Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Апреля 2016 в 16:55, реферат
Сепарация ТБО аналогично обогащению других сырьевых материалов (в частности, полезных ископаемых) представляет собой совокупность процессов первичной обработки сырья с целью извлечения ряда ценных компонентов, удаления опасных и балластных компонентов, выделения фракций отходов, оптимальных по составу для переработки тем или иным методом.
Сепарация ТБО аналогично обогащению других сырьевых материалов (в частности, полезных ископаемых) представляет собой совокупность процессов первичной обработки сырья с целью извлечения ряда ценных компонентов, удаления опасных и балластных компонентов, выделения фракций отходов, оптимальных по составу для переработки тем или иным методом.
В отличие от обогащения полезных ископаемых, всегда связанного с загрязнением окружающей среды, сепарация ТБО как техногенного сырья имеет прямое природоохранное значение, поскольку выход хвостов сепарации всегда меньше количества исходного сырья, а состав отходов для последующих переделов переработки оптимизируется с точки зрения гомогенизации, способности к горению, снижения содержания опасных и балластных компонентов и др., что повышает экологическую безопасность промышленной переработки муниципальных отходов.
Сепарация ТБО, их обогащение является эффективной операцией перед термо- и биообработкой отходов. Так, по опубликованным данным, предварительная сортировка ТБО, удаление металлических компонентов, отработанных электробатареек и аккумуляторов, некоторых видов синтетических материалов уменьшает при сжигании выбросы ртути и мышьяка на 70-75%, свинца - на 40%, при этом эффективность сжигания и ферментации ТБО повышается, а состав продуктов и отходов переработки улучшается.
Принципиально возможны три взаимодополняющих друг друга направления сепарации ТБО:
Селективный сбор у населения отходов потребления (макулатура, текстиль, пластмасса, стеклотара, металлы и пр.) практикуется во многих странах, что предотвращает попадание в ТБО ряда ценных компонентов, перерабатываемых или используемых повторно, а также опасных компонентов. Вместе с тем, учитывая большие и постоянно возрастающие объемы образования ТБО (ежегодный прирост не менее, чем на 3-5%), можно сделать вывод, что проблема ТБО не может быть решена непромышленными методами и сортировка всех ТБО на месте их образования, в бытовых условиях практически невозможна и не имеет смысла.
Тем не менее сбор у населения отсортированного, незагрязненного вторичного сырья не противоречит промышленной переработке ТБО и должен рассматриваться как составная часть в решении комплексной проблемы отходов города. Так, проблему попадания в городской мусор некоторых опасных отходов (отработанные люминесцентные лампы, аккумуляторы и др.) можно практически решить только организацией их селективного сбора.
В российских условиях в короткие сроки сложно организовать повсеместно селективный сбор отходов потребления у населения (выход вторсырья на первом этапе следует планировать на уровне 10%). Это объясняется неподготовленностью населения, наличием в домах специфических мусоропроводов, отсутствием соответствующих бытовых условий. Предпочтителен не покомпонентный, а пофракционный сбор вторсырья (все ценные компоненты - в одну емкость). Главным направлением сепарации смешанных ТБО является их механизированная сортировка (покомпонентная и пофракционная) в промышленных условиях заводской практики в технологиях комплексной переработки.
В то же время количество и состав образующихся коммерческих отходов, обогащенных макулатурой, предопределяют правомерность и целесообразность организации их селективного сбора и доставки на специальные объекты сортировки с целью извлечения ряда ценных компонентов и минимизации количества отходов, направляемых на захоронение или сжигание. Решение этой задачи представляется актуальной, поскольку в переработку может вовлекаться 25-30% всех ТБО, а стоимость создания объектов их сортировки относительно небольшая. При этом важно не допустить смешивания коммерческих отходов и отходов из жилого фонда. Наиболее эффективна для сепарации коммерческих отходов комбинация ручной и механизированной сортировки, а наибольшую прибыль обеспечивает извлечение макулатуры.
Процессы механизированной сепарации ТБО, использующие естественные или искусственно усиленные различия в физических свойствах разделяемых компонентов, основаны на законах движения этих компонентов в разделительной среде под воздействием сил, возникающих в зоне сепарации.
