4固體廢物分選

第四章固體廢物分選定義：將可回收利用的或不利于后續(xù)處理處置工藝要求的物料分離出來的過程。依據(jù)：顆粒的粒度、密度、磁性、電性、光電性、摩擦性、彈性、表面潤滑性。第一節(jié)城市垃圾的分選和預(yù)處理1、分選、回收廢物分選的目的是為了將其中可以回收的或不利于后續(xù)處理、處置工藝的無聊分離出來。因此，分選的方法與后續(xù)的處理處置密切相關(guān)：（1）先焚燒，再填埋灰渣；（2）先堆肥，殘渣填埋；（3）直接填埋。不同的處理、處置方法對垃圾分選的目標(biāo)和要求是不同的。分選的首要目的都是直接回收有用的資源。在經(jīng)濟(jì)相對不夠發(fā)達(dá)的發(fā)展中國家，城市垃圾的分選經(jīng)常是由社會上的人們以分散的形式自發(fā)進(jìn)行的（即拾荒者）。在一定意義上，這個自發(fā)的行動以落后的方式解決了大部分垃圾中資源的簡單回收工作。從而緩解了城市垃圾分類回收的壓力。但是拾荒者的自發(fā)行為必然會造成廢物收集秩序的混亂，可能導(dǎo)致疾病的傳播，以及由于無組織活動使得有用物資回收的效率不可能達(dá)到很高的水平。由于垃圾形式與成分的復(fù)雜性，難以用機(jī)械的方法進(jìn)行精確的分類。即使是工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，對垃圾的分選仍舊保持了較大比例的人工因素。不過，這種人工分選的方式是在流水線上進(jìn)行的：收集來的固體廢物在重力分選方法和磁力去除其中的鋼鐵以及其它金屬材料以后，通過一個高架的傳送帶，分布在傳送帶兩側(cè)的人員分別將指定的可回收物資投入設(shè)在下面的專用容器或構(gòu)筑物中。這些經(jīng)過分選的物資經(jīng)過壓縮、包裝、稱重以后，被送往生產(chǎn)企業(yè)回用。城市垃圾分選的基本方法除手選以外，均是根據(jù)物料在物理性質(zhì)方面（如密度、粒度、電性質(zhì)、磁性等）的差別而進(jìn)行的。2、物料分選的一般原理為從一種混合物中將各種可以回用的物質(zhì)篩選出來，分選過程可以按不同的級數(shù)設(shè)置。所謂級數(shù)，實(shí)際是分選裝置的出料口數(shù)。例如，具有一系列大小不同粒度出口的篩分機(jī)，就是一個多級分選裝置。（1）二級篩分在兩級分選機(jī)中，給入的物料是X和y（需要進(jìn)行分離的物料）的混合物。假設(shè)在單位時間內(nèi)進(jìn)入分選機(jī)的X和Y物料的數(shù)量分別為xO和yO,在同樣時間內(nèi)從第一和第二出料口排出的量分別為xl、yl和x2、y2_,此時可以用回收率來表示相應(yīng)物質(zhì)的分選效率：第一個出料口物流中x物料的回收率Rxl：Rxl=（xl/xO）xlOO%同樣：Ry2=（yl/y0）xlOO%根據(jù)質(zhì)量平衡原理，x0=xl+x2,所以，Rxl=（x0-x2）/（xl+x2）。為了顯示分選機(jī)對某個組分x的分選效率，需要引進(jìn)該組分的百分含量作為工作參數(shù)：Pxl=xl/（xl+yl）xlOO%, Py2=y2/（x2+y2）xlOO%有時，用濃度（重量百分?jǐn)?shù)）代替單位時間進(jìn)入和排出分選機(jī)的物料量更方便，此時x物料和y物料的回收率可以分別表示為：R=-x1[x]([x]-[x])—1 0 2—X100%[X]([x]-[x])0 1 2r=[y＞士叨X100%y2[y]([y]-[y])021此時，X物料的體積百分含量為:P二[x1]p:1—px,py分別為物料x和y的密度x1 [X]p-1+px,py分別為物料x和y的密度兩級分選機(jī)往往是用于從一種物料中提取某一種有用的物質(zhì)，例如使用磁選機(jī)從混合物料中提取鐵磁性金屬。多級分選機(jī)的進(jìn)料中經(jīng)常含有多種組分，并需要同時排出多種不同規(guī)格的物料。