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第三章 固体废物的预处理. 【 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. 内 容 提 要. 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
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第三章 固体废物的预处理 【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
内 容 提 要 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 3.5.3 煤粉焙烧还原法
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）
讨论题 • 某工厂产生的工业废物其主要成分为：铬渣（主要为铬酸钙和铬铝酸钙）占50％，铁屑（主要为金属铁）占20％，易挥发性固体有机物占10％，其它杂质（主要成分为纸张）占20％，采用如下所示的工艺流程进行工业废物的处理及回收利用，请指出该工艺的不合理之处，并设计另外一套合理的工艺进行最终处理和利用，并对所采用的工艺原理进行简要叙述。
铬渣占50％，铁屑（主要为金属铁）占20％，易挥发性固体有机物占10％，其它杂质（主要成分为纸张）占20％铬渣占50％，铁屑（主要为金属铁）占20％，易挥发性固体有机物占10％，其它杂质（主要成分为纸张）占20％ 气体处理 • 课堂练习：请分析处理工艺的合理性 有机物 卫生填埋 渗滤液处理 压实 筛分 加热 铬渣和铁 混合 水淬 铬渣填埋 (1500℃) 盐酸 石灰 气体处理
调整后 铬渣占50％，铁屑（主要为金属铁）占20％，易挥发性固体有机物占10％，其它杂质（主要成分为纸张）占20％ 气体处理 金属铁 有机物 焚烧 废渣处理 筛分 磁选 加热 铬渣 混合 水淬 铬渣填埋或利用 (1500℃) 石灰 气体处理 1.去掉压实 2.有机物（主要含废纸），可以采用焚烧或湿法制浆 3.水淬渣不能加盐酸处理
为什么要预处理？ • 1、 • 2、 • 3、
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 废物，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1t/m3左右。如果通过高压压缩，垃圾容重可达1.125～1.38t/m3，体积则可减少为原来体积的1/3～1/10。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1t/m3左右。如果通过高压压缩，垃圾容重可达1.125～1.38t/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）。
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。
2、压实程度的量度 为判断压实效果，比较压实技术与压实设备的效率，常用空隙比与空隙率、湿密度与干密度、体积减少百分比、压缩比与压缩倍数等指标来表示固体废物的压实程度。
（1）空隙比与空隙率 a.空隙比 固体废物可设想为各种固体物体颗粒及颗粒之间充满气体空隙共同构成的集合体。由于固体颗粒本身空隙较大，而且许多固体物料有吸收能力和表面吸附能力，因此，废物中水分主要都存在于固体颗粒中，而不存在空隙中，不占据体积。故固体废物的总体积（Vm）就等于包括水分在内的固体颗粒体积（Vs）与空隙体积（Vv）之和。即： Vm= Vs+ Vv (3-1) 则废物的空隙比（e）可定义为： e= Vv/ Vs (3-2)
b.空隙率 用得更多的参数是空隙率(ε),可定义为: ε=Vv/Vm (3-3) 空隙比或空隙率越低，则表明压实程度越高，相应的容重越大。顺便指出空隙率大小对堆肥化工艺供氧、透气性及焚烧过程物料与空气接触效率也是重要的评价参数。
（2）湿密度与干密度 如果忽略空隙中的气体质量，固体废物的总质量(Wm)就等于固体物质质量(Ws)与水份质量(Ww)之和，即: Wm= Ws +Ww 固体废物的湿密度： ρw= Wm/ Vm 干密度： ρd= Ws / Vm 实际上，废物收运，及处理过程中测定的物料质量常都包括水分，故一般容重均是湿密度。压实前后固体废物密度值及其变化率不大，是度量压实效果的重要参数，也容易测定，故比较实用。
（3）体积减少百分比 体积减少百分比（R）用下式表示： R=[（Vi－Vf）/Vi]×100% (3-4) 式中，R为体积减少百分比，%； Vi为压实前废物的体积，m3； Vf为压实前废物的体积，m3。
