169133 (Рекуперация, вторичная переработка, хранение и использование твердых отходов)

Рекуперация, вторичная переработка, хранение и использование твердых отходов. Оценка технологий

Миллионы тонн промышленных отходов образуются в результате жизнедеятельности крупнейших индустриальных центров России. К ним ежесуточно добавляются отходы коммунально-городского хозяйства, включая твердые бытовые отходы. Совокупный рост объемов ТПО и ТБО составляет примерно 5% в год. С другой стороны, при развитии мощностей по переработке отходов существенно возрастает потребность в площадках для новых установок. Уже в настоящее время проблема размещения стала основным сдерживающим моментом в развитии производств по переработке ТПБО. В большинстве стран Европы и Северной Америки управление потоками ТПБО включает ряд обязательных этапов. К их числу относятся: программы по снижению объемов образования ТПБО, широкое внедрение их вторичного использования, применение соответствующих фракций ТПБО в качестве сырья для основных производственных процессов, утилизация энергетического потенциала отходов, захоронение остатков ТПБО, не обладающих никакими полезными свойствами на экологически нейтральных полигонах.

Фактически формула обращения с ТПБО в развитых странах воплощает принцип устойчивого развития и может быть кратко представлена следующим перечнем операций:

• редукция;

• вторичное использование;

• переработка;

• извлечение энергии;

• захоронение остатков.

Полнота осуществления данной формулы в различных странах определяется конкретными экологическими, сырьевыми, демографическими и другими условиями. В целом европейскими странами принята в настоящее время стратегия, в соответствии с которой возобновляемые источники энергии, к числу которых относятся ТПБО, должны составлять в их энергобалансе 10-15% к 2010 году.

В РФ создано московское государственное предприятие МГП «Промотходы». Основными направлениями деятельности МГП являются:

• создание общегородской системы централизованного удаления и переработки всех видов отходов промышленных предприятий, а также экологически опасных отходов и вторичных материальных ресурсов от объемов коммунального и жилого секторов г. Москвы;

• развитие системы экологического контроля, правового регулирования, нормативно-методического и информационного обеспечения обращения с отходами;

• координация работ, направленных на сокращение промышленных отходов города и др.

В связи с разнообразием веществ и материалов, подпадающих под категорию ТПБО, и различными технологиями и переработки до настоящего времени не существует единого подхода к созданию типового перерабатывающего завода. Сейчас стратегии управления ТПБО осуществляются посредством химико-технологических систем удаления отходов, которые фактически являются инструментом их воплощения. Структура такой ХТС является прямым отражением экономической и экологической политики государства.

Так, во многих регионах РФ, странах СНГ, части Восточной Европы и в развивающихся странах реальные ХТС включают две основных системы - источник ТПБО и свалку. В большинстве экологически развитых стран ХТС удаления ТПБО включают спектр методов и производств, позволяющих осуществлять индивидуальную переработку и обезвреживание различных ингредиентов. Вместе с тем, все современные ХТС включают полигоны захоронения ТБО, куда поступают непрореагировшие остатки от переработки отходов.

Таким образом, при выборе методов и оборудования переработки твердых отходов существенную роль играют их состав, количество, цена и экологическая безопасность. В РФ вторичную переработку осуществляют по четырем основным вариантам: обезвреживание, извлечение полезных веществ, уничтожение и захоронение. Анализ соответствующих процессов позволил сформировать основное требование к их разработке: технологический процесс должен потреблять минимальное количество реагентов и энергозатрат, а продукт вторичной переработки должен обладать потребительской ценностью.

