Стольберг Ф.В. Экология города (урбоэкология)

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов

331

Переработка ТБО на МПЗ включает следующие основные операции.

Технологическая подготовка ТБО. Прибывшие на МПЗ мусоровозы взве-

шиваются и направляются в приемное отделение, представляющее собой за-

крытое помещенйе, оборудованное:

• воротами с резиновыми уплотнителями для защиты окружающей среды

от пыли, мух, крыс и запахов; после разгрузки мусоровоза ворота за-

крываются;

• приемными бункерами (2—3 рабочих, один резервный) для обеспече-

ния непрерывной подачи ТБО в дальнейшие технологические процессы

при неравномерной разгрузке мусоровозов;

• мостовым краном с грейфером, обеспечивающим перегрузку ТБО из бун-

кера в бункер, а также удаление негабаритных включений из бункеров;

• системами пожаротушения и освещения;

• системой влажного пылеподавления и водопроводом для мойки и де-

зинфекции бункеров;

• системой принудительной вытяжной вентиляции, обеспечивающей от-

рицательное давление в приемном отделении;

• рамами или постами подъездов, обеспечивающими безопасную разгрузку

мусоровозов;

• системой непрерывного удаления ТБО из рабочих бункеров (пластин-

чатые питатели, установленные в днище бункеров), обеспечивающие

непрерывность подачи ТБО и дозировку;

• системой отделения крупногабаритных фракций, не поддающихся ком-

постированию (изделия размером более 400 мм из дерева, картона, пласт-

массы, ветки, текстиль и металлолом). Крупногабаритные фракции ТБО

после сепарации на грохотах и извлечения черных металлов удаляются на

полигон или мусоросжигательный завод, так как большая часть крупных

фракций представлена изделиями из дерева, картона и текстиля.

Обеззараживание ТБО в биотермических барабанах. После сепарации ТБО

подаются во вращающиеся биотермические барабаны (диаметр > 4 м, длина

— 40—60 м), где в течение 2—3 дней происходит их компостирование. Темпе-

ратура в барабане достигает 60—75° С, что обеспечивает обеззараживание об-

рабатываемых отходов от патогенной микрофлоры. Ускоренный биотерми-

ческий процесс на начальной стадии компостирования осуществляется за счет

перемешивания ТБО при вращении барабана (не менее 1000 оборотов в сут-

ки), вдувания воздуха (до 0,8 м

воздуха на 1 кг ТБО), поддержания опти-

мальной влажности ТБО (45—60%) и теплоизоляции стенок биобарабана.

Наряду с температурой губительное воздействие на патогенную микро-

флору оказывают антибиотики, вырабатываемые мезофильной микрофлорой.

Сами ТБО всегда содержат достаточное количество разнообразной микро-

флоры, необходимой для биотермических и обеззараживающих процессов.

Обязательным условием обеззараживания ТБО является их выдержка (не

менее 12 часов) при температуре, губительной для патогенной микрофлоры.

332

Экология городов

Этот процесс в зависимости от состава и крупности ТБО регулируется сро-

ком пребывания ТБО в биобарабане, скоростью вращения барабана, объе-

мом вдуваемого воздуха и др.

В биобарабанах за 2—3 суток успевают завершиться первая и вторая фазы

компостирования, т.е. разогрев ТБО сначала до температуры 30—35° С мезо-

фильной микрофлорой, а затем до температуры 60—70° С термофильной мик-

рофлорой, а также, что является главным, обеззараживание ТБО. Заверше-

ние второй фазы компостирования и третья ее фаза уже проходят за предела-

ми МПЗ на площадках компостирования, где ТБО выдерживается до 1—1,5

лет. Однако весь процесс дальнейшей механической переработки ТБО на

МПЗ производится с обеззараженными ТБО.

