МЕТАН НА РЫНКИ
Метан на рынки
RUS | EN
+7 495 362-7271
Главная|Обратная связь|Карта сайта  
   
  
Материалы - (NEW!)Анализ альтернативных методов обезвреживания мусора

Анализ альтернативных методов обезвреживания мусора

В.Г. Систер, А.Н. Мирный.

Наряду с получившими наибольшее распространение в мировой практике методами механизированного обезвреживания и переработки ТБО - сжиганием, аэробным компостированием и комплексом этих двух методов - во всем мире разрабатывают альтернативные технологии обезвреживания и переработки ТБО, направленные на получение новых материалов и извлечение из отходов ценных утильных фракций.Активизировались работы по комплексной сорти­ровке ТБО с извлечением ценных вторичных ма­териалов, анаэробному сбраживанию с получени­ем горючего газа и органического удобрения. Разработана и внедрена технология извлечения из ТБО горючих фракций и изготовления топливных бри­кетов или гранулированного топлива, используется прес­сование ТБО для изготовления строительных блоков и т.д.

КОМПЛЕКСНАЯ СОРТИРОВКА И ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ

Основная целькомплексной сортировки - максималь­ное механизированное извлечение из всей массы ТБО утильных компонентов. В каждой конкретной схеме ис­пользуют свой набор технологического оборудования, позволяющий в большей или меньшей степени отобрать утильные фракции. В табл. 1 представлены различные способы извлечения утильных фракций из бытовых от­ходов.

Таблица 1 – Различные способы извлечения угольных фракций из бытовых отходов

Фракции ТБО
Способ извлечения
Черный металл

Электромагнитная сепарация

Цветной металл

Извлечение с помощью переменного «бегущего» магнитного поля; дробление и пневмовибрационная сепарация

Бумага

Пневматическое разделение фракций по скорости витания в потоке воздуха; гидропульпация и осаждение тонковолокнистых фракций

Текстиль

«Сухое» извлечение в цилиндрических грохотах с крючками (вильчатые установки); сепарация за счет сохранения прочности (в отличие от бумаги) при смачивании и перетирании

Синтетическая пленка

Пневматическое разделение по скорости витания в потоке воздуха; сепарация за счет сохранения прочности при смачивании и перетирании; электростатическая сепарация

Стекло

«Мокрая» сепарация в циклонах; пневматическое отделение в восходящем потоке воздуха по скорости витания; сепарация в метателях с отражательной плитой по упругости и баллистическим свойствам

Пластмасса и картон

Оптическое отделение бутылок и картонных упаковок

 

Сепарацию ТБО в основном рассматривают как спо­соб улучшения «традиционных» методов их переработ­ки (повышается качество компоста за счет изъятия балластных фракций, снижается засорение колосниковой решетки при сжигании мусора), а не только как метод, позволяющий утилизировать некоторые ценные компо­ненты ТБО.

Таким образом, эффективность метода переработки отходов, в котором акцентировано внимание на извлече­ние утильных компонентов, определяется закупочной стоимостью выделенных компонентов с учетом их качес­тва. Примером служат несколько принципиально различ­ных апробированных технологических схем комплексной сепарации ТБО.

Фирмы «Рутир», «Сорайн Чекини»(Италия) раз­работали технологию механизированного разделения ТБО с учетом линейных размеров, плотности, парус­ности, магнитных свойств и др. На первой стадии про­цесса ТБО освобождаются от пластмассовых мешков, в которых в Риме упаковывают отходы. Далее на колос­никовом грохоте отходы разделяют на три фракции. Крупная фракция после электромагнитной сепарации направляется на сжигание, мелкая - на компостирова­ние. Наиболее целесообразно, по мнению фирмы, отде­ление утильных компонентов из средней фракции. Бу­мага отсасывается при перегрузке материала специаль­ными установками.

