CC BY
92
© С.В. Гунич, Г.И. Сарапулова, 2011
УДК 504.064.47
С.В. Гунич, Г.И. Сарапулова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ В КОМПЛЕКСНОМ РЕЦИКЛИНГЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ
Разработана схема комплексного рециклинга твердых бытовых отходов (ТБО) с использованием основных технологических приемов обогащения с учетом специфичности многокомпонентного перерабатываемого субстрата, каковым являются ТБО. Ключевые слова: экология, твердые бытовые отходы, сжигание отходов, некомпо-стируемые фракции, окружающая среда.
нтерес к разработке технологий переработки и вовлечения отходов производства и потребления во вторичный производственный оборот обусловлен их увеличивающимся объемом и необходимостью решения экологических вопросов. Так, отчуждаемые под полигоны и свалки земельные участки, на которых скапливаются большие объемы твердых бытовых отходов (ТБО), являются источником повышенной экологической опасности. В частности, выделяемые в окружающую среду «свалочные» газы и токсичный фильтрат наносят непоправимый вред экосистемам.
Особую значимость и актуальность с экологической точки зрения приобретает проблема утилизации ТБО в условиях формирования крупной агломерации городов Иркутской области «Иркутск-Ангарск-Шелехов». Уникальность Байкальской природной территории и чувствительность находящихся на ней экосистем не позволяет далее изымать земли под неперспективные и экологически опасные сооружения, каковыми являются свалки и полигоны ТБО. Их сжигание также может существенно загрязнять окружающую среду. Так, при сжигании
ТБО на мусоросжигательных заводах образуются токсичная зола и шлаки (до 30 % от сухой массы отходов).
Анализ регионального рынка технологий, используемых для переработки отходов, и маркетинговый анализ продвижения получаемой вторичной продукции обнаружил огромный резерв для создания малых предприятий комплексного рециклинга ТБО. Это очень важно не только с экологической точки зрения, но и с экономической. Создание сети малых предприятий (или цехов) по переработки ТБО предполагает экономию административных и финансовых средств, которые администрации крупных городов вынуждены расходовать на сбор, вывоз, размещение отходов и многолетнее обслуживание (эксплуатацию) полигонов.
Все отходы являются потенциальным источником значительных запасов вторичного органо-минерального сырья. ТБО также могут служить дополнительным источником получения полезных продуктов для народного хозяйства при соответствующей их переработке.
Совокупность физико-химических методов обработки минерального сырья и технологий, применяемых в обогаще-
нии продуктов добычи полезных ископаемых, могут эффективно использоваться в комплексном рециклинге ТБО. Применяемые для этих целей процессы, как и все методы обогащения полезных ископаемых, основаны на различных свойствах разделяемых компонентов — плотность, магнитная восприимчивость, электрические свойства, прочность, смачиваемость и др.
В мировой практике известно более 20 методов обезвреживания и утилизации ТБО. Методы их обезвреживания и переработки делятся на:
• ликвидационные (решающие в основном санитарно-гигиенические задачи);
• утилизационные (решающие задачи использования вторичных ресурсов).
По технологическому принципу методы переработки ТБО подразделяются на биологические, термические, химические, механические и смешанные. Большинство этих методов пока не нашли сколько-нибудь значительного распространения в РФ в связи с их технологической сложностью и сравнительно высокой себестоимостью переработки. Это также связано с экологическими требованиями, предъявляемыми к вновь вводимым технологиям переработки отходов, которые не всегда отвечают условиям экологической безопасности.
Основной тенденцией решения проблем ТБО является постепенный переход от полигонного захоронения к биотехнологическим методам, в частности, к аэробному биотермическому компостированию или комплексному компостированию и последующему сжиганию некомпостируемых фракций.
Нами разработана схема комплексного рециклинга ТБО с использованием основных технологических приемов
обогащения с учетом специфичности многокомпонентного перерабатываемого субстрата, каковым являются ТБО. Основной упор сделан на совершенствование технологии сепарации ТБО, как ключевой стадии в общей схеме ре-циклинга, от успешности реализации которой зависит эффективность и экологичность дальнейших этапов переработки.
Процессы покомпонентного разделения ТБО аналогичны обогатительными технологиям первичного минерального сырья. В РФ разработан широкий ряд стандартизованного оборудования для методов разделения сырья по качественному составу (грохоты, дробилки, сепараторы и др.). После необходимой модернизации и адаптации к обрабатываемому специфическому субстрату, такое оборудование может успешно применяться в технологиях сепарации и дальнейшего рециклинга отходов.
