第2章 固体废物预处理技术

第2章 固体废物预处理技术2.1固体废物的压实 2.2固体废物的破碎 2.3固体废物的脱水 2.4固体废物的热处理 2.1固体废物的压实通过外力加压于松散的固体废物，以缩小其体积，使固体废物变得密实的操作简称为压实，又称压缩。

压实目的：（1）增大容重、减少固体废物体积以便于装卸和运输，确保运输安全与卫生，降低运输成本；（2）制取高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作为建筑材料使用。

一、压实原理Vm = Vs + VvVm —固体废物的表观体积；Vs —固体颗粒体积（包括水分）；Vv —空隙体积。

当对固体废物实施压实操作时：压力↑，空隙体积↓，表现体积也随之↓，而容重↑。

固体废物经过压实处理后体积减少的程度叫压缩比R ：R =后前m m V V容重：固体废物的干密度，用ρ表示。

Ws —固体废物颗粒重；Wm —固体废物总重；W H2O —固体废物中水分重；Vm —固体废物表观体积。

压实的适用对象：主要适用于压缩性能大而复原性小的物质，如冰箱、洗衣机、纸箱、纸袋、纤维、废金属细丝等。

有些固体废物如木头、玻璃、金属、塑料块等本身已经很密实的固体或是焦油、污泥等半固体废物不宜作压实处理。

二、压实设备：压实器 构造：（1）容器单元：接受废物并把废物送入压实单元；（2）压实单元：具有液压或气压操作的压头，利用高压使废物致密化。

按是否运动分：（1）固定式压实器：只能定点使用的压实器，为常见的压实器；（2）移动式压实器：带有行驶轮或可在轨道上行驶的压实器。

固定式压实器：（1）小型家庭用压实器：安装在厨房下面，用于一些家庭生活垃圾的收集和压实；（2）大型工业压缩机：可将汽车压缩，每日可以压缩数千吨垃圾，一般安装在废物转运站、高层住宅垃圾滑道的底部以及其它需要压实废物的场合。

固定式压实器：（1）水平压实器：钢制容器；（2）三向联合压实器；（3）回转式压实器。

mOH m m s V W W V W 2-==ρ图2.1 水平压实器结构图图2.2 三向联合压实器图2.3 回转式压实器移动式压实器，填埋场使用：高履带压实机、钢轮压实机。

（a ）高履带压实机 （b ）钢轮压实机图2-4 填埋场常用的移动式压实机装料压头压头压头压头压头图2.4 城市垃圾压缩处理工艺流程2.2固体废物的破碎破碎:利用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物分裂成小块的过程，称为破碎。

一、破碎原理：（1）固体废物破碎的难易程度：通常用机械强度或硬度来衡量。

机械强度:指固体废物抗破碎的阻力，通常用静载下测定的抗压强度为标准来衡量。

一般，抗压强度：（1）大于250MPa者称为坚硬固体废物；（2）40~250MPa者称为中硬固体废物；（3）小于40MPa者称为软固体废物。

机械强度↑，破碎难度↑。

废物粒度↓，机械强度↑，破碎难度↑。

硬度：指固体废物抵抗外力机械侵入的能力。

硬度表示方法：（1）对照矿物硬度确定：矿物的硬度可按莫氏硬度分为十级，其软硬排列顺序如下：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉石、刚玉和金刚石。

（2）按废物破碎时的性状确定:按废物在破碎时的性状，固体废物可分为最坚硬物料、坚硬物料、中硬物料和软质物料四种。

2、破碎方法干式：（1）破碎：通常所说的破碎；（2）湿式破碎：在大量水中的破碎干式破碎：（1）机械能破碎：利用破碎工具如齿板、锤子、钢球；（2）非机械能破碎：利用电能、热能等，如低温破碎、热力破碎、减压破碎及超声波破碎。

图 2-5 常见的机械能破碎方法图2-6 湿式破碎机的构造原理图 图2-7 半湿式破碎机构造原理图破碎分选易碎物质，如玻璃陶瓷。

加水破碎分选纸类物质。

（3）破碎比和破碎段破碎产物粒度原废物粒度破碎比/=破碎比计算：（1）极限maxmax d D i 破碎产物最大粒度废物破碎前最大粒度破碎比=（2）真实破碎比i =cpcp d D 破碎产物的平均粒度废物破碎前的平均粒度破碎段：固体废物经过不同的破碎机或磨碎机的次数。