如果用xlO,x20,…，xnO分別表示多級分選機(jī)的給料中各種組分(xl,x2,…，xn)的總量，xin代表xi組分經(jīng)過分選機(jī)后最終從第n個排放口排出的部分。則x1在第一排出口物流中的回收率為:3、分選技術(shù)人工分選:一般是在分類收集的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要回收紙張、玻璃、塑料、橡膠等物品，最基本的條件是:不能有過大的重量，過大的含水量和對人體的危害性。將適于揮手的混合廢物集中以后，操作人員就可以在傳送帶上按照不同的類型和規(guī)格進(jìn)行分揀。優(yōu)點(diǎn):識別能力強(qiáng)；可以直接回收無需進(jìn)一步加工即可回用的物品(如啤酒瓶)；可以清除所有可能使系統(tǒng)發(fā)生事故的物品。經(jīng)驗(yàn)表明:運(yùn)送待分揀垃圾的皮帶速度以小于9m/min為宜。一名分揀工人大約在一小時內(nèi)揀出0.5噸的物料。雖然這種工作勞動強(qiáng)度很大，衛(wèi)生條件差，目前尚無法被機(jī)械代替。篩分:篩分是根據(jù)廢物顆粒大小來對松弛狀態(tài)的廢物進(jìn)行分選的方法。如果一個顆粒在三個方向的尺寸中有兩個小于篩孔的孔徑，就能夠通過。在固體廢物處理工程中，篩子的位置不同其作用也就不同。一般可分為以下四類:準(zhǔn)備篩分:是為了讓某個操作過程的物料滿足粒度要求。它將固體廢物按粒度分成幾個級別，分別送往下一工序。預(yù)篩分和檢查篩分:這兩種篩分經(jīng)常是與破碎工藝配合使用的。預(yù)篩分是將物料送入破碎機(jī)之前，將小于破碎機(jī)出料口寬度的顆粒預(yù)先篩分出去，以提高破碎機(jī)的效率；檢查篩分的作用則是對已經(jīng)過破碎的物料進(jìn)行篩分，將尚未達(dá)到要求粒度的物料返回破碎機(jī)的入口進(jìn)行再破碎。選擇篩分:廢物經(jīng)過某一個或某些篩分工序以后，將濃縮有用成分的部分與基本上無用成分的部分分開。篩孔必須調(diào)整到合適的大小。例如，垃圾堆肥場在垃圾經(jīng)過發(fā)酵階段以后，利用孔徑約20mm的滾筒篩進(jìn)行篩分，將以各種雜物為主要成分的篩上物(包括廢塑料、織物、紙張、石塊、碎玻璃等)除去，而篩下物是可以利用的有機(jī)肥料。脫水或脫泥篩分:主要用于清洗或脫水操作。前者是得到較為清潔的篩上物；后者是去除廢物中過多的含水量，以便于下一步處理或處置，如焚燒或填埋。篩分實(shí)際上不可能達(dá)到100%的效率。通用篩子的篩孔大小不可能是連續(xù)的，而存在一定的間隔。篩分效率可以用下式表示:式中R為篩分效率，%;x0為給料中小于規(guī)定尺寸的物料量，kg；x1為通過篩孔并作為篩下物得到的小于規(guī)定尺寸的物料量，kg。篩分的工作原理目前還沒有專門用于城市垃圾篩分過程控制的理論。比較普遍應(yīng)用的關(guān)于圓筒型篩的理論描述來源于選礦作業(yè)，而關(guān)于振動篩的理論則是借用于化學(xué)工程中的相應(yīng)部分。篩分的影響因素廢物的粒度和形狀:理論上，只要小于篩孔的顆粒都可以通過，但實(shí)際上，同樣大小的球形和多面體顆粒遠(yuǎn)比片狀或針狀的顆粒容易通過篩孔。纖維狀的實(shí)際上完全不能通過。由于顆粒之間的相互阻礙和架橋作用，與篩孔大小相近的顆粒比更小的顆粒要難以通過。廢物的含水量：廢物中所含水分所處狀態(tài)可以分為：吸附水、毛細(xì)水、顆粒間隙水等。存在于顆粒內(nèi)部的一部分水對于篩分影響不大。影響廢物篩分效果的是表面水分。當(dāng)廢物的含水量較小時，顆粒間隙之間的水分呈薄膜狀態(tài)，水分的張力作用會導(dǎo)致顆粒之間以及顆粒與網(wǎng)絲之間產(chǎn)生內(nèi)聚力。廢物的粒度越小，則內(nèi)聚力越強(qiáng)，結(jié)果形成團(tuán)塊而無法通過篩孔、甚至阻塞篩孔。篩孔形狀：絕大部分的篩孔是由網(wǎng)絲編織而成，篩孔的形狀為正方形。