Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Закономерности сепарации твердых бытовых отходов в технологиях их комплексной переработки Шубова Лазарь Яковлевич

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Шубова Лазарь Яковлевич. Закономерности сепарации твердых бытовых отходов в технологиях их комплексной переработки : ил РГБ ОД 71:0-5/333

Содержание к диссертации

Введение

Краткая характеристика твердых бытовых отходов (тбо) как объекта сепарации и переработки 14

Анализ существующих технологий и обоснование построения рациональной технологической схемы переработки ТБО 17

2.1. Анализ современного состояния и тенденций развития мировой практики переработки ТБО 17

2.1.1. Термические методы переработки ТБО 17

2.1.1.1. Методы термической переработки ТБО при температурах, недостаточных для плавления шлака

2.1.1.1.1. Слоевое сжигание ТБО на подвижных колосниковых решетках 19

2.1.1.1.2. Сжигание отходов в барабанных печах 24

2.1.1.1.3. Сжигдние отходов в аппаратах кипящего слоя 25

2.1.1.1.4. Сжигание-газификация в плотном слое кускового материала без принудительного перемешивания и перемещения материала 26

2.1.1.2. Высокотемпературные методы термической обработки ТБО 29

2.1.1.2.1. Способы, не требующие подвода дополнительной энергии и использования кислорода 30

2.1.1.2.2. Способы, требующие использования кислорода 32

2.1.1.2.3. Способы, требующие дополнительных затрат энергии 35

2.1.2. Переработкк ТБО методами аэробной и анаэробной ферментации 38

2.1.2.1. Аэробная ферментация (компостирование) 39

2.1.2.1.1. Исследование и нормирование качества компоста 42

2.1.2.1.2. Сырье для аэробной ферментации 44

2.1.2.2. Анаэробная ферментация 47

2.1.3. Сортировка а иомплексная пепеработка ТБО 48

2.1.3.1. Селективный сбор и ручная сортировка ТБО 49

2.1.3.2. Механизированная сортировка и комплексная переработка ТБО.. 51

2.1.4. Другие способы переработки ТБО 55

2.2. Обоснование построения технологии переработки ТБО в виде комбинации различных процессов (комплексная перера ботка) 59

2.2.1. Экономическая оценка аехнологий 66

2.2.2. Экологическая яценка технологий 66

2.3. Обоснование выбора технологий для комплексной перера ботки ТБО 70

2.3.1. Технология сортировки иБО (подготовка каомплексной переработке) : -3 Стр.

2.3.2. Термические технологии 84

2.3.3. Биотермические технологии 88

2.3.4. Технологии обезвреживания отходов промышленной пере работкиТБО 90

Выводы к главе 2 92

3. Закономерности разделительных процессов и разработка технологии сепарации ТБО 94

3.1. Извлечение ферромагнитного металлолома и его разделение 94

3.1.1. Технология получения коллективного магнитного концентрата 95

3.1.2. Технология разделения коллективного концентрата с выделением в самостоятельные продукты черного и оловосодержащего металлолома 105

3.2. Извлечение неферромагнитного металлолома 114

3.2.1. Теоретические аспекты технологии электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле 114

3.2.1.1. Изучение бегущего магнитного поля 119

3.2.1.2. Изучение поведения неферроматнитных электропроводных

компонентов твердых бытовых отходов в бегущем магнитном поле 129

3.2.2.Отработка технологических параметров электродинамической сепарации 168

3.3. Извлечение легкой (макулатуросодержащей) фракции и ее разделение 177

3.3.1. Теоретические аспекты аэросепарации ТБО 177

3.3.2. Аэросепарация исходных ТБО

3.3.2.1. Аэросепарация твердых бытовых отходов в горизонтальном потоке воздуха 180

3.3.2.2. Аэросепарация твердых бытовых отходов в вертикальном потоке воздуха 205

3.3.2.3. Технологическая схема извлечения макулатуры методом аэросепарации 216

3.3.2.4. Изучение аэродинамических характеристик воздушных сепараторов 223

3.3.3. Обогащение легкой фракции твердых бытовых отходов

методом аэросепарации 232

3.3.3.1. Экспериментальное изыскание оптимальных параметров процесса аэросепарации макулатуры и полимерной пленки 233

3.3.3.2. Обоснование выбора метода математического описания процесса разделения макулатуры и полимерной пленки 241

3.3.3.3. Математическое моделирование процесса аэросепарации макулатуры и полимерной пленки 246

3.3.4. Доводка обогащенной легкой фракции твердых бытовых отходов методом электросепарации 258

-4 Стр.

