1、固體廢物處理與處置課程設計1前言1.1垃圾分選目的和意義垃圾分選的目的就是將混合垃圾進行有效的分類，對垃圾成分中的不同組分進行分離，得到較為單一的組分，或是從混合垃圾中分離出某種少含量垃圾組分，有利于垃圾的回收再利用和后續處理。分選系統揀出部分可回收物資，經簡單處理后進行二次加工回用。垃圾分選的意義在于提高垃圾處理的有效性。垃圾中有機成分分選出后進行厭氧消化，剩余的無機礦化成分填埋，可以避免填埋處理過程中的種種弊端。同時推行垃圾分選，讓可焚燒的進行焚燒，可厭氧消化或堆肥的制作肥料，可回收再生的進行回收再生，最終的殘渣進行填埋，以及有害垃圾被單獨分類收集和處理，從而提高垃圾處理的有效性1。1.2

2、生活垃圾分選技術介紹1.2.1分選技術分類垃圾分選技術方法可概括為人工分選和機械分選。人工分選是最早采用的分選方法，適用于廢物原產地、收集站、處理中心、轉運站或處置場。機械分選是利用物料的某些性質方面的差異，將其分選開。例如利用廢棄物中的磁性和非磁性差別進行分離，利用粒徑尺寸差別進行分離利用比重差別進行分離。根據不同性質，可以設計制造各種機械對固體廢棄物進行分選2。以下為幾種分選技術：(1) 篩分：其原理是依據固體廢物的粒徑不同，利用篩子將物料中小于篩孔的細粒物料透過篩面，而大于篩孔的粗粒物料留在篩面上，完成粗細物料的分離過程。(2) 重力分選：重力分選簡稱重選，是根據固體廢物中不同物質顆粒間

3、的密度差異，在運動介質中受到重力、介質動力和機械力的作用，使顆粒群產生松散分層和遷移分離，從而得到不同密度產品的分選過程。按介質不同，固體廢物的重選可分為重介質分選、跳汰分選、風力分選和搖床分選等。廢棄物進行重力分選的條件：固體廢物中顆粒間必須存在密度的差異；分選過程都是在運動介質中進行的；在重力、介質動力及機械力的綜合作用下，使顆粒群松散并按密度分層；分好層的物料在運動介質流的推動下互相遷移，彼此分離，并獲得不同密度的最終產品。(3) 風力分選：是重力分選的一種。是以空氣為分選介質，在氣流作用下使固體廢物顆粒按密度和粒度進行分選的方法。其基本原理是氣流能將較輕的物料向上帶走或水平帶向較遠的地

4、方，而重物料則由于上升氣流不能支持它們而沉降，或由于慣性在水平方向拋出較近的距離。這就是我們通常所說的豎向氣流分選和水平氣流分選。(4) 浮選：其原理是依據物料表面性質的差異在浮選劑的作用下，借助于氣泡的浮力，從物料的懸浮液中分選物料的過程。浮選法分離與物質的密度無關，而取決于物質的表面性質。能浮出液面的物質對空氣的表面親和力比對水的表面親和力大。顆粒能否附著在氣泡上，關鍵在于能否最大限度地提高顆粒的表面疏水性。因此，在浮選法中首先就是考慮加入合適的浮選劑，增加物質的可浮性能。(5) 磁力分選：磁選是利用固體廢物中各種物質的磁性差異在不均勻磁場中進行分選的一種處理方法。磁選有兩種類型：其一是傳

5、統的磁選法，即利用磁力與機械力對不同磁性顆粒的不同作用而實現的；其二是磁流體分選（MHS），利用磁流體（某種能夠在磁場或磁場和電場聯合作用下磁化，呈現似加重現象，對顆粒產生磁浮力作用的穩定分散液）作為分選介質，在磁場或磁場和電場的聯合作用下產生“加重”作用，按固體廢物各組分的磁性差異或磁性、導電性的差異，使不同組分分離，這也是一種“磁化水方法”3。2設計計算2.1原始資料垃圾主要成分見表：垃圾組分有機物無機物紙類金屬塑料玻璃其他含量/%54.331.32.682.585.131.22.81有機物組分包括：食品殘余、果皮、植物殘余等。無機物組分包括：磚瓦、爐灰、灰土、粉塵等。垃圾容重平均值為0.

