способ очистки компоста из твердых бытовых отходов от балластных фракций

Формула изобретения

Способ очистки компоста из твердых бытовых отходов от балластных фракций, включающий равномерную подачу компоста в воронку метательного аппарата, разделение компоста на фракции с помощью придания частицам компоста различного импульса кинетической энергии и вывод продуктов разделения компоста двумя потоками, отличающийся тем, что разделение на фракции осуществляют в две ступени путем диспергирования потока компоста, свободного движения дисперсных частиц с различной плотностью и парусностью по различным баллистическим траекториям при начальной скорости, придаваемой компосту, 40-50 м/с и направлением его движения под углом 30-60° к горизонту, в результате фракция с низкой плотностью осаждается в зоне, ближней к метательному аппарату, тяжелая фракция поступает в дальнюю часть зоны осаждения, при этом фракции с низкой плотностью просеивают через сетчатую поверхность. которую очищают при достижении удельной нагрузки на сетчатой поверхности 1,1-1,2 кг(м²·мин) и частотой не реже чем 1 раз в 5-6 с, прошедший через ячейки компост подают на вторую ступень очистки, аналогичную первой, а осевшие на сетчатой поверхности частицы, а также балластную фракцию с первой и второй ступеней очистки выводят из процесса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке отходов, в частности к способам очистки компоста из твердых бытовых отходов от балластных фракций (стекло, керамика, камни, пластические массы) для его дальнейшего использования в качестве органоминеральных удобрений.

Используемые в настоящее время способы очистки компоста основаны на различии физико-механических свойств компонентов компоста, например крупности, парусности (скорости витания в потоке воздуха фракций с различной массой), упругости.

Известен способ очистки компоста с использованием барабанного грохота (Чистый город, № 2, апрель-июнь 1998, с.23) [1]. Грохот предназначен для разделения компоста на крупные некомпостируемые фракции и компост (мелкие фракции).

Недостатком способа является сравнительно невысокая производительность процесса, а также невысокая степень очистки компоста, т.к. разделение на фракции происходит только с поверхности контактирования материала и барабана. Большое влияние на эффективность разделения оказывает влажность компоста, так при влажности компоста свыше 60, эффективность очистки составляет 20%.

Известен способ очистки компоста от тяжелых балластных фракций с использованием пневматического сепаратора, при этом в качестве кода сепарации используют парусность частиц. Способ основан на том, что в рабочей шахте с помощью дымососа создается разряжение, при котором в шахте создается поток воздуха, скорость которого регулируется в пределах 10-18 м/с. Компост направляют загрузочным шнеком с конвейера в шахту. Тяжелые фракции опускаются вниз и выпадают из шахты, остальной материал затягивается в циклоны, оседает вдоль его стены и возвращается на транспортер (Чистый город, № 2, апрель-июнь 1998, с.27) [2].

Недостатком этого способа является отсутствие очистки компоста от легкой фракции, т.к. она улетает вместе с компостом. Кроме того, компост в своем составе имеет крупные фракции, поэтому за счет отсутствия диспергирования компоста совместно с керамикой и стеклом будет также выделяться и компост, что приведет к низкому выходу продукта. Недостатком способа является также образование больших объемов запыленных газов, требующих очистки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки компоста от балластных фракций путем придания компосту с помощью транспортера или специального метателя определенной скорости и соответственно различного импульса кинетической энергии в зависимости от массы частиц и направления сепарируемой массы в сторону отражательной обрезиненной плиты, установленной под углом 35-50° к потоку. Менее упругие фракции отскакивают от плиты на меньшее расстояние. Твердые, упругие (стекло, камни, кости) фракции отскакивают дальше и собираются в специальный бункер. Расстояние отскока и эффективность сепарации зависят от влажности компостируемого материала и интенсивности его поступления. В зависимости от влажности перерабатываемого компоста из него в баллистическом сепараторе выводится стекло 20-60%, потеря компоста 1-3% (Систер В.Г., Мирный А.Н., Скворцов Л.C., Абрамов Н.В. Твердые бытовые отходы. Справочник. Москва. 2001, 121) [3].

Недостатком способа является невысокая степень очистки компоста как от тяжелых, так и от легких фракций. Это происходит потому, что часть упругих фракций не отражается от экрана и попадает в бункер очищенного компоста, а неупругие фракции (пластические массы) оседают вместе с компостом на пути его баллистического полета.

В данном случае фактор разделения смеси определяется суммой двух сил, действующих на частицы: кинетическая энергия, которой обладает частица, отраженная от экрана плюс сила тяжести, действующая на частицу. Кинетическая энергия частицы, отраженной от экрана, заведомо меньше кинетической энергии, которой обладает движущаяся частица перед встречей с экраном, т.к. при ударе об экран часть кинетической энергии частицы переходит в потенциальную энергию упругости экрана.

