Большая номенклатура отходов, образующихся на предприятиях различных отраслей экономики, затрудняет их классификацию, учет, сбор и переработку. Вследствие многих причин в настоящее время и у нас в стране, и за рубежом отсутствует общепринятая научная классификация твердых отходов промышленности, охватывающая все их многообразие. Существующие классификации твердых отходов весьма многообразны и односторонни.
Кислые золошлаковые отходы, а также основные с содержанием свободной извести < 10 % используют как активную минеральную добавку при производстве цемента. Содержание горючих веществ в таких добавках не должно превышать 5 %. Эти же отходы можно использовать в качестве гидравлической добавки (10— 15 %) к цементу. Золу с содержанием свободной СаО не более 2—3 % используют для замены части цемента в процессе приготовления различных бетонов. При производстве ячеистых бетонов автоклавного твердения в качестве вяжущего компонента используют сланцевую золу, содержащую > 14 % свободной СаО, а в качестве кремнеземистого компонента — золу сжигания углей с содержанием горючих < 3—5 %. Использование золошлаковых отходов по указанным направлениям является не только экономически выгодным (вследствие сокращения потребления гипсового камня, песка, цемента, извести, топлива), но и позволяет повысить качество соответствующих изделий.
Большие массы твердых отходов образуются в коксохимической, слан-це- и торфоперерабатывающей промышленности, а также в ряде производств химической промышленности, связанных с газификацией топлива. Так, при термической переработке сланцев в камерных печах образуется около 1,7 млн. т/год коксозольного остатка. Из них около 15 % используют в качестве добавки при производстве цемента, а остальную массу вывозят в отвалы. Там же складируется и зола газогенераторов и установок с твердым теплоносителем.
В последние годы перед перестройкой работа предприятий черной металлургии СССР ежегодно сопровождалась образованием более 70 млн. т металлургических шлаков, значительная часть которых не использовалась и поступала в отвалы. По различным районам страны эти шлаки утилизировались неравномерно. Практически полностью использовались шлаки текущего выхода на заводах юга европейской части СССР, где были начаты работы и по утилизации шлаков из отвалов, тогда как, например, на заводах Челябинской области, где ежегодно образовывалось около 15 млн. т металлургических шлаков, а в отвалах находилось более 200 млн. т, их использовалось менее 6 млн. т/год. Имевшиеся ресурсы отвальных шлаков на металлургических предприятиях страны оценивали в 580 млн. т.
Для использования в различных металлургических агрегатах металлолом необходимо переработать. Под переработкой отходов металлов подразумевается технологический процесс, в результате которого они приводятся в состояние, пригодное для использования в металлургическом и литейном производствах.
В табл. 2.11 по данным ВНИИР приведены значения удельных показателей отходов в цветной металлургии.Особенности утилизации шлаков цветной металлургии. Металлургические шлаки, образующиеся при выплавке цветных металлов, отличаются по химическому составу и свойствам. Объем их образования в десятки раз превышает объем образования шлаков при производстве такого же количества чугуна. Так, если при выплавке 1 т чугуна образуется до 1 т шлака, то при выплавке 1 т меди и никеля образуется до 30 и до 150 т шлака на 1 т металла соответственно.
Использование отходов и лома в местах образования учитывают в нормах расхода цветных металлов на основное производство и ремонтные нужды и отражают в планах материально-технического снабжения соответствующих отраслей народного хозяйства. Поскольку планирование использования лома и отходов в местах образования взамен первичных металлов является составной частью планирования использования материальных ресурсов в соответствующих отраслях промышленности, то в этой главе даны методические основы определения объемов образования и нормирования выхода товарных ресурсов лома и отходов цветных металлов.
Направления использования. Наиболее рациональное и эффективное использование лома и отходов цветных металлов в народном хозяйстве может быть достигнуто при условии их переработки на металлы и сплавы, аналогичные или близкие по своему составу к исходному сырью, так как при этом обеспечивается наиболее полное и комплексное использование всех ценных компонентов, содержащихся в ломе. Основные направления использования лома и отходов приведены в табл. 2.12.
Около половины заготавливаемых лома и отходов цветных металлов направляется для первичной обработки в производственные цехи управлений «Вторцветмет», остальное количество поступает от ломосдатчиков на металлургические заводы транзитом. В цехах лом и отходы цветных металлов подвергают сортировке, пакетированию (брикетированию), магнитной сепарации, обжигу, резке и другим видам обработки.
Отражательные печи. Наибольшее распространение получили двухкамерные отражательные печи, сочетающие функции плавильного агрегата и миксера для корректировки химсостава и хранения металла на период разливки. Эти печи универсальны, их используют для плавки всех видов алюминиевого лома и отходов. На этих печах выплавляют около 80 % вторичных алюминиевых сплавов. Емкость плавильной камеры двухкамерных печей — от 10 до 30 т, а емкость копильника обычно на 15 % больше емкости плавильной камеры. Для кладки печей применяют шамотный кирпич.
Для получения серной кислоты в промышленности используются два метода: контактный и нитрозный (башенный). В обоих случаях сначала из сырья получают диоксид серы Б02, который затем перерабатывают в Н2504. Основное количество серной кислоты производят контактным методом из 802, получаемого путем обжига серного колчедана (обычно флотационного), сжигания природной или газовой серы, а также при обжиге сульфидов цветных металлов, причем доля серной кислоты, получаемой в нашей стране на базе цветной металлургии, год от года увеличивается.
Основное количество добываемых фосфатных руд служит для производства фосфорсодержащих минеральных удобрений. Наиболее важны апатитовые и фосфоритные руды, содержащие минералы апатитовой группы с общей формулой ЗМ3(Р04)2СаХ2 (где М — ионы кальция, натрия, стронция и других элементов, а X — ионы фтора, хлора и группа ОН—). Кроме апатита, фосфатные руды содержат минералы-примеси.