6、43噸/立方米，含水率為49.4%。垃圾中塑料以超薄型塑料袋為主，廢紙以衛生間的廢紙為主。垃圾熱值：1923kJ/分選系統工作量為130噸/天，日工作時間為10小時。2.2垃圾分選工藝流程確定 本次課程設計確定工藝從我國目前城市生活垃圾處理現狀出發，考慮到原生垃圾成分復雜，勞動力資源豐富，采用機械為主，輔以人工粗選的方法；廢塑料和廢紙主要以塑料袋和衛生間廢紙，回收利用經濟效益不高，故可直接將這部分作為垃圾焚燒原料。分選工藝采用城市生活垃圾簡易處理方法，為填埋、堆肥和焚燒作預處理5。分選工藝流程圖如圖2-2所示。輕組分 篩上 簡易氣流風選 燃料生活垃圾 人工手選 磁選 選擇性破碎機 重組分 有機

7、堆肥 篩下 滾筒篩篩上有機物 篩下碎石玻璃 填埋圖2-2垃圾分選工藝流程2.3各部分分選設計計算2.3.1分選系統的物料恒算1.垃圾分選廠每小時的處理量為Q0=Q/T式中：Q每天的垃圾處理量，Q=130t/d； T每天的工作時間，T=10h。Q0=130/10=13(t/h)2人工分選 人工手選去除垃圾中的大塊金屬、塑料、玻璃瓶、建筑材料等，以利于后續處理。據經驗，經人工手選后大約1%的大塊金屬、0.6%玻璃和大約0.5%其他無機物質被選出，即金屬 q1= Q0×1%=13×1%=0.13(t/h)玻璃 q2= Q0×0.6%=13×0.6%=0.078

8、(t/h)塑料 q3= Q0×2.0%=13×2.0%=0.26(t/h)其他 q4= Q0×0.5%=13×0.5%=0.065(t/h)則經過人工手選可分出的垃圾有Q1=0.13+0.078+0.26+0.065=0.533(t/h)3磁選 垃圾經過磁選滾輪理論上可以分選所有的金屬。Q2=Q0×1.58%=13×1.58%=0.2054(t/h)4選擇性破碎機篩上物主要是紙、布、革、塑料、部分有機物等d>50mm的物質Q3=Q0×（20%+2.68%+3.13%）=13×25.81%=3.3553(t/h

9、)篩下物為d<50mm的被破碎的無機物、有機物、玻璃及其它碎土等。5風選輕組分主要為粉塵、塑料紙張等。Q4=Q0×（2.68%+3.13%）=13×5.81%=0.7553(t/h)重組分主要是有機物Q5=Q0×20%=13×20%=2.6 (t/h) 6滾筒篩分 滾筒篩分主要對選擇性破碎機篩下物進行下一步風選，篩下物中主要有無機物、部分有機物、破玻璃等。選擇篩孔為10×10mm。篩上為dp>10mm的有機物。Q6=Q0×34.3%=13×34.3%=4.459(t/h)篩下為碎土、石渣等無機物和碎玻璃。Q7=Q

10、0×（31.3%+0.6%+2.31%）=13×34.21%=4.4473 (t/h)7廢物全過程總的質量為Q總Q總=Q1+Q2 +Q4+Q5+Q6+Q7 =0.533+0.2054+0.7553+2.6+4.459+4.4473=13(t/h)2.3.2垃圾儲料倉垃圾儲倉是用來暫時儲放進入處理系統的垃圾并用來調節處理設備的處理量。出料倉的容量應根據計劃收入分選長的垃圾量、設備的操作計劃等因素來決定。通常儲料倉的容量應可提供三到七天的最大處理量。(1) 倉體容積式中：儲存時間，d； 最大日處理量，t/d； 有效容積系數，在0.80.9之間； 垃圾有效密度（有效密度系數在1.