Черный металлолом извлекают магнитным сепарато­ром, текстиль - барабанной вильчатой установкой. Ос­тавшийся после отбора бумаги, текстиля, черного метал­ла материал средней фракции направляется на грохот, где в свою очередь разделяется на три фракции. Мелкая фрак­ция, как и после первого грохочения, направляется в от­деление компостирования, средняя и крупная - к маши­нам для отделения бумаги. Далее материал поступает в машины для отделения органической части, пригодной для производства кормового вещества. Бумага ленточными конвейерами подается на бумагоочистительное сито для окончательной продувки и очистки, а затем на пресс, где упаковывается в кипы, готовые к отправке.

Пищевые отходы разделяют на две части. Одна из них, содержащая ценные органические вещества, подается в цех для приготовления кормовых веществ, другая, содер­жащая в основном стекло, кости, проходит через магнит­ные сепараторы и сепаратор балласта и подается в маши­ну для отделения стекла и костей. Лом черного металла, отобранный магнитными сепараторами, направляют для очистки в печь. Очищенный металл поступает на пресс для упаковки. Пищевые отходы после промывки водой при сильном встряхивании направляют на дробилку с режущими ножами. Раздробленный материал поступает в стерилизатор, куда подают пар. Внутри стерилизатора расположен смеситель, перемешивающий материал в про­цессе стерилизации. Материал находится в стерилизато­ре 40-50 мин и нагревается до 100-110 °С. Такая темпе­ратура является достаточной для инактивации всей па­тогенной микрофлоры. Стерилизатор работает циклично. Разгрузка производится автоматически переключением лопастей, перемешивающих и перемещающих материалы. Обезвреженный материал поступает во вращающуюся сушильную камеру. В момент поступления в камеру он аэрируется воздухом, нагретым до 80 °С, и переносится вверх, где в течение 20-25 мин подвергается действию воздуха, нагретого до 100 "С и выше. В процессе сушки влажность материала снижается до 10-12 %.

Стерильный и просушенный материал смешивают с кукурузой, витаминами и минеральными веществами. Готовая смесь направляется в установку для превращения в гранулы. Полученный кормовой продукт отвечает гиги­еническим требованиям и обладает химическими свойс­твами, необходимыми для кормления всех животных, хотя ввиду его особенностей рекомендуется для кормле­ния жвачных животных.

Производственная зона изготовления кормового про­дукта (стерилизация) надежно отделена от зон сортиров­ки и переработки отходов. Перемещение персонала меж­ду зонами не допускается.

Органическое вещество с низкой кормовой ценностью частично направляется в биотермические барабаны для получения компоста. В последние годы фирма вместо компоста выдает новую продукцию: белково-органичес-кое удобрение в виде сухих гранул, которые эксперимен­тально использовались в качестве топлива. Новый про­цесс предусматривает приостановку ферментации, разо­грев с высушиванием, дополнительную очистку от балласта.

Широко применяют сортировку при переработке бы­товых отходов и в Швеции. На мусороперерабатывающем заводе в Стремстаде ТБО измельчаются, проходят под магнитным сепаратором и сортируются в цилиндричес­ком грохоте. Мелкую фракцию направляют в смеситель, куда поступает осадок сточных вод, и далее на площадку дозревания, где из нее формируют штабеля.

В результате упрощенной сортировки на заводе полу­чают 2,4 % лома черных металлов, 26,3 % топлива и 71,3 % фракций для компостирования. В последнюю фракцию перед компостированием добавляют 24 % (от массы ис­ходных ТБО) осадка сточных вод.

Построенный шведской фирмой «Флект»сортиро­вочный завод в Вийстерсе (Нидерланды) обеспечивает переработку 20 % всех бытовых отходов страны, являясь составной частью крупнейшего компостирующего завода производительностью 3 млн м3 ТБО в год. Производи­тельность сортировочного завода - 600 тыс. м3 ТБО в год (125 тыс. т/год). Ежегодно завод производит:

  • 9,1 тыс. т легкой бумажной массы;
  • 7,5 тыс, т тяжелой бумажной массы;
  • 3,5 тыс. т черных металлов;
  • 4,5 тыс. т пластмасс;
  • 39 тыс. т органического вещества для компостирова­ния;
  • 47 тыс. т балластных фракций, отправляемых на свал­ку.