Более 90 % калийных солей, добываемых из недр и вырабатываемых заводскими методами, используют в качестве минеральных удобрений. Основным калийным удобрением является хлорид калия.Важнейшим калийным минералом является сильвинит — смесь сильвина КС1 и галита №С1, содержащая в качестве примесей нерастворимые вещества. Нерастворимые или труднорастворимые в воде минералы в настоящее время не используют для производства калийных удобрений, однако переработка их в глинозем (например, нефелина) сопровождается получением калийных солей как побочных продуктов.
В результате электролиза раствора №С1 получают три товарных продукта: каустическую соду, хлор и водород.Основные стадии получения каустической соды, хлора и водорода из раствора №С1 ртутным способом представлены на рис. 3.22. Процесс включает: очистку рассола, электролиз, очистку анолита от хлора, его донасыще-ние и возвращение в процесс, охлаждение и очистку водорода, охлаждение и сушку хлора, очистку и складирование каустической соды.
Твердые отходы пластических масс обычно разделяют на отходы производства и отходы потребления.При переработке по первому направлению отходы обычно используют непосредственно после их образования на отдельных установках. В ряде случаев их собирают автоматически и подают в устройства для измельчения, после чего смешивают с основным сырьем и направляют в приемные устройства экструдеров и различных формовочных установок. Содержание отходов в сырье обычно составляет 5—10 %, но может достигать 20 % и более. Второе направление переработки различного вида технологических отходов заключается в их сортировке (отделение посторонних примесей и разбраковка), измельчении и гранулировании с последующим изготовлением на их основе изделий широкого потребления (тары, подстилок, сувениров, игрушек и т.п.). В целом переработка технологических отходов производства пластмассовых изделий облегчена концентрированием их в рамках отдельных производств и возможностью предохранения от загрязнений.
Переработка отходов полиолефинов. Полиолефины — самый распространенный вид термопластов, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве. К ним относятся полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен. Наиболее эффективным способом утилизации отходов полиолефинов является их повторная переработка. Ресурсы вторичных полиолефинов велики: только отходы потребления полиэтилена низкой плотности в 1995 г. достигли 2 млн. т.
При изготовлении изделий из реактопластов образуется значительное количество технологических отходов (до 20 %). Рассмотренными выше способами переработать такие отходы нельзя, поскольку отличие реактопластов от термопластов заключается в образовании в процессе химической реакции трехмерной структуры, препятствующей переходу полимера в расплав при нагревании (или в раствор при растворении).
Пиролиз полимеров. Пиролиз — это термическое разложение органических продуктов в присутствии кислорода или без него с целью получения низкомолекулярного химического сырья. При этом могут образовываться газообразные (пиролизный газ), жидкие (пиролизное масло) или твердые (кокс и др.) продукты пиролиза.
Объемы кислых гудронов весьма значительны. Их выход в масштабах СССР оценивался примерно в 300 тыс. т/год. Степень использования этих отходов не превышает 25 %, что приводит к сосредоточению весьма значительных их масс в заводских прудах-накопителях (амбарах).
Отходы, образующиеся в процессе изготовления пневматических шин и резиновых технических изделий и в ходе их эксплуатации, делятся на две категории: отходы производства и отходы потребления.Отходы производства — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образующихся в процессе производства продукции, частично или полностью утративших свое качество и не соответствующих стандартам. Эти остатки после соответствующей доработки могут быть использованы в качестве сырья или готовой продукции.
Применение измельченной резины в виде крошки и тонкодисперсной резиновой муки в качестве эластичных наполнителей — наиболее перспективный метод утилизации резиновых отходов и изношенных шин, поскольку позволяет в максимальной степени сохранить и использовать эластические и прочностные свойства вулканизованной резины. Композиции, содержащие измельченные вулканизаты, представляют собой дисперсию типа «полимер в полимере» с четко выраженной границей раздела.
Регенерация резины — физикохимический процесс, в результате которого она превращается в пластичный продукт — регенерат. Существуют различные способы получения регенерата, отличающиеся характером и интенсивностью воздействия на резину, а также природой и количеством участвующих в регенерации резины веществ. При регенерации резины происходят следующие процессы: деструкция углеводородных цепей; структурирование вновь образовавшихся молекулярных цепей; уменьшение содержания свободной серы, использованной для вулканизации резины, деструкция серных, полисульфидных связей, модификация молекулярных цепей каучука; изменение углеродных цепей, образованных сажей, содержащейся в резине. Это свидетельствует о сложности физико-химических процессов, лежащих в основе регенерации резины.
Схема установки для пиролиза автопокрышек приведена на рис. 4.15.Твердая фаза в виде смеси кокса и металлокорда после выгрузки из реактора поступает в валковую дробилку 12 и разделяется магнитным сепаратором 13. Металлокорд поставляется внешнему потребителю для дальнейшего переплава. Измельченный и прошедший грохочение дисперсный кокс гранулируется с целью получения активного угля.
При обслуживании техники в виде ми. В табл. 4.4 по данным ВНИИР при-отхода образуется обтирочная ве- ведены нормы образования данного тошь, загрязненная нефтепродукта- отхода для некоторых видов техники.
К нефтепродуктам относят большую группу материалов, получаемых из нефти, в том числе: топлива, масла, смазки и др. К топливам относятся бензин, газотурбинные, дизельные, бытовые топлива, мазуты. Масла подразделяются на моторные, трансмиссионные, энергетические и индустриальные. Ассортимент смазок чрезвычайно широк и включает более 200 марок полужидких, пластичных и твердых материалов. Все нефтепродукты, как правило, являются многокомпонентными системами. В их состав входят различные добавки (антидетонаторы, противостарители, загустители, присадки и др.), которые предназначены для придания нефтепродуктам технических свойств, обеспечивающих их работоспособность в специфических условиях.