11、11.3），t/m3。代入數值： m3取V=1500 m3(2) 倉體尺寸計算 每個小倉的體積，m3；倉體長度，m；寬度，m；深度，m；取=25m， =20m，=3m；=25×20×3=1500 m3可以滿足要求。2.3.3吊車與抓斗(1) 吊車垃圾吊車的數量是根據垃圾最大日處理量來確定的。一般日處理量在300t以下的采用一臺吊車，日處理量在300600t采用常用和備用各一臺，規模在600t以上的，要求常用吊車兩臺，備用一臺。在吊車的參數確定后，還要確定吊車的卷起、放下、行走、橫移及抓斗開關動作所用時間以確定吊車運行時間。如果各分選設備有足夠的處理能力，吊車的運行時間為60

12、min/h,設計時一般取4555min/h.吊車共給能力由下式計算。式中；吊車供給能力，t/h； 抓斗一次抓起量，t；1小時內吊車實際運行時間，h/h；吊車運行周期，h。(2) 抓斗橋式抓斗起重機具有機動靈活的特點，可在移動空間的任意點裝卸物料。根據設計規模要求選擇適當的起重設備。具體計算：根據垃圾最大日處理量選擇吊車、抓斗，其工藝參數如表2-3-3所示。 抓斗一次抓起量為： t即抓斗一次抓起量0.6197t即可滿足生產需求。選擇一次抓起量為1250kg的抓斗。表2-3-3吊車工藝參數 項目 參數 設計依據 數量 1臺 垃圾最大日處理力量 噸位 1.25t 抓斗容量 跨度 7m 儲料坑跨度運行

13、周期 143s 吊車進行各種動作的速度 實際運行時間 50min/h 供給能力 13t/h 抓斗抓起量2.3.4 磁選設備用于固體廢物分選的磁選設備就結構形式而言主要分文帶式和鼓式兩種。鼓式磁選機又分為皮帶機 磁滾筒式和獨立鼓式。對城市生活垃圾簡易分選系統，在經過人工手選之后，大件的磁性物質已被選出，可將磁選機設置在選擇破碎機之前，基本上可將磁性物質選擇出來，同時避免后續分選設備被磁鐵性物質破壞。下圖即為磁選工藝圖：圖2-3-4皮帶機磁滾筒式根據生產能力=13t/h及處理組分含量，選擇永磁筒式磁選機其工藝參數如表2-3-4所示：表2-3-4磁選機工藝參數型號規格(mm×mm)槽體行式

14、圓筒轉速(r/min)處理能力(t/h)電動機重量(kg)型號功率(KW)CTB-612600×1200半逆流401020JTC-5612.2502.3.5 滾筒破碎機(1) 滾筒破碎機主要結構參數的確定滾筒破碎機的直徑和長度是最主要的結構參數，它取決于入料量的多少，物料密度及粒度等，此外，還與滾筒轉速的大小，物料在滾筒內的摩擦系數有關。目前，滾筒直徑和長度主要是按經驗公式估計。滾筒長度為滾筒直徑的1.52.5倍。(2) 滾筒破碎機的生產能力計算 滾筒破碎機實際生產能力為：式中；滾筒橫斷面裝料面積，m2； 物料沿滾筒軸向的前進速度，m/s； 物料散密度，t/m3，對城市生活垃圾散密度

15、可取垃圾容重的1/2；裝滿稀疏，雖滾筒內提升板個數的增加而變大；當提升板為6對時，垃圾取0.41。圖2-3-5 滾筒內斷面圖如圖2-3-5所示，橫斷裝料面積可由下式計算物料沿滾筒軸向的前進速度為：式中：物料自A提升B再跌落到底所需時間，s；物料在滾筒內每跌落一次向前所走距離，m。 物料跌落所需時間僅為：式中：n滾筒轉速，r/min。 具體計算：1、選型根據垃圾破碎分選工藝要求選擇國產滾筒破碎機，由于本次設計的處理量是130t/d，故可以選擇兩臺日處理量為80t/d的滾筒破碎機并聯處理。具體技術特征如表2-3-5所示：表2-3-5 滾筒破碎機技術特證規格 3000×6000生產能力/(