3.3.4.1. Выбор методов и экспериментальное определение основных электрических характеристик разделяемых материалов 258

3.3.4.2. Выбор способа зарядки разделяемых компонентов 271

3.3.4.3. Расчет электрических сил при электросепарации легкой фракции твердых бытовых отходов в поле коронного разряда 273

3.3.4.4. Выбор электросепаратора и расчет его параметров 283

3.3.4.5. Отработка технологического режима электросепарации легкой фракции твердых бытовых отходов 297

3.3.4.6. Разработка технологической схемы и схемы цепи аппаратов для обогащения легкой фракции твердых бытовых отходов 306

3.4. Сепарация тяжелой фракции, не содержащей металлы 308

3.4.1. Сепарация по крупности 308

3.4.2. Тонкая сепарация биоразлагаемых компонентов от примесей различными методами 308

3.5. Выделение компонентов, затрудняющих сепарацию 313

5.5.7. Поисковые исследования и выбор метода и аппаратуры для сепарации 313

3.5.2. Обоснование метода математического описания процесса извлечения из потока ТБО текстильных компонентов 321

3.5.3. Экспериментальное изучение влияния технологических параметров на показатели сепарации. Уточнение элементов конструкции сепаратора 326

3.5.4. Разработка модели сепаратора для извлечения из ТБО текстильных компонентов

3 3.6. Объединение сепарационных операций в единую технологию и подготовка ТБО к сепарации 358

3.7. Отработка и освоение технологии сепарации ТБО в про-мышленно-экспериментальном масштабе 361

3.8. Санитарно-микробиологическая и гигиеническая оценка технологии 367

Выводы к главе 3 368

4. Объединение технологии сепарации с другими процессами в схемах комплексной переработки тбо (на основе использования прогрессивных отечественных разработок) 371

Общие выводы 375

Литература 377

Методы термической переработки ТБО при температурах, недостаточных для плавления шлака

Сжигание в кипящем слое осуществляется за счет создания двухфазной псевдогомогенной системы "твердое-газ" при превращении слоя отходов в "псевдожидкость" под действием восходящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. Слой напоминает кипящую жидкость, и его поведение подчиняется законам гидростатики.

Технология сжигания ТБО в кипящем слое впервые реализована в начале 80-х годов в Японии. К середине 90-х годов этот метод получил достаточно широкое распространение: например, в Японии на его долю приходится около 25% ТБО, подвергаемых термической переработке. Считается, что сжигание в кипящем слое по эколого-экономическим параметрам в ряде случаев превос-ходит традиционное слоевое сжигание. Развитие этого метода в Японии прогнозируется и в будущем, в том числе и за счет модернизации устаревших заводов.

Производительность печей для сжигания ТБО в кипящем слое - от 3 до 25 т/час. Преобладающая температура сжигания - 850-920С.

В связи с более низкой (на 50-100С) температурой сжигания ТБО в кипящем слое по сравнению со слоевым сжиганием заметно снижается возможность образования оксидов азота за счет окисления азота воздуха, в результате чего снижаются выбросы NOx с отходящими газами. Кроме того, при сжигании в кипящем слое значительно легче связать кислотные соединения серы и хлора путем добавки в топочное пространство соединений кальция (например, известняка). В зависимости от характера псевдоожижения различают три модификации кипящего слоя:

стационарный кипящий слой; вихревой кипящий слой; циркулирующий кипящий слой.

