生活垃圾破碎特征及其粒度对分析结果的影响
摘 要:对生活垃圾中4 种富含热值的废物进行了研究,结果表明:不同的废物由于物理性质的差异,要达到分析所需要的粒度,应选择不同的破碎设备;纸类废物破碎粒度大小对化学分析结果影响不大;随着破碎粒度的增加,纺织品类废物灰分、热值、氯的含量呈增加趋势,硬塑料灰分、氯的含量减小,而热值呈增加趋势,薄膜塑料灰分减小、热值增加、氯含量变化没有规律。
关键词:生活垃圾;焚烧;破碎粒度;热值;灰分;氯
城市生活垃圾是一种含有多种物理和化学性质的固体废物,我国城市生活垃圾的产生量平均每年以10 %的速度增长,现在城市生活垃圾有机物的含量已经高于无机物含量,垃圾组成正由“多灰、多水、低热值”,向“少灰、高热值”方向发展,给我国城市生活垃圾的焚烧处理奠定了基础。以焚烧为代表的垃圾处理技术正在中国悄然兴起,成为新兴的环保产业[1 ,2 ] 。
当今,发达国家生活垃圾焚烧处理关注的重点已由过去的焚烧技术转向二次污染的控制技术。控制二次污染的关键是去除烟气中烟尘、酸性气体( HCl ,SO2 ,NOx ) 、重金属、二噁英等污染物。垃圾的焚烧从焚烧炉的正常运转到环保设施对污染物的有效去除,要求对垃圾中的废物成分,例如热值、灰分、氯等有害成分准确地分析,确保污染物的排放量控制在环境负荷允许的范围内。要达到这样的目的,必须从废物化学成分分析前的预处理、实验室化学分析各环节保证质量,准确地确定废物中所含的各种化学成分。
实验室样品的破碎粒度对于分析结果很重要,因为对于某些含量很低、但属于重点关心的对象,很可能由于破碎粒度确定的不合适,造成最终的分析结果中找不到要关心的对象[ 3 ] ,结果不能准确地反映垃圾燃烧后产生的有害物质的种类及含量。本文在实验室对生活垃圾中4 种富含热值的废物破碎的难易程度、破碎粒度对于化学分析结果的影响进行了研究。
1 实验材料及方法
实验样品来自生活垃圾焚烧设备的破碎机,研究的对象为大于60 mm 的含有热值的废物,即薄膜塑料、硬塑料类、纸质类(普通纸、厚纸、纸箱类) 、纺织品类4 种,被研究的4 种废物的物理性质见表1 。
表1 4 种废物的物理特征
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把每种废物从大到小按照分析所需要的粒度进行分类,用不同的破碎机对样品进行破碎,以满足化学分析的粒度要求。用4 种破碎机对上述4 种废物分别进行破碎试验。首先用普通破碎机先破碎到4mm 粒度,然后分别用切割破碎机、锤式破碎机和盘式振动破碎机破碎到小于1 mm 的分析粒度,接着用孔径为0. 2 ,0. 4 ,0. 8 ,1 mm 的筛子筛分。接下来对4 种废物不同粒度进行灰分、热值、氯的含量分析。使用的仪器设备有:不同类型的破碎机、722 分光光度计、电子天秤、热量仪、离子色谱仪等。
2 结果与讨论
2. 1 废物破碎及筛分特征
图1 是4 种废物用普通破碎机破碎后过筛的粒度分布特征,从图中可以看出不同的废物由于其物理性质的差异,破碎的难易程度不一样,通过同一孔径的筛子筛分后过筛率有很大不同。硬塑料类废物由于具有脆性,比较容易破碎,所以累积50 %的过筛率的粒度最小。而纺织品类由于含有较多的纤维,韧性大,所以累积50 %的过筛率的粒度最大。
 图1 不同废物破碎后颗粒大小分布特征 |
2. 2 废物物理性质对破碎机选择的影响
图2 是纸质类废物分别用3 种不同的破碎机破碎后通过不同粒径筛子的过筛率。从图中可以看出,对于纸质类废物,用盘式振动破碎机破碎效果最好,烘干到破碎所需要的湿度,100 %通过孔径0. 4mm 的筛子。实验结果表明:对于纺织类、塑料类废物,用盘式振动破碎机不能提供所需要的粒度,因为弹性的物质占主要部分,用切割破碎机破碎的效果较好,但不同的废物破碎的难易程度有一定差异。