На основании имеющихся данных о морфологическом и гранулометрическом составе ТБО города Иркутска с учетом показателей обогатимости, можно реализовать технологию комплексного рециклинга отходов (табл. 1) прямо на территории полигонов, не применяя дорогостоящее оборудование.
Поскольку сепарация играет решающую роль в подготовке ТБО для дальнейшего их вовлечения в промышленное производство, то от эффективности выделения из общего потока ТБО отдельных компонент (органика, твердая неорганическая фракция, полимерсодержащая фракция) будет зависеть эффективность предлагаемого способа переработки отходов.
Общая насыпная плотность перерабатываемых ТБО составляет 0,2 т/м3, средняя влажность — 23 %.
Основными методами разделения в предлагаемой схеме являются:
• основная магнитная сепарация ТБО — извлечение из общего потока крупных частиц металла;
• грохочение и дробление ТБО — измельчение потока до необходимой крупности -20.. .+18 мм;
• перечистная магнитная сепарация ТБО — доизвлечение металлолома из продуктов дробления;
• гидросепарация (отсадка) ТБО — разделение потока в воде, основанное на различии в плотности частиц. На этой стадии образуется два основных потока продуктов — объединенная легкая фракция (полимерные, бумажные, древесные и пищевые отходы) и объединенная тяжелая фракция (стекло, цветные металлы, нерудные материалы);
• обезвоживание разделенных компонентов
• другие вспомогательные процессы.
В табл. 2 приведены результаты расчета схемы сепарации ТБО. Данные свидетельствуют, что при задан-ной производительности цеха по переработке отходов (40 т/час) в результате сепарации отходов можно выделить три конечных продукта:
• фракция черных металлов массой
0,012 т,
• легкая органическая фракция массой 29,32 т,
• тяжелая балластная фракция массой 11 т.
Предварительные расчеты производительности планируемого предприятия показали, что она может составить не менее 330 000 тонн ТБО в год, с учетом вовлечения уже имеющихся запасов отходов на полигонах трех городов агломерации.
Предлагаемая схема сепарации предусматривает дальнейшее применение процессов химическокй и биохимической переработки соответствующих компонентов в целевые продукты с учетом их специфики (например, пластмассы).
Можно выделить следующие основные направления пеработки продуктов сортировки.
1. Легкий продукт гидросепарации ТБО на 75 % состоит из целлюлозосодержащей фракции. Посредством гидролиза и глубокой микробиологической переработки из нее можно получить белково-углеводный концентрат, аналогично получению кормовых дрожжей в гидролизной промышленности.
2. По аналогии с западноевропейским технологиям биотермического компостирования можно использовать ферментацию органических компонентов ТБО в туннеле. В этом случае необходима дополнительная очистка бумажной фракции, в частности, макулатуры от типографской краски, которая содержит свинец и цинк. Г отовым продуктом является биокомпост.
3. Неразложившиеся под действием гидролиза или ферментации полимерные волокна подлежат обезвоживанию, сушке и переработке на термопрессовом оборудовании в готовые пластмассовые изделия. Они также могут быть использованы в качестве углеводородного сырья для органического синтеза на предприятиях химической отрасли в регионе.
Кроме того, из целлюлозосодержащих компонентов, объединенных с полимерами, возможно получение гранулированного биотоплива.
Таблица 1
Показатели обогащаемости ТБО
№ поз. на схеме Качественный состав Содержа- ние, % Плотность г/м3 Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*м Удельная магнитная восприим- чивость, см3/г Диэлек- трическая проницае- мость
I Пищевые отходы 35 500—600 — — —
II Бумага, картон 30 400—1300 1010 — 2,5—3,5
III Древесные отходы 6 600—780 107 — 3,5
IV Полимеры (полиэтилен) 15 910—930 1013 — 2,3
V Текстиль и синтетика 3 1000—1380 1011 — 3,2
VI Сталь, чугун 3 7600—7860 0,5*10-6 3*10-3 —
VII VIII Цветные металлы Балластная фракция 1 2560—2750 0,3*10-6 0,58*10-6 —
(стекло, нерудные материалы, прочий отсев) 5 1000—1300 109—1015 — 3,8—16,2
Таблица 2
Данные расчета качественно-количественной схемы сепарации ТБО
Наименование продукта и номер на рисунке а, % Рк, % £к, % Ук, % Q, т/ч
4. Объединенная фракция металлов (концентрат
предварительной и пере-чистной магнитной сепарации) 6. Объединенная органиче- 3 97 95 0,03 0,012
ская фракция ТБО (коллективный концентрат отсадки) 7. Объединенная тяжелая 88 90 75 73,3 29,32
фракция, в том числе металлы (хвосты отсадки) 9 28 82 26,7 10,66
4. Тяжелая балластная фракция, ко-
торая содержит стеклобой, керамику,
нерудные материалы, является эквива-
лентом фракции песка, мелкого щебня.