16、t·h-1) 80120滾筒 直徑m 3長度m 6傾角/度 3轉數/(r min-1) 12篩孔尺寸/mm 50提升板高度/mm 300電動機 型號 BJQ2-72-4功率/kw 30轉數/(rmin-1) 14602、計算校核經驗取值=60°,=10°，代入式得橫斷面裝料的面積為：1.13m2物料跌落所需時間僅為： s =0.726s則： T=1.67+0.726=2.40s當篩體傾斜安裝時，實際物料軌跡為不規則的螺旋線，該螺旋線的螺距即料跌落一次向前所走的距離，即 =0.0681m物料沿滾筒軸向的前進速度為：m/s故一個滾筒破碎機實際生產能力為：故可以兩臺滾筒

17、破碎機同時工作，每天工作6個小時,一天內兩臺破碎機的實際生產能力為：Q總=11.59×2×6=139.08t/d130t/d則所選擇的破碎機能滿足處理量的要求。2.3.6垃圾滾筒篩垃圾滾筒篩如圖2-3-6利用作回轉運動的筒形篩體將垃圾按顆粒進行分選。工作時筒形篩體傾斜安裝，傾角一般在4°8°。其結構及設計原理同選擇性破碎機類似，只是沒有提升板。圖2-3-6 垃圾滾筒篩示意(1) 篩分效率和生產率 根據研究表明，垃圾滾筒篩的篩分效率根據篩分圖同性質的垃圾選擇在85%95%之間。(2) 滾筒篩轉速 根據實驗表明，垃圾滾筒篩回轉速度一般取臨界轉速的30%60%

18、較為理想。滾筒篩臨界轉速為： (3) 物料在篩體內停留時間： 式中： 篩體長度，m；物料在篩體內沿軸向運動的平均速度，m/s。具體計算：(1) 垃圾滾筒篩篩分處理量為=4.459+4.4473=8.91t/h (2) 垃圾滾筒參數確定如下： 設計篩體長度4m，篩體直徑1.6m，篩孔取10mm×10mm，安裝傾角4°。 篩分效率和生產率。根據“垃圾分選機-垃圾滾筒篩”行業標準（CJ/T5013.1-95 ），篩下物粒徑12mm，篩分效率80%。選取篩分效率為90%。 滾筒篩轉速 通常為了獲得較好的篩分效率，應使物料在篩體內做較大的翻動。滾筒篩臨界轉速為：r/min(3) 根據

19、實驗表明，垃圾滾筒篩回轉速度一般取臨界轉速的30%60%較為理想，則取滾筒轉速為12 r/min。 料在篩體內停留的時間 根據研究表明，當篩分垃圾時，要得到以上的篩分效率，停留時間應達到2530s，甚至更長。所以取垃圾在滾筒內停留時間為50s，則物料在篩體內沿軸向運動的速度為： m/s 筒篩有用功率 據資料推導，篩分機有用功率為： KW實際使用時的驅動電機功率還應考慮機械傳動損失。2.3.7風選設備(1) 設計參數風力分選主要將低密度、空氣阻力大的輕質部分（塑料、廢紙等）和具有高密度、空氣阻力小的重質部分分開。風力分選中氣流的流動速度是重要的設計參數，確定氣流流速的依據是被選物料的懸浮速度（沉

20、降速度）。在缺乏物料懸浮速度資料的情況下，可有下面公式估算沉降末速。式中：物料重度，N/m； 經驗系數，按表2-3-7選取。表2-3-7 風速的經驗系數物料品種顆粒大小mm值灰狀011016均勻顆粒1101620細塊狀10202022中塊狀40802225 (2) 風選設備 圖2-3-7 立式風力分選機工作原理風選設備分成水平氣流風力分選機（臥式風力分選機)上升氣流風力分選機（立式風力分選機）。風機形式根據所要分選垃圾原料組成及分選目的來確定。立式風力分選比機臥式風力分選機分選精度要高。本課程設計采用立式風力分選機其結構如圖2-3-7。風選機附帶的的旋風分離器根據分選物料性質，分選料率等選擇適

