固体废物处理4.

第四章固体废物分选环境科学与工程学院@南开大学【概念】筛分原理;筛分效率;重选/电选/浮选原理【知识点】筛分设备及应用;风选设备及应用;电选设备及应用;浮选工艺过程人工分选和机械分选机械分选。常见的方法包括：利用粒度差异的筛选（也称筛分）、利用密度差异的重力分选、利用磁性差异的磁力分选、利用导电性差异的电力分选（也称静电分选）、利用表面润滑性差异的浮选、利用光电性（颜色或光泽）差异的光电分选、利用摩擦性差异的摩擦分选、利用弹性差异的弹跳分选等等。4.1分选方法X11+X21+…+Xn1X12+X22+…+Xn2︰X1+Y1X2+Y2进料X0+Y0进料X0+Y0进料X10+X20+…+Xn0二级分选机多级分选机X1+Y1X2+Y2︰Xm+Ym多级分选机X1m+X2m+…+Xnm图4.1二级分选机和多级分选机流程图%100011xxRX%100022yyRY回收率是指单位时间内某种物料在某个出料口排出量与进入分选装置量之比。X物料在第一出料口的回收率RX1可用下式表示：（4-1）同样，Y物料在第二出料口的回收率RY2可用下式表示：（4-2）%1001111yxxPX%1002222yxyPY纯度是指单位时间内某种物料在某个出料口排出量与该出料口排出总量之比。X物料在第一出料口的纯度PX1可用下式表示：（4-3）同样，Y物料在第二出料口的纯度PY2可用下式表示：（4-4）多级分选装置有两个以上出料口，包括两大类。第一类多级分选装置较为简单，其特点是待分选的固体废物只有X物料和Y物料，每一出料口中都排出X物料和Y物料，但含量不同。此时，第i个出料口中X物料的回收率RXi：%1000xxRiXi（4-5）同样，第i个出料口中X物料的纯度PXi：%100iiiXiyxxP（4-6）%1000xIxIRiXIi%10021iiiiXIixNxxxIP第二类多级分选装置应用较多，其特点是待分选的固体废物由N种物料（X1、X2、X3、…、XN）组成，要分选出其中m种物料。此时，第i个出料口中XI物料的回收率RXIi：（4-7）同样，第i个出料口中XI物料的纯度PXIi：（4-8）4.2.1筛选的基本原理4.2筛选筛选也称筛分，它是根据固体废物颗粒的粒度差异，利用筛子将废物中粒度小于筛子孔径的细粒物料透过筛面，而大于筛子孔径的粗粒物料留在筛面上，从而完成粗、细物料的分离过程。筛选过程分为两个阶段：第一阶段是物料分层；第二阶段是细粒透筛。细粒物料透筛时，尽管其粒度都小于筛子孔径，但它们透筛的难易程度却不同，可大致分成两类：粒度小于筛子孔径3/4的细粒物料颗粒，称为“易筛粒”；粒度大于筛子孔径3/4的细粒物料颗粒，称为“难筛粒”。物料分层过程中，粒度大于筛子孔径1.5倍的粗粒物料对细粒物料自上而下向筛面转移时所设置的障碍并不大；直径小于筛孔尺寸1~1.5倍的粗粒，在筛面所组成的下层物料,却能使粒度接近“难筛粒”的颗粒难以接近筛孔。所以，粒度大于筛孔，但又小于筛孔1.5倍的颗粒称为“阻碍粒”。颗粒透过筛孔的可能性或机会大小，称为透筛概率。影响颗粒的透筛概率的因素有：筛孔孔径、颗粒与筛孔的相对尺寸、筛面的开孔率、颗粒的形状、物料的性质（粘性、温度等）、颗粒运动方向与筛面之间的夹角。4.2.2筛选效率的影响因素影响筛选效率的因素很多，主要包括固体废物性质、筛选设备性能和筛选操作条件三方面，通常筛选效率在85%～95%。⑴固体废物性质的影响固体废物的粒度及分布对筛选效率影响较大。固体废物中易筛粒含量越高，筛选效率越高；而难筛粒、阻碍粒含量越高，筛选效率则越低。固体废物的含水量、形状等影响。⑵筛选设备性能的影响包括筛网的孔径，筛网的形状，筛网的形式，还有筛网的运动形式，运动强度，筛面倾斜角等。表4.2不同类型筛子的筛选效率筛子类型固定筛转筒筛摇动筛振动筛筛选效率/%50～606070～8090⑶筛选操作条件的影响比如筛面运动幅度和强度的控制等。4.2.3筛选设备适用于固体废物处理的筛选设备种类很多，大体分成固定筛、滚筒筛和振动筛三类。