Управление отходами. Сбор транспортирование прессование сортировка

Обнаружено, что соотношение «начальная плотность:относительное уменьшение объема» связано в первую очередь с соотношением «твердое тело:пустота». Образцы с малой плотностью в большинстве случаев содержали пропорционально меньшее количество твердых материалов и больше пустот, чем образцы с высокой плотностью. В результате этого объем уплотнительной камеры при прессовании брикетов, полученных из образцов с малой плотностью, оказывался меньше, чем при прессовании образцов с высокой плотностью (при одинаковом исходном объеме образцов). Образцы с равным начальным объемом и плотностью всегда образовывали брикеты одинакового объема.

Сопоставление объемов брикетов, полученных в уплотнительной камере при высоком давлении и образованных из образцов одинакового объема и равной начальной плотности (или массы), показывает, что приблизительно

141

30 % отклонений в относительном уменьшении объема связано не с различиями пустот в объеме бытовых отходов, а с различной плотностью специфических твердых материалов и количеством поглощенной влаги. Вычисления показывают, что при одинаковой (по массе) загрузке отходов, например 45,36 кг, после уплотнения они занимают объем, равный примерно 29,4+15 % дм3 (28,3±15 % дм3 при массе 42,18 кг), независимо от начальной плотности образцов. Соответственно плотность брикетов (табл. 19) в уплотнительной камере меняется только в пределах 30 % независимо от начальной плотности рыхлых образцов.

Таблица 19

Зависимость плотности брикетов из бытовых отходов от начальной плотности и давления при уплотнении [75]

Кроме того, поскольку при давлении, превышающем 12 400 кПа, изменения объема пустот очень малы, то можно сделать вывод, что 30%-ное изменение плотности различных брикетов вызвано главным образом изменениями удельной массы твердых материалов. Поскольку образцы равной массы при уплотнении занимают одни и те же объемы, то для получения брикетов одинакового размера поступающие отходы надо контролировать по массе, а не по объему. Наконец, дополнительное уменьшение объема было достигнуто при некотором давлении, поддерживаемом в течение определенного промежутка времени. Примерно через 15–30 с у образцов, уплотненных при различных давлениях, наблюдалось значительное уменьшение объема брикетов. Однако в случае выдержки при более высоких давлениях объем уменьшался не столь заметно. Уменьшение объема, достигнутое при давлении примерно 7000 кПа, было эквивалентно тому, которое получено при 12 000 кПа без выдержки под давлением. Выдержка при давлении примерно 14 000 кПа дает приблизительно такое же уменьшение объема брикета, как и уплотнение давлением

17 500 кПа.

142

Упругое последействие. Объем любых уплотненных образцов бытовых отходов, включая отходы, полученные в рассыпанном рыхлом виде, в мешках или измельченные, а также любые другие, содержащие волокнистые или упругие материалы, после снятия давления возрастает очень быстро, достигая максимума в первые 1–2 мин. Для брикетов разного состава, уплотнявшихся при разных давлениях, первоначальный объем в течение этого периода возрастал в среднем на 43–66 % (табл. 20).

Таблица 20

Увеличение объема, плотность и относительное уменьшение объема брикетов после снятия давления [75]

Наименьший относительный рост объема влажных отходов наблюдался при давлении примерно 21 000 кПа, а наибольший – при давлении примерно

1400 кПа.

Объем брикетов, спрессованных при давлении менее 10 500 кПа, возрастал несколько меньше, чем при давлении 14 000 кПа. Однако поскольку объем уплотнительной камеры до этого увеличения объема систематически изменялся в значительной степени в зависимости от приложенного давления, соответственно, колебался и конечный объем брикетов.

Все брикеты, уплотненные при меньших давлениях, занимали больший объем, чем брикеты, спрессованные при более высоких давлениях. В наибольшей степени увеличивали свой объем или очень влажные, или очень сухие отходы. Наименьшее увеличение объема наблюдалось только у влажных образцов. Очень влажные образцы после уплотнения обычно частично или полностью разваливались. Однако выяснилось, что очень влажные отходы попадаются довольно редко, и для решения этой проблемы требуется просто повторное прессование распавшихся брикетов.