Роль теплоносителя в системах кипящего слоя обычно выполняет тонкозернистый песок, поверхность частиц которого создает большую по сравнению с традиционным колосниковым сжиганием поверхность нагрева.

Аппараты кипящего слоя обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала и по этим характеристикам превосходят котлоагрегаты с переталкивающими решетками; кроме того, ап-параты кипящего слоя не имеют движущихся частей или механизмов Однако необходимость обеспечения режима псевдоожижения обрабатываемого материала накладывает ограничение на его гранулометрический и морфологиче-ский состав а также на теплотворную способность* в ряде случаев iroouecc сжигания в кипящем слое (особенноТциркулирующім кипящемслое)Ткіьі-вается более дорогим, чем слоевое сжигание.

Ведущие фирмы в области сжигания в кипящем слое: "Lurgi AG" (Германия), "Ebara" (Япония), "Foster Wheeler" (США). Разработанная японской фирмой "Ebara" технология сжигания отходов во вращающемся, либо в циркулирующем псевдоожиженном слое [23-25] (часть недогоревших частиц уносится с дымовыми газами, осаждается в горячем циклоне и возвращается в топку, основу кипящего слоя в которой формируют шлак и песок) реализована на нескольких десятках японских заводов.

В европейских странах технология сжигания в вихревом кипящем слое распространена под названием "Rowitec". Аналогичным образом функционирует система "Pyroflow" фирм "Ahlstrom Machinery" (Германия) и "Suisse Perlen" (Швейцария), установки вихревого кипящего слоя фирмы "Lurgi AG" (Германия) и др. Сжигание в кипящем слое заложено в проекты заводов по комплексной переработке ТБО "Руднево" (Москва) и "Тимохово" (Московская область).

При рассмотрении возможности применения аппаратов кипящего слоя для сжигания ТБО необходимо учитывать, что в этих аппаратах могут перерабатываться только подготовленные отходы (после выделения тяжелой фракции - металла, камней и пр., и выравнивания по гранулометрическому сосГву). Сбои в системе подготовки отходов неизбежно приведут к наруше-нию режима работы аппарата. Из-за этого применение аппаратуры кипящего слоя для переработки отходов, не прошедших селективного сбора, связано с повышенным риском.

Институтом химической физики в Черноголовке Российской академии наук (ИХФЧ РАН) разработан процесс газификации, который характеризуется высокой степенью использования энергетического потенциала сырья, подвер-гаемого термообработке (процесс назван авторами сверхадиабатическим горением). Технология газификации продана в Финляндию и в 1998 г. реализована на новом заводе [26-28].

Процесс осуществляется в реакторе (рис. 2.2) типа вертикальной шахтной печи с внутренним диаметром 1,6 м (внешний диаметр - 2,5 м) и высотой 7,3 м, куда сверху загружаются в соотношении 1:0,4 отходы (преимущественная крупность -200 мм) и инертный материал типа шамота (крупность -120+70 мм), а снизу подается газифицирующий агент - паро-воздушная смесь

(температура - 60-80С). Шамот выполняет функцию теплоносителя и создает оптимальные условия для реакции газификации. Процесс проводится при относительно малых линейных скоростях потока и осуществляется в две стадии: газификация отходов (максимальная температура в реакторе составляет 1200С - в зоне несколько ниже середины реактора) и сжигание полученного синтез-газа (смесь водорода, оксида и диоксида углерода, азота и водяного пара, присутствуют углеводороды и аэрозоли пиролизных смол) в паровом котле с топкой при избытке вторичного воздуха.

Продукты газификации (газ и шлак) выводятся из реактора при температуре менее 150С, что характеризует весьма высокий тепловой КПД реактора. Теплотворная способность синтез-газа при газификации обогащенной фракции ТБО составляет около 1200 ккал/м3. Перегретый пар из котла является питанием паровой машины с электрогенератором.

