способ переработки отходов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ переработки отходов, включающий сбор отходов, поступающих в твердом и жидком агрегатном состоянии, сортировку, подготовку к безотходной утилизации, отличающийся тем, что процесс сортировки ограничивают отбором черных и цветных металлов, а подготовку к утилизации ведут влажным измельчением, мокрым дроблением, ультразвуковым истиранием с образованием энергетического промпродукта коллоидного жидкого и последующей очисткой его от токсичных элементов, ионов тяжелых металлов, а утилизацию осуществляют термическим способом, подавая энергетический промпродукт коллоидный жидкий струей в топку котла с кипящим слоем.

2. Установка для переработки отходов, включающая бункер и емкости для сбора отходов в твердом и жидком агрегатном состоянии, узлы сортировки, подготовки отходов и узел утилизации, отличающаяся тем, что узел сортировки образован сепараторами черных и цветных металлов с бункерами для их сбора, узел подготовки отходов к утилизации состоит из последовательно герметически соединенных агрегатов мокрого измельчения, дробления, шаровой мельницы, высокочастотного измельчителя и агрегата для автоматической подачи реагентов, при этом установка снабжена емкостями для накопления и подачи жидких отходов для увлажнения в бункер сбора твердых отходов, агрегат мокрого измельчения и в шаровую мельницу, смесителем электрохимической очистки, резервуаром для накопления и структуризации энергетического промпродукта коллоидного жидкого и расходным баком энергетического промпродукта коллоидного жидкого, причем смеситель электрохимической очистки подключен к шаровой мельнице и высокочастотному измельчителю и через трубопроводы с насосом к резервуару для накопления и структуризации энергетического промпродукта коллоидного жидкого, а в качестве узла термической переработки использован котел, оборудованный топкой с кипящим слоем, подключенный к расходному баку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области коммунального хозяйства и может быть использовано при переработке бытовых и других отходов, находящихся в твердом и жидком агрегатном состоянии, расположенных на действующих и завершенных захоронениях и свалках независимо от их морфологического состава.

Наиболее близким аналогом к заявленному является техническое решение, позволяющее реализовать способ переработки отходов, включающий сбор отходов, сортировку от примесей: цветных и черных металлов; инертных материалов, бетонной крошки, стекла, керамики и т. п. ; крупных габаритных инертных строительных фрагментов, последующее измельчение т.е. подготовкой отходов и утилизацию, например, сжиганием (Матросов А.С. Управление отходами. - М.: Изд. ГАРДАРИКИ, 1999. - С. 331-335 [I]), причем способ реализуется посредством мусоросжигающего завода, включающего заводскую площадку с бункерами для сбора отходов, узлом сепарации черного и цветного металлов, инертных материалов, бетонной крошки, стеклолома и т.п., узлом измельчения и узлом утилизации печью.

Основными недостатками известного технического решения по [I] являются следующие:

- большие материальные и энергетические затраты, связанные с сортировкой различных видов твердых бытовых отходов;

- большая стоимость оборудования специальных мусоросжигательных заводов и занимаемых ими земельных участков;

- невысокая технологичность процесса, невозможность переработки в печах любых жидких отходов, включая горючие и бактериальные;

- невозможность применять для термической переработки отходов серийное оборудование, а для утилизации котлы, находящиеся в эксплуатации;

- оборудование подачи вторичного дутья для дожигания отходов;

- ограничения по минимальной теплотворной способности, т.е. по морфологии отходов;

- устройство специального вихревого кипящего слоя;

- необходимость подогрева дутьевого воздуха;

- невозможность розжига на твердом топливе;