Технической задачей изобретения является повышение степени очистки компоста от балластных фракций за счет увеличения степени диспергирования смеси, предания частицам компоста различной величины кинетической энергии, распределения частиц компоста по большей площади осаждения, фильтрации компоста через быстрообновляемые сетчатые поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки компоста из твердых бытовых отходов от балластных фракций, включающем равномерную подачу компоста в воронку метательного аппарата, разделение на фракции в две ступени путем диспергирования потока компоста, свободного движения дисперсных частиц с различной плотностью и парусностью по различным баллистическим траекториям при начальной скорости, придаваемой компосту 40-50 м/с, и направлении движения 30-60° под углом к горизонту, при этом осаждающиеся в зоне, ближней к метательному аппарату, фракции с низкой плотностью просеивают через сетчатую поверхность, которую очищают при достижении удельной нагрузки на сетчатой поверхности 1,1-1,2 кг/м²·мин и не реже чем один раз в 5-6 секунд, прошедший через ячейки компост подают на вторую ступень очистки, аналогичную первой, а осевшие на сетчатой поверхности частицы, а также балластную фракцию с первой и второй степени очистки выводят из процесса.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Компоненты компоста получают импульсы кинетической энергии, пропорциональные массе частиц этих компонентов, и свободно движутся с различной скоростью и по различным баллистическим траекториям, которые определяются величиной кинетической энергии частиц, сопротивлением среды движению частиц, силой тяжести. Это приводит к осаждению частиц на разном расстоянии от метательного аппарата. В данном случае фактор разделения слагается из трех сил, действующих на частицы: от кинетической энергии, которой обладает частица, плюс гидравлическое сопротивление среды, в которой движется частица, плюс сила тяжести, действующая на частицу. Таким образом, предлагаемый способ очистки компоста от балластных фракций, основанный на разделении компонентов компоста за счет придания им различной величины импульса кинетической энергии в зависимости от плотности частиц компонента, более эффективен, чем способ по прототипу, при котором разделение компонентов происходит при их отражении от упругого экрана.

По предлагаемому способу технологический процесс состоит из следующих элементов (см. фиг.1 и 2): метательный аппарат 1, сетчатое укрытие 2, конвейер очищающий 3, отбойная стенка 4, бункер очищенного компоста 5 и бункер балластных фракций 6, передающий конвейер 7. Метательный аппарат 1 включает в себя воронку 8, лопастный ротор 9 с электрическим приводом 10, корпус 11. Сетчатое укрытие 2 состоит из секций, представляющих собой металлическую сетку с квадратными отверстиями, натягиваемую посекционно на специальный секционированный корпус, имеющий опорные поверхности для крепления сетки, и дно, на котором собирается очищенный компост, прошедший через сетку Очищающий конвейер 3 представляет собой вариант известного скребкового конвейера, в котором в качестве скребков, очищающих сетку, используются специальные двусторонние щетки. Конструкция очищающего конвейера и щеток обеспечивает очистку как верхней, так и нижней поверхности сетки. Отбойная стенка 4 установлена перпендикулярно направлению движения разбрасываемого метательным аппаратом потока компоста. Отбойная стенка состоит из каркаса, на котором крепится экран, представляющий собой вертикальный ленточный конвейер 12, оснащенный резиновой лентой и имеющий в начале возвратной ветви щетку 13 для снятия возможных отложений на рабочей поверхности ленты. Бункер сбора некомпостируемых веществ 6 выполняет функции зоны, в которой осаждаются компоненты компоста, имеющие высокую плотность, компоненты компоста, задержанные отбойной стенкой, а также в него выгружается задержанный на сетке в зоне осаждения легкой фракции осадок.

Для повышения степени диспергирования компоста нижняя стенка воронки 8 выполнена в виде зубчатой конфигурации 14, в пазы которой входят выступы лопастей ротора 15, при этом ось вращения воронки располагается на радиусе. проведенном от центра ротора метательного аппарата под углом 30-60° к горизонту на расстоянии от оси вращения ротора в пределах 1,1-1,2 радиуса ротора. Требуемый угол относительно горизонта, определяемый потребностью обеспечить скольжение компоста различного состава и влажности по нижней стенки воронки, устанавливается опорным винтовым устройством 16. Это обеспечивает сход компоста различного состава и влажности из воронки тонким слоем и способствует равномерной подаче компоста и диспергированию массы компоста.

Очистку компоста осуществляют следующим образом. Компост при влажности материала до 60% равномерно загружают в воронку метательного аппарата. Под действием силы тяжести компост сползает по нижней стенке воронки на лопасти ротора метательного аппарата. Вращающийся ротор сообщает компосту скорость не менее 40-50 м/с и импульс кинетической энергии 500-900 кг·м, что обеспечивает диспергирование потока компоста, а также направление движения под углом 30°-60° относительно горизонта.

