Спосіб переробки твердих побутових відходів

1. Спосіб переробки твердих побутових відходів для виробництва біогазу, що включає сортування відходів з одержанням корисних продуктів у вигляді негниючих відходів, наприклад металів і пластиків, і гниючих відходів у вигляді хвостів сортування, дроблення й ущільнення хвостів сортування, змішання ущільнених хвостів зі шламом відстоїв, отриманих при зберіганні вихідних відхо 3 56370 компонентів. Максимально можлива в реальних умовах ступінь розкладання різних компонентів ТПВ й емісія біогазу описуються рівнянням: Q 1 W Mвол Lоі xi Bf 1 e k , W - вологість, Mвол - маса вологих відходе L дів, oi - метановий потенціал сухих відходів для x кожного компонента, i - частка біорозкладних B фракцій, f - коефіцієнт біорозкладання кожного виду відходів до повного розкладання, k - констаB нта розкладання (функція f ), - час, рівний різниці поточного часу й часу, необхідного для встановлення анаеробних умов. Аналіз наведеного рівняння показує, що інтенсивність виділення біогазу й тривалість цього процесу (тобто життєвий цикл полігону) в основному B визначаються коефіцієнтом f . Відомо, що коефіB цієнт f для харчових відходів становить 0,8-0,85, клітковини (целюлози) і текстилю 0,1-0,125, пластмас 0,05-0,1, опалого листя 0,25-0,32. Оскільки, як правило, у ТПВ мегаполісів після сортування (у хвостах) кількість харчових відходів коливається в межах від 10 до 15 %, інше клітковина (папір, текстиль, опале листя, дрібні шматки дерева й т.п.) і дрібні фрагменти пластмас, те середній показник Bf становить 0,3. Це свідчить про низьку інтенсивність процесів біорозкладання (ферментації). Практичний життєвий цикл полігону не змінюється від спостережуваного на практиці: підготовчий період - період до початку анаеробного розкладання становить 0,5-1,2 роки, період експоненційного розвитку - 2,5-3 роки, стаціонарний період - 810 років, період загасання - 17-20 років. Таким чином, основним недоліком відомого способу є те, що він не вирішує задачу інтенсифікації процесів біорозкладання компонентів ТПВ, що практично не змінює характеру шкідливого впливу полігонів на навколишнє середовище. Найбільш близьким до заявляємої корисної моделі (прототипом) є спосіб переробки відходів з метою виробництва біогазу (див. Treatment of waste to produce biogas. заявка Великобританії № 2347673, МПК А01С 3/02, опубл. 13.09.2000 р.). Суть даного способу полягає в тому, що полігон розбивають на камери-комірки, які після повного завантаження ізольовані від навколишнього середовища, наприклад, покриттям із плівки поліетилену низького тиску товщиною 3-4 мм, а покриття з'єднане пластмасовими трубопроводами з колектором біогазу. Фільтрат (рідкий продукт) через дренажні труби відводять у збірник для утилізації або на поховання. Відповідно до принципової схеми, відходи надходять у сектор сортування, де органічна фракція й фракції, що піддаються гниттю, відокремлюються від негниючих фракцій (метали, пластмаси й т.п.). Негниючі фракції складують, органічні фракції дроблять (подрібнюють) до розмірів менш 2-5 мм і подають у камери-комірки для проходження циклу біорозкладання. Прискорення процесу ферментації досягається змішан 4 ням органічної фракції зі шламом (пульпою) відстоїв, які утворюються при тимчасовому зберіганні хвостів сортування. Процес здійснюється без доступу повітря при температурі 50-60 °С. Кількість комірок визначається характеристиками відходів і необхідним об'ємом біогазу. Недоліком відомого способу є те, що середній B показник f становить не більше 0,4, що істотно не змінює життєвий цикл полігону й, відповідно, продуктивність по біогазу. Ще одним недоліком відомого способа є те, що утвірний біогаз не має можливості відводитися з об'єму маси безкомірньо після утворення, а повинен проходити через великий об'єм маси до штуцерів, приєднаних до колектора відводу біогазу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення технології підготовки хвостів сортування перед закладкою їх у камери-комірки й інтенсифікації процесу біорозкладання, а також організація раціонального відводу біогазу безпосередньо після його утворення, що в остаточному підсумку повинно збільшити продуктивність по біогазу й прискорити життєвий цикл полігону. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі переробки твердих побутових відходів для виробництва біогазу, що включає сортування відходів з одержанням корисних продуктів у вигляді негниючих відходів, наприклад, металів і пластиків, і гниючих відходів у вигляді хвостів сортування, дроблення й ущільнення хвостів сортування, змішання ущільнених хвостів зі шламом відстоїв, отриманих при зберіганні вихідних відходів й під час їхнього ущільнення, проведення процесу біорозкладання в камерах-комірках полігону, ізольованих від навколишнього середовища й приєднаних до колектора біогазу й до дренажних труб відводу рідкої фази, відповідно до корисної моделі, хвости сортування після ущільнення піддають механічній активації, а процес біорозкладання проводять у камерах-комірках з сепараційними пристроями, з'єднаними з колектором біогазу, при цьому утворюваний біогаз спочатку відводять у зазначені сепараційні пристрої, а потім у колектор біогазу. У кращому варіанті реалізації способу процес механічної активації проводять у двошнековій машині із взаємно зачіпними шнеками. Проведення механічної активації хвостів сортування перед їхнім ущільненням і здійснення біорозкладання ущільнених хвостів у камерахкомірках з сепараційними пристроями, з'єднаними з колектором біогазу, забезпечує одержання гомогенної активованої маси перед закладкою її в камери-комірки, що інтенсифікує процес біорозкладання й забезпечує інтенсивний відвід біогазу рівномірно по всьому об'єму маси, у такий спосіб збільшуючи продуктивність по біогазу і знижуючи час біорозкладання. Здійснення механічної активації маси у двошнековій машині із взаємно зачіпними шнеками (див., наприклад, Герман X. «Шнековые машины в технологии». - Л., 1975 - 230 с.) забезпечує її здрібнювання до розмірів часток менш 200 мкм, плас 5 тикацію й механічну активацію маси при значних швидкостях зсуву й контактних зусиллях до 20 МПа. Зазначені вище послідовність операцій і технологічні параметри, при яких ведуть процес, забезпечують ефективну підготовку хвостів і проведення процесу біорозкладання з високою продуктивністю по одержуваному біогазу. Сукупність істотних ознак заявленого технічного рішення помітно збільшує продуктивність по біогазу й скорочує час біорозкладання маси, у результаті чого прискорюється життєвий цикл полігону. Спосіб здійснюють таким чином. Тверді побутові відходи сортують на негниючі відходи (метали, пластики й ін.) і гниючі відходи (хвости сортування). Негниючі відходи складують, а хвости сортування дроблять й ущільнюють, рідку фазу відводять, а тверду фазу піддають механічній активації з одночасним здрібнюванням й одержанням гомогенної маси. Застосування двошнекової машини із взаємно зачіпними, а, отже, самоочисними шнеками, забезпечує механічну активацію при більших швидкостях зсуву й контактних зусиллях до 20 МПа, здрібнювання часток до розмірів 200 мкм й одержання більш якісної гомогенної маси за один прохід хвостів сортування через робочу зону двошнекової машини в безперервному автоматизованому режимі. Далі гомогенну масу спрямовують поперемінно в один з апаратів з мішалкою, куди також подають задану кількість рідкої фази після ущільнення хвостів і пульпу відстоїв, що утворюються при тимчасовому зберіганні хвостів сортування. Отриману масу із заданою консистенцією направляють в одну з камер-комірок з сепараційним пристроєм*), на які розбитий полігон. У такий спосіб заповнюють всі вільні камери-комірки на полігоні. При заповненні повітря має можливість виходу. *) Сепараційний пристрій представляє собою окрему