Технологии и способы переработки твердых бытовых отходов
Контрольная работа
Технологии и способы переработки
твердых бытовых отходов
Содержание
1. Характеристика отходов
Классификация отходов
2. Современные методы переработки твердых городских отходов
Состав ТБО
Методы подготовки и переработки отходов (мусороперерабатывающие
заводы)
Методы уменьшения габаритов отходов
Методы укрупнения размеров отходов
Методы обогащения отходов
Термические методы переработки отходов
Мусоросжигание (мусоросжигательные заводы)
Проблемы и особенности термических методов переработки ТБО
Диоксины
Рециклинг и восстановление материалов
Анаэробное сбраживание
Переработка отходов материалов и изделий на основе резины
Литература
1.
Характеристика отходов
Отходы - это все вещества или предметы, от которых стремится
избавиться их владелец. Удаление отходов предполагает определенный
технологический процесс, включающий сбор, транспортировку, переработку,
складирование и обеспечение их безопасного хранения. Основными источниками
отходов являются:
жилые регионы и бытовые предприятия, поставляющие в ОС
бытовой мусор, отходы жизнедеятельности, отходы столовых, гостиниц, магазинов и
др. предприятий сферы обслуживания
промышленные предприятия, являющиеся поставщиками
газообразных, жидких и твердых отходов, в которых присутствуют те или иные
вещества, влияющие на загрязнение и состав почвы
теплоэнергетика дает помимо образования массы шлаков при
сжигании каменного угля высокое содержание пыли (сажи), несгоревших частиц NOx,
SOx и радиоактивных элементов (уран)
с/х загрязняет почву перенасыщением удобрений и ядохимикатов,
применяемыми в строго определенном количестве для защиты растений от бактерий и
повышает урожайность, на полях ежегодно рассеивается более 500·106 т
минеральных удобрений и около 4·106 т ядохимикатов; типовой
свиноводческий комплекс, например, на 108 тыс. голов дает около 106
м3 навозных стоков, т.е. по эффекту загрязнения почвы равен городу с
населением 150 тыс. человек.
транспорт - при работе ДВС интенсивно выделяется NOx,
Pb, углеводороды и др. вещества, оседающие в конечном итоге на почве и
поглощающиеся растениями; в выхлопных газах автомобилей содержится порядка 40
химических веществ, большинство из которых токсично; следы свинца находят в
растениях, находящихся в 100 м от трассы; в прилегающих к дорогам поверхностях
почвы обнаружены также никель, цинк и др. тяжелые металлы.
Процесс естественного самоочищения в природе происходит
достаточно медленно и лишь в тех случаях, когда в этом процессе активно
участвуют бактерии, грибы, простейшие микроорганизмы и т.п. О масштабах
химических загрязнений можно судить по следующим данным: в промежутке 1870-1970
гг. на земную поверхность осело более 20·109 т шлаков, 3·109
т золы, выбросы цинка и сурьмы составили более 600·103 т, мышьяка
1,5·106 т, кобальта - более 0,9·106 т; ежегодно от
переработки и добычи минерального сырья образуется около 8,5·109 т
твердых отходов. Особую опасность для ОС представляют радиоактивные отходы.
Следствие Чернобыльской аварии является загрязнение огромной площади
европейской части России, Украины, Белоруссии и Части Европы Cs-137.
Классификация
отходов
Общепринятой классификации отходов производства пока не
разработано. Однако ряд основных принципов деления отходов уже используется,
что соответствует требованиям ГОСТ 24-916-83 "ресурсы материальные вторичные".
Классификация применяется по различным признакам и
характеристикам: - степени опасности (токсичности); отраслевому происхождению;
производству и потреблению; агрегатному состоянию-рис.1.
Рис. 1
Классификацию по агрегатному состоянию можно представить
более развернуто:
Рис. 2
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) разработала
классификацию медицинских отходов, которая официально принята ООН. Эта
классификация включает перечень токсичных и опасных компонентов промышленных
отходов. Среди них такие вещества, как мышьяк и его соединения,
фармацевтические препараты, канцерогенные полициклические и ароматические
галогенорганические соединения, ртуть и ее соединения и многие другие. В
мировой практике существует несколько методов оценки опасности промышленных
отходов. Одним из наиболее удобных является метод, разработанный компанией ЕРА,
позволяющий определить наиболее рациональный способ обращения с отходами,
который может быть представлен в виде следующей схемы, представленной на
рисунке 3.
