2814.Управление отходами. Механобиологическая переработка твердых бытовы

Таблица 1 . 1 [1]

Технологии выделения вторичных материалов при механо-биологической переработке отходов

1.2.2. Подготовка отходов к биологической стадии переработки

Успешное протекание биологического процесса разложения невозможно без необходимой механической подготовки отходов. Основная цель такой подготовки – максимальное увеличение доли биоразлагаемых компонентов в составе отходов, направляемых на биологическую стадию.

Существуют три основных метода повышения доли биоразлагаемой фракции в процессе МБПО:

–разделение на мелкую (содержит максимальное количество органических компонентов) и крупную фракции;

–разделение на основе различия плавучести и плотности компонентов;

–растворение органических веществ, содержащихся в отходах (как, например, при перколяции).

11

В настоящее время проводятся исследования по выделению органической фракции с использованием оптических методов сортировки.

Разделение на мелкую и крупную фракции осуществляется, как правило, с использованием барабанных грохотов. Мелкая (подрешеточная) фракция направляется на биологическую переработки (в большинстве случаев после удаления металлов, стекла и полимеров) (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема МБПО при выделении из входящего потока мелкой фракции [1]

При разделении отходов на основе различной плотности/плавучести фракций используются различные варианты флотационных аппаратов, отстойников, центрифуг. При этом выделяются плавучие полимеры и удаляются инертные материалы.

Рис. 1.3. Схема МБПО при использовании перколяции

12

Процесс растворения органических веществ, как правило, осуществляется в перколяторе (термин введен поставщиками оборудования), представляющем собой смеситель, куда подаются отходы и вода. Вода с растворенными органическими веществами направляется на стадию биологической переработки (анаэробное сбраживание). Осадок после компостирования направляется на захоронение. В общем виде процесс с использованием перколяции представлен на рис. 1.3 [1].

1.2.3. Технологии фракционирования перерабатываемых отходов

Размер фракции перерабатываемых отходов особенно важен для процессов, протекающих в жидкой фазе (сбраживание, аэробная стабилизация). Чем мельче и гомогеннее фракция отходов, тем более однородные условия в реакторе (температура, соотношение воды и органических компонентов, рН) и более эффективно протекает удаление газообразных продуктов реакции.

Традиционно для фракционирования отходов на предприятиях МБПО используются следующие технологии:

–рассев отходов на различные фракции при помощи барабанных грохотов;

–измельчение при помощи шредеров различной конструкции;

–размалывание (с использование шаровых мельниц);

–комбинации указанных технологий [2].

Установление оптимального размера частиц отходов, направляемых на биологическую переработку, является значимой научно-практической задачей. На ряде предприятий измельчению подвергается весь поток смешанных отходов, что очевидно приводит к загрязнению биоразлагаемых отходов тяжелыми металлами (при разрыве и размалывании батареек, тары из-под различных красок, градусников и т.п.). В результате получаемый продукт обладает более низкими потребительскими свойствами.

Чрезмерное измельчение отходов может привести к повышенной пылевой нагрузке в рабочей зоне и образованию биологических (бактериальных) аэрозолей, что значительно ухудшает условия труда работников. С технологической точки зрения чрезмерное измельчение отходов при их компостировании в туннелях приводит к затруднению распределения воздуха в компостируемой массе

и«зарастанию» системы воздуховодов уносимой пылью [1].

1.2.4.Кондиционированиепродуктов после биологической стадии

Сцелью достижения максимального качества получаемых продуктов проводится их дополнительная механическая обработка, обеспечивающая:

–удаление мешающих примесей (металлов, полимеров и т.п.);

–придание определенной формы продукту (размер частиц, плотность).

13

Основное оборудование, применяемое для удаления мешающих частиц и продуктов МБПО, представлено в табл. 1.2 и 1.3. Обзор подходов к кондиционированию различных продуктов МБПО представлен втабл. 1.4 [1].

Таблица 1 . 3

Оборудование, применяемое для кондиционирования RDF

Таблица 1 . 4

Технические аспекты кондиционирования продуктов МБПО [1]

14

1.3. Стадия биологической переработки отходов

Как уже отмечалось ранее, выбор технологии биологической переработки зависит от желаемого конечного продукта, которым может быть: компост (или подобные ему продукты), биогаз, RDF или биостабилизированный материал для захоронения. В ряде случаев возникает потребность в производстве нескольких продуктов, тогда технологический цикл может иметь несколько биологических ступеней переработки отходов.

1.3.1. Биологическая стабилизация отходов

Биологическая стабилизация отходов, направляемых на захоронение, впервые была разработана и стала достаточно широко применяться в Германии для снижения содержания в них биоразлагаемых компонентов до уровня, соответствующего требованиям к захоронению отходов с тем, чтобы минимизировать образование биогаза, снизить ХПК и БПК фильтрата, повысить санитарноэпидемиологическую безопасность полигонов.

В настоящее время в связи с вводом в действие нормативных требований по снижению содержания биоразлагаемых компонентов отходов, захораниваемых на полигонах, биологическая стабилизация таких отходов реализуется большинством предприятий по обезвреживанию отходов в Германии, Италии и в меньшей степени Австрии [4]. Технические решения в большинстве случаев предусматривают аэробный процесс – компостирование в закрытых сооружениях (туннелях, барабанах и пр.). Крайне редко применяется компостирование на открытых площадках, что связано со сложностью контроля за эмиссиями

ватмосферный воздух загрязняющих веществ (в том числе одорантами) [5].

Вобщем виде процесс получения биостабилизированного материла в процессе МБПО представлен на рис. 1.4 [1].

Рис. 1.4. Процесс получения биологически стабилизированного материала

Суть процесса биостабилизации отходов заключается в постепенном разложении органической фракции гетеротрофными микроорганизмами в контролируемых условиях. В процессе переработки отходы подвергаются действию повы-

15

шенных температур, что приводит к гибели большей части патогенных микроорганизмов. Более подробно механизм разложения органических веществ в процессе компостирования рассмотрен в главе 9, посвященной компостированию. Время проведения процесса стабилизации ТБО регламентируется национальными стандартами и составляет, например, в Германии минимум 8 недель [6]. В то время как вИталии этот срок составляет 4–6 недель [7].

Технологии биостабилизации отходов в аэробных условиях в значительной степени схожи, но могут отличаться:

–по способу введения воздуха и воды в зону процесса;

–по техническим решениям по очистке избыточных вод и биогаза;

–по способу загрузки и разгрузки реакторов.

В табл. 1.5 рассмотрены различные варианты технических решений и параметров аэробной биостабилизации отходов.

Таблица 1 . 5

Варианты технического оснащения процесса аэробной стабилизации отходов в биотуннелях [8]

16

1.3.2. Характеристика целевых твердых продуктов биологической стабилизации отходов

Взависимости от качества входящих отходов, поступающих на биологическую стабилизацию, и основных параметров технологического процесса биологической стабилизации можно получать существенно различающиеся целевые твердые продукты – различные виды компоста, технических грунтов, материалов для пересыпки отходов на полигонах и их окончательной изоляции, материалов для рекультивации нарушенных земель и т.п.

Втех случаях, когда целевым продуктом биологической стабилизации отходов является компост или подобные ему материалы, при выборе технологии биостабилизации нужно наряду с входящей сортировкой поступающих отходов учитывать три основных параметра технологии: время компостирования, время дозревания, качество кондиционирования продукта.

Технологии аэробной деструкции отходов с целью получения биостабилизированного материала для захоронения принципиально не отличаются от общепринятых технологий производства компоста. Наиболее часто применяется комбинация закрытых реакторов (туннели, барабаны) и открытого компостирования (для дозревания компоста).

Более подробно процесс производства компоста рассмотрен в главе 9, посвященной компостированию. Необходимо отметить, что компост, производимый из смешанных ТБО, не находит спроса на рынке в качестве конкурентоспособного продукта в силу того, что в большинстве случаев его качество не соответствует требованиям национальных стандартов.

При переработке раздельно собранных (пищевых и растительных) отходов можно достичь высокого качества целевого продукта. В любом случае особенно важным этапом производства компоста является продолжительное время созревания компоста, так как только при этих условиях возможно достичь оптимального соотношения С : N, достаточной концентрации гуминовых кислот и снижения содержания прочих кислот, ингибирующих развитие растений [8].

Очевидно, что кондиционирование компоста является абсолютно необходимым с целью снижения содержания в нем опасных загрязняющих веществ типа солей тяжелых металлов, иных токсичных компонентов и видимых примесей (стекла, полимеров, инертных материалов).

Компост с низкими агротехническими свойствами (так называемый «быстрый компост») может находить свое применение в качестве материала для пересыпки отходов на полигоне и окончательной изоляции при рекультивации.

17

1.3.3. Производство биогаза в процессе биологической стабилизации отходов

Производство биогаза при биологической стабилизации отходов протекает в анаэробных условиях в процессе сбраживания. Брожение (сбраживание, ферментация) – анаэробный (происходящий без участия кислорода) метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода [9]. Большинство типов брожения осуществляют микроорганизмы – облигатные или факультативные анаэробы.

В общем виде процесс производства биогаза при МБПО включает несколько этапов:

–подготовку отходов к сбраживанию;

–сбраживание отходов, нацеленное на максимальное извлечение биогаза при минимальных временных и капитальных затратах;

–очистку и использование биогаза.

Существует ряд основных принципов реализации процесса сбраживания отходов с получением биогаза:

–проведение процесса в одну или две стадии;

–реализация мезофильного (порядка 35 °С) или термофильного процесса

(выше 55 °С);

–проведение процесса при минимальном содержании воды «сухое брожение» или сбраживание пульпы (так называемое «мокрое брожение») [10].

Двухстадийный и одностадийный процесс

В общем виде процесс получения биогаза состоит из двух этапов:

–гидрирование и ацетогенез, в ходе которых биоразлагаемые отходы трансформируются в глюкозу и аминокислоты, а далее – в жирные кислоты, водород и уксусную кислоту;

–метаногенез – трансформация продуктов гидрирования и ацетогенеза

вбиогаз, содержащий значительную долю метана.

При одностадийном процессе гидролиз, ацетогенез и метаногенез протекают в одном реакторе (рис. 1.5).

Для протекания метаногенеза требуются условия (рН, температура и пр.), отличные от гидролиза и ацетогенеза, кроме того, скорость процесса достаточно низкая. Метаногенез является лимитирующей стадией анаэробной стабилизации отходов, что приводит к необходимости более длительного пребывания отходов в реакторе и, как следствие, увеличению капитальных и эксплуатационных затрат (в сравнении с аэробным процессом).

Технологическая схема процесса получения биогаза представлена на рис. 1.6. Пульпаотходоввводится вреактор, оснащенный устройством активного переме-

18

Рис. 1.5. Одностадийная технология получения биогаза в процессе МБПО [1]

Рис. 1.6. Технологическая схема одностадийного процесса [11]

шивания (чаще – лопастные мешалки). С целью обеспечения необходимого температурного режима пульпа нагревается при помощи теплообменника, размещаемого вреакционномпространстве или по внешнем контуререактора.

После проведения процесса пульпа направляется в отстойник и разделяется на жидкую фазу и твердый осадок. Осадок далее направляется на стадию обезвоживания и биологическую стабилизацию. Вода возвращается в голову процесса.

При проведении процесса в две стадии возможно создание оптимальных условий для метаногенеза, гидрирования и ацетогенеза в различных реакторах (рис. 1.7). При этом достигается увеличение продуктивности получения биогаза. Ведение процесса в двух реакторах приводит к усложнению контроля и увеличению капитальных затрат.

19

Рис. 1.7. Двухстадийная технология получения биогаза в процессе МБПО

Получениебиогазаприсбраживаниисильноислабообводненныхотходов

Первоначально технология сбраживания отходов была заимствована из области очистки сточных вод, где она применялась для сильнообводненных смесей (избыточный активный ил, сточные воды). В связи с этим большинство созданных систем сбраживания отходов были ориентированы на сбраживание обводненной пульпы (сухой остаток смеси не более 15 %) – так называемое «мокрое сбраживание». Впоследствие были разработаны системы для сбраживания более сухих отходов (сухой остаток 15–40 %) [1].

Для достижения высокой гомогенности и содержания сухого вещества не более 15 % требуется значительная подготовка отходов (рис. 1.8). При проведе-

Рис. 1.8. Технология получения биогаза в процессе сбраживания сильно обводненных отходов

20