Германская фирма IMPO MaschinenbauGMBHраз­работала комплекс для сортировки отходов, включающий наряду с системой транспортеров вибратор, подвесной сепаратор черного металлолома, а также сепаратор цвет­ного металла.

Принцип работы сепаратора цветных металлов основан на использовании вихревых токов (токов Фуко), возни­кающих в проводнике, попадающем в переменное маг­нитное поле. Эти токи вызывают вторичное магнитное поле, взаимодействующее с первичным магнитным полем. В результате проводник выбрасывается из зоны действия первичного поля. Благодаря вибратору материал на ленте сепаратора разрыхляется. В шкив ленты вмонтирован магнитный барабан, вращающийся со скоростью, сущес­твенно превышающей скорость шкива. За счет возника­ющих вихревых токов цветной металлолом отбрасывает­ся дальше неметаллических фракций. Полная схема ком­плекса включает и другие виды сортировочного оборудования.

Несомненно интересное решение проблемы сортиров­ки и переработки отходов разработало объединение SYS-ТЕС - Gesellschaftfur Systemtechnologie mbH из Кель­на.Представленная этим объединением так называемая «Технология будущего» включает значительный набор технологического оборудования для различных операций, включающих последовательно сухую механическую об­работку бытовых отходов, гидрообработку отделенного на первой стадии процесса крупного отсева и отсепари-рованной бумаги, а также специальную обработку (обла­гораживание) извлеченных утильных фракций.

Цель технологии - максимальное извлечение утиль­ных фракций бытового мусора, что повышает экономи­ческую эффективность всего комплекса, сокращает пло­щади полигонов ТБО, снижает газовые выбросы мусо­ровозов.

Учитывая, что основная масса ТБО собирается жите­лями Германии в пластмассовые пакеты, весь поступаю­щий на завод мусор первоначально проходит через вал­ковую фрезерную установку для разрывания полимерных пакетов. Далее он направляется в барабанный грохот для предварительного разделения на крупные и мелкие фрак­ции.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Крупные фракции далее проходят через пневмосепа-ратор, где по парусности (скорости витания в потоке воз-1 духа) отделяются легкие бумажные фракции.

Магнитным сепаратором из тяжелых фракций извле­кается лом черных металлов. Оставшийся материал про­ходит оптический сепаратор, где происходит отделение пластиковых бутылок и картонных упаковок (от пищевых продуктов). Оставшийся крупный отсев и отделившиеся бумажные фракции раздельно направляются в два гидро-пульпатора, где превращаются в пульпу и подвергаются дальнейшей обработке, включающей:

  • повторное измельчение;
  • сепарацию алюминия вихревыми токами в переменном магнитном поле на специальном сепараторе цветных металлов;
  • превращение бумаги в бумажное волокно;
  • обезвоживание полученных материалов в центрифу­гах;
  • агломерация (получение окатышей) в барабанной ус­тановке;
  • гранулирование в шнековой установке.

ГИДРОСЕПАРАЦИЯ ОТХОДОВ

Особенностью указанного способа является использо­вание для сортировки и переработки ТБО оборудования, выпускаемого для бумажной промышленности. Система гидросепарации ТБО была разработана фирмой «Блэк Клаусон» (США).Пластинчатым питателем отходы по­давали из приемного бункера в заполненный водой сме­сительный резервуар «гидропульпатор», где они интен­сивно перемешивались мешалками и частично измельча­лись.

Пульпа (шлам) шла в сепаратор, где от нее отделялись крупный металлолом и балласт, а далее - в циклон, в ко­тором отделялись стекло, песок и мелкие фракции метал­ла. В следующем циклоне отделялись текстиль, бумага и другие волокнистые фракции. Затем их обезвоживали и укладывали в кипы. После этих операций из пульпы от­делялся осадок, пригодный для компостирования. Очи­щенную воду возвращали в гидропульпатор. Полный цикл переработки длился 90 мин.

