способ переработки мусора и отходов

Формула изобретения

1. Способ переработки мусора и/или отходов, по которому собранный мусор и/или отходы последовательно подвергают стерилизации, измельчению и компостированию, при этом стерилизацию и измельчение мусора и/или отходов осуществляют в электрогидравлической установке, а полученный компост перерабатывают в биогумус.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед стерилизацией и измельчением мусор и отходы сортируют.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после стерилизации и измельчения мусор и отходы комбинируют по составу.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что компостирование осуществляют в колоннах с предварительным размельчением и разрыхлением подготовленного сырья, с добавлением компостирующих культур и с использованием электролиза.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что перед компостированием в подготовленное сырье добавляют раскислитель.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что кислотность компоста поддерживают в пределах рН 70,2.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что переработку компоста в биогумус ведут в кассетах.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к перерабатывающей промышленности, в частности к переработке мусора и отходов.

Известен способ переработки бытовых отходов (см. патент США N3736111, кл. C 05 F 9/00 от 1973 г.), по которому бытовые отходы подвергают компостированию, выделяют сырой гумусовый продукт, содержащий переработанные материалы, подвергающиеся дополнительной обработке.

Недостатком данного способа является его значительная длительность и неэффективность, обусловленная невозможностью получения полноценного гумусового продукта.

Известен также способ по переработке мусора, заключающийся в его стерилизации, измельчении и переработке в компост (см. Заявка Франции N2337116 кл. C 05 F 9/02 от 1977 г.).

Недостатком данного способа является невозможность с его помощью стерилизовать и измельчить все составляющие мусора, неэффективность компостирования и невозможность вследствие этого получения экологически чистого биогумуса.

Техническая задача, решаемая изобретением заключается в сокращении времени переработки мусора в биогумус, который не требует дальнейшей очистки и может быть использован для повышения плодородия почвы. Изобретение позволяет перерабатывать любой вид мусора и отходов.

Указанная задача решается за счет того, что в способе переработки мусора собранный мусор последовательно подвергают стерилизации, измельчению и компостированию, при этом стерилизацию и измельчение мусора осуществляют в электрогидравлической установке, а полученный компост перерабатывают в биогумус. Для повышения эффективности мусор или отходы перед стерилизацией и измельчением сортируют. Компостирование может осуществляться в колоннах с предварительным размельчением и разрыхлением подготовленного сырья, с добавлением компостирующих культур и с использованием электролиза и добавлением раскислителя. Поддерживают кислотность компоста в пределах pH 7 0,2. Для повышения эффективности способа переработку компоста в биогумус целесообразно вести в кассетах, обеспечивающих температурный режим, влажность и воздухообменные процессы для технологических червей.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема установки с электрогидравлическим эффектом, на фиг. 2 - агрегат компостирования.

Основная концепция, положенная в основу способа переработки мусора - это создание технологической линии переработки мусора (ТЛПМ), которая осуществляет превращение в биогумус любого многокомпонентного мусора при условии, что все его компоненты потеряют токсичность, становятся стерильными и будут хорошо измельчены; подготовленное сырье пройдет интенсивное и качественное компостирование; полученные компосты будут полностью освоены адаптированными к ним дождевыми червями с получением биогумусного удобрения.

Подготовка сырья к компостированию выполняется в установках, в которых используются электрогидравлические эффекты (ЭГЭ), возникающие при прохождении разряда молнии в водной среде.

Компоновки ЭГЭ, используемые в ТЛПМ, комплексно и полностью решают задачу подготовки сырья для процесса компостирования. Другого оборудования с подобными функциями, которое с большей эффективностью решало бы аналогичную задачу авторами не обнаружено.

После подготовки сырья в установках ЭГЭ оно поступает на компостирование. Традиционно процесс получения компоста связан с большими временными и трудовыми затратами, а компосты при этом получаются с ненормированным качеством.

