第四章 固态废料的预处理 主要内容 固态废料的压实处理 固态废料的破碎处理 固态废料的分选技术 概 述 固态废料的差异性大 种类 组成 形状大小 结构 性质 固态废料预处理定义 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回收处理方法 第一节 固态废料的压实 压实定义 指用机械方法增加固态废料聚集程度，增大容重和减少固态废料表观体积，提高运输与管理效率的一种操作技术 压实目的 增大容重、减少固态废料体积，便于装卸和运输，降低运输成本（如城市生活垃圾，压实前容重0.1~0.6t/m3，压实后容重1t/m3，体积可减少至原体积的1/10~3/5）。 可制造高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作为建材使用 固态废料表观体积=固体颗粒体积+空隙体积 压实过程：随压力增加，物料容重迅速增加，以后逐渐减弱，达到极限（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幅度提升的道理）。已证明未经破碎的原状城市垃圾，压实容重极限值约为1.1t/m3 国外新工艺介绍：垃圾高压压实成捆的处理工艺 捆包后垃圾填埋优点： 1、更容易均匀布料，场地沉降较均匀 2、减少了扬尘的危害 3、城市生活垃圾经高压压实处理时，由于挤压和升温，可使垃圾中的BOD5从6000mg/L降至200mg/L。COD从8000mg/L降到150mg/L，大幅度的降低了腐化性，减轻对环境的污染 为判断压实效果，比较压实技术与压实设备的效率，常用下述指标来表示废物的压实程度。 空隙比与空隙率 （1） 空隙比：e=Vv/Vs （2）空隙率：ε=Vv/Vm Vv空隙体积，Vs固体颗粒体积，Vm固态废料体积 空隙比或空隙率越低，则表明压实程度越高，相应的容重越大 湿密度与干密度 （1）忽略空隙中的气体重量，固态废料的总重量（mm）就等于固体物质重量（ms）与水分重量（mw）之和，即： mm=ms+mw （2）湿密度： ρm=mm/Vm （3） 干密度： ρd=ms/Vm 一般容重指的是湿密度。压实前后固态废料密度值及其变化率大小，是度量压实效果的重要参数，也容易测定，故比较实用 体积减少百分比 R(%) = (Vi - Vf)/Vi?100 R – 体积减少百分比（%），Vi – 压实前废物的体积（m3），Vf – 压实后废物的体积（m3）。 压缩比与压缩倍数 （1） 压缩比 定义为： r = Vf/Vi (r?1) 显然，r越小，说明压实效果越好。 （2）压缩倍数 (n) 定义为： n = Vi/Vf (n?1) n与r互为倒数，显然n越大，证明压实效果越好，工程上习惯用n。体积减少百分比R（%）与压实倍数（n）相互关系如右图所示。由图看出，体积减少百分比在80%以下变化时，压实倍数在1~5之间，变化幅度较少，当R（%）值越过80%以上。n值急剧上升，几乎成直线%时，可推出n=Vi/Vf =10；R=95%时n=Vi/Vf =20 收运阶段的压实机械 分固定式和移动式两类，固定式压实机械一般设置在废物收集站或转运站，移动式压实机械一般安装在收集车上，当接受废物后立即进行压实操作，随后运往处置场地 填埋场中的压实机械 为了有效利用填埋场库容，压实机械是填埋场运行管理中最重要的机械之一，填埋场压实机是一种用于废物压实的大型静碾压压实机械，一般有四个压实滚轮，前部设有带格栅的推铲非常适合于粘性材料的压实作业 第二节 固态废料的破碎 一、固态废料的破碎定义 二、破碎目的 三、影响破碎效果的因素-物料机械强度、破碎力 三、破碎方法 四、破碎设备技术指标 破碎比与破碎段 破碎比与破碎段（续） 五、破碎流程 ——根据固态废料的性质、粒度大小、要求的破碎比 单纯破碎工艺 六、破碎设备 选择破碎机类型时，必须考虑下列因素 ： 所需要的破碎能力 固态废料的性质和颗粒的大小 对破碎产品粒径大小、粒度组成、形状的要求 供料方式 安装操作场所情况等 1、颚式破碎机—挤压型，坚硬和中硬废物 原理 2、锤式和冲击式破碎机-冲击型，中硬、脆性、韧性、软性、纤维状废物 原理 3、剪切式破碎机-剪切型，松散态废物 原理 4、辊式破碎机 原理 1、低温破碎 原理 2、湿式破碎 