Процессы сепарации твердых бытовых отходов

Сепарация твердых бытовых отходов

Основная цель комплексной 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 таблице 1 представлены различные способы извлечения утильных фракций из бытовых отходов. 

Таблица 1. Различные способы извлечения угольных фракций из бытовых отходов

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.

Немецкая 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 мусорпервоначально проходит через валковую фрезерную установку для разрывания полимерных пакетов. Далее он направляется в барабанный грохот для предварительного разделения на крупные и мелкие фракции.

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. 

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.

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. 

Таблица 2. Результаты расчета выхода 95 %-ного этанола при поступлении 250 т ТБО в сутки

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.

Дробилка ТБО

 Измельчитель полимеров роторный  ИПР-500Р предназначен для дробления объёмных тонкостенных пластмассовых отходов: ПЭТ бутылок, вспененного полистирола (пенопласта), вспененного полиуретана (поролона), полимерных плёнок, полипропиленовых мешков, стружки и других отходов с толщиной стенки не более 4 мм.

Технические характеристики дробилки пластмасс ИПР-500Р

Грохочение ТБО

Предназначены для разделения сырья на несколько фракций, размеры которых задаются калибрующими решётками сита. Используются для сортировки сырья, строительного и промышленного мусора, отходов пластмасс, бумаги, а также для компоста и почвы. Барабанные сепараторы обеспечивают надёжное и безопасное разделение поступающего в одном потоке материала на фракции. Изготавливаются грохоты с разными размерами барабанов, и различными диаметрами отверстий сита, поэтому, они могут функционировать, как отдельный агрегат или быть встроены в работающий мусоросортировочный завод или другую производственную линию.

По сравнению с другими способами грохочения, барабанные сепараторы обладают следующими преимуществами:

• Низкая установленная мощность;
• Высокая производительность;
• Качественное разделение потока на фракции;
• Малый уровень шума.

Все барабанные сепараторы конструируются и производятся под заказ, по техническому заданию потребителя. В связи с освоением новых технологий имеем возможность изготавливать барабаны с диаметром до 4 метров.

Гранулятор ТБО

Гранулятор двухкаскадный "ПП2" предназначен для глубокой переработки дробленых изделий ПП, ПЭ (ПП мешков) для последующего их использования в виде гранулированного вторичного полимерного сырья.

Особо эффективен для переработки полимерных отходов с полигонов с высокой степенью загрязненности, благодаря наличию двух экструдеров и двух узлов фильтрации расплава.

Технические особенности модели:

• Скорость двигателя второго экструдера регулируется частотным инвертором.
• Цилиндр и шнек гранулятора изготовлены из легированной стали 38CrMoAlA с азотированием поверхности и полировкой
• Автоматический термоконтроллер, управляющий нагревом цилиндра и стрэнговой головы
• Шнек первого экструдера выполнен в сложной конфигурации с двумя зонами сжатия и перемешивания
• Цилиндр первого экструдера с двумя отверстиями для дегазации, с отверстием для дренажа воды на входе сырья
• Редуктор привода герметичный маслонаполненный, с принудительной смазкой, с водяным охлаждением
• Стрэнговая голова с нагревательными элементами
• Сетка-фильтр шиберного типа двухсекционный, смена при помощи гидропривода
• Скорость работы стрэнгореза регулируется частотным инвертором
• Используется бункер с принудительной подачей сырья (управление частотным инверотором - опцион)

Гранулятор состоит из двух экструдеров (двухкаскадный).

В первом происходит предварительное расплавление, смешение и уплотнение исходного сырья. Получаемый расплав отличается неоднородной плотностью и экструдируется с перепадами давления.

Во втором экструдере расплав окончательно пластифицируется и гомогенизируется, в результате выход стрэнгов из головы происходит с едиными показателями скорости и толщины, что гарантирует высокое качество продукции.

Привод гранулятора оснащен частотным инвертором, отличается плавностью хода, низким уровнем шума при работе. Привод резака также управляется инвертором.

Таблица 3. Технические характеристики гранулятора двухкаскадный "ПП2"