固态废料的预处理 【概念】压实破碎 分选 中和氧化还原 化学浸出 【方法原理】 固态废料压实、破碎及分选技术的基础理论和方法 ； 固态废料的化学处理技术； 3.1 固态废料的压实 3.1.1 压实的基本概念 3.1.2 压实设备类型 3.2 固态废料的破碎 3.2.1 破碎的基本概念 3.2.2 破碎机 3.3 固态废料的分选 3.3.1 筛分 3.3.2 重力分选 3.3.3 磁力分选 3.3.4 浮选 3.3.5 电力分选 3.4 分选回收工艺系统 3.4.1 城市垃圾分选回收工艺系统 3.4.2 粉煤灰分选回收系统 3.4.3 从煤从煤矸石中分选回收硫铁矿系统 3.5 固态废料的化学处理技术 3.5.1 中和法 3.5.2 氧化还原法 固态废料的预处理 固态废料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） 1 固态废料的压实 1.1 压实的基本概念 1、固态废料的压实 固态废料的压实也称压缩，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。 压实的目的：减小体积，便于装卸、运输、贮存和填埋；制取高密度惰性材料或建材，便于贮存或再利用。 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0.1～0.6t/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1.125～1.38 t/m3，体积则可减少为原来体积的1/3～1/10。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型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，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幅度提升的道理）。 1.1.1 压实原理 大多数固态废料是由不同颗粒与颗粒间孔隙组成的集合体，一堆自然存放的固态废料，其表观体积是废物颗粒有效体积与孔隙占有体积之和。 Vm Vs+Vv Wm Ws+Wv 当对固态废料实施压实操作时，随着压力强度的增大，孔隙体积减少，表观体积也随之减少，而容重增大。因此，可以看做是消耗一定的压力能，提高废物容重的过程。当固态废料受到外界压力时，各颗粒间相互挤压，变形或破碎，进而达到重新组合的效果。 1.1.2 压实程度的量度 （1）孔隙比和孔隙率 压实前后固态废料密度值及其变化率的大小，是度量压实效果的重要参数 孔隙比 e Vv/Vs 孔隙率 ε Vv/Vm （2）湿密度和干密度 湿密度 ρw Wm/Vm 干密度 ρd Ws/Vm 废物运输及处理过程中测定的物料质量通常包括水分密度。故容重一般是指湿密度 1.1.2 压实程度的量度 （3）体积减少百分比 R （Vi-Vf）/Vi×100% R 固态废料体积压缩比 Vi 废物压实前的原始体积 Vf 废物压实后的体积 （4）压缩与压缩倍数 固态废料经压实处理后体积减少的程度叫压缩比 r Vf / Vi r≤1 固态废料经压实处理后体积压实的程度叫压缩倍数 n Vi / Vf n≥1 n和r互为倒数，n越大，说明废物的压实倍数越高，压实效果越好，工程上以压缩倍数n更为普遍 废物的压缩倍数取决于废物的种类和施加的压力，一般压缩倍数为3-5，同时采用破碎和压实两种技术科使压缩倍数增加到5-10。 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，能大大的提升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。 1.1.3 压实效果的影响因素 为了更好的提高压实机械的生产率和保证固态废料压实质量，并以最小的功耗获得合格的压实度和最高的压实产量，必须合理选择压实的有关参数。影响压实作业的主要参数有压力，固态废料组分，含水率，废物层厚度，机械的行程次数，行驶速度和压实方向对斜坡作业的影响 （1）压力：压力越大，废物体压实度越大，减容的效果越好。 增压过程中的3个阶段：1. 塑性变形 2. 固态废料不可逆蠕变 3. 固态废料的范性变形 1.1.3 压实效果的影响因素 （2）固态废料组成 不同组分自身特有的力学性质相互作用，共同影响了压实度的效果，具体表现如下：a、金属、橡胶、泡沫海绵等材料具备良好的弹性，在压实弹性形变过程中作用重大，纸类等物质易于折叠、变形性良好，对压实初期大孔隙填没贡献较大；b、竹木、纤维、胶带、纺织品等物件，因其本身的结构特点和韧性较好，起到骨架支撑的作用，是压实蠕变阶段的主要受力组分；c、厨房垃圾由于本身范性特征，其在范性变形阶段起到主导作用，成为对减容效果贡献较大的组分；d、玻璃、硬塑料、陶瓷和砖瓦等组分对压实减容的效果贡献微乎其微。 1.1.3 压实效果的影响因素 。 （3）含水率 固态废料中除了含有内部结合水外，还有吸附水，膜状谁，毛细水等。在低含水率情况下，组分间的内摩擦力和材料的内聚力阻碍着压实，所以提高含水率有利于减少阻力，使得压实过程更容易。 