способ переработки твердых бытовых отходов

Формула изобретения

1. Способ переработки твердых бытовых отходов, включающий их разгрузку, отбор крупногабаритных фракций и измельчение последних, подачу на сортировку отходов на перерабатываемые в компост и вторичное сырье, первичное и вторичное грохочение, биотермическое компостирование, выделение из компоста фракций, содержащих вредные вещества, магнитную сепарацию черного и цветного металлолома, дозревание компоста и складирование, отличающийся тем, что перед разгрузкой твердых бытовых отходов осуществляют радиационный контроль, подачу на сортировку отходов производят принудительным дозированием на выходе пластичного питателя, биотермическое компостирование осуществляют предварительно в закрытом термоизолированном состоянии с прерыванием процесса на стадии 45-50°С, после чего осуществляют вторичное грохочение для отделения недозревшего компоста от балласта, выделение из компоста фракций, содержащих вредные вещества, которое производят на пневмовиброгравитационном столе с перфорированной декой, и регулируемое дозревание компоста в акселераторе ферментации, причем магнитную сепарацию черного металла осуществляют на всех стадиях технологического процесса, а цветного - после вторичного грохочения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что принудительное дозирование осуществляют вращающимися самоочищающимися зубчатыми вальцами, расположенными на регулируемой высоте над пластинчатым питателем.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируемое дозревание компоста осуществляют в траншейном секционном акселераторе ферментации, снабженном постоянным шнеко-лопастным рыхлителем, увлажнителем и принудительным аэратором.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для сепарации черного металлолома используют постоянные магниты на феррито-бариевых сплавах, а для цветного металлолома - магнитодинамическую установку.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение крупногабаритных фракций осуществляют в валковой рубильной машине, затягивающие валки которой имеют скорость, как минимум в два раза меньшую, чем валки дробления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленным способам переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано в технологических схемах их механизированной подачи, разделения и обезвреживания на мусороперерабатывающих заводах, в частности при использовании метода биотермического компостирования.

Уровень технологии и механизации

В мировой практике наибольшее распространение из методов обезвреживания и утилизации ТБО получили экологически и экономически наиболее оправданные методы: складирование на загородных полигонах (свалках), сжигание, аэробное биотермическое компостирование, комплексные методы.

Главным недостатком дешевого способа складирования является необходимость в больших площадях, загрязнение окружающей среды, а дорогого способа мусоросжигания - трудность очистки выходящих в атмосферу газов от вредных примесей, особенно диоксинов.

Из нестандартных известен способ первичной переработки отходов, по меньшей мере содержащих вторично используемое сырье (заявка РФ №991103 78/12, 24.10.1977), в котором отходы для их первичной обработки механически перемешивают в воде, подвергая предварительно, перед загрузкой в воду, сухой подготовке, а также способ и устройство для переработки отходов (патент РФ 2179070), при котором отходы пропускаются через несколько операций обработки, а затем разделяются на различные фракции в водной среде с последующим многоразовым дроблением и сепарацией во флотационных установках. Всем операциям сопутствует нагревание отходов до 60°С. Оба способа дорогостоящи, малопроизводительны, требуют большого количества воды, создают экологические проблемы при сливе отработанной воды.

Во многих европейских странах, а также в крупных городах СНГ эксплуатируются заводы, работающие по технологии аэробного биотермического компостирования.

Механизированная переработка ТБО биотермическим способом наиболее экономична с точки зрения капитальных затрат и решения таких экологических задач, как охрана почвы, водоемов и воздушной среды, сокращение площадей свалок, экономия природных ресурсов за счет извлечения утильных фракций (картон, пластмасса, стеклотара), а также получения высококачественного удобрения - компоста из органической фракции ТБО.