Компостирование же в агрегатах, предложенным Н.Егиным в соавторстве и защищенными а. с. N 1477276, позволяет за счет использования специальных термофильных бактерий и кратковременного нагрева компостируемой массы и насыщения этой массы кислородом, полученного путем электролиза влажной сырьевой массы, убыстрить процесс получения компоста, сократив при этом время компостирования с нескольких месяцев до недели. Н.Егин и соавторы не рассматривали процесс компостирования сырья, полученного из мусора путем его ЭГЭ переработки. Однако использование для процесса компостирования измельченного стерильного сырья без токсинов позволит еще более сократить сроки получения компоста, доведя время компостирования до одних или двух суток. И это сокращение сроков компостирования параллельно сопровождается хорошим качеством полученного перегноя (компоста).

Сроки компостирования при функционировании ТЛПМ очень важны, так как объемы городского мусора для преобразования которого и призвана ТЛПМ, весьма велики и компостирование должно успевать и даже опережать сроки сбора, доставки и приема мусора.

Агрегаты Н. Егина нельзя использовать для преобразования городского мусора, т. к. токсичность мусора очень высока, непредсказуема по составу токсичных веществ и не нормируема по интенсивности отравления. Органические отходы животноводческих ферм являются токсичными веществами, но их токсичность на несколько порядков ниже токсичности городского мусора. Доказательством тому является то, что мусор города в отвалах остается токсичным годами и не превращается в компост в местах своего захоронения. Навоз же в течении месяца в весенне-летний период на открытом грунте полностью осваивается бактериями компостирования.

Таким образом, если городской мусор загрузить в колонны компостирования, то процесс компостирования затянется на неопределенное время, так как общая токсичность мусора не позволит термофильным бактериям в полной мере выполнить свои функции.

Применение таких устройств для компостирования городского мусора бесполезно, так как накапливание мусора на приемных пунктах из-за очень медленного процесса компостирования по своей массе будет многократно превосходить массу мусора, подвергающегося компостированию. При таком ходе дел предприятие по переработке мусора будет напоминать одну из свалок с затянувшимся циклом выпуска полезного продукта - биогумуса.

Устранить токсичность мусора, сделать его стерильным, а заодно и измельчить его оказалось делом невыполнимым с помощью традиционных средств. Эта проблема может быть решена при использовании электрогидравлического эффекта, который комплексно воздействуя на вещества городского мусора, решает проблему его измельчения и обеззараживания. При экстремальных параметрах электрогидравлических эффектов (ЭГЭ) возможны не только стерилизация и разрушение токсинов, но и образование новых полезных химических соединений.

Таким образом, размещая перед агрегатом компостирования установку с электрогидравлическим эффектом, возникает завершенная технологическая цепочка, выполняющая целевые функции, поставленные перед ТЛПМ.

Упомянутые эффекты, воздействующие на мусор в замкнутом пространстве стального резервуара, производят преобразование компонентов мусора на физико-химическом уровне. На физическом уровне компоненты мусора эффективно дробятся, расслаиваются, рвутся, то есть идет деструкция веществ мусора, на которую не способны другие виды технологий. На химическом уровне идет преобразование химических веществ мусора на молекулярном уровне с потерей прежней токсичности и образованием новых форм веществ, не обладающих отравляющим эффектом.

Обеззараживание мусора в агрегатах ЭГЭ очень эффективно. Так, имеются сведения, что в водной среде молния уничтожает яйца гельмитов, а они, выдерживающие радиацию в 20000 рентген, полностью пасуют, уничтожаются и без рентгеновского излучения.

Пищевые компоненты мусора, подвергшись преобразованию в водной среде разряда молнии усваиваются бактериями, ответственными за компостирование. Есть упоминание об использовании для кормления животных (в частности пушных) обработанных гидромолнией отходов мясного производства.

Молния в водной среде подвергает преобразованиям все вещества, попавшие в мусор, а следовательно, для процесса компостирования молния готовит десятки тысяч веществ, которые при традиционных способах компостирования не могли быть обработанными микроорганизмами или эта обработка затянулась бы на долгие годы. Таким образом, для компостирующих бактерий представляется невиданный ассортимент питательных веществ, которые в стерильном виде должны быть обработаны и подготовлены как корм дождевым червям.

