第二章固体废物预处理讲课讲稿

第二章固体废物预处理

第一节固体废物的压实第二节固体废物的破碎第三节固体废物的分选第四节污泥(wūní)的增稠和脱水第五节固体废物的稳定和固化第一页，共76页。第一节固体废物的压实一、压实的含义(hányì)与性质二、固体废物压是机械三、固体废物压实工程设计要点第二页，共76页。一、压实的含义与性质当对固体废物实施压实操作时，随压力强度的增加，空隙(kòngxì)率减少，表现体积随之而减小，容重增加。因此，固体废物压实的实质，可以看作是消耗一定的压力能，提高废物容重的过程。二、固体废物压是机械1、水平压实器2、三项垂直压实器3、回转式压实器第三页，共76页。平面(píngmiàn)压实技术结构图第四页，共76页。三相(sānxiānɡ)压实器第五页，共76页。回转式压实器结构(jiégòu)示意第六页，共76页。三、固体废物压实工程设计要点(yàodiǎn)固体废物压实工程设计应考虑下列要点：1．被压实废物的物理特征，包括颗粒大小、成分、含水率与容重等。2．向压实器料斗中供料传输方式。3．对压实后废物的处理方法与利用途径。4．压实机械特征参数，包括装载室的大小、压头往返循环时间、机械的体积吞吐量、压力大小、压头贯入度(penetration)、压实比与单元的外形尺寸等。5．压实机械的操作特性，包括能源用量、维修要求、操作的简易性、性能(xìngnéng)的可靠性、噪音水平、空气与水的污染控制等要求。6．操作地点选择，包括位置、高度、道路以及与环境有关的限制因素。第七页，共76页。第二节固体废物的破碎(pòsuì)一、固体废物破碎(pòsuì)的意义二、固体废物破碎(pòsuì)机械三、固体废物破碎(pòsuì)工程设计要点第八页，共76页。一、固体废物破碎的意义固体废物破碎过程是减少其颗粒尺寸、使之质地均匀，从而可降低空隙率、增大容重的过程。据有关研究表明，经破碎后的城市(chéngshì)垃圾比未经破碎时其容重增加25~50%，且易于压实，同时还带来其他好处，如减少筹委、防止鼠类繁殖、破坏蚊、蝇滋生条件，减少火灾发生机会等。这一处理技术对大规模城市(chéngshì)垃圾的运输、物料回收、最终处置以及对提高城市(chéngshì)垃圾管理水平，无疑具有特殊意义。二、固体废物破碎机械用于城市(chéngshì)垃圾的破碎机械大体有三种类型：冲击磨切型、剪切粉碎性与挤压破碎型。（一）锤式破碎机（二）剪切破碎机（三）腭式破碎机第九页，共76页。锤式破碎机第十页，共76页。往复(wǎngfù)剪切机示意图第十一页，共76页。回转式剪切机示意图第十二页，共76页。腭式破碎机第十三页，共76页。三、固体废物破碎(pòsuì)工程设计要点固体废物破碎工程设计应考虑(kǎolǜ)下列要点：1．待破碎物的性质及其破碎后的性质2．废物的物理成分、外形尺寸与破碎后的粒度。3．破碎机进料方式与容重。为避免挂料与清理要求，破碎机外壳要有足够的容量。4．操作类型（连续或间歇）。5．操作特征，包括能源需要，维修、操作的简易性，性能的可靠性，噪音、空气与水源的污染控制，防止危险物进入破碎机的措施等。6．地点选择，包括空间、高度、通路、噪音与环境等限制因素。7．破碎后物料的贮存，以及与下一操作环节的衔接关系。第十四页，共76页。第三节固体废物的分选一、固体废物分选方法评述二、固体废物分选效果评价三、风力分选技术四、磁选技术五、筛分(shāifēn)技术六、其它分选技术简介第十五页，共76页。固体废物分选的目的是将各种有用资源采用人工或机械的方法(fāngfǎ)分门别类的分离开来，回用于不同的生产中。分选技术分选的物科预处理要求应用评述固体废物产源地手工捡选废纸、钢铁类、非铁金属木材等不需要适用于商业、工业与家庭垃圾收集站捡选绉纹纸、高质纸、金属、木材等。经济效益取决于市场价格。