1514

дробления. Они дробятся и сортируются после компостирования. В установках этого типа ТБО непосредственно из бункера поступают в решётчатые открытые платформы, которые при помощи электролебёдок заводятся в камеру активизации, где находятся в течение 24 часов. В этой камере создаётся оптимальная влажность 45–50 % путём увлажнения или сушки воздухом. Далее платформы перемещаются в общий зал, где находятся 3 суток (температура компостируемой массы достигает 65 °С). По истечении 3 суток платформы разгружают на ленточный питатель шириной 4 м, и содержимое подаётся на механическую обработку. После извлечения чёрного металла магнитными сепараторами прокомпостированная масса подвергается дроблению в два этапа. Первичное дробление осуществляется до крупности 8–100 мм, вторичное – до 6 мм. После повторного измельчения получается компост, который может поступать на реализацию. Выход компоста составляет 80 % от веса исходных отходов. Потери за счёт сушки и разложения органических веществ составляют около 12 %.

Из оставшихся 8 % (крупные кусковые отходы) 3 % можно утилизировать, а остальные 5 % составляют неутилизируемые остатки [31].

2.7.2.Компостирование органических отходов

воткрытых принудительно аэрируемых устройствах

При компостировании органических отходов в открытых принудительно аэрируемых устройствах одной из проблем, которую приходится решать, является выброс значительных объемов загрязненного влажного воздуха, образующегося при прохождении через перерабатываемый субстрат под давлением либо при создании разряжения при отсасывании.

Для очистки загрязненного воздуха применяются различные технические решения в виде пропускания через специально устраиваемые фильтры (биофильтры) с различными фильтрующими материалами, а также огневого обезвреживания путем подачи в качестве дутьевого воздуха в печные устройства, например, в установки по сжиганию отходов. Известно много конструкций таких фильтров, которые эффективно используются для этих задач.

В этом плане представляет интерес удачное техническое решение, заложенное в системе «Rottefilter», где перерабатываемые отходы перемещаются последовательно из одного отделения (бокса) в другой и т.д. (не менее трех) по мере их биоконверсии – от свежего несброженного материала (бокс 1) до постепенно сброженного материала в последующие боксы 1 и 2. При этом в первом боксе принудительная аэрация осуществляется путем разрежения (отсасывания), а в последующих – путем нагнетания (под давлением) отработавшего загрязненного воздуха, удаляемого путем отсасывания из первого бокса. При этом наиболее загрязненный воздух из первого бокса подается во второй и тре-

121

тий боксы, где проходит очистку при контакте со сброженным субстратом, находящемся на стадиях его биостабилизации. Схематически работа системы принудительной аэрации открытой системы компостирования на примере устройства «Rottefilter» представлена на рис. 2.11.

Подача отсасываемого из рабочего тела компостируемого субстрата открытых компостных систем с принудительной аэрацией в очистные устройства типа фильтров (биофильтров) обычно решается технически просто.

Рис. 2.11. Схемапринудительнойаэрацииоткрытойкомпостнойсистемы

сочисткойвыбрасываемого отработанноговоздуха напримере«Rottefilter» [32]: 1 – первыйбоксспринудительнойаэрацией путемразрежения(отсасывания)

воздуха; 2 – второйбоксс принудительнойвентиляциейпутем нагнетания отработанноговоздуха изпервогобоксасочисткойегонасубстратевторого бокса; 3 – вентиляционное устройство; 4 – клапаныдляпереключения направленияподачи воздуха

При этом если аэрируемые устройства типа буртов, площадок с периодически перемещаемыми субстратами находятся на открытом воздухе, то такой отработанный воздух технически трудно собрать и направить на очистку.

В этих случаях сбор и очистку отработанного воздуха технически более удобно проводить путем устройства ограждающих конструкций над рабочим телом компостируемого субстрата, и уже из этого закрытого объема забирать отработанный воздух и направлять его на очистку. Пример такого технического решения по сбору и направлению на очистку отработанного воздуха после принудительной напорной аэрации, схематически реализованного с использованием «Wendelin» системы в Oberpullendorf, представлен на рис. 2.12.

