Размещено на http://www.allbest.ru/

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 NO_x, SO_x 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 NO_x, 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	20,8	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	3,0	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	3	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
Металлы	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.

Неконтролируемая миграция биогаза может привести к значительным угрозам для жизни человека и для окружающей среды. Мигрирующий газ может быть обнаружен на значительных расстояниях от полигона, мигрируя вдоль оборудования для oбcлуживания полигонов такого, как дренажные каналы, трубы и канализация, по геологическим трещинам и проникать в пустые объемы зданий. При определенных концентрациях в ограниченных пространствах и в присутствии кислорода метан становится воспламеняемым, т.е. существует риск взрыва при наличии источника зажигания. Диоксид углерода и другие газы, такие как сульфид водорода, могут явиться причиной удушья при определенных концентрациях. Биогаз также имеет способность замещать кислород в почве, и, таким образом привести к отмиранию растений. Современные участки требуют наличия систем управления газом для снижения потенциального воздействия на окружающую среду до приемлемого уровня. К ним могут относиться скважины для выделения активного газа, системы открытого факела и утилизации газа. Необходимы также меры для защиты существующих зданий и конструкций за счет проведения ежедневного мониторинга.

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.

4. 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 в=3-5 мм. Конструкция дробилки проста, надежна и высокопроизводительна.

4). 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.

5) 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типовая схема укрупнения материалов:

Бр - брикетирование

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. Размещение золоостатков может потребовать их стабилизации перед депонированием, остекловывания или использования в дорожном строительстве или непосредственной транспортировки на полигон. Там, где золоостатки непосредственно депонируются на полигоне, обычно практикуется совместное депонирование с твердыми бытовыми отходами, что ослабляет возможности для миграции тяжелых металлов в фильтрат.

Мусоросжигательные устройства представляют собой типичные промышленные установки. Оборудование для мусоросжигания может включать в себя здания до 40 м высотой и дымовые трубы высотой до 80 м.

Земля, необходимая для размещения мусоросжигательных заводов, изменяется в зависимости от размеров завода, которые, в свою очередь, связаны с его производительностью. Мелкие заводы и вспомогательное оборудование к ним могут быть размещены на участках меньше, чем 2 га. Для более крупных заводов могут потребоваться участки площадью от 2 до 5 га. Срок службы мусоросжигательного устройства обычно составляет порядка 25 лет, в течение которого, вероятно, потребуется тщательный надзор.

Ключевыми проблемами являются следующие: транспортные, в особенности относящиеся к крупнотоннажным перевозкам отходов для крупных установок и для размещения остатков; шум и вибрация, связанные с автомобильным транспортом и работой завода. компенсируется выбором участка для завода, чтобы избежать его размещения в непосредственной близости к чувствительным зонам (районы жилых застроек, школы и больницы); визуальные неприятности, связанные со зданиями и трубой; выбросы в воздух включают в себя диоксид углерода, кислые газы, тяжелые металлы, диоксины и фураны, а также твердые частицы. Диоксид углерода вносит вклад в глобальное потепление, хотя он менее значим, чем выбросы метана с полигонов. Наиболее важным кислым газом, с точки зрения его воздействия на окружающую среду, является хлористый водород, который вносит вклад в кислотные дожди и в подкисление поверхностных вод. Другие газы включают диоксид серы, оксиды азота (оксид, диоксид), фтористый водород. Их количество зависит от состава отходов. Кадмий и ртуть относятся к двум наиболее важным тяжелым металлам. Выбросы других тяжелых металлов включают в себя хром, медь, свинец и никель. Диоксины образуются при высокотемпературных процессах, в которых принимают участие хлор и органические соединения, они являются устойчивыми и медленно разрушаются в окружающей среде. Твердые частицы содержат мелкие частицы неорганических материалов, которые имеют широкие вариации химического состава, размеров и площади поверхности. Выбросы твердых частиц могут стать причиной респираторных заболеваний.

Реальное воздействие выбросов на окружающую среду зависит от: природы поступающих отходов, эффективности сжигания, эффективности очистки дымовых газов, эффективности рассеивания в атмосфере.

загрязнение воды связано с тем, что мусоросжигательные устройства нуждаются в воде для охлаждения и для очистки дымовых газов. Стоки илов и шламов, вода для очистки, загрязненная биоцидами при очистке трубопроводов, требуют дополнительной очистки и размещения.

удаление золоостатков от мусоросжигания может привести к образованию пыли, хотя можно устранить это явление путем увлажнения золоостатков в процессе размещения. Золоостатки должны храниться в герметичных контейнерах.

Как указывалось выше, при мусоросжигании образуются остатки количестве приблизительно 30% по весу от поступающих твердых бытовых отходов, они требуют размещения на полигоне промышленных отходов.