Осадки моечной воды при мойке автотранспорта легко разделяются в центробежном поле, для чего используют гидроциклоны, соединенные с бункерами-уплотнителями. В гидроциклоне происходит сгущение осадка, а в бункере-уплотнителе — дальнейшее его обезвоживание методами уплотнения. Недостатком этого метода является значительный (до 50 %) унос мелкодисперсной твердой фазы с водой. Для этих же целей применяются центрифуги непрерывного или периодического действия, обладающие высокой устойчивостью к эрозионному износу. Содержание твердой фазы в очищенной воде после центрифуги, как правило, составляет не более 0,001 %, а влажность твердого осадка — не более 24 %.
Химическое обезвреживание используют также для очистки поверхности водоемов от пролитой нефти. Для рассеивания нефти применяют препараты эмульгирующего действия, которые представляют собой ПАВ, разбавленные органическим растворителем. Такие препараты способны к биологическому разложению под действием бактерий. Энергичное перемешивание с водой обработанных ими путем опрыскивания с воздуха нефтяных пятен приводит к рассеиванию отходов в толще воды и последующему биохимическому окислению.
Биохимическая обработка нефтесодержащих отходов основана на способности некоторых микроорганизмов превращать ароматические и алифатические углеводороды в безвредные диоксид углерода и воду. Эти реакции происходят в аэробных условиях.
Как видно из данных табл. 4.7, отношение к отработанным маслам разное. Наиболее прогрессивные страны подвергают переработке до 30—38 % отработанных масел, обеспечивая при этом высокую полноту их сбора, а также качество товарной продукции. Как правило, это страны, не имеющие своих источников нефтепродуктов и закупающие их за рубежом.
На машиностроительных и металлургических предприятиях при обработке и прокатке металла применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), представляющие собой эмульсии масла в воде. Масляные эмульсии — это коллоидные двухфазные системы, в которых одна жидкость (масло) диспергирована в виде капелек в другой жидкости (воде). Обычно срок службы эмульсий не превышает 1 мес.
Ежегодный объем переработки горной массы при добыче полезных ископаемых в СССР составлял в 80-е годы более 15 млрд. т. Однако существующая технология добычи и обогащения полезных ископаемых приводила к тому, что собственно на полезные ископаемые приходилась лишь сравнительно небольшая часть этого объема: вмещающие и вскрышные породы составляли примерно 10 млрд. т. Ежегодно только таких пород перемещали в отвалы более 800 млн. м3, а общий объем отвалов горных предприятий СССР оценивали величиной, превосходящей 2,5 млрд. м3.
Производство аглопорита. Уголь, содержащийся в отходах углеобогащения, может быть использован как топливо при их термической переработке (в смеси с глинистыми породами) в кирпич, керамику и в другие строительные материалы. Таким способом получают, например, агло-порит — искусственный легкий пористый заполнитель для бетонов, производство которого налажено в ряде зарубежных стран и развивается в России.
Вскрышные породы — как сырье для производства керамзита. Среди попутно извлекаемых и вскрышных пород значительное место занимают пластичные глины. Так, в Никопольском бассейне их запасы оцениваются в 430 млн. м3, а ежегодный выход составляет 9,5 млн. м3. Такие глины являются хорошим сырьем для производства керамзита, служащего искусственным пористым наполнителем для легких бетонов и хорошим теплозвукоизоляционным материалом.
Широко распространенными и еще малоутилизируемыми крупно-то-нажными отходами являются твердые отходы процессов заготовки, переработки и использования растительного сырья — древесины и большого числа видов сельскохозяйственной продукции. Утилизация таких отходов в значительной степени основана на использовании различных химических, механохимических, термохимических и биохимических превращений содержащихся в них компонентов в ценные вещества и материалы. Ниже освещены источники образования и основные направления технологии рекуперации различного вида древесных отходов и некоторых родственных древесным видам отходов сельскохозяйственного производства. Общность природы и в целом ряде случаев направлений использования, а также способов переработки является предпосылкой для совместного рассмотрения наиболее распространенных на практике технологий рекуперации указанных отходов.
Кроме того, значительная часть древесины используется в необработанном виде (32 %), в том числе в качестве топлива (13 %). Наибольшая часть древесины, как это видно из приведенных данных, расходуется на лесопиление, где и образуется больше всего отходов: только 60—62 % исходного сырья превращается в основную продукцию.
Для использования в лесохимической и целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве строительных материалов кусковые отходы деревообработки должны быть переработаны в технологическую щепу. Этот процесс осуществляется в лесопильном производстве, а сама щепа является сопутствующей товарной продукцией.
При изготовлении древесно-волокнистых плит используют целлюлозные волокна, полученные путем дальнейшего измельчения щепы. Существует два способа производства ДВП: мокрый и сухой. При мокром способе плиты получают путем отлива целлюлозной массы без введения связующего вещества. При сухом способе в целлюлозную массу вводят 4—8 % связующей смолы. Помимо смолы в состав массы вводят антисептики, антипирены и другие добавки, позволяющие придать материалу необходимые свойства: прочность, водостойкость, ,грибо-стойкость, пожаростойкость и т.п. На рис. 6.5 приведена принципиальная схема производства ДВП сухим способом.