Известен способ обработки бытовых отходов (патент РФ 2161542), предусматривающий, в том числе, и применение биотермической обработки в биореакторах традиционным способом, отличительной особенностью которого является (после отбора вредных составляющих в виде краскосодержащих емкостей, электрических батареек, аккумуляторов и др.) измельчение оставшихся отходов методом самоизмельчения.

Недостатком способа является то, что при операции самоизмельчения тяжелые, вредные в экологическом отношении материалы отходов (стекло, пластмасса), действуя в виде собственно элементов измельчения, сами не дробятся и попадают в компост даже при повторном извлечении. Наличие осколков стекла и пластмассы не допускается техническими условиями из-за возможного травмирования при использовании компоста. По тем же техническим условиям компост бракуется из-за повышенного содержания тяжелых металлов.

Известен промышленный способ механизированного аэробного биотермического компостирования, предложенный для применения в технологических и конструктивных схемах заводов по переработке ТБО (прототип) (Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник / Под ред. д.т.н. А.Н.Мирного /. - М.: АКХ, 1997, с.90-170), который отражает современный мировой уровень развития данной отрасли.

В рассматриваемом прототипе ТБО вступают в естественный круговорот веществ в природе после обезвреживания и превращения компосторганическое удобрение.

Однако технологическая последовательность обладает рядом недостатков:

- не производиться радиационный контроль ТБО;

- крупногабаритные фракции не измельчаются;

- отходы сбрасываются с пластинчатого питателя непосредственно в биобарабан в виде неравномерной массы без предварительной сортировки на фракции, перерабатываемые в компост, и отходы вторичного сырья;

- недостаточна очистка компоста от вредных веществ.

Загрузка биобарабана без предварительной сортировки ТБО приводит к вынужденному нахождению и затяжной переработке в биобарабане множества лишних компонентов ТБО (цветных металлов, банок из-под краски), образованию пробок, созданию в биобарабане анаэробных зон. В результате компост в термоизолированном состоянии насыщается солями желтых металлов, увеличивается время достижения верхнего температурного предела мезофильного процесса, а следовательно, и общая длительность пребывания материала в биобарабане (до 48 часов).

В прототипе предусмотрена очистка компоста от стекла, камней, кости, пленки и т.п. в баллистических сепараторах. Очистка в таких сепараторах очень энергоемка и не дает нужного эффекта (от 40 до 80% стеклобоя остается в компосте).

Значительными недостатками технологии является применение дробилок для измельчения мелкого стеклобоя и других твердых абразивных частиц. При данной операции стеклобой остается в компосте.

Нерегулируемое дозревание компоста на открытом воздухе в осенне-зимне-весенний период приводит к наличию очагов необезвреженного компоста, что запрещено санитарными нормами. Компост остается невостребованным потребителем, а сама технология биотермического компостирования бесполезной.

Дополнительным недостатком предложенного в прототипе и других способов является применение для сепарации черного и цветного металлолома, дорогостоящих и трудоемких в обслуживании электромагнитов, отсутствие многоступенчатости селекции черного металлолома. Предлагаемые электромагнитные сепараторы цветного металлолома, работающие на принципе “бегущего” магнитного поля, создаваемого индукторно-конденсаторной системой, также слишком громоздки, энергоемки и требуют водяного охлаждения.

Задача изобретения

Обеспечение гарантированной экологической и санитарной безопасности переработки и обезвреживания твердых бытовых отходов, получение качественного компоста при максимально возможном извлечении вторсырья из ТБО, снижение удельных энергозатрат как минимум в 2-2,5 раза, снижение удельных капитальных затрат.

Сущность изобретения

В соответствии с изложенной задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание более совершенного способа механизированной переработки и обезвреживания твердых отходов (ТБО) методом биотермического компостирования. В заявленном способе первоначальная подача ТБО на сортировку производится принудительным дозированием, а биотермическое компостирование, выполняемое в закрытом термоизолированном состоянии, прерывается на стадии 45-50°С. Применяемая магнитная сепарация черного металлолома выполняется постоянными магнитами на всех перегрузочных операциях технологического процесса, а цветного - после вторичного грохочения. Обретаемые изначально крупногабаритные предметы измельчаются. Технология включает радиационный контроль.