После обработки ТБО в биобарабанах меняется их фракционный со-

став: фракции менее 20 мм уже составляют 60—70%, фракции 20—60 мм —

14—18%, фракции 60—300 мм — 15—20% и фракции 300—400 мм — 1—2%,

т.е. наблюдается существенное измельчение ТБО. Плотность изменяется

от 160—230 кг/м

в начале биобарабана до 700 кг/м

после прохождения

биобарабана.

Контрольная сортировка обеззараженных ТБО. Контрольная сортировка

обеззараженных ТБО производится для очистки компоста от крупных фрак-

ций, которые не компостируются. Сортировка производится на сепараторах

(барабанных грохотах) непрерывного действия с постоянной загрузкой и

разгрузкой ТБО. Барабанные грохоты имеют диаметр 2 м и более, длину

около 4—5 м, с отверстиями в цилиндрической поверхности барабана. Код

сепарации — размеры отверстий в стенках барабана, через которые просы-

паются мелкие фракции ТБО; крупные фракции, улавливаемые сепарато-

ром, разгружаются в торце сепаратора. Производительность сепаратора за-

висит от скорости вращения барабана. Так, при малых скоростях вращения

наблюдается перекатывание ТБО без отрыва от внутренней стенки бараба-

на; при больших скоростях наблюдается «прилипание» ТБО к внутренней

стенке барабана за счет центробежных сил. При оптимальной скорости вра-

щения (10—15 об/мин) происходит некоторый подъем компостируемых ТБО,

отрыв и падение. В таком режиме достигается максимальная производи-

тельность сепаратора. Кроме этого, происходит дробление ТБО, что также

имеет немаловажное значение.

Извлечение черных металлов. Черные металлы извлекаются из ТБО в трех

узлах технологической линии, а именно:

• до биобарабанов, после сепарации, выделяющей самые крупные фрак-

ции (крупнее 400 мм); на этом этапе из ТБО извлекается до 50—60%

всего металла, попавшего в ТБО; это относительно чистый металл, ко-

торый легко пакетируется;

• после биобарабанов, после сепараторов, освобожд&ющих компост от

крупных включений (250—400 мм), производится улавливание черных

металлов из потока крупных фракций (крупнее 250 мм);

• после биобарабанов, после сепараторов производится улавливание чер-

ных металлов из потока мелких фракций компоста (мельче 250 мм).

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов 333

На современном уровне развития утилизационных технологий можно из-

влекать 90—95% всего черного металла, входящего в морфологический состав

ТБО. Черные металлы извлекаются из ТБО с помощью подвесных электромаг-

нитов, расположенных над конвейерной линией, перемещающей ТБО. Код

сепарации — напряженность магнитного поля. Например, при напряжении

20 кА/м из ТБО извлекаются только пустые жестяные банки; при напряжении

40 кА/м — жестяные банки, частично заполненные водой или грязью; при

напряжении 60 кА/м — все полностью заполненные жестяные банки. Извлече-

ние металлов зависит также от скорости продвижения ленты конвейера, высоты

размещения электромагнита над лентой и толщины слоя ТБО на ленте.

Извлечение цветных металлов. Обычно ТБО содержат до 0,2—0,3% цвет-

ных металлов, фракционный состав этих включений — менее 250 мм. Извле-

чение цветных металлов производится после извлечения черных металлов на

этапе после биобарабанов и сепараторов в потоке обеззараженного ТБО, име-

ющего фракции менее 250 мм. Для извлечения цветных металлов под лентой

конвейера, транспортирующего компост к сепараторам мелкого балласта (стек-

ло, кости, камни, куски пластмассы, обувь и другие включения, прошедшие

через ячейку сепаратора 250 мм), устанавливается многофазное индукторное

электроустройство, создающее бегущее электромагнитное поле. Это перемен-

ное магнитное поле наводит на куски цветных металлов электродвижущую

силу, вектор которой направлен перпендикулярно оси движущейся ленты с

ТБО. При прохождении ленты транспортера над сепаратором цветных метал-

лов под действием бегущего электромагнитного поля куски цветных метал-

лов перемещаются к краю ленты и в результате сбрасываются с ленты транс-

портера. Код сепарации — напряженность электромагнитного поля.