固体废物转运站、处理中心分选：手工捡选风力分选废报纸绉纹纸等可燃性物料不需要比在产源地分选更加经济，取决于劳动力费用。除适于轻组分中的可燃性物料分选，也可用于重组分中的金屏，玻璃等资源的分选筛选玻璃类可不预处理，或先破碎与风力分选在分选碎玻璃时，一般要先经破碎处理，与风选，主要适用于由重组分中分选玻璃浮选玻璃类破碎，浆化该法必须注意水污染控制；费用较高光选玻璃类破碎，风选从不透明的废物中分选碎玻璃，也可用于由彩色玻璃中分选硬质玻璃。磁选铁金属破碎，风选大规模应用于工业固体废物与城市垃圾的分选静电分选重介质分选玻璃类铝及其他非铁金属破碎、风选、筛选破碎，风选必须通过实验后才能选用通过调整介质的比重，分离多种不同金金，每种物质需用一组介质分离单元。表1固体废物分选技术(jìshù)与应用评价一、固体废物分选方法(fāngfǎ)评述第十六页，共76页。二、固体废物分选效果(xiàoguǒ)评价一组固体废物分选单元的分选效果用回收率与分选物的纯净度两个参量(cānliàng)评价。回收率由下式定义：Rij=（xij/xio）×100%式中：Rij——j出料口选别的第i种主组分回收率；xij——j出料口选别的第i种主组分的物料回收产率（kg/h）；xio——第i种物料组分在混合料进料口的进料负荷率（kg/h）。纯净度由下式定义：

式中：Pij——j出料口第i种组分的纯净度。第十七页，共76页。三、风力(fēnglì)分选技术（一）工作原理与影响因素风力分选是重力分选常用的一种方法。重力分选是利用不同物质的密度差异（在一定流速(liúsù)的介质中沉降速度的不同,由重颗粒到轻颗粒的沉降有一分布），达到轻、重颗粒分选的目的。风力分选是利用空气流动作用携带介质实现上述目的。第十八页，共76页。风力(fēnglì)分选原理图第十九页，共76页。（二）风力(fēnglì)分选机械1．水平(shuǐpíng)风选机2．垂直风选机第二十页，共76页。锯齿(jùchǐ)型垂向风选机第二十一页，共76页。常规(chángguī)槽型垂向风选机第二十二页，共76页。开口(kāikǒu)进料振荡风选机第二十三页，共76页。（三） 风力(fēnglì)分选工程设计基础1．风选工程设计时需考虑下列基本因素：(1)经破碎后固体废物颗粒特征，包括粒度尺寸、形状、含水率、成团倾向(qīngxiàng)以及纤维含量等。(2)轻组分物料的特征。(3)由破碎单元到分选单元废物的输送与进料方法。(4)风选操作特性，包括能源的要求，维修、操作的简易性，性能的可靠性，噪音输出量，以及空气与水污染控制的要求。(5)设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等限制条件。第二十四页，共76页。2．风选设备设计基本参数：设计需要的基本参数包括气固比、气流速度、单位时间供料负荷、空气输送量、气体压力降等。其中(qízhōng)气固比与气流速度又是主要参数。据有关研究表明，对于城市垃圾废物中轻组分的分选、气固比(重量比)在5:1-1.25:1之间。不同物料颗粒所需典型气流(qìliú)速度废物颗粒种类气流速度（m/s）粉末颗粒10.2木片与木屑15.3锯末10.2黄麻短纤维10.2胶末10.2纤维屑7.6金属屏粉末11.2铝屑25.5黄铜车屑20.4煤粒20.4第二十五页，共76页。四、磁选技术(jìshù)（一）磁选原理与应用磁选是利用固体废物中组分磁性的差异，在不均匀磁场中实现分离的一种分选技术。物质的磁性分类（按磁化率xm）：当0<xm<1，该类介质为顺磁性，经磁化后的介质磁场与外磁场方向相同(xiānɡtónɡ)，如铝、锰、铬等金属类；当-1<xm<0，该类介质为逆磁性，经磁化后的介质磁场与外磁场方向相反，如铜、铋、锑等。当xm=0该类介质为非磁性介质。第二十六页，共76页。