Процессы, которые могут быть использованы для покомпонентной и пофракционной сортировки ТБО, в основном известны и применяются при обогащении руд или другого минерального сырья: гравитация, флотация, магнитная и электрическая сепарация, аэросепарация и др.
При обогащении ТБО в качестве среды разделения используют воду («мокрые процессы») или преимущественно воздух («сухие процессы»), Наиболее приемлемы «сухие» способы переработки ТБО. Их преимущества - отсутствие воды и загрязненных сточных вод, очистка и удаление которых обычно решаются с трудом и требуют больших затрат; отсутствие резкого неприятного запаха; лучшее состояние бумажного волокна и меньшее его загрязнение; рентабельность транспортировки выделенных фракций отходов на дальние расстояния (при «мокром» способе разделения требуется дополнительная сушка).
Основным процессом, используемым для извлечения макулатуры (и одновременно для разделения ТБО на две фракции - легкую и тяжелую), является аэросепарация. Черные металлы как сильномагнитные вещества извлекают магнитной сепарацией. Для выделения из ТБО цветных металлов используют электродинамическую сепарацию, а также флотацию и гравитацию. Полимерную пленку отделяют от макулатуры электросепарацией. Специальные методы обогащения разработаны для извлечения текстильных компонентов, для выделения из магнитного концентрата оловосодержащих компонентов и др.
Число обогатительных операций, их вид и порядок подбора в технологическую линию зависит от морфологического и гранулометрического состава, влажности отходов, определяется задачами сортировки в каждом конкретном случае и закономерностями обогащения сырьевых материалов.
Обобщение опыта промышленной практики сортировки ТБО показывает, что качество выделяемых при механизированной сортировке продуктов, за исключением металлов, ниже, чем при ручной сортировке, вследствие чего макулатура (в составе легкой фракции), стеклобой и др. сбываются с трудом.
С этих позиций, а также с учетом реальной ценности материала и условий рынка, в качестве основных полезных компонентов ТБО при использовании механизированной сортировки следует рассматривать в основном черные и цветные металлы, содержание которых в ТБО постоянно возрастает (ежегодно в российские ТБО попадает и безвозвратно теряется до 2 млн. т стали и более 100 тыс. т цветных металлов, в т.ч. до 2 тыс. т олова в составе консервной тары). Металлы необходимо выделять также и по той причине, что они не должны попадать в процессы сжигания и ферментации.
Исходя из этого, в общем случае рациональная схема механизированной сортировки ТБО должна предусматривать:
Рациональная сортировка ТБО, покомпонентная и пофракционная, оптимизирует сопряженные производства. В этом ее главное назначение; извлечение тех или иных продуктов для вторичного использования - это важная, но частная задача сортировки. Перераспределяя материальные потоки отходов, сортировка практически вдвое сокращает потребность в дорогостоящем термическом и биотермическом оборудовании. В то же время капитальные затраты на сортировку не превышают 10-15% от затрат на термо- и биообработку.
Технология сепарации ТБО включает, как правило, несколько операций, системно связанных между собой.
Технологическая операция - это обработка материала с использованием того или иного метода для изменения качества материала или его разделения на продукты различного качества.
Эффективность технологии во многом зависит от определенной последовательности операций, технологического режима и установки специфических аппаратов в каждой операции.
Графическое изображение последовательности технологических операций называется технологической схемой.
Технологическая схема, отражающая главные особенности технологии, называется принципиальной.
Основными технологическими показателями сепарации ТБО являются извлечение компонентов в продукт сепарации, содержание компонента в этом продукте и выход продукта, выражаемые обычно в процентах (реже - в долях единицы).
Технологические показатели служат для оценки процесса сепарации.
Получаемые в результате сепарации ТБО продукты для вторичного использования (утилизации) должны удовлетворять действующим стандартам, которые гарантируют эффективность их вторичной переработки, а выделяемые полупродукты (фракции отходов) должны соответствовать требованиям конкретного производства (термического, биотермического или иного), куда они будут направлены.