Мусоросжигание с утилизацией энергии является реальным выходом по сокращению количества отходов, подлежащих размещению на полигонах, так как с его помощью можно фактически перерабатывать все бытовые и коммунальные отходы.

В процессе поиска альтернативных путей размещения и утилизации отходов методу складирования на полигоне в нашем городе рассматривались проекты строительства мусоросжигательных заводов с технологией уменьшения объемов отходов и извлечения тепла. Однако все они были отклонены, так как не отвечали критерию экологичности.

Проблемы и особенности термических методов переработки ТБО

ТБО представляет собой смесь, в которой есть почти все химические элементы в виде их различных соединений. Наиболее распространенным, из которых является: С (30% по массе), Н₂ (4%). Теплотворная способность ТБО во многом определяется именно этими элементами. В промышленно развитых европейских странах теплотворная способность ТБО составляет от 7955 до 10043 10³ Дж/кг, иногда 1381610³ Дж/кг, прогнозируется дальнейший рост. Сжигание ТБО является окислительным процессом, в котором превалирует сжигание Н и С. При неполном сгорании продуктов увеличивается вероятность образования нежелательных соединений СО, полициклических органических соединений, сажи и др. Например, разложения соединений галогенов, а также N, S нe имеют способность концентрироваться в ТБО по сравнению с их содержанием в земной коре.

Содержание ряда опасных элементов в земной коре и в ТБО.

Элементы	Содержание, г/т
	В ТБО	В земной коре
Cl	5000…8000	150
Br	30…200	2,4
Cu	1000…3000	500
S	200…1000	60
Zn	600…2000	70
Pb	400…1000	14
Hg	0,5…5	0,1
Cd	5…15	0,15

В условиях сжигания ТБО галогена преимущество находится в форме их соединений с H₂, являющиеся наиболее устойчивым продуктами сгорания. S преимущественно (70%) в нелет. сульфаты, остающиеся в шлаке, а часть выделенных в виде SO₂. в нечистых дымных газах концентрацию загрязнений могут составлять мг/м³:

HCl 300…1000

HBr 100…500

HF 2…10

SO₂ 100…500

Сухие ТБО содержат около 1% N₂, основным продуктом сжигания которых является NO, его обычная концентрация в неочищенном газе 200-400мг/м³. Fe, Cr, Ni преимущественно переходят в шлак, Pb, Cd образуют летучие хлориды, уносимые с газами. При охлаждении дымных газов до 200 С^О они конденсируются и улавливаются вместе с золой на стадии газоочистки. Одним из наиболее токсичных металлов является Hg и ее соединения. Они переходят главным образом в газовую фазу.

За последние 10 лет содержание в ТБО токсичных металлов растет за счет увеличения в них сухих гальванических элементов и аккумуляторов, металлических синтетических материалов. Основным источником попадания Сd являются батарейки и синтетические материалы. При сжигании ТБО 90% Cd попадает в дымный газ и осаждается в основном на мелких (2 мм) частицах золы, поэтому применительно к уменьшению количества Cd, задача сводится к полному улавливанию летучей золы, содержащей еще Pb и другие металлы. Концентрация металлов в отходящих газах при сжигании ТБО в 10-100 раз больше концентрации металлов в отходящих газах ТЭЦ, ТЕС, АЭС. В прочем сжигание ТБО, особенно в условиях недожога образуются весьма токсичные органические соединения: хлордибензофураны, полихлорид и бензодиоксины. Существуют 2 механизма образования диоксинов и фуранов:

Из С в процессе его окисления при избытке кислорода в присутствии соединений Cl и Сu как катализаторов.

Из соединений, которые уже имеют похожую структуру состоящие из хлорбензолов и хлорфенолов.

Первичное образование на стадии осаживания дымовых газов, содержащих HCl, соединения Cu (Fe) и углеродсодержащие частицы при t=450С^О 250С^О за счет реакции гетерогенного оксихлорирования частиц углерода. Температура начала распада диоксидов 700С^О, а нижний предел их образования 150-300С^О. для того, чтобы при сжигании на стадии газоочистки обеспечить снижение соединительных диоксидов и фуранов до требуемых величин (0,1 мг/м³) должны быть реализованы первичные мероприятия, в частности, правила двух секунд, то есть геометрия печи должна обеспечивать продолжительность пребывания в зоне с температурой, равной 850С^О порядка двух секунд при избытке О₂ (6%).

Самой распространённой технологией сжигания мусора является технология сжигания в слоевой топке на колосниковых решётках.

Сжигание отходов в топках с псевдосжиженным слоем широко распространено в Японии. В США работает технология по сжиганию отходов в циркулирующем псевдосжиженном слое.

Получает распространение технология предварительного пиролиза и последующего высокотемпературного сжигания.