Поскольку процесс паро-воздушной газификации проводится в плотном слое кускового материала при относительно малых линейных скоростях потока, в синтез-газе, который выводится из реактора сверху, практически отсутствует золоунос. Перемещение твердого материала в реакторе происходит под действием силы тяжести. Перемещаясь сверху вниз, материал последовательно проходит зоны подогрева, сушки, пиролиза и газификации. Получаемый в результате процесса шлак практически не содержит недожога и после выгрузки из реактора подвергается грохочению для отделения инертного материала, используемого в качестве оборотного.

По данным эксперимента и расчетов, производительность одного реактора - 1,8 т/час (по рабочей массе исходных ТБО), в случае газификации обогащенной фракции ТБО производительность реактора возрастает до 2,7 т/час.

Обоснование построения технологии переработки ТБО в виде комбинации различных процессов (комплексная перера ботка)

Таким образом, технология "Пироксэл" как случайная комбинация слоевого сжигания ТБО в барабанных печах и переплавки шлаков в электропечи не является прогрессивной и для термической переработки ТБО практически не пригодна По-видимому, оптимальным использованием установки "Пироксэл" является ее применение для переработки отходов термической переработки ТБО (шлака и золы).

Другой разновидностью высокотемпературных процессов переработки являются плазменные технологии, которые все активнее пытаются адаптировать к переработке ТБО и специальных отходов. В настоящее время в Москве планируется создать передвижную плазменную установку для переработки больничных отходов. Из-за высоких энергозатрат плазменные технологии смогут найти применение, по-видимому, только для переработки специальных (опасных) отходов.

В последнее десятилетие значительно возрос интерес к промышленным методам биотермической переработки отходов, из которых наиболее распространено компостирование (биохимическое разложение органической части ТБО микроорганизмами). Термин "компостирование" в приложении к ТБО не совсем удачен: по существу речь идет о ферментации, о стабилизации органических компонентов Биотермические методы могут использоваться как для получения отдельных видов продукции (компост), так и для получения полупродуктов (стабилизованная органическая фракция для использования в качестве топлива, сырья для производства спирта, строительных материалов).

В зависимости от условий проведения процесса методы биотермической переработки можно разделить на две больших группы: методы аэробной ферментации (разложение органических компонентов в аэробных условиях) и анаэробной ферментации (получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов отходов в анаэробных условиях).

В ходе аэробной ферментации происходит разложение органической части отходов с выделением воды и углекислого газа и твердого остатка -компоста (если процесс ферментации доведен до конца). По этой причине этот процесс часто называют компостированием, хотя правильнее называть его ферментацией. Промышленное развитие получили главным образом методы компостирования ТБО (получение корма для скота длительное время практиковалось на заводах Италии, но во второй половине 80-х годов пре-кратилось после случая отравления коров на животноводческой ферме). По этой причине аэробную ферментацию часто называют компостированием по конечному продукту - компосту.

Для получения качественного компоста необходимы контроль и регулирование температурного режима, влажности и воздухообмена, а также оптимальное соотношение между С и N (иначе не будут размножаться микроорганизмы - деструкторы отходов [37].

При компостировании в результате саморазогрева до 60-70С происходит уничтожение большинства болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Продуктом компостирования является органическое удобрение - компост или биотопливо (сырой компост). Сырой компост в качестве биотоплива можно использовать в овощеводстве закрытого грунта (страны СНГ); сырой компост, переработанный в зрелый, применятся в качестве органического удобрения в растениеводстве открытого грунта.

При любом способе компостирования ТБО не удается полностью избежать потенциальной опасности попадания в компост нежелательных для здоровья веществ (из-за гетерогенного состава отходов). Поэтому часто компост рекомендуют использовать не в сельском хозяйстве, а в лесных питомниках, при озеленении, рекультивации земель и т.п., хотя при тщательном контроле каждой партии компоста, отгружаемой потребителю, возможно, очевидно, и сельскохозяйственное использование компоста. Поскольку недозрелый компост может нанести ущерб сельскому хозяйству (распространение некоторых заболеваний), необходимо обеспечить полноту протекания процесса компостирования [38].