143

В эксперименте отходы уплотнялись в небольшие блоки размером примерно 40×50 см при переменной высоте. При этом, естественно, возрастало напряжение изгиба крупных волокнистых и упругих предметов, входящих в состав отходов и, следовательно, увеличивались силы упругого последействия внутри брикетов. Крупные брикеты испытывали меньшее упругое последействие. Опыты показали, что объем свободно лежащих брикетов продолжал возрастать и через 24–72 ч составлял примерно 80 %, а в некоторых случаях 100 % от начального объема уплотнительной камеры. Однако силы упругого последействия, влияющие в основном только на внешний слой брикетов, невелики, а поскольку маловероятно, чтобы брикеты хранились или перевозились не будучи сложенными в штабеля, то можно утверждать, что последующее увеличение объемов может быть предотвращено. Таким образом, при уплотнении смесей бытовых отходов в небольшие брикеты, вероятно, целесообразно учитывать их объем, определенный спустя 1 или 2 мин после начала его роста.

Увеличение объема брикетов, уплотненных в трехпоршневом прессе, говорит в пользу последовательного повышения прикладываемого давления. Например, объем брикетов, которые были спрессованы при давлении примерно 24 000 кПа, возрос приблизительно на 60 %. При этом их размеры увеличились по высоте на 50 % (24 000 кПа), по длине лишь на 4 % (3950 кПа) и по ширине на 2 % (650 кПа). Если приложенное к брикетам давление уменьшается, а влажность отходов велика, то брикеты удлиняются и расширяются, а высота их уменьшается. Максимальное увеличение размеров составляло около 20 % в длину и около 10 % в ширину. Если при брикетировании давление во всех трех направлениях одинаковое, то можно ожидать увеличения объема.

Значения относительного уменьшения объема, определенные после проявления упругого последействия, менялись в широких пределах. Максимальное уменьшение объема (после проявления упругого последействия) вновь было обнаружено у образцов с малой плотностью пустот. Для образцов с малой плотностью оно в среднем менялось от 10:1 до 7:1 (в зависимости от приложенного давления), а для образцов с высокой начальной плотностью – от 6:1 до 5:1. Учитывая природу современных смесей твердых отходов, полное уменьшение объемов можно считать равным примерно 8:1, или почти 90 %.

Стабильность структуры брикетов твердых отходов зависит главным образом от когезионной способности тех структур брикетов, которые образуются в процессе уплотнения. Такие структуры получались при уплотнении материалов, если составляющие их твердые частицы были приведены в тесное соприкосновение друг с другом. Поскольку приложенное к этим материалам высокое давление увеличивает возможность и силу контактного взаимодействия и к тому же число и силу образовавшихся связей (благодаря соединению

144

и адгезии компонентов смеси), то наиболее прочные брикеты были получены при самых высоких давлениях. Соответственно, эти брикеты в наибольшей степени противостояли силам разрыва, которые проявлялись в процессе увеличения объема.

Было показано, что все смеси бытовых и других подобных отходов, за исключением очень влажных, обладают достаточно хорошей способностью к сцеплению, а это при высоком давлении приводит к образованию очень устойчивых структур. Наиболее прочные брикеты получались при давлении примерно 24 000 кПа, но иногда и при давлении 14 000 кПа. Большая часть брикетов, спрессованных при 10 500 кПа, также имела достаточно высокую прочность. Заметное увеличение плотности и прочности наблюдалось всегда, особенно в случае низкого давления, при выдержке брикетов под давлением в течение некоторого времени. Наиболее плотные брикеты с прямыми гранями, сторонами и углами были получены из образцов, содержащих соответственно измельченные, упакованные в бумажные мешки и рыхлые отходы.

При определении устойчивости брикетов по отношению к внешним механическим воздействиям при обработке материалов и в условиях транспортировки их подвергали испытаниям на ударную вязкость и вибрационным нагрузкам при лабораторных исследованиях и испытаниям на ударную вязкость в условиях реальной перевозки по железной дороге на расстояние более

1100 км.

