Видовая сепарация отходов

Электрический механизм лежит в основе работы электрофильтров, широко используемых для очистки аспирационного воздуха и дымовых газов от твердых частиц пыли и золы-уноса. Они пригодны для очистки газов с температурой до 400 °С, а в отдельных случаях и выше.

Работа электрофильтра основана на воздействии электрического поля на частицы пыли, имеющие электрический заряд. Электрическое поле создается электродами фильтра. Заряд частиц пыли производится коронным разрядом, образующимся между коронирующим и осадительным электродами. Удаление пыли с осадительных электродов производится путем их встряхивания или орошения водой. Конструкция одного из распространенных унифицированных вертикальных электрофильтров серии УВ показана на рис. 10.

Рис. 10. Конструкция вертикального электрофильтра серии УВ

Подлежащие электрической сепарации материалы обычно подвергают подготовительным операциям (дроблению и классификации по крупности, отделению от шламов, сушке, термообработке при температуре до 300 °С). Процесс сепарации наиболее эффективен, если размеры частиц не превышают 5 мм.

Наряду с рассмотренными процессами сепарации при переработке твердых отходов в ряде случаев используют и другие физические методы (сепарацию по коэффициенту трения, радиометрическую и т.д.).

Пенная сепарация - физико-химический процесс, заключающийся в избирательной адсорбции поверхностно-активных компонентов жидких систем на поверхности поднимающихся пузырьков воздуха.

Концентрирование суспензий или растворов этим методом основано на использовании пузырьков газа для увеличения подъемной силы, действующей на отделяемые частицы. Газовые пузырьки «прилипают» к частицам, понижая при этом их эффективную плотность до величины меньшей, чем плотность воды.

Газовые пузырьки могут образовываться несколькими методами. В зависимости от способа создания пузырьков воздуха в жидкой среде пенная сепарация подразделяется на механическую и пневматическую, а также сепарацию с выделением растворенного в жидкости воздуха за счет снижения давления.

При механической пенной сепарации образование пузырьков воздуха происходит при механическом взаимодействии воздуха и воды, создаваемом с помощью специальных турбинок - импеллеров. Полученные механическим способом пузырьки воздуха имеют большие размеры, что снижает эффективность сепарации.

При пневматической пенной сепарации образование пузырьков воздуха происходит за счет диспергирования сжатого воздуха в пористых или перфорированных аэраторах. Этот способ сепарирования также недостаточно эффективен из-за сложности получения мелких пузырьков воздуха.

Более эффективным является создание пузырьков воздуха при снижении давления. При этом способе воздух растворяется в жидкости при повышенном давлении, а пузырьки выделяются при его снижении в системе до атмосферного, так как снижение давления приводит к уменьшению растворимости воздуха. Это наиболее часто используемый способ, так как он позволяет получать большое число пузырьков малого размера (30-120 мкм). Такой способ пенной сепарации получил название напорной флотации.

В технологическую линию для осуществления процесса пенной сепарации входят нагнетательный насос, устройство для подачи воздуха, флотационная камера, где происходит насыщение жидкости воздухом, и выделительная камера. Исходное сырье и воздух поступают в камеру, где происходит насыщение суспензии воздухом, и затем в выделительную камеру. Твердые частицы всплывают, образуя слой на поверхности жидкости, и удаляются скребками. Осветленная жидкость отводится из аппарата с помощью регулируемого водослива.

Пропускная способность флотационных установок по жидкости, как правило, больше, чем гравитационных, так как скорость подъема частиц при флотации обычно превышает скорость их оседания в гравитационном поле.

Преимущества флотационных установок перед гравитационными при концентрировании активированного ила заключаются в более высокой концентрации твердой фазы в выходящем потоке, лучшем улавливании твердых частиц, более высокой пропускной способности и более низких капитальных затратах. Эксплуатационные затраты на флотацию обычно выше, так как включают стоимость вспомогательных химических агентов и энергии на подготовку и подачу воздуха и воды в аппарат для насыщения.

Пенная сепарация подразделяется на пенное фракционирование и пенную флотацию.

Пенным фракционированием называется выделение из растворов растворенных в них веществ. Пенной флотацией называется выделение нерастворимых веществ из дисперсных систем. При пенном фракционировании (рис. 11) гидрофобная часть поверхностно-активных молекул вещества перемещается к поверхности раздела газа и жидкости, и молекулы принимают устойчивое положение относительно пузырька воздуха. Гидрофильные концы молекул остаются в водной фазе, а гидрофобные проникают в газовую фазу. При непрерывном процессе пузырьки всплывают на поверхность жидкости и образуют слой пены. Растворенные вещества с низкой способностью к образованию пены могут быть подвергнуты пенному фракционированию путем добавления в жидкость пенообразующего агента. В качестве пенообразующих веществ используют масла, жирные кислоты и их соли, дитиокарбонаты, алкилсульфаты, амины и другие соединения.

Удаление нерастворенного взвешенного вещества методом пенной флотации происходит следующим образом (рис. 12). Мельчайшие пузырьки воздуха, образующиеся при его подаче в жидкость в сжатом состоянии, скапливают вокруг себя гидрофобные взвешенные частицы.

Рис. 11. Механизм пенного фракционирования

1 водная фаза; 2 - поверхность раздела; 3 - пузырек воздуха; 4 - гидрофильный  конец молекулы; 5 -гидрофобный конец  молекулы

Рис. 12. Механизм пенной флотации

1 - смесь жидкости и твердых  частиц; 2 - воздушный пузырек; 3 - гидрофобные  частицы; 4 - гидрофильные частицы

Благодаря разнице плотностей эта агрегация частиц и пузырька устремляется к поверхности жидкости, и взвешенное вещество концентрируется в слое пены. Затем пена вместе с взвешенными частицами удаляется.

Эффективность пенной сепарации зависит от устойчивости и дренажной способности пены (т.е. способности к влагоотдаче). Дренажная способность зависит от содержания жидкости внутри слоя, размера пузырьков, вязкости и поверхностного натяжения стенок пузырька.

На устойчивость пены влияют концентрация водородных ионов (pH), температура, размер пузырьков, объемная концентрация растворенного вещества. Степень отделения зависит и от соотношения жидкости и газа, площади поверхности