Примером ведения в агрегатах ЭГЭ химических преобразований может служить та же вода. Благодаря ее обработке гидромолнией, содержащийся в ней азот (в воздухе, растворенном в воде, содержится 78%) превращается в азотные удобрения - соединения азота с водородом и кислородом - в количестве 600 г на тонну воды. Так вода превращается в удобрения без каких-либо химических добавок.

Кроме того, воздействие ЭГЭ изменяет химический состав воды и резко повышает растворимость в ней химических элементов и соединений. Так 90-95% соединений металлов переходят в воду, образуя коллоидные растворы металлов, которые после 15-20 минут отстаивания дадут в осадке почти чистый металл.

ЭГЭ-обработка металлургических шлаков позволяет не только извлечь оставшийся в них металл, но и преобразовать шлаки в сырье для производства стройматериалов или удобрений.

Здесь же на эффекте повышения свойств растворимости воды можно решить злободневный вопрос об утилизации отобранных из обращения денежных купюр. После ЭГЭ-обработки и отстаивании каши из бумажной массы бывших денежных знаков можно изготавливать строительные материалы и топливные цилиндры. Обработанная таким образом денежная масса, ставшая нетоксичной, также может служить сырьем для производства бумаги.

В процессе преобразования мусора особенно часто встречаются с такими его компонентами, как отработанные масла, краски, лаки, растворители и другие токсичные вещества. Казалось бы, не разрешимая проблема так и останется нерешенной. Однако при ЭГЭ-обработке можно создавать устойчивые смеси воды с упомянутыми веществами. Это позволит выделить из общей массы мусора слитых в него веществ ранее не смешиваемых или плохо смешиваемых с водой.

Принципиальная схема установки для переработки мусора представлена на фиг. 1, которая содержит конвейер 1, загрузочный бункер 2, загрузочное устройство 3, рабочую камеру 4 с электродами 5 и с параболическим отражательным куполом 6, устройство 7 для подачи воды, бункер-накопитель 8 переработанного мусора, имеющий отстойник 9.

Агрегат компостирования на фиг. 2 содержит бункеры-накопители добавок 9, ленточный конвейер 10, шнековый погрузчик 11, башню компостирования 12.

Из задействованных бункеров-накопителей мусор поступает на конвейер. 1. По пути движения на конвейер 1 поступают все необходимые добавки, равномерно покрывая уже находящийся на движущейся ленте конвейера 1 мусор. Подготовленный мусор поступает в приемную горловину загрузочного бункера 2, откуда мусор плунжерным загрузочным устройством 3 подается в рабочую камеру 4.

В основу конструкции рабочей камеры 4 положен полый цилиндр с прочной оболочкой. Верхней частью цилиндра является стальной параболический отражательный купол 6, который в процессе электрического разряда в цилиндре усиливает эффект ее разрушающего воздействия на все компоненты мусора, загруженного внутрь цилиндра. Чуть ниже по горизонтали расположены электроды 5, через которые с помощью специальных разрядников энергия, накопленная в высоковольтных конденсаторах, в виде "молнии" проходит в водной среде с мусором. Разряд, возникающий между электродами в воде с мусором, представляет собой высоковольтный разряд тока в десятки и сотни тысяч ампер. Так как в установках используются генераторы, вырабатывающие напряжение в десятки тысяч вольт, то энергия, накапливаемая в этих конденсаторах, очень велика и в импульсе в процессе создания разряда эти конденсаторы могут отдать в зону разряда мощность в несколько сотен мегаватт. Такая мощность, выделяемая в разрядном промежутке, воздействует на воду, газы и мусор с такой интенсивностью, которая не под силу каким-либо другим видам оборудования. При этом потребляемая мощность источников питания таких конденсаторов от питающей сети невелика, и, в зависимости от частоты разряда, составляет лишь 50-200 киловатт.