一般根据填埋场作业经验，当垃圾的含水率达到50%左右时，压实机械的压实效果最好，获得最大压实度时所对应的含水率为最佳含水率。 1.1.3 压实效果的影响因素 。 （4）废物层厚度 废物层厚度对压实效果和压实功能消耗的影响很大，根据土壤压实理论，废物层部位越深，所受的压实效果越差。 根据填现场作业经验，采用30t的重型压实机械碾压接近最佳含水率的固态废料时，废物层的适宜压实厚度在0.4-0.8m范围之间。 1.1.3 压实效果的影响因素 。 （5）机械的行程次数 有研究对同一固态废料堆进行极限压实的实验根据结果得出：固态废料的压实度并非随着压实次数的增加呈现无限增长趋势，而是以对数曲线趋近某极限值，前几次压实对压实度的影响最大。 （6）行驶速度 工程研究表明，一般压实机械行驶速度在5km/h左右比较理想，依据作业经验，建议在压实过程中，行驶速度应先慢后快，是因为初始的垃圾颗粒松散，低速碾压可以较好的嵌入，使得压实机械行驶稳定；之后再提高速度，可明显提高生产率并保证碾压质量。 1.1.3 压实效果的影响因素 总 结 a:压实效果最常用的指标是压实后的废物压实度，压力是决定压实效果的最重要的外在因素；决定压实效果的内在因素有固态废料组分、废物含水率等； b:固态废料在外力下的形变大体可分为3个阶段，即固态废料组分之间的大空隙位填没，固态废料不可逆蠕变和范性变形； c:决定压实效果的填埋运行参数有固态废料堆体的摊铺厚度，机械运程次数，行驶速度等 d: 对于压实度的测量，目前没有适合卫生填埋场的成熟方法 1.1.4 压缩效应 （1）减轻环境污染 （2）快速安全造地 （3）节省填埋或储存场地 1.1.5 压实设备类型 根据操作情况分，用于固态废料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。 1.1.5 压实设备类型 压实机分类 按压实过程工作原理，移动式压实器可分为碾压、夯实、震动三种，固态废料压实处理主要是采用碾压方式；现场常用的压实机主要有胶轮式压实机、履带式压实机和刚轮式布料压实机。 压实机的开发：开发高性能大吨位垃圾压实机的关键技术在于：a、适用于垃圾破碎、碾压、清理、行驶作业的专用压实轮的研究和开发；b提升产品在垃圾填埋场恶劣环境下的操作舒适性；c、在垃圾填埋条件下压实机机身密封及防挂物以及清理方式 1.1.5 压实设备类型 压实机分类 压实机分为固定式和移动式两类，移动式压实机一般安装在收集垃圾车上，固定式压实机一般设在工厂内部，废物转运站，高层住宅垃圾滑道的底部等场合。两类压实器的工作原理大体相同，主要是由容器单元和压实单元两部分组成。 常用的固定式亚时期主要是水平压实器、三向联合压实机，回转式压实机和袋式压实机。 2 移动式压实设备 移动式压实器是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压实机、钢轮式布料厅实权以及其他专门设计的压实机具。按压实过程工作原理，移动式压实器可分为碾（接）压、夯实、振动三种，相应有碾 治 压压实机、夯实压实机、振动压实机三大类。固态废料压实处理主要是采用碾 滚 压方式。图3-2所示为填理场常用压实机。 2.2 固态废料的破碎 2.2.1 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的流程统称为破碎。 （2）破碎的目的 ①使运输、焚烧、热解、熔化、压缩等操作能够或容易进行，更经济有效。 ②为分选和进一步加工提供合适的粒度，有利于综合利用。 ③增大比表面积，提高焚烧、热解、堆肥处理的效率。 ④破碎使固态废料体积减小，便于运输、压缩和高密度填埋，加速土地还原利用。 2 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； dmax 为破碎后的最大粒度。 b、平均粒度法 i Dave/ dave 3-8 Dave为破碎前的平均粒度； dave为破碎后的平均粒度。 3 破碎段 固态废料每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段。 对固态废料进行多次（段）破碎，其总破碎比等于各段破碎比的乘积 破碎段数是决定破碎流程的基本指标，它主要决定破碎废物的原始粒度和最终粒度。破碎段数越多，破碎流程就越复杂，工程投资相应增加，因此，若条件允许的话应最好能够降低破碎段数。 4 破碎流程 破碎流程 2.3 固态废料的分选 概念： 根据物料的粒度、密度、磁性、电性、光电性摩擦 性、弹性及表面湿润性等差异，采取对应的分离手段将其 分离的过程. 目的:分离固废中可回收利用的或不利于后续处理、处置工艺要求的物料. 类型: 首先是人工分选和机械分选，机械分选又可分为物理分选、物理化学分选、化学分选及微生物分选； 2.3.1 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）筛分的分类 根据操作条件的不同，筛分可分为干法筛分和湿法筛分两种，根据在工艺过程中达成目标的不同，筛选可分为以下六类：独立筛分、准备筛分、预先筛分、检查筛分、脱水或脱泥筛分、选择筛分 2.3.1 筛分 （3）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。 