По ряду признаков можно характеризовать отходы как вторичные
материальные ресурсы (ВМР). Это прежде всего характеристики, которые можно
измерить и определить эффективные направления их использования. В принципе
такие отходы могут быть объединены в две группы:
твердый бытовой отход городской
группа свойств, являющихся важным показателем для данного
вида отходов, измерение которых обязательно для определения традиционных путей
их использования
группа новых отходов и новых свойств, измерение которых
необходимо для нахождения нетрадиционных путей использования конкретного отхода
материала
Из 12 млрд. т ископаемых материалов и биомассы, применяемых
за год мировой экономикой, только 9 млрд. (7.5%) преобразуется в материальную
продукцию в процессе производства. Более 80 % этого количества потребляется и
входит в основные оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей
народного хозяйства, т.е. в основном возвращается в производство. Таким
образом, из 120 млрд. т вещества, вовлекаемого в производство и потребление 94%
поступает в ОС в виде отходов.
К особо опасным отходам для ОС и здоровья людей относят около
600 веществ и соединений, в том числе:
пестициды
радиоактивные отходы, образующиеся на АЭС и на предприятиях,
использующих радионуклиды
ртуть и ее соединения
мышьяк и его соединения, содержащиеся в отходах
металлургических производств и ТЭС
соединения свинца, встречающиеся особенно часто в отходах
нефтеперерабатывающей и лакокрасочной промышленности
элементы питания или источники постоянного тока
неиспользованные медикаменты
источники химических средств защиты растений,
антикоррозионных средств, клеев, косметики
остатки средств бытовой химии
средства для очистки, дезодоранты, пятновыводители и др.
Рис. 3 Классификация опасности промышленных отходов (компания
ЕРА)
2.
Современные методы переработки твердых городских отходов
Состав ТБО
При изучении современных БО создается впечатление, что они
состоят из бумаги и картона. Это объясняется малой плотностью: 20-70 кг/м3,
а практически эти компоненты составляют от общего числа отходов 25-40 %.
Пищевые отходы имеют плотность 500 кг/м3, влажность 70-90 %, она
определяет и влажность других составляющих ТБО. Значительная часть отходов
представлена мелкими фракциями (менее 16 мм), (земли, пищевые отходы, песок).
Плотностью до 800 кг/м3. особую группу ТБО составляют
крупногабаритные БО (старая мебель, холодильники).
Таблица 1
Данные среднегодового морфологического анализа ТБО по ряду
городов России и зарубежным странам:
Россия
|
Зарубежные страны
|
компоненты
|
Краснодар
|
Омск
|
Волгоград
|
Кемерово
|
компоненты
|
Австрия
|
Канада
|
США
|
Англия
|
Бумага, картон
|
26,1
|
30,0
|
18,1
|
Бумага, картон
|
28-36
|
52
|
32-45
|
29
|
Пищевые отходы
|
45,4
|
38,6
|
45,5
|
35,5
|
Пищевые отходы
|
20-35
|
15
|
13-19
|
25
|
Дерево, листья
|
2,0
|
5,1
|
2,0
|
3,5
|
Дерево, листья
|
2,0
|
1,5
|
10-20
|
2,0
|
Металлы
|
2,2
|
7,4
|
2,2
|
5,8
|
Металлы
|
2-5
|
5
|
8,9
|
8,0
|
Текстиль
|
2,4
|
6,2
|
3,8
|
5,4
|
Текстиль
|
1
|
2
|
2
|
3
|
Пластмассы
|
3,5
|
4,2
|
3,3
|
3,7
|
Пластмассы
|
5-6
|
4
|
4-6
|
7
|
Камни, керамика
|
1,2
|
1,9
|
1,0
|
2,4
|
Камни, керамика
|
9,0
|
-
|
2,0
|
2,0
|
Стекло
|
2,7
|
8,9
|
13,1
|
Стекло
|
8,0
|
5,5
|
8-10
|
10,0
|
Кости
|
1,3
|
5,1
|
1,5
|
2,8
|
Уголь, шлак
|
24
|
5
|
-
|
14
|
Отсев
|
12
|
6,9
|
7,0
|
7,1
|
Отсев, < 16 мм
|
учтено
|
10
|
11
|
угле
|
Кожа, резина
|
0,6
|
4,9
|
0,8
|
2,6
|
|
|
|
|
|
Существенные различия в количестве стекла и металлов от 2,7
до 13,1, от 2,2 до 7,4 соответственно. Видно, что морфологический состав
отходов городов России значительно отличается от состава зарубежных ТБО.