Испытания на ударную вязкость показали, что все брикеты из уплотненных отходов могут выдержать падение с высоты до 3 м без серьезных повреждений. Брикеты, предварительно подвергнутые жестким вибрационным нагрузкам и испытаниям на ударную вязкость (описанным ниже), частично потрескались, некоторые раскололись. Брикеты, спрессованные примерно при 24 000 кПа, были, как правило, более прочны, чем брикеты, уплотненные при

14 000 кПа.

Лабораторные вибрационные исследования и испытания на ударную вязкость проводились на закрепленных и незакрепленных брикетах, подвергавшихся действию сначала вибрационных ударных сил, а затем – прямого удара. Первоначальные испытания показали, что все брикеты без труда выдерживали условия, имитирующие перевозку по железной дороге на расстояние примерно 500 км с 12 ударами, два из которых соответствовали столкновению. Проведенные затем дополнительные испытания показали, что даже наихудшие образцы сохранялись в процессе перевозки на расстояние более 1000 км независимо от того, были они укреплены снаружи или нет.

Что касается железнодорожных перевозок, то были предприняты два рейса примерно по 1100 км – один с 40 брикетами, другой с 264 брикетами.

145

В первом рейсе испытывались брикеты, полученные из рыхлых отходов и из отходов из бумажных мешков, спрессованные при давлении примерно 14 000 и 24 000 кПа. Во втором рейсе, кроме перечисленных, транспортировались брикеты, уплотненные при 10 500 кПа и выдержанные под давлением до 9 сут. Брикеты лежали на полках, часть – в один слой, часть – в два слоя, но большинство в четыре слоя. На брикеты, сложенные в один и два слоя, были помещены мешки с песком, чтобы имитировать различные нагрузки, которые могут встречаться в реальных условиях. Условия перевозки, созданные на протяжении этих рейсов, были более суровыми, чем в обычных условиях. Были зарегистрированы сильные и резкие удары. Время перевозки для первого рейса составило 9 ч, для второго – 14,5 ч. Все брикеты, включая и разбросанные по вагону в результате ударов, после рейсов протяженностью примерно 1100 км оказались в хорошем состоянии (пригодными для дальнейшей обработки). От брикетов отломилось только небольшое количество осколков (около 1 % по массе).

Хрупкие брикеты получались обычно при давлении до 7000 кПа. Наиболее хрупкие брикеты разваливались непосредственно после выталкивания из пресса или после переноски. Однако при уплотнении 7000 кПа уже наблюдалось явное увеличение прочности брикетов. Большинство брикетов, уплотненных при 10 500 кПа, не разрушались после обычной обработки на месте и оказались пригодными для описанных выше железнодорожных перевозок.

Анализируя полученные результаты, можно утверждать, что смеси отходов, подобных бытовым, при отсутствии избыточной влаги могут спрессовываться при давлении 14 000–24 000 кПа в прочные брикеты без применения каких-либо связующих или дополнительных креплений. Выдержка при давлении приводит к уменьшению объема брикетов и повышает их прочность. Структура смесей, содержащих чрезмерное количество либо очень влажных отходов, либо резины, пластмасс, или стекла, непрочная.

Контроль загрязнений окружающей среды при прессовании отходов на установке по брикетированию отходов такой же, как и на любой установке по сбору и хранению отходов или на промышленной установке, использующей сложное машинное оборудование. Методы специализированного и сложного контроля, которые применяются на химических технологических установках, здесь не требуются. Основное различие связано с работой уплотняющего пресса и вспомогательного оборудования. При работе установки по брикетированию отходов основным вредным воздействием является производственный шум. Меры по контролю его уровня включают в себя рекомендации, которые могут быть прямо реализованы в конструкции здания, пресса и оборудования для обработки материалов. Кроме того, насосы пресса (основной источник шума) можно снабдить звукопоглощающими кожухами. С точки

146

зрения требований промышленной гигиены и здоровья обслуживающего персонала на территории, где действует установка для прессования, должны соблюдаться правила безопасности движения и предусмотрены средства для тушения пожара.