В установке ведется не только физическое разрушающее воздействие разряда, но и преобразования химических структур обрабатываемых компонентов мусора. Поэтому мусор далее становится веществом легко компостируемым с помощью специальных бактерицидных культур, которые эффективно работают лишь в стерильной среде с веществами, потерявшими в установке полностью токсикацию. В установке все токсичные вещества преобразуются до простых нетоксичных форм. Все бактерии и микроорганизмы гибнут.

Обрабатываемый мусор с добавками попадает в камеру 4 через питающий стальной патрубок, который жестко сварным швом соединен с прочной цилиндрической камерой, где периодически идет разряд высоковольтных конденсаторов.

Каждая порция мусора, вводимая в камеру, в результате воздействия на нее электрического разряда измельчается и перемешивается, и, что самое главное, преобразуется на физико-химическом уровне с разрушением токсичных веществ с образованием новых - безвредных.

Теоретически весь мусор города, будучи измельчен, стерилизован, избавлен от токсинов и прокомпостирован, может пойти на приготовление биогумусного удобрения. Однако нецелесообразно навсегда отказаться от ряда полезных компонентов, составляющих значительную массу мусора. Поэтому мусор необходимо подвергнуть сортировке с целью выделить из мусора значительный объем полезных компонентов, которые можно не направлять в компостирование, а после специальной предварительной обработки они в виде сырья найдут своих потребителей.

Так как ТЛПМ претендует на безотходную обработку мусора необходимо сказать, что прежде чем мусор подвергнется сортировке, необходимо составить строгий реестр отбираемых компонентов и технологическую цепочку предварительной обработки, после которой готовое сырье направляется в адрес заранее определенного потребителя. В противном случае на предприятии по обработке мусора может возникнуть затоваривание того или иного сырья, что недопустимо из условий бесперебойного функционирования предприятия, при которых не допускается вылеживание чрезмерных запасов сырья.

Расширение реестра отбираемых из мусора компонентов допустимо только в тех случаях, когда для нового сырья установлен потребитель и технологическая цепочка предварительной обработки компонентов мусора, обеспечивающая должное качество сырья, согласованное с потребителем.

Подобные требования предъявляются к каждому отбираемому из мусора компоненту, занесенному в реестр.

В ТЛПМ из мусора выбираются следующие компоненты:

- металл;

- полиэтилен и пластиковая тара;

- бумага;

- сантехническая керамика, стекла, некоторые пластмассы и строительный мусор;

- древесная масса бывших изделий;

- крупные стволы и ветви деревьев, а также листва, трава и мелкие ветки;

- одежда, обувь, ткани, резиновые изделия;

- химпродукты;

- специфический мусор.

Способ переработки мусора реализуется следующим образом.

В предлагаемой ТЛПМ для компостирования используются специальные колонны 12, каждая из которых может состоять из нескольких модулей (колец, секций) (см. фиг.2). В колоннах используется начальный подогрев загруженного сырья, а также электролиз влаги.

Хотя в колоннах компостирования 12, вышедших на стабильный режим работы развивается достаточно высокая температура (до 70^oC) все же для экономии времени на созревание компоста необходимо иметь крытые и отапливаемые помещения. В теплом помещении создаются наилучшие стартовые условия для быстрого роста колоний компостирующей культуры, быстрее повышается температура компоста, быстрее идут процессы его созревания и, следовательно, сокращается время перехода мусора в фазу перегноя. Сокращение потерь тепла обеспечивает условия быстрого протекания биотермических процессов во всей массе мусора и по всей высоте колонны компостирования 12.

В пользу отапливаемого помещения говорит еще и тот факт, что рядом с колоннами компостирования находятся кассетные колонны, где ведется преобразование компоста в биогумус с помощью дождевого червя, которому нужна определенная температура и влажность.

В колоннах компостирования 12 электроэнергия используется лишь первые 20-30 минут для активизации аэробного брожения с применением термофильных бактерий. Затем в колоннах температура поддерживается за счет работы этих бактерий.