Перед подачей в биобарабан производится отбор вторичночного сырья и первичное грохочение с выделением компостируемых фракций. Поступающий из биобарабана недозревший компост проходит вторичное грохочение для отделения балласта - мелких фракций.

Затем из компоста отделяется пленка, стеклобой, керамика, после чего обеспечивается его регулируемое дозревание в акселераторах ферментации (при санитарном контроле) и складирование.

Для обеспечения принудительного дозирования над пластинчатым питателем устанавливаются в зоне перегрузки ТБО на сортировку вращающиеся самоочищающиеся зубчатые вальцы. Толщина подаваемого слоя ТБО регулируется изменением вальцев по высоте.

Для биотермического компостирования могут использоваться более короткие биобарабаны с постоянно открытым шлюзом выгрузки.

Для очистки биоорганики применяется пневмовиброгравитационный стол с перфорированной декой.

Регулируемая ускоренная ферментация при данном способе производится в траншейном секционном акселераторе ферментации, снабженном постоянным шнеко-лопастным рыхлителем, увлажнителем и принудительным аэратором. Влажность регулируется.

При сепарации для черного металлолома используются постоянные магниты на феррито-бариевых сплавах, для цветного - магнитодинамические установки.

Измельчение крубногабаритных предметов производится в валковой рубильной машине, у которой затягивающие валки имеют скорость в два раза меньшую, чем валки дробления.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где представлена технологическая схема предложенного способа переработки твердых бытовых отходов (ТБО).

Все поступающие ТБО подвергаются радиационному контролю. Производится отбор крупногабаритных (свыше 0,4 м) фракций, которые измельчаются в валковой рубильной машине, одна ступень которой затягивает материал, другая измельчает на мелкие фракции. Остальная часть ТБО сталкивается, например, бульдозером на пластинчатый питатель. На выходе питателя над ним на регулируемой высоте установлены вращающиеся приводные самоочищающиеся зубчатые вальцы, которые принудительно обеспечивают дозированную подачу ТБО на конвейер ручной сортировки. На конвейере ручной сортировки, который переходит в плоский стол и лента движется со скоростью 0,3-0,5 м/сек, извлекается вторсырье. Приводной барабан конвейера снабжен встроенным постоянным магнитом из феррито-бариевого сплава. Магнитный барабан обладает высокими магнитными свойствами, не требует электроэнергии и постоянного ухода кроме периодической смазки. На этом конвейере происходит первая ступень извлечения черного металлолома.

После операции отбора вторичного сырья перерабатываемые в компост отходы поступают на первичное грохочение для выделения отходов крупных и мелких фракций. Грохочение производится во вращающемся грохоте-сите.

Фракция ТБО от 25 до 200 мм, содержащая наибольшее количество органики, разгружается на собственный конвейер, приводной барабан которого также снабжен встроенным постоянным магнитом для второй ступени магнитной сепарации, направляется в биобарабан для предварительного прерываемого термоизолированнного биокомпостирования. Наилучшими условиями для образования компоста являются мезофильный (верхний температурный предел 35°С) и термофильный (нижний температурный предел 50-55°С) температурные пределы. В результате первичного грохочения ТБО значительно обогатились органикой, освободившись от излишнего балласта, и тем самым приобрели лучшие условия для наступления в биобарабане биохимической реакции с ускоренным (в течение первых 12 часов ) подъемом температуры до 35°С. Наступает мезофильный процесс - первая стадия компостирования. В течение последующих 12 часов температура массы ТБО в биобарабане продолжает поднимается до 45-50°С, и биохимическая реакция вступает в термофильный процесс. Наступает вторая стадия компостирования. К концу 24 часов компостирование при термотемпературе 45-50°С в биобарабане возможно прервать. К этому времени легкоразлагаемые органические соединения (углеводы, органические кислоты, белки) в основном распались. Вся полуразложившаяся, измельченная в биобарабане биомасса подготовлена к второй ступени грохочения и последующему дозреванию в акселераторах ферментации.