Поскольку основные свойства рыхлых твердых отходов в процессе обработки изменяются мало, то для них можно применять те же меры контроля, что и для необработанных отходов. Например, в бункерах-хранилищах печей для сжигания отходов к таким мерам относятся контроль запаха и паразитов, а также контроль запыленности и выщелачивания на определенных стадиях обработки материалов, утилизации или хранения твердых отходов.

Контроль запаха требуется всюду, где собираются отходы, независимо от того, обрабатываются они или нет. Таким образом, установка для прессования отходов должна быть оборудована принудительной вентиляцией, хотя в высокопроизводительном оборудовании нет необходимости. Исследования, проведенные с прессованными брикетами, показывают, что после уплотнения разложение продуктов питания и отходов растительного происхождения происходит быстрее, чем рыхлых отходов, особенно если они находятся близко друг к другу. Все исследованные брикеты разлагались аэробно, выделяя в основном воду и двуокись углерода, и не были источником гнилостного запаха, хотя некоторые из них иногда содержали такие отходы, как, например, сырое мясо, которое может давать неприятный запах.

Если работа персонала, связанная с выделением патогенных веществ, присутствующих в рыхлых отходах, требует и особых мер предосторожности, то для персонала, следящего за хранением брикетов, особые меры по охране здоровья могут быть исключены, так как температура внутри брикетов повышается очень быстро и является достаточной для уничтожения большинства микроорганизмов.

Меры по контролю загрязнений от брикетированных твердых отходов, образованных в процессе последующей транспортировки или на полигонах захоронения ТБО, такие же, как от рыхлых отходов. На полигонах ТБО брикетированные отходы могут храниться при сильном ветре без опасности, что будут разнесены по окрестности. Брикеты твердых отходов не загораются так легко, как неуплотненные материалы, а также препятствуют фильтрации воды. Кроме того, брикетированные отходы поступают на полигоны захоронения ТБО, вероятно, либо с очень малым содержанием патогенов, либо вообще без них вследствие разогрева брикетов изнутри и возможности их уничтожения в промежуток времени между образованием брикетов, их хранением и транспортировкой.

Таким образом, установлено, что с точки зрения защиты окружающей среды прессование и брикетирование по сравнению с другими процессами наносит меньший вред [75].

147

4.3.2. Отечественные исследования процесса прессования ТБО

Методическое обеспечение исследований

Анализ литературных данных, теоретическое описание процесса прессования ТБО позволили выявить влияние многих факторов на эффективность процесса. Однако богатый зарубежный опыт в этой области не может напрямую использоваться в наших условиях.

Отсутствие прессового оборудования, предназначенного для прессования ТБО, существенные отличия в морфологическом составе и свойствах отходов требовали проведения цикла исследований по изучению возможности использования отечественного прессового оборудования для прессования отходов и собственно процесса прессования отходов, имеющих состав и свойства, характерные для России, климатогеографических условий и системы сбора. Исследования проводились Н.Ф. Абрамовым на базе отдела санитарной очистки городов Академии коммунального хозяйства (АКХ) им. К.Д. Памфилова.

При исследовании процесса прессования ТБО были установлены:

– зависимость прочности и стабильности кип ТБО от величины давления, морфологического состава отходов, влажности исходного материала

ивремени выдержки под нагрузкой;

– зависимость коэффициента сжимаемости ТБО от давления прессования

ипараметров исходного материала (морфологический состав, влажность). Для проведения исследований применялись отечественные прессы типо-

вых конструкций, используемые в промышленности. Камеры этих прессов, а следовательно, и габариты получаемых кип имели различные размеры. Варьировалось и удельное давление прессования. Каждый вид исследований на одном исходном материале проводился не менее 5 раз.

Исходный материал перед загрузкой в камеру прессования взвешивался, и от него отбиралась проба для определения влажности. Состав ТБО определялся на основании отбора проб из каждого загружаемого в пресс контейнера.

Работы проводились в соответствии с «Методикой исследования свойств твердых бытовых отходов» [82].