Компостирование ТБО в мировой практике развивалось как альтернатива сжиганию (первый завод в Европе по компостированию ТБО был построен в 1932 году в Нидерландах [39]). Экологической задачей компостирования является возвращение части отходов в круговорот природы [40].

В настоящее время в Европе с получением компоста перерабатывают 2-3% ТБО, в Японии и США - 0.2-2% (наиболее приемлемой технология компостирования ТБО считается применительно к странам с большой плотностью населения и интенсивным сельским хозяйством, таким, как Япония и Южная Корея).

В странах СНГ прямое компостирование исходных ТБО применяют на девяти заводах: в Санкт-Петербурге (1-й завод в бывшем СССР, построен в 1971 г; в конце 1994 г. в Санкт-Петербурге введен в строй 2-й завод). Нижнем Новгороде, Минске и Могилеве, Ташкенте, Алма-Ате, Тбилиси и Баку (все заводы запроектированы Институтом Типрокоммунстрой", Могилев-ский - институтом "Белкоммунпроект"). Компостирование является основным методом переработки ТБО в странах Юго-Восточной Азии и Северной Африки. В Турции в компост перерабатывают около 30% общего количества твердых отходов [41]. В Китае действуют компостные установки производительностью от 30 до 1000 т/сут [42, 43].

На первых механизированных промышленных установках ТБО наиболее часто компостировали в штабелях, периодически подвергая материал ворошению. В настоящее время появились новые способы компостирования ТБО: в стационарных башнях, камерах или вращающихся барабанах (см. рис. 2.5), но до сих пор широко применяются модернизированные методы компостирования в штабелях и буртах.

Прослеживаются тенденции по интенсификации методов компостирования. В основном при компостировании отходов в биобашнях и контейнерах качество получаемого компоста обеспечивается за счет автоматического регулирования подачи воздуха в аппараты.

В Германии предложен способ компостирования органических отходов, позволяющий регулировать количество подаваемого атмосферного воздуха в зависимости от содержания кислорода в воздушном потоке на выходе предлагаемой установки. Установка представляет собой закрытый сосуд, выполненный в виде вертикальной колонки с системой загрузки органических веществ сверху и отвода компостируемой массы снизу. Атмосферный воздух подводится в нижнюю часть колонки и движется в противотоке с компостируемой массой снизу вверх. В процессе работы установки постоянно определяется содержание кислорода на выходе колонки и в зависимости от его содержания изменяется по специальной зависимости количество подаваемого вентилятором атмосферного воздуха на вход колонки [44].

Из различных технологий биообработки отходов наиболее прогрессивной в настоящее время является технология биотермической аэробной ферментации швейцарской фирмы "Buhler". По этой технологии процесс ферментации осуществляется в бассейне выдержки, в котором материал находится 4-6 недель, и процесс ферментации полностью заканчивается с получением сухого стабилиз ованного продукта (потеря массы вещества - 50%) Технологический процесс аэробной ферментации в бассейне выдержки поддается полной автоматизации и непрерывно контролируется (температура, мсход аэрируемого воздуха, влажность) [45,46].

Поскольку продукт ферментации по процессу "Buhler" является сухим, технология имеет существенное преимущество - обеспечивает весьма эффективную последующую очистку стабилизованной органической фракции от механических примесей (применение комбинации процессов грохочения и аэросепарации). Этот продукт имеет хороший товарный вид и может использоваться не только в качестве удобрения (практика Италии, Испании и Франции), но и применяться как исходное сырье для производства этилового спирта, как подготовленное топливо для сжигания и т.д.

Теоретические аспекты технологии электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле

После очистки компоста от примесей в отходы перейдет около 25% материала, поступившего на компостирование, что составит 34285 т за 305 суток работы или 112.4 т/час; эти отходы направляются на сжигание.

Таким образом, в цех термообработки поступает: 87980 т/год (из цеха сортировки) и 34285 т/год (из цеха компостирования), т.е. суммарно 122265 т/год (359.6 т/сут, или около 15 т/час). Иными словами, в случае комплексной переработки на сжигание направляется около 50% от исходных ТБО (вместо 100% при использовании технологии прямого сжигания исходных ТБО). Это обуславливает сокращение потребности в весьма дорогостоящем термическом оборудовании в два раза.