但是，與圓形篩孔相比，方形篩孔的邊緣容易發(fā)生阻塞。所以，在篩分粒度較小、顆粒間凝聚力較大的情況下適于應(yīng)用圓形篩孔；分離片狀顆?；蜥樞晤w粒時，可以使用長方形篩孔。此時，應(yīng)使篩孔的長軸方向與篩板的運(yùn)動方向垂直。篩分設(shè)備：常用的有以下幾種：圓筒篩分振動篩分盤式篩分重力分選重力分選是在活動的或流動的介質(zhì)中按顆粒的比重(或密度)或粒度進(jìn)行顆粒混合物的分選過程。重力分選的介質(zhì)有空氣、水、重液(比重大于水的液體)、重懸浮液等。固體廢物重力分選的方法很多，按作用原理可分為氣流分選、慣性分選、重介質(zhì)分選、搖床分選、跳汰分選等．由于重介質(zhì)分選是在液相介質(zhì)中進(jìn)行，不適合于包含可溶性物質(zhì)的分選，也不適合于成分復(fù)雜的城市垃圾分選。該法主要應(yīng)用于礦業(yè)廢物的分選過程。重力分選原理：一個懸浮在流體介質(zhì)中的顆粒，其運(yùn)動速度受自身重力、介質(zhì)阻力和介質(zhì)的浮力三種力作用。分別表示為FE—重力、FB—介質(zhì)浮力、FD—介質(zhì)摩擦阻力。如圖所示。重力： FE=ps.V.G；式中：ps—顆粒密度；V—顆粒體積。假定顆粒為球形，則v=nd3/6浮力： FB=pV.G；式中：p—介質(zhì)密度。介質(zhì)摩擦阻力：FD=0.5CDU2A式中：CD—阻力系數(shù)；U—顆粒相對介質(zhì)速度；A—顆粒投影面積(在運(yùn)動方向上)。當(dāng)FE、FB、FD三個力達(dá)到平衡，且加速度為零時的速度為未速度，此時有：FE=FB+FD，即為：由此得到牛頓公式：式中，CD是與顆粒的尺寸及運(yùn)動狀況有關(guān)，通常用雷諾數(shù)Re來表述：式中：M—流體介質(zhì)的粘度系數(shù)；Y—流體介質(zhì)的動粘度系數(shù)。如果假定流體運(yùn)動為層流，則CD=24/Re。則可以進(jìn)一步得出人們所熟知的斯托克斯公式：氣流分選氣流分選的作用是將輕物料從較重的物料中分離出來。氣流分選的基本原理是氣流將較輕的物料向上帶走或在水平方向帶向較遠(yuǎn)的地方，而重物料則由于向上氣流不能支承它而沉降或是由于重物料的足夠慣性而不被劇烈改變方向穿過氣流沉降。被氣流帶走的輕

物料再進(jìn)一步從氣流中分離出來，一般用旋流器分離。氣流分選機(jī)有效識別輕、重物料的一個重要前提是：必須使氣流在分選筒中產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流和剪切力，從而把物料團(tuán)塊進(jìn)行分散，達(dá)到較好的分選效果。因此，必須對分選筒進(jìn)行改進(jìn)。采用了鋸齒形、振動式或回轉(zhuǎn)式分選筒的氣流通道，它是讓氣流通過一個垂直放置的、具有一系列直角或60°轉(zhuǎn)折的筒體，如下圖所示。氣流分選機(jī)實(shí)質(zhì)上包含了兩種分離過程：將輕顆粒與重顆粒分離，再進(jìn)一步將輕顆粒從氣流中分離出來。根據(jù)上面所述重力分選原理可知，當(dāng)物料顆粒懸浮在氣流中時，氣流的速度可以用牛頓速度公式或斯托克斯公式(當(dāng)氣流為層流時)來描述。在氣流分選作業(yè)中，由于廢料顆粒直徑是不規(guī)矩的，因而采用“有效直徑”更為方便。顆粒的有效直徑可以采用等面積的圓盤直徑或是采用等體積的球形有效直徑：d=(6V)1/3通過理論分析，有許多人提出許多特別適用于氣流分選的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，達(dá)拉法爾(Dallavlle)提出如下模型(適用于立式汽流分選機(jī)):13300/13300/Y+1d0.57式中：U—?dú)饬魉俣?m/s)； d—顆粒直徑(m)；Y—顆粒密度(g/cm3)。