Опилки, составляющие значительное количество отходов лесопиления и деревообработки, используются в качестве сырья для изготовления различных строительных материалов, а также в технологических целях.С применением древесных опилок изготавливают тырсолит, вибролит, паркелит, термопорит и другие строительные материалы. В состав этих материалов помимо опилок входят различные связующие и некоторые другие специальные компоненты (антисептики, антипирены и др.). Режимы прессования этих материалов зависят от типа применяемого связующего.
Для получения бумаги используют целлюлозу различных древесных пород и однолетних растений и древесную массу. Целлюлоза является также ценным сырьем для текстильного производства. Весьма широкое применение она находит и в других отраслях промышленности.
В условиях гидролиза происходит разложение целлюлозы и гемицеллюлоз с образованием через промежуточные соединения простейших сахаров — моноз (гидролизный сахар). Одновременно происходит и частичный распад моноз с образованием органических кислот, фурфурола и ряда других веществ. Продукты промышленных гидролизных производств, основанных на использовании отходов растительного непищевого сырья, представляют собой растворы моносахаридов (пентоз и гексоз, в том числе глюкозы), называемые гидролизатами, твердый остаток — гидролизный лигнин и летучие вещества (органические кислоты, спирты). Химический состав подвергаемых гидролизу отходов растительного сырья, а также способ осуществления процесса гидролиза определяют преобладание в гидролизном сахаре тех или иных моносахаридов.
Согласно одному из самых простых способов отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности в виде измельченных сучьев, коры, стружек, опилок и пр. увлажняют, формуют в рыхлые кучи и заражают культурой специально выведенных бактерий. Для облагораживания (обогащения) получаемого компоста можно добавлять карбамид и минеральные удобрения. Процесс созревания компоста протекает с выделением тепла в течение 7—8 недель.
Пиролиз (сухая перегонка, термолиз, пирогенетическая переработка) — процесс разложения отходов древесины и другого растительного сырья при их нагревании без доступа воздуха до 450—550 “С, приводящий к образованию ряда газообразных и жидких продуктов, а также твердого углеродного остатка (древесного угля при переработке древесного сырья).
Древесный уголь в больших количествах находит применение в медицине, в производствах активных углей, сероуглерода, кремния, высококачественных чугунов, черных поро-хов и ряде других процессов.Современная промышленность тяжелого органического синтеза имеет в своем арсенале более дешевые и производительные способы получения таких являвшихся ранее традиционными продуктами лесохимической промышленности веществ, как метиловый спирт и уксусная кислота. Однако и в настоящее время масштабы пиролиза древесного сырья остаются значительными: в 70-х — 80-х годах в СССР сухой перегонке подвергали ежегодно около 3 млн. плотных м3 древесины.
Опилки, стружки, кору с влажностью не менее 35 % подвергают механической обработке на установке, состоящей из шнека и короткой пресс-формы. Во время прессования отходы нагреваются, избыток воды удаляется. Готовая продукция непрерывно выходит из трубчатой пресс-формы.
Заводскую переработку древесного сырья и его отходов экономичнее всего осуществлять в лесопромышен-ных комплексах. Однако задача комплексного использования даже такого обычно централизованно перерабатываемого сырья, как древесина, в стране пока не решена. В восьмидесятых годах, например, в СССР в конечных продуктах, производимых из древесины, оставалось только ее третья часть, а 2/3 уходило в отходы. В связи с этим необходимо отметить и другие, отличные от вышеуказанных, пути утилизации отходов растительного сырья.
В табл. 6.8 по данным ВНИИР приведены нормативы образования отходов при использовании и переработке бумаги и картона.В табл. 6.9 по данным ВНИИР приведены рекомендуемые нормативы сбора макулатуры.Применение макулатуры чрезвы- энергетические ресурсы (табл. 6.10) и чайно выгодно, так как позволяет эко- утилизировать отходы производства и номить значительные материальные и потребления бумаги.
В последние годы вследствие различных причин объемы применения макулатуры упали. Ее заготовка и применение стали нерентабельны прежде всего вследствие многократного увеличения затрат, необходимых для ее сбора и транспортировки к местам переработки. Однако положение это временное, и рано или поздно придется вернуться к полномасштабному использованию вторичных целлюлозно-бумажных ресурсов.
Масса высокой концентрации (6 %), попадающая тангенциально в очиститель через патрубок 7, под действием ротора 6, приводимого во вращение электродвигателем 8, получает дополнительное ускорение. В результате действия центробежных сил частицы с большей плотностью отбрасываются к стенкам циклона 5, опускаются вниз в грязевую камеру 2 и затем выводятся через клапан 1. Более легкая, очищенная масса поднимается вверх и по центральной трубе 4 удаляется из очистителя через выходной патрубок 9.
Для роспуска целлюлозной массы на отдельные волокна без комочков и пучков волокон в современной технологии используется специальное оборудование — энтштиперы. Эти установки работают по принципу конических дисковых мельниц при большой частоте вращения ротора (до 3000 об/мин). Необходимым условием надежной работы энтштиперов является хорошая очистка массы от твердых включений.
Отечественные аппараты смонтированы на раме, в нижней части которой расположены грязевые камеры. Камера снабжена задвижкой для прерывания поступления массы во время удаления отходов из нее и запорным вентилем для регулирования подачи в нее промывной воды. В современных очистителях совмещены процессы очистки и грубой сортировки волокнистой массы.
При переработке газетной, книжной, журнальной и другой типографской макулатуры с целью удаления из нее печатных красок и повышения белизны массу после диспергирования облагораживают.Содержание краски в макулатуре составляет в различных ее видах от 0,5 до 7 %. Краска содержит 15—30 % сажи (углерода) и 70—85 % масел и смол.
В табл. 7.2 по данным ВНИИР при- лей отходов в различных произвол-ведены значения удельных показате- ствах пищевой промышленности.