Аналогично сокращается потребность в биобарабанах для установки в цехе компостирования. Так, при отсутствии сортировки для прямого компостирования исходных ТБО (практика заводов СНГ) в количестве 240 тыс.т/год (786.8 т/сут при работе в три смены 305 дней в году) потребовалась бы установка 11 биобарабанов марки КМ101А диаметром 4 м и длиной 36 м (полезный объем 300 м ); в соответствии с данными практики Нижегородского завода годовая производительность одного барабана составляет 21.5 тыс. т или 71 т/сут, т.е. общая потребность в биобарабанах составляет 786.8:71=11. При использовании технологии комплексной переработки на компостирование направляется 137140 т/год обогащенной фракции ТБО (449.6:71=6), т.е. почти в два раза меньше (даже без учета увеличения плотности обогащенной фракции по сравнению с исходными ТБО) .

На примере этого простого расчета наглядно выявляется эффективность первичной сортировки как подготовительной операции в процессе комплексной переработки ТБО.

Для научно-обоснованного выбора той или иной технологии необходимо учитывать не только экономические, но и экологические факторы, по-скольку конечные продукты переработки и отходы производства не должны наносить вред окружающей среде (при этом ценные компоненты ТБО должны быть максимально использованы).

Наибольшее экологическое влияние на окружающую среду оказывают технологии прямого компостирования исходных ТБО, их прямого сжигания, а также технология сортировки, если ее рассматривать как самостоятельный процесс (большое количество отходов, загрязненность готовой продукции, сложность реализации продукции и ДР.). ) в случае установки биобарабанов длиной 60 м требуется 7 барабанов для реализации технологии прямого компостирования и всего 4 барабана в случае комплексной переработки ТБО.

При применении технологии прямого сжигания исходных ТБО, без какой-либо их подготовки и обработки, с условием соблюдения общеевропейских требований по выбросам загрязнений в воздух, годовое количество газа при сжигании 240 тыс. т/год ТБО составит около 900 млн. м3/год, при этом выбросы пыли не превысят 20 т/год, а общее количество тяжелых металлов -4.5 т/год.

Выбросы тяжелых металлов как основных токсичных ингредиентов можно уменьшить за счет предварительной сортировки ТБО с извлечением черных и цветных металлов. По данным зарубежных исследований, предварительная сортировка ТБО на порядок снижает содержание тяжелых металлов в отходящих газах и является важнейшим первичным мероприятием по уменьшению токсичных выбросов.

В случае комбинации процессов "сортировка + сжигание" в термообработку ориентировочно будет поступать 200 тыс.т/год отходов, при этом в дымовых газах объемом 750 млн. м /год выбросы пыли не превысят 16 т, а выбросы тяжелых металлов - 500 кг.

При использовании технологии прямого сжигания ТБО наряду с дымовыми газами образуются также шлак (около 55 тыс.т/год) и летучая зола (около 8 тыс.т/год); ввиду повышенного содержания в шлаке тяжелых металлов его утилизация весьма затруднительна.

При использовании технологии "сортировка + сжигание" количество шлака снижается до 45 тыс.т/год, а золы - до 6.5 тыс.т/год, причем шлак может вовлекаться в промышленную переработку (производство строительных материалов по известным технологиям).

Основной недостаток использования технологии прямого компостирования исходных ТБО, без их предварительной сортировки и подготовки: большое количество (не менее 70 тыс.т/год) отходов, подлежащих складированию на полигоне, и весьма низкое качество готового продукта - компоста (компост имеет плохой товарный вид, сбывается с трудом и отличается, по данным многочисленных исследований, повышенным содержанием тяжелых металлов). Улучшение качества компоста связано с применением технологии сортировки ТБО перед компостированием (а также с совершенствованием технологии доочистки компоста от примесей).

