Сооружение и оборудование для механического, физико-химического и биохимического способов уменьшения объема отходов

Цель: изучить сооружения для механического, физико-химического и биохимического способов уменьшения объемов отходов.

Оборудование: раздаточный учебный материал.

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. Выполнить практические задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретическая часть.

 Во многих задачах транспортирования, складирования, обез­вреживания, переработки и использования твердых отходов особое значение имеют уменьшение их объема (например, уплотнением, компактированием, таблетированием), а также снижение влажнос­ти, стабилизация состава, сокращение массы. В результате таких операций обычно значительно уменьшаются объем необходимого оборудования и расходы на дальнейшую переработку.

Механическое уменьшение объема материала (компактирование) производят с помощью разного рода прессов низкого (до -7500 Па) и высокого давления. Такие прессы могут иметь раз­личные приводы, исполняются горизонтальными или вертикальны­ми (в некоторых случаях - на подвижных устройствах) и, в зависи­мости от производительности, изготавливаются для использования в точках генерирования, сбора, складирования или переработки отходов. Некоторые показатели работы таких прессов:

Максимальный объем отходов в загрузочном бункере, м³             0,7—7

Время рабочего цикла (загрузка, компактирование, разгрузка), с         20—60

Давление прессования, Па       1200—4500

Ход пуансона, м       0,1—0,7

Снижение объема отходов в         2—8 раз

В таких прессах уплотняют отходы бумаги, картона, пластмасс, стружку различных материалов, некоторые композиции городс­ких (бытовых) отходов.

Порошкообразные материалы уплотняют в разного рода прес­совых таблетирующих машинах, в том числе в вальцевых прессах.

П редварительное размягчение (пластикация) многих отходов пластических масс и приданием им определенной формы путем продавливания через профильтрующую головку достигается в шнековых (рис. 11.2 в) дисковых или поршневых экструдерах, снабженных устройствами для нагревания металла.

Прессы с горизонтально расположенными валами - каландры используют для получения плит и листов из пласт­массовых, бумажных, тканевых, резиновых и других отходов. Применением каландрования иногда удается прямая рекуперация вторичных материалов.

Широкое использование в изготовлении различных строитель­ных, теплоизоляционных и других изделий на основе отходов могут найти прессы ленточно-роликового типа, применяю­щиеся в «сухом» или «полусухом» формовании и подпрессовке во­локнистого ковра при изготовлении древесно-волокнистых плит. По принципу вакуум-фильтров работают сеточные машины для отливочного формования изделий из материалов, подаваемых на сетки таких машин в виде суспензии. Ясно, что многие виды оборудования специальной технологии разных производств могут быть использованы в рассматриваемых здесь приемах переработ­ки твердых отходов.

Для физико-химических способов сокращения объема отходов используют сжигание, пиролиз, гидролиз и другие специфические способы химического превращения компонентов отходов. При сжигании, например, смешанных отходов, содержащих 15% пище­вых отбросов, 44% бумаги и картона, 3% пластмасс, 2% текстиль­ных материалов, по 0,5% резины и кожи, 12% листьев деревьев, 2% древесины, 8% стекла, 6% оловосодержащей тары, 2% железа, 1% других металлов, 4% прочих загрязняющих материалов, получают зольный остаток, в котором содержание перечисленных компонен­тов составляет 3,2%; 10,9; 1,3; 0,2; 0,4; 2,3; 0,1; 32,9; 24,7; 8,2; 4,0; 11,8% соответственно при сокращении объема отходов - на 90%.

Сооружения и оборудование для таких процессов (печи, напри­мер), а также для процессов обезвоживания и сушки разного рода осадков и шламов подробно рассмотрены в предыдущих главах кни­ги. Особого внимания в проектах заслуживают вопросы «контроля эмиссий» в такого рода процессах (особенно — термических): очис­тка отходящих газов, рекуперация энергии, использование газовых, жидких и твердых продуктов (продуктов пиролиза, например).

