固体废物处置与资源化设计

1、固体废物处置与资源化设计设计题目：规模180t/d的某城市生活垃圾分选系统设计姓名：胡拓学号：133010040129年级：2013级学院：食品工程学院专业：环境工程指导教师：余萃完成时间：2016.06.06-2016.06.12武昌工学院 固体废物处置与资源化设计 目录1前言11.1城市生活垃圾的来源11.2垃圾的危害12城市生活垃圾分选的意义及现状22.1垃圾分选的意义和目的22.2垃圾分选的方法22.3垃圾分选的现状33设计的任务和要求33.1课程设计题目33.2课程设计目的33.3原始资料33.4课程设计任务要求44城市生活垃圾分选的工艺流程45工艺设计计算55.1分选工艺物料恒算5

2、5.2垃圾储料仓65.3吊车、抓斗的选择75.4磁选设备的选择75.5滚筒破碎机的选择85.6垃圾滚筒筛105.7风选设备105.8输送带126设计小结16参考文献17附图1前言1.1城市生活垃圾的来源生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，以及被法律、行政法规视作城市生活垃圾的固体废物。其主要组成：厨余物，废纸屑，废塑料，废橡胶制品，废编织物，废金属，玻璃陶瓷碎片，庭院废物，废旧家用电器，废旧家具器皿，废旧办公用品，废旧杂用品，废建筑材料，给水排水污泥等。固体废物，是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态、

3、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。 固体废物的种类繁多，性质各异。为便于处理、处置及管理，需要对固体废物加以分类。固体废物的分类方法很多：可按化学性质分为有机固体废物和无机固体废物。按照污染特性可将固体废物分为一般固体废物、危险废物以及放射性固体废物。按照固体废物的来源可分为工矿业固体废物、生活垃圾以及其他固体废物三类。1.2垃圾的危害垃圾中特别是有害固体废物，如处理处置不当，能通过不同的途径危害人体健康。垃圾露天存放或置于放置场，其中的有害物质可以通过环境介质大气、土壤、地表或地下水体进入生态系统形成污染，对人体产生危害，同时破

4、坏生态环境，导致不可逆生态变化。(1) 对土壤环境的影响 垃圾不加利用，任意露天堆放，不但占用一定的土地，导致可利用土地资源减少，而且如填埋处理不当，垃圾及其淋洗和渗滤液中所含有害物质会改变土壤的性质和结构，并对土壤中的微生物产生影响。这些有害成分的存在，不仅有碍植物根系的发育和生长，而且还会在植物有机体内积蓄，通过食物链危及人体健康。(2)对大气环境的影响 堆放的垃圾中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬，进入大气并扩散到很远的地方；堆积的垃圾中某些物质的化学反应，可以不同程度上产生毒气或恶臭，造成地区性空气污染；一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下还可发生生物降解，释

5、放出沼气，在一定程度上消耗其上层空间的氧气，使植物衰败；垃圾在运输和处理过程中，也能产生有害气体和粉尘。(3)对水体环境的影响 垃圾可随天然降水或地表径流进入河流湖泊，或随风迁徙落入水体，从而将有害物质带入水体，杀死水中生物，污染人类饮用水水源，危害人体健康；垃圾产生的渗滤液危害很大，它可进入土壤污染地下水，或直接流入河流、湖泊或海洋，造成水资源的水质型短缺，生活垃圾未经无害化处理就任意堆放，也已造成许多城市地下水污染。2城市生活垃圾分选的意义及现状2.1垃圾分选的意义和目的垃圾的分选是指根据物质的密度、粒度、磁性、电性、光电性、摩擦性、弹性以及表面润湿性的差异，采用相应的手段将其分

6、离的过程。分选的方法有筛分、重力分选、磁力分选、电力分选、光电分选、摩擦分选、弹性分选和浮选等。 垃圾分选的目的就是将混合垃圾进行有效的分类，对垃圾成分中的不同组分进行分离，得到较为单一的组分，或是从混合垃圾中分离出某种少含量垃圾组分，有利于垃圾的回收再利用和后续处理。分选系统拣出部分可回收物资，经简单处理后进行二次加工回用。垃圾分类是垃圾减量化、无害化、资源化、产业化的最终出路。垃圾分类回收最终创造的是一个无垃圾的社会，一个资源循环、永续利用的社会。2.2垃圾分选的方法垃圾分选技术方法可概括为人工分选和机械分选。人工分选是最早采用的分选方法，适用于废物原产地、收集站、处理中心、转运

