生活垃圾破碎特征及其粒度對分析結果的影響
摘 要:對生活垃圾中4 種富含熱值的廢物進行了研究,結果表明:不同的廢物由于物理性質的差異,要達到分析所需要的粒度,應選擇不同的破碎設備;紙類廢物破碎粒度大小對化學分析結果影響不大;隨著破碎粒度的增加,紡織品類廢物灰分、熱值、氯的含量呈增加趨勢,硬塑料灰分、氯的含量減小,而熱值呈增加趨勢,薄膜塑料灰分減小、熱值增加、氯含量變化沒有規律。
關鍵詞:生活垃圾;焚燒;破碎粒度;熱值;灰分;氯
城市生活垃圾是一種含有多種物理和化學性質的固體廢物,我國城市生活垃圾的產生量平均每年以10 %的速度增長,現在城市生活垃圾有機物的含量已經高于無機物含量,垃圾組成正由“多灰、多水、低熱值”,向“少灰、高熱值”方向發展,給我國城市生活垃圾的焚燒處理奠定了基礎。以焚燒為代表的垃圾處理技術正在中國悄然興起,成為新興的環保產業[1 ,2 ] 。
當今,發達國家生活垃圾焚燒處理關注的重點已由過去的焚燒技術轉向二次污染的控制技術。控制二次污染的關鍵是去除煙氣中煙塵、酸性氣體( HCl ,SO2 ,NOx ) 、重金屬、二噁英等污染物。垃圾的焚燒從焚燒爐的正常運轉到環保設施對污染物的有效去除,要求對垃圾中的廢物成分,例如熱值、灰分、氯等有害成分準確地分析,確保污染物的排放量控制在環境負荷允許的范圍內。要達到這樣的目的,必須從廢物化學成分分析前的預處理、實驗室化學分析各環節保證質量,準確地確定廢物中所含的各種化學成分。
實驗室樣品的破碎粒度對于分析結果很重要,因為對于某些含量很低、但屬于重點關心的對象,很可能由于破碎粒度確定的不合適,造成最終的分析結果中找不到要關心的對象[ 3 ] ,結果不能準確地反映垃圾燃燒后產生的有害物質的種類及含量。本文在實驗室對生活垃圾中4 種富含熱值的廢物破碎的難易程度、破碎粒度對于化學分析結果的影響進行了研究。
1 實驗材料及方法
實驗樣品來自生活垃圾焚燒設備的破碎機,研究的對象為大于60 mm 的含有熱值的廢物,即薄膜塑料、硬塑料類、紙質類(普通紙、厚紙、紙箱類) 、紡織品類4 種,被研究的4 種廢物的物理性質見表1 。
表1 4 種廢物的物理特征
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把每種廢物從大到小按照分析所需要的粒度進行分類,用不同的破碎機對樣品進行破碎,以滿足化學分析的粒度要求。用4 種破碎機對上述4 種廢物分別進行破碎試驗。首先用普通破碎機先破碎到4mm 粒度,然后分別用切割破碎機、錘式破碎機和盤式振動破碎機破碎到小于1 mm 的分析粒度,接著用孔徑為0. 2 ,0. 4 ,0. 8 ,1 mm 的篩子篩分。接下來對4 種廢物不同粒度進行灰分、熱值、氯的含量分析。使用的儀器設備有:不同類型的破碎機、722 分光光度計、電子天秤、熱量儀、離子色譜儀等。
2 結果與討論
2. 1 廢物破碎及篩分特征
圖1 是4 種廢物用普通破碎機破碎后過篩的粒度分布特征,從圖中可以看出不同的廢物由于其物理性質的差異,破碎的難易程度不一樣,通過同一孔徑的篩子篩分后過篩率有很大不同。硬塑料類廢物由于具有脆性,比較容易破碎,所以累積50 %的過篩率的粒度最小。而紡織品類由于含有較多的纖維,韌性大,所以累積50 %的過篩率的粒度最大。
 圖1 不同廢物破碎后顆粒大小分布特征 |
2. 2 廢物物理性質對破碎機選擇的影響
圖2 是紙質類廢物分別用3 種不同的破碎機破碎后通過不同粒徑篩子的過篩率。從圖中可以看出,對于紙質類廢物,用盤式振動破碎機破碎效果最好,烘干到破碎所需要的濕度,100 %通過孔徑0. 4mm 的篩子。實驗結果表明:對于紡織類、塑料類廢物,用盤式振動破碎機不能提供所需要的粒度,因為彈性的物質占主要部分,用切割破碎機破碎的效果較好,但不同的廢物破碎的難易程度有一定差異。
