物理高新技术——环境科学下的物理学——固体废弃物资源化

1、固体废物资源化技术固体废物资源化技术1 1固体废物的分选技术固体废物的分选技术2 2固体废物的化学浸出技术固体废物的化学浸出技术3 3固体废物的生物处理技术固体废物的生物处理技术4 4固体废物的热转化技术固体废物的热转化技术5 5固体废物制备建筑材料技术固体废物制备建筑材料技术1 1固体废物的分选技术固体废物的分选技术 固体废物的分选就是将固体废物中各种固体废物的分选就是将固体废物中各种可回收利用废物或不利于后续处理工艺要求的可回收利用废物或不利于后续处理工艺要求的废物组分采用适当技术分离出来的过程，包括废物组分采用适当技术分离出来的过程，包括: : （1）手工检选：适用于废物产源地、收）手工

2、检选：适用于废物产源地、收集站、处理中心、转运站或处置场。目前，集站、处理中心、转运站或处置场。目前，手工捡选大多数集中在转运站或处理中心的手工捡选大多数集中在转运站或处理中心的废物传送带两旁。废物传送带两旁。 （2 2）机械分选：方法很多，应用范围较）机械分选：方法很多，应用范围较广。但机械分选大多要在废物分选前进行预广。但机械分选大多要在废物分选前进行预处理，一般至少需经过破碎处理。处理，一般至少需经过破碎处理。 机械分选方法：筛选、风选、浮选、磁选、机械分选方法：筛选、风选、浮选、磁选、电选、摩擦和弹跳分选、光电分选和涡流分选等。电选、摩擦和弹跳分选、光电分选和涡流分选等。具体方法根据废

3、物组成中各种物质的性质差异选具体方法根据废物组成中各种物质的性质差异选择确定。择确定。 一、筛选：按粒度分选的技术一、筛选：按粒度分选的技术棒条筛棒条筛格筛格筛滚筒筛滚筒筛振动筛振动筛（1 1）筛选原理）筛选原理 为了使粗细物料通过筛面分离，必须使物为了使粗细物料通过筛面分离，必须使物料和筛面之间具有适当的相对运动！料和筛面之间具有适当的相对运动！ 物料分层：筛面上的物料层处于松散状态。物料分层：筛面上的物料层处于松散状态。形成粗粒位于上层，细粒位于下层的规则排列，形成粗粒位于上层，细粒位于下层的规则排列，细粒到达筛面并透过筛孔。细粒到达筛面并透过筛孔。 细粒透筛：使堵在筛孔上的颗粒脱离筛孔细

4、粒透筛：使堵在筛孔上的颗粒脱离筛孔，以利于细粒透过筛孔。，以利于细粒透过筛孔。物料分层是完成分离的条件，细粒透筛是分离的目的。物料分层是完成分离的条件，细粒透筛是分离的目的。 细粒透筛时，尽管粒度都小于筛孔，但它细粒透筛时，尽管粒度都小于筛孔，但它们透筛的难易程度却不同。们透筛的难易程度却不同。 粒度小于筛孔粒度小于筛孔3/43/4的颗粒：易筛粒的颗粒：易筛粒 粒度大于筛孔粒度大于筛孔3/43/4的颗粒：难筛粒的颗粒：难筛粒二、风选二、风选: :按密度分选按密度分选 颗粒在静止介质中的受力分析颗粒在静止介质中的受力分析有效重力，有效重力， g go o空气阻力，空气阻力， r r沉降速度，沉降

5、速度，v v立式风力分选机：上升气流风选机立式风力分选机：上升气流风选机风选设备风选设备卧式风力分选机：水平气流风选机卧式风力分选机：水平气流风选机 卧式风力分选机结构和工作原理示意图卧式风力分选机结构和工作原理示意图 立式风力分选机工作原理示意图立式风力分选机工作原理示意图 旋旋流流器器给料给料提取物提取物空气空气重质组分重质组分轻质组分轻质组分给料给料重质组分重质组分旋旋流流器器空气空气提取物提取物轻质组分轻质组分提取物提取物给料给料风机风机旋旋流流器器重质组分重质组分轻质组分轻质组分空气空气重质组分重质组分给料给料轻质组分轻质组分空气空气（a a）锯齿型风力分选机锯齿型风力分选机（b b