7、站或处置场。机械分选是利用物料的某些性质方面的差异，将其分选开。例如利用废弃物中的磁性和非磁性差别进行分离，利用粒径尺寸差别进行分离利用比重差别进行分离。根据不同性质，可以设计制造各种机械对固体废弃物进行分选。 （1）筛分：其原理是依据固体废物的粒径不同，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，完成粗细物料的分离过程。 （2）重力分选：重力分选简称重选，是根据固体废物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。按介质不同，固体废物的重选可分为重介

8、质分选、跳汰分选、风力分选和摇床分选等。废弃物进行重力分选的条件： 固体废物中颗粒间必须存在密度的差异； 分选过程都是在运动介质中进行的； 在重力、介质动力及机械力的综合作用下，使颗粒群松散并按密度分层； 分好层的物料在运动介质流的推动下互相迁移，彼此分离，并获得不同密度的最终产品。 （3）风力分选：是重力分选的一种。是以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的方法。其基本原理是气流能将较轻的物料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。这就是我们通常所说

9、的竖向气流分选和水平气流分选。 （4）浮选：其原理是依据物料表面性质的差异在浮选剂的作用下，借助于气泡的浮力，从物料的悬浮液中分选物料的过程。浮选法分离与物质的密度无关，而取决于物质的表面性质。能浮出液面的物质对空气的表面亲和力比对水的表面亲和力大。颗粒能否附着在气泡上，关键在于能否最大限度地提高颗粒的表面疏水性。因此，在浮选法中首先就是考虑加入合适的浮选剂，增加物质的可浮性能。 （5） 磁力分选：磁选是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一种处理方法。磁选有两种类型：其一是传统的磁选法，即利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的；其二

10、是磁流体分选（MHS），利用磁流体（某种能够在磁场或磁场和电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒产生磁浮力作用的稳定分散液）作为分选介质，在磁场或磁场和电场的联合作用下产生“加重”作用，按固体废物各组分的磁性差异或磁性、导电性的差异，使不同组分分离，这也是一种“磁化水方法”。2.3垃圾分选的现状生活垃圾的综合利用已经成为垃圾处理的发展方向。对垃圾进行分选是垃圾综合利用的前提。垃圾分选设备的研究已列入为国家重点项目之一。 目前，生活垃圾越来越多，处理困难越来越大。垃圾处理方法中，传统的直接填埋方式存在许多弊端，对环境也容易造成危害。随着社会的发展，生活垃圾的综合处理就得到越来越多的

11、关注。生活垃圾中含有多种成分，很大一部分可以回收利用。由于处理困难，这部分有用的物质一般都没有得到有效利用。 目前国内大部分使用的垃圾分选设备都是由国外进口。虽然国内也有人对此进行过研究，但多数都停留在理论阶段，很少有实际应用。随着大众对环境的重视，作为垃圾资源化的重要设备，生活垃圾分选设备的研究会越来越受到人们重视，在我国的应用也会越来越广。 总之，随着社会进步和经济的发展，垃圾资源化会越来越受到人们重视，垃圾分选设备的研究也会越来越深入，垃圾分类也会越细化，以便更好的回收利用。比如对塑料按类型分类，玻璃可以按颜色分类等等。实现这种超细化分类的机械可能就涉及到光选设备和电

12、选设备了。随着人类社会的进步和可持续发展观念的深入人心，超细化分类必将成为未来生活垃圾处理的发展方向，我们也迫切需要在垃圾机械化处理方面实现新的突破。3设计的任务和要求 3.1课程设计题目设计规模 180 t/d的某城市生活垃圾分选系统3.2课程设计目的 (1)通过课程设计进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行城市生活垃圾综合分选处理系统设计的初步能力。(2)通过设计，了解工程设计的内容，方法及步骤，培养学生确定固废处理与处置系统的设计方案，进行设计计算，绘制工程图，应用技术资料，编写设计说明书的能力。3.3原始资料垃圾主要成分见表1。垃圾组分有机物无