камеру, прикріплену по периметру до верхньої кришки камери-комірки і обладнану штуцером, з'єднаним з колектором біогазу. При цьому по усій поверхні верхньої кришки камери-комірки виконані невеликі отвори. У заповненій камері-комірці за рахунок внутрішніх процесів маса розігрівається до 50-60 °С и починається процес біорозкладання. Завдяки великій кількості отворів у верхній кришці камерикомірки біогаз у міру його утворення рівномірно виводиться з усього об'єму цієї камери в сепараційні пристрій, а потім через штуцер у колектор біогазу. Утвірну рідку фазу відводять через штуцери в нижній частині камери-комірки, приєднані до дренажних труб. Після закінчення процесу біорозкладання залишкову масу вивантажують і направляють на подальшу переробку або поховання. Коефіцієнт біорозкладання в заявленому споB 0,7 собі становить f , час біорозкладання зменшується в 2-3 рази й відповідно в 1,5-2 рази скорочується життєвий цикл полігону. Приклад реалізації запропонованого способу. 56370 6 Хвости сортування дробили до розмірів часток менш 50 мм і подавали на стрічковий фільтр. Рідку фазу відводили в ємність із мішалкою, а тверду фазу при витраті 1200 кг/годину, спрямовували в завантажувальну горловину двошнекової машини. Завдяки високим зсувним зусиллям в елементах робочих органів двошнекової машини масу подрібнювали, одночасно пластикували й у гомогенному вигляді із частками розміром менш 200 мкм направляли в один з апаратів з мішалкою. Сюди ж подавали пульпу відстоїв і рідку фазу після ущільнення хвостів загальною кількістю 400 кг. Після перемішування протягом 60 хв. пульпу насосом подавали в одну з камер-комірок з сепараційним пристроєм, на які розбитий полігон. Масу після двошнекової машини подавали при цьому в другий апарат з мішалкою. У камері-комірці через деякий час після її заповнення за рахунок внутрішніх процесів у масі встановлювалися анаеробні умови й починався процес біорозкладання. У процесі біорозкладання утворювалися біогаз і рідка фаза. Біогаз безпосередньо після утворення проходив через масу по найкоротшому шляху у верхню частину камери-комірки, а потім через велику кількість малих отворів у її верхній кришці попадав у сепараційний пристрій й далі через штуцер спрямовувався в колектор відводу біогазу. Продуктивність по біогазу при цьому склала 180 м3/годину. Рідку фазу відводили через штуцери в нижній частині камер-комірок у дренажні труби. Коефіцієнт біорозкладання в підготовчий період і період експоненційного росту становить Bf 0,7 , загальна тривалість цих двох періодів складе за прогнозами фахівців 26280 годин, що в 1,8 рази менше, ніж у прототипу. У період загасання, що почався, коефіцієнт біорозкладання очікуB 0,6 ється рівним f , у той час як у прототипа Bf 0,4 середній . Таким чином, по експертній оцінці життєвий цикл для полігону зменшиться в цілому як мінімум в 1,5 рази, тобто на 15 років. Розрахунок емісії біогазу Q по наведеному вище рівнянню показує розбіжність між розрахунB ковими даними для різних значень f й експериментально спостережуваними 10-15 %. Це свідчить про адекватність рівняння й про те, що експертна оцінка по зменшенню життєвого циклу полігону в цілому реальна. Після завершення життєвого циклу полігону, ураховуючи високу дисперсність залишку й високий ступінь його біорозкладання, він обробляється високодисперсною вапняною суспензією, відфільтровується, висушується й використовується як органо-мінеральне добриво. При цьому камерикомірки використовуються повторно для здійснення процесу біорозкладання. Слід зазначити, що застосування заявленого способу не обмежується наведеним прикладом його реалізації. Застосовуване устаткування для здійснення окремих операцій може бути виконане конструктивно по-іншому, конструкція сепараційних пристроїв також може бути іншою. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 56370 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601