Методы подготовки и переработки твердых отходов

Для утилизации и обезвреживания промышленных отходов наиболее рас­пространенными являются следующие методы подготовки и переработки от­ходов: измельчение размеров кусков, укрупнение размеров частиц, класси­фикация и сортировка, обогащение, термообработка, выщелачивание, обез­воживание (рис.8.6).

Методы подготовки и переработки твердых отходов

Измель­чение

\/

Укруп­нение

Классифи­кация и сортировка

Обога­щение

Терми­ческая перера­ботка

Выщела­чивание

Обезво­живание

Дробление

Гранули­рование

Грохо­чение

Пиролиз

Таблети-рование

Гидравли­ческая сепарация

Флотация

Газифи­кация

Брикети­рование

Электри­ческая сепарация

Магнитная сепарация

Огневое обезвре­живание

Высокотем­пературная агломерация

Электри­ческая сепарация

Рис. 8.6. Методы подготовки и переработки твердых отходов

340 Экология города

Измельчение отходов. Твердые отходы как органические, так и неоргани­ческие можно измельчать до нужного размера раздавливанием, раскалывани­ем, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и различными комбинациями этих способов.

В зависимости от свойств и размера кусков исходного материала и ко­нечного продукта применяют различное оборудование, работающее по опи­санным выше принципам. Основными методами измельчения являются дроб­ление и помол. Иногда, если необходимо измельчать очень крупные отходы, их предварительно режут на мелкие куски, которые в дальнейшем измельча­ют на стандартном оборудовании.

Дробление широко используют при переработке отходов вскрыши, ме­таллургических шлаков, вышедших из употребления резинотехнических изделий, отходов пластмасс и других отходов. Для дробления используют щековые, конусные, валковые, роторные дробилки различных типов. Раз­мер кусков до дробления может составлять от 1000 до 20 мм, после дроб­ления 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 пере­работке топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов, отходов пластмасс, пиритных огар­ков и других BMP.

Укрупнение размеров частиц используют при подготовке к переплаву дис­персных отходов черных и цветных металлов, при утилизации пластмасс, саж, пылей, пиритных огарков, при переработке в строительные материалы отхо­дов обогащения и других BMP. Укрупнение размеров мелкодисперсных ма­териалов осуществляют методами гранулирования, таблетирования, брике­тирования, высокотемпературной агломерации.

Гранулирование осуществляют окатыванием и прессованием в гранулято­рах различных конструкций. Производительность этих аппаратов и характе­ристики грануляторов зависят от свойств исходных материалов, применяе­мых связующих, конструктивных факторов.

Таблетирование отходов осуществляют с помощью таблеточных машин различных типов, принцип действия которых основан на прессовании дози­руемых материалов в матричные каналы. Таблетки выпускают в виде цилин­дров, сфер, дисков, колец и т.п.

Брикетирование применяют с целью придания отходам компактности, умень­шения их объема, улучшения условий транспортировки, хранения. Брикетиро­вание осуществляют с помощью прессов различных конструкций. Например, брикетирование древесных отходов повышает теплоту сгорания опилок и стру­жек. Плотные брикеты можно использовать как твердое топливо. Прессование металлической стружки приводит к снижению потерь металла на угар.

Высокотемпературную агломерацию осуществляют с помощью агломера­ционных машин и используют при укрупнении дисперсных железосодержа-

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов 341

щих отходов: окалины, пылей, шламов, пиритных огарков. Для проведения агломерации на основе таких BMP приготовляют шихту, включающую твердое топливо, концентрат, флюсы, отходы. При горении топлива происходит спе­кание минеральных компонентов шихты. Спеченный концентрат дробят до нужных размеров, просеивают, мелкие фракции возвращают на агломерацию.

Классификацию и сортировку по фракциям осуществляют просеиванием и грохочением путем использования различных конструкций сит, решеток, гро­хотов; гидравлической и воздушной сепарации с помощью гидроциклонов, спиральных классификаторов.