原理 第四节 固态废料的分选 一、分选的目的与方法 分选定义 二、分选效率评价方法 回收率——单位时间内某一排料口中排出的某一组分量与进入分选机的此组分量之比 纯度——某一组分物料在同一排出口排出物中所占的百分数 三、筛分 原理 筛分效率——回收率，是指实际得到的筛下产品中小于筛孔尺寸的细粒物料质量与入筛废物中所含小于筛孔尺寸的细粒物料质量之比 影响筛分效率的因素 筛分设备 四、重力分选 原理 影响重力分选的因素 重力分选分类 重力分选可分为重介质分选、跳汰分选、风力分选和摇床分选等 1、重介质分选 在重介质中使固态废料中的颗粒群按密度分开的方法称为 重介质分选。选择重介质密度（ρc）介于固态废料中轻物料密度（ρL）和重物料密度（ρw）之间，即ρLρcρw 颗粒密度重介质密度，颗粒下沉，集中于底部成为重产物；颗粒密度重介质密度，颗粒上浮，集中于上部成为轻产物，分别排出，达到分选目的 分为 重液和重悬浮液 重悬浮液是由高密度的固体微粒和水构成的固液两相分散体系，是密度高于水的非均匀介质，其密度随固体颗粒的种类和含量而变化。 重介质应具有密度高、黏度低，化学稳定性高（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 2、跳汰分选 是在垂直脉冲介质中颗粒群反复交替地膨胀收缩，按密度分选废物的一种方法。 一个脉冲循环包括两个过程：床面浮起，然后被压紧。在浮起状态，轻颗粒加速较快，运动到床面物上面；在压紧状态，重颗粒加速较快，钻入床面物的下层，使物料分层。 分层后，密度大的重颗粒群集中到底层，会透筛成为筛下重产物；密度小的轻颗粒群进入上层，被水平水流带到机外成为轻产物。 颗粒在跳汰时的分层过程 隔膜跳汰机和无活塞跳汰机 隔膜跳汰机是利用偏心连杆机构带动橡胶隔膜作往复运动，借以推动水流在跳汰室内作脉冲运动；无活塞跳汰机采用压缩空气推动水流 跳汰分选机 3、风力分选 是以空气为分选介质，将轻物料从较重物料中分离出来的一种方法 风选包含两个分离过程：分离开具有低密度、空气阻力大的轻质部分和具有高密度、空气阻力小的重质部分；进一步将轻质颗粒从气流中分离出来 在国外风选大多数都用在城市垃圾的分选，将城市垃圾中的有机物与无机物分离，以便分别回收利用或处置 风选设备可分为两种类型；水平气流风选机（又称为卧式风力分选机）和上升气流风选机（又称为立式风力分选机） 卧式风力分选机 立式曲折形风力分选机 4、摇床分选 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，使细粒固态废料按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选的一种方法 摇床分选过程是由给水槽给入冲洗水，布满横向倾斜的床面，形成均匀的斜面薄层水流。当固态废料颗粒给入往复的床面时，颗粒群在重力、水流冲力、床层摇动产生的惯性力以及摩擦力等综合作用下，按密度差异产生松散分层。不同密度（或粒度）的颗粒以不同的速度沿床面纵向和横向运动，因此，它们的合速度偏离摇动方向的角度也不同，致使不同密度颗粒在床面上呈扇形分布，进而达到分选目的。 床面强烈摇动加强松散分层和迁移分离，分选过程中析离分层占主导，按密度分选更完善 摇床分选属于斜面薄层水流分选，等降颗粒按移动速度不同而达到按密度分选 不同性质颗粒的分选，主要根据它们的合速度偏离摇动方向的角度 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粒 五、磁力分选 磁选有两种类型：一种是传统的磁选法；另一种是磁流体分选法 1、磁选 磁选原理 磁选是利用固态废料中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种方法。磁选过程是将固态废料输入磁选机后，磁性颗粒在不均匀磁场作用下被磁化，从而受磁场吸引力作用，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小，仍留在废物中而被排出 实现磁选的必要条件 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ΣF机。