- низкая степень экологической защиты окружающей среды в процессе переработки, хранения.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени экологической защиты окружающей среды, расширении технологических возможностей с помощью обеспечения безотходного цикла утилизации и возможности переработки различных видов отходов, в твердом и жидком агрегатном состоянии, включая горючие и/или негорючие, в том числе бактериальные и канализационные стоки (исключение составляют радиоактивные материалы). Снижение материальных затрат осуществляется за счет применения стандартного перерабатывающего оборудования и котлов в т.ч., находящихся в эксплуатации, размещении мобильной установки непосредственно на территории захоронения до полной его выработки.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе переработки отходов, включающем сбор отходов, их сортировку, подготовку и последующую их утилизацию, процесс сортировки ограничивается отбором утиля черных и цветных металлов, подготовку к термической переработке осуществляют влажным измельчением, мокрым дроблением, ультразвуковым истиранием с последующей электрохимической очисткой от токсичных элементов и ионов тяжелых металлов с образованием энергетического промпродукта коллоидного жидкого (ЭПКЖ), а утилизацию осуществляют термическим способом, подавая энергический промпродукт коллоидный жидкий струей в котел с кипящим слоем, расположенный на месте производства ЭПКЖ или доставляя его наливным а/транспортом к потребителям (одному или нескольким котлам).

При этом в установке для переработки отходов, включающей бункер для сбора отходов, узлы сортировки подготовки к утилизации и узел утилизации, узел сортировки образован сепараторами черных и цветных металлов с бункерами для их сбора, узел подготовки к утилизации состоит из последовательно герметически соединенных агрегатов измельчения, дробления, шаровой мельницы, высокочастотного измельчителя и агрегата для автоматической подачи реагентов, при этом установка снабжена емкостями для накопления и подачи жидких отходов в бункер для сбора отходов, в агрегат измельчения и в шаровую мельницу, а также смесителем электрохимической очистки, резервуаром для накопления и структуризации энергетического промпродукта коллоидного жидкого (ЭПКЖ) и расходным баком ЭПКЖ, причем смеситель электрохимической очистки подключен к шаровой мельнице и высокочастотному измельчителю, а через трубопроводы с насосом - к резервуару для накопления и структуризации энергетического промпродукта коллоидного жидкого (ЭПКЖ), в качестве узла утилизации использован котел с топкой, оборудованной кипящим слоем, подключенный к расходному баку ЭПКЖ.

Реализация заявленного способа переработки отходов и работа установки позволяют обеспечить такие условия переработки отходов (на действующих и завершенных захоронениях и свалках, а также производимых вновь производством и сферой потребления), при которых обеспечивается экологическая безопасность и исключается глубокая сортировка твердых бытовых и других отходов, причем в процессе выемки твердое гетерогенное тело свала захоронения перерабатывается в энергетический промпродукт коллоидный жидкий (ЭПКЖ), утилизация которого в котлах с кипящим слоем и обеспечивает возможности значительно повысить экологическую защиту окружающей среды, расширить перечень видов перерабатываемых отходов, например промышленные жидкие и т.п., кроме радиоактивных, а также резко снизить материальные затраты.

Способ переработки отходов и установка иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема установки для переработки отходов, на фиг. 2 - схема топки котла в разрезе, на фиг. 3 - под топки котла.

Установка для переработки отходов, узел сортировки (N 17), образованный бункером (N 1) для сбора отходов, сепараторами (N 2) для черных и цветных (N 3) металлов с бункерами (NN 4, 5) для их сбора, узел (N 18) подготовки отходов к утилизации состоит из последовательно соединенных агрегата (N 6) измельчения, агрегата (N 7) дробления, шаровой мельницы (N 8), высокочастотного измельчителя (N 10) и агрегата (N 11) для автоматической подачи реагентов в шаровую мельницу (N 8), емкость (N 12) для накопления и структуризации энергетического промпродукта коллоидного жидкого, смеситель (N 9) электрохимической очистки подключен к шаровой мельнице (N 8) и высокочастотному измельчителю, а через узел (N 19), трубопровод с насосом (N 13) - к емкости (N 12). Емкости (N 14) для накопления и подачи жидких отходов в бункер (N 1) для сбора отходов, агрегат (N 6) измельчения и шаровую мельницу (N 8). Узел (N 20), расходный бак (N 15) для ЭПКЖ и котла (N 16) для термической переработки (утилизации) ЭПКЖ для реализации узла (N 20) может использоваться котельными, обеспечивающими выработку тепла для жилых массивов или промпредприятий, в этом случае промпродукт доставляется наливным а/транспортом.