筛分效率的简易表达式为： E Q1 / Q0 ?100% E为筛分效率，% Q1筛下物质量；Kg Q0固态废料中所含粒径小于筛孔尺寸颗粒的质量；Kg 影响筛分的因素很多，主要有： ①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； ②筛分设备的运动特征（固定 运动）； ③筛面结构，包括筛网类型及筛网的有效面积，筛面倾角； ④筛分设备防堵挂、缠绕以及使物料沿筛面均匀分布的性能； ⑤筛分操作条件，包括连续均匀给料、及时清洗整理与维修筛面等。 ①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。结构相对比较简单、不消耗动力、设备费用低、维修方便。分为格筛和棒条筛。 容易堵塞，需要经常清扫，筛分效率低，仅60-70%，适合于粗筛作业。 ②滚筒筛 滚筒筛是一个倾斜的圆通，圆筒的侧璧上开有许多筛孔。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，固态废料在筛中不断滚翻，较小的物料颗粒最终进入筛孔筛出。 ③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。 2.3.2 重力分选 1、重力分选： 根据固态废料颗粒间密度的差异，以及在运动介质中所受的重力、流体动力和别的机械力不同而实现按密度分选的过程。 重力分选的方法 重介质分选 跳汰分选 风力分选 跳汰分选 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。 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。 由于电场区空间带有电荷，导体和非导体颗粒都获得负电荷，导体颗粒一面荷电，一面又把电荷传给滚筒（接地电极），其放电速度快。因此当废物颗粒随滚筒旋转离开电晕电场区而进入静电场区时，导体颗粒的剩余电荷少，而非导体颗粒则因放电较慢，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 至完全放完全部电荷，并从滚筒上得到正电荷而被滚筒排斥，在电力、离心力和重力的综合作用下，其运动轨迹偏离滚筒，而在滚筒前方落下。非导体颗粒由于较多的剩余负电荷，将与滚筒相吸，被吸附在滚筒下，带到滚筒后方，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颗料之间，成为导体产品落下，从而完成电选分离过程。 浮选工作时，料浆由进浆管进入，给到盖板与叶轮中心处，由于叶轮的非常快速地旋转，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明产生泡沫层，经刮泡机刮出成为泡沫产品，再经消泡脱水后即可回收。 浮选是固态废料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态废料浮外，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，应根据固态废料的性质，技术经济综合比较后确定。 3.3.6 分选回收技术实例 为了经济有效地回收城市垃圾和工业固态废料中有用物质，根据废物的性质和要求，将两种或两种以上的分迭单元操作组合成一个有机的分选回收工艺系统，也称为分选回收工艺流程。 1 城市垃圾分选回收工艺系统 城市垃圾分选回收工艺系统包括收集运输、破碎、筛选、重选、磁选、摩擦与跳汰分选、浮选等。 图为城市垃圾分选回收系统图。经该系统分选回收可得到以下产品： ①轻质可燃物（热值约15×l03kJ·kg-1），主要有纸类、塑料薄膜、布类等； ②杂纸类； ③铁系金属； ④重质无机物，玻璃约占重量的65%， 其余为非金属。 2 粉煤灰分选回收系统 粉煤灰中除含有炭粒外，还含有空心玻璃微珠、磁珠和密实玻璃等有用物质．对这些物质既可单独加以回收，也能够使用综合回收的方法。图3-32是粉煤灰分选回收系统图。 3 从煤矸石中分选回收硫铁矿系统 首先将煤矸石破碎，使硫铁矿与矸石单体分离，接着进行分选回收。常采用分段破碎、分段分选回收。粒径50～13mm 的大块，采用跳汰分选或重介质分选回收硫铁矿；粒径13mm以下的中小块可采用摇床分选回收；粒径小于0.5mm 的细粒，采用磁选或浮选回收。图是从煤矸石中回收硫铁矿的工艺系统。 3.3.5 浮选 Flotation 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。 固态废料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，能够最终靠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。

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