Данные по Москве в период с 1928 по 1999 гг.:
компоненты
|
1928
|
1952
|
1975
|
1986
|
1996
|
Бумага, картон
|
18
|
16
|
28
|
39
|
41
|
Пищевые отходы
|
12
|
31
|
36
|
31
|
26
|
Дерево
|
4
|
1
|
3
|
2
|
1
|
Металлы
|
2
|
2
|
2
|
3
|
2
|
Текстиль
|
3
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Кости
|
1
|
5
|
1
|
1
|
Стекло
|
4
|
1
|
4
|
5
|
5
|
Кожа, резина
|
-
|
1
|
1
|
2
|
2
|
Камни
|
5
|
6
|
2
|
1
|
2
|
Полимерные материалы
|
-
|
-
|
-
|
3
|
8
|
Уголь, шлак
|
4
|
-
|
-
|
-
|
1
|
Отсев менее 16 мм
|
45
|
40
|
17
|
10
|
7
|
На соотношение составляющих ТБО значительное влияние
оказывает ряд факторов: степень благоустройства жилищного фонда, сезоны, вид
топлива, наличие и развитие промышленности, общественное питания, торговли.
Особенно заметны различия в содержании пищевых отходов, стекла, металлов,
отсева.
Характеристика компонентов ТБО по параметрам
Компоненты
|
Плотность, кг/м3
|
Влажность, %
|
Зольность, %
|
Бумага
|
40-60
|
20-30
|
10-20
|
- условно чистая
|
20-30
|
8-15
|
6-8
|
- загрязненная
|
70-80
|
40-58
|
15-23
|
Картон
|
50-70
|
8-25
|
6-8
|
Пищевые отходы
|
450-550
|
70-92
|
5-40
|
Дерево
|
220
|
15-25
|
2,3-10
|
220
|
3
|
98
|
Текстиль
|
160-180
|
20-40
|
5-10
|
- условно чистый
|
120-160
|
8-12
|
2-3
|
- загрязненный
|
180-120
|
40-60
|
15-20
|
Стекло
|
340-480
|
2
|
95-97
|
Кожа, резина
|
220-250
|
15-35
|
10-30
|
Кости
|
360-520
|
20-30
|
40-50
|
Камни
|
1500
|
2
|
95-98
|
Полимеры
|
30-100
|
2-5
|
5-10
|
Уголь, шлак (сухой)
|
1000
|
2
|
50-95
|
Отсев менее 16 мм
|
770
|
15-25
|
70-90
|
Сравнительный анализ количества видов отходов выглядит
следующим образом:
прослеживается тенденция к сокращению процентного соотношения,
а следовательно, массы и объема пищевых отходов
увеличивается процент полимерных материалов
увеличивается содержание бумаги и картона за счет общего
роста упаковочных материалов
прослеживается тенденция к снижению количества металлов в
составе ТБО
процент содержания и объем остальных компонентов ТБО
изменяется незначительно.
Главным критерием при выборе метода переработки отходов
является снижение количества непригодных для дальнейшего использования
вторичных продуктов и увеличение извлечения компонентов, пригодных во вторичном
употреблении, при этом метод должен позволять перерабатывать большие объемы
отходов.
В основу всех существующих методов заложены два способа
переработки отходов:
утилизация (включая переработку);
сжигание с утилизацией энергии,
компостирование,
рециклинг и восстановление материалов, включая установки по
утилизации,
анаэробное сбраживание,
складирование;
полигоны, включая подъем земли.
Складирование
на полигоне
Складирование на полигоне связано с размещением материалов
отходов на инженерно оборудованном участке, который можно оборудовать в месте
выемки минералов или карьере, либо же на поверхности земли с использованием
подъема грунта. Так же, как непосредственное депонирование необработанных
отходов, полигон является конечным маршрутом депонирования остатков любых
процессов переработки, которые классифицируются как контролируемые отходы.
В настоящее время считается, что на полигонах размещается
более 90% не обработанных и контролируемых отходов. В будущем при использовании
более эффективных средств переработки отходов полигоны, которые будут принимать
остатки от процессов переработки, продолжат оставаться единственным реальным
выбором, когда все возможности по сокращению их количества и рециклингу будут
реализованы, поэтому полигоны необходимо дополнительно оборудовать и ввести
лицензирование и следить за выполнением ряда требований, предъявляемых к
устройству полигона, таких как [19]:
Полигон не должен заливаться паводковыми водами, т.е. он
должен располагаться на определенной высоте по расположению к близлежащим
водоемам, чтобы при их разливе вода не попадала на территорию полигона и не
размывала отходы.