6、）振动式风力分选机振动式风力分选机（c c）回转式风力分选机回转式风力分选机提取物提取物给料给料重质组分重质组分空气空气旋流器旋流器轻质组分轻质组分重质组分重质组分空气空气轻质组分轻质组分振动方向振动方向给料给料三、浮选：按润湿性分选三、浮选：按润湿性分选 润湿性润湿性: :物质被水润湿的程度物质被水润湿的程度. . 许多无机废物极易被水润湿，而有机废许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。易被水润湿的物质，称物则不易被水润湿。易被水润湿的物质，称为亲水性物质；不易被水润湿的物质，称为为亲水性物质；不易被水润湿的物质，称为疏水性物质。疏水性物质。浮选药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂浮选

7、药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂常用的捕收剂常用的捕收剂异极性捕收剂：黄药类、脂肪酸类异极性捕收剂：黄药类、脂肪酸类非极性油类捕收剂：煤油、柴油等非极性油类捕收剂：煤油、柴油等 （1 1）捕收剂：主要作用是使欲浮的废物颗粒）捕收剂：主要作用是使欲浮的废物颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着。表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着。 （2 2）起泡剂）起泡剂：表面活性物质，主要作用在水：表面活性物质，主要作用在水- -气界面上使其界面张力降低，促使空气在料浆中气界面上使其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界面，提

8、高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定面，提高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层性，以保证气泡上浮形成泡沫层 常用的起泡剂常用的起泡剂: :松醇油、脂肪醇等。松醇油、脂肪醇等。气泡气泡气泡气泡气泡气泡气泡气泡起泡剂起泡剂 起泡剂与捕收剂的相互作用起泡剂与捕收剂的相互作用 起泡剂在气泡表面的吸附起泡剂在气泡表面的吸附气泡气泡气泡气泡捕收剂捕收剂表面活性表面活性起泡剂起泡剂非表面活非表面活性起泡剂性起泡剂表表 常用的调整剂种类常用的调整剂种类调整调整剂系剂系列列phph调调整剂整剂活化剂活化剂抑制剂抑制剂絮凝剂絮凝剂分散剂分散剂典 型典 型代表代表酸 、酸 、碱碱金属阳离

9、金属阳离子、阴离子、阴离子子hshs、hsiohsio3 3等等o o2 2、soso2 2和淀粉、和淀粉、单宁等单宁等腐植酸、腐植酸、聚丙烯聚丙烯酰胺酰胺水玻璃水玻璃磷酸盐磷酸盐 （3 3）调整剂：主要作用是调整捕收剂的作用及）调整剂：主要作用是调整捕收剂的作用及介质条件。介质条件。浮选设备浮选设备 xjk xjk型机械搅拌式浮选机型机械搅拌式浮选机 气泡在浮选机内气泡在浮选机内的运动示意图的运动示意图四、磁选：磁性差异四、磁选：磁性差异 f f磁磁非磁性产品非磁性产品f f机机磁性产品磁性产品废物废物常用磁选机常用磁选机吸持型磁选机吸持型磁选机悬吸型磁选机悬吸型磁选机 磁力滚筒磁力滚筒 湿

10、式湿式cntcnt型永磁圆筒式磁选机型永磁圆筒式磁选机 吸持型磁选机吸持型磁选机 给料给料电磁铁电磁铁刮片刮片磁性产品磁性产品非磁性产品非磁性产品（a a）滚筒式吸持磁选机滚筒式吸持磁选机（b b）带式吸持磁选机带式吸持磁选机旋转方向旋转方向电磁铁电磁铁刮片刮片磁性产品磁性产品 非磁性产品非磁性产品给料给料（a a）一般式除铁器一般式除铁器磁性产品磁性产品带式磁选机带式磁选机非磁性产品非磁性产品给料给料 悬吸型磁选机悬吸型磁选机 （b b）带式除铁器带式除铁器电磁铁电磁铁给料给料非磁性物质非磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质分隔档板分隔档板运输皮带运输皮带（a a）永磁磁滚筒结构示意图永