（二）磁选机械(jīxiè)吸持型磁选机；滚筒式吸持型磁选机带式吸持型磁选机悬吸型磁选机。第二十七页，共76页。滚筒式吸持型磁选机第二十八页，共76页。带式吸持型磁选机第二十九页，共76页。悬吸型磁选机第三十页，共76页。（三）磁选工程设计要点(yàodiǎn)1．磁选工程设计时需考虑如下各项因素(yīnsù)：(1)通过技术经济评价选择适宜的工程建厂地址。(2)被分选的固体废物特征。包括铁磁性材料含量、密实度，各组分间彼此成团或粘附的倾向，颗粒尺寸(大块铁件直径应小于20cm)，以及含水率等。(3)考虑磁选机的供料与排料传输设备类型。(4)设备操作特性。包括能源需要量，例行与特殊的维修要求，操作的简易性与可靠性，噪音与空气、水源的污染控制。(5)考虑设备安装的空间、高度、通道、噪音与环境等因素(yīnsù)。第三十一页，共76页。2．磁选工程设计的特征参数：设计特征参数包括给定磁选机负荷率、分选效率、滚筒转速，磁体长度、直径、场强与磁场梯度，传送带的速度，设备结构材料与冷却系统类型选择等。上述各参数应根据实际情况结合(jiéhé)设备选型而确定。不同磁选设备类型的参数有一定的选择范围。滚筒式吸持磁选机的滚筒长度范围在30~150cm，直径在30~75cm之间，设计转速为50~250m/min。带式磁选机滚筒直径在30~60cm，带宽2.5m，传送带设计转速通常为2.5~7.5m/min范围。磁体的场强与梯度根据废物颗粒大小确定。第三十二页，共76页。五、筛分(shāifēn)技术筛分是根据固体废物颗粒(kēlì)尺寸大小进行分选的一种方法。（一） 筛分设备旋转(xuánzhuǎn)圆筒筛分器第三十三页，共76页。（二）影响筛分效率(xiàolǜ)的因素：筛分过程中，小于筛孔的所有颗粒由于种种影响因素，不可能全部通过筛孔，因此有一个(yīɡè)筛分效率问题。一般情况筛分综合效率在85~95%范围。1．颗粒尺寸与形状：此为影响筛分效率的主要因素之一。粒径与筛孔径相差愈大，筛分效率愈高。球形与多边形颗拉比其它形状易于过筛。2．含水率：含水率高易造成细小颗粒粘附成团作用而影响筛分。第三十四页，共76页。3．筛孔形状，方孔面积较大，有利于筛分(shāifēn)。但颗粒小、含水率高的废物宜采用圆孔筛。4．筛分(shāifēn)器主要参数，负荷恒定时，筛面长宽比对筛分(shāifēn)效率有较大影响，一般平板筛长宽比取2.5~3为宜，筛面与水平倾斜度取15°~30°。振动筛振幅与频率必须使筛面产生足够的加速作用。以防堵塞。5．操作方式：供料负荷的波动与沿筛面宽废方向上的给料均匀程度均影响筛分(shāifēn)效率，给料方向应顺筛面物料运动方向。第三十五页，共76页。六、其它分选技术(jìshù)简介（一）惯性分选惯性分选是基于(jīyú)对固体废物颗粒的弹射作用力与重力综合作用的结果，以达到轻、重组分分离目的。惯性(guànxìng)分选原理图第三十六页，共76页。（二）浮选(fúxuǎn)浮选是利用投加适宜于被分离物料颗粒表面性质的化学浮选剂，如捕获剂、发泡剂、活化剂、抑制剂或调节剂等，根据各类废物颗粒表面性质的差异，借助在水中泡沫的浮力，从混合物中分离物料。这种分选技术分离的物料与密度无关(wúguān)，且需在较细的粒度下操作。第三十七页，共76页。（三）淘汰(táotài)分选淘汰分选也是一种重力分选技术，适于处理(chǔlǐ)密度差较大的粗大颗粒的废物。该法以水为介质，其原理如图所示。当物料进人筛面时，随活塞上下往复运动而形成的垂向交变震荡水流的作用，按密度差逐级分层，密度最小的物料，浮于表面溢流分离，密度大的物料沉于筛底，由侧口随水流出。这一分选方法对于在筛选分级操作中未得到分选的细粒金属的回收是适用的。第三十八页，共76页。淘汰(táotài)分选原理图第三十九页，共76页。