Оборудование для первичной переработки твердых отходов

Балтийский государственный технический университет

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Санкт-Петербург

• Издательство БГТУ • 2009

УДК 669.002.68

ББК 34.69

М 54

М 54 Оборудования для первичной переработки твердых отходов: Учеб. пособие. Санкт-Петербург: Изд-во Балт. гос. техн. ун-та, 2009. 64 с.

ISBN 5-8265-0154-5

Учебное пособие содержит систематизированный материал по оборудованию для первичной переработке промышленных отходов.. Описаны процессы и аппараты, используемые для переработки отходов. Приведены способы классификации отходов, рассматриваются вопросы утилизации. Предмет курса - изучение наиболее распространенных конструкций оборудования, методики его расчетов с учетом специфики реализуемого технологического процесса и рекомендаций по предпочтительным областям применения машин и аппаратов различных модификаций. Основное внимание уделяется не закономерностям протекания процессов и принципу действия машин или аппаратов, предназначенных для их реализации, как в курсе "Процессы и аппараты защиты окружающей среды ", так и подробностям устройства оборудования, влиянию вида процесса и условий его реализации на конструктивные особенности машин и аппаратов, методику их технологических и механических расчетов. Изучение этого курса требует использования и обобщения всех инженерных знаний, полученных в процессе обучения.

В данном пособии представлено механическое подготовительное оборудование для утилизации твердых отходов(измельчители, классификаторы, питатели и дозаторы);

Учебное пособие подготовлено в соответствии с государственным образовательным стандартом ВПО и предназначено для студентов 4, 5 курсов специальностей 280202, 170500.

УДК 669.002.68

ББК 34.69

Рецензенты:

ISBN 5-8265-0154-5  Балтийский государственный тех университет (БГТУ), СПб, 2009

Введение

Твердые отходы – это отходы, получаемые в виде порошков, пыли, слитков или затвердевшей массы. Ежегодно выбрасываются миллионы тонн различных отходов, в том числе твердых, в результате загрязняется окружающая среда. Своевременное удаление, обезвреживание и переработка промышленных отходов способствует уменьшению потерь производства и улучшению экологического состояния окружающей среды.

Все твердые отходы следует разделить на промышленные твердые отходы химических предприятий (эти отходы или токсичные соединения, или могут содержать на своей поверхности токсичные вещества) и промышленные твердые отходы нехимических производств (эти отходы не содержат токсичных веществ). Твердые отходы предприятий химической промышленности весьма разнообразны как по своим свойствам, так и по воздействию на окружающую среду. Они состоят, как правило, из активных веществ, которые, накапливаясь в почве, подземных водах и атмосфере постепенно загрязняют их и оказывают нежелательное воздействие. К твердым отходам относятся: огарки, золы, частицы пыли и сажи, отходы пластмасс и резины, минеральные металлосодержащие остатки после обогащения руд, органические разлагающиеся остатки. В отдельную категорию выносят отходы, получаемые в виде шламов, которые нельзя полностью относятся к твердым отходам. Они представляют собой аморфные или мелкокристаллические массы, содержащие от 20 до 70 % воды и плохо поддающиеся транспортированию без предварительной обработки (сушки, вымораживания и т.д.). Сюда относятся остатки фильтрования и седиментации, шламы, получаемые при нейтрализации или специальной обработке жидких отходов, шламы или илы, получаемые в процессе очистки фекальных сточных вод.

1.1 Источники образования твердых отходов

Производство готового продукта обычно состоит из многочисленных последовательных операций, начиная с обработки сырья и заканчивая получением готового продукта. При этом используются физические, химические и физико-механические процессы. На каждой стадии получения того или иного продукта, как правило, образуются отходы или остатки в виде пыли, шламов, а зачастую в виде частиц сырья. При размоле руды, например, образующаяся пыль может быть извлечена и возвращена в процесс. По источникам образования твердые отходы (ТО) можно подразделить на следующие группы:

− остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, продукты физико-химической переработки сырья, а также добычи и обогащения полезных ископаемых;

− вещества, улавливаемые при очистке отходящих газов, природных и сточных вод;

− бытовые отходы.

Первая группа отходов образуется в процессе изготовления продукции и утрачивает полностью или частично потребительские свойства (химические или физические) исходного материала. Выход целевого продукта при переработке, например, фосфатных руд составляет не более 30 … 40 %, остальное количество материалов и веществ идет в отходы и шламонакопители.

Вторая группа отходов образуется в результате очистки газов в основном на стадии механической очистки в различных пылеуловителях. Эти отходы составляют сравнительно небольшую часть и, как правило, возвращаются в производство. В процессе очистки сточных вод образуются осадки, представляющие собой водные суспензии минеральных и органических веществ различного состава. Концентрация осадков в сточных водах составляет 20 … 100 г/л, а их объем по сравнению с объемом очищаемых стоков колеблется от 0,5 до 2 %. Для станции совместной очистки бытовых и производственных сточных вод или от 10 до 30 % для локальных очистных сооружений. Состав и свойства осадков довольно разнообразны. Однако условно их можно разделить на три основные категории: минеральные, органические осадки и активный избыточный ил.

Третью группу отходов составляют бывшие в употреблении или эксплуатации изделия и материалы, которые в результате физического и морального износа утратили свои потребительские качества – твердые бытовые отходы (ТБО). Так же источниками образования ТБО являются города, населенные пункты. В целом более 70 млн. т ТВО ежегодно вывозится на полигоны, половина из которых просто свалки, которые загрязняют окружающую среду.

В отдельную категорию можно вынести отходы черной и цветной металлургии и тепловых электростанций. В России работа предприятий черной металлургии ежегодно сопровождаются образованием более 70 млн. т металлургических шлаков, из которых используются только около 55 %, остальное поступает в отвалы.

Кроме того, различные виды металлургического производства (агломерационное, доменное, сталеплавильное,

горячего проката, а также травление металлов) дают большие массы разнообразных по составу шламов и пылей,

используемых лишь частично или вообще не используемых. Только общее накопление шламов с содержанием железа

около 50 % составляет на заводах черной металлургии около 20 млн. т/год.

В зависимости от вида перерабатываемого сырья выход шлаков в цветной металлургии составляет 10 … 200 т на одну тонну получаемого металла. В связи с этим объем образования шлаков в цветной металлургии, несмотря на гораздо меньший объем производства цветных металлов, сопоставим с выходом шлаков в черной металлургии.

Твердые отходы тепловых электростанций – золы и шлаки близки к металлургическим шлакам по составу. Их выход в настоящее время составляет около 60 млн. т/ год, причем половина этих отходов приходится на золу от сжигания каменных углей. Степень использования золошлаковых отходов не превышает 1,5 … 2 %. По химическому составу эти отходы на 80 … 90 % состоят из SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO со значительными колебаниями их содержания. Также в состав этих отходов входят остатки несгоревших частиц топлива (до 20 %) соединения титана, ванадия, германия, галлия, серы, урана.

1.2 Классификаци я промышленны х отходо в

Для единого подхода к классификации отходов при организации их учета, в том числе в связи с обеспечением выполнения международных обязательств Российской Федерации по государственному регулированию и контролю за трансграничными перевозками опасных отходов, Госкомэкологии России в 1997 г. введен в действие Федеральный классификационный каталог отходов, представляющий собой перечень видов отходов, систематизированных по совокупности следующих приоритетных признаков: происхождению отходов, агрегатному состоянию, химическому составу, экологической опасности.

Рассматривая систему классификации химических отходов, нельзя не отметить такую важную их характеристику, как токсичность. По этому признаку твердые отходы можно подразделить на безвредные, токсичные и особо токсичные. Токсичные отходы разделяются по степени воздействия на живую природу. Практически все химические отходы являются токсичными, а их воздействие зависит от дозы вещества, с которым соприкасается человек или природная сфера. Неправильное складирование и захоронение токсичных отходов приводит к попаданию токсичных компонентов при испарении и вымывании в окружающую среду, где и происходит их циркуляция. И поэтому классифицируя химические отходы, необходимо указывать степень их токсичности, способность к аккумулированию и биологической деградации. Токсичные и особо токсичные отходы следует отнести к категории “специфических” отходов, нуждающихся в особых методах обезвреживания перед их захоронением.

Необходимость полной или частичной переработки отходов с выделением из них вторичных ресурсов ведет к снижению количества отходов, направляемого на полигоны, и имеет положительный экономический и экологический эффект.

Одним из способов решения проблемы отходов является создание линий сортировки, которые могут быть совмещены с мусороперегрузочными станциями или выполнять функции таковых.

Основной проблемой реализации данного метода является низкая развитость сети предприятий по переработке вторичного сырья, что ведет к увеличению отходов направляемых на полигоны и свалки.

1.21. Характеристика твердых отходов

Состав и объем твердых бытовых отходов (ТБО) чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности, но и от времени года и многих других факторов. Бумага и картон

составляют наиболее значимую часть ТБО (до 40% в развитых странах). Вторая по величине категория в России – это органические (пищевые) отходы; металл,

стекло и пластик составляют по 7-9% от общего количества отходов. Примерно по 4% приходится на дерево, текстиль, резину и т.п. [2]. В табл.2 представлены

состав ТБО в США и России [2] и в г.Ижевске [5]. В табл.3 приведен химический состав для ТБО [6] в РФ и для г. Ижевска [5].

Таблица 2.

Состав ТБО в США, России [2] и г.Ижевске [5].

Содержание, Компоненты ТБО %	США	Россия	Ижевск 1990г.
Бумага и картон	40,0	20-36	17,5-20,5
Стекло	7,0	5 - 7	3 - 7
Металлы	8,5	2 - 3	3,5 - 6
Пластик	8,0	3 - 5	2,5 - 5
Текстиль	2,1	3 - 6	5,5 – 8,5
Резина и кожа	2,5	1,5 – 2,5	1,5 - 3
Древесина	3,6	1 - 4	1,0 – 2,5
Пищевые отходы	7,4	20 - 38	35,5-45
Другие компоненты	20,9	10 -35	10 - 30

Анализ состава отходов позволяет считать, что часть из отходов, после предварительной сортировки, может быть использована как вторичный материальный ресурс.

Промышленная переработка, учитывающая требования экологии, ресурсосбережения и экономики, представляет собой кардинальный путь решения проблемы ТБО.

В мировой практике нашли промышленное применение четыре метода переработки ТБО:

- термическая обработка (в основном сжигание);
- биотермическое аэробное компостирование (с получением удобрения или биотоплива);
- анаэробная ферментация (с получением биогаза);
- сортировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов для вторичного использования, удалением балластных или вредных компонентов, выделением отдельных фракций, наиболее пригодных технически, экологически и экономически для переработки тем или иным методом, например, сжиганием или компостированием).

В общем виде технология комплексной переработки ТБО должна представлять комбинацию процессов селективного сбора (механизированной сортировки (покомпонентной и пофракционной)), биотермической обработки обогащенной органической фракции ТБО, термической обработки отходов обогащения и компостирования с утилизацией продуктов сжигания (шлака и тепла отходящих газов).

Технологическое оборудование большинства производств подразделяется на машины и аппараты.

Машина - это устройство для переработки материала, причем материал может изменить форму, размеры, но не меняет физико-химических свойств (мельница, пресс).

Аппарат - это устройство, где перерабатываемый материал меняет свои физико-химические свойства (реактор, фильтр, сушилка).

Машины и аппараты химических производств работают в условиях агрессивных и ядовитых рабочих сред, широкого диапазона применяемых температур и давлений, обрабатывают вещества с разнообразными свойствами в различных агрегатных состояниях. Конструкция машины или аппарата определяется его технологическим назначением, параметрами процесса и способом его реализации (периодический или непрерывный), агрегатным состоянием обрабатываемых веществ, особенностями конструкционного материала.

Главное требование к машине или аппарату - обеспечение технологических параметров процесса (температур, давлений). Важными являются требования механической прочности и герметичности, т.к. разрушение аппарата и нарушение герметичности в условиях высоких температур и давлений, ядовитых сред может привести к тяжелым последствиям. Среди других требований отметим долговечность (расчетный срок службы 10-12 лет), транспортабельность, стандартизацию (выполнение требований РСТ, ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТП к основным размерам и параметрам оборудования, системе обозначений, изготовлению узлов и деталей, транспортировке и хранению, методам испытаний), унификацию и агрегатирование (конструирование оборудования из стандартных деталей и узлов), удобство и безопасность ремонта и обслуживания.

Химическое оборудование изготавливается на предприятиях химического, нефтяного и полимерного машиностроения, заводах криогенного оборудования, промышленной арматуры и компрессорного оборудования. Разработки нового химического оборудования и контроль за использованием (реконструкцией, перепрофилированием) существующего осуществляются под руководством головного института НИИХИММАШ, г.Москва, который имеет филиалы в С.-Петербурге и Иркутске. Имеются также другие институты, например, МЕХАНОБР, НИИРТмаш - проектирования и производства машин для промышленности резинотехнических изделий. Эти институты как правило располагают опытными цехами и даже заводами для испытания экспериментальных образцов перед серийным производством.

В современных условиях основными направлениями развития машиностроения являются: увеличение единичной мощности оборудования (съема продукции с единицы объема или поверхности); преимущественный выпуск оборудования в блочно-модульном исполнении; разработка и освоение выпуска многофункционального оборудования; создание и освоение оборудования пониженной металло- и энергоемкости; разработка оборудования для новых прогрессивных химических процессов (мембранное разделение, плазмохимия, СВЧ-нагрев).