11、磁磁滚筒结构示意图固体废物固体废物磁性物质磁性物质分离块分离块隔离板隔离板非磁性物质非磁性物质永磁滚筒磁选机结构与工作原理图永磁滚筒磁选机结构与工作原理图（b b）磁滚筒分选原理图磁滚筒分选原理图目前使用的电选机，按电场特征主要分为目前使用的电选机，按电场特征主要分为 （1 1）静电分选机）静电分选机 （2 2）复合电场分选机）复合电场分选机 根据导电性，废物分为根据导电性，废物分为 导体导体 半导体半导体非导体非导体五、电选：电性五、电选：电性电极电极转鼓转鼓导体导体产品槽产品槽非导体非导体产品槽产品槽电荷电荷电荷电荷（a a）静电辊筒式分选机静电辊筒式分选机（b b）yd-4yd-4型高压

12、电选机型高压电选机颗粒带电方式？直接传导带电、电晕带电颗粒带电方式？直接传导带电、电晕带电给料斗给料斗滚筒电极滚筒电极毛刷毛刷偏向电极偏向电极高压绝缘子高压绝缘子电晕电极电晕电极导体导体半导体半导体非导体非导体复合电场（静电复合电场（静电- -电晕）分选机分选原理图电晕）分选机分选原理图六、摩擦与弹跳分选六、摩擦与弹跳分选 摩擦与弹跳分选摩擦与弹跳分选：根据固体废物中各组分：根据固体废物中各组分在在斜面上斜面上摩擦系数摩擦系数和和碰撞系数碰撞系数的差异，造成不同组分的差异，造成不同组分在斜面上在斜面上具有具有不同的运动速度和运动轨迹不同的运动速度和运动轨迹而实现彼而实现彼此分离的一种处理方法。

13、此分离的一种处理方法。 （1 1）分选原理）分选原理 给料给料颗粒废物颗粒废物纤维废物纤维废物重力重力摩擦力摩擦力（2 2）分选设备：三种）分选设备：三种颗粒废物颗粒废物细粒灰土细粒灰土纤维废物纤维废物给料给料（a a）带式筛带式筛 特点特点：带面由筛网或刻沟的胶带制成；带面由筛网或刻沟的胶带制成； 倾斜安装带有振打装置；倾斜安装带有振打装置； 带面安装倾角大于颗粒废物的摩擦角，小于带面安装倾角大于颗粒废物的摩擦角，小于纤维废物的摩擦角。纤维废物的摩擦角。重的弹性颗粒重的弹性颗粒轻的非弹性颗粒轻的非弹性颗粒斜板运输机斜板运输机给料给料（b b）斜板运输分选机斜板运输分选机 特点特点：废物中的砖

14、瓦、铁块、玻璃废物中的砖瓦、铁块、玻璃等与斜板板面产生等与斜板板面产生弹性碰撞，向板面下部弹跳，从斜板分选机下端排出。而弹性碰撞，向板面下部弹跳，从斜板分选机下端排出。而纤纤维织物、木屑维织物、木屑等与斜板板面为塑性碰撞，不产生弹跳，因而等与斜板板面为塑性碰撞，不产生弹跳，因而随斜板运输板向上运动，从斜板上端排出。随斜板运输板向上运动，从斜板上端排出。（c c）反弹滚筒分选机反弹滚筒分选机 特点：特点：废物由倾斜抛物皮带运输机抛出，与回弹板碰撞，废物由倾斜抛物皮带运输机抛出，与回弹板碰撞，其中其中铁块、砖瓦、玻璃等与回弹板、分料滚筒产生弹性碰撞铁块、砖瓦、玻璃等与回弹板、分料滚筒产生弹性碰撞，