При такой технологии не было необходимости в пос­ледующей очистке компоста от балластных фракций. На опытном заводе фирмы из ТБО извлекалось 13 % бу­мажной массы, 4 % стекла, 9 % черных и 0,3 % цветных металлов.

Учитывая трудности сбыта бумажной массы, фирма впоследствии предпочла использовать волокнистые фрак­ции после обезвоживания для производства гранулиро­ванного топлива.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ТОПЛИВА

Теплота сгорания специально отобранных и высушен­ных легкосгораемых компонентов бытовых отходов в 2 раза выше теплоты сгорания исходных ТБО. Полученное из мусора топливо в отличие от исходных ТБО может длительное время храниться и транспортироваться, име­ет более однородный фракционный состав, меньшую влажность и зольность, содержит меньше металлических включений, обладает высокой теплотворной способнос­тью, так как в его состав входят такие фракции, как бума­га и картон. В связи с этим ряд зарубежных фирм ведет широкомасштабные эксперименты по механическому из­влечению из ТБО легкосгораемых компонентов для ис­пользования после соответствующей подготовки в каче­стве энергетического топлива.

Как правило, при изготовлении топлива не ограничи­ваются измельчением ТБО и магнитной сепарацией, а применяют пневматические сепараторы, грохоты и другое оборудование, причем получение топлива сочетается с извлечением утильных компонентов или органических веществ для компостирования.

В Англии на трех сортировочных заводах используется технология, разработанная исследовательской лаборато­рией «Уоррен Спринг»,в соответствии с которой бытовые отходы подвергают грубому измельчению (размер I частиц - до 200 мм), а затем направляют в грохот для разделения на две фракции. Крупную фракцию использу­ют для получения бумажной массы и топлива, из мелкой выделяют черный металл и стекло. Схема завода включа­ет барабанный пневматический сепаратор, отделяющий бумагу от более тяжелых фракций.

В г. Сория (Испания)построена экспериментальная установка, работающая по методу «Фероспак» для изго­товления топливных брикетов из смеси ТБО с промыш­ленными отходами растительного происхождения. Пред­варительно прокомпостированные отходы смешивают в соотношении 1:5 со «свежими» ТБО и загружают на сутки в биотермическую камеру. Затем материал поступает на грохот, магнитную сепарацию и дробилку для грубого (предварительного) измельчения, после чего направляет­ся в биотермическую башню, дробилку для тонкого дроб­ления (до фракции 1-5 мм) и во вторую биотермическую башню. За счет частичной ферментации механическая прочность компоста снижается, что способствует мень­шему износу молотков дробилок и меньшей затрате энер­гии на дробление.

Из биотермических башен материал направляется в сушилку, куда подаются газы с первичной температурой 300-350 °С (температура материала поднимается до 120-150 °С). Подсушенный до влажности 3-8 % компост по­дается в брикетировочный пресс, выпускающий брикеты диаметром 80 мм. Плотность брикетов - 1,2 т/м3. Тепло­та сгорания брикетов (не менее 4 000 ккал/кг) обеспечи­вается добавлением к ТБО значительного количества древесных опилок и других подобных материалов.

ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ В АНАЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ

В последние годы активизировались работы по мета­новому сбраживанию ТБО. Фирмы «Валорга» и «Софрегас» (Франция)апробировали в производственных ус­ловиях технологию переработки отходов в анаэробных условиях с получением горючего газа и органического

удобрения. Первый опытный завод, работающий по этой технологии, построен и эксплуатируется под Греноблем.

Специфика данной технологии такова: ТБО разгружа­ют в приемный бункер, откуда грейферным краном их подают на питатель, а затем в дробилку с вертикальным валом. Измельченные отходы из дробилки перегружают­ся на ленточный конвейер, проходящий под сепаратором черного металлолома. Очищенный от черного металла материал направляется в метантенк (500 м3), где находит­ся 10-16 сут при температуре 25 "С. При этом происходит сбраживание органической массы. Из каждой тонны ТБО получают 120- 140 м3 газа, который поступает в газголь­дер.