目前应用广泛的是物料运动方向与筛面垂直的振动筛。振动筛的主导产品是圆振动筛和直线振动筛，由此派生的电磁振动筛、高频振动筛、共振筛、琴弦筛、等候筛、驰张筛、概率筛等。⑴固定筛根据结构、形状和用途的不同，固定筛又分为格筛、棒条筛、条缝筛、弧形筛和旋流筛。⑵滚筒筛图4.3滚筒筛筛面1—给料；2—运动方向；3—排出物；4—筛出物沉落状态抛落状态图4.5滚筒筛内物料颗粒运动状态⑶振动筛振动筛的特点是振动方向与筛面垂直或近似垂直，振动次数600～3600r/min，振幅0.5～1.5mm。物料在筛面上发生析离现象，密度大而粒度小的颗粒钻过密度小而粒度大的颗粒之间的空隙，进入下层到达筛面。振动筛的倾角一般在8°～40°之间。振动筛由于筛面强烈振动，消除了堵塞筛孔的现象，有利于湿物料的筛选，可用于粗、中、细粒的筛分，还可以用于脱水振动和脱泥筛分。振动筛主要有惯性振动筛和共振筛两类，其中前者广泛应用于固体废物处理过程。惯性振动筛适用于细粒（0.1～0.15mm）的筛选，也可用于潮湿或粘性固体废物的筛选。图4.6惯性振动筛构工作原理示意图1－筛箱；2－筛网；3－皮带轮；4－主轴；5－轴承；6－配重轮；7－重块；8－板簧3126541－上筛箱；2－下机体；3－传动装置；4－共振弹簧；5－板簧；6－支承弹簧图4.7共振筛的原理示意图共振筛具有处理能力大、筛选效率高、耗电少及结构紧凑等优点，应用广泛，不仅适用于固体废物中的细粒筛选，还可用于固体废物作业的脱水、脱重介质和脱泥筛选。重力分选简称重选，是根据固体废物中不同物质颗粒间的密度差异，在运动介质中受到重力、介质动力和机械力的作用，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度产品的分选过程。按照介质的不同，重力分选可分为水力分选、风力分选和摇床分选等。水力分选是用水作介质进行的分选，可分为：重介质分选和跳汰分选。第二节重力分选环境科学与工程学院@南开大学重介质分选重介质分选是在重介质（密度大于水的非均匀介质，包括重液和重悬浮液两种流体）中使固体废物中的颗粒群按其密度的大小分开以达到分离目的的方法。为能达到良好的分选效果，关键是重介质的选择。要求重介质的密度应介于固体废物中轻物料密度和重物料密度之间，即：（4-19）WCLc表4.3重悬浮液加重质的性质种类密度(g/cm3)摩氏硬度（g/cm3）磁性回收方法硅铁6.963.8强磁性磁选方铅矿7.52.5～2.73.3非磁性浮选磁铁矿5.062.5强磁性磁选黄铁矿4.9～5.162.5非磁性浮选毒砂5.9～6.25.5～62.8非磁性浮选跳汰分选：在垂直高速的水力作用下，使固体废物按密度分选的一种方法。跳汰分选时，将固体废物放入跳汰机的筛板上，形成密集的物料层，从筛板的下面周期性的给入脉冲水流，使物料层松散并按密度分层，上层的轻物料被水平水流带到机外，成为轻产物，下层的重料一部分透过筛板成为筛下重物，还有部分筛上物质。（2）跳汰分选跳汰分选原理：（a）分层前颗粒混杂堆积；（b）上升水流将床层抬起；（c）颗粒在水流中沉降分层；（d）下降水流，床层紧密，重颗粒进入底层图4.11颗粒在跳汰时的分层过程跳汰分选设备：（a）隔膜鼓动（b）空气鼓动图4.12跳汰机中推动水流运动的形式原理风力分选简称风选，又称气流分选。是以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的一种方法。按气流吹入分选设备内的方向不同，分选设备可分为两种类型：水平气流分选和上升气流分选。风力分选环境科学与工程学院@南开大学风选:按密度分选图2.1颗粒在静止空气中的受力分析Go=G－P=Vsg－Vg=V(s－)g根据牛顿定律：dtdvmRGo22vdR而有效重力，Go空气阻力，R沉降速度，V606020gdvdvgdtdvssssssdfgdv,60sssssssodvgdvdgdVvdgVmRGdtdv2322322666)(则有：增加：上升气流水平气流沉降末速“等降颗粒”颗粒在空气中的沉降末速：06sdvg0v------颗粒的直径；------颗粒的密度；------空气的密度；------阻力系数；------重力加速度。