Способ для переработки отходов реализуется через работу установки следующим образом.

Отходы бытовые, либо другие отходы, как-то: любые промышленные отходы с площадок сбора или захоронений, поступают в бункер сбора отходов, из которого в дальнейшем они поступают на сортировку. При сортировке производят отбор черных и цветных металлов посредством сепараторов цветных (N 2) и черных (N 3) металлов, а также фрагментов изделий, в состав которых входят черные и цветные металлы, отсортированные металлы попадают в бункеры (NN 4,5) сбора металлов. В процессе сортировки из емкостей (N 14) подаются в бункер (N 1) жидкие отходы, исключая бактериальные и канализационные стоки, для защиты окружающей среды от пылевой составляющей.

Освобожденные от металлических включений отходы подвергаются процессу подготовки к утилизации: поступают в агрегат влажного измельчения: в агрегат (N 6) поступают также жидкие отходы из емкостей (N 14), в том числе бактериальные и канализационные стоки. Далее обрабатываемый твердый материал подвергается мокрому дроблению в агрегате (N 7) и затем - в шаровую мельницу (N 8). В последнюю поступают также жидкие отходы из емкостей (N 14), а из агрегата (N 11) автоматической подачи поступают реагенты и катализаторы, необходимые для связывания серы, хлора и фтора. Затем часть получаемого материала из шаровой мельницы (N 8) подвергается высокочастотному (ультразвуковому) измельчению или истиранию. При этом в процессе подготовки отходов к утилизации из твердых гетерогенных отходов диспергационным методом создается твердая грубополидисперсионная среда с одновременным добавлением нормированной по объему жидкой фазы, гетерогенных горючих и/или негорючих полярных растворов.

Дальнейшее совместное диспергирование при фиксированном количестве вещества в твердом и жидком агрегатном состоянии гетерогенного состава дает возможность получить ЭПКЖ в виде гетерогенной грубодисперсной системы, классифицируемой по агрегатному состоянию как Т/Ж (фиг. 1, N 6, 7).

В результате первичного измельчения и физико-химических превращений получается полуфабрикат промпродукта ЭПКЖ, состоящий из гетерогенной грубополидисперсионной системы с твердой средой и жидкой фазой Т/Ж.

В трещиноватости твердой фракции диффундируют ионы и полярные молекулы жидкой фазы, образуется ионный обмен за счет двойного электрического слоя. Происходит развитие коллоидной системы, заряженных частиц, в том числе и атомарных, включая ионы тяжелых металлов. Добавление жидких отходов или водных растворов, электролитов и т.п. на этом этапе также регламентировано обеспечением мокрого, экологически щадящего окружающую среду дробления и конструкцией технологического оборудования (устройства). На данном этапе в (фиг. 1, N 8, 11) добавляются реагенты и катализаторы, необходимые для связывания серы, хлора и фтора. Таким образом, начинается подготовка коллоидной системы для очистки химическим и/или электрохимическим способом от вредных и токсичных, включая тяжелые металлы, примесей.

Количественный состав реагентов рассчитывается согласно технологической карте, спроектированной на основании анализа морфологического состава твердых и особенно жидких горючих и негорючих отходов, и автоматически подается из агрегата N 11.

На данном этапе производство ЭПКЖ осуществляется в агрегате N 8, 10 (шаровой мельнице и ультразвуковом измельчителе) для приготовлений коллоидно-дисперсной системы.

Основным процессом в приготовлении ЭПКЖ на этом этапе является перевод полидисперсионной гетерогенной системы в гидрозоль, классифицируемой по агрегатному состоянию Ж/Т и Ж/Ж за счет добавления отходов в жидком агрегатном состоянии, то есть полярных гетерогенных горючих и негорючих жидкостей из емкостей N 14. Перевод отходов в гидрозоль обусловливается требованиями, предъявляемыми к условиям не только термической переработки отходов, но и необходимостью создать условия к экологически щадящему окружающую среду окислительному процессу.