Недостатки каждого метода переработки ТБО нивелируются, если промышленную технологию строить по принципу комбинации отдельных методов переработки ТБО. Объединяющим процессом при этом является сортировка (в том числе на основе селективного сбора), изменяющая качественный и количественный состав ТБО.

Предварительная сортировка улучшает и ускоряет процесс компостирования органических веществ ТБО, облегчает очистку компоста от примесей, снижает потребную производительность оборудования для термической и биотермической обработки ТБО, улучшает состав отходящих газов, облегчает ведение процесса термообработки в оптимальном режиме (способствует стабилизации процесса сжигания).

При использовании технологии комплексной переработки в термообработку поступают не исходные ТБО, а их обогащенная фракция, из которой в основном удалены металлы, причем масса обогащенной фракции в два раза меньше, чем исходных ТБО. Отсюда резко снижается экологическое влияние дымовых газов: их объем уменьшается до 450 млн.м /год, а годовые выбросы пыли не превысят 10 т, для тяжелых металлов - 250 кг (фактически выбросы металлов будут значительно ниже).

Количество золы, образующейся в процессе комплексной переработки ТБО при очистке дымовых газов, составляет около 4 тыс.т/год. Этот тип отходов является токсичным, но в настоящее время разработаны методы его обезвреживания не только с целью захоронения, но и последующей утилизации (например, путем переработки золы в инертный стекловидный остаток, который может использоваться в дорожном строительстве, в качестве добавок к бетону, для струйной очистки изделий и т.п.).

Таким образом, по "экологичности" отходов промышленные технологии можно расположить в два параллельных ряда (качественная оценка): технологии с использованием термических методов и без использования термических методов.

Сложнее совместить эти два ряда. Так, технология прямого компостирования предпочтительна с точки зрения отсутствия загрязнения атмосферы, но она связана с образованием большого количества отходов (30%). В то же время при использовании комплексной переработки ТБО, количество вывозимых отходов составляет 3-8%, но теоретически (хотя и маловероятно) существует разовая экологическая опасность от промышленных выбросов (дол-говременная экологическая опасность исключена). Поэтому по воздействию на окружающую среду обе технологии условно можно расположить в один ряд, тогда все технологии располагаются следующим образом: 1-2) комплексная переработка и компостирование; 3-4) сортировка + сжигание и сортировка + компостирование; 5) сжигание; 6) сортировка.

Поисковые исследования и выбор метода и аппаратуры для сепарации

Таким образом, исходя из промышленной практики, для биотермической обработки отходов предпочтительными являются технологии ферментации в бассейне выдержки и в туннеле (при сопоставимой производительности, капитальные затраты на строительство цеха ферментации в бассейне выдержки в 2-3 раза выше, чем при туннельном компостировании). Серьезного внимания заслуживает также разработанная в последние годы и уже нашедшая применение в Германии технология ферментации в боксах (ферментативная суш-ка с получением топлива для сжигания).

Выбор той или иной технологии определяется в каждом конкретном случае и зависит от производительности завода, целей и задач переработки ТБО и ряда других факторов.

Одной из задач организации промышленной переработки ТБО является создание малоотходного (в перспективе - безотходного) производства. Малая отходность (безотходность) обеспечивает экологическую чистоту завода.

Исследования показывают, что степень утилизации ТБО, вовлекаемых в промышленную переработку, в настоящее время еще не превышает 80-85%. Наиболее перспективной моделью малоотходной (безотходной) переработки ТБО является интеграция в едином комплексе процессов выделения рецикли-руемых компонентов (или групп компонентов) с процессами обезвреживания и промышленной утилизации ТБО и образующихся технологических отходов. При таком подходе создаются предпосылки для того, чтобы сделать перера-ботку ТБО приемлемой не только в экологическом, но и экономическом от-ношении.