Складирование и хранение ТБО должно производиться на
подготовленное водонепроницаемое основание так, чтобы в процессе многолетней работы
грунт был плотным (желательно выбрать участок с толстым слоем глины не менее 5
м), что защитит от просачивания фильтрата в грунтовые воды.
Полигон должен быть окружен лесными массивами и направление
преобладающей розы ветров должно быть таким, чтобы воздух с поверхности
полигона не мог попасть на близлежащие населенные пункты.
Высота слоя закладки отходов не должна превышать 2 м.
Уплотненные ТБО должны покрываться промежуточным слоем, который бы
препятствовал уносу ветром мелких и легких фракций, а также препятствовал бы
выходу на свободную поверхность развивающихся насекомых.
ТБО должны складироваться, храниться и перемещаться на
заранее спланированные участки, места размещения отходов отмечаются на карте
полигона. Под определенные виды отходов должны отводится конкретные участки.
Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ
полигона не менее 500 м.
Проблемы окружающей среды, связанные с развитием полигонных
участков, включают в себя те из них, которые появляются в процессе разработки, эксплуатации
и восстановления; от процессов разложения, которые происходят в полигоне, и от
использования мусороперегрузочных станций. Основные проблемы включают в себя:
транспортные перевозки отходов к месту размещения;
визуальные неудобства связаны главным образом с периодом
эксплуатации полигона, они оказывают влияние на местную топографию и
растительность. Полигонное депонирование в карьерах или других разработках
минералов могут привести к минимизации визуальных воздействий по сравнению со
схемами полигонов с поднятием земли, так как работы проводятся ниже уровня
земли и зона более легко экранируется. Создание экранирующих насыпей и посадки
деревьев и растений вокруг границ участка или чувствительных зон, благоприятное
размещение участка и необходимые меры по восстановлению должны в будущем
снизить эти неблагоприятные воздействия. Депонирование на полигонах в бывших
разработках минералов или в карьерах или поднятие земли на участке бывших
загрязненных почв может предоставить возможность для восстановления или
реставрации земли.
загрязнение воздуха при размещении разлагающихся материалов,
которые содержатся в бытовых отходах на полигонах, должно привести к
образованию биогаза, в его состав входит метан, диоксид углерода, водород и
следовые концентрации сероводорода. Метан и диоксид углерода являются
важнейшими парниковыми газами.
загрязнение воды обусловлено образованием фильтрата при
просачивании дождевых осадков, грунтовых и поверхностных вод. Такой фильтрат
содержит растворенные химические соединения из отходов, которые возникают как
часть процессов деградации. Он имеет возможность загрязнять любые соседние
поверхностные и грунтовые воды, с которыми он вступает в контакт. Однако
современные полигоны должны обладать сооружениями, которые обеспечат контроль
за образованием фильтрата так, чтобы минимизировать потенциальное воздействие
на окружающую среду.
запахи тревожат как лиц, обслуживающих полигоны, так и
местных жителей. Имеется два главных источника запахов: первый из них - это
разложение свежих отходов, а второй связан с биогазом. Запах, возникающий при
разложении отходов, может быть весьма значительным в открытых зонах, хотя
ежедневное покрытие свежим грунтом ограничивает выделение запахов от отходов, а
постепенное восстановление участка может значительно снизить эти воздействия.
Запахи, связанные с биогазом, могут контролироваться путем его сбора и
высокотемпературного факельного сжигания.
пыль может образовываться в течение всего срока эксплуатации
полигонов, где забораниваются сухие мелкие отходы, а также вследствие движения
транспортных средств и оборудования, работающего на участке. Снизить выделение
пыли можно путем увлажнения сухих мелких отходов и использования дуговых
распылителей воды по трассам движения машин.
появление вредителей, мух, птиц и грызунов можно
контролировать лишь правильной эксплуатацией и надзором после окончания
эксплуатации полигона.
Доминирующая роль полигонов, как средства для хранения
отходов, связана главным образом с экономическими выгодами и совместимостью с
существующей политикой размещения отходов, где полигоны обеспечивают условия
для повторных разработок минерального сырья. Однако, как следствие ужесточения
природоохранного законодательства и более жесткие технические требования к
инженерным полигонам, требования долговременного мониторинга и мер
предосторожности по окончании эксплуатации, затраты на захоронение отходов
возрастали, и, вероятно, будут продолжать возрастать в будущем.
Такие требования снизят экономическую выгоду.
Другие виды обработки могут применяться к отходам перед их
размещением, включая распыление и упаковку в кипы, они не оказывают влияния на
какое-либо снижение общего количества отходов для размещения, хотя преимущества
могут быть связаны с тем, что они могут оказаться полезным для лучшего контроля
окружающей среды на полигонах.
