转式风力分级板排