Основные процессы и аппараты по переработке твердых отходов
В мировой практике известны более 20 методов обезвреживания, переработки и утилизации твердых отходов. Методы обезвреживания и переработки отходов до конечной цели можно разделить на ликвидационные (решающие в основном санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решающие как санитарно-гигиенические, так и задачи использования вторичных материальных ресурсов). Переработка отходов – технологическая операция или совокупность технологических операций, в результате которых из отходов производится один или несколько видов товарной продукции. Утилизация отходов – более широкое понятие, чем переработка, так как включает все виды их использования, в том числе в качестве топлива для получения тепла и энергии, а также для полива земель в сельском хозяйстве, закладки выработанного горного пространства и т.д. Обезвреживание отходов – технологическая операция или совокупность операций, в результате которых первичное токсическое вещество или группа веществ превращается в нейтральные нетоксичные и неразлагающиеся соединения. Централизованная переработка отходов представляет собой совокупность операций по сбору, транспортированию и переработке отходов на специализированном производственном участке. Локальная переработка отходов представляет собой совокупность операций по переработке отходов, осуществляемых в зоне действия производственной установки, на которой образуются отходы. Выбор технологии обезвреживания отходов зависит от состава и свойств ТБО, а также факторов, среди которых определяющими должны быть охрана окружающей среды и здоровья населения, экономическая целесообразность. По технологическому принципу методы переработки твердых отходов подразделяются на механические, биологические, химические термические и смешанные (рис. 1.3).
К механическим методам относятся: дробление, измельчение, истирание. К биологическим – окисление в аэротенках, окисление в биофильтрах, аэробное биотермическое компостирование и т.д. К химическим методам относятся – методы преобразования отходов под воздействием химических компонентов. К термическим методам относят – сжигание, пиролиз некомпостируемых фракций, слоевое сжигание неподготовленных отходов и др. Ниже приведено краткое описание методов переработки отходов. Механические методы. Утилизация промышленных отходов связана с необходимостью либо их разделения на компоненты с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида. Для многих твердых промышленных отходов, утилизация которых не связана с необходимостью проведения фазовых превращений или воздействия химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, применяются в основном механические методы подготовки, такие как измельчение. Обычно грубое измельчение называют дроблением, тонкое и сверхтонкое – помолом. По размеру кусков исходного отхода и конечного продукта процесс измельчения условно подразделяется на несколько классов, исходя из которых производится выбор оборудования (табл.1.4). Таблица 1.4 Классификация методов измельчения Класс измельчения Размер кусков до измельчения, мм Размер кусков после измельчения, мм Дробление:– крупное– среднее– мелкое 100025020 250201…5 Помол:– грубый– средний – тонкий– коллоидный 1…50,1…0,040,1…0,02<0,1 0,1…0,040,005…0,0150,001…0,005<0,001
Измельчение. Измельчение твердых промышленных отходов и разделение их по крупности на фракции является одним из основных процессов подготовки отходов к утилизации и имеет важнейшее значение для обеспечения высокого качества готового продукта. Технология измельчения включает круг вопросов и проблем, связанных с исследованием путей и возможностей совершенствования существующих и создания новых процессов измельчения и соответствующих этим процессам аппаратов - измельчителей. Целью таких исследований является снижение стоимости измельчения, уменьшение удельных затрат энергии, износа и металлоемкости измельчителей, увеличение их долговечности и удобства эксплуатации. Учитывая, что стоимость основной массы сырья для производства готовой продукции сравнительно высока, технико-экономический фактор играет особую роль в теории измельчения. Главной из перечисленных задач является необходимость получения измельченного отхода, удовлетворяющего следующим требованиям: а) получение продукта заданного зернового состава: б) требуемая удельная поверхность; в) оптимальная конфигурация зерен; г) необходимая прочность. Измельчение материалов производится несколькими методами – раздавливанием, раскалыванием, ударом, изломом и истиранием (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Методы измельчения: а – раздавливание; б – раскалывание; в – удар; г – излом; д — истирание
Раздавливание материала наступает после перехода напряжений за предел прочности на сжатие. Раскалывание кусков происходит в результате их расклинивания и последующего разрыва вследствие возникновения в них напряжений от растяжения. Ударное дробление – результат действия динамических нагрузок с возникновением в материале сжимающих, растягивающих, изгибающих и сдвиговых напряжений. Излом куска происходит в результате его изгиба. При истирании внешние слои куска подвергаются деформации сдвига и постепенно срезаются скользящими рабочими поверхностями измельчителя вследствие перехода касательных напряжений за пределы прочности. В зависимости от физико-механических свойств материалов выбирают следующие методы измельчения (табл. 1.5). Таблица 1.5 Методы измельчения отходов Материал Метод переработки 1 2 Прочный и хрупкий Раздавливание, удар, излом Прочный и вязкий Раздавливание, истирание 1 2 Хрупкий, средней прочности Удар, раскалывание, истирание Вязкий, средней прочности Истирание, удар, раскалывание