Выброшенный из метательного аппарата компост движется в воздушном пространстве по баллистическим траекториям, которые определяются плотностью веществ, содержащихся в компосте, сопротивлением воздушной среды движению твердофазных частиц, имеющих разную парусность, и уровнем, на котором располагается метательный аппарат относительного сетчатого укрытия и верхнего среза бункера некомпостируемых отходов. Разная кинетическая энергия, которой обладают компоненты компоста, определяет длину траектории полета частиц компоста. Так как сопротивление движению частиц компоста в воздушной среде пропорционально квадрату скорости, с которой движется частица, то компост, представляющий смесь частиц разной плотности, будет распределяться в пространстве и на поверхности осаждения в различных зонах, определяемых фактором разделения, определяемым кинетической энергией, которой обладают частицы компонентов компоста, т.е., в конечном итоге, скоростью движения и плотностью частиц компонентов компоста.

Таким образом, можно выделить две зоны, в которых осаждаются компоненты компоста. Компоненты компоста, имеющие низкую плотность и, соответственно, высокую парусность, осаждаются в зоне I, которая расположена ближе к метательному аппарату, а в зоне II осаждаются компоненты с более высокой плотностью. Некоторая часть компонентов с высокой плотностью обладает столь значительным запасом кинетической энергии, что может улететь даже за пределы зоны II. С целью ограничить размеры зоны II и при этом обеспечить осаждение всего компоста в конце зоны II устанавливают отбойную стенку. Частицы компоста ударяются об отбойную стенку, частично отражаются и частично осаждаются на ней и под действием силы тяжести падают в бункер, в котором собираются отходы зоны II. Налипшие на поверхность отражательной стенки частицы компоста снимаются щеткой при движении резиновой ленты и также падают в бункер зоны II.

В компосте более высокую плотность имеют неорганические компоненты: стекло, керамика, камни, песок, которые являются загрязняющими компост наполнителями и которые необходимо выделить из компоста, чтобы повысить его качество. В предлагаемом способе более тяжелые компоненты компоста, осажденные в зоне II, выводят из общего потока компоста и направляют отдельным потоком либо на захоронение, либо на утилизацию. Легкая фракция компоста неоднородна, она содержит, кроме компостируемых, легко разлагаемых микроорганизмами веществ, также трудно разлагаемые некомпостируемые вещества, в частности различные виды пластических масс. Они также должны быть выделены из компоста. В предлагаемом способе это достигается за счет разбрасывания компоста в две ступени на сетчатую поверхность, через которую частицы компоста проваливаются, а более крупные частицы пластических масс задерживаются на сетчатой поверхности.

Отложившиеся на сетчатой поверхности пластические массы и другие компоненты компоста при удельной нагрузке 1,1-1,2 кг/м²·мин должны быть удалены с сетчатой поверхности с частотой не реже чем один раз в 5-6 секунд, т.к. они задерживают весь поток и препятствуют сепарации компоста с выделением из него пластических масс. Расположение сетки относительно оси ротора метательного аппарата должно быть на расстоянии, при котором величина кинетической энергии потока компоста достаточная, чтобы обеспечить проход компоста сквозь сетку. Это обеспечивается при таком расстоянии, при котором поток компоста должен иметь скорость при встрече с сеткой не менее 30 м/с В варианте, когда начальная скорость потока компоста составляет свыше 40 м/с, расположение сетки от оси ротора на расстоянии 800-1200 мм обеспечивает это условие. Сетчатую поверхность очищают за счет сгребания с нее отложений очищающим конвейером, оборудованным плоскими щетками. Очищающий конвейер очищает как верхнюю, так и нижнюю стороны сетки.

При уменьшении скорости подачи компоста ниже 40 м/с на 1 м/с снижается эффективность выделения из общей массы компоста частиц размером более 3 мм и плотностью свыше 2 т/м³ (стекла, керамики и др.) не менее чем на 1% и соответственно увеличивается рост количества компоста, уходящего с тяжелой фракцией.

Увеличение скорости потока более 50 м/с влечет за собой без роста эффективности сепарации увеличение общих габаритов устройства, рост запыленности окружающей среды, рост расхода электроэнергии для привода рабочих элементов сепаратора.

Направление движения компоста относительно горизонта под углом 30-60° определяет распределение компоста на поверхности, через которую он фильтруется. При значениях угла менее 30° и более 60° компост осаждается в зоне, прилегающей к метательному аппарату, что приводит к локальной перегрузке фильтрующей способности сетчатой поверхности и, соответственно, к снижению выхода очищенного компоста.

Удельная нагрузка на сетчатую поверхность 1,1-1,2 кг/м²·мин определена как оптимальная для данного процесса. Снижение удельной нагрузки ниже 1,1 кг/м²·мин приводит к пропорциональному росту габаритов сетчатой поверхности сепаратора. Увеличение удельной нагрузки выше 1,2 кг/м²·мин приводит к снижению выхода очищенного компоста, т.к. он будет задерживаться на сетчатой поверхности предварительно выделенным слоем крупных фракций компоста.

Достигаемый положительный результат при использовании предлагаемого способа заключается в достижении степени очистки компоста до требований ТУ 0392-003-00495697-00. Степень очистки компоста от стекла составляет 90-93%, от пластических масс - 86-88%. Выход очищенного продукта 60-62%.