Производится досрочная выгрузка биомассы через постоянно открытый сегментный затвор биобарабана.

Биомасса ленточным конвейером, приводной барабан которого также оборудован встроенным постоянным магнитом (третья ступень сепарации черного металлолома), направляется во второй грохот. На грохоте происходит вторичное грохочение для отделения недозревшей компостирующей части биомассы от балласта и выделения отходов мелкой фракции.

Некомпостируемая часть (балласт) собственным конвейером через четвертую ступень сепарации черного металлолома и магнитодинамический сепаратор цветного металлолома поступает в накопительный бункер балласта для вывоза на полигон захоронения или термопереработки. Магнитодинамический сепаратор цветного металлолома представляет собой ленточный конвейерный стол, в приводном барабане которого вмонтирован магнитный барабан, вращающейся со скоростью во много крат большей скорости приводного барабана. Магнитные силовые линии вращающегося магнитного барабана наводят ЭДС в цветном металлоломе, движущемся в это время на столе, создается “сила Лоренса”, которая и отделяет этот металлолом от балласта.

Недозвершая компостируемая биомасса собственным конвейером направляется на пневмовиброгравитационный стол, где производится окончательное выделение из компостируемой части отходов, лоскутов пленки, стеклобоя, керамики и других твердых частиц.

Пневмовиброгравитационный стол с перфорированной декой заменяет собой (по сравнению с прототипом) баллистический сепаратор твердых частиц и систему конвейеров к нему (общей мощностью 40 кВт), сепаратор пластмассовой пленки и систему конвейеров к нему (общей мощностью 30 кВт), дробилку для измельчения стеклобоя и других твердых частиц в компосте и систему конвейеров к ней (общей мощностью 110 кВт), установку вторичного грохочения компоста на ситах ячейкой 15 мм и систему конвейеров к ней (общей мощностью 20 кВт).

Работа пневмовиброгравитационного стола сводится к следующему.

Компост просыпается в начале стола на перфорированную мелкими отверстиями деку стола. Под деку, разделенную на 3 сектора, по отдельным воздуховодам дутьевым вентилятором подается воздух. Напор воздуха на каждый сектор регулируется шиберными заслонками, чтобы компост находился во “взвешенном состоянии”. При вибрационном движении деки стола, имеющей к тому же храповидную поверхность и устройство для регулирования продольного и поперечного ее наклона, под воздействием воздуха, проходящего через микроотверстия в деке, более плотные частицы компоста поднимаются к верхней части стола, а менее плотные под поперечный уклон деки. За счет регулирования амплитуды вибрации, продольного и поперечного наклона деки стола, напора воздуха в каждом секторе подбирается режим, при котором в нижнюю часть стола стекают лоскуты пленки, в среднюю часть - окончательно очищенный компост, а в верхнюю часть твердые частицы, в том числе и оставшиеся осколки стеклобоя.

Окончательно очищенная недозревшая и недообезвреженная масса собственным конвейером направляется в акселератор ферментации, выполняющий принципиально новую технологическую операцию и имеющий следующее устройство.

В крытом помещении в земле на глубине 1000 мм прокладываются 4 смежные бетонированные траншеи шириной 3000 мм и высотой 1800 мм. Длина траншей выбирается в зависимости от требуемой производительности акселератора ферментации.

В бетонном днище траншеи заложены в два ряда перфорированные трубы-воздуховоды, снабженные шиберными заслонками, для принудительной аэрации рыхлого недозревшего компоста. По средине длины всех четырех смежных траншей делается разрыв шириной 3500 мм для прохождения штатного шнеко-лопастного рыхлителя-перегрузчика из одной траншеи в другую.