（四）静电(jìngdiàn)分选静电分选是基于固体废物中含有导电性不同的物料颗粒，可以通过充电识别，被反向电极所吸引，达到分离的目的。静电分选可使塑料类回收率达到99%以上，纸类高达100%。含水率对静电分选的影响与其它分选方法相反，随含水率升高而回收率增大。一般情况，电极中心距约0.15m左右电压(diànyā)需用35~50kV。第四十页，共76页。第四节污泥(wūní)的增稠和脱水一、污泥(wūní)的增稠二、固体废物的脱水与脱水设备第四十一页，共76页。一、污泥(wūní)的增稠城市污水污泥含水率很高一般为99.2%~99.8%，体积庞大，因而对污泥的处理、利用及输送都造成(zàochénɡ)困难，故必先进行浓缩。浓缩后的污泥近似糊状，含水率为95%~97%。污泥增稠的目的在于减容。当污泥的含水率由99%降至96%时，体积可缩小到原来的1／4，但仍可保持其流动性，可以用泵输送，运输方便，大大降低运输及后续处理费用。因此，污泥增稠是减少污泥体积最经济有效的方法，特别是对剩余活性污泥的处理，尤其不可缺少。第四十二页，共76页。污泥中所含水分大致分为四类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70%；毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20%；污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占10%。降低含水率的方法有：浓缩法，用于降低污泥中的空隙水，因空隙水所占比例最大，故浓缩是减容的主要(zhǔyào)方法；自然干化法和机械脱水法，主要(zhǔyào)脱除毛细水；干燥与焚烧法，主要(zhǔyào)脱除吸附水与内部水。根据污泥性质、运输及利用方法的不同，可以采用不同的脱水干化方法。不同方法的脱水效果如表2-1所示。第四十三页，共76页。第四十四页，共76页。污泥(wūní)重力浓缩重力浓缩的基本原理重力浓缩是污泥在重力场的作用下自然沉降的分离方式(fāngshì)，是一个物理过程，不需要外加能量，是一种最节能的污泥浓缩方法。重力浓缩沉降可以分为四种形态：自由沉降干涉(gānshè)沉降区域沉降压缩沉降。第四十五页，共76页。重力浓缩(nónɡsuō)池的形式及工艺控制重力浓缩构筑物称重力浓缩池。根据运行(yùnxíng)方式的不同，可分为连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池两种。前者主要用于大、中型污水处理厂；后者用于小型处理厂或工业企业的污水处理厂。第四十六页，共76页。1.连续式重力浓缩池连续式重力浓缩池形同辐射式沉淀池，可分为有刮泥机与污泥搅动装置、不带刮泥机以及多层浓缩池（带刮泥机）三种。2.间歇式重力浓缩池3.工艺控制(kòngzhì)（1）污泥投配量控制(kòngzhì)（2）浓缩效果的测定（3）搅拌速度和排泥控制(kòngzhì)第四十七页，共76页。重力浓缩(nónɡsuō)池的运行管理污泥体积指数SVI与运行的关系污泥膨胀、上浮的原因及解决方法(fāngfǎ)（1）生物法（2）化学法（3）物理法第四十八页，共76页。气浮浓缩(nónɡsuō)初沉池污泥的相对密度平均为1.02~1.03，污泥颗粒本身的相对密度约为1.3~1.5，初沉污泥易于实现重力浓缩；活性污泥的相对密度约为1.0~1.005，活性污泥絮体本身的相对密度约为1.0~1.01，当处于膨胀状态时，其相对密度甚至小于1，因而活性污泥一般不易实现重力浓缩。再其它条件相同的情况下，一般固体与水的密度差愈大，重力浓缩的效果愈好。针对活性污泥难以沉降的特点，近年来气浮浓缩逐渐取代(qǔdài)重力浓缩，成为污泥浓缩的主要手段第四十九页，共76页。