Как было сказано выше, в г. Таганроге складирование отходов
на полигоне является основным и единственным способом размещения отходов из
группы бытовых и промышленных, включая строительные отходы, которые не были
соответственно переработаны. Однако городская свалка не является продуманным
инженерным сооружением, позволяющим безопасно хранить отходы, а предлагаемые
усовершенствования, включая проект зарубежных компаний по предварительному
брикетированию отходов, не внесут существенных улучшений.
Методы
подготовки и переработки отходов (мусороперерабатывающие заводы)
Методы подготовки и переработки отходов могут быть: механические,
термические, биотехнологические, физико-химические и др.
К механическим методам, применяемым для
подготовки твердых отходов, относятся следующие: методы уменьшения размеров
частиц мусора (дробление; грохочение; помол), методы укрупнения (гранулирование;
таблетирование; брикетирование; спекание), методы обогащения (уплотнение,
фильтрование, отсадка в тяжелых средах, гидравлическая сепарация; и воздушная
сепарация). Термические методы (пиролиз; переплав; обжиг; огневое
обезвреживание; спекание; сушка и т.п.).
К физико-химическим методам относятся:
экстрагирование; выщелачивание; кристаллизация; вымораживание; магнитная
сепарация; плазмохимическое спекание; флотация.
Методы
уменьшения габаритов отходов
1. Дробление с помощью копров.
Используют дробильные машины. Под измельчением
(дроблением) понимают процессы разделения твердых тел на части,
сопровождающиеся упруго и пластической деформацией размельчаемого тела с
образованием новых его поверхностей. Процесс измельчения осуществляется
несколькими способами, в том числе раздавливанием.
2. Механизм раздавливания можно представить в виде
схемы:
Процесс дробления зависит от структуры кристаллической
фракции, поэтому он неуправляем с точки зрения влияния выхода необходимых
фракций. Следовательно, для извлечения товарной (необходимой) фракции
применяется рассев, а плюсовые фракции отправляются на додрабливание.
3. Раскол применяется для особо твердых материалов.
. Излом применяется для дробления кусков отходов,
имеющих большое отношение длины к толщине и высокую твердость.
5. Истирание: в этом способе наряду с приложением
осевой нагрузки происходит перемещение верхней плиты вращением в горизонтальной
плоскости (усилие + движение). Этот способ применяется для дробления
относительно хрупких материалов, но не обладающих высокой прочностью.
6. Удар применяется для прочных и хрупких материалов
Операция дробления используется для получения из крупных
кусков материалов фракций размером до 5 мм (максимум). Метод применяется,
например, для отвалов отходов, фосфогипса, строительных материалов,
металлургических и иных шлаков, вышедших из употребления резинотехнических
изделий и т.д. операция дробления характеризуется высокой энергоемкостью и
производительностью. Одним из параметров процесса дробления является степень
измельчения, которая определяется отношением размера тела дробления к конечному
его диаметру:
Различают стадии крупного, среднего и мелкого дробления:
|
Dmax, мм
|
dmax, мм
|
Мелкое
|
40-100
|
3-5
|
Среднее
|
100-350
|
40-100
|
Крупное
|
500-1500
|
100-350
|
Для дробления используется специальное оборудование. На
стадии крупного дробления - копровые механизмы, механические ножницы, дисковые,
ленточные пилы, взрыв, шаровые мельницы. Средний помол осуществляется на
конусных, валковых, роторных, молотковых и щековых дробилках. Выбор оборудования
зависит от упругости твердых тел, размеров, от требований к конечной степени
измельчения.
7. Взрыв применяется для раздрабливания крупных (1,5 м и
более) высокопрочных отходов. Технология разрушения глыб методом взрыва
заключается в следующем: производится расчет необходимого количества взрывчатки
для эффективного и полного раздрабливания глыбы, с помощью буров сверлятся
отверстия в глыбе, в которые закладывается взрывчатка (тол, тротил) бризантного
типа; в отверстия для взрывчатки вставляется взрывчатка с электрическим
детонатором.
1 - глыба, 2 - электродетонатор, 3 - взрывчатка.
Механизмы дробления
1) Валковая дробилка
Два вала вращаются друг навстречу другу и степень дробления
загружаемого материала и степень дробления определяется отношением габаритов
входной щели к минимальному зазору между валками.
Валковые дробилки бывают с двумя активными валками или с
одним активным валком, а другим пассивным. Зазор между валками регулируется
специальным пружинным устройством.