dsg式中：（2-1）固体颗粒实际沉降速度v=v0－ua当v0，颗粒向下作沉降运动；当v=0，颗粒作悬浮运动；当v0，颗粒向上作漂浮运动。沉降速度，V有效重力，Go空气阻力，R上升气流，ua图2.2颗粒在上升气流中的受力分析asaugduvtg60固体颗粒的实际运动方向：图2.3颗粒在水平气流中的受力分析有效重力，Go空气阻力，R气流速度，ua沉降末速，vo立式风力分选机：上升气流风选机风选设备卧式风力分选机：水平气流风选机图2.4卧式风力分选机结构和工作原理示意图图2.5立式风力分选机工作原理示意图旋流器给料提取物空气重质组分轻质组分给料重质组分旋流器空气提取物轻质组分提取物给料风机旋流器重质组分轻质组分空气重质组分给料轻质组分空气（a）锯齿型风力分选机（b）振动式风力分选机（c）回转式风力分选机提取物给料重质组分空气旋流器轻质组分重质组分空气轻质组分振动方向给料摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固体废物按密度差异在床面上呈扇形分布而进行分选的一种方法。摇床分选摇床分选设备工作原理：冲洗水134重产物快慢前进后退快慢2中重产物轻产物给料图4.17摇床上颗粒分带情况示意图1－给料端；2－轻产物端；3－传动端；4－重产物端第三节磁力分选f磁非磁性产品f机磁性产品废物磁选分离的关键是确定合适的f磁ff磁机HgradHmxf0磁磁选：利用磁性差异，在不均匀的磁场中进行分离。为比磁化系数0x磁选分离的条件：根据H的大小，磁选设备可分为三类：①弱磁场磁选设备，磁极表面H1700OS，②强磁场磁选设备，磁极表面H6000～26000OS；③中等磁场磁选设备，磁极表面H=2000～6000OS。根据x0的大小，废物可分成三类：①强磁性物质，x038×10-6cm3/g；②弱磁性物质，x0=（0.19～7.5）×10-6cm3/g；③非磁性物质，x00.19×10-6cm3/g。HgradHmxf0磁图3.1吸持型磁选机给料电磁铁刮片磁性产品非磁性产品（a）滚筒式吸持磁选机（b）带式吸持磁选机旋转方向电磁铁刮片磁性产品非磁性产品给料（a）一般式除铁器磁性产品带式磁选机非磁性产品给料图3.2悬吊型磁选机（b）带式除铁器电磁铁给料非磁性物质磁性物质磁性物质分隔档板运输皮带（a）永磁磁力滚筒结构示意图固体废物磁性物质分离块隔离板非磁性物质图3.3永磁滚筒磁选机结构与工作原理图（b）磁滚筒分选原理图磁选机目前使用的电选机，按电场特征主要分为（1）静电分选机（2）电晕-静电复合电场分选机根据导电性，废物分为导体半导体非导体第四节电力分选电选：电性图4.24电选分离过程示意图1－给料斗；2－辊筒电极；3－电晕电极；4－偏向电极；5－高压绝缘子；6－毛刷电极转鼓导体产品槽非导体产品槽－电荷＋电荷（a）静电辊筒式分选机（b）YD-4型高压电选机图4.1颗粒带电方式:直接传导带电、电晕带电浮选是在固体废物与水调制的料浆中,加入浮选剂,并通过空气形成无数细小气泡,使欲选物质颗粒粘附在气泡上,随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层,然后刮出回收;不浮的颗粒仍留在料浆内,通过适当处理后废弃。第五节浮选润湿性:物质被水润湿的程度.许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。易被水润湿的物质，称为亲水性物质；不易被水润湿的物质，称为疏水性物质。浮选药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂常用的捕收剂异极性捕收剂：黄药类、脂肪酸类非极性油类捕收剂：煤油、柴油等（1）捕收剂：主要作用是使