气浮法的形式(xíngshì)和特点气浮法按微气泡产生方式来划分，可分为以下四种形式：加压溶气气浮法、真空气浮法、电解气浮法和分散空气气浮法。在污泥处理(chǔlǐ)中压力溶气气浮工艺己广泛应用于剩余活性污泥浓缩中，其他几种气浮法在污泥浓缩中的应用尚未见报道。第五十页，共76页。气浮法浓缩与沉降法、离心法相比有以下特点：(1)浮浓缩污泥的含固率高于沉降法，低于离心法；(2)气浮法的固体负荷和水力负荷较高，水力停留时间短，构筑物体积小；(3)对水力冲击负荷缓冲能力强，能获得稳定的浮泥浓度及澄清水质(shuǐzhì)，能有效地浓缩膨胀的活性污泥；(4)气浮法能防止污泥在浓缩过程中腐化，避免了气味问题；(5)气浮法浓缩电耗比沉降法高，比离心法低。第五十一页，共76页。二、污泥的脱水(tuōshuǐ)与脱水(tuōshuǐ)设备污水污泥是污水处理厂产生的液态或泥浆状副产物，初沉污泥的固体浓度一般介于3%~5%，剩余活性污泥的固体浓度小于1%。通过浓缩和脱水，污泥浓度将会进一步增加。多数污泥浓缩装置能达到5%~10%的固体浓度，脱水装置能达到20%~50%的固体浓度。影响脱水污泥固体浓度的因素有：污泥性质；调质类型(lèixíng)；脱水装置类型(lèixíng)。污泥脱水工艺主要包括机械脱水和自然脱水。对于机械脱水而言，主要有过滤和离心脱水等。第五十二页，共76页。污泥(wūní)机械脱水理论与设备机械脱水包括机械过滤与离心脱水两种类型。理论基础：机械过滤脱水是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，固体颗粒被截留成为滤饼，达到固液分离的目的(mùdì)。过滤时，滤液必须克服过滤介质和滤饼的阻力。单位时间通过滤饼的滤液体积可用卡门(Carman)，公式表示：第五十三页，共76页。式中：V——滤液体积（m3）；t——过滤(guòlǜ)时间（s）；P——过滤(guòlǜ)压力（N/m2）；A——过滤(guòlǜ)面积（m2）；μ——滤液动力粘度（N•S/m2）；ω——单位体积滤液产生的滤饼干重（kg/m3）；r——比阻（m/kg）；Rf——过滤(guòlǜ)介质阻抗（1/m2）。第五十四页，共76页。定压过滤时：由于滤饼的比阻远远大于过滤介质(jièzhì)的阻抗：式中：L—过滤机械产率(kg(干固体)/(m2•h))第五十五页，共76页。不同(bùtónɡ)污泥的比阻污泥类型比阻（m/kg）初沉污泥1.5-5.0×1014活性污泥1.0-10.0×1012消化污泥1.0-6.0×1014混凝后的消化污泥3.0-40.0×1011第五十六页，共76页。真空抽滤是连续性操作，效率高，操作稳定，易于(yìyú)维修，适于各类污泥脱水。脱水后泥渣含水率为75~80%。这种机械的缺点是运行费高，建筑面积大，开放性槽，气味较大。真空抽滤机过滤段工作真空度在300~600mm汞柱，脱水段为500~700mm汞柱艺滚筒转速为0.75~1.1mm/s。真空(zhēnkōng)抽率脱水机第五十七页，共76页。真空(zhēnkōng)抽滤系统第五十八页，共76页。压滤机压滤是在外加一定压力的条件下使含水固体废物过滤(guòlǜ)脱水的操作，可分为间歇型与连续型两种。间歇型的典型压滤机为板框压滤机，连续型的为带式压滤机。第五十九页，共76页。离心(líxīn)脱水机离心脱水是利用高速旋转作用产生(chǎnshēng)的离心力，将密度大于水的固体颗粒与水分离的操作。离心脱水机具有操作简便、设备紧凑、运行条件良好、脱水效率高等优点，适用于各种不同性质泥渣的脱水。脱水后泥渣含水率可降低到70%。缺点是能耗较大。卧式转筒离心机结构图第六十页，共76页。泥浆自然(zìrán)干化脱水自然干化脱水是城市污水厂污泥常采用的利用自然蒸发和底部滤料、土壤过滤脱水的一种方法，称为污泥干化场或晒泥场。