多次（段）破碎总破碎比计算：n i i i i i ⨯⨯⨯⨯= 321（4）破碎的四个基本工艺流程循环用水电动机筛网 有色金属 铁转子I 组II 组III 组（a ）单纯破碎工艺 （b ）带预先筛分的破碎工艺（c ）带检查筛分破碎工艺 （d ）带预先和检查筛分破碎工艺二、常用的破碎设备锤式、冲击式、剪切、鄂式、辊式破碎机和粉磨机。

（1）锤式破碎机按转子数目：单转子锤式破碎机：只有一个转子；双转子锤式破碎机：有两个做相对运动回转的转子。

按转子的转动方向（单转子锤式破碎机）：（1）可逆式：转子可两个方向转动；（2）不可逆式：转子只能一个方向转动。

图2.20 单转子锤式破碎机示意图按破碎轴安装方式：（1）卧轴锤式破碎机：水平轴式破碎机（如图）；（2）立轴锤式破碎机。

大型废物锤碎机：用于破碎废汽车等粗大固体废物。

废物先经压缩机压缩，再给入锤碎机，转子由大小两种锤子组成，大锤子磨损后，改作小锤用，锤子铰接悬挂在绕中心旋转的转子上做高速旋转。

转子下方半周安装有箅子筛板，筛板两端安装有固定反击板，起二次破碎和剪切作用。

主要用于破碎家具、电视机、电冰箱、洗衣粉、厨房等大型废物，破碎块可达到50mm 左右。

该机设有旁路，不能破碎的废物由旁路排出。

破碎板筛板锤头锤头销轴轮 主轴破碎机本体 小锤头 大锤头压缩给料机输送器（b）金属切屑破碎机可使金属切屑的松散体积减小3~8倍，便于运输。

锤子呈钩形，对金属切屑施加剪切拉撕等作用而破碎。

双转子锤式破碎机具有两个旋转方向的转子，转子下方均装有研磨板。

废物自右方给料口送入机内，经右方转子破碎后颗粒排至左方破碎腔，再沿左方研磨板运动3/4圆周后，借风力排至上部的旋转式风力分级板排出机外。

该机破碎比可达30。

（2）、冲击式破碎机一种新型高效破碎设备，它具有破碎比大、适应性广，可以破碎中硬、软、脆、韧性、纤维性废物，且构造简单、外形尺寸小、安全方便、易于维护。

（a）Universa型冲击式破碎机（b）Hazemag型冲击式破碎机（3）剪切式破碎机靠一组固定刀与一组(或两组)活动刀之间的剪切作用完成固体废物的破碎过程。

根据活动刀的运动方式：往复式、回转式。

图2.7 往复式剪切机结构示意图固定刀和活动刀交错排列，通过下端活动铰轴连接，尤似一把无柄剪刀。

当呈开口状态时，从侧面看固定刀和活动刀呈V字形。

固体废物由上端给入，通过液压装置缓缓将活动刀推向固定刀，当V字形闭合时，废物被挤压破碎，破碎物大小约30cm。

这种破碎机适合松散的片、条状废物的破碎。

图2.8所示为回转式剪切机结构示意图由固定刀（1~2片）和旋转刀（3~5片）组成。

固体废物给入料斗，依靠高速转动的旋转刀和固定刀之间的间隙挤压和剪切破碎，破碎产品经筛缝排出机外。

该机的缺点是当混入硬度较大的杂物时，易发生操作事故。

这种破碎机适合家庭生活垃圾的破碎。

破碎机借助预压机压缩盖的闭合将废物压碎，然后再经剪切机剪断，剪切长度可由推杆控制。

（4）鄂式破碎机：有简摆和复摆两种。

适用于坚硬和中硬物料的破碎。

图2.9 简单摆动颚式破碎机图2.10 复杂摆动颚式破碎机（5）、辊式破碎机根据辊子的特点：（1）光辊破碎机：辊子表面光滑，可用于硬度较大的固体废物的中碎与细碎；（2）齿辊破碎机：辊子表面有破碎齿牙，可用干脆性或粘性较大的废物，也可用于堆肥物料的破碎。