15、被抛入重的弹性产品收集仓。而被抛入重的弹性产品收集仓。而纤维废物、木屑等与回弹板为纤维废物、木屑等与回弹板为塑性碰撞塑性碰撞，不产生弹跳，被分料滚筒抛入轻的非弹性产品收集，不产生弹跳，被分料滚筒抛入轻的非弹性产品收集仓，从而实现分离仓，从而实现分离 。回弹板回弹板滚筒滚筒重的弹性颗粒重的弹性颗粒给料给料轻的非弹性颗粒轻的非弹性颗粒抛物皮带运输机抛物皮带运输机七、光电分选七、光电分选利用物质表面利用物质表面光反射特性光反射特性的不同而分离物料的方法。的不同而分离物料的方法。电子放大装置电子放大装置料斗料斗振动溜振动溜槽槽标准色板标准色板光学箱光学箱光电元件光电元件有高速沟的进料皮带有高速沟的进料

16、皮带压缩空气喷管压缩空气喷管分离板分离板1 1号分离物号分离物2 2号分离物号分离物 固体废物预先分级、排队进入光检区。固体废物预先分级、排队进入光检区。颗粒受光源照射，背景板显示颗粒的颜色或颗粒受光源照射，背景板显示颗粒的颜色或色调，如果颗粒颜色与背景颜色不同，反射色调，如果颗粒颜色与背景颜色不同，反射光经光电倍增管转换为电信号，电子电路分光经光电倍增管转换为电信号，电子电路分析后，产生控制信号驱动高频气阀，喷射出析后，产生控制信号驱动高频气阀，喷射出压缩空气，将其吹离原来下落轨道，加以收压缩空气，将其吹离原来下落轨道，加以收集。而颜色符合要求的颗粒仍按原来的轨道集。而颜色符合要求的颗粒仍按

17、原来的轨道自由下落加以收集，从而实现分离。自由下落加以收集，从而实现分离。八、涡电流分选八、涡电流分选固废中回收有色金属（如铅、铜、锌等物质）的有效方法。固废中回收有色金属（如铅、铜、锌等物质）的有效方法。 （1 1）原理：）原理：当废物流以一定的速度通过一个当废物流以一定的速度通过一个交变磁场交变磁场时，有色金属内部会产生时，有色金属内部会产生感应涡流感应涡流。由于废物流与磁场有一。由于废物流与磁场有一个相对运动的速度，从而对产生涡流的有色金属具有一个排个相对运动的速度，从而对产生涡流的有色金属具有一个排斥力。斥力。磁滑轮磁滑轮旋转旋转水磁石水磁石变化磁场变化磁场混合废物混合废物涡电流场涡电

18、流场涡电流涡电流排斥力排斥力（2 2）设备）设备分离出的废物分离出的废物旋转旋转混合废物混合废物感应器感应器集料斗集料斗皮带皮带2 2固体废物的化学浸出技术固体废物的化学浸出技术 化学浸出：溶剂选择性地溶解固体废物化学浸出：溶剂选择性地溶解固体废物中某种目的组分，使该组分进入溶液中而达到中某种目的组分，使该组分进入溶液中而达到与废物中其他组分相分离的工艺过程。与废物中其他组分相分离的工艺过程。 固体废物固体废物浸出浸出化学溶剂：浸出剂化学溶剂：浸出剂过滤过滤浸出渣浸出渣浸出液浸出液3 3固体废物的生物处理技术固体废物的生物处理技术 利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分利用微生物的新陈代谢作用使

19、固体废物分解、矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处解、矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处理技术。包括生物冶金和生物转化技术。理技术。包括生物冶金和生物转化技术。生物处理生物处理生物冶金生物冶金生物分离生物分离生物转化生物转化4 4固体废物的热转化技术固体废物的热转化技术 固体废物热转化：在高温条件下使固体废固体废物热转化：在高温条件下使固体废物中可回收利用的物质转化为能源的过程，特物中可回收利用的物质转化为能源的过程，特别适合有机固体废物的资源化。别适合有机固体废物的资源化。 热转化热转化热解热解焚烧焚烧5 5固体废物制备建筑材料技术固体废物制备建筑材料技术 建筑材料种类很多，包括：胶凝