21、當的型號、種類及規格，確定相應的運行參數。具體計算：1.氣流速度確定 風力分選主要將低濃度，空氣阻力大的塑料，廢紙等和具有高密度的，空氣阻力小的重質有機物分開。部分物料濃度如表2-3-7-1所示：表2-3-7-1 部分物料密度物質塑料玻璃磚干砂有機物密度/（kg·m-3）9202500184025001200輕質物料以塑料為參考，其懸浮氣速為： m/s重質物料以有機物為參考，其懸浮氣速為： m/s則選取氣流速度為6.7m/s。2. 立式分選幾何參數的確定 關于風力分選設備的計算目前尚未成熟的方法可借鑒，對于立式風選垂直段主要目的是將紙類，塑料等輕質組分通過氣流輸送出來，可借鑒流化床氣

22、力輸送設計進行經驗設計，精確的計算還需要試驗有關的理論進行研究。 選擇氣體速度：根據氣力輸送設計原則確定垂直管長7m，考慮到所分選物料的不規則紙類，塑料等，選擇管徑100mm，設高壓端氣體密度為3 kg/m3，故所選氣速相當于氣體質量速度G=6.7×3=20.1kg/m2·s估算固氣比：垃圾風選主要去除塑料及紙類，設其堆積密度為=560kg/m3。固-氣比為： 所需空氣量的計算 kg/h取空氣重度為kg/m3，空氣體積流量為：m3/h=0.2396m3/min按所選管徑100mm和氣速，所需空氣體積流量為：(m3/s)=3.156m3/min故可選用3.2 m3/min空壓

23、機一臺能夠滿足要求。 壓降計算 設管徑平均絕對壓力為2 kg/m2 (1kg/m2=9.8Pa)，室溫為300K，則氣體平均重度：kg/m3垂直管壓降：kg/m33旋風分離器選擇 根據氣體流量3.156 m3/min 和人口風速6.7m/s，選取XLP/A-3.0旋風分離器，其允許進口風速12m/s，處理量為750m3/h。2.3.8輸送帶(1) 輸送帶 輸送帶的寬度的確定由于垃圾的密度較小和較松散，所以一般用儲槽式膠帶輸送帶。膠帶輸送機的輸送能力由下式計算：式中：輸送能力； 物料在膠帶的截面積，m3； 輸送帶運行速度，取0.3m/s； 物料的堆密度，對垃圾取0.43t/m3； 傾角系數，對有

24、人工手選輸送帶應水平放置，故=1。 圖2-3-8 物料在膠帶上堆積的斷面積如圖2-3-8，對于槽形輸送帶上物料堆積的斷面積可以近似地認為是由面積及等腰梯形所組成。面積、分別為： 則總面積：其中：膠帶的槽角選取TD72型為20°。則：由上兩式求得帶寬為B=1.21m，取帶寬為1.2m。式中：皮帶寬度，m； 物料的堆積角，對垃圾可取45°；膠帶的槽角。對傾斜的輸送機，物料堆積面積隨皮帶的安裝傾角的增加而減少，這種情況可以用傾角系數來考慮。輸送帶功率計算在確定膠帶輸送機的電功率以前，首先要計算傳動滾筒的軸功率。轉動滾筒軸功率的計算公式為：式中：尾部改向滾筒功率系數； 中部改向滾筒

25、功率系數； 傳動滾筒的功率，KW；膠帶空轉的功率，KW；物料水平運輸的功率，KW；物料垂直提升功率，KW；梨式卸料器，膠帶清料器和料板所需的功率，KW；物料加速率所需功率，KW。 代入數據 KW0.01417KW=1.9798KW膠面傳動滾筒，因此，電動機功率為：KW故選用Y100L-2型三相異步電動機，額定功率為3.0KW。式中：傳動滾筒的功率，KW； 功率安全系數，滿載啟動稀疏，一般=1.0； 總傳動效率，對光面傳動滾筒取0.08，對膠面傳動滾筒，取0.90。(2) 輸送帶 帶寬的確定 輸送帶主要用于輸送由滾筒破碎機篩上物（主要為廢紙、塑料及部分有機物）至風選設備，輸送帶簡圖見圖2-6。其計算方法如