對于水平式氣流分選機(jī)，達(dá)拉法爾提出下式確定氣流速度:6000/6000//+1d0.398旋風(fēng)除塵器對于直徑大于10pm的顆粒，可選擇旋風(fēng)除塵器收集。篩分原理及設(shè)備原理：據(jù)顆粒尺寸大小，將不同粒徑顆粒分為兩組或兩組以上顆粒組。要求顆粒為三維至少在二維方向上小于篩孔才可以篩分。設(shè)備：圓筒式振蕩器：轉(zhuǎn)速慢10~15r/min，不易堵塞但是效率低。篩分效率及其影響因素篩分效率(E)篩下產(chǎn)品重量E=——————————*100%=Q1/(Q*(a/100))*100%粒徑＜篩孔的顆粒重量E一般為85%~95%Q—入篩固體廢棄物重量

Q1—篩下產(chǎn)品重量a—入篩固體廢棄物中粒徑小于沙孔的顆粒含量影響E的因素顆粒的尺寸與形狀（主要因素）：直徑越小而且為球形或多邊形，E越高含水率：含水率越高，E越低；篩孔形狀：方形E高，圓形E低；篩分器的參數(shù)：負(fù)荷恒定時，參數(shù)是關(guān)鍵。一般長寬比=2.5~3，篩面傾角為15~30度；操作方式：取決于供料負(fù)荷波動情況、沿篩面寬度方向上給料均勻情況，當(dāng)負(fù)荷小、順運(yùn)動方向均勻給料時E高。風(fēng)選定義及原理定義：重力分選的一種，用空氣流作為攜帶介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)輕重顆粒分離。原理：當(dāng)介質(zhì)流速一定，密度不同的顆粒會呈密度分布。風(fēng)選影響因素待風(fēng)選的固體廢棄物顆粒之間的密度差異大；所有顆粒與空氣介質(zhì)的密度有顯著差異；各物料顆粒粒徑適度；供給空氣流有適宜強(qiáng)度：以將進(jìn)入給料口的料團(tuán)充分吹成按密度分布的分層形式為標(biāo)準(zhǔn)。工藝流程（機(jī)械設(shè)備）：抽氣式、吹氣式磁選定義：利用固體廢棄物中各物質(zhì)的磁性差異在不均勻磁場中進(jìn)行分選。該方法不徹底，是分選的輔助手段。城市固體廢棄物中含有四種特性介質(zhì)，用磁化強(qiáng)度描述磁化效果。（見表）介質(zhì)Xm（磁化率）磁化強(qiáng)度鐵磁性物質(zhì)（Fe）102~106產(chǎn)生強(qiáng)大的附加磁場順磁性物質(zhì)（Al、Mn、Cr）0~1產(chǎn)生較弱的附加磁場非磁性物質(zhì)（非金屬）0無附加磁場逆磁性物質(zhì)（Cu）-1~0產(chǎn)生反方向的弱附加磁場Xm：磁化率Xm：磁化率M：磁化強(qiáng)度（A/m）H：磁場強(qiáng)度（A/m）適用范圍：分開鐵磁性物質(zhì)與非磁性物質(zhì)。常用于以下三個方面：回收黑色金屬；純化非磁性物質(zhì)；預(yù)選固體廢棄物中的大塊黑色金屬。浮選1.定義及原理定義：分散在水中的固體廢棄物顆粒用氣浮法使其浮于水面，形成泡沫層，收集后經(jīng)消泡處理可以回收的方法。原理：浮選原理與工藝固體廢棄物+水—>調(diào)制成料漿—>加浮選藥劑—>充氣，產(chǎn)生氣泡，欲選物質(zhì)粘附在氣泡上—>氣泡帶著欲選顆粒上升形成泡沫—>刮出回收—>不浮選顆粒經(jīng)適當(dāng)處理后廢棄氣泡對固體廢棄物各組分有選擇性，它由水、氣、固三相界面間的理化性質(zhì)決定，主要是表面潤濕性。工藝混合浮選：先全體浮選出來，再分開；優(yōu)先浮選：一個一個浮選出來。2.浮選藥劑捕收劑作用：選擇性吸附在欲選顆粒表面使之疏水性、可浮性增加，牢固地黏附在氣泡上。捕收劑的條件：捕收作用強(qiáng)；有選擇性；有水溶性、無毒、無臭、成分穩(wěn)定。常用捕收劑：1.異極性捕收劑（表面活性劑）：組成包括極性基和非極性基，例如烴基二硫代碳酸鈉、油酸??。從煤矸石中回收黃鐵礦就用烴基二硫代碳酸鈉做捕收劑。2.非異極性捕收劑：包括烷烴、環(huán)烷烴，例如從粉煤灰中回收碳常用煤油做捕收劑。起泡劑功能：促使空氣在料漿中形成小氣泡而且不被兼并。要求：用量少，氣泡多而且分布均