Для регистрации изменения нагрузки на брикет в камере прессования устанавливались тензодатчики давления (установленные на маслопроводе гидроцилиндра последней ступени сжатия), тензоусилитель «ТОПАЗ-1» и шлейфовый осциллограф Н-700. Ход процесса прессования отслеживали по показаниям манометров, установленных в гидросистемах.

Сразу после прессования каждая кипа ТБО взвешивалась и определялись линейные размеры кип с помощью универсального измерительного инструмента, что позволяло судить об ее конечной влажности.

148

Линейные размеры измерялись в течение первой минуты через 10 с, в следующие 10 мин через 1 мин и далее в течение двух часов через 10 мин.

Положения плунжеров регистрировались электромеханическим датчиком перемещения с нанесением показаний на диаграмму совместно с записью давления.

Тарирование и перемещение датчиков давления производилось на прессе БА-1330 отдела санитарной очистки городов Академии коммунального хозяйства.

Стабилизация нагрузки на кипу осуществлялась на II ступени сжатия при давлениях масла в гидроцилиндре 10, 20 и 30 МПа с выдержкой времени на каждой ступени 1, 2 и 3 мин соответственно.

Для прессования использовались ТБО, накапливаемые в стандартных контейнерах емкостью 0,75 м3 в полностью благоустроенной застройке.

Влажность ТБО колебалась в пределах 30–50 %.

Прессование на прессе БА-1330. Пресс БА-1330 установлен в машинном зале отдела санитарной очистки городов АКХ им. К.Д. Памфилова и относится к классу гидравлических пакетировочных прессов малой мощности, предназначенных для пакетирования металлического лома.

Пресс включал в себя:

–гидравлическую аппаратуру с баком для рабочей жидкости;

–крышку пресс-камеры с приводным гидроцилиндром;

–устройство I ступени прессования;

–устройство II ступени прессования;

–шибер с приводным гидроцилиндром;

–механизм загрузки камеры.

Загрузка пресс-камеры производилась с помощью ручного управления, а процесс прессования и выталкивания брикета происходил в автоматическом режиме.

Для проведения исследований на прессе были установлены электромагнитный золотник управления и реле времени с диапазоном регулирования выдержки на последней ступени прессования 10–180 с.

Для наблюдения за процессом прессования ТБО на экспериментальном прессе были установлены два датчика давления, два контрольных манометра и датчик перемещения. Датчик давления I ступени прессования типа ДД

спределами измерения 0–40 МПа регистрировал усилия на I ступени прессо-

вания. Датчик II ступени изготовлен на базе манометра типа МТИ и имел пределы измерения 0–600 кгс/см2.

Регистрация положения плунжера в гидроцилиндре II ступени прессования осуществлялась электромеханическим датчиком перемещения, подключенным к блоку питания «ГРАНАТ» и к осциллографу Н-700.

Объем загружаемой в пресс пробы ТБО был постоянный и определялся

спомощью мерной емкости. Перед загрузкой проба взвешивалась и определялся ее объемный вес.

Подготовленная проба подавалась с помощью ковша в камеру прессования. Крышка пресса опускалась и механически запиралась. На I ступени проба сжималась, затем прессовалась на II ступени с заданной скоростью перемещения плунжера. Интервал приращения скорости плунжера принимался равным 1/3 от максимальной скорости. Скорость движения устанавливалась

спомощью регулятора расхода масла.

Входе прессования дополнительно фиксировалось давление, при котором начиналось влаговыделение из ТБО.

При достижении максимального заданного давления масла в гидросистеме сжатые ТБО выдерживались под нагрузкой заданный период времени.

После окончания выдержки автоматически открывалась шиберная заслонка и брикет выталкивался на горизонтальную площадку, установленную на почтовых весах. Производилось взвешивание и измерение линейных размеров полученного брикета.

Прессование на прессе БА-1338. Методика проведения исследований на прессе БА-1338 (объединение «Вторчермет», г. Одинцово Московской области) аналогична методике работ на прессе БА-1330.

150