Она может использоваться при произ-
водстве строительных материалов.
Например, методами вибропрессования
из этой массы можно получать пес-коблоки, тротуарную плитку.
Так называемые хвосты обогащения ТБО, можно дополнитаельно перерабатывать в новый продукт.
При разработке схемы комплексного рециклинга нами также уделялось внимание системе замкнутого водоснабже-
На измельчение
Оборотная вода
Замкнутая система обезвоживания и оборотного водоснабжения
ния, что еще более усиливает экологическую направленность предлагаемого решения. Учитывая особенности схемы сепарации ТБО, наиболее целесообразной является приведенная на рисунке принципиальная схема водоочистки и оборотного водоснабжения.
На основании установленных в РФ норм расхода воды для продуктов гидросепарации, нами произведен расчет водно-шламовой схемы сепарации. С учетом технических нужд проектируемого цеха общая часовая потребность в
3
воде составляет 93,02 м , из которой расход свежей воды будет равен 7,82 м3. При этом в систему замкнутой водоочистки и оборотного водоснабжения поступит около 85,2 м3/час, что составляет 90 % всей потребляемой воды.
Таким образом, разработанная технологическая схема комплексного ре-циклинга ТБО по сравнению с традиционными и неэкологичными способами
обращения с отходами, обладает следующими преимуществами:
• комплексность и малоотходность технологии;
• практически полное вовлечение ТБО в комплексный рециклинг;
• повышенный уровень экологической безопасности;
• использование оборотного водоснабжения;
• использование стандартизованного оборудования;
• инвестиционная привлекательность технологии и быстрая окупаемость;
• решение проблемы обращения с ТБО посредством строительства малых предприятий может стать основой для концептуальной разработки обращения с отходами на территории крупной агломерации и позволит минимизировать средства администраций трех городов на эти цели.
Следует подчеркнуть, что основная цель предлагаемой схемы и строительства цехов прямо на территории существующих полигонов — это охрана окружающей природной среды от загрязнения твердыми бытовыми отходами. Комплексный рециклинг ТБО в сочетании с их покомпонентной сортировкой имеет выраженную ресурсосберегающую направленность и экологическую значимость. И хотя получение прибыли не является основной задачей предприятия, однако, производство является экономически выгодным и весь-
1. Петруков О.П. Основные направления совершенствования системы управления твердыми бытовыми отходами в г. Москве / Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. — М.: ВИНИТИ, 2000.—№> 6.—С. 2-22.
2. Систер В.Г. и др. Твердые бытовые отходы. — М.: Изд-во АКХ, 200і. — 320 с.
3. Шубов Л.Я. Технология отходов мегаполиса. Технологические процессы в сервисе. — М.: Изд-во «Известия», 2002. — 376 с.
ма привлекательным для инвестиций в регионе.
Несмотря на то, что расчет эколого-технико-экономических показателей носит ориентировочный характер, уже на этом этапе можно предсказывать низкие риски при реализации проекта и вариантов размещения цехов отходов. Кроме того, после проведения дополнительных исследований покомпонентного состава и свойств, в частности, органической фракции, можно предложить дополнительные способы получения полезных продуктов.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Алиев А.М., Якубов М.С. Управление сложными химико-технологическими процессами обогатительного производства. — Ташкент.: Изд-во ФАН, 1987. — 108 с.
5. Максименко О.О. Бережная работа с му-сором//Химия и жизнь. — 2007.- № 2.- C. 21— 22. ПТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------
Гунич С.В. — аспирант,
Сарапулова Г.И. — доктор химических наук, профессор, sgala@istu.edu. Иркутский государственный технический университет.
__________Д,