20、材料、砖、建筑材料种类很多，包括：胶凝材料、砖、砌块、玻璃、陶瓷、铸石、骨料等等。砌块、玻璃、陶瓷、铸石、骨料等等。 一、一、胶凝材料胶凝材料 指在一定条件下经过自身的一系列物理化指在一定条件下经过自身的一系列物理化学作用，能将砂子、砖、石块、砌块或块状材学作用，能将砂子、砖、石块、砌块或块状材料粘结成为具有一定强度的整体的材料。料粘结成为具有一定强度的整体的材料。按硬化条件按硬化条件气硬性胶凝材料：只能在空气中硬气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、发展，并保持其强度。化、发展，并保持其强度。水硬性胶凝材料：能在空气中硬化，水硬性胶凝材料：能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续又能更好

21、地在水中硬化，保持并继续发展其强度。发展其强度。胶凝材料包括两类：胶凝材料包括两类： 水硬性胶凝材料：水泥水硬性胶凝材料：水泥 水泥是最重要的建筑材料之一，它和钢材、水泥是最重要的建筑材料之一，它和钢材、木材是基本建设的三大材料。木材是基本建设的三大材料。 水泥的品种很多，一般可分为硅酸盐类、铝水泥的品种很多，一般可分为硅酸盐类、铝酸盐类、硫酸盐类、磷酸盐类、硫铝酸盐类、铁酸盐类、硫酸盐类、磷酸盐类、硫铝酸盐类、铁铝酸盐类、氟铝酸盐类等。在建筑工程中应用最铝酸盐类、氟铝酸盐类等。在建筑工程中应用最多的是硅酸盐类水泥，其制备工艺为：多的是硅酸盐类水泥，其制备工艺为：石灰石石灰石+ +粘土粘土+

22、+铁矿粉铁矿粉硅酸盐水泥硅酸盐水泥水泥熟料水泥熟料水泥生料水泥生料粉磨机粉磨机煅烧炉煅烧炉粉磨机粉磨机石膏石膏 硅酸盐水泥生产工艺流程硅酸盐水泥生产工艺流程 硅酸盐水泥熟料主要矿物及其含量硅酸盐水泥熟料主要矿物及其含量矿物名称矿物名称化学成分化学成分缩写符号缩写符号含量，含量，%硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙3caosio22caosio23caoal2o34caoal2o3fe2o3c3sc2sc3ac4af446218305121018 水泥是上述几种熟料矿物，另加石膏的混合物，改变熟水泥是上述几种熟料矿物，另加石膏的混合物，改变熟料之间的比例，水泥的

23、性质将会发生相应的变化。如提高料之间的比例，水泥的性质将会发生相应的变化。如提高c c3 3s s、c c3 3a a的含量，可制成快硬高强水泥；降低的含量，可制成快硬高强水泥；降低c c3 3s s、c c3 3a a的含的含量，适当提高量，适当提高c c2 2s s含量，则可制得水化热小的大坝水泥。含量，则可制得水化热小的大坝水泥。二、二、墙体材料墙体材料包括普通砖、空心砖和建筑砌块等包括普通砖、空心砖和建筑砌块等（1 1）普通砖：）普通砖：孔洞率不大于孔洞率不大于15%15%或没有孔洞的砖。或没有孔洞的砖。普通砖普通砖烧结砖：烧结砖：经焙烧而成的砖称为烧结砖。以粘土、经焙烧而成的砖称为烧