Авторы настоящей монографии имели возможность ознакомиться с работой таких открытых систем компостирования с принудительной напорной аэрацией и использованием механизмов типа Wendelin для перемещения компостируемого субстрата в земле Гессен в ФРГ (Висбаден). При высокоэффективной

122

Рис. 2.12. Схема сбора и направления на очистку отработанного воздуха после принудительной напорной аэрации компостируемого субстрата в системе с открытыми поверхностями компостируемого субстрата, с использованием механизма «Wendelin» для перемещения субстрата, расположенной в производственном помещении: 1 – подача воздуха для принудительной аэрации под напором; 2 – сбор и удаление отработанного воздуха на очистку; 3 – компостируемый субстрат; 4 – Wendelin механизм для перемещения субстрата; 5 – открытая поверхность субстрата; 6 – кран-балка; 7 – ограж-

дающие конструкции производственного помещения; 8 – ленточный конвейер для подачи исходного субстрата

Рис. 2.13. Схемаустройстваоткрытойсистемыкомпостирования органических отходов спринудительной напорнойаэрацией сосбором иочисткойотработанноговоздухаприис-

пользовании механизмов типаWendelin для перемещения субстрата, расположенноговзакрытом производственном помещениисукрытиеммествыделенияотработанноговоздухаиудаления егонаочисткувOberpullendorf]: 1 – вентилятордляподачивоздухадляпринудительнойаэрации поддавлением; 2 – каналы, заполненные гравиемспокрытиемизгеотекстилядля распределенияподаваемого под напоромвоздуха; 3 – компостируемыйсубстратсоткрытойповерхностью; 4 – устройстводлясбораиудаленияотработанного воздуха; 5 – пленочноеукрытие зонывыделения отработанноговоздуха; 6 – механизмWendelin дляперемещения субстрата; 7 – ограждающиеконструкциипроизводственного помещения; 8 – схемаустройства механизмаWendelin; 9 – компостируемый субстратсоткрытой плоскойповерхностью

123

работе этой системы по основным технологическим параметрам внутри производственных помещений в рабочей зоне, а также на расстоянии более 50 м от производственного здания ощущаются резкие запахи разлагающихся отходов, а в самом помещении наблюдается постоянно высокая влажность, в осеннезимний период – высокое парообразование, что создает некомфортные условия для работы персонала. В Oberpullendorf при эксплуатации подобной установки принято техническое решение по локализации распространения загрязненного воздуха, содержащего высокие концентрации аммиака, двуокиси углерода, пары воды, ряда промежуточных продуктов биоразложения органических веществ с сильными неприятными запахами путем укрытия зоны выделения отработанного воздуха пластиковой пленкой (рис. 2.13).

2.7.3.Компостирование органических отходов

вбиотуннелях и бассейнах выдержки

Недостатки, присущие технологии компостирования в биобарабанах, становятся преимуществом альтернативных технологий – компостирования в бассейне выдержки и в туннеле. Отличие этих технологий состоит в том, что в бассейне выдержки материал находится 4–6 недель, а в туннеле – 7–10 дней. Соответственно в бассейне выдержки процесс компостирования полностью заканчивается с получением сухого стабилизированного продукта (потеря массы вещества – 50 %), а в туннеле получается полупродукт (потеря массы исходного вещества – 20–30 %, влажность – 30 %).

Если не предполагается сельскохозяйственного использования компоста, предпочтительнее применять компостирование в туннеле, рассматривая эту технологию как компостную сушку, обеспечивающую одновременно обезвреживание, измельчение и гомогенизацию материала. Материал после туннельного компостирования в большей степени обогащен углеродом, чем после компостирования в бассейне выдержки, что предпочтительно для последующих процессов термической переработки (сжигание, газификация и др.).

При сопоставимой производительности капитальные затраты на строительство цеха компостирования в бассейне выдержки в 2–3 раза выше, чем при туннельном компостировании.

Бассейн выдержки представляет собой закрытую площадку для компостирования размером 70 × 21 м. Глубина слоя отходов, закладываемых на компостирование, – 2,5 м. Бассейн выдержки обслуживается мостовым краном со шнеками. Продолжительность компостирования – 28–40 суток. Температура в бассейне выдержки поддерживается постоянной (50–60 °С). Компостируемый материал снизу продувается воздухом (подается по трубам с отверстиями). Через 28–40 суток компост подается на систему ленточных конвейеров и транспортируется на линию сортировки для очистки от примесей.

124

При механобиологической переработке ТБО и других муниципальных отходов в качестве этапа предварительной биологической стабилизации (биологический претритмент) в последние десятилетия стали широко применяться биотуннели.

Обычно перед биотуннелем несортированные отходы предварительно (механический претритмент) сортируют, измельчают до необходимых размеров и удаляют балластную фракцию (стекло, чёрные и цветные металлы, пластмассы), не поддающуюся компостированию.

Далее отходы направляются на участок предварительного компостирования, где в аэробных условиях начинается процесс биодеструкции легкоразлагаемых органических веществ.