2) Дисковые дробилки: когда диски вращаются
друг к другу, в этом устройстве реализуется преимущественно механизм дробления
твердых тел изломом.
3) Молотковые дробилки.
Разрушение материалов в ней осуществляется ударом молотков 1
шарнирно закрепленных на роторе. Материал загружается в горловину 3 и после его
разрушения с помощью молотков до необходимого размера фракций просыпается через
лимитирующую решетку 4.2 - бронированные плиты. В данной конструкции хорошо
реализуется принцип "не дроби ничего лишнего". Используется
преимущественно для среднего и мелкого дробления. Размеры продукта дробления
определяются как шириной щелей, так и радиальным зазором между молотками и
решеткой. Реализуется ударный механизм дробления, и она служит для дробления
твердых, но хрупких материалов. Окружная скорость молотков 25-35 м/с. Степень
измельчения L=10-15. У молотковых однороторных дробилок отношение ее длины к
диаметру составляет 0,5-0,85. Ширина зазора β=3-5 мм. Конструкция дробилки
проста, надежна и высокопроизводительна.
). Дезинтеграторы. Дезинтегратор служит для
осуществления мелкого дробления и помола.
Конструкция состоит из двух соосно-смонтированных
роторов-клетей 1,3, которые вращаются в противоположном направлении
относительно друг друга. Разрушение материала, загружаемого через течку 2
осуществляется с реализации ударного механизма пальцами, закрепленными на
плитах ротора. Обороты дезинтеграторов, как правило, более 1000 оборотов в
минуту.
) Мельницы. Измельчение, помол реализуется преимущественно в
шаровых дробилках - мельницах. Габариты их достигают нескольких метров в длину
и высоту. Дробление, как правило, проводится в жидкой среде с выводом пульпы из
шаровой мельницы.
В качестве дробящих тел используют шары диаметром 30-120 мм
из чугуна и стали, которые загружаются внутрь мельницы. Иногда вместо шаров
используют стержни длиной 100-300 мм и диаметром около 30 мм. Их называют
цильпепсами. Дробление осуществляется путем вращения садки, при этом шары
перемещаются относительно друг друга, а шары, поднятые вверх падают вниз и
также способствуют дроблению материала. Загрузка материала осуществляется
периодически или непрерывно. С целью увеличения ресурса мельницы и совмещения
дробления материала с выщелачиванием процесс ведут в водных растворах. Пульпа
периодически и непрерывно выгружается на конвейер и направляется на дальнейшую
переработку. Недостатком является неизбежное повышенное содержание железа в
пульпе, за счет истирания мелющих тел. Такие мельницы обеспечивают измельчение
при сухом и мокром помоле до 0,074 мм.
Методы
укрупнения размеров отходов
Окускование.
Окускование - укрупнение размеров отходов. Технология
применяется для укрупнения фракционного состава отходов строительных
материалов, зол ТЭС, отвальных производств, отходов цемента, сажи, пыли, шламов
и т.п.
Гранулирование.
Гранулирование - это формирование фракций шарообразной и
цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов. Выполняется окатыванием или
прессованием. Окатывание производится в ротационных, центробежных, тарельчатых,
лопастных, барабанных грануляторах. Производительность процесса зависит от
состояния исходных материалов, расхода связующих, температуры процесса и
конструктивных параметров установки. Наиболее распространены барабанные
грануляторы, имеющие производительность до 70 тонн/час, простую конструкцию,
надежность в работе, однако эти аппараты не обеспечивают возможности получения
узкого фракционного состава гранул.
Тарельчатые грануляторы:
Производительность 70-125 тонн/час. С помощью привода 1 приводится
во вращение чаша 2, в которую непрерывно загружается шлам. С целью обеспечения
лучшего окатывания на поверхность пыли подается вода из форсунок. Чаша
вращается и за счет проскальзывания загружаемого шлама осуществляется
окатывание частиц, так как чаша наклонена в одну сторону, по мере приобретения
необходимой массы окатыши выгружаются из нее в промежуточные емкости. Для
получения более однородного фракционного состава и размера гранул используется
их грануляция прессованием. Наибольшее распространение для этой цели получили
валковые грануляторы. Их часто совмещают с дробилками. Производительность
валковых грануляторов 5-100 тонн/час. С целью укрупнения используют также
брикетированные машины, где формирование брикетов осуществляется приложением
давления на прессе с добавками связующего и без. На процесс влияет состав,
влажность, температура, удельное давление и прессование материала. Перед
брикетированием материал проходит классификацию. Преимущественно для этого
применяют штемпельные высокопроизводительные прессы.