Существуют различные схемы измельчителей (рис. 1.5). Процесс измельчения используют для получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм. При переработке твердых отходов используют агрегаты грубого и тонкого измельчения: стержневые, шаровые и ножевые мельницы, дезинтеграторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны. В качестве несущей среды при сухом измельчении чаще всего применяют воздух, реже дымовые или инертные газы, а при мокром - воду. Измельчение отходов пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение). Работа А, затраченная при дроблении или измельчении на разрушение исходного материала, прямо пропорциональна вновь образованной поверхности F: А = k1ΔF, (1.1) где k1 – коэффициент пропорциональности; ΔF – приращение поверхности. Степень дробления i выражает отношение размеров кусков подлежащего дроблению dH и кусков раздробленного материала dK: i = dH / dK. (1.2) Работа внутренних сил упругости при отсутствии потерь равна работе внешних сил, вызвавших упругую деформацию тела: А = , (1.3) где о - напряжение, возникающее при деформации; V - объем деформированного тела; Е - модуль упругости (модуль Юнга). Работа измельчения одного куска размером D равна А = k2D3, (1.4) где k2 - коэффициент пропорциональности. В обобщенном виде работа, затрачиваемая на деформацию разрушаемых кусков и образование новых поверхностей, равна А = , (1.5) где - коэффициенты пропорциональности; ΔV – деформированный объем; ΔF – вновь образованная поверхность. В чистом виде работа при дроблении пропорциональна среднегеометрическому между объемом V и вновь обнаженной (образованной) поверхностью S: А = kБ(VS), 6) где кБ - коэффициент Бонда.
Классификация и сортировка (сепарация) отходов. В ряде случаев переработка измельченных отходов должна сопровождаться их разделением на фракции по крупности. Для разделения кусковых и сыпучих материалов применяют различные способы: - просеивание или грохочение; - разделение под действием гравитационно-инерционных сил; - разделение под действием гравитационно-центробежных сил. Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях (колосниковых решетках, решетах, проволочных сетках, щелевидных ситах). Основным показателем грохочения является его эффективность Е, определяемая отношением количества подрешетного продукта к его общему количеству в исходном материале, % : , (1.7) где и - содержание нижнего класса в исходном материале и надрешетном продукте, %. При гравитационном и центробежном способах разделение измельченных продуктов на классы или выделение целевого продукта осуществляется методом раздельного высаживания частиц из несущей среды под действием гравитационно-инерционных или гравитационно-центробежных сил. Разделение сыпучих материалов под действием гравитационно-инерционных сил производится в газовых осадителях и гидравлических классификаторах, а под действием гравитационно-центробежных сил - в сепараторах циклонного типа, с вращающимися лопастями и т.п. В том случае, если отходы могут содержать металлические включения, их обычно пропускают через магнитный сепаратор (например, с движущейся лентой). В магнитном поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных металлов от органической части отходов. Для укрупнения мелкодисперсных частиц твердых отходов используют механотермические процессы обработки твердых отходов: методы окускования (компактирования) с применением приемов гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации. Окускование отходов. Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности в рекуперационной технологии твердых отходов распространены методы, связанные с укрупнением мелкодисперсных частиц, использующие приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации. Гранулирование и таблетирование эти методы включают большую группу процессов формирования агрегатов шарообразной или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов и т.п. с целью уменьшения их объема и облегчения транспортирования и складирования перед окончательной переработкой. Для гранулирования порошков используют ротационные (барабанные, тарельчатые, центробежные) и вибрационные грануляторы различных конструкций. Барабанные грануляторы получили большое распространение, но их важным недостатком является невозможность получения гранулята узко фракционного состава. Для этого используют тарельчатые (дисковые) грануляторы окатывания, позволяющие получать гранулят близкий по составу к монодисперсному. Для гранулирования порошков и паст часто используют червячные прессы (экструдеры) различной конструкции. Получаемая при прессовом гранулировании (таблетировании) продукция представляет собой таблетки различной формы и размеров или жгуты.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Основные процессы и аппараты по переработке твердых отходов» з дисципліни «Процеси і апарати переробки твердих побутових відходів»