13、机物纸类金属塑料玻璃其他含量%55.532.33.41.44.11.22.1表3 - 1 垃圾成分设计参数取值有机物组分包括：食品残余、果皮、植物残余等。无机物组分包括：砖瓦、炉灰、灰土、粉尘等。垃圾容量平均值为 0.46 t/m3,含水率为 49.6 %。垃圾热值：1923kJ/kg。分选系统工作量为180 t/d；日工作时间为10 h。表3 - 2 设计中处理规模、垃圾平均容重、含水率及日工作时间的数据安排处理规模t/d垃圾平均容重kg/m3含水率%日工作时间h18046049.6103.4课程设计任务要求（1）垃圾分选系统设计方案的分析确定；（2）垃圾储料仓设计计算；（3）分选系统各设备

14、选型计算：确定选择性破碎机、滚筒筛、简易风选机型号和规格，并确定其主要运行参数；（4）皮带运输机计算及布置，并计算各段的长度、电机功率；（5）编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定、设计计算、有关设计的简图等内容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分，文字应简洁、通顺、内容正确完整，装订成册；（6）图纸要求：垃圾分选系统流程图、平面图、高程图或剖面布置图中至少选画1张。图中设备、管件应标注编号及标高，在平面布置图中应有方位标志（指北针）。 4城市生活垃圾分选的工艺流程本次课程设计确定工艺从我国目前城市生活垃圾处理现状出发，考虑到原生垃圾成分复杂，劳动

15、力资源丰富，采用机械为主，辅以人工粗选的方法；废塑料和废纸主要以塑料袋和卫生间废纸，回收利用经济效益不高，故可直接将这部分作为垃圾焚烧原料。分选工艺采用城市生活垃圾简易处理方法，为填埋、堆肥和焚烧作预处理。分选工艺流程图如图1所示。 筛下（碎石、玻璃等）筛上(有机物)筛下筛上垃圾接收人工分选磁选选择性破碎机生活垃圾滚筒筛填埋重组分选有机堆肥简易气流分选燃料图4 - 1 垃圾分选工艺流程图5工艺设计计算5.1分选工艺物料恒算(1) 垃圾分选厂每小时的处理量为 式中 每天的垃圾处理量， 每天的工作时间，=10h。 (2) 人工分选根据经验，人工手选去除垃圾中大约1%的大块金属、0.6%玻璃、2.0

16、%的塑料和约0.5%其他无机物质被选出，即 金属 玻璃 塑料 其他 则经过人工手选可分出的垃圾有Q1=0.18+0.108+0.36+0.09=0.738 (t/h)(3) 磁选 垃圾经过磁选滚筒理论上可以分选所有的金属。(4)选择性破碎机 .筛上物主要是纸、布、革、塑料、部分有机物等的物质 （根据经验参数，选择性破碎机能筛选出20%的有机物） .筛下物为的被破碎的无机物、无机物、玻璃及其他碎土等。(5)风选 .轻组分主要为粉尘、塑料纸张等。 .重组分主要是有机物。 (6)滚筒筛分 滚筒筛分主要对选择性破碎机筛下物进行进一步分选，筛下物中主要有无机物、部分有机物、碎玻璃等。选择筛孔为1010m

17、m. 筛上为的有机物。 筛下物为碎土、石渣等无机物和碎玻璃。 (7)废物的全过程总的质量为（因为Q3=Q4+Q5,所以Q总不重复加）5.2垃圾储料仓(1)仓体容积（m3) 取 (2)仓体尺寸计算 每个小仓的体积V0,m3; 长度a,m; 宽度b,m; 深度c,m。 则 V0=abc 取 a=15m, b=20m, c=4m; V0=15×16×4=960（m3)>900（m3)通过计算结果可知可以满足要求。5.3吊车、抓斗的选择根据垃圾最大日处理量选择吊车、抓斗、其工艺参数如表2(日处理量为180t/d，采用常用和备用各一台)表5 - 1 吊车工艺参数项目参数设计依据