齿辊破碎机，按齿辊数目：（1）单齿辊；（2）双齿辊双齿辊破碎机有两个相对运动的齿辊。

当两齿辊相对运动时，辊面上的齿牙将废物咬住并加以劈碎，破碎后产品随齿辊转动由下部排出。

破碎产品粒度由两齿辊的间隙大小决定。

单齿辊破碎机有一旋转的齿辊和一固定的弧形破碎板。

破碎板和齿辊之间形成上宽下窄的破碎腔。

大块废物在破碎腔上部被长齿劈碎，随后继续落在破碎腔下部进一步被齿辊轧碎，合格破碎产品从下部缝隙排出。

（6）、粉磨机：主要有球磨机和自磨机由圆柱形筒体、端盖、中空轴颈、轴承和传动大齿圈组成。

筒体内装有直径25～150mm 钢球，装入量为筒体有效容积的25%～50%。

当筒体转动时，在摩擦力、离心力和衬板共同作用下，钢球和废物被衬板提升。

当提升到一定高度后，在钢球和废物本身重力作用下，产生自由泻落和抛落，从而对筒体内底角区废物产生冲击和研磨作用，使废物粉碎。

自磨机又称无介质磨机，分干磨和湿磨两种。

干式自磨机由给料斗、短筒体、传动部分和排料斗等组成。

给料粒度一般300~400mm，一次磨细到0.1mm以下，粉碎比可达3000~4000，比球磨机等有介质磨机大数十倍。

图2.33 干式自磨机的工作原理图2.3固体废物的脱水脱水对象：（1）城市污水处理厂产生的污泥脱水；（2）工业废水处理厂产生的污泥脱水；（3）类似于污泥含水率的其它固体废物的脱水。

按所含成分的不同，需脱水处理的固体废物分为两大类：（1）以无机物为主要成分的无机泥渣或沉泥，如冶金、建材等工业废水处理后的固体废物。

其特性是密度较大、含水率较低，易于脱水，但流动性较差，对设备和管道磨损严重。

（2）以有机物为主要成分的有机泥渣或污泥。

如纺织、造纸、食品等工业废水和城市污水处理后的固体废物，其特性是有机物含量高、容易腐败发臭、密度较小、含水率较高，呈胶体结构，不易脱水，但流动性较好，便于用管道输送。

2.3.1浓缩脱水浓缩脱水主要是为了去除污泥中的间隙水，缩小污泥的体积，为污泥的输送、消化、脱水、资源化利用等创造条件。

浓缩后污泥含水率仍高达90%以上，可以用泵输送。

浓缩脱水方法：（1）重力浓缩，使用最广、方法最简便；（2）气浮浓缩；（3）离心浓缩。

一、重力浓缩：其构筑物称为浓缩池。

按运行方式分：（1）间隙式浓缩池：用于小型处理厂或工业企业的污水处理厂；（2）连续式浓缩池：用于大中型污水处理厂。

图4.10 间隙式浓缩池示意图图4.11 带刮泥机与搅动栅的连续式浓缩池结构示意图图4.12 多层辐射式浓缩池图4.13 多斗连续式浓缩池二、气浮浓缩：气浮池中进行图4.14 污泥气浮浓缩流程图4.15 气浮池结构类型三、离心浓缩离心分离设备：倒锥分离板型离心机、螺旋卸料离心机。

(a)倒锥分离板型离心机(b)螺旋卸料离心机2.3.2机械过滤脱水主要方法：（1）通气脱水：采取加压或抽真空将滤层内液体用空气或蒸汽排除的方法；（2）机械压榨：靠机械压缩作用的脱水方法；（3）离心脱水法：用离心力作为推动力除去料层内液体的方法。

机械脱水设备：（1）真空式：真空过滤脱水机；（2）加压式：压滤机；（3）离心式：离心脱水机。

(1)真空抽滤机:主要用于初次沉淀污泥及消化污泥的脱水。

脱水后泥渣含水率为75~80%图4.17 转鼓式真空抽滤机工作原理与操作系统2、压滤机：（1）间歇型：典型的为板框压滤机；（2）连续型：典型的为带式压滤机。