1. Обезвреживание твердых отходов

Для обезвреживания твердых отходов часто применяют метод их капсулирования, заключающийся в обволакивании токсичного отхода инертной пленкой, например, стеклообразной или полимерной. Используемый метод переплавки отходов заключается в выжигании вредных компонентов, формировании новой структуры вторичных материальных ресурсов и их потребительских свойств: размеров, цвета и т.п. Химические методы позволяют получать из отходов новые продукты: твердые органические отходы путем гидрирования превращают в жидкое и газообразное топливо. Использование цемента для фиксации отходов является в настоящее время наиболее распространенным методом. Технология применяется для отходов, содержащих воду, которая необходима для реакции цементирования. Недостаток метода - увеличение объема отходов и возможная деградация цемента при низких значениях рН. Применяется для неорганических отходов, особенно тяжелых металлов, а также радиоактивных веществ. Для фиксации с использованием органических полимерных материалов готовится смесь отходов с соответствующими смолами или мономерами, затем вводится катализатор, обеспечивающий полимеризацию и создание объема фиксированного материала. Обычно отходы не связываются химически с полимером. Происходит микрообвалакивание органической оболочкой. Для обработки отходов обычно используются формальдегидные, виниловые и полиэстеровые соединения. Такой монолит обладает сопротивлением на сжатие на уровне бетона. Недостаток метода - возможность появления ядовитых паров в процессе полимеризации.

2. Извлечение ценных компонентов из BMP

Для извлечения ценных компонентов из BMP используют методы экстрагирования и кристаллизации. Экстрагирование - извлечение из твердого вещества одного или нескольких компонентов с помощью растворителя. При этом извлекаемые компоненты переходят из твердой фазы в растворитель. Для последующего выделения целевого компонента из смеси с экстрагентом применяют выпаривание или ректификацию. Используются следующие основные типы экстракторов: смесительно-отстойные, колонные и центробежные. Кристаллизация - выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Процесс характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твердую вследствие изменения его растворимости. Далее выделенный кристаллический продукт подлежит вторичному использованию, а фильтрат подвергается дальнейшей переработке.

Принцип действия установки по очистке грунта от нефти и нефтепродуктов основан на использовании интенсивной виброкавитационной экстракции загрязнений, содержащих нефть и нефтепродукты, с последующим разделением пульпы на чистый и извлеченную нефть. В качестве экстрагентов могут использоваться различные вещества, в частности, вода, нефть, углеводороды. При проведении работ на морском побережье - соленая морская вода.

В конструкции установки применяется специально разработанный экстрактор, обладающий высокой производительностью и эффективностью, а также оригинальный узел для последующего отделения грунта от нефти и нефтепродуктов.

Установка массой не более 2,5 т и производительностью 1 т загрязненного грунта в час имеет модульную конструкцию. Тип модулей и их количество определяются видом и степенью загрязненности грунта. Габаритные размеры модуля установки составляют: ширина -2 м, длина -2 м, высота - 3 м. Расход воды не превышает 200 кг на 1 тонну исходного грунта, затраты электроэнергии - 10 кВт в час.

Способ экстракции обеспечивает степень очистки грунта не менее 99% и высокую производительность процесса при компактности оборудования. Технология является безотходной и экологически чистой. Возможно создание передвижной очистной установки, что позволяет использовать ее при ликвидации последствий аварий, в частности на нефтепромыслах и нефтепроводах.

Существенным достоинством метода является то, что извлекаемые из грунта нефтепродукты можно применять повторно, например, в виде топлива. По сравнению с зарубежными технологиями данный метод обеспечивает снижение эксплуатационных затрат в 3-4 раза и капитальных - в 10 раз.

Схема кристаллизатора с принудительной циркуляцией суспензии приведена на рис. 3. Циркуляция создается мешалкой. Кристаллизатор с естественной циркуляцией раствора представлен на р и с. 4.

Дальнейшая переработка твердых отходов ведется в оборудовании для сушки жидких, пастообразных и сыпучих продуктов химической, пищевой, медицинской, микробиологической, стройматериалов, горнодобывающей и смежных с ними отраслей промышленности, а также для сушки осадков сточных вод и отходов различных производств.

АО «НИИХИММАШ» разработана сушильная техника широкого назначения, используемая, например, в качестве финишного оборудования процессов экстракции и кристаллизации. Ниже приведены схемы и технические показатели таких аппаратов.

Вальцевые сушилки типа «вн» предназначены для сушки суспензий и текучих паст.