Принцип действия акселератора ферментации заключается в следующем: недозревшая компостная масса, конвейером подаваемая в одну из бетонных траншей, равномерно заполняет весь ее объем. Дутьевым вентилятором по перфорированным трубам, проложенным на дне траншеи, подается (при необходимости подогретый) воздух через рыхлую компостную массу, содержащую около 60% органики. Этим самым создаются идеальные условия для активного возобновления биохимической реакции за счет микроорганизмов, размножившихся на первой стадии компостирования. Наступает вторичное ускоренное развитие мезофильных и термофильных микроорганизмов. Температура компостируемого материала быстро растет и поднимается до 55-60°С. В этих условиях при этой температуре компост выдерживается 48 часов. Происходит окончательное обезвреживание компоста. Наступает вторая фаза компостирования, во время прохождения которой начинает разлагаться устойчивая часть органики (клетчатка и лигнин).

Акселератор ферментации позволяет и эту часть органики превратить в компост, чего нельзя добиться при дозревании компоста на открытых площадках. Для этого рыхлителем-перегрузчиком компост перегружают в следующую смежную траншею, в которую также подают (при необходимости подогретый) воздух через рыхлый компост, выдерживая его еще 48-72 часа.

При технологической операции ускоренной ферментации легко управлять процессом, так как можно доступно измерять и регулировать температуру компостируемой массы, ее влажность, а также можно улучшить качество компоста за счет равномерной добавки минеральных удобрений. Особенно ценно добавлять азотные удобрения при разложении клетчатки и лигнина. Кроме того, акселератор ферментации позволяет механизировать процесс смешивания компоста с торфом в любой пропорции, что крайне важно для раскисления последнего, так как компост имеет рН 7,6-7,8.

В итоге в предлагаемом способе за счет предварительно отобранного вторичного сырья, двойного грохочения, многократной магнитной сепарации черного металлолома, ликвидации дробильной установки размола стеклобоя, содержащего в себе окиси свинца, кадмия и других химических элементов, вредных для включения в органические удобрения, сокращенного периода компостирования в биобарабане и применения акселератора ферментации дозревания компоста, содержание тяжелых металлов в компосте многократно понижается, обеспечивается надежное обезвреживание. Перед подачей компоста на склад он проходит санитарный контроль с получением гигиенического паспорта. Далее производится его складирование или фасование в перфорированные полиэтиленовые мешки для отгрузки потребителю. Товарный вид и качество компоста как ценного органического удобрения становится безупречным.

Отличительные особенности предлагаемого способа механизированной переработки и обезвреживания твердых бытовых отходов методом биотермического компостирования позволяют получить экологически чистую технологию и кондиционное ценное органическое удобрение-компост, снизить в 2,5 раза удельный расход электроэнергии, эксплуатационные и капитальные затраты при реализации.

Промышленная применяемость способа

Способ выполним обычными средствами, хорошо освоенными промышленностью. Многие технологические операции из предлагаемого способа осуществлены и испытаны на втором МПЗ в Санкт-Петербурге. Кроме того, проведены многократные агрономические испытания выращивания овощной и злаковой продукции на компосте, полученном из ТБО. Проведены лабораторные испытания выращенной продукции в Госсанэпиднадзоре, Институте Токсикологии Минздрава РФ и в других компетентных организациях.

Все протоколы имеют положительное заключение. Больше того, в овощах, выращенных на полученном компосте, значительно меньше нитратов по сравнению с контрольными группами, а урожайность картофеля на испытываемых делянках при применении компостной вытяжки повысилась на 77%.

Проведенные эколого-геохимические обследования санитарно-защитной зоны (СЗЗ) завода не выявили негативного влияния работы его на окружающую территорию.

Реализация предлагаемого способа позволяет решить проблемы загородных свалок, возможна и доступна не только крупным городам, но и городам с численностью населения 50000 человек.