 图2 纸质类废物用不同的破碎机破碎到小于1 mm 后粒度分布特征 |
图3 是薄膜塑料、硬塑料类、纺织品类废物在切割破碎机破碎到小于1 mm 的粒度后,通过不同孔径的筛子筛分的累积过筛率曲线分布特征。从图中可以看出硬塑料通过孔径小于0. 8 mm 筛子的累积过筛率最小,虽然基本能满足化学分析要求,但破碎效果不及薄膜塑料和纺织品类废物。说明生活垃圾中废物物理性质对于破碎效果有很大影响。
2. 3 废物粒度对于化学成分分析结果的影响
4 种废物破碎到小于1 mm 粒度后,按照小于0. 2 ,0. 2～0. 4 ,0. 4～0. 8 ,0. 8～1 mm ,大于1 mm分为5 个粒级,然后分别测定4 种废物不同粒级的灰分、热值和氯的含量。
 图3 不同废物在切割破碎机中破碎到小于1 mm 后的粒度分布特征 |
表2 是4 种废物在不同粒级时测定的灰分结果。从表中可以看出,塑料类废物(薄膜塑料和硬塑料) 灰分随着颗粒粒度的增加有所下降,而纺织品类灰分的含量随着粒度的增加而增加,纸质类废物的灰分含量与粒度大小的相关性不明显。
表2 废物在不同粒级时的灰分含量变化特征 |
表3 是4 种废物在不同粒级时测定的热值变化特征。从表3 可以看出塑料类和纺织品类废物随着粒度的增加热值也明显地呈增加趋势,而纸质类废物增加不明显。
表3 废物在不同粒级时热值变化特征 |
表4 是废物在不同粒级时氯的含量变化特征。
从表中可以看出,薄膜塑料、纸质类废物氯的含量变化与粒级没有明显的关系,而纺织品和硬塑料有较明显的变化。硬塑料氯的含量随着粒度的增加明显地降低,纺织品类氯含量随着粒级的增加,氯的含量增加。
表4 废物在不同粒级时氯的含量变化特征 |
从对上述4 种废物进行的不同粒度灰分、热值和氯含量分析结果来看,同一种废物在不同粒级时所含的化学成分的含量有明显的变化,出现这种情况的原因,只能归结为废物本身物质成分分布的不均匀性和样品在破碎到不同粒度时物质成分分布的不均匀性[4 ] 。究竟选哪种破碎粒度作为分析的粒度,才能更准确地反映废物的化学成分,对于不同的废物应分别进行研究。
3 结论及建议
对生活垃圾中4 种性质不同的废物破碎特征以及破碎粒度对化学分析结果影响的研究表明:
1) 不同的废物由于物理性质的差异,要达到分析所需要的粒度,应选择不同的破碎设备。
2) 纸类废物不同破碎粒度对化学分析结果影响不大。
3) 随着破碎粒度的增加,纺织品类废物灰分、热值、氯的含量呈增加趋势, 硬塑料灰分、氯的含量减小,而热值呈增加趋势,薄膜塑料灰分减小,热值增加,氯含量变化没有规律。
为了使实验室最终化学成分分析的结果更准确,真正具有代表性,保证垃圾焚烧设备的正常运行以及配套的环保设施对污染物有效的去除,应根据废物的物理性质选择合适的破碎设备,开展废物化学成分含量变化同粒度大小的相关性研究,最终的化学成分分析结果应该用统计方法给出。
参考文献:
[ 1 ] 聂永丰,刘富强,王进军. 我国城市垃圾焚烧技术发展方向探讨[J ] . 环境科学研究,2000 ,13 (3) :20223.
[ 2 ] 黄爱军,田洪海. 城市生活垃圾焚烧处理初探[J ] . 环境科学研究,2000 ,13 (3) :27230.
[ 3 ] Alexandra Pehken , Thomas Pretz. Qualit?t ssicherung in der Abfallanalytik[J ] . Müll und Abfall , 2003 (2) :74278.
[ 4 ] Thomanetz E. Das M?rchen von der repr? sentativen Abfallprobe[J ] . Müll und Abfall , 2002 (3) :1362142.
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