Обогащение осуществляют выделением одного или нескольких компонентов из общей массы отходов. Самыми распространенными являются гравитаци­онные, флотационные, электрические и магнитные способы обогащения.

Гравитационные способы обогащения основаны на различии плотности и скорости падения частиц обогащаемого материала в жидкой или воздушной среде. Эти методы разделяют на промывку, обогащение отсадкой, в тяжелых суспензиях, в перемещающихся по наклонным поверхностям потоках.

Отсадка представляет собой процесс разделения минеральных частиц по плотности под действием переменных по направлению вертикальных струй воды или воздуха, проходящих через решето отсадочной машины.

Обогащение в тяжелых суспензиях и жидкостях заключается в разделе­нии материалов по плотности с помощью суспензий или жидкостей, плот­ность которых является промежуточной между плотностями разделяемых ча­стиц. Для обогащения применяют различные типы сепараторов.

Обогащение в потоках на наклонных поверхностях осуществляют на кон­центрационных столах, шлюзах, винтовых сепараторах. Обогащение матери­ала происходит в тонком слое воды под действием различно направленных потоков воды.

Промывку осуществляют с помощью промывочных машин для отделе­ния глинистых, песчаных и других минеральных, а также органических при­месей от твердых отходов. Для промывки используют воду, иногда с добавка­ми ПАВ, острый пар, различные растворители.

Флотационные способы основаны на различной смачиваемости поверх­ностей частиц водой. Тонкоизмельченные отходы обрабатывают водой, к которой добавляют флотационные реагенты, усиливающие различие в сма­чиваемости частиц рудного минерала и пустой породы. В качестве реагентов используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, амины и др.

Эффект разделения флотацией зависит от насыщения воды пузырьками воздуха, прилипающими к зернам тех минералов, которые плохо смачивают­ся, становясь более легкими, они выносятся на поверхность, отделяясь от хорошо смачиваемых частиц. В зависимости от характера насыщения воды воздухом различают напорную, барботажную (пенную), электрическую, био­логическую и химическую флотацию.

Магнитные способы обогащения основаны на разделении материалов по магнитным свойствам. Их применяют в том случае, если отходы содержат

342 Экология города

металлические включения. Материалы предварительно измельчают, класси­фицируют, некоторые обжигают. Обогащение материалов крупностью до 3 мм проводят сухим способом, мельче 3 мм — мокрым. Используют магнит­ные сепараторы различных типов.

Электрические способы обогащения основаны на различии электро­физических свойств разделяемых материалов. Такими способами обога­щают рудное сырье, отходы, содержащие примеси цветных металлов, фор­мовочные смеси, пески для стекольной промышленности. Для этих целей используют электрические сепараторы. При контакте с поверхностью за­ряженного металлического электрода частицы обогащаемого материала по­лучают заряд, величина которого зависит от электропроводности частиц. Наэлектризованные частицы направляют в электрическое поле, где про­исходит их сепарация.

Термические методы переработки и обезвреживания отходов. К ним от­носятся пиролиз, газификация, огневой метод обезвреживания и перера­ботки отходов.

Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соедине­ний под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кис­лорода. В результате пиролиза образуются пиролизный газ, смолы и твердый углеродистый остаток (сажа, активированный уголь и др.).

Количество и качество продуктов пиролиза зависят от состава отходов и температуры процесса. В зависимости от температуры различают три вида пиролиза:

• низкотемпературный пиролиз (450—550° С), при котором достигается
максимальный выход смол и твердого остатка, а также минимальный
выход пиролизного газа с высокой теплотой сгорания;

• среднетемпературный пиролиз (до 800° С), при котором выход газа уве­
личивается при уменьшении его теплоты сгорания, а выход смол и твер­
дого остатка уменьшается;

• высокотемпературный пиролиз (900—1050° С), при котором выход жид­
ких продуктов и твердого остатка минимален, а выход пиролизных га­
зов с невысокой теплотой сгорания максимален.

Разработаны и другие методы высокотемпературного пиролиза при тем­пературах до 1700° С.