24、结砖。以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的普通实心砖，一般为成的普通实心砖，一般为矩形体矩形体，标准尺寸是，标准尺寸是240240mmmm115mm115mm53mm53mm。 蒸养（压）砖蒸养（压）砖：经常压或高压蒸汽养护硬化而：经常压或高压蒸汽养护硬化而成的砖称为蒸养（压）砖，如灰砂砖、粉煤灰成的砖称为蒸养（压）砖，如灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖等。砖、炉渣砖等。原料原料配料调制配料调制制坯制坯干燥干燥焙烧焙烧烧结砖烧结砖90090010501050（2 2）空心砖：孔洞率大于）空心砖：孔洞率大于15%15%的砖。的砖。 普通粘土砖容重较

25、大，使建筑物的自重增大。普通粘土砖容重较大，使建筑物的自重增大。粘土空心砖的出现，克服了这一缺点，同时改善了粘土空心砖的出现，克服了这一缺点，同时改善了砖的绝热和隔声的性能，节省制坯粘土砖的绝热和隔声的性能，节省制坯粘土202030%30%，节，节省燃料省燃料101020%20%，干燥和焙烧的时间短，易于焙烧均，干燥和焙烧的时间短，易于焙烧均匀，烧成率高，同时可减轻自重匀，烧成率高，同时可减轻自重1/41/41/31/3，提高工，提高工效效40%40%，降低造价，降低造价20%20%。因此，空心砖发展十分迅速。因此，空心砖发展十分迅速。空心砖空心砖烧结多孔砖：经焙烧而成的孔洞率大于或烧结多孔砖

26、：经焙烧而成的孔洞率大于或等于等于15%15%、用于砌筑墙体的承重用砖、用于砌筑墙体的承重用砖 烧结空心砖烧结空心砖 ：经焙烧而成的孔洞率大于或：经焙烧而成的孔洞率大于或等于等于35%35%作填充非承重用的砖。作填充非承重用的砖。 两种类型的烧结多孔砖两种类型的烧结多孔砖 烧结空心砖的外形烧结空心砖的外形长度（长度（l l）不不超过超过365365mmmm宽度（宽度（b b）不不超过超过240240mmmm高度（高度（h h）不不超过超过115115mmmm （3 3）建筑砌块：用混凝土为主要原料生产的）建筑砌块：用混凝土为主要原料生产的中、小型块状墙体材料，一般为直角六面体。中、小型块状墙体

27、材料，一般为直角六面体。砌块，按用途砌块，按用途承重砌块承重砌块非承重砌块非承重砌块按有无孔洞按有无孔洞实心砌块：无孔洞或空心率小于实心砌块：无孔洞或空心率小于25%25%空心砌块：空心率空心砌块：空心率25%25%按材质按材质硅酸盐砌块硅酸盐砌块轻骨料混凝土砌块轻骨料混凝土砌块加气混凝土砌块加气混凝土砌块混凝土砌块混凝土砌块 中型空心砌块中型空心砌块 以水泥或煤矸石无熟料水泥，配以一定比例的以水泥或煤矸石无熟料水泥，配以一定比例的集料制成的集料制成的空心率大于或等于空心率大于或等于25%25%的砌块。的砌块。 几种混凝土小型空心砌块外形示意图几种混凝土小型空心砌块外形示意图 三、玻璃三、玻璃

28、 玻璃是一种由熔融物过冷而获得的无定形非结玻璃是一种由熔融物过冷而获得的无定形非结晶体的均质同向的固体材料。晶体的均质同向的固体材料。nana2 2o+ko+k2 2o o：131315%15%玻璃的主要化学成分玻璃的主要化学成分siosio2 2：707073%73%a1a12 2o o3 3：1 12.5%2.5%caocao：8 810%10%mgomgo：1.51.54.5%4.5%四、铸石四、铸石 铸石是硅酸盐结晶材料之一，其耐磨性比锰钢高铸石是硅酸盐结晶材料之一，其耐磨性比锰钢高5 51010倍倍，比一般碳素钢高，比一般碳素钢高1010倍多。耐腐蚀性比不锈钢、铝和橡胶高得倍多。耐腐蚀性比不锈钢、铝和橡胶高得多，除氢氟酸和过热磷酸外，其耐酸碱度几乎接近百分之百。多，除氢氟酸和过热磷酸外，其耐酸碱度几乎接近百分之