Полученный из отходов энергетический промпродукт коллоидный жидкий (ЭПКЖ) подвергается очистке от токсичных элементов, ионов тяжелых металлов - в смесителе (N 9) электрохимической очистки, где осуществляется электрохимическое селективное извлечение ионов тяжелых металлов, других токсичных элементов за счет приложения различных потенциалов осаждения химических элементов.

Далее готовый энергетический промпродукт, состоящий в зависимости от морфологического состава отходов на 50-70% из полярного электролитического полидисперсного коллоидного раствора поступает в резервуар (N 12) для накопления и структуризации его. В последнем структуризация энергетического промпродукта происходит электростатическим способом. После чего осуществляют утилизацию ЭПКЖ, например сжиганием его в печи (N 16) с кипящим слоем путем подачи его струей из расходного бака (N 15).

Имитация кипящего слоя в котле (печи) (N 16) осуществляется с помощью засыпанной кварцевым песком реконструированной топки серийного котла. Движение песчинок обеспечивает подаваемый неподогретый воздух, пневматически преобразующий и значительно увеличивающий активную поверхность песка. Твердые частицы во взвешенном состоянии напоминает кипящий слой. После разогрева песка за счет горения газа или твердого топлива до 750-800^oC образуется тепловое электромагнитное поле (фиг. 2).

Струя, структурированная электрическим полем в цепочки капель, состоит из жидкой гетерогенной полидисперсной среды твердой и/или жидкой горючей или инертной фазы. Поступая в топку котла, струя, состоящая из жидкого коллоидного гидрозоля ЭПКЖ, в тепловом электромагнитном поле преобразуется в капли аэрозоля, которые разбегаются по кипящему слою, не касаясь поверхности песчинок.

Заряженные капли проникают и в глубину кипящего слоя, находясь там во взвешенном состоянии за счет электромагнитных сил. Глубина погружения обусловлена гравитационными силами и величиной объемного заряда полидисперсных, гетерогенных капель. От этих параметров зависит также и время термической переработки аэрозоля.

Скорость подачи струи ЭПКЖ рассчитана так, что количество промпродукта в виде жидкости в объеме кипящего слоя не дает понизиться температуре горения до затухания. Достаточно долгое время нахождения капли в кипящем слое (5 сек) без доступа кислорода обеспечивает полное выгорание внутренней твердой и/или жидкой и вновь образованной газообразной фазы (летучих).

Режим скорости подачи струи, регулирующей температуру кипящего слоя, а также глубина погружения заряженной капли в тепловое электромагнитное поле обеспечивают снижение образования NOx.

Капли, образованные в топке, разнообразны по своему составу из-за морфологии ПиБО в твердом и жидком агрегатном состоянии.

Одни капли имеют поверхность, созданную полярными молекулами растворов, твердого эмульгатора и жидкой углеводородной или электролитической фазы Ж/Ж, в другие упакованы дисперсные фазы, состоящие из твердых, горючих или инертных частиц Ж/Т.

Инертные частицы после испарения воды компенсируют унесенный песок, добавляясь к частицам кипящего слоя. Привнесенная с отходами измельченная известь и добавленные реагенты связывают токсичные соединения кислой природы диоксид серы, хлориды и фториды, унося их в золу в виде обожженных коагулированных частиц.

Все агрегаты, емкости, расходный бак могут комплектоваться в мобильную установку контейнерного типа или модульных блоков.

Отбор в процессе сортировки только черных и цветных металлов и фрагментов, содержащих их, позволяет сэкономить материальные затраты, время на процесс.

Благодаря тому, что при переработке отходов происходит превращение гетерогенного тела отходов в энергетический промпродукт коллоидный жидкий, обеспечивается резкое повышение степени экологической защиты окружающей среды, возможности переработки различных отходов (кроме радиоактивных).