Предварительное компостирование проходит в закрытом биотуннеле. В биотуннеле происходит процесс аэробной стабилизации отходов в условиях повышенной влажности и интенсивной аэрации. Биотуннель состоит из корпуса, систем аэрации, увлажнения, вентиляции иотводасточных вод(рис. 2.14).

Рис. 2.14. Схема конструкции биотуннеля: 1 – корпус; 2 – водяные форсунки; 3 – вентиляционная труба; 4 – водосборные лотки; 5 – воздуховодные трубы; 6 – погрузчик; 7 – вентагрегат для подачи отсасываемого воздуха на биофильтр

На рис. 2.15 приведена конструкция биотуннеля, разработанная авторами. Биотуннель работает следующим образом: биологические отходы, прошедшие стадию предварительной подготовки и имеющие температуру окружающей среды, влажность около 60 % и слабокислую реакцию среды, загружают в биотуннель с помощью фронтального погрузчика. Аэрация производится через систему воздуховодных труб, уложенных в водосборных лотках. Подача воздуха обеспечивается вентилятором и осуществляется непрерывно, в течение всего пе-

риода переработки отходов в туннеле.

125

Рис. 2.15. Конструкция биотуннеля: 1 – водяные форсунки; 2 – воздуховодные трубы; 3 – вентиляционная труба;

4 – водосборные лотки; 5 – решетки

Загрязненный воздух удаляется из камеры биотуннеля через систему вентиляции, расположенную под потолком, и подается на биофильтр. Расход системы вентиляции больше, чем у системы аэрации, на 30 %. Это позволяет создать в камере биотуннеля разряжение воздуха и избежать попадание дурнопахнущих веществ в атмосферу (меркаптанов, сероводорода, фенола, аммиака), а также направить газовоздушный поток на очистку в биофильтр.

Для поддержания оптимальной влажности (60 %) в туннель через водяные форсунки, расположенные в верхней части камеры по всей длине, подают воду. Излишки воды отводятся через водосборные лотки, вмонтированные в пол. Из водосборных лотков вода поступает во внутреннюю канализацию.

После загрузки туннеля происходит разогрев материала за счет жизнедеятельности микроорганизмов. При этом в автоматическом режиме с помощью специальных датчиков, расположенных на внешней стороне туннеля, осуществляется контроль температуры. После достижения максимума температуры (60–70 °С)

126

компост начинает остывать, следовательно, стадия предварительного компостирования закончилась. Длительность стадии зависит от качественного состава сырья, времени года и колеблется от 7 до 14 дней. Далее компост с помощью погрузчика выгружают из туннеля и укладывают в бурты для дозревания. После разгрузки туннеля происходит его промывка и возможна дальнейшая эксплуатация.

Размеры биотуннеля выбираются, исходя из количества перерабатываемых отходов и техники, необходимой для обеспечения работы сооружения. Так, например, для компостирования 8000 т отходов необходимо использовать 8 биотуннелей объёмом 90–100 м3.

С внутренней стороны туннель покрыт гидроизоляционной мастикой для предотвращения коррозии поверхности. Снаружи корпус покрыт теплоизолирующим слоем из минераловатных плит повышенной жёсткости на карбамидной основе [33]. Время пребывания материала в туннеле от 7 до 10 суток. Габариты одного туннеля: длина 30 м (20–40 м), ширина – 5 м, высота – 3 м. Производительность одного туннеля 15–18 т/сут. Потеря массы биоразлагаемых органических веществ за 10 дней компостирования составляет 30 %. Технологический процесс аэробной биодеструкции в туннеле, как и в бассейне выдержки, поддается полной автоматизации и непрерывно контролируется.

Процесс аэробной стабилизации сопровождается выделением большого количества газообразных дурнопахнущих веществ – до 12 г/м3 с 1 тонны отходов. Для дезодорации и обезвреживания отходящих газов используются площадные биофильтры, в которых протекают процессы хемосорбции и биодеградации веществ-одорантов. В качестве загрузки биофильтров используются материалы, обладающие сорбционными свойствами, чаще всего отходы цел- люлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности: кора, опил, щепа. Сорбционная емкость таких материалов невысока, но достаточна для эффективного удаления одорантов, к тому же материалы не дороги, не требуют регенерации и после исчерпания сорбционной емкости компостируются совместно с другими отходами. По конструкции биофильтры могут быть открытыми и закрытыми, что позволяет минимизировать влияние климатических факторов на процесс сорбции.