При изготовлении текстильных материалов и изделий из них, а также после их использования образуется значительное количество отходов. Среди них межлекальные обрезки и лоскут первичных текстильных материалов, спутанные волокна и пряжа, отработанная спецодежда, фильтровальные, протирочные, упаковочные ткани и др. Только в автомобильной промышленности страны ежегодно образуется несколько тысяч тонн текстильных отходов, поэтому задача их утилизации весьма актуальна.
Первичная обработка и разволок-нение текстильных отходов включают ряд стадий, зависящих от происхождения и качества отходов. Отходы потребления, как бытового, так и промышленного, поступают на переработку в сильно загрязненном виде, и прежде чем они попадут на утилизацию, должны быть дезинфицированы, выстираны, очищены и т.д.
При переработке разволокненных текстильных отходов существенную роль играют чесальные и прядильные машины. Их тип подбирают в соответствии с особенностями сырья, чтобы обеспечить высокое качество продукции и производительность.
Большие возможности для использования текстильных отходов представляет производство нетканых материалов, которые изготавливают из волокон, минуя стадию выработки пряжи.Технология производства нетканых материалов имеет следующие преимущества: сокращение производственного цикла и интенсификация производства; использование регенерированных волокон; возможность быстрой смены ассортимента выпускаемой продукции; низкая себестоимость продукции; сокращение энергозатрат и расхода материальных ресурсов.
Осадки первой группы обезвреживаются, как правило, огневым методом.Осадки второй группы или близкие к ним по составу подвергаются механическому или термическому обезвоживанию, а далее утилизируются в качестве удобрений, добавок в промышленном и дорожном строительстве, химической промышленности.
Осадки представляют собой суспензии, выделяемые из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической (ре-агентной) очистки. При обработке осадков предусматриваются максимальное снижение влажности и объема, стабилизация и обеззараживание с целью удаления их с территорий сооружений по переработке сточных вод и подготовки к утилизации.
Установки тепловой обработки предназначены для кондиционирования органических осадков сточных вод (сырых или сброженных) перед их механическим обезвоживанием.Тепловая обработка осадков производится в интервале температур 180—205 °С и времени 0,5—2 ч. Значения параметров тепловой обработки устанавливают опытным путем по снижению удельного сопротивления осадков. При отсутствии опытных данных следует принимать максимальные значения параметров. В процессе тепловой обработки происходит разложение (распад) органического вещества твердой фазы осадков (ОВТФ).
Дымовые газы, образующиеся в результате сжигания осадков, в основном состоят из паров воды и углекислого газа; возможно присутствие и других газовых компонентов, что в значительной мере влияет на схему очистки дымовых газов перед выбросом их в атмосферу.
В настоящее время в городах и поселках городского типа России ежегодно образуется около 150 млн. м3 (30 млн. т) твердых бытовых отходов. По прогнозам к 2006 г. ежегодное накопление твердых бытовых отходов (ТБО) в России возрастет до 200 млн. м3.
Основная задача завода по механизированной переработке твердых бытовых отходов (МПБО) — обезвреживание ТБО с целью охраны окружающей природной среды от загрязнений.Метод механизированного биотер-мического компостирования в мировой практике начал применяться в двадцатые годы, когда была доказана возможность обезвреживания ТБО за 20—30 суток в аэробных условиях. Первые промышленные установки были рассчитаны на небольшую производительность и не могли решить проблему обезвреживания ТБО крупного или среднего по величине города.
Термические методы переработки ТБО при температурах ниже температуры плавления шлака, то есть при температурах менее 1300 °С, применяют наиболее часто. Наиболее распространенные в практике процессы — слоевое сжигание и сжигание в кипящем слое — требуют принудительного перемешивания и перемещения материала. Находящийся в стадии разработки весьма перспективный процесс сжи-гания-газификации отходов в плотном слое реализуется без принудительного перемешивания и перемещения материала.
Для получения шлаковых расплавов непосредственно в процессе термической переработки ТБО необходимо обеспечить температуру выше температуры плавления шлаков (около 1300 °С), что требует, как правило, либо использования кислорода, либо подвода дополнительной энергии. Замена части дутьевого воздуха на кислород одновременно обеспечивает снижение количества отходящих газов.
Завод производительностью 8000 т ТБО в год обслуживает район с населением 25 тыс. человек. В результате переработки ТБО на заводе за год получают 3200 т удобрения и 800 тыс. м3 биогаза.На рис. 9.28 представлена принципиальная схема переработки ТБО по технологии фирмы «Валорга».
В томе 2 настоящего справочника детально анализируется технология очистки сточных вод различных производств. Однако в ряде производств образуются жидкие отходы, основой которых являются неводные растворители. Поэтому технология данных отходов также нашла отражение в справочнике.
Серная кислота является важнейшим продуктом химической промышленности как по объему производства, так и по разнообразию областей применения. Крупными потребителями серной кислоты являются химическая и нефтехимическая промышленность, металлургия, машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли.
Многие технологические процессы в промышленности и на транспорте связаны с использованием органических растворителей, которые, выполнив свою роль, уносятся с воздухом вентиляционной системой, загрязняя окружающую среду, либо сливаются в накопители и заменяются на свежие. Общее количество растворителей, ежегодно расходуемых предприятиями страны, приближается к 0,5 млн. т. Все растворители относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), являющимся по-жаро-, взрывоопасными веществами. Их сброс в накопители, унос паров в атмосферу наносят серьезный ущерб окружающей среде.
Наиболее рационально отходы лакокрасочных материалов подвергать регенерации. Такой опыт их утилизации имеется на большинстве предприятий транспортного машиностроения, где количество образующихся отходов лакокрасочных материалов велико.