Твердыми отходами при комплексной переработке ТБО являются: шлак (10-15 % от исходного по массе), летучая зола (3-4% от исходного), отходы сортировки - фракция менее 20 мм (3-4% от исходного) и инертные материа-лы (12-15% от исходного). Строго говоря, отвальными отходами требующими захоронения, являются летучая зола и мелкая фракция сортировки (суммарно - 8% от исходного), содержащие токсичные вещества; шлаки и инертные материалы в принципе можно рассматривать как полупродукты и использовать, например, в дорожном строительстве, при выравнивании поверхности засыпке пустот на местности, в качестве пересыпного материала в технологии свалок и т.п. Тем не менее, учитывая все возрастающие и ужесточающиеся экологические требования и необходимость создания устойчивых рынков сбыта, целесообразно переработать технологические отходы в сертифицированные продукты, удовлетворяющие самым жестким нормам и правилам.

Существует несколько промышленных и близких к промышленному применению технологий обезвреживания и переработки образующихся отходов, в составе которых преобладают минеральные вещества.

Наиболее универсальным методом, мало зависящим от состава отходов, является электропереплав в соследующим остекловыванием. В остеклованной форме токсичные вещества находятся в изолированном состоянии и не вымываются из шлака даже после его измельчения. Электрообогрев обеспечивает простоту поддержания температуры в шлаковой ванне (1400-1500С) В остеклованном виде материал может найти самое различное применение. По данным ВНИИЭТО, шлаки после электроплавки отходов могут быть переработаны в высококачественный строительный материал, в частности, из шлака можно получить теплоизоляционный засыпной утеплитель с насыпной массой от. 180 до 250 кг/м или пористый заполнитель конструкционных бетонов плотностью до 900 кг/м (технология производства основана на гранулировании шлакового порошка с добавками и последующем обжиге гранул во вращающейся обжиговой печи).

Традиционный недостаток применения электроплавильной технологии -большой расход электроэнергии - в условиях работы комплекса, производящего энергию из отходов, решающей роли не играет.

К сожалению, обезвреживание летучей золы с помощью электроплавки затруднено по чисто технологической причине, так как перед загрузкой в печь требуется гранулирование золы. Наиболее подходящим объектом для электроплавки являются шлак и отходы сортировки.

Потенциально для переработки летучей золы можно использовать технологию производства безобжиговых огнеупоров. Сущность технологии заключается в дроблении, измельчении и смешивании летучей золы мусоросжигательного завода с золой ГРЭС и фосфатными вяжущими (в частности, с ор-тофосфорной кислотой), формовании кирпичей, их термообработке при температуре 300-400С и выдерживании при этой температуре в течение 4 часов. Первые опытно-экспериментальные испытания на заводе огнеупоров в Ново-московске дали обнадеживающие результаты.

Технология комплексной переработки ТБО может быть практически безотходной при включении в технологическую схему завода производства строительных материалов. Работы ып оереработке ебогащенных хракций ТБО в универсальные, экологически чистые строительные материалы весьма интенсивно проводятся в Германии и Канаде (технологии SEKUPLAN, Hydromex). Аналогичная технология, отмеченная на Брюссельской выставке многими медалями, разработана и апробирована в России под руководством академика М.В.Бирюкова. Применительно к ТБО сущность технологии заключается в обработке сухой тонкоизмельченной фракции ТБО, обогащенной органическими веществами, минеральными магнезиальными реагентами -бишофитом и магнезитом, получении формуемой массы и ее экструзионном термопрессовании. Процесс подготовки массы обеспечивает капсулирование всех частиц отходов и получение экологически чистых стройматериалов, обладающих свойствами огнестойкости и биостойкости. Получение стройматериалов на органической основе (брусья для использования в строительстве и в качестве железнодорожных шпал, строительные детали для подземных работ, столбы для изгородей и др.) обеспечивает малую отходность (безотходность) мусороперерабатывающего комплекса.

По существу строительство цеха по производству из отходов экологически чистых материалов может быть реализовано в составе любого завода по комплексной переработке ТБО.

Таким образом, проблему обезвреживания и утилизации отходов переработки ТБО в принципе можно решить с применением эффективных отечественных технологий. В итоге промышленная переработка ТБО становится безотходной (чистой).

Похожие диссертации на Закономерности сепарации твердых бытовых отходов в технологиях их комплексной переработки