На рис. 2.16 представлен внешний вид закрытого биофильтра, разработанного фирмой «Deconta».

Общая технологическая схема очистки образующихся при туннельном компостировании газов с использованием биофильтра приведена на рис. 2.17.

127

Рис. 2.16. Закрытый площадной биофильтр

Рис. 2.17. Схема туннельного компостирования отходов с биофильтром:

1 – вентилятор; 2 – увлажнительвоздуха; 3 – очищенныйвоздух; 4 – входящий загрязненный поток воздуха; 5 – свежая вода; 6 – циркулирующая вода; 7 – распределительное устройство; 8 – загрузка биофильтра; 9 – контейнер; 10 – отвод конденсата

Рис. 2.18. План компостного завода производительностью 109 тыс. тонн перерабатываемых отходов в год, спроектированного компанией «AVG Kőln» (Германия): 1 – цех доставки и разгрузки отходов; 2 – узел сортировки отходов; 3 – цех компостирования органических отходов; 4 – отсортированные отходы для реализации; 5 – отделение готового компоста; 6, 7 – биофильтры

128

Компанией «AVG Kőln» (Германия) спроектирован компостный завод производительностью 109 тыс. тонн в год, в том числе 18 тыс. тонн отсортированных фракций (металл, древесина), непосредственно реализуемых населению. План завода представлен на рис. 2.18.

2.7.4. Анаэробные технологии компостирования органических отходов

В практике компостирования органических отходов наряду с общепринятыми аэробными применяются анаэробные методы в тех случаях, когда в качестве целевых продуктов кроме компоста или подобных ему материалов хотят получать биогаз.

Особенно широко применяются анаэробные методы в процессах предварительной механико-биологической обработки смешанных муниципальных отходов, где относительно невысока доля органической фракции, что не позволяет ожидать получения высококачественного удобрения. В лучшем случае можно получить энергетически ценный остаток, который может быть использован в качестве топлива (RDF), и определенное количество биогаза.

При отсутствии потребителей RDF можно его использовать для замены таких первичных природных материалов, как почвогрунты, для технических задач по рекультивации нарушенных земель и для других подобных случаев при допустимом содержании (в зависимости от области применения) загрязняющих веществ (солей тяжелых металлов, других токсикантов и т.п.).

Анаэробные технологии широко применяются для газификации органических отходов (сельскохозяйственных – полеводческих, животноводческих, птицеводческих, пищевой промышленности и др.), где высоко содержание фракции биоконверсирумой органики и благоприятное соотношение углерода, азота, фосфора.

Вряде стран (Китай, Индия, Дания, Германия) достаточно давно используются такие анаэробные технологии для получения биогаза и органических удобрений из навоза крупного рогатого скота, свиноводческих и птицеводческих объектов, а также отходов полеводства.

ВРоссии также накоплен положительный опыт газификации отходов животноводческих комплексов и птицефабрик, когда получение биогаза и органического удобрения стало весьма привлекательной альтернативой традиционным затратным методам обезвреживания этих отходов.

Необходимо отметить, что технологии анаэробной переработки органических отходов отличаются известной степенью простоты используемых технических устройств, легко масштабируются с учетом количества перерабаты-

129

ваемых отходов, не требуют для обслуживания квалифицированного персонала, малозатратны.

Эти технологии достаточно хорошо апробированы в производственных условиях в ряде стран (Франция, Германия, Дания) как на органических отходах животноводства и полеводства, так и на ТБО [32, 34, 35].

На рис. 2.19 представлена технологическая схема анаэробного компостирования, предложенная компанией «Eisenmann», с указанием направлений использования готовых продуктов: биогаза, сброженной отжимной жидкости и компоста.

Рис. 2.19. Технологическая схема анаэробного компостирования: 1, 8 – жидкие и твердые биоразлагаемые отходы; 2 – анаэробный компостер; 3 – газгольдер для сбора метана; 4 – сепаратор; 5 – насос; 7 – метантенк для обводненной фракции; 9, 10, 11, 12 – направления использования готовых продуктов

Хорошо зарекомендовала себя установка получения биогаза и органических удобрений из ТБО, работающая по следующей технологии. ТБО загружают в приемный бункер, откуда грейферным краном их подают на питатель, а затем в коническую дробилку с вертикальным валом. Из дробилки измельченные ТБО перегружают на ленточный конвейер, проходящий под электромагнитным сепаратором, предназначенным для извлечения черного металла. Очищенные от черного металла отходы подают в метантенк вместимостью 500 м3, где их выдерживают

130