При переработке и утилизации твердых промышленных и бытовых отходов широко используются следующие механические процессы: измельчение, классификация, смешение, компактирование, каландирова-ние. Для реализации данных процессов используется разнообразное оборудование, выбор которого определяется технологией процесса и физико-механическими свойствами перерабатываемых отходов.
Процессы измельчения широко распространены в технологии рекуперации твердых отходов при переработке отвалов вскрышных и попутно извлекаемых пород открытых и шахтных разработок полезных ископаемых, вышедших из строя строительных конструкций и изделий, некоторых видов смешанного лома изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов и отходных пластмасс, пиритных огарков, фосфогипса и ряда вторичных материальных ресурсов.
Щековые дробилки разделяются на два основных кинематических класса с простым ЩЦП (рис. 1.1) и сложным ЩДС (рис. 1.2) движением подвижной щеки.Помимо простейшей кинематической схемы (см. рис. 1.2, а) используются и более сложные: в движение приводятся обе щеки (рис. 1.2, б), либо одна щека имеет привод от двух эксцентриковых валов и т.д.
Конусные дробилки крупного дробления. Рабочим органом конусной дробилки (рис. 1.8) является подвижный дробящий конус 1, помещенный эксцентрично внутри неподвижного конуса (чаши) 2.Номинальный размер наибольших кусков материала, которые могут быть загружены в дробилку, определяется радиальной шириной В приемного отверстия. Обычно принимают ¿/н = 0,8 В.
Окружная скорость валков в двухвалковых дробилках находится в пределах и = 1,65—3,15 м/с.Двух- и четырехвалковые дробилки с гладкими и рифлеными валками.Двухвалковые дробилки с гладкими валками предназначены для среднего и мелкого (сухого и мокрого) дробления рудных и нерудных материалов средней крепости; двухвалковые дробилки с рифлеными валками — для среднего дробления горных пород средней крепости; четырехвалковые — для дробления известняка и кокса на агломерационных фабриках.
К машинам с ударным ротором относите три типа дробилок: молотковые с шарнирно подвешенными молотками, роторные с жестко закрепленными лопатками (билами) и стержневые дробилки (дезинтеграторы) .Дробилки ударного действия применяю для дробления мягких и средней крепости неабразивных материалов (углей, известняков, каменных солей, гипса и т.д.).
Вращающаяся барабанная мельница (рис. 1.36) представляет собой пустотелый барабан 7, закрытый торцевыми крышками 2 и 3, заполненный определенным количеством измельчающих тел 4 и вращающийся вокруг горизонтальной оси. При вращении барабана измельчающие тела, благодаря трению, увлекаются внутренней поверхностью барабана и поднимаются на некоторую высоту, затем свободно падают (или перекатываются) вниз.
Основным оборудованием для классификации твердых кусковых и зернистых материалов служат устройства, называемые грохотами.В результате операции грохочения получаются верхний (надрешетный) и нижний (подрешетный) продукты.
Барабанные слабонаклонные грохоты имеют вращающуюся просеивающую поверхность (решето, сито) цилиндрической (рис. 1.71), реже конической формы. Загружаемый в барабан материал продвигается по его внутренней поверхности и делится на два продукта — подрешетный и над-решетный. Если требуется получение нескольких продуктов, то решето (сито) барабана собирается из нескольких секций с различными отверстиями, увеличивающимися к разгрузочному концу.
Вибрационные наклонные грохоты с круговыми или эллиптическими колебаниями, с одновальным деба-лансным вибровозбудителем двухподшипниковые получили наименование инерционных (ГОСТ 23788—79Е).Номенклатура и основные параметры инерционных наклонных грохотов (рис. 1.75—1.79), выпускаемых в РФ, приведены в табл. 1.65 и 1.66.
Достоинством резонансных электровибрационных грохотов по сравнению с инерционными являются мгновенный запуск и остановка, что делает их удобными для автоматизации. Недостаток — низкая эффективность грохочения из-за малой площади сита.
Гирационными называются наклонные, четырехподшипниковые грохоты с эксцентриковым приводом.Принципиальная схема грохота приведена на рис. 1.81. Короб / грохота с ситами 2 приводится в круговые колебательные движения эксцентриковым или кривошипным валом 3. Концы 4 вала находятся в подшипниках 5, укрепленных на неподвижной раме 6. Последняя установлена на фундаменте или подвешена на тягах 7. Для предотвращения самопроизвольного поворота короба концы его опираются на амортизаторы 8. На концах вала 3 имеются диски, на которых помещены контргрузы 9, уравновешивающие короб. Вал вращается в подшипниках 10, установленных в коробе.
Валы вибровозбудителя могут быть связаны между собой с помощью зубчатой передачи или чисто динамически. За грохотом с зубчатым вибровозбудителем закрепилось название самобалансного, а за грохотом без зубчатых передач — самосин-хронизирующегося.
Характеристика самосинхрони-зирующихся грохотов приведена в табл. 1.68, конструкции — на рис. 1.85— 1.87. Эти грохоты находят все более широкое применение на всех операциях грохочения, в том числе в корпусах среднего и мелкого дробления.
В зависимости от состояния просеивающей поверхности различают три основных вида гидравлических грохотов: с неподвижной поверхностью, полуподвижной поверхностью, поверхностью, частично погруженной в пульпу.
Смесителями называют машины или аппараты, предназначенные для осуществления процесса смешивания материалов. Под процессом смешивания принято понимать такой механический процесс, в результате которого первоначально находящиеся раздельно компоненты после равномерного распределения каждого из них в смешиваемом объеме образуют однородную смесь.
Для компактирования различных порошкообразных материалов применяются таблеточные машины, валковые и брикетные пресса. Для компактирования твердых бытовых отходов и отходов металлолома применяются периодически действующие гидравлические прессы.