该式不仅说明了磁性颗粒的分离条件，同时也说明了磁选的实质，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 磁选过程 固态废料中各种物质磁性分类 强磁性物质：比磁化系数x038×10-6m3/kg，在弱磁场磁选机中可分离出这类物质 弱磁性物质：比磁化系数x0=（0.19-7.5）×10-6m3/kg，在强磁场磁选机中回收 非磁性物质：比磁化系数x00.19×10-6m3/kg，在磁选机中可与磁性物质分离 磁选设备及应用 湿式磁圆筒式磁选机—用于回收粒度小于0.6mm的强磁性颗粒，从含铁尘泥和氧化铁皮中回收铁 六、电力分选 电力分选定义：简称电选，是利用固态废料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 静电分选机电选原理 废物直接与传导电极接触，导电性好的废物将获得和电极极性相同的电荷而被排斥，导电性差的废物或非导体与带电滚筒接触被极化，在靠近滚筒一端产生相反的束缚电荷被滚筒吸引，以此来实现分离 复合电场分选机电选原理 废物由给料斗均匀地给入辊筒上，随着辊筒旋转，废物颗粒进入电晕电场区，由于空间带有电荷，使导体和非导体颗粒都获得负电荷（与电晕电极电性相同），导体颗粒一面荷电，一面又把电荷传给辊筒（接地电极），其放电速度快，因此，导体颗粒的剩余电荷少，而非导体颗粒则因放电速度慢，致使剩余电荷多。导体颗粒进入静电场后不再继续获得负电荷，但仍继续放电，直至放完全部负电荷，并从辊筒上得到正电荷而被辊筒排斥，在电力、离心力和重力分力的综合作用下，其运动轨迹偏离辊筒，而在辊筒前方落下。非导体颗粒由于有较多的剩余负电荷，将与辊筒相吸，被吸附在辊筒上，带到辊筒后方，被毛刷强制刷下；半导体颗粒的运动轨迹则介于导体与非导体之间，成为半导体产品落下，从而完成电选分离过程。 电选设备及应用 辊筒式静电分选机是将含有铝和玻璃的废物，通过给料器均匀地给到带电辊筒上，铝为良导体从辊筒电极获得相同符号的大量电荷，因而被辊筒电极排斥落入铝收集槽内 思考题 2.请分析处理工艺的合理性 重介质分选设备 鼓形重介质分选机原理：物料和重介质由圆筒一端送入，在向另一端流动的过程中，密度大于重介质的颗粒沉于槽底，圆筒旋转时，焊接在圆筒内壁的扬板转到最低处，将重颗粒带走，旋转到最高处，将重颗粒倒入溜槽中，顺槽排出成为重产物。密度小于重介质的颗粒随重介质溢流排出 基础原理 跳汰分选设备 基础原理 风选设备 定义 摇床分选原理 摇床分选特点 摇床分选分层 永磁滚筒—用在城市垃圾破碎设备或焚烧炉前 带检查筛分破碎工艺 将破碎产物中大于所要求产品粒度的颗粒分离出来，送回破碎机再破碎，可获得符合粒度要求的产品 破碎 筛下物 筛上物 筛 分 带预先筛分和检查筛分破碎工艺 既有利于节能，又能获得符合粒度要求的产品 筛 分 筛下物 筛上物 破碎 筛 分 筛下物 筛上物 颚式破碎机 锤式破碎机 冲击式破碎机 剪切式破碎机 辊式破碎机 物料被夹在固定颚板和可动颚板之间，借助于可动颚板周期性地靠近或离开固定颚板，使物料受到挤压、劈裂和弯曲作用而破碎，破碎后物料靠自身的重力从下部排出 复杂摆动颚式破碎机 物料投入破碎机后，首先靠装在中心轴上非常快速地旋转的旋转刀的猛烈冲击作用而受到第一次破碎，然后物料从旋转刀获得能量高速飞向机壁（或固定板）而受到第二次破碎，在冲击过程中弹回的物料再次被旋转刀击碎，难于破碎的物料，被旋转刀和固定板挤压而剪断。 破碎机械具有固定刀刃和可动刀刃或全为可动刀刃，工作时借两个刀刃之间的剪切力作用，使废物破碎 往复式剪切破碎机 光辊破碎机：辊子表面十分光滑，靠挤压、研磨作用破碎废物；用于硬度较大废物的破碎 齿辊破碎机：辊子表面有齿牙，靠劈碎作用破碎废物；用于破碎脆性和黏性的废物 利用物料低温下变脆的性能对一些常温下难以破碎的废物进行破碎，也利用不一样废物脆化温差在低温下进行选择性破碎，接着进行分选 工艺流程 给料 风选 静电分离 磁选 筛选 预冷装置 液 氮 浸没冷却装置 使物料脆化 高速冲击破碎机 皮带输送机 七、其他破碎方法 利用纸类在水力作用下发生浆化，从而将废物回收处理与制浆造纸结合起来的技术 工艺流程 通过一定的技术将固态废料分成两种或两种以上的物质，或者分成两种或两种以上的粒度级别的过程 分选目的 