Типовая схема укрупнения материалов:
Тг - тарельчатая грануляция
Шг - шнековая грануляция.
Грохоты - большие сита, в которых в качестве просеивающего
материала используют колосники.
Спекание.
Спекание применяется для обработки пыли, окалины, шламов и
т.д. Для проведения процесса спекания предварительно подготавливают шихту,
включая основной материал, до 6-7% твердого топлива и 5-8% воды. Материал размещают
на решетках и помещают в печи с продувкой газом, вызывающим воспламенение шихты
при температуре 1000-1400°С. Спеченный агломерат дробят, сортируют;
производительность обжиговых агрегатов до 500 тонн/час.
Методы
обогащения отходов
Обогащение применяется при переработке отходов, содержащих
ценные минеральные вещества, черные и цветные металлы. Процесс используется для
повышения относительного процентного содержания ценного компонента.
Осуществляется обогащение различными методами, основанными на использовании сил
гравитации, магнитных и электрических свойств материалов.
Гравитационные методы основаны на объемном разделении
материалов в жидкой и воздушной среде частиц различных размеров, плотности.
Отсадка - разделение минеральных зерен под действием сил
гравитации в вертикальной струе воды либо газа, проходящей через решета
отсадочных машин. Отсадке подвергают частицы крупностью 0,5-100 мм для нерудных
и 0,2-40 для рудных. При отсадке крупного материала формируется слой толщиной
5-10 диаметров частиц. В процессе отсадки материал расслаивается, при этом в
нижнем слое концентрируется наиболее тяжелые частицы, а в верхнем легкие и
мелкие. При последующей разгрузке получают обогащенные материалы.
Производительность отсадочных машин зависит от плотности материала и
конструктивных характеристик аппарата.
Обогащение в тяжелых средах (суспензиях): этой технологией
разделяют материалы в зависимости от их плотности в гравитационном или
центробежном поле в суспензии или жидкости. В качестве тяжелых жидкостей используются
ZnCl2, CaCl2, хлорное олово. Для поддержания устойчивой
суспензии в нее добавляется до 3 % глины или применяют смесь утяжелителей.
Флотационное обогащение применяется для повышения
концентрации полезного продукта в промежуточном продукте за счет использования
явления смачивания, прилипания, адгезии пузырей воздуха и всплывания их из
пульпы. Флотационные установки работают с подачей воздуха в нижнюю часть пульпы
с предварительным насыщением жидкой фракции воздухом, а также с целью повышения
эффективности используются электрофлотаторы. Когда газовая фаза в жидкости в
виде кислорода образуется за счет электролитического разложения воды. Удаление
пенной части с поверхности пульпы осуществляется механизм с помощью специальных
лопаток. Обогащение руд концентратом можно осуществить механизм путем,
например, с использованием винтовых сепараторов, которые применяют для
слоя пульпы толщиной 6-15 мм. Сепаратор представляет собой винтовой желоб с
внутренней поверхностью специального профиля. При движении пульпы в сепараторе
по спирали сверху вниз тяжелые частицы концентрируются у внутреннего края
спирали, легкие - у наружного. Производительность винтовых сепараторов 0,3-12
тонн/час при диаметре желоба 0,5-1,2 м. Количество витков спирали 4-6 по
высоте. Модификацией винтовых сепараторов являются шлюзы, которые имеют более
широкий желоб и меньший угол наклона спирали. Иногда желоб может суживаться к
концу. Производительность шлюзовых сепараторов 0,9-5,5 тонн/час; угол наклона
спирали 15-20°.
Магнитная сепарация используется для
отделения слабомагнитных материалов от сильномагнитных. Сильномагнитными
свойствами обладают материалы, содержащие окислы железа, никеля, марганца.
Слабомагнитные обогащают в сильномагнитных полях. Для сильномагнитных
материалов достаточно слабых полей 70-160 кА/м. Поведение зерен обрабатываемых
материалов постоянно в магнитном поле определяется их магнитной проницаемостью,
а в переменном поле зависит от остаточной индукции. Перед магнитной сепарацией
материалы подвергают дроблению, сортировке, классификации. Аппараты бывают
различной конструкции с использованием двух - или многополюсных магнитов. В
зависимости от степени измельчения исходного материала, а также от того,
магнитный или немагнитный материал является товарной фракцией, устройство установок
различно. Для обеспечения высокой производительности в конструкцию обязательно
входит конвейер.
Трибоадгезионная сепарация основана на различии
адгезии материала наэлектризованного трением частиц и зависит от способности
электризоваться.