18、项目参数设计依据数量吨位跨度2台2.5t15m垃圾最大日处理量 抓斗容量储料坑跨度运行周期实际运行时间供给能力143s50min/h10t/h吊车运行各种动作的速度抓斗抓起量抓斗一次抓起量为 (t)T-运行时间，s;N-实际运行时间，min/h;即抓斗一次抓起量0.858t即可满足生产需求。选择一次抓起量为1000kg的抓斗。5.4磁选设备的选择用于固体废物分选的磁选设备就结构形式而言主要分文带式和鼓式两种。鼓式磁选机又分为皮带机 磁滚筒式和独立鼓式。对城市生活垃圾简易分选系统，在经过人工手选之后，大件的磁性物质已被选出，可将磁选机设置在选择破碎机之前，基本上可将磁性物质选择出来，同时避免后续

19、分选设备被磁铁性物质破坏。图5 - 1 皮带机磁滚筒式经过人工分选后进入磁选机进行分选的垃圾量为 已知垃圾的含水率为49.6%，根据以上数据选择CTB-7518永磁筒式磁选机，其主要技术参数如表3所示。表5 - 2 CTB7518永磁筒式磁选机主要技术参数磁选机的规格型号CTB7518圆筒转速(r/min)<35规格750×1800生产能力(t/h)2045槽体行式半逆流（CTB）电机功率（kw）2.2磁场强度（oe）1450给料粒度(mm)205.5滚筒破碎机的选择 (1)选型 根据垃圾破碎分选工艺要求选择国产滚筒破碎机，具体技术特征如表4。 表5 - 3 滚筒破碎机技术特征

20、规格3000×6000规格3000×6000生产能力/(t/h)80120筛孔尺寸/min50滚筒直径/m4提升板高度/min300长度/m8电动机型号BJO2-72-4倾角/度3功率/kw30转数/(r/min)12转数/(r/min)1460图5-2 滚筒内断面示意图(2)计算校核 根据式，取经验，横断面装料面积为物料跌落所需时间为T=t1+t2 (s)则 当筛体倾斜安装时，实际物料轨迹为不规则的螺旋线，该螺旋线的螺距即物料跌落一次向前所走的距离，即 物料沿滚筒轴向前的前进速度v为（m/s） 滚筒破碎机实际生产能力为则所选择的破碎机能满足生产要求。5.6垃圾滚筒筛 垃圾

21、滚筒筛筛分处理量为 滚筒筛主要参数确定如下。 (1)设计筛体长度4m，筛体直径1.6m，筛孔取10mm×10mm，安装倾角40。 (2)筛分效率和生产率。根据“垃圾分选机-垃圾滚筒筛”行业标准（CJ/T5013.1-95), 筛下物粒径12mm，筛分效率80%。选取筛分效率为90%。 (3)滚筒筛转速 通常为了获得较好的筛分效率，应使物料在筛体内做较大的翻动。滚筒筛临界转速nc为根据实验表明，垃圾滚筒筛回转速度一般取临界转速的30%60%较为理想，则取滚筒筛转速为12r/min。料在筛体内的停留时间 根据研究表明，当筛分垃圾时，要得到75%以上的筛分效率，停留时间应达到2530s,甚

22、至更长。所以取垃圾在滚筒内停留时间为50s，则物料在筛体内沿轴向运动的平均速度为 筒筛有用功率 据资料推导，筛分机有用功率为 ( 取60°)实际使用的驱动电动功率还应考虑机械传动损失。5.7风选设备对本风选工艺，选用简易立式风选设备（1）气流速度确定 风力分选主要将低密度、空气阻力大的塑料、废纸等和具有高密度、空气阻力小的重质有机物分开。部分物料密度如表5。表5 - 4 部分物料密度物质塑料玻璃砖干砂有机物密度/(kg/m3）9202500184025001200表5 - 5 风速经验系数物料品种颗粒大小/mm值物料品种颗粒大小/mm值灰状0-110-16细块状10-2020-22均

23、质粒状1-1016-20中块状40-8022-25轻质物料以塑料为参考，其悬浮气速为重质物料以有机物为参考，其悬浮气速为则选取气流速度为6.7m/s。（2）立式风选几何参数的确定 关于风力分选设备的计算设计计算目前尚无成熟的方法可借鉴，对于立式分选垂直段主要目的是将纸类、塑料等轻质组分通过气流输送出来，可借鉴流化床气力输送设计进行经验设计，精确的计算还需要实验及有关的理论进行研究。 图5 - 3 立式风力分选机工作原理风选设备分成水平气流风力分选机（卧式风力分选机)上升气流风力分选机（立式风力分选机）。风机形式根据所要分选垃圾原料组成及分选目的来确定。立式风力分选比机卧式风力分选机分选精度要高