Пиролизу подвергают отходы пластмасс, резины, шламы нефтеперера­ботки и др.

В настоящее время известно более 50 систем по пиролизу отходов, отли­чающихся друг от друга видом перерабатываемых отходов, температурой про­цесса и конструктивными решениями установок.

Продукты пиролиза могут широко использоваться в народном хозяйстве.

Основными компонентами пиролизного газа являются водород, метан и оксид углерода. Пиролизный газ имеет преимущества перед природным, так как не содержит соединений серы.

Раздел 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов 343

Твердый продукт пиролиза — сажу используют в производстве резино­технических изделий, пластмасс, типографских красок, пигментов. Инерт­ные материалы, например, расплавленный шлак, гранулируют и используют в промышленности строительных материалов.

Газификация представляет собой термохимический высокотемпературный процесс взаимодействия органических соединений с газифицирующими аген­тами, в результате чего органические соединения превращаются в горючий газ. В качестве газифицирующих агентов применяют воздух, водяной пар, диоксид углерода, а также их смеси.

Процессы пиролиза получили большее распространение, чем газифи­кация.

Огневой метод обезвреживания и переработки отходов заключается в сжи­гании горючих отходов и огневой обработке негорючих отходов высокотем­пературными продуктами сгорания топлива. Эти методы включают переплав, например, металлолома, отходов термопластов, отвальных металлургических шлаков, обжиг пиритных огарков и железосодержащих шламов, спекание галь­ванических шламов.

Метод выщелачивания основан на извлечении одного или нескольких компонентов из комплексного твердого материала путем их избирательно­го растворения в жидкости-экстрагенте (растворителе). Этот метод исполь­зуется при извлечении металлов из шлаков, пиритных огарков, отходов горнодобывающей промышленности; при извлечении лигнина из древес­ных отходов и т.д.

В зависимости от характера физико-химических процессов, протекаю­щих при выщелачивании, различают простое растворение и выщелачивание с химической реакцией. Скорость выщелачивания зависит от концентрации реагентов, температуры, интенсивности перемешивания, величины поверх­ности твердой фазы и других факторов.

Механическому обезвоживанию подвергаются осадки бытовых и промыш­ленных сточных вод, гальванические шламы и другие водонасыщенные отхо­ды, образуемые в мокрых технологических процессах. Часто такие отходы представляют собой трудноразделяемые суспензии. Для улучшения водоот­дачи проводят предварительную обработку их реагентными и безреагентны-ми способами. В качестве реагентов используют известь, соли железа, алю­миния. Основными недостатками реагентного способа обработки являются высокая стоимость и дефицитность реагентов, а также коррозионное воздей­ствие их на оборудование.

Безреагентная обработка отходов предусматривает замораживание и от­таивание, тепловую обработку, введение в состав отходов опилок и др.

При замораживании и оттаивании связанная вода переходит в свободную и отделяется от твердой фазы. Тепловая обработка заключается в нагревании отходов до температуры 170—200° С, при этом часть органического вещества распадается, осадок уплотняется и лучше отдает воду.

344 Экология города

Основными методами механического обезвоживания отходов являются фильтрование, центрифугирование и пропуск пульпы через гидроциклон.

При фильтровании отходов обычно используют вакуум-фильтры и фильтр-прессы. Фильтрующей средой является фильтровальная ткань и слой осадка, прилипающий к ткани и образующий в процессе фильтрования до­полнительный фильтрующий слой, который и обеспечивает задержание мель­чайших частиц суспензии. Наибольшее распространение получили барабан­ные вакуум-фильтры. Кроме барабанных, применяются ленточные, диско­вые вакуум-фильтры, а также фильтр-прессы, виброфильтры.

Центрифугирование обеспечивает высокую степень обезвоживания пульпы. Промышленность выпускает различные типы центрифуг, приме­няемые для разных отходов.

Для сгущения и обезвоживания осадков на очистных сооружениях средних и малых предприятий получили распространение гидроцикло­ны, которые применяются, как правило, в комбинации с бункерами-уп­лотнителями.