Физические методы сепарации отходов и мусора (ТБО)
При переработке твердых промышленных отходов (особенно минеральных, содержащих черные и цветные металлы; вышедшей из строя радиоэлектронной аппаратуры и других изделий на основе металлов и сплавов; некоторых топливных зол; смесей пластмасс; шлаков цветной и черной металлургии и др.) используют различные физические методы сепарации. Эти методы основаны на различиях в магнитных, электрических и других физических свойствах отходов.
Магнитные методы тесно переплетаются с гравитационными, а также используются в некоторых видах флотации и тяжелосредной сепарации. Они позволяют создать мощные силы воздействия на материалы, которые превышают силу гравитации в 100 и более раз, что облегчает процессы разделения. Эти методы обладают высокой избирательной способностью, экологической чистотой, простотой обслуживания и низкой себестоимостью.
Магнитные методы используют для отделения парамагнитных (слабомагнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) компонентов смесей твердых материалов от их диамагнитных (немагнитных) составляющих. Магнитной сепарацией можно выделить вещества с удельной магнитной восприимчивостью выше 10 м /кг. Сильномагнитными свойствами обладают железо и его сплавы, слабомагнитные оксиды железа после их обжига и некоторые другие вещества. Ряд оксидов, гидроксидов и карбонатов железа, марганца, хрома и редких металлов относится к материалам со слабомагнитными свойствами. Различные породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, кальцит и т.п.) относятся к немагнитным материалам.
Слабомагнитные материалы обогащают в сильных магнитных полях (напряженностью Н = 800-1600 кА/м), сильномагнитные - в слабых полях (Н = 70-160 кА/м). Магнитные поля промышленных сепараторов бывают в основном постоянными или переменными; комбинированные магнитные поля применяют реже.
Магнитная сепарация
В магнитных сепараторах неоднородность магнитного поля создается полюсными наконечниками различной формы. Для получения магнитных полей с малой величиной grad Н применяют естественные или искусственные магниты из специальных сплавов с постоянным магнитным полем. Сильные магнитные поля с высоким градиентом напряженности создаются катушками, питаемыми постоянным током и снабженными стальными сердечниками. При этом, чем больше величина намагничивающего тока и количество витков в катушке, тем выше напряженность магнитного поля в рабочем зазоре сепаратора.
Магнитная сила FMarH, действующая на частицу материала, определяется по формуле:
где V - объем частицы; m - объемная магнитная восприимчивость; Н - напряженность магнитного поля.
Удельное значение магнитной силы/магн определяется по формуле.
где q - масса частицы.
Принцип работы магнитного сепаратора схематически показан на рис. 1
Рис. 1. Принцип работы магнитного сепаратора
а - верхняя зона; б - нижняя зона; в - вертикальная зона;
I-исходное сырье; II - магнитный продукт;Ш - немагнитный продукт
Кроме магнитной силы, на частицу, находящуюся в рабочей зоне сепаратора, действуют силы тяжести Р, трения Fт, центробежная Fц и сопротивления среды Fс.
Для успешного разделения магнитных и немагнитных частиц в магнитном поле сепаратора магнитная сила, действующая на магнитные частицы, должна превышать равнодействующую всех механических сил. Взаимодействие между всеми силами зависит от способа подачи сырья в рабочую зону сепаратора, конструктивных особенностей аппарата, режима его работы.
Подлежащие магнитной сепарации материалы, как правило, подвергают предварительной обработке (дроблению, измельчению, грохочению, обесшламливанию, магнетизирующему обжигу и др.). Магнитное обогащение материалов крупностью 3-50 мм проводят сухим способом, материалов мельче 3 мм - мокрым. Технология магнитной сепарации зависит, прежде всего, от состава подлежащего переработке материала и определяется типом используемых сепараторов. Последние обычно снабжены многополюсными открытыми или закрытыми магнитными системами, создающими различные типы магнитных полей. Сепараторы отличаются способами питания (верхняя или нижняя подача материала) и перемещения продуктов обогащения (барабанные, валковые, дисковые, ленточные, роликовые, шкивные сепараторы) и другими характеристиками.