Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов

Подождите немного. Документ загружается.

161

В результате образуется парогазовая смесь, содержащая в своем составе лету-

чие вещества, пары смолы и твердый углеродсодержащий продукт – пирокарбон.

Присутствующие в НБО кожа, пластмасса, резина и другие продукты разлагают-

ся, образуя летучие вещества, которые помимо СО

и Н

О, Сl, Р, SО

содержат

углеводороды (олефины, парафины и т. д.). Пиролизные газы подвергаются даль-

нейшему окислению в специальной камере дожига, превращаясь в менее опасные

вещества. Камера дожига имеет горелку, через которую подают природный газ

или мазут и воздух на горение, а для снижения температуры образующихся ды-

мовых газов – воздух.

Камера дожига оборудована рубашкой, в которую поступает воздух, охла-

ждающий стенки камеры, в результате чего температура газов на выходе из каме-

ры дожига снижается до 800 °С. Воздух на горение и разбавление подают дутье-

выми вентиляторами.

Дымовые газы из камеры дожига направляются в рубашку печи пиролиза, где

тепло дымовых газов используется для обогрева печи. Из рубашки печи пиролиза

конденсат

воздух

отходящие

газы

охлажденный

Рис. 2.9. Схема установки высокотемпературного пиролиза:

1 – приемная воронка, 2 – затворы, 3 – конденсатор жидких продуктов,

4 – дроссельные заслонки, 5 – вентилятор, 6 – газоанализатор, 7 – дымосос,

8 – система газоочистки, 9 – сопло подачи подогретого воздуха,

10 – воздухоподогреватель, 11 – водяная ванна, 12 – швельшахта

162

дымовые газы температурой 600...700 °С направляются для утилизации тепла в ко-

тел-утилизатор, в котором в результате снижения температуры дымовых газов до

300...350 °С получают пар.

Пар используют для нужд теплоснабжения производства. Затем дымовые газы

температурой 300...350 °С поступают на распылитель для сушки абсорбционных

растворов, использованных в абсорберах, а затем с температурой 120 °С – на аб-

сорбцию и после очистки выбрасываются в атмосферу.

Тепло дымовых газов используется для проведения процесса пиролиза НБО,

что позволяет экономить топливо.

Полученный в печи пирокарбон с температурой 450…500 ºС поступает в хо-

лодильный барабан, где охлаждается до 40...50 °С, затем по ленточному конвейе-

ру подается на размол. Пирокарбон пройдя электромагнитный сепаратор для из-

влечения остатков черного металла, поступает на полигональное сито, где осво-

бождается от крупных камней, которые вывозят на свалку. Затем пирокарбон по-

дается на мельницу, где измельчается до 0,5 мм и менее. После измельчения пи-

рокарбон вновь подают на сепарацию для извлечения цветных металлов, которые

накапливают в контейнерах, а пирокарбон расфасовывают и затем направляют на

склад готового продукта.

Физико-химические свойства пирокарбона: плотность – 2...2,5 г/см

; удельная

поверхность – 2200 см/г; насыпная плотность – 0,6...0,7 т/м

; гранулометрический

состав (d > 0,5 мм – 10 %, d < 0,5 мм – 90 %). Теплофизические свойства пирокарбо-

на: теплота сгорания – 12000...13000 кДж/кг; теплопроводность – 0,106 Вт (м·°С);

температуропроводность – 11,1 °С·10

–8

/с.

Поступающие на установку отходы НБО более чем на 90 % состоят из органи-

ческих веществ, в основной массе которых соотношение углерод : водород : кисло-

род приблизительно соответствует их соотношению в целлюлозе (С

)

. Цел-

люлоза – высокомолекулярный полисахарид. Клетчатка – главная составная часть

органической части отходов, например бумага почти на 100 % состоит из целлюло-

зы; хлопчатобумажные и текстильные изделия – более чем на 90 %; древесина –

примерно на 50 %. При термической обработке целлюлозы (без доступа кислорода)

она разлагается, образуя большое количество различных продуктов.

При быстром подъеме температуры образуется большое количество парога-

зовой смеси и температура внутри аппарата повышается.

Медленное нагревание сопровождается равномерным выделением продуктов

реакции, при этом образующееся тепло удаляется с парогазовой смесью, не ока-

зывая существенного влияния на температурный режим внутри аппарата.

Соотношение и состав получаемых газообразных, жидких и твердых про-

дуктов зависят от условий пиролиза и состава исходного продукта.

К вредным составляющим НБО относят: серу, основным источником кото-

рой является резина; хлор, выделяющийся при сжигании полимерных материа-

лов; оксиды азота; соединения фтора и т. д.

Для защиты окружающего атмосферного воздуха от загрязнений дымовые

газы необходимо тщательно очищать как от золы, так и от химических веществ.

163

В качестве реагента для очистки дымовых газов применяют известковое мо-

локо, выбор которого зависит от имеющихся в дымовых газах химических при-

месей и необходимости вывода химических загрязнителей (слабо- или трудно-

растворимые соли) дымовых газов. Используя известковое молоко, достигают

достаточно высокой степени очистки дымовых газов и обеспечивают доступ-

ность нейтрализующего реагента и простоту обращения с ним.

Система, включающая распылительную сушилку и абсорбер, рассчитана на

очистку отходящих газов от двух одновременно работающих печей пиролиза. При

этом качество выбрасываемых газов характеризуется следующими показателями:

пыль – 30 мг/м

; SО

– 50 мг/м

; NO

– 100 мг/м

; Сl

–

– 10 мг/м

; F

–

– 2 мг/м

Абсорбция пыли и химических примесей из отходящих топочных газов про-

исходит в пенном абсорбере. В качестве орошающего раствора используют из-

вестковое молоко. В результате нейтрализации кислых окислов образуются каль-

циевые соли соответствующих кислот, раствор которых направляют в распыли-

тельную сушилку, где образуется сухой шлам – смесь солей и золы.

Шлам собирают в контейнеры и направляют в отвал для хранения или от-

правляют потребителю.

Количество загрязняющих веществ, выделяющихся при пиролизе, составляет

примерно 50 % от выделяющихся при сжигании таких же объемов ТБО на МСЗ.

2.7. Использование вторичных ресурсов

Не все отходы, образующиеся в процессе производства, можно отнести к

вторичному сырью. Вторичное сырье – это материалы и изделия, которые после

первоначального полного их использования (износа) можно применять повторно

в качестве исходного сырья (металлолом, отработанные смазочные масла, маку-

латура, строительные отходы, изношенные шины, полимерные отходы, отходы

кожи, стеклобой и др.).

Отсутствие централизованной системы сбора и переработки отходов и сни-

жение промышленного производства в РФ привело к резкому снижению объемов

их использования. В настоящий момент отсутствуют условия стимулирования

использование вторичных ресурсов в производственной деятельности. Предприя-

тия, занимавшиеся переработкой вторичных материалов, акционировались и ча-

стично перешли на другие виды деятельности.

В отличие от промышленных отходов объем образования твердых бытовых

отходов в последнее время (8...10 лет) остается практически неизменным. Основ-

ную массу ТБО составляют бумага и картон, а также пищевые отходы. Однако в

последнее время доля пищевых отходов в ТБО значительно уменьшается, доля

макулатуры и полимеров увеличивается, что обусловлено значительным увели-

чением объема потребления импортных продовольственных и промышленных

товаров в современной упаковке.

Наряду с традиционными видами отходов в последнее время появляются и

новые их виды, в частности, актуальной стала проблема утилизации брошенного

автотранспорта.

164

Основные критерии выбора видов отходов, подлежащих использованию в

качестве вторичного сырья:

− объемы образования отходов и перспективы их увеличения,

− влияние на экологию и загрязнение города,

− возможность эффективного вторичного использования.

Исходя из рекомендаций федеральной комплексной программы «Экологиче-

ская безопасность России», в основу создания систем сбора и переработки не-

опасных отходов необходимо закладывать системы селективной формы сбора от-

ходов потребления, что позволит снизить затраты на подготовку вторичных ре-

сурсов и их переработку.

Система сбора и переработки отходов должна включать стационарные произ-

водственно-заготовительные предприятия (ПЗП); стационарные и передвижные

приемные пункты; контейнерный парк; транспортные технические средства; по-

грузочно-разгрузочное оборудование; технологическое оборудование. Число при-

емных пунктов должно определяться в зависимости от численности населения.

Отходы, образующиеся на промышленных предприятиях и в других круп-

ных источниках их образования, обычно, собирают на основе прямых договоров

между поставщиком отходов и перерабатывающими предприятиями.

Промышленная переработка отходов в качестве вторичного сырья сократит

объемы их вывоза на полигоны, мусоросжигательные и мусороперерабатываю-

щие заводы, существенно уменьшит негативное воздействие отходов на окружа-

ющую среду.

2.8. Переработка и вторичное использование макулатуры

Макулатуру в основном используют при изготовлении различных видов бу-

маги и картона в целлюлозно-бумажной промышленности (упаковочные виды

бумаги и картона; газетная, писчая, печатная и санитарно-гигиеническая бумага)

и в промышленности строительных материалов при производстве кровельных,

гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов, а также различных строи-

тельных плит.

За рубежом широко распространены композиции для производства тепло-

изоляционных плит на основе перлита, в состав которых в качестве армирующего

компонента входит макулатура. Также из макулатуры получают гранулирован-

ное, брикетированное и порошкообразное твердое, а также жидкое и газообраз-

ное топливо. В Германии из макулатуры, отходов древесины и соломы получают

топливный спирт – этанол.

Кроме того предлагаются различные способы использования макулатуры как

в качестве удобрения, так и для улучшения водных свойств и структуры почвы.

внесении макулатуры в почву повышается ее влагоемкость, улучшаются структу-

ра и условия обработки. Однако в процессе перегнивания макулатуры отмечается

некоторое обеднение почвы азотом, что требует дополнительного внесения азот-

содержащих веществ.

Макулатуру также используют в смеси с другими удобрениями для сниже-

ния вымывания удобрений из почвы и, следовательно, повышения урожайности.

165

В этом случае макулатуру, опилки и другие целлюлозосодержащие материалы

обрабатывают полимерами, придавая им свойства пониженной смачиваемости.

В числе новых направлений использования макулатуры выделяют изготов-

ление из нее теплоизоляционных и конструкционных материалов, заменяющих

пенополистирол.

Теплоизоляционный материал выпускают в виде плит различных размеров и

толщины (30...100 мм), плотностью 200, 250, 300 кг/м

Физико-механические характеристики плит из различных теплоизоляцион-

ных материалов приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Физико-механические показатели плит

Показатель

Плиты

Перлито-

фосфо-

гелевые

Перлито-

пласт-

бетонные

Мине-

ральные

На основе

бумажной

макулатуры

Плотность, кг/м

200…300 100…175 250…350 200…300

Предел прочности, МПа:

− при 10 %-м сжатии 0,35…0,6 0,12…0,4 – 0,25…0,5

− при изгибе 0,2…0,7 0,18…0,48 0,1 0,5…1,0

Водопоглощение за 24 ч, %

5 4…11 – 5

Теплопроводность,

Вт/(м·К)

0,064…0,082

0,034…0,04

0,089 0,046…0,075

Конкурентоспособность теплоизоляционных материалов, изготовленных из

макулатуры с использованием вяжущих материалов из вторичных полимеров, опре-

деляется их относительно невысокой стоимостью за счет дешевизны используемого

сырья (отходов), хорошими физико-механическими свойствами, не уступающими

традиционным материалам и превосходящими их по экологической безопасности.

Выпускаемые теплоизоляционные материалы предназначены для теплоизо-

ляции при строительстве жилых, промышленных и культурно-бытовых зданий.

Плиты, отделка поверхности которых выполнена под ценные породы древе-

сины методом трафаретной и глубокой печати, нанесения покрытий эмалью,

красками, текстурной бумагой, фанерой, пластиками, лаком, тиснением в горячем

прессе, могут быть использованы в качестве отделочного материала.

2.9. Переработка и утилизация отходов резиновых изделий

Отходы резиновых изделий делят на отходы производства и отходы обществен-

ного потребления. Отходы производства резиновых изделий накапливаются на пред-

приятиях, производящих резинотехнические изделия, автомобильные шины, резино-

вую обувь. Отходы потребления образуются в результате жизнедеятельности людей.

Отходы производства резинотехнических изделий делят на:

- отходы резиновых смесей, образующиеся на предприятиях в процессе

производства резиновых смесей, это бракованные резиновые смеси – отходы, ис-

пользуемые в собственном производстве или продаваемые на сторону;

166

- невулканизованные резиновые отходы – технологические отходы, об-

разующиеся в процессе вулканизации резины на крупных предприятиях по про-

изводству шин, резинотехнических и резиновых изделий (выпрессовки, облой,

обрезь конвейерных лент, брак);

- вулканизовамые резиновые отходы – технологические отходы, образу-

ющиеся при изготовлении резиновых изделий из вулканизованной резины (брак

шин, вырубки при производстве подошвы резиновой обуви и других изделий).

Большая часть отходов производства резинотехнических изделий обычно

утилизируется на самих предприятиях, на свалки их не вывозят или вывозят в

ограниченных количествах.

Наиболее массовым видом отходов общественного потребления являются

амортизированные шины. Ежегодно в мире на производство автомобильных шин

расходуется более 15 млн т производимых синтетических и натуральных каучу-

ков, а через определенное время все производимые шины попадают в отходы.

Время эксплуатации автомобильных шин меньше, чем время эксплуатации

большинства резиновых изделий.

Ежегодно в различных странах мира образуются огромные объемы аморти-

зированных шин, так с США образуется 16000...18000 тыс. т, в Японии –

600...750 тыс. т, во Франции – более 400 тыс. т, в Германии – 460…510 тыс. т, в

Англии – 250…400 тыс. т.

Объемы переработки и использования изношенных шин за рубежом составля-

ют в Японии – до 87 %, в США и большинстве стран Западной Европы – 20...30 %

(в Германии – 50 %).

В мире применяют различные технологии по переработке и утилизации ре-

зиновых отходов и изношенных автомобильных шин. В этих технологиях преду-

смотрено использование изношенных шин и резиновых отходов для получения

энергии путем сжигания, измельчение шин и резиновых отходов для получения

резиновой крошки, порошка и регенерата.

2.9.1. Утилизация целых шин

Целые изношенные шины используют при устройстве искусственных рифов,

служащих местом обитания рыб и устриц. У берегов Австралии фирмой «Гудияр»

(1970) был создан искусственный риф из 15 тыс. шин, у берегов Флориды – из

215 тыс. шин. Искусственные рифы из шин имеютя также в Новой Зеландии, Гре-

ции, Японии, на Ямайке и в других странах. Морская вода при этом не загрязняется.

Иногда изношенные шины применяют как защитные элемент, например при

укреплении склонов от эрозионных процессов, этом случае склоны покрывают

покрышками, засыпают их почвенным грунтом и сеют травы.

2.9.2. Сжигание шин с целью получения энергии

Использование изношенных шин для получения энергии с точки зрения эко-

логии неоднозначно, т. к. это связано с выделением в атмосферу больших коли-

честв цинка и серы. Отмечено содержание в дыме горящих шин канцерогенных

веществ и небольшого количества диоксина. При организации полного и без-

опасного сгорания шин в печах, оборудованных соответствующими фильтрами

167

очистки выбросов, эти проблемы исчезают. Однако создание печей и очистных

сооружений для улавливания вредных газов и соединений тяжелых металлов тре-

бует больших затрат. Так, при использовании покрышек в качестве топлива за-

траты составляют 20...25, а иногда 30...35 дол. на 1 т.

Основная причина применения методов сжигания шин для получения энер-

гии во многих развитых странах – отсутствие эффективных технологий ком-

плексной переработки шин с получением продукции высокого качества.

2.9.3. Пиролиз отходов резины

В наиболее развитых странах (Германии, Японии, США, и др.) уже длитель-

ное время эксплуатируют опытно-промышленные установки по пиролизу изно-

шенных шин.

Пиролиз кусков шин, резиновой крошки осуществляется в среде с недостат-

ком кислорода. Но так как бóльшая часть этих установок работала в цикличном

режиме, а получаемые продукты пиролиза требовали дополнительной очистки

перед последующим использованием, а главное – затраты не восполняли стои-

мость получаемых материалов, пиролиз старых шин практически не применяют.

2.9.4. Дробление (измельчение) изношенных шин

Измельчение (дробление) старых шин считают наиболее перспективным ме-

тодом их переработки, поскольку в этом случае в продуктах переработки сохра-

няются физические свойства резины. Методы измельчения принято разделять на

измельчение при положительных температурах и криогенное дробление.

Первая установка по получению резиновой крошки криогенным методом

начала функционировать в штате Огайо (США) в 1979 г. В Германии в 1987 г.

фирма «Хэльдт» ежесуточно перерабатывала в резиновую крошку около 20 т шин

с применением криогенной технологии (замораживание – молотковая дробилка –

ножевая дробилка).

Как показала практика, эксплуатационные расходы измельчения при положи-

тельных температурах невелики, но стоимость оборудования больше, чем при ис-

пользовании низкотемпературного (криогенного) дробления. Поэтому позднее

разработан комбинированный способ: грубое дробление при положительных тем-

пературах с последующим измельчением в порошок при низких температурах.

В нашей стране было разработано и внедрено несколько технологий и тех-

нологических линий измельчения изношенных шин с текстильным кордом. Для

переработки покрышек использовали технологию измельчения при нормальных

температурах с применением валкового оборудования. Предлагаемые линии по

переработке шин подразделяют на линии криогенного дробления и линии из-

мельчения при нормальных температурах.

На российском рынке технологические линии криогенного измельчения ре-

зины предлагают фирмы «Интек» (Германия), «Виртег» (Швейцария) и «Крамб

раббер технологи» (США).

Технологические линии состоят из следующих основных технологических

узлов: установка предварительного дробления цельных шин на куски размером

150 х 150 мм, камеры охлаждения резины, молотковые дробилки, системы сепа-

168

рирования (разделения) измельченной резины на фракции, системы отделения

металлического и текстильного кордов.

Для охлаждения резины фирмы «Интек» (Германия) и «Виртег» (Швейца-

рия) используют жидкий азот, фирма «Крамб раббер технологи» (США) – турбо-

холодильные установки.

На российском рынке технологические линии измельчения резиновых отхо-

дов, в том числе и шин с металлокордом, при нормальных температурах предла-

гают следующие зарубежные и отечественные фирмы: СIМР (Франция), АО

«Тушинский машиностроительный завод» (ТМЗ), РИЦ «Росполимер» (Россия).

Стоимость отечественных линий примерно на 30...40 % меньше, а получае-

мый на этих линиях порошок имеет более высокую дисперсность и более разви-

тую поверхность частиц, чем порошок, получаемый на линиях криогенного из-

мельчения, и обладает хорошей совместимостью с полимерными связующими.

Основной причиной низкого уровня утилизации шин в России, помимо сбо-

ра и транспортировки, является отсутствие рынка сбыта продуктов переработки.

Основной продукт при переработке вторичных резин и изношенных шин –

резиновая крошка и резиновый порошок различной дисперсности, которые мож-

но применять во многих областях промышленности.

2.9.5. Дорожные покрытия

В США, Бельгии, Австрии и Японии получены хорошие результаты при ис-

пользовании резиновой крошки в дорожном строительстве: значительно повыша-

ется износостойкость и снижается шумообразование, повышается морозостой-

кость, в три раза увеличивается срок службы, сокращается тормозной путь.

Существует два способа изготовления резиноасфальта: первый – химическое

взаимодействие крошки с компонентами асфальта, второй – крошку вводят в ас-

фальт в качестве наполнителя подобно щебню и песку.

2.9.6. Производство регенерата

Снижение потребления регенерата, получаемого из резиновой крошки, про-

исходит вследствие вытеснения его синтетическими каучуками и переходом

шинной промышленности на производство шин радиальной конструкции, требу-

ющее резиновых смесей высокого качества. Потребление регенерата составляет

лишь 1 % общего объема производства шин.

2.9.7. Применение резиновой крошки в полимерных смесях

Немодифицированную резиновую крошку используют в резиновых смесях

различного назначения, в том числе при изготовлении подошвы обуви, массив-

ных шин для малых транспортных средств и протекторов.

Для улучшения совместимости полимеров при использовании отходов про-

изводства, изношенных резинотехнических изделий, шин и полимерных матери-

алов, а также для повышения физико-механических свойств изделий из полиуре-

тана тонкодисперсную крошку модифицируют, обрабатывая газовой смесью, со-

держащей фтор и еще, по крайней мере, один реакционный газ (О

, Сl

, Br

, SO

СО), разбавленный инертным газом. При смешивании такой крошки с жидким

169

полиуретаном (ПУ) и последующем структурировании получается композицион-

ный материал. При этом способе можно утилизировать вторичные полимерные и

резиновые материалы, трудно разделяемые при сортировке и не подвергающиеся

биологическому разрушению.

Покрытия площадок, крыш зданий и сооружений изготавливают из смеси

резиновой крошки с добавлением 1...1,5 % серы, которую пропускают между

двумя вращающимися сжимающими цилиндрами, а затем прессуют при темпера-

туре 121…232 ºС и давлении 7…12 МПа в течение 1…10 мин с образованием не-

прерывного полотна. Для настила пола, покрытий крыш, плиток, ящиков для

упаковки и т. д. получают эбонитоподобный материал из смеси 10…30 (25) % ре-

зиновой крошки помола 3...4 мм и 70...90 (75) % отходов пластмасс (пришедшие

в негодность полиэтиленовые и полипропиленовые трубки). Смесь формуется

под давлением при температуре плавления пластмассы. Материал обладает высо-

кой твердостью и жесткостью, стоек к действию воды и его можно применять в

различных климатических зонах.

2.9.8. Строительство спортивных сооружений

При строительстве спортивных беговых дорожек требуется от 3 до 5 кг ре-

зиновой крошки на 1 м

дорожки в качестве наполнителя полиуретана. Расход ре-

зиновой крошки при строительстве детских игровых площадок составляет около

9 кг/м

. Противоударные дорожки на хоккейном поле, выполняемые толщиной

40 мм, содержат около 40 кг резиновой крошки и 5 кг порошка на 1 м

покрытия.

2.9.9. Перспективные направления использования порошков

из изношенных шин

Предлагается использовать резиновую крошку в качестве пластового дрена-

жа при строительстве дорог и зданий. Дренажный слой, укладываемый под до-

рожным покрытием, состоит из кусков резины, находящихся между двумя тек-

стильными прокладками. Считают, что такой дренаж дешевле и экологически

безопасен по сравнению с дренажем, выполняемым из гравия.

Высокодисперсные порошки смогут найти применение в качестве сорбентов

для очистки водных поверхностей и суши от разливов нефтепродуктов и в водо-

подготовке городского водопроводного хозяйства.

В Японии крошку помола 1…5 мм применяют при производстве бетонных

дамб для предотвращения усадочных трещин.

В России разработаны и доведены до промышленного внедрения технологии

получения кровельных и гидроизоляционных материалов на основе резиновых по-

рошков и вторичных полимеров. Разработаны методы получения широкой гаммы

литьевых материалов на основе термопластов и смешанных наполнителей (рези-

новые порошки и дисперсные минеральные наполнители), метод модификации ре-

зиновых порошков, с помощью которого можно изготавливать изделия из них без

применения эластомерного или термопластичного связующего, а также технология

получения литьевых материалов на основе термопластов и резиновых порошков.

170

2.9.10. Пример технологии переработки отходов производства

автомобильных шин

В процессе производства шин образуются следующие производственные отходы:

- подвулканизованные резиновые смеси (горелая резина);

- срезка обрезиненных тканей (обрезиненный текстильный корд);

- вулканизованные выпресовки;

- окончательный брак: авто-, вело-, мотокамер;

- окончательный брак: авто-, вело-, мотопокрышек;

- варочные камеры;

- отходы латекса, каучука.

Все перечисленные производственные отходы после предварительной пере-

работки могут использоваться при изготовлении товаров хозяйственного и куль-

турно-бытового назначения (резиновые дорожки для стадионов; резинокордные

сельскохозяйственные плиты; подрельсовые прокладки и т. д.).

Невулканизованные отходы обрезиненных текстильных материалов отно-

сятся к категории наиболее трудноперерабатываемых, т. к. состоят из двух со-

вершенно разнородных материалов: резиновой смеси и синтетических волокон в

виде корда или тканей. В настоящее время на ряде шинных заводов из них произ-

водят кровельные материалы путем многократной обработки невулканизованных

обрезиненных кордов на валковых машинах с последующей вулканизацией в

прессах. По такой же технологии готовят подрельсовые прокладки.

Технологический процесс производства резиновых плит и дорожек пред-

ставлены на рис. 2.10.