（4）压缩比与压缩倍数 a、压缩比 压缩比（r）可定义为： r= Vf/ Vi（r≤1） (3-5) 显然，r越小，说明压实效果越好。 b、压缩倍数 压缩倍数（n）可定义为： n= Vi/ Vf（n≥1） (3-6) n 与 r互为倒数，显然n越大，证明压实效果越好，工程上习惯用n更普遍。体积减少百分比R与压实倍数（n）可互相推算。如图3-1所示。
图2-7-1压缩比与体积减少关系曲线 由图看出，体积减少百分比在80%以下变化时，压实倍数在1-5之间，变化幅度较少；当R值越过80%以上时，n值急剧上升，几乎成直线变化。例，当R=90%时，可推出n= Vi/ Vf= 10；R= 95%时，n= Vi/ Vf = 20。
影响垃圾压实作业的主要参数 • 垃圾的组分情况 • 含水率 • 垃圾层厚度 • 机械滚压次数 • 碾压速度
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.固定式压实设备 （1）结构型式 压实器通常由一个容器单元和一个压实单元组成。容器单元通过料箱或料斗（视单位装料量大小而定）接受固体废物物料，并把它们供入压实单元，压实单元通常装有用液压（亦可用气压）控制操作的挤压头，利用一定的挤压力把固体废物压成致密的形式。目前使用的压实器，有的是为处理金属类废物设计的，有的是为处理城市普通垃圾设计的，有的适合于塑料类物质的处理。城市垃圾收集车或中转站通常采用上述固定式挤压操作，可以水平，亦可以垂直进行，常用的是带水平压头的卧式压实器（图3-2）。
（2）基本参数 固定式压实器的基本参数包括： a. 装料截面尺寸 b. 循环时间 c. 压面上的压力 d. 压面的行程长度 e. 体积排率
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、钢轮式压实机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3-3所示为填理场常用压实机。
问题 1、如要将生活垃圾进行焚烧或最肥处理，是否需要压实预处理，为什么？
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 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、破碎流程 图3-4 破碎的基本工艺流程
4、破碎的方法 （1）冲击破碎（重力破碎、动破碎） （2）剪切破碎 （3）挤压破碎 （4）摩擦破碎 （5）低温破碎（塑料、橡胶等） （6）湿式破碎（纸类、纤维）
5、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。
3.2.2 破碎机 1、辊式破碎机 辊式破碎机是利用冲击剪切和挤压作用进行破碎的，用两个相对旋转的辊子抓取并强制送入要破碎的废物。该种破碎机主要用于破碎脆性材料，而对延性材料只能起到压平作用。在资源回收和废物处理领域，既可用于对废物的破碎，也可用作对含有玻璃器皿、铝和铁皮罐的废物进行分选。其简单结构如图3-5所示：
2、颚式破碎机 颚式破碎机是利用冲击和挤压作用进行破碎。颚式破碎机俗称老虎口。可分为简单摆动型、复杂摆动型、综合摆动型三种（图3-6）。该机主要用于选矿、建材、化学工业领域。
3、冲击式破碎机 冲击式破碎机可分为锤式破碎机和反击式破碎机。 锤式破碎机（图3-7）利用冲击、摩擦和剪切作用进行破碎。适用于破碎质地较硬的物料，还可破碎含水分和油质的有机物等。 反击式破碎机是一种新型、高效破碎设备（图3-8），适用于破碎中硬、软、脆、纤维性物料。
4、剪切式破碎机 剪切式破碎机是通过固定刀和可动刀之间的啮合作用将物料切开或割裂而完成破碎过程（图3-9），特别适合破碎低二氧化硅含量的松散物料 。
图3-9 冯·罗尔（Von Roll）型往复剪切式破碎机结构
5、球磨机 球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。 其种类有很多，如手球磨机，卧式球磨机，球磨机轴瓦，节能球磨机，溢流型球磨机，陶瓷球磨机，格子球磨机等。 球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业，可分为干式和湿式两种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。 砂磨后的物料粒径可以达到几个μm，极限约1 μm。
球磨机应用实例 炉渣制备水泥 城市生活垃圾焚烧炉渣(简称炉渣)，含有一定量的Cd、Hg、Pd、As、Cr、Se、Zn等重金属，以及大量碱金属离子K、Na 及 Cl。若按现有方式作填埋处理，其一侵占土地资源，其二重金属的溶出对地下水丰富的南方以及酸雨较严重的地区，会造成严重的二次污染。因此，炉渣的无害化处理与综合利用是目前探讨的新课题。现阶段可考虑在生产砌筑水泥方面对炉渣进行资源化利用。 炉渣制备水泥时需先拣去其中大块物件、较大块玻璃及铁钉，混合均匀，烘干，后置于球磨机内粉磨，对粉磨细度需严格控制，再经煅烧后，即可作为水泥掺和料用于水泥制备。
6、低温破碎 图3-12 低温破碎的流程