Переизбыток влаги в мусоре не так страшен для технологического процесса, так как используется ее электролиз с помощью введенных во внутрь колонны электродов (анода и катода). Питание электродов постоянным напряжением позволяет вести электролиз с выделением кислорода, высокий удельный вес которого в компостируемой массе веществ создает благоприятные условия для термофильной флоры, что резко сокращает процесс компостирования. При прохождении компостирования в мусоре гибнут случайно занесенные патогенные бактерии, гибнущие уже при 40^oC. Гибнут также гельминты и ведется разложение токсинов, если такие будут занесены в процессе обработки мусора после ЭГЭ, обработки и загрузки колонн компостирования.

Весь участок компостирования (см. фиг. 2) состоит из собственно колонн 12 с рыхлителем 13; бункеров-накопителей; конвейеров и шнековых погрузчиков; устройств дозирования; нагревателей, питающих устройства обогрева; устройств терморегулирования; аппаратуры электролиза.

Масса мусора, прошедшая ЭГЭ обработку, поступает в бункеры-накопители. Участок компостирования в ТЛПМ имеет несколько бункеров-накопителей для основной массы мусора и необходимых добавок, к числу которых следует отнести раскислители и обогащающие добавки, полученные из специфического мусора (отходов кондитерских фабрик, производства пива, пекарен и т.п.). Так, например, торф, прошедший обработку в агрегатах ЭГЭ, на один кубометр массы содержит 9 кг азотных, 4 кг калийных, 0,5 кг фосфорных и еще 30 разных микроэлементов необходимых для удобрений. Данные с торфом еще раз подтверждают уникальный эффект молнии в преобразовании внутренней структуры обрабатываемых материалов на физико-химическом уровне.

Так как дождевые черви могут работать только в компостах, имеющих параметр кислотности pH 7 0,2, то раскислители добавляются в сырье перед компостированием в количестве, достаточном для обеспечения указанного pH.

Дозаторы, имеющиеся при каждом бункере-накопителе, позволяют регулировать уровень добавок в исходной массе мусора. Дозированный объем мусора и добавок с помощью транспортера и шнекового погрузчика попадают в колонну компостирования, на верху которой мусор, пройдя через вильчатый рыхлитель, аэрируется и равномерно распределяется в своей массе по объему колонны.

Колонна компостирования собирается из железобетонных колец (как и при сборке силосных башен). На внутренней поверхности колец установлены боковые электроды, а в середине башни вертикально установлен центральный электрод. Все электроды через блок управления подключены к питающим устройствам. Внутри колонны компостирования установлены датчики температуры от блока управления. В нижней части колонны стоит шнековый погрузчик для выгрузки перегноя-компоста.

После загрузки колонны исходным сырьем на нагреватели подается напряжение питания. Влажная масса мусора быстро разогревается до температуры 60-70^oC, являющейся оптимальной для процесса компостирования. Термодатчик, воздействуя на блок управления, позволяет поддерживать эту температуру оптимальной. Процесс компостирования быстро развивается по всему объему колонны и далее продолжается равномерно с выделением тепла и без затрат электроэнергии.

В процессе функционирования ТЛПМ на этапе компостирования мусора используются чистые культуры бактерий. Обычно одной капсулы с содержимым бактерий достаточно, чтобы в колонне компостирования начался процесс преобразования стерильного мусора в мелкой фракции в компосты (перегнои). Дальнейшая зарядка колонн компостирования такими бактериями потребуется не скоро, так как в колонне компостирования при выгрузке ее содержимого всегда остаются остатки сырья, насыщенного ранее введенными бактериями, которых вполне хватает для процесса компостирования следующей загрузки колонны.

Со временем в колонны компостирования проникают бактерии других рядов, они начинают смешиваться, и их ассортимент в перерабатываемом сырье постоянно растет с уменьшением в обрабатываемом объеме доли первоначально вводимых (необходимых). Когда нарушение такого равновесия начинает сказываться на качестве компоста, тогда необходимо обновить бактерицидную массу, вводя новую капсулу в сырье с чистой культурой.

Среди широкого спектра бактериального ряда существуют такие, которые успешно могут переработать различные комбинации мусора: бумагу, полимеры, масла, резину и т.п. Широкий набор таких бактерий с целевым назначением - наиболее полно переработать исходную массу сырья (мусора)- весьма необходим. Такие бактерии в природе существуют, их выделяют и с ними работают в специальных лабораториях. Грамотный набор таких бактерий обеспечит оптимальную скорость и качество компостирования.

