4.4. Методы переработки твердых отходов

Для переработки твердых отходов применяются такие процессы, как дробление и измельчение, классификация и сортировка, обогащение в тяжелых средах, отсадка, магнитная и электрическая сепарация, сушка и грануляция, термические процессы, твердофазная экстракция и т.д.

Для дробления и измельчения твердых отходов на минеральной основе (отходы горнодобычи, шлаки, штейны, фосфогипс, пиритные и колчеданные огарки и др.) применяют машины, в которых используют способы измельчения, основанные на раздавливании, раскалывании, размалывании, истирании и ударе.

Измельчение твердых отходов на органической основе (резинотканевые, из полимерных материалов, древесные и др.) осуществляется в машинах, принцип действия которых основан на распиливании, резании и ударе.

Для крупного дробления (размер частиц до дробления 1500 – 300 мм, после – 300 – 100 мм) используют щековые и конусные дробилки; для среднего (размер частиц до дробления – 300 – 100 мм, после – 50 – 10 мм) – конусные и валковые дробилки; для мелкого (размер частиц до измельчения – 5 – 10 мм, после – 10 – 2 мм) – молотковые, ударно-центробежные мельницы, некоторые типы конусных и валковых дробилок; для тонкого измельчения (размер частиц до измельчения – 15 – 5 мм, после – 2 – 0,005 мм) – барабанные шаровые, стержневые, кольцевые мельницы.

Для разделения твердых материалов на фракции по крупности используют такие способы, как просеивание или грохочение через сита и решета. В этом случае разделение происходит под действием гравитационно-инерционных или гравитационно-центробежных сил. Для грохочения применяют грохоты следующих типов: неподвижные колосниковые; барабанные вращающиеся; ударные для тонкого грохочения; плоские подвижные (полувибрационные); вибрационные с прямолинейными вибрациями и др. Для гидравлической классификации применяют спиральные классификаторы и гидроциклоны, для воздушной классификации – воздушно-проходные сепараторы.

Для сепарирования и обогащения твердых материалов используют следующие методы: гравитационный, флотационный, магнитный, электрический и др. Гравитационный метод обогащения основан на использовании различной плотности разделяемых материалов. По этому методу осуществляются такие процессы, как обогащение в тяжелых средах, отсадка, обогащение в струе воды по наклонной плоскости, обогащение в центробежном поле и криволинейных потоках. Флотационный метод обогащения аналогичен методам флотации.

Методы магнитной и электрической сепарации используют соответственно магнитные и электрические поля и имеют различное конструкционное решение.

Среди химических процессов для обезвреживания твердых отходов наиболее подходящими являются термические (или термохимические). Термическое обезвреживание производят прямым сжиганием или пиролизом твердых отходов. Сжиганию подвергают полимерные материалы (пластмассы, смолы, резину), органические вещества с температурой плавления более 30 – 40 °С, текстильные отходы и др. Теплота сгорания горючих отходов составляет 11000 – 20000 кДж/кг. Для сжигания требуется избыток воздуха – от 40 до 100 % от стехиометрии. При сжигании органических отходов могут образовываться следующие газообразные продукты: СО₂, N₂, NO_Х, Н₂О, HF, HCl, HBr, SО₂ и др. Минеральные вещества остаются в золе. Целесообразно проводить дожигание газов с получением новых продуктов, которые можно использовать в производственном цикле в качестве сырья или промежуточных продуктов. Выделяющееся тепло также целесообразно использовать.

Некоторые органические отходы (содержащие, например, целлюлозу, резину, полимеры) можно подвергать пиролизу. Пиролиз относится к прогрессивным способам переработки пластмассовых отходов. Он протекает при 500 – 1000 °С в бескислородной (обедненной кислородом) атмосфере, что препятствует возгоранию полимеров, количество и состав продуктов пиролиза зависят от исходных веществ и технологического режима переработки. В среднем продукты разложения отходов содержат 30 % воды, 25 % газов, 15 % смолы, 30 % кокса. Из отходов полиэтилена при пиролизе в псевдоожиженном слое при 740 °С получают до 25 % этилена, 16 % метана, 12 % бензола и 10 % пропилена.