将可回收利用的或不利于后续处理、处置工艺要求的废物组分分离出 分选方法 2、机械分选—根据物质粒度、密度、磁性、光电性、摩擦性、弹性等 —筛选、重力分选、磁力分选、光电分选、摩擦及弹性分选、浮选 1、人工分选 最门槛 废物不能有过大的质量、过大的含水量和不能对身体有害 优点 识别能力强，可以区分用机械方法无法分开的废物 可直接回收无需进一步加工即能回用的物品 可消除能使后续处理系统发生意外事故的废物 Rx1=x1×100%/(x1+x2)，Ry1=y1×100%/(y1+y2) Rx1—第一排出口物料X的回收率 Ry1—第一排出口物料Y的回收率 分选设备 物料X、Y 物料量x1、y1 物料量x2、y2 Px1=x1×100%/(x1+y1)，Py1=y1×100%/(x1+y1) Px1—第一排出口物料X的纯度； Py1—第一排出口物料Y的纯度 综合效率——回收率和纯度相结合 E(x,y)=∣x1/(x1+x2)- y1/(y1+y2)∣×100% =∣x2/(x1+x2)- y2/(y1+y2)∣×100% 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、细粒物料分离的过程 分离过程可看作由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，分层结果是大颗粒在上，小颗粒在下；细粒透筛是分离目的，使小颗粒透过筛孔成为筛下物 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透过筛孔，称为“易筛粒”；粒度大于筛孔尺寸3/4的颗粒，很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” E=(m1β/mα) ×100% E—筛分效率，%； m1—筛下产品质量； m—入筛废物质量； β—筛下产品中小于筛孔尺寸的细粒质量分数； α—入筛废物中所含小于筛孔尺寸的细粒质量分数 又 m=m1+m2, mα=m1β +m2θ m2—筛上产品质量； θ[’θit?] —筛上产品中小于筛孔尺寸的细粒质量分数 联立，得： E=[β(α-θ)/ α(β-θ) ] ×100% 1、筛分物料的性质 固态废料的粒度：粒度与筛孔尺寸差别大的“易筛粒”含量越多，筛分效率越高，而粒度接近筛孔尺寸的“难筛粒”越多，筛分效率则越低 固态废料的形状：同样大小的球形和多面体颗粒比片状或针状颗粒容易通过筛孔 固态废料的含水率：当废物含水率低于5%时，属于干法筛分，筛分效率较高，当含水率增加到5~8%时，筛分效率大幅度的降低，当含水率增加到10~14%以上时，出现了空隙水分，变为湿法筛分，筛分效率又将增高 2、筛分设备性能 筛孔形状：采用方形筛孔，筛面的有效面积较大，筛分效率较高，当筛分粒度较小且水分较高时，宜采用圆孔，以避免方形孔的四角附近发生颗粒黏结从而堵塞筛孔 筛面类型：筛面有棒条筛面、钢板冲孔筛面及钢丝编织筛网三种，其中棒条筛面有效面积小，筛分效率低，编织筛网有效面积大，筛分效率高，冲孔筛面介于两者之间。 筛面宽度：过窄的筛面使废物层增厚而不利于细粒接近筛面，过宽的筛面则使废物筛分时间太短，一般宽长比1:2.5~3。 筛面倾角：倾角过小，筛上物不外排；倾角过大，废物排出速度过快，筛分时间短，筛分效率低 3、筛分操作条件 连续均匀给料：使废物沿整个筛面宽度铺成一薄层，可提高筛子的解决能力和筛分效率 及时清洗整理和维修筛面：保证筛分效率 筛分设备振动程度适中：振动不足，物料不易分层，透筛困难；振动剧烈，物料来不及透筛，很快移动至筛面末端排出，筛分效率不高 1、固定筛：筛面由许多平行排列的筛条组成，可水平安装或倾斜安装，构造简单，不耗用动力，设备费用低和维修方便，用于拦截大尺寸物料 2、滚筒筛：筛面为带孔的圆柱形筒体，电机驱动筛筒绕轴缓慢旋转，筛筒的轴线度安装，使废物在筒内沿轴线方向前进，不需要很大动力，不容易堵塞。用于垃圾筛分 3、 惯性振动筛：通过不平衡体的旋转产生离心惯性力，使筛箱产生振动。