24、。本课程设计采用立式风力分选机其结构如图4。风选机附带的的旋风分离器根据分选物料性质，分选料率等选择适当的型号、种类及规格，确定相应的运行参数。 选择气体速度 根据气力输送设计原则确定垂直段管长7m，考虑所分选物料为不规则纸类、塑料等，选择管径。设高压端气体密度为3kg/m3,故所选气速相当于气体质量速度G=6.7×3=20.1（kg/m2·s)。 估算气-固比 垃圾分选主要去除塑料及纸类，设其堆积密度为。气-固比为 所需空气量计算取空气重度为1.25kg/m3,则空气体积流量为按所选管径100mm和气速，所需空气体积流量为故可选用3.2m3/min空压机一台能够满足要求。

25、 压降计算 设管内平均绝对压力为2kg/m2(1kg/m2=9.8Pa)，室温为300K，则气体平均重度为垂直管压降（3）旋风分离器选择 根据气体流量3.156m3/min和入口风速6.7m/s,选取XLP/A-3.0型旋风分离器，其允许进口风速12m/s,处理量750m3/h。5.8输送带在垃圾分选工艺中，带式输送机是主要的运输机械，它连接各个分选设备。因此，各分选设备段之间的输送带带宽、带长、带速及输送带的安装位置需根据具体情况分别估算。(1) 输送带 带宽确定 输送带主要输送从垃圾储坑经过初级篦子送入的及由输送带送至滚筒破碎机的垃圾，在这一段输送带上同时进行人工分选。故带速不宜选择过快，

26、选取带速为0.3m/s。由于垃圾的密度较小和较松散，所以一般用槽式胶带输送带。胶带输送机的输送能力由下式计算。式中 输送能力，由物料衡算知近似取18t/h； 物料在胶带的截面积，； 输送带运行速度，取0.3m/s； 物料的堆密度，对垃圾取0.46t/; c 倾角系数。对有人工手选输送带应水平放置，故c=1 图5 - 4 物料在胶带上堆积的断面积对于槽型输送带上物料堆积的断面积为其中，胶带的槽角选取型为。则则带宽为：=1.185（m），取带宽为1.2m。 电动机功率计算 在确定胶带输送机的电功率以前，首先要计算传动滚筒的轴功率。转动滚筒轴功率的计算公式（式中参数数据取自文献）为胶面传动滚筒=0.

27、90，因此，电动机功率为 故选用型三相异步电动机，额定功率为3.0。(2) 输送带 图5 - 5 输送带简图 带宽的确定 输送带主要用于输送自滚筒破碎机筛上物（主要为废纸，塑料及部分有机物）送至风选设备。取带速为 1.0m/s，输送倾角15°，倾角系数为0.885，由物料衡算此时输送量为Q3=4.59t/h，则输送带带宽为：B=1.273 (m) 取带宽为1.3m。 电动机功率计算 取采用滚动轴承，查得=0.030，导料挡板，空段清扫器，弹换清扫器，。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为电动机功率为故选用型电动机，额定功率为7.5。(3)输送带 带宽的确定 输送带主要用于输送有滚筒破碎机筛下物（主要为无机物、碎土、石渣、玻璃及部分有机物）至滚筒筛。由物料衡算，此时输送量=Q6+Q7=12.6t/h。倾角10°，倾角系数c取0.957，带速取1.5m/s，则输送带带宽为 =1.267(m)取带宽为1.3m。 电动机功率计算 已知采用滚动轴承，查得=0.030，导料挡板，空段清扫器，弹换清扫器，。将以上各数据带入计算式，转动滚筒轴功率为电动机功率为 故选用型电动机，额定功率为116设计小结这次我们做的课程设计是：某城市生活垃圾分选系统设计。通过分选处理系统的设计，我们对该门课程有了从理论到实践的具体的深刻的认识。平时在课后，我们主要是理论的学习，学了很多关