Извлечение балластных включений, меньших 250 мм. Удаление балласта из

компоста возможно двумя способами: баллистическим и пневматическим.

Первый — баллистический способ — осуществляется следующим обра-

зом. Разгоняют ленту конвейера, на которой лежит компост, и резко меня-

ют направление движения ленты. Компост по инерции летит в том же на-

правлении и сталкивается с отражающей вертикальной стенкой, установ-

ленной на пути полета компоста под углом 35—50° к вертикальной плоскости

движения. Ударившись о стенку, компост падает в подставленный контей-

нер. Код сепарации — упругость составляющих компоста. Дальше всего от-

скакивают упругие материалы.

Второй — пневматический способ — осуществляют следующим образом.

В шахту вертикального металлического короба сваливают компост, содержа-

щий балласт. Встречный поток воздуха подхватывает легкие небольшие фрак-

ции компоста и уносит их в гидроциклон, где концентрируется обогащаемый

материал. Более тяжелые фракции балласта преодолевают сопротивление вер-

тикального воздушного потока и сваливаются в сборный контейнер, установ-

ленный у основания вертикальной шахты.

Код сепарации при этом способе — это скорость витания, т.е. та ско-

рость, при которой воздушный поток способен переносить включения раз-

личной крупности. Задавая в батарее таких сепараторов различные скорости

витания, можно отбирать балласт различных размеров и веса.

334

Экология городов

Извлечение измельченной пленки из компоста. После удаления балласта

компост измельчают (размер частиц <10 мм) и направляют в специальную

камеру, где, подхваченный сильной струей воздуха, он подбрасывается вверх

и осаждается на горизонтальную ленту конвейера, движущуюся у дна каме-

ры. Первыми падают самые тяжелые фракции, последними — пластинки пла-

стмассовой пленки, раздробленной до размеров менее 1 см

. Код сепарации

— гидравлическая крупность фракций компоста. В результате на движущейся

ленте образуются два слоя: нижний, состоящий из тяжелых фракций компо-

ста, и верхний, состоящий из легких фракций, представленных в основном

кусочками пленки.

В конце движения конвейерной ленты установлен всасывающий "пыле-

сос", который втягивает легкую пленку. "Тяжелый" компост, избавленный

от пленки на 65—70%, сбрасывается в приемные контейнеры и вывозится на

площадки в штабеля дозревания компоста. В этих штабелях завершается его

дозревание и компост становится ценным органическим удобрением.

8.6. Мусоросжигательные заводы

Обезвреживание ТБО на мусоросжигательных заводах (МСЗ) получило

широкое развитие в мировой практике. Такие страны, как Дания, Швейца-

рия и Япония сжигают около 70% своих ТБО; Германия, Нидерланды и Фран-

ция — около 40%. Мощности МСЗ в Европе и Америке продолжают расти.

Технологическая схема МСЗ представлена на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Технологическая схема мусоросжигательного завода:

1 — приемное отделение с бункером для приема ТБО; 2 — мостовой кран с грейфером;

3 — приемный бункер котлоагрегата; 4 — питатель топки; 5 - колосниковая решетка

мусоросжигательного агрегата с топочным устройством; 6 — котел-утилизатор пара; 7 —

гасильная ванна со скребковым устройством для удаления шлака; 8 - шлаковый конве-

йер; 9 — электромагнитный сепаратор для извлечения черных металлов; 10 — заводская

система временного складирования и удаления шлака; 11 — система фильтров и цикло-

нов для очистки газов; 12 — тягодутьевое устройство с вентиляторами для подачи воздуха;

13 — дымососы; 14 - дымовая труба

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов

335

ТБО через загрузочное устройство поступают на питатель колосниковой

решетки. Толщина слоя ТБО на решетке более 1 м. Ширина решетки 3 м,

угол наклона 26°. Решетка представляет собой систему чередующихся под-

вижных и неподвижных колосников. Подвижные колосники совершают об-

ратно-поступательное движение. При каждом ходе колосников под слой по-

ступающих сверху ТБО вводится порция (до 30%) горящих отходов, таким

образом создаются очаги нижнего зажигания, и поступающий из приемного

бункера слой ТБО перемешивается, разрыхляется и возгорается.