Установка для термического разложения полимерных отходов состоит из тарельчатого или шнекового питателя, печи разложения с воздуходувкой, ректификационной колонны и холодильника.

В зависимости от свойств производственных отходов выбирают ту или иную конструкцию печи сжигания, но все они должны отвечать следующим основным требованиям:

– обеспечивать хорошее перемешивание твердых отходов в процессе горения для лучшего проникновения кислорода воздуха в массу отходов и возможно более полного процесса окисления органической части твердых отходов;

– сохранять и поддерживать достаточно высокие температуры, гарантирующие полное сгорание органических составляющих твердых отходов, надежное воспламенение и устойчивое горение твердых отходов;

– обеспечивать полное обезвреживание минеральной части промышленных отходов от органических веществ;

– сочетать простоту конструкции с удобством обслуживания.

Сжигание производственных твердых отходов можно проводить в печах различной конструкции. До середины 70-х XX в. годов в основном использовались камерные, барабанные и многоподовые печи. В последние годы их вытесняют печи с псевдоожиженным слоем. Отличительной особенностью сжигания твердых отходов химических производств является более высокая температура процесса, чем при сжигании твердых отходов нехимических производств.

Наиболее наглядно особенности термического метода переработки химических отходов проявляются при сжигании пластмасс. Большинство пластмасс имеют более высокую скорость горения и требуют в 4 – 5 раз больше воздуха, чем прочие твёрдые отходы. При их сжигании развивается высокая температура, что затрудняет работу печей. При горении полиолефинов и полистирола наблюдается сильное дымообразование. При термическом разложении полиуретанов и полиамидов образуется некоторое количество токсичных газов. Следовательно, при сжигании пластмасс не исключена возможность вторичного загрязнения окружающей среды, в связи с чем требуется дополнительное устройство для очистки отходящих газов.

Особенно это относится к поливинилхлориду и огнестойким сортам пластмасс, содержащим галогены. В то же время признано, что пока в твердых отходах содержание полимерных материалов не превышает 10 мас. %, их можно сжигать со всеми прочими отходами без применения специальных печей.

Обработка осадков сточных вод. Основные компоненты сырых осадков углеводы, жироподобные и белковые вещества – в сумме составляют 80 – 85%, а остальные 15 – 20% – это лигниногумусовый комплекс. Органические вещества, содержащие углерод, распадаясь, образуют метан, водород, диоксид углерода, спирты и воду, азотсодержащие – аммиак и свободный азот, а серосодержащие – сероводород. Основные задачи, которые необходимо решить при переработке осадка, – это уменьшение его объема (количества) и возможность утилизации, например, в качестве удобрения или топлива. Первая операция при переработке осадка – снижение его влажности (которая первоначально составляет 94 – 99%), для чего используют естественную сушку осадка на иловых площадках, а также искусственные механические и термические способы обезвоживания осадка. При естественной сушке на иловых площадках влажность осадка снижается до 75 – 80%, а объем уменьшается в 4 – 7 раз. Механическая сушка (центрифугирование, фильтр-прессование, фильтрование на различных аппаратах, например вакуум-фильтрах) уменьшает влажность до 70 – 80 %, последующая термическая сушка – до 15 – 25 %.

Сухие осадки можно сжигать в печах различного типа, например в многоподовых или барабанных реакторах кипящего слоя.

Для переработки влажного осадка применяют отстойники различного типа и конструктивного исполнения, в которых идут ферментация и перегнивание осадка. Разложение органических веществ в некоторых из этих сооружений, например метантенках, происходит в анаэробных условиях (без доступа свободного кислорода из воздуха). В результате образуются метан, диоксид углерода и небольшие количества водорода, аммиака и сероводорода.