Баллистическая сепарация:
Сепарация трением:
Термические
методы переработки отходов
Применяются для утилизации различных видов отходов.
Заключаются в обработке отходов в тепловом поле прямыми источниками нагрева,
СВЧ-нагревом. При этом продукты термического разложения подвергаются
оксидированию с образованием нетоксичных, газообразных, жидких или твердых
продуктов. Применяют их с целью предварительной обработки, высокотемпературной
обработки и обезвреживания, очистки от горючих, в том числе газов составляющих
с целью инициирования процессов сгорания отходов с последующей рекуперацией
тепла, а также при получении ряда товарных продуктов. Для обезвоживания и
полного сжигания термические методы способствуют эффективному уменьшению массы
и объема отхода и, как правило, не требуют большого расхода электричества, а
наоборот позволяют утилизировать часть тепла. Одним из видов термической
обработки является пиролиз - разложение материала при высоких
температурах без доступа воздуха. Преимущественно применяется для обработки
отходов, содержащих токсичные составляющие (отходов пластмасс, резины, шламов
гальванических производств). В результате переработки получается
технологический газ и минеральные продукты. Метод относительно экологичен и
безопасен для ОС.
Переплав и обжиг. Переплаву подвергают
отвалы, шламы, содержащие металлы и другие легкоплавкие компоненты. Обжиг
применяют для переработки железосодержащих шламов и пыли, шлаков.
Плазменное обезвреживание применяется для
обработки трудно горючих и несгораемых соединений. Считается, что токсичные
вещества 1,2 классов опасности, содержащие органические соединения, пестициды,
фтор-, фосфор-, серосодержащие соединения, отравляющие вещества могут быть
полностью обезврежены только плазменными методами, степень переработки
достигает 99,9999. температура в пределах 5000°К. в высокотемпературную струю
плазмы вводят исходные вещества в жидком виде, пастообразном или порошковом.
Вещества при этом разлагаются до атомов, молекул, ионов. Регулируя температуру
состав газов можно добиться необходимых результатов переработки. В настоящее
время существуют стационарные и передвижные плазменные генераторы, установки.
Мусоросжигание
(мусоросжигательные заводы)
Сжиганию подвергаются практически все виды промышленных и
бытовых отходов. Мусоросжигание представляет собой сжигание отходов с
образованием газообразных продуктов и остатков. Имеется три основных типа
мусоросжигающих устройств [20]:
предназначенные только для снижения объема
отходов;
предназначенные для снижения объема отходов, а
также для выработки тепла и/или электроэнергии с использованием отходов только
как топлива (установки для преобразования отходов в энергию);
предназначенные для снижения объема отходов, а
также для выработки тепловой и электрической энергии с использованием отходов,
как части потока топлива (топливо, полученное из отходов).
Имеется ряд различных методов мусоросжигания, включая
сжигание в кипящем слое, на неподвижных колосниковых решетках, на подвижных
колосниковых решетках, модульного типа и с вращающимся подом. Процесс включает
в себя контролируемый выброс очищенных продуктов сгорания в атмосферу с
утилизацией энергии или без нее. Сжигание топлива, полученного из отходов,
включает в себя дополнительную стадию, связанную с обработкой потока отходов,
заключающуюся в сортировке и измельчении для получения заданных размеров и
физических свойств, а затем в получении гранул устойчивого материала, который
может быть использован, например, как заменитель угля в отопительных котлах.
Значительная выгода может быть получена при выработке
электроэнергии за счет утилизации тепла, образующегося при сжигании. Например,
мусоросжигательный завод с годовой производительностью 500 тыс. т может
вырабатывать более 40 МВт, это удовлетворит потребности 25 тыс. жителей.
В процессе мусоросжигания образуются остатки, требующие
размещения, причем при сжигании твердых бытовых отходов образуется около 30% по
весу (10% по объему) от первоначального поступившего количества отходов.
Основными остатками от сжигания являются:
нелетучая (грубая) зола (около 29% по объему), которая
представляет собой, главным образом, стекло, керамику, плавленый металл,
большие куски кладки и двигателей; сюда может входить также несгоревший
материал; летучая (тонкая) зола (около 1% по весу), включая частицы, удаленные
из газов и содержащие главным образом силикаты, оксиды и тяжелые металлы;
твердые вещества от очистки дымовых газов (0,4-2% по весу, в зависимости от
процесса газоочистки); черные металлы (составляют 4% по объему от поступающих
на сжигание отходов).
Проводятся исследования по возможности рециклинга
золоостатков.