Все эти технологии обладают одним общим недостатком - повышенной экологической опасностью при бункерном хранении ТБПО, связанной с гниением отходов, с неравномерностью загрузки печей и, как следствие, с наличием вторичных отходов

По технологиям сжигания ТБПО на колосниковых решётках при температуре 600-900°С остаётся 25-30% вторичных твёрдых отходов, заражённых высокотоксичными веществами и требующих, в свою очередь, обезвреживания или специального захоронения. Кроме этого, при сжигании отходов при указанной температуре и медленном нагреве идет интенсивное образование диоксинов и ПАУ как в процессе сжигания отходов, так и в процессе охлаждения газов, где главную функцию синтеза и их транспортировки выполняют аэрозоли сажи. В результате этого происходит загрязнение окружающей среды на расстоянии до 30 км и, как правило, (из зарубежной практики) заводы по переработке ТБПО закрываются (Нидерланды, Голландия, Польша и т.д.) или переводятся на дорогостоящую систему очистки газов с помощью угольных фильтров и специальных катализаторов окисления окислов азота, ПАУ и диоксинов.

Технологии по сжиганию отходов в топках с псевдосжиженным слоем и в циркулирующем псевдоожиженном слое не решают проблему утилизации и обезвреживания твёрдых остатков - шлака, и особенно летучей золы.

Сжигание ТБПО по технологии "Пиролиз и высокотемпературное сжигание" сложно аппаратурно как на стадий пиролиза и сжигания отходов, так и на стадии газоочистки.

Диоксины

И, наконец, самыми опасными являются "диоксины": смесь полихлордибензо-пара-диоксинов (ПХДД) и полихлордибензофуранов (ПХДФ). Диоксины пропитывают все среды вокруг МСЗ. Неподалеку от МСЗ (напомню, что японские МСЗ одни из лучших в мире) была выявлена зона с высокими показателями смертности от рака. Изучение загрязнения диоксинами окрестностей завода показали, что в зоне до 1,1 км к югу от завода из 57 умерших в течение 1985-95 гг., 24 умерли от рака (42%), а в зоне от 1,1 до 2,0 км из 167 умерших только 34 умерли от рака (20%). Последняя цифра близка к средней для этого региона (25-28%). Тяжелые частицы, несущие диоксин выпадают как раз в зоне, прилегающей к трубе МСЗ, однако более мелкие частицы разносят диоксины по всей стране. Голландцы показали, что даже на расстоянии 24 км хорошо прослеживается диоксиновое загрязнение. Имеющиеся у нас МСЗ довольно грязные, так как построены еще тогда, когда о диоксинах и не слышали. Так летучая зола мурманского МСЗ содержит 2 нг/г, что на порядок выше западных МСЗ. Соответственно и выбросы в воздух должны быть на порядок выше. Содержание диоксинов в грудном молоке мурманских матерей (27,5 пкг ТЭ/г жира) во многом связано с работой этого завода, если в Мурманске построят еще один завод, ситуация резко ухудшится.

Есть основание предполагать, что при обычном способе сжигания мусора в газовом тракте снова образуются токсичные соединения (диоксины, полиароматические углеводороды (ПАУ) и т.д.), где главную функцию синтеза и транспортировки выполняют аэрозоли сажи:

а) образование синтезгаза С + Н₂О = СО + Н₂;

б) гетерогенный каталитический синтез органических соединений на поверхности аэрозолей сажи;

в) сорбция продуктов синтеза на поверхности сажи.

СО + Н₂ + НС1 = ПАУ, диоксины и т.д.

На 1см² сажистой аэрозоли могут разместиться приблизительно 1014 молекул ПАУ и диоксинов. В 1 м³ отходящих газов могу находиться десятки миллионов частиц сажи с общей поверхностью больше 100м². На такой поверхности может разместиться больше 10²⁰ молекул ПАУ и диоксинов. Улавливание сажистых аэрозолей крайне сложная и дорогостоящая задача. На рис. хорошо видно, что эмиссия диоксинов из трубы прямо связана с пылью.

Именно поэтому, вокруг даже самых лучших сжигателей, полностью удовлетворяющих требованиям Нормативов Европейского Союза (НЕС), создаётся отравленная загрязненная зона. Она очень ярко выражена в радиусе до 1,5 км вокруг трубы сжигателя, а при его многолетней работе эта зона охватывает до 30 км. В ближней зоне выпадают наиболее крупные аэрозольные частицы, а более мелкие распространяются на десятки километров.

Согласно (НЕС) геометрия горячей зоны сжигателя должна обеспечить пребываете газов в зоне с температурой не ниже 850°С в течение не менее 2 секунд (правило 2 секунд) при концентрации кислорода не менее 6%.