От полноты компостирования стерилизованного мусора зависит его качество, а следовательно, качество биогумуса. Другими словами, все компостирующие бактерии должны для дождевых червей подготовить хороший корм широкого питательного ассортимента. При наиболее полной обработке бактериями введенной на компостирование стерилизованной массы мусора, дождевые черви могут получить корм даже превосходящий по питательным свойствам компосты, получаемые при переработке навоза.

Компостирование - процедура в ТЛПМ наиболее важная и ответственная, так как даже при хорошей (полной) переработке сырья в компост его исходный ассортимент, кормовой состав, должен находиться в определенных допусках, при которых черви не заметят образовавшихся отклонений и примут этот корм для потребления.

Быстрота компостирования определяется, с одной стороны, наибольшей массой работающих бактерий, с другой стороны - уровнем измельчения сырья, то есть уровнем физико-химических преобразований, проведенных в каждом компоненте мусора. Так, если в сырье для компостирования встречаются крупные компоненты мусора, то бактерии, как бы они хорошо не работали, за установленный срок не успевают переработать плохо измельченный компонент мусора. Такие фрагменты мусора далее не будут переработаны дождевыми червями и качество биогумуса будет снижено.

Полученный компост сам по себе уже является удобрением. Однако среди спектра имеющихся удобрений есть еще пока непревзойденное и доступное - это гумусное удобрение. Гумусом называют природный плодородный верхний слой почвы, полученный в природных условиях. Над получением гумуса трудится несметное количество почвенных животных, главным из которых является дождевой червь. Если почва не отравлена химическими удобрениями и пестицидами, то воспроизводство гумуса идет естественным образом. Если почва отравлена, то создавать гумусный слой некому, так как отравлены и почвенные животные. Восстановление отравленных почв идет очень медленно - годами и при условии, что ее отравление прекращено.

Если удобрение создается с помощью дождевых червей в стационарных условиях, то, согласно биотехнологии, удобрение называется биогумусом.

Включение дождевых червей в технологию переработки полученного из мусора компоста и получение из него биогумуса есть единственный прямой, биологически целесообразный, ускоренный путь повышения гумусности и структурирования почв, повышения их плодородия, качества и сохранности всей без исключения сельскохозяйственной и животноводческой продукции - это путь быстрого и существенного оздоровления почв.

Использование биотехнологии получения гумуса сделает и сельскохозяйственное производство безотходным, экологически чистым, высокорентабельным. Огромные в сотни тысяч тонн массы мусора, превращенного в биогумус, могут сыграть положительную и решающую роль в становлении земельных угодий.

В предлагаемой ТЛПМ речь идет о преобразовании в биогумусное удобрение громадной массы мусора. При этом каждое предприятие по переработке мусора в биогумус должно создать свою популяцию дождевых червей, адаптированных к потреблению компостов, выработанных на своем предприятии. Резкая смена кормов для дождевых червей губительна.

В закрытом помещении, работающем круглогодично, при использовании специальных кассетных культиваторов на одном квадратном метре поверхности можно переработать до 10 тонн компоста в год и даже больше. Это значит, что использование одной кассеты позволяет за сутки потребителю преобразовать 25-27 кг компоста в биогумус. Вся программа предприятия по переработке мусора будет определяться количеством кассет и биомассой запущенных в них червей. Использование кассет оправдано тем, что внутри кассеты с материалом, обрабатываемым дождевыми червями, легче поддерживать температурный и влажностный режимы. Кассету можно оперативно перезаряжать, сохраняя условия предельной высоты закопки корма для червей не более 40-50 см. Кассеты располагаются одна над другой этажами в специальных стеллажах. Между стеллажами имеется коридор для проезда погрузчика, производящего выгрузку и загрузку любой кассеты культиватора. Кассетный способ переработки компоста в биогумус позволит на меньших площадях сосредоточить большие объемы переработки сырья.