Переработка и утилизация твердых бытовых отходов (ТБО)

Переработка отходов – технологическая операция или совокупность технологических операций, в результате которых из отходов производится один или несколько видов товарной продукции.

Утилизация отходов – более широкое понятие, чем переработка, так как включает все виды их использования, в том числе в качестве топлива для получения тепла и энергии, а также для полива земель в сельском хозяйстве, закладки выработанного горного пространства и т.д.

Обезвреживание отходов – технологическая операция или совокупность операций, в результате которых первичное токсическое вещество или группа веществ превращается в нейтральные нетоксичные и неразлагающиеся соединения.

По технологическому принципу методы переработки твердых отходов  подразделяются на механические, биологические, химические термические  и смешанные (рис. 1.3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К механическим методам  относятся: дробление, измельчение, истирание.

К биологическим – окисление в аэротенках, окисление в биофильтрах, аэробное биотермическое компостирование и т.д.

К химическим методам относятся – методы преобразования отходов под воздействием химических компонентов.

К термическим  методам относят – сжигание, пиролиз некомпостируемых фракций, слоевое сжигание неподготовленных отходов и др.

Ниже приведено краткое описание методов переработки отходов.

   Механические  методы. Утилизация промышленных отходов связана с необходимостью либо их разделения на компоненты  с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида. Для многих твердых  промышленных отходов, утилизация которых не связана с необходимостью проведения фазовых превращений или воздействия химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, применяются в основном механические  методы подготовки, такие как измельчение. Обычно грубое измельчение называют дроблением, тонкое и сверхтонкое – помолом.

По размеру кусков исходного  отхода и конечного продукта процесс  измельчения условно подразделяется на несколько  классов, исходя из которых  производится выбор  оборудования (табл.1.4).

Таблица 1.2

Классификация методов измельчения

Класс измельчения	Размер кусков до измельчения, мм	Размер кусков после измельчения, мм
Дробление: – крупное – среднее – мелкое	1000 250 20	250 20 1…5
Помол: – грубый – средний  – тонкий – коллоидный	1…5 0,1…0,04 0,1…0,02 <0,1	0,1…0,04 0,005…0,015 0,001…0,005 <0,001

 

Измельчение. Измельчение твердых промышленных отходов и разделение их  по крупности на фракции  является одним из основных процессов подготовки отходов к утилизации и имеет важнейшее значение для обеспечения высокого качества готового продукта. Технология измельчения включает круг вопросов и проблем, связанных с исследованием путей и возможностей совершенствования существующих и создания новых процессов  измельчения и соответствующих этим процессам  аппаратов -  измельчителей. Целью таких исследований является снижение стоимости измельчения, уменьшение удельных затрат энергии, износа и металлоемкости измельчителей, увеличение их долговечности и удобства эксплуатации. Учитывая, что стоимость основной массы сырья для производства готовой продукции сравнительно высока, технико-экономический фактор играет особую роль в теории измельчения.

Главной из перечисленных задач является необходимость получения измельченного  отхода, удовлетворяющего следующим  требованиям: а) получение продукта заданного зернового состава: б) требуемая удельная поверхность; в) оптимальная конфигурация зерен; г) необходимая прочность.

Измельчение материалов производится несколькими  методами – раздавливанием, раскалыванием, ударом,   изломом   и истиранием (рис. 1.4).

 

 

 

 

 

 

 

Риc. 1.4. Методы измельчения: а – раздавливание; б – раскалывание;   в – удар; г – излом;  д — истирание

 

Раздавливание материала наступает после перехода напряжений за предел прочности на сжатие.

Раскалывание кусков происходит в результате их расклинивания и последующего разрыва вследствие возникновения в них напряжений от растяжения.

Ударное дробление – результат действия динамических нагрузок с возникновением в материале сжимающих, растягивающих, изгибающих и сдвиговых напряжений.

Излом куска происходит в результате его изгиба.