На гидравлических прессах изделия изготовляют двумя методами: компрессионным (прямым) и трансферным (литьевым). Компрессионное прессование в свою очередь подразделяют на холодное и горячее.Процесс холодного прессования имеет следующие преимущества: прессование происходит очень быстро и не требует ни нагревания, ни охлаждения, ни дорогостоящих мно-гогнездных прессформ.
Промывкой называется процесс дезинтеграции (разрыхления, диспергирования) глинистого материала, содержащегося в руде, с одновременным отделением его от рудных частиц в виде глинистой суспензии (шлама) под действием воды и соответствующих устройств. Глинистые примеси могут находиться в горной массе в виде примазок и пленок на рудных частицах, конгломератов с кусками руды и отдельных комьев. В руде, поступающей на переработку, возможно присутствие глинистых примесей во всех трех состояниях.
Процесс обогащения в тяжелых суспензиях заключается в разделении рудного материала по плотности отдельных кусков в гравитационном либо центробежном полях в суспензии, имеющей промежуточную плотность между тяжелой и легкой фракциями. Тяжелые суспензии, приметаемые при обогащении, представляют собой механическую взвесь тонкодисперсных частиц тяжелых минералов (утяжелителей) в воде.
Слой материала, находящийся на решете, при отсадке крупного материала называется постелью, а при отсадке мелкого материала (меньше 3—5 мм) — надпостельным слоем. Между надпостельным слоем и решетом находится искусственная постель, состоящая из крупных тяжелых частиц обогащаемой руды или какого-либо другого материала. Воду, равномерно или периодически подаваемую под решето отсадочной машины, называют подрешетной водой.
Концентрация на столах применяется для обогащения руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и других полезных ископаемых крупностью —3 + 0,01 мм.Концентрационные столы используются также для флотогравитации.
Шлюз представляет собой желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладываются улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Для обогащения тонких классов (—0,15 мм) применяются также специальные шлюзы без трафаретов.
Флотационный процесс разделения твердых материалов основан на избирательном прилипании частиц минералов к поверхности раздела двух фаз.Пенной флотацией называется процесс, при котором гидрофобные частицы прилипают к вводимым в пульпу пузырькам воздуха или газа и поднимаются с ними кверху, образуя пену, а гидрофильные частицы остаются взвешенными в пульпе.
Возможны комбинации этих способов. Так, некоторые машины механического типа могут работать в режиме пневмомеханических, т. е. с дополнительной подачей воздуха от воздуходувки.Известны вакуумные и каскадные машины, в настоящее время не применяемые.
В машинах с камерами вместимостью 3,2 и 6,3 м3 (рис. 2.23, а) импеллер (рис. 2.23, в) представляет собой конус, на нижней стороне которого по периферии установлены пальцы — вертикальные стержни прямоугольного сечения. По полому валу (рис.2.23, б) от воздуходувки низкого давления через коллектор, воздушную трубу и корпус подшипников воздух подается под импеллер. При вращении импеллера пульпа снизу через зазор между дном камеры и импеллером засасывается в его полость, смешивается с воздухом и выбрасывается через промежутки между пальцами импеллера, при этом воздух диспергируется.
К чугунным коробкам с помощью гибких шлангов от коллектора подводится воздух. Расход воздуха регулируется для машины в целом и для каждой коробки и составляет 2—4 м3/мин на 1 м2 днища, избыточное давление — 5—7,5 кПа для новых резиновых покрышек и 10 кПа для тканевых.
Флотационная машина с кипящим слоем ФКМ-63 (рис. 2.42) создана на основе машины «Механобр». В камере на расстоянии 450—550 мм от дна установлена решетка с живым сечением, равным 15—20 %, и отверстиями 6—8 мм. На передней стенке камеры смонтирован желоб, из которого через щель в шпицкасте-не и питающий патрубок пульпа поступает на импеллер. Решетка делит камеру на нижнее и верхнее отделения. Образованная в нижнем отделении пульповоздушная смесь продавливается через отверстия в решетке в верхнее отделение. Благодаря малой площади живого сечения, турбулентные потоки гасятся, и пульпа равномерно распределяется по всему сечению камеры.
Процессы магнитной сепарации, основанные на различии магнитных свойств разделяемых компонентов, находят широкое применение для обогащения руд черных, редких и цветных металлов, регенерации сильномагнитных утяжелителей, удаления железистых примесей из кварцевых песков, абразивов, керамического сырья, флюсов, ванадийсодержащих шлаков и других материалов, а также пищевых продуктов.
При магнитной сепарации применяют оборудование различных типов — магнитные и электромагнитные сепараторы, железоотделители, анализаторы, дешламаторы, намагничивающие и размагничивающие аппараты.В табл. 2.20 приводится классификация сепараторов по ГОСТ 10512-93.
Электрическая сепарация — процесс разделения частиц компонентов смеси с различными электрофизическими свойствами, в зависимости от которых под действием электрического поля изменяются траектории движения частиц.
Исходный материал из бункера подается на заземленный барабан с установленным около него электродом. Электропроводные частицы заряжаются и отталкиваются от него, а неэлектропроводные падают без отклонения по траектории, определяемой механическими силами, действующими на частицы. При помощи передвижных делительных перегородок электропроводные частицы попадают в приемник ПР, неэлектропроводные— в приемник НР, а сростки и полупроводники — в приемник ПП.