特点：干化场运行时，一次集中放满一块区段面积，放泥厚度(hòudù)约30~50cm。污泥干化周期随季节而异，在良好条件下，约为10~15天。脱水后污泥含水率可降低到60%。自然脱水设备简单，干化污泥含水率低，但占用土地面积大，环境卫生条件差，适于小规模应用。第六十一页，共76页。典型(diǎnxíng)污泥干化场平剖面图第六十二页，共76页。第五节固体废物的稳定(wěndìng)和固化一、固体废物的稳定(wěndìng)处理二、固体废物的固化处理第六十三页，共76页。一、固体废物的稳定(wěndìng)处理固体废物的化学处理化学处理是针对固体废物中易于对环境造成严重后果的有毒有害化学成分，采用化学转化的方法，使之达到无害化。由于这类化学转化反应的条件较为复杂，受多种因素影响，因此，化学处理仅限千对单一成分或几种化学性质相近的混合成分进行处理。对于(duìyú)不同成分的混合物，采用化学处理方法，往往达不到预期的效果。化学处理方法主要包括中和法与氧化还原法第六十四页，共76页。中和法中和法是处理酸性或碱性废水常用的方法(fāngfǎ)。对固体废物主要用于化工、冶金、电镀与金属表面处理等工业中产生的酸、碱性泥渣。这类泥渣对土壤与水体均会造成危害。中和反应设备可以采用罐式机械搅拌或池式人工搅拌，前者多用于大规模中和处理，而后者多用于间断的小规模处理。第六十五页，共76页。氧化(yǎnghuà)还原法通过(tōngguò)氧化或还原化学处理，将固体废物中可以发生价态变化的某些有毒成分转化为无毒或低毒，且具有化学稳定性的成分，以便无害化处置或进行资源回收。1．铬渣干式还原处理：利用一氧化碳与硫酸亚铁为还原剂的干式还原处理是将铬渣与适量煤炭或锯末、稻壳混合，在700~800℃密封条件下焙烧，以过程中产生的CO与H2为还原剂，使渣中含有的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，并在密封条件下水淬，然后投加适量硫酸亚铁与硫酸混合，以巩固还原效果。第六十六页，共76页。化学反应(huàxuéfǎnyìng)过程为：过程中产生(chǎnshēng)的NaCrO2并不稳定，在空气中仍可被氧化为Na2CrO4。第六十七页，共76页。二、固体废物的固化处理(chǔlǐ)固化处理是利用物理或化学方法将有害固体废物固定或包容在惰性(duòxìng)固体基质内，使之呈现化学稳定性或密封性的一种无害化处理方法。固化后的产物应具有良好的机械性能、抗渗透、抗浸出、抗干、抗湿与冻、抗融等特性。第六十八页，共76页。（一）水泥(shuǐní)固化1．水泥固化工艺过程与操作条件，水泥固化是以水泥为固化基质，利用水泥与水反应(fǎnyìng)后可形成坚固块体的特征，将有害废物包容其中，从而达到减小表面积，降低渗透性，使之能在较为安全的条件下运输与处置。水泥品种较多，可根据废物性质，当地水泥生产情况，处理费用等因素进行选择。第六十九页，共76页。欲使水泥固化达到满意的效果，必须满足下列各项操作条件与指标：(1)为确保水泥固化的充分水合条件，必须选定适宜的水灰比，一般控制水灰比1:2为宜，过大的水灰比易于泌水。(2)水泥与废物的配比是影响固化产物性质的重要因素，废物中含有妨碍水泥水合反应的化学物质时，水泥投配量应适当加大。这一配比应通过实验确定。(3)pH值应控制在8以上，以保证产物中含重金属成分处于(chǔyú)化学稳定状态。第七十页，共76页。(4)控制初凝时间大于2小时，以保证运输与浇注成形时有较好的流动性。终凝时间应控制在48小时内。(5)添加剂是为改善固化过程的流动性与凝固性。被固化的废物中含有某些对水泥固化性能(xìngnéng)产生影响的成分时，必须选择适宜的添加剂。添加剂包括减水剂、缓凝剂、促凝剂、吸附剂与乳化剂等，根据固化过程性质，通过实验选择添加剂种类与投配量。(6)养护是水泥固化的