Часть полученного газа откачивают компрессором и через уравнительную камеру направляют под давлением под слой перерабатываемого материала, что необходимо для перемешивания массы. Твердая фракция из метан-тенка направляется в шнековый пресс для частичного обезвоживания и далее в рыхлитель. Затем материал по­падает в цилиндрический грохот, где разделяется на мас­су, используемую как органическое удобрение и крупный отсев.

Из 1 т ТБО получают 170 кг (140 м3) биогаза, содержа­щего 65 % метана, 410 кг органического удобрения влаж­ностью 30 %, 50 кг металлолома и балластных фракций (которые извлекают магнитным сепаратором и отбрасы­вают дробилкой), 250 кг крупного отсева с цилиндричес­кого грохота. 120 кг составляют газовые потери и филь­трат. Для собственных нужд завода расходуется 5 % по­лучаемого биогаза. Биогаз можно использовать в исходном состоянии с получением 23 400 кДж/м3 тепла или после очистки от диоксида углерода и сероводорода с получением 35 600 кДж/м3 тепла.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ БЛОКОВ

Прессование ТБО при высоких давлениях - один из способов улучшения условий эксплуатации полигонов. Уплотненные ТБО выделяют меньше фильтрата и газовых выбросов, при этом снижается вероятность пожаров, эф­фективнее используется площадь полигонов.

Уплотнители для прессования ТБО на полигонах вы­пускает фирма «Американ Хойстэд Деррик».Произво­дительность уплотнителя составляет 450 т в смену, масса брикетов - 1,2-1,4 т, размер - 0,9 х 0,9 х 1,2 м. Брикет прессуется в течение 1,5 мин с максимальным давлением 19 МПа.

Японская фирма «Тезука-Косан»разработала и внед­ряет на базе собственного оборудования изготовление строительных блоков для затопления отходов в море. ТБО прессуют несколькими плунжерами различного сечения, поочередно внедряемыми в материал.

Давление в зоне контакта с малыми плунжерами до­стигает 36 МПа при общем давлении 5-6 МПа. Степень сжатия при этом методе достигает 1:10 несмотря на вы­сокую влажность поступающих ТБО (до 56-65 %). Размер получаемого блока составляет 1,1 х 1,1 X 1,2 м, плотность -1,2-1,7 т/м3. Производительность установки -100 т в сме­ну. В процессе прессования выдавливается фильтрат, со­ставляющий 2-5 % массы прессуемых материалов. Готовые блоки заключают в проволочную сетку или листовой металл и применяют в качестве крупных стро­ительных элементов. Если планируется использование блоков для строительства дамб в море, то блоки покры­вают горячим асфальтом или пластмассовой пленкой.

Проведенные фирмой испытания показали за два го­да лишь небольшую поверхностную коррозию блоков, покрытых листовым металлом. Аэробного или анаэроб­ного процессов, сопровождающихся повышением тем­пературы или выделением неприятных запахов, не об­наружено.

ГИДРОЛИЗ И СБРАЖИВАНИЕ ОТХОДОВ

Основные фракции ТБО - бумага и пищевые отходы, содержащие значительное количество целлюлозы. Экс­перименты по получению промышленного этилового спирта (этанола) из целлюлозы, содержащейся в ТБО, проводились в США и Великобритании. Этанол получают следующим образом: первоначально целлюлоза подвер­гается гидролизу, в процессе которого она реагирует с водой в присутствии соляной кислоты в качестве катали­затора:

Для ускорения процесса и увеличения выхода этанола реакция проводится при высокой температуре. В резуль­тате получают сахара. Раствор сахаров сбраживается с получением раствора этилового спирта.