При истирании внешние слои куска подвергаются деформации сдвига и постепенно срезаются скользящими рабочими поверхностями измельчителя вследствие перехода касательных напряжений за пределы прочности.

       Классификация и сортировка (сепарация) отходов. В ряде случаев переработка измельченных отходов должна сопровождаться их разделением на фракции по крупности. Для разделения кусковых и сыпучих материалов применяют различные способы:

• просеивание или грохочение;
• разделение под действием гравитационно-инерционных сил;- разделение под действием гравитационно-центробежных сил. 
        Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях (колосниковых решетках, решетах, проволочных сетках, щелевидных ситах).

Основным показателем грохочения является его эффективность Е, определяемая отношением количества подрешетного продукта к его общему количеству в исходном материале, % :

                      ,                       (1.1)

где и - содержание нижнего класса в исходном материале и надрешетном продукте, %.

При гравитационном и центробежном способах разделение измельченных продуктов на классы или выделение целевого продукта осуществляется методом раздельного высаживания частиц из несущей среды под действием гравитационно-инерционных или гравитационно-центробежных сил. Разделение сыпучих материалов под действием гравитационно-инерционных сил производится в газовых осадителях и гидравлических классификаторах, а под действием гравитационно-центробежных сил - в сепараторах циклонного типа, с вращающимися лопастями и т.п.

В том случае, если отходы могут содержать металлические включения, их обычно пропускают через магнитный сепаратор (например, с движущейся лентой). В магнитном поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных металлов от органической части отходов.

Для укрупнения мелкодисперсных частиц твердых  отходов используют механотермические процессы обработки твердых отходов: методы окускования (компактирования) с применением приемов гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.

Окускование отходов. Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности в рекуперационной технологии твердых отходов распространены методы, связанные с укрупнением мелкодисперсных частиц, использующие приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.

Гранулирование  и таблетирование эти методы включают большую группу процессов формирования агрегатов шарообразной или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов и т.п. с целью уменьшения их объема и облегчения транспортирования и складирования перед окончательной переработкой.

Для гранулирования порошков используют ротационные (барабанные, тарельчатые, центробежные) и вибрационные грануляторы различных конструкций. Барабанные грануляторы получили большое распространение, но их важным недостатком является невозможность получения гранулята узко фракционного состава. Для этого используют тарельчатые (дисковые) грануляторы окатывания, позволяющие получать гранулят близкий по составу к монодисперсному.

Для гранулирования порошков и паст часто используют червячные прессы (экструдеры) различной конструкции. Получаемая при прессовом гранулировании (таблетировании) продукция представляет собой таблетки различной формы и размеров или жгуты.

Способность гранулируемых материалов к уплотнению и формованию характеризуют значениями коэффициентов их гранулируемости:

   ,   (1.2) 

где и – текущая и исходная плотность гранулируемого материала, т/м²;

    – предел прочности гранул при сжатии, Па;

   Р_пл -  давление уплотнения, Па.

В зависимости  от значений К₁ и К₂ появляется возможность обоснованно рекомендовать метод гранулирования для данного материала: чем больше значения К₁ и К₂, тем меньшими усилиями обеспечивается требуемая степень уплотнения материала.

Брикетирование применяют для укрупнения и придания определенной формы дисперсным материалам с целью обеспечения лучших условий транспортирования, хранения или использования в качестве готовой продукции. Брикетирование осуществляется без связующего при давлении прессования более 80 МПа, а с добавлением связующего - при давлениях 15-25 МПа. Перед брикетированием материал подвергают грохочению (классификации), дроблению (если нужно), сушке, охлаждению и другим операциям. Для этого используют штемпельные (давление прессования 100-200 МПа), вальцовые и кольцевые (до 200 МПа) прессы различных конструкций.

Прессование при высоких давлениях - один из способов улучшения условий эксплуатации полигонов (свалок). Уплотненные отходы дают меньшее количество фильтрата и газовых выбросов, при этом снижается вероятность возникновения пожаров, эффективнее используется земельная площадь полигона.