Рабочей поверхностью является цилиндрический обогреваемый валец, установленный на двух опорах и снабженный регулируемым приводом для вращения. Исходный продукт наносится тонким слоем на рабочую поверхность и снимается специальным ножом в виде пленки или чешуек. Время сушки соответствует одному обороту вальца. Сушилки могут поставляться комплектно. Исполнение: одно- и двухвальцевые, открытые и герметизированные с чугунными или хромированными вальцами.

Диаметр вальца, м: от 1,2 до 2.

Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 25 до 2000. Обрабатываемые продукты: мездровый клей, гербициды, кормовые белки и т.д.

Распылительные сушилки типа «рц» и «рф» предназначены для сушки растворов и суспензий, обеспечивают интенсивное испарение влаги при кратковременном пребывании продукта в зоне теплового воздействия.

Представляют собой цилиндрическую камеру с коническим днищем. В верхней части установлены центробежный распылитель или форсунки и устройство для подвода теплоносителя. Получаемый продукт в виде порошка не требует дополнительного измельчения.

В качестве теплоносителя используется подогретый воздух или дымовые газы от сжигания мазута или природного газа.

Диаметр камеры, м: 1-2, 5-3, 2-4-5-6, 5-8-10-12,5.

Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 10 до 25000.

Обрабатываемые продукты: минеральные и органические соли, катализаторы, пигменты, красители, кормовые белки, ферменты, сточные воды и др.

Сушилки с вращающимся барабаном типа «бн» предназначены для сушки кусковых и зернистых материалов, в том числе комкующихся и рассыпающихся паст. Представляют собой горизонтальный цилиндр, установленный на опоры для его вращения и снабженный соответствующим приводом. Сушка осуществляется горячими газами.

Корпус барабана снабжен рядом насадок лопастного или цепного типа, обеспечивающих перемешивание и перемещение материала вдоль барабана при активном тепломассообмене.

Диаметр корпуса, м: 0,5-1-1,2-1,6-2,0-2,2-2,5-2,8-3,0-3,2-3,5.

Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 10 до 25000.

Обрабатываемые продукты: минеральные удобрения, угольные горнохимические и металлургические концентраты, каолин, мел, осадки бытовых и промышленных стоков, доменные шлаки, шламы, кокс, гипс, доломит, песок, щебень, полимеры в порошке и гранулах, лигнин, отходы животноводческого производства, деревопереработки и т.д.

Вальцеленточные сушилки типа «ел» и «лс» предназначены для сушки пастообразных продуктов. Представляют собой двухступенчатую установку, включающую вальцевую и ленточную части. Вальцевая часть выполнена в виде ребристого обогреваемого цилиндра, установленного на опоры с приводом для вращения. Продукт прижимным валиком впрессовывается в канавки, подсыхает в течение одного оборота и специальным ножом-гребенкой удаляется из канавок в виде кусочков или палочек, затем передается на бесконечную ленту. Ленточная часть представляет собой короб, где размещена бесконечная лента, калориферы для нагрева воздуха и циркуляционные вентиляторы.

Сушилки типа «вл» и «лс» самостоятельно используются для сыпучих, гранулированных и волокнистых материалов. Они позволяют строго регулировать время пребывания продукта в аппарате, влажность и температуру теплоносителя и материала, изменять поток теплоносителя: прямоток, противоток, смешанный и т.д.

Диаметр вальца, м: от 0,8 до 1.

Ширина ленты, м: 0,8-1,0-1,2-2-3.

Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 100 до 1500. Обрабатываемые продукты: пигменты и наполнители после фильтров, таблетированные материалы и т.д.

Сушилки роторные вакуумные типа «рв» предназначены для сушки жидких, пастообразных и сыпучих продуктов от органических растворителей или продуктов токсичных или пожаровзрывоопасных по своим химическим свойствам. Сушилки «рв» периодического действия представляют собой обогреваемую горизонтальную цилиндрическую или биконическую емкость, внутри которой помещен ротор, мешалка с лопастями различной конструкции, в том числе с ножевыми и размольными.

Сушилка работает под вакуумом до остаточного давления 50 мм рт.ст., что обеспечивает высокие скорости сушки при невысоких температурах нагрева. Это обстоятельство важно для сушки термонестойких материалов.