Далее следует быстрое охлаждение водой, нейтрали­зация с помощью карбоната кальция и фильтрация. Пос­ле этого производится сбраживание примерно в течение 20 ч при температуре 30-38 °С. Полученный водный рас­твор этилового спирта очищается и перегоняется с полу­чением 95%-ного спирта.

При гидролизе происходят две реакции: целлюлоза восстанавливается в сахар, который под действием горя­чей разбавленной кислоты распадается, причем скорость восстановления и распада зависит от концентрации кис­лоты, температуры и времени. Энергия реакции не зави­сит от концентрации кислоты и составляет 42 900 кал/ моль при восстановлении целлюлозы в сахар и 32 800 кал/ моль при распаде сахара.

Увеличение концентрации кислоты или температуры (или обоих факторов одновременно) ведет к повышению эффективности восстановления сахара, причем в диапа­зоне 170-190 "С повышение температуры на 10 °С приво­дит к увеличению скорости реакции восстановления са­хара на 186 % и скорости распада сахара на 125 %. Расчеты позволяют выбрать концентрацию кислоты и температуру, соответствующие оптимальному выходу сахара.

Ниже приведены результаты расчета выхода 95 %-ного этанола при поступлении 250 т ТБО в сутки.

Показатели
 

Бумажные отходы, % т/сут

40100

Количество целлюлозы, т/сут

75

Максимальное (теоретическое) количество сахара, т/сут

83,5

Чистый выход Сахаров, т/сут

46

Чистый выход этанола, т/сут

22,4

Максимальный выход 95 %-ного этанола, т/сут

23,5

Отходы производства этанола (шлам), т/сут

201,9
 

Эксперименты по производству промышленного эта­нола представляют несомненный интерес. Но, как и для всякой другой технологии, важнейшими показателями являются экономические. Создание завода по производс­тву этанола не позволяет пока отказаться от свалок, так как шлам завода, перерабатывающего 250 т/сут ТБО, со­ставляет 200 т/сут.

Анализ рассмотренных технологий обезвреживания ТБО показывает, что большинство из них в той или иной мере сочетаются с компостированием легкоразлагаемых фракций и сжиганием высококалорийных, очищенных от балласта и пластмассы фракций.

Значительное распространение получают технологии, в которых ТБО очищают от балласта, подсушивают и пре­вращают в топливные гранулы. Следует заметить, что этот метод применим только там, где есть потребители такого топлива (например, цементные заводы), которые могут обеспечить его сжигание при температурах выше 1200 °С.

Извлечение из ТБО утильных и балластных фракций, особенно механизированное с использованием соответс­твующего оборудования, позволит существенно повысить экономическую эффективность мусороперерабатываю-щего предприятия.

Многообразие новых методов переработки и утилиза­ции отходов свидетельствует об актуальности этой проблемы. Использование новых отечественных и зарубеж­ных материалов для изоляции полигонов ТБО позволит снизить трудоемкость работ как при строительстве, так и при эксплуатации и рекультивации полигонов.

Однако следует отметить, что и традиционные методы обезвреживания и захоронения ТБО на полигонах, ком­постирование и сжигание, комплекс сортировки, компос­тирования и термического обезвреживания, постоянно совершенствуясь, остаются надежными, эффективными методами утилизации твердых бытовых отходов.

 
Новости
20.12.2010
В Москве пройдет эксперимент по раздельному сбору мусора

23.11.2010
ЕС призывает Италию срочно решить проблему с вывозом мусора из Неаполя

07.10.2010
В Симферополе открывают линию по сортировке ТБО


Каталог «Метан со свалок ТБО»


Данный каталог содержит описания на русском и английском языке технологий и разработок, связанных с получением и полезным использованием метана со свалок твердых биологических отходов в качестве возобновляемого экологически чистого источника энергии.






Rambler's Top100


Яндекс цитирования

Рейтинг@Mail.ru
 
1
Главная | О партнерстве | Материалы | Мероприятия | Совместные проекты | Форум | Контакты
 © Русдем-Энергоэффект         2007-2017г. Веб Студия Н