К методам термической переработки и утилизации твердых отходов относятся:

- слоевое сжигание неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках;

- слоевое и камерное  сжигание специально подготовленных  отходов в виде гранулированного топлива (освобожденного от балластных составляющих и имеющего постоянный фракционный состав) в топках энергетических котлов и цементных печах;

- пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Метод слоевого сжигания неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках наиболее распространен. В соответствии с этим методом   помимо выполнения санитарно-гигиенических мероприятий можно получить тепловую или электрическую энергию, сократить до минимума расстояние между местом сбора отходов и мусоросжигательным заводом (МСЗ), значительно экономить земельные площади. При поступлении на МСЗ мусоровозы взвешивают на платформенных автоматических весах, затем по эстакаде мусоровозы поступают для разгрузки в приемное помещение, где происходит выгрузка одновременно нескольких мусоровозов в бункер-накопитель. Из бункера - накопителя   мусор  с помощью мостового крана  поставляется в загрузочный желоб питателя печи. Питатель распределяет мусор по колосниковой решетке, где происходит сжигание, постоянное перемешивание и постепенное перемещение вниз. Сжигание мусора завершается приблизительно на 2/3 длины решетки, а на оставшейся части  мусор, превратившийся в шлак, постепенно охлаждается под действием подаваемого в топку воздуха. Шлак составляет около 25% по массе от общего количества сжигаемых отходов. Структурная схема технологии  слоевого сжигания   представлена на рис. 1.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Рис 1.6 Схема  процесса  слоевого сжигания

 

 Горячий  шлак падает в бункер, а затем  в бак с водой, в котором  охлаждается до 80….90 ^оС. Из бака шлак удаляется толкателем в желоб, из которого, уже охлажденный, поступает на ленточный транспортер, далее через виброполотно для удаления металлических частиц, которые удаляются в специальные емкости, а освобожденный шлак поступает по ленте в шлаковый отсек бункера-накопителя.

Некоторые виды  отходов при  сжигании выделяют токсичные, канцерогенные  и ядовитые вещества, являющиеся прямой угрозой здоровью людей и, приносящие вред окружающей природной среде, в связи с этим,    не все виды органических отходов могут быть подвержены переработке по такой  технологии.

 

 

Глава2. Предлагаемый способ переработки ТБО

2.1. Классификация дробильно –-помольного оборудования

 

   Дробильно-помольные машины чрезвычайно разнообразны и могут быть классифицированы по принципу действия и конструктивным особенностям:

• щековые дробилки с простым и сложным  движением подвижной щеки.  Первые измельчают материал раздавливанием, а вторые – раздавливанием и истиранием при периодическом приближении подвижной щеки к неподвижной;

• конусные дробилки с подвижным валом (рис. 2.1, в) и с неподвижной осью (рис.1.6, г). Эти дробилки измельчают материал раздавливанием и изгибом при постоянном приближении к неподвижному конусу поверхности подвижного конуса, который совершает поступательные движения в горизонтальной плоскости или круговые движения, эксцентричные относительно внутренней поверхности неподвижного конуса;

• валковые дробилки (рис.1.6, д) измельчают материал в основном раздавливанием, частично истиранием, ударом или изгибом между двумя вращающимися навстречу друг другу валками с гладкой, рифленой, ребристой или зубчатой поверхностями;

• бегуны (рис.1.6, е) измельчают материал раздавливанием и истиранием между цилиндрической поверхностью катков и плоской поверхностью чаши;  дезинтеграторы (рис.1.6, ж) измельчают материал ударами быстро вращающихся жестко закрепленных молотков – бил; •                                                 

молотковые  и роторные дробилки (рис.1.6, з) измельчают материал ударами и частично истиранием быстро вращающихся шарнирно или жестко закрепленных молотков;

• кольцевые мельницы (рис.1.6, и) измельчают материал раздавливанием и истиранием между криволинейными поверхностями – кольцевой дорожкой и роликами или шарами;