适用于细粒废物的筛分，也用于潮湿及粘性废物的筛分 4、共振筛：是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，解决能力大、筛分效率高、耗电少 根据固态废料中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，从而得到不同密度产品的分选过程 是在运动介质中按颗粒相对密度或粒度进行分选 重力分选介质有空气、水、重液、重悬浮液等 颗粒尺寸、颗粒与介质密度差、介质黏度 通常按等降比判断废物重力分选难易程度 e=(ρ2-ρ)/ (ρ1-ρ) ρ1 —轻物料密度；ρ2 —重物料密度；ρ—分选介质密度 e5, 极易重力分选；2.5e5,易重力分选; 1.75e2.5, 较易重力分选； 1.5e1.75,较难重力分选; 1.25e1.5,难重力分选; e1.25,极难重力分选 基础原理 重介质 * * 不利于后续资源化、处理处置 主要预处理技术 压实、破碎、分选和脱水 一、固态废料压实的目的 一、固态废料压实的目的（续） 二、固态废料压实的原理 三、固态废料压实程度的度量 三、固态废料的压实设备 （1）水平压实器 该压实器具有一个可沿水平方向挪动的压头，先将废物送入料斗，然后压头在手动或光电装置控制下把废物压进一个钢制容器内。当容器装满时，压实器的压头完全缩回，装满压实废物的容器可以吊装到重型卡车上运走，再把另一个空容器连接在压实器上 装料室 压面 破碎杆 （2）三向联合压实器 该压实器主要适于压实松散金属类固态废料，他具有三个相互垂直的压头，操作时，首先把金属类废物放置于容器斗内，然后依次启动各压头，逐步将固态废料压实成为一密实的块体 压头 压头 压头 三向联合压实器 （3）回转式压实器 操作时，废物装入容器后，先按水平压头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 回转式压实器 压头2 压头1 压头3 四、固态废料的压实设备（续） 利用外力克服固态废料质点间的内聚力而使大块固态废料分裂为小块的过程称为破碎，使小块固态废料分裂成细粉的过程称为磨碎。 1、使固态废料减容，便于运输、贮存和填埋，有利于加速土地还原利用 2、为固态废料的分选提供所要求的粒度，便于回收固态废料中有用成分 3、使固态废料颗粒均匀化，来提升焚烧、堆肥和资源化等作业的稳定性和处理效率 4、防止粗大、锋利的固态废料损坏分选、焚烧和热解等设备 1、硬度：指物料抵抗外界机械力侵入的性质。硬度越高，破碎越困难 2、韧性：物料受压轧、切割、锤击、拉伸、弯曲等外界的力的作用时所表现出的抵抗性能。包括脆性、延展性、柔性、挠性、弹性等力学性质 3、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。解理发育的物料易破碎，产物呈片状、纤维状 4、结构缺陷：裂缝、裂纹等结构缺陷对粗块物料破碎影响显著 干式破碎 (所消耗能量形式不同) 破碎方法 湿式破碎 半湿式破碎 破碎同时兼分级分选 机械能破碎 (利用工具对固态废料施力而将其破碎) 非机械能破碎 (利用电能、热能等对固态废料进行破碎，有低温破碎、热力破碎、减压破碎及超声波破碎) (a)压碎：在两个坚硬表面之间挤压物料 (b)劈碎：采用刃口破碎机械强度较小的废物，秸秆 (c)剪切：指切开或割裂废物，适合松软物料 (d)磨剥：在两个坚硬表面之间碾碎物料 (e)冲击破碎：有重力冲击和动冲击 机械能破碎常用方法 1、破碎比定义：原废物粒度与破碎产物粒度的比值 —表示废物粒度在破碎过程中减小的倍数 —破碎机的能量消耗和解决能力与破碎比有关 粒径和粒度分布 E=cln(D/d) E—单位动力消耗，KW· h/t c—动力消耗常数，KW· h/t D—废物原始尺寸; d —废物最终尺寸 2、破碎比表示方法 (1)极限破碎比：用废物破碎前的最大粒度与破碎后最大粒度的比值来确定；在工程设计中常被采用 (2)真实破碎比：用废物破碎前的平均粒度与破碎后平均粒度的比值来确定。能较真实地反映破碎程度，在科研及理论研究中常被采用 3、破碎段定义：固态废料每经过一次破碎机称为一个破碎段 流程组合简单，操作便捷，占地面积小； 适用于对破碎产品粒度要求不高的场合 破碎 带预先筛分破碎工艺 预先筛除废物中不需要破碎的细粒，减少了进入破碎机的总给料量，有利于节能 筛下物 筛上物 筛 分 破碎 *

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