Многие органические материалы (бытовые и другие отходы), содержащие сахар, крахмалы, аминокислоты, гемицеллюлозы, некоторое количество целлюлозы, жиры, масла, воски, лигниноподобные вещества, лигноцеллюлозу, протеины, могут быть пере­работаны в гумусоподобный продукт за счет активности бактерий (а также грибов, дрожжей, актиномицетов) в процессе, называемом компостированием. Чаще всего компостирование осуществляют в аэробных условиях. Получающийся при этом продукт характе­ризуется цветом (от темно-коричневого до черного), относитель­но невысоким углерод-азотным отношением (10-20 вместо 35-50 для исходного материала), непрерывно изменяющимся соста­вом вследствие активности микроорганизмов, высокой емкостью по обменным реакциям и водопоглощению.

Компостирование проводят в компостных валках, кучах, ямах, траншеях. Процесс обычно заканчивается за 5 недель, после чего необходимо еще 2-4 недели для окончательной стабилизации ком­поста. В период биохимической активности микрофлоры материал перелопачивают (для обеспечения доступа воздуха) и увлажняют (~ до 50%). Трудноразлагаемые отходы иногда компостируют с ре­циркуляцией части готового компоста. Оптимальной температурой процесса считают 45-55 °С (50-55 °С в первые несколько дней и около 55 °С - в последующем периоде). Существенно уменьша­ется биологическая активность при 66 "С. Для исключения потерь азота (с NH₃) показатель рН в процессе не должен превышать 8,5.

Продукт компостирования приемлем для использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения (вместо навоза, например) и кондиционера почвы, если он не содержит вредных примесей (тяжелых металлов и др.) и патогенной микрофлоры. Обычно от 6 до 8 тыс. м² земли требуется для производственного компости­рования 50 т/сут отходов (типа муниципальных).

Более организованно (например, на мусороперерабатывающих заводах) компостирование осуществляют в сооружениях непрерыв­ного действия типа барабанных или полочных печей при переме­шивании и непрерывном подводе воздуха. Иногда используют ком­постирование на конвейере. В компост перерабатывают сельскохо­зяйственные отходы (навоз, птичий помет, льняную и конопляную костру, стебли и кочерыжки, непригодные корма), органические бытовые отходы, фекалии, осадки и илы от отстойников сточных вод, отходы кожевенных заводов, пищевых производств и пр.

Все большее значение в переработке органической части мно­гих биоразлагаемых отходов приобретают анаэробные процессы, особенно производящие метансодержащий газ. Такие процессы в настоящее время рассматриваются в одном ряду с гидрогазифи­кацией и пиролизом. Основными сооружениями для анаэробной ферментации являются метантенки. При переработ­ке отходов в метантенках обычно руководствуются следующим: размер частиц отходов должен соответствовать возможности их гидротранспорта и перемешивания; доля отходов в смеси с илом и осадком обычных метантенков станций аэрации сточных вод составляет 50—90% (чаще 60%); время пребывания в метантенке — 5—10 суг; нагрузка — 0,6—1,8 кг/(м³ • сут); температура — 55—60 °С. В этих условиях биоразлагаемая часть муниципальных отходов, например, разлагается на 40—60% с выходом 0,5—0,7 м³ газа (- 60% СН₄, 40% СО₂) на 1 кг отходов.

Полигоны и свалки бытовых и смешанных отходов, некоторые шламохранилища также целесообразно оснащать трубопроводами для сбора и транспортирования горючего газа, образующегося в нижних горизонтах при длительном хранении, и анаэробной биодеструкции отходов.

Практическая часть:

1. Зарисуйте схему работы и устройства прессового оборудования.

2. Опишите способ механического, физико-химического и биохимического способов уменьшения объемов отходов

Контрольные вопросы:

1. Охарактеризуйте способ механического уменьшения объемов отходов.

2. Охарактеризуйте способ физико-химического уменьшения объемов отходов.

3. Охарактеризуйте способ биохимического уменьшения объемов отходов.