В пироэлектрических сепараторах электростатическое поле неоднородное, постоянной полярности. Процесс осуществляется в воздушной среде. Известны лотковые и барабанные конструкции этих сепараторов.На барабанном пироэлектрическом сепараторе (рис. 2.106) смесь минералов после нагревания в бункере поступает на вращающийся барабан, охлаждаемый водой. Минералы, склонные к пироэлектрической поляризации, заряжаются при перепаде температур и удерживаются на барабане силой зеркального отображения, вследствие чего выносятся в приемник. Минералы, не подверженные пироэлектрическому эффекту, концентрируются в приемнике 5, а сростки — в приемнике 6.
Электрическая классификация — это процесс разделения минералов по крупности путем изменения их траектории в электрическом поле.Физические закономерности электрической классификации по крупности и электрической сепарации имеют общие основы.
Образование твердых частиц необходимого размера при гранулировании происходит либо единовременно, либо постепенно. Поэтому различают процессы гранулирования, протекающие без изменения размеров частиц во времени, с изменением размера частиц во времени и с образованием новых частиц и ростом имеющихся частиц. В зависимости от требований, предъявляемых к гранулометрическому составу продукта, получаемые при гранулировании мелкие частицы либо возвращают в процесс (ретурный процесс), либо постоянно выводят из процесса (безретурный процесс).
Грануляторы барабанного типа являются одной из самых распространенных конструкций гранулято-ров окатывания в производстве гранулированных минеральных удобрений.Гранулятор (рис. 2.117) представляет собой вращающуюся цилиндрическую обечайку 4 с закрепленными на ней бандажами 3, которыми она опирается на роликовые опорные станции 2. Для предотвращения осевого сдвига грануля-тора предусмотрены упорные ролики. Для уменьшения налипания влажного материала внутреннюю стенку барабана футеруют резиной. Гранулированный материал выгружают через узел 1.
На рис. 2.132 в качестве иллюстрации представлено несколько типовых конструкций аппаратов с псевдоожиженным слоем для гранулирования материалов.Конструкция гранулятора (рис.В производстве гранулированных минеральных удобрений используется аппарат конструкции НИУИФ РКСГ (распылительная сушилка-гранулятор с кипящим слоем) (рис.
Предназначены для гранулирования пастообразных продуктов.Гранулятор состоит из загрузочного бункера, шнека с протирочной головкой, двух роторных нагнетателей, фильерного узла, узла резки и привода.Продукт транспортируется роторными нагнетателями в прессующую часть, уплотняется и затем продавливается через фильерную решетку с помощью протирочной головки. Жгуты продукта, выходящие из фильеры, режутся пластинчатым ножом на гранулы заданной длины.
Роторные грануляторы формования (рис. 2.143 и 2.144) предназначены для получения гранул из пастообразных продуктов влажностью 40-60 %.Ближайший стандартный наружный диаметр барабана 2,8 м.
Ближайший стандартный диаметр барабана 4,5 м.С учетом потерь тепла через неизолированные стенки барабана = 500 °С.Ближайшая стандартная длина барабана диаметром 4,5 м — 16 м.Масса псевдоожиженного слоя G = G • т = 10000 • 0,33 = 3300 кг.
Переход на термофильные условия процесса сбраживания позволяет получить хорошие показатели при более высоких дозах, составляющих 18—20 % (5,5—5,0 сут.), а предельными являются дозы загрузки 22, 24 и 26 % соответственно при температуре 49, 51 и 55—53 °С. Нагрузки по органическому веществу, при которых устойчиво протекает процесс, составляют 3—4,5 кг/(м3,сут.) при мезофильных температурах и 6—7 кг (м3 • сут.) — при термофильных.
Иловые площадки (ИП) предназначены для естественного обезвоживания и биохимической стабилизации осадков, образующихся на очистных канализационных станциях. Несмотря на внедрение механических, тепловых и других способов обработки осадков, ИП различных типов и модификаций широко применяются и в нашей стране, и за рубежом как в качестве основных сооружений для подсушки осадков, так и в качестве резервных площадок при применении искусственных методов обезвоживания.
На всех отечественных мусороперерабатывающих заводах процесс аэробного биотермического компостирования ведется в биотермичес-ких барабанах (рис. 3.12).Оси роликов современных биобарабанов вращаются в подшипниках качения (в первых сериях — в подшипниках скольжения). От продольного смещения биобарабан удерживают упорные ролики, установленные на одной опоре (ближайшей к разгрузочному устройству). Биобарабан может вращаться с двумя скоростями.
На рис. 4.1 приведена конструкция барабанной сушилки типа БН диаметром 500—2000 мм, а в табл. 4.1 — техническая характеристика данных сушилок.
При использовании в качестве теплоносителя греющего пара из исходных данных исключаются состав топлива, X, (1-г и / .Характеристики твердых, жидких и газообразных топлив приведены в приложении тома I справочника.
Пиролиз представляет собой процесс термической переработки твердых углеродосодержащих отходов путем высокотемпературного нагрева без доступа воздуха.Существуют следующие разновидности метода: окислительный пиролиз с последующим сжиганием пиролизных газов; сухой пиролиз.
Для сжигания твердых отходов используют печи и топки различных конструкций. Процесс сжигания может осуществляться в плотном и кипящем слое и во взвешенном состоянии.Твердые отходы (бумажные мешки, ветошь, деревянная тара и другие отходы, пропитанные органическими веществами) сжигают в печи, изображенной на рис. 4.10. Это двухкамерная печь с перевальной стенкой; в первой камере осуществляется сжигание твердых отходов в слое на неподвижной колосниковой решетке, во второй — дожигание газообразных горючих компонентов. Печь футерована шамотным кирпичом и заключена в металлический каркас. Отходы загружают в печь через бункер, расположенный над ней. Бункер снабжен заслонкой типа мигалки, которая автоматически закрывает его после загрузки. Печь оборудована горелкой для сжигания дополнительного топлива. Агрегатная нагрузка печи — до 100 кг/ч.