 圖2 紙質類廢物用不同的破碎機破碎到小于1 mm 后粒度分布特征 |
圖3 是薄膜塑料、硬塑料類、紡織品類廢物在切割破碎機破碎到小于1 mm 的粒度后,通過不同孔徑的篩子篩分的累積過篩率曲線分布特征。從圖中可以看出硬塑料通過孔徑小于0. 8 mm 篩子的累積過篩率最小,雖然基本能滿足化學分析要求,但破碎效果不及薄膜塑料和紡織品類廢物。說明生活垃圾中廢物物理性質對于破碎效果有很大影響。
2. 3 廢物粒度對于化學成分分析結果的影響
4 種廢物破碎到小于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分為5 個粒級,然后分別測定4 種廢物不同粒級的灰分、熱值和氯的含量。
 圖3 不同廢物在切割破碎機中破碎到小于1 mm 后的粒度分布特征 |
表2 是4 種廢物在不同粒級時測定的灰分結果。從表中可以看出,塑料類廢物(薄膜塑料和硬塑料) 灰分隨著顆粒粒度的增加有所下降,而紡織品類灰分的含量隨著粒度的增加而增加,紙質類廢物的灰分含量與粒度大小的相關性不明顯。
表2 廢物在不同粒級時的灰分含量變化特征 |
表3 是4 種廢物在不同粒級時測定的熱值變化特征。從表3 可以看出塑料類和紡織品類廢物隨著粒度的增加熱值也明顯地呈增加趨勢,而紙質類廢物增加不明顯。
表3 廢物在不同粒級時熱值變化特征 |
表4 是廢物在不同粒級時氯的含量變化特征。
從表中可以看出,薄膜塑料、紙質類廢物氯的含量變化與粒級沒有明顯的關系,而紡織品和硬塑料有較明顯的變化。硬塑料氯的含量隨著粒度的增加明顯地降低,紡織品類氯含量隨著粒級的增加,氯的含量增加。
表4 廢物在不同粒級時氯的含量變化特征 |
從對上述4 種廢物進行的不同粒度灰分、熱值和氯含量分析結果來看,同一種廢物在不同粒級時所含的化學成分的含量有明顯的變化,出現這種情況的原因,只能歸結為廢物本身物質成分分布的不均勻性和樣品在破碎到不同粒度時物質成分分布的不均勻性[4 ] 。究竟選哪種破碎粒度作為分析的粒度,才能更準確地反映廢物的化學成分,對于不同的廢物應分別進行研究。
3 結論及建議
對生活垃圾中4 種性質不同的廢物破碎特征以及破碎粒度對化學分析結果影響的研究表明:
1) 不同的廢物由于物理性質的差異,要達到分析所需要的粒度,應選擇不同的破碎設備。
2) 紙類廢物不同破碎粒度對化學分析結果影響不大。
3) 隨著破碎粒度的增加,紡織品類廢物灰分、熱值、氯的含量呈增加趨勢, 硬塑料灰分、氯的含量減小,而熱值呈增加趨勢,薄膜塑料灰分減小,熱值增加,氯含量變化沒有規律。
為了使實驗室最終化學成分分析的結果更準確,真正具有代表性,保證垃圾焚燒設備的正常運行以及配套的環保設施對污染物有效的去除,應根據廢物的物理性質選擇合適的破碎設備,開展廢物化學成分含量變化同粒度大小的相關性研究,最終的化學成分分析結果應該用統計方法給出。
參考文獻:
[ 1 ] 聶永豐,劉富強,王進軍. 我國城市垃圾焚燒技術發展方向探討[J ] . 環境科學研究,2000 ,13 (3) :20223.
[ 2 ] 黃愛軍,田洪海. 城市生活垃圾焚燒處理初探[J ] . 環境科學研究,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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