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【概念】压实破碎 分选 中和氧化还原 化学浸出 【方法原理】 固体废物压实、破碎及分选技术的基础理论和方法 ； 固体废物的化学处理技术；,本章重点,第三章 固体废物的预处理,本章重点第三章 固体废物的预处理,3.1 固体废物的压实 3.1.1 压实的基本概念 3.1.2 压实设备类型3.2 固体废物的破碎 3.2.1 破碎的基本概念 3.2.2 破碎机 3.3 固体废物的分选 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 固体废物的化学处理技术 3.5.1 中和法 3.5.2 氧化还原法,内 容 提 要,3.1 固体废物的压实内,固体废物处理的目的： 回收资源 减少固体废物的污染 减少固体废物体积，便于运输和最终处置 国家控制固体废物污染的技术政策: 资源化 无害化 减量化,固体废物的预处理课件,固体废物处理的定义： 通过物理、化学、生物、热解、焚烧、固化等不同方法，使固体废物转化为适于运输、贮存、资源化利用及最终处置的过程。（1）物理处理(Physical Processing) 通过浓缩或相变化改变其结构,以便运输、贮存、处理或处置。包括：压实、破碎、分选、脱水（2）化学处理(Chemical Processing) 采用化学方法使固废中的有害成分发生转化达到无害化.包括：氧化、还原、中和,固体废物处理的定义：,（3）生物处理(Biological Processing) 利用微生物作用使固废中的有机物降解,达到无害化或综合利用的目的。 包括：好氧处理和厌氧处理（4）焚烧处理(Combustion) 利用燃烧反应使固废中的可燃物质发生氧化还原反应,达到减容及热能利用的目的。（5）热解处理(Pyrolysis) 将其中有机物在高温下列解获取轻质燃料.如废塑料、废橡胶的热解。（6）固化处理 采用固化基材将固体废物包覆使其能安全运输和处置,以减少对环境的危害。固化处理主要用于放射性固体废物的处理。,（3）生物处理(Biological Processing),固体废物处理的原则：（1）“资源化”原则 对其施以适当的处理技术从中回收有用物质和能源（2）“无害化”原则 垃圾的焚烧、堆肥；粪便的厌氧发酵（3）“减量化”原则 通过一定的处理技术使其体积和数量减少，以减轻对人类和环境的影响。,固体废物处理的原则：,固体废物的预处理固体废物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）,固体废物的预处理,3.1 固体废物的压实,3.1.1 压实的基本概念 1、固体废物的压实 固体废物的压实也称压缩，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。,3.1 固体废物的压实3.1.1 压实的基本概念,以城市生活垃圾为例，压实前容重通常在0.10.6t/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1.1251.38 t/m3，体积则可减少为原来体积的1/31/10。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性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大增加的道理）。,固体废物的预处理课件,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，可以提高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。,3.1.2 压实设备类型 根据操作情况分，用于固体废物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）水平压实器（2）三向垂直压实器（3）回转压实器（4）城市垃圾压实器,3.1.2 压实设备类型,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,(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。固体废物压实处理主要采用碾(滚)压方式。图3-2所示为填理场常用压实机。,(2)移动式压实设备,图3-2填埋场常用的压实机,图3-2填埋场常用的压实机,3.2 固体废物的破碎,3.2.1 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过程统称为破碎。（2）破碎的目的 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。 为分选和进一步加工提供合适的粒度，有利于综合利用。 增大比表面积，提高焚烧、热解、堆肥处理的效率。 破碎使固体废物体积减小，便于运输、压缩和高密度填埋，加速土地还原利用。,3.2 固体废物的破碎3.2.1 破碎的基本概念,3.2.2 破碎(Size Reduction)1.破碎原理 在外力作用下破坏固体废物质点间的内聚力使其分裂为小块或细粉的过程. 2.破碎目的 (1)减小容积，降低运输和贮存费用 (2)为分选提供所需入选粒径，以便回收 (3)使其混合均匀，提高焚烧、热解等效率及稳定性 (4)增加填埋压实度和均匀度，加快复土还原 (5)防止粗大、锋利物损坏处理设备 (6)便于通过磁选等方法回收小块贵重金属3.破碎方法包括： 机械破碎 包括剪切、冲击、挤压三种类型 物理方法 低温冷冻破碎，湿式破碎,3.2.2 破碎(Size Reduction),4.破碎设备常用的有：（1） 剪切式破碎机（2） 锤式破碎机（3） 颚式破碎机（4） 球磨机,4.破碎设备,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,5.低温破碎原理：利用固体废物低温变脆的性能进行破碎，也可利用 不同物质脆化温度的差异进行选择性破碎。优点：无噪音、无毒、无爆炸危险；同一种物料可得到尺 寸相近的碎块，有利于后续分离。缺点：成本较高。,5.低温破碎,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,6.湿式破碎原理：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，以回收垃圾中的纸纤维。优点：含纸垃圾变成均质浆状物，可按流体处理。废物在液相中处理，卫生条件较好。噪声低、无爆炸粉尘等危害。适合于回收纸类、玻璃及金属材料。局限：只有垃圾纸类含量高才适合选用。,6.湿式破碎,固体废物的预处理课件,7.半湿式破碎原理：利用垃圾中各种不同物质的强度和脆性的差异，在一定湿度下破碎成不同粒度的碎块，然后通过不同筛孔加以分离的过程。特点：能使垃圾在一台设备中同时进行破碎和分选作业。可有效地回收垃圾中的有用物质。对进料的适应性好，易破碎的废物首先破碎并及时排出， 避免了过度粉碎现象。能耗低，处理费用低。,7.半湿式破碎,固体废物的预处理课件,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。,破碎比,破碎流程,图3-3 破碎的基本工艺流程,破碎流程图3-3 破碎的基本工艺流程,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，采用相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: 筛选 重力分选 磁力分选 电力分选 浮选,3.3 固体废物的分选,概念： 根据物料的粒度、密度、磁性、电性、光电性摩擦3.3,3.3.1 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。,3.3.1 筛分,筛分效率的简易表达式为： E= Q1 /(Q )100% E为筛分效率，%Q1筛下物质量；Q为入筛原料重量；为原料中小于筛孔尺寸的颗粒重量的百分比，%。,筛分效率的简易表达式为：,影响筛分的因素很多，主要有：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；筛分设备的运动特征（固定运动）；筛面结构，包括筛网类型及筛网的有效面积，筛面倾角；筛分设备防堵挂、缠绕以及使物料沿筛面均匀分布的性能；筛分操作条件，包括连续均匀给料、及时清理与维修筛面等。,影响筛分的因素很多，主要有：,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。,固定筛,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，固体废物在筛中不断滚翻，较小的物料颗粒最终进入筛孔筛出。,滚筒筛,筒形筛,筒形筛,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。,图3-13 惯性振动筛构造及工作原理图,振动筛图3-13 惯性振动筛构造及工作原理图,固体废物的预处理课件,3.3.2 重力分选1、重力分选： 根据固体废物颗粒间密度的差异，以及在运动介质中所受的重力、流体动力和其他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,3.3.2 重力分选,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。,重力分选的特点,（1）重介质分选(Heavy Media Separation)：所谓重介质，就是密度大于水的介质，重介质有重液和重悬浮液两大类。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。为使分选过程有效地进行，选择的重介质密度（c）需介于固体废物中轻物料密度（L）和重物料密度（W）之间，即：LcW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。,（1）重介质分选(Heavy Media Separatio,（2）跳汰分选原理：在垂直变速介质的作用下，按密度分选固体的一种方法。过程:不同密度固体废物的粒子群，在垂直脉动运动的介质中依据密度的大小分层，大密度的颗粒群位于下层，小密度的颗粒群位于上层以此达到物料的分离。跳汰分选设备：,（2）跳汰分选,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,（3）风力分选(Air Classifiers)原理：以空气为分选介质，在气流作用下较轻的物料被气流向上带走或水平带向较远的地方，而重物料则由于上升气流不能支持它们而沉降，或由于惯性在水平方向抛出较近的距离。风选设备：按气流在设备内吹入的方向不同，可分为卧式风力分选机和立式风力分选机。,（3）风力分选(Air Classifiers),固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,(4) 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，使细粒固体按密度差异在床面上呈扇形分布面进行分选的一种方法。摇床分选目前主要用于从含硫铁矿较多的煤矸石中回收硫铁矿，是一种分选精度很高的单元操作。在摇床分选设备中最常用的是平面摇床。平面摇床主要由床面、床头和传动机构组成。床面近似呈梯形，横向有1.55的倾斜。,(4) 摇床分选：,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,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。,3.3.3 磁力分选(Magnetic Separation)原理：利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的方法。磁选目的：一是回收废物中的黑色金属，二是在某些废物处理工艺中排除铁质物质。磁选设备：辊筒式磁选机 悬挂式磁选机,3.3.3 磁力分选(Magnetic Separation,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,3.3.4 电力分选(Electric Separation)1、电选的基本原理（1）电选分离过程 电力分选简称电选，它是利用固体废物中各种组分在高压电场中电性的差异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。废物颗粒在电晕一静电复合电场电选设备中的分离过程如图3-30所示。给料斗把物料均匀地给入滚筒上，物料随着滚筒的旋转进入电晕电场区。,3.3.4 电力分选(Electric Separation,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,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。,由于电场区空间带有电荷，导体和非导体颗,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。 固体废物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，可以通过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。2、浮选药剂 药剂根据在浮选过程中的作用不同，可分为捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。,3.3.5 浮选(Flotation),浮选工作时，料浆由进浆管进入，给到盖板与叶轮中心处，由于叶轮的高速旋转，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面形成泡沫层，经刮泡机刮出成为泡沫产品，再经消泡脱水后即可回收。 浮选是固体废物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体废物浮外，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，应根据固体废物的性质，技术经济综合比较后确定。,浮选工作时，料浆由进浆管进入，给到盖板,固体废物的预处理课件,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体废物中有用物质，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。,3.3.6 分选回收技术实例 为了经济有效地回收城市,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： 轻质可燃物（热值约15l03kJkg-1），主要有纸类、塑料薄膜、布类等； 杂纸类； 铁系金属； 重质无机物，玻璃约占重量的65%， 其余为非金属。,1 城市垃圾分选回收工艺系统,图 垃圾分选回收系统,图 垃圾分选回收系统,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于这些物质既可单独加以回收，也可以采用综合回收的方法。图3-32是粉煤灰分选回收系统图。,2 粉煤灰分选回收系统,图 粉煤灰分选回收系统,图 粉煤灰分选回收系统,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，然后进行分选回收。常采用分段破碎、分段分选回收。粒径5013mm 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 从煤矸石中分选回收硫铁矿系统,图 从煤矸矸石中回收硫铁矿工艺系统,图 从煤矸矸石中回收硫铁矿工艺系统,3.4 脱水（Dewater) 用于污水处理厂的污泥及其它含水固体废物处理。凡含水率超过90%的固体废物必须先脱水减容，以便于包装和运输。脱水方法：机械脱水 固定床自然干化脱水1.机械脱水（1）原理：以过滤介质两边的压力差为推动力，使水分强制通过过滤介质成为滤液，固体颗粒被截留为滤饼，达到除水目的。（2）类型：依压力差的不同有真空过滤脱水在过滤介质的一面造成负压压滤脱水 通过加压将水分压过过滤介质离心脱水 在高速旋转下通过离心力将水分除去,3.4 脱水（Dewater),（3）机械脱水设备真空过滤脱水设备GP型转鼓真空过滤机优点：能连续操作，运行平稳，可自动控制，处理量大缺点：附属设备多，工序复杂，运行费用高易堵塞适用：初次沉淀污泥及消化污泥的脱水,（3）机械脱水设备,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,压滤脱水设备自动板框压滤机优点：适应性强，适用于各种污泥；自动操作，滤饼含水率低。缺点：间歇操作、处理量低,压滤脱水设备,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,滚压脱水滚压脱水机优点：构造简单，连续操作，动力消耗少滤饼含水率较低缺点：处理量低、操作麻烦不适用于粘性较大的污泥,滚压脱水,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,离心脱水离心过滤机优点：连续生产、自动化高、占地少、卫生、附属设备少缺点：电耗大、易磨损、分离液不清，不适用于含砂量高的污泥离心沉降脱水机沉降过滤式离心机,离心脱水,固体废物的预处理课件,固体废物的预处理课件,