Для зажигания ТБО на колосниковой решетке используются пусковые

горелки. При движении ТБО по решетке через нее снизу поступает воздух и

благодаря наличию горящих отходов в нижнем слое поддерживается автотер-

мический процесс горения.

Топка сблокирована с котлом-утилизатором, к поверхности нагрева ко-

торого поступают топочные газы. Котел вырабатывает пар, который является

товарным продуктом и может использоваться для отопления близлежащих

районов или технологических нужд. Образующиеся при горении ТБО дымо-

вые газы поступают для очистки в систему фильтров, после чего выбрасыва-

ются при помощи дымососа в дымовую трубу. Шлак от сжигания ТБО удаля-

ется скребками в гасильную ванну, после чего по транспортеру подается на

молотковую дробилку. Из шлака электромагнитным сепаратором извлекает-

ся черный металл.

МСЗ занимают сравнительно небольшие площади от 2 до 5 га. Их при-

менение оправдано в тех случаях, когда полигоны ТБО расположены на

значительном удалении от города. Однако сжигание ТБО связано со значи-

тельными выбросами в атмосферу и сложностью их очистки. При низко-

температурном сжигании ТБО (ниже 1000° С) вероятность образования вы-

сокотоксичных газов увеличивается. Не решены вопросы использования

образующихся шлаков и летучей золы, которые являются крупнотоннаж-

ными отходами. При сжигании образуется 10—15% золошлаков от веса по-

ступающих на МСЗ отходов.

Разработаны различные технологические схемы МСЗ. В последние годы

в ряде стран идут интенсивные промышленные исследования в направлении

термической переработки ТБО нагреванием без доступа воздуха до темпера-

тур 500—600° С (низкотемпературный пиролиз) и выше 1100° С (высокотем-

пературный пиролиз). Созданы опытные и опытно-промышленные установ-

ки различной производительности.

Важное отличие технологии пиролиза ТБО заключается в том, что обра-

зующиеся газообразные продукты — пар и топливный горючий газ — можно

разделить и использовать в самом процессе термической обработки ТБО или

вне его. При этом выброс газообразных продуктов в атмосферу резко снижа-

ется. При пиролизе образуются продукты, которые могут найти применение

в хозяйственной деятельности: газообразное топливо (~30—40%), твердый уг-

леродистый остаток (-30—40%) и смола (-20—30%). В качестве побочного

продукта образуется подсмольная вода.

336

Экология городов

Твердый углеродистый остаток (пирокарбон), в котором содержание уг-

лерода составляет 30—40%, используется как заменитель низкосортных гра-

фитов, заполнитель в асфальтобетонных смесях, низкосортное топливо, сор-

бент. Смола — как топливо, составляющая асфальтобетонных смесей, сырье

для извлечения химсоединений. Подсмольная вода — как антисептическое

средство, в частности для пропитки шпал.

Известны три типа установок по пиролизу ТБО: горизонтальные (ба-

рабанного типа), вертикальные (шахтного типа) и смешанные. Напри-

мер, на заводе по переработке ТБО в Санкт-Петербурге создана и успеш-

но эксплуатируется установка барабанного типа по пиролизу некомпос-

тируемых ТБО производительностью 30 тыс. т отходов в год. Установка

состоит из двух вращающихся барабанов — сушильного и пиролизного.

Сушильный барабан расположен над пиролизным. Каждый барабан снаб-

жен топкой. Некомпостируемые ТБО поступают через загрузочное уст-

ройство в сушильный барабан. При вращении отходы продвигаются к

концу барабана и одновременно просушиваются (температура ТБО на

выходе — 150° С). Через пересыпное устройство отходы поступают в пи-

ролизный барабан, где осуществляется их прямой нагрев до 500—600° С.

Дымовые газы в сушильном барабане движутся прямотоком по отноше-

нию к ТБО, в пиролизном — противотоком. Газы, образующиеся в су-

шильном барабане и содержащие воду, через систему очистных устройств

выбрасываются в атмосферу. Газы из пиролизного барабана подаются в

сушильный барабан и сжигаются, выполняя роль дополнительного топ-

лива. Перед подачей в сушильный барабан пиролизные газы проходят

мокрую очистку, в процессе которой выделяется смола и образуется под-

смольная вода. Твердый углеродистый остаток из пиролизного барабана

поступает в устройство для охлаждения, а затем в дробильно-фасовочное

отделение. Пиролизная установка работает в комплексе с заводом, пере-

рабатывающим ТБО в компост. При этом часть отходов (~30%) не ком-

постируются (резины, кожи, текстиль и др.), и обработка их в пиролиз-

ной установке позволяет в максимальной степени решать задачу безот-

ходной технологии переработки ТБО.

В стадии разработки находятся пиролизные установки барабанного типа,

в которых нагрев отходов в пиролизном барабане осуществляется косвенно

(через стенки барабана). Это позволит в процессе пиролиза получать более

калорийный газ, не смешанный с дымовыми газами.

К недостаткам существующих пиролизных установок следует отнести

малую производительность, несовершенную систему очистки газообраз-

ных продуктов, а также нерешенность вопросов полной утилизации про-

дуктов пиролиза. Внедрение пиролизных установок позволит создать без-

отходные технологии переработки ТБО, в том числе для небольших горо-

дов, где строительство крупных мусороперерабатывающих комплексов

нерентабельно.

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов 337

8.7. Характеристика твердых промышленных отходов

С развитием горнодобывающей, металлургической и других отраслей про-

мышленности на 1ерритории многих городов Украины стали размещаться

отвалы вскрышных и шахтных пород, шлаков, шламохранилища. Так, на-

пример, в Донецке имеются многочисленные терриконы отвальных пород

угольных шахт, в Мариуполе — отвалы шлаков, шламохранилища, в Харько-

ве — отвалы горелой формовочной земли, шламохранилища. В то же время

производственные отходы являются богатым источником дешевого сырья,

практически готового для производства строительных материалов.

Промышленные отходы образуются при добыче полезных ископаемых,

их обогащении, переработке сырьевого концентрата и использовании гото-

вого продукта (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Источники образования твердых отходов

К отходам добычи полезных ископаемых относятся попутно добываемые

горные породы — вскрышные, шахтные, вмещающие. Основная масса по-

путных пород образуется при добыче руд черных и цветных металлов.

Различные отходы образуются при переработке сырьевого концентрата в

готовую продукцию на каждой технологической операции в результате физи-

ко-химических процессов, протекающих при обычных или высоких темпера-

турах. На некоторых предприятиях образуется более 200 наименований отхо-

дов основного и вспомогательного производств, например, доменные, фер-

338

Экология городов

росплавные и сталеплавильные шлаки, зола, топливные шлаки, фусы, кислая

смолка, кислые гудроны и др.

Отходы потребления образуются при использовании готовой продукции.

К ним относятся, например, металлолом, вышедшее из строя оборудование,

изделия технического назначения из резины, пластмасс, стекла и др.

Классификация твердых промышленных отходов производится по следу-

ющим признакам:

• по отраслям промышленности — отходы топливной, металлургической,

химической и других отраслей;

• по конкретным производствам — отходы сернокислотного, содового,

фосфорнокислотного и других производств;

• по агрегатному состоянию — твердые, жидкие, газообразные;

• по горючести — горючие и негорючие;

• по методам переработки;

• по возможностям переработки — вторичные материальные ресурсы

(BMP), которые перерабатываются или планируются в дальнейшем пе-

рерабатывать, и отходы, которые на данном этапе развития экономики

перерабатывать нецелесообразно;

• по опасности — промышленные отходы подразделяются на четыре класса

опасности:

Класс Характеристика отходов

Первый

Второй

Третий

Четвертый

чрезвычайно опасные

высокоопасные

умеренно опасные

малоопасные

Класс опасности отходов устанавливается в зависимости от содержания в

них высокотоксичных веществ расчетным методом или согласно перечню от-

ходов, приведенном в Государственном классификаторе отходов. На все виды

отходов разрабатывается технический паспорт согласно Межгосударственному

стандарту ДСТУ-2195-93, действие которого распространяется на 10 стран СНГ.

8.8. Методы подготовки и переработки твердых

отходов

Для утилизации и обезвреживания промышленных отходов наиболее рас-

пространенными являются следующие методы подготовки и переработки от-

ходов: измельчение размеров кусков, укрупнение размеров частиц, класси-

фикация и сортировка, обогащение, термообработка, выщелачивание, обез-

воживание (рис.8.6).

Рис. 8.6. Методы подготовки и переработки твердых отходов

340

Экология городов

Измельчение отходов. Твердые отходы как органические, так и неоргани-

ческие можно измельчать до нужного размера раздавливанием, раскалывани-

ем, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и различными

комбинациями этих способов.

В зависимости от свойств и размера кусков исходного материала и ко-

нечного продукта применяют различное оборудование, работающее по опи-

санным выше принципам. Основными методами измельчения являются дроб-

ление и помол. Иногда, если необходимо измельчать очень крупные отходы,

их предварительно режут на мелкие куски, которые в дальнейшем измельча-

ют на стандартном оборудовании.

Дробление широко используют при переработке отходов вскрыши, ме-

таллургических шлаков, вышедших из употребления резинотехнических

изделий, отходов пластмасс и других отходов. Для дробления используют

щековые, конусные, валковые, роторные дробилки различных типов. Раз-

мер кусков до дробления может составлять от 1000 до 20 мм, после дроб-

ления 250—1 мм.

Помол материалов крупностью 1—5 мм осуществляют мокрым и сухим

способами с помощью мельниц различного типа. Размер фракций после

измельчения может составлять 0,1—0,001 мм. Помол применяют при пере-

работке топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения,

некоторых производственных шламов, отходов пластмасс, пиритных огар-

ков и других BMP.

Укрупнение размеров частиц используют при подготовке к переплаву дис-

персных отходов черных и цветных металлов, при утилизации пластмасс, саж,

пылей, пиритных огарков, при переработке в строительные материалы отхо-

дов обогащения и других BMP. Укрупнение размеров мелкодисперсных ма-

териалов осуществляют методами гранулирования, таблетирования, брике-

тирования, высокотемпературной агломерации.

Гранулирование осуществляют окатыванием и прессованием в гранулято-

рах различных конструкций. Производительность этих аппаратов и характе-

ристики грануляторов зависят от свойств исходных материалов, применяе-

мых связующих, конструктивных факторов.

Таблетирование отходов осуществляют с помощью таблеточных машин

различных типов, принцип действия которых основан на прессовании дози-

руемых материалов в матричные каналы. Таблетки выпускают в виде цилин-

дров, сфер, дисков, колец и т.п.

Брикетирование применяют с целью придания отходам компактности, умень-

шения их объема, улучшения условий транспортировки, хранения. Брикетиро-

вание осуществляют с помощью прессов различных конструкций. Например,

брикетирование древесных отходов повышает теплоту сгорания опилок и стру-

жек. Плотные брикеты можно использовать как твердое топливо. Прессование

металлической стружки приводит к снижению потерь металла на угар.

Высокотемпературную агломерацию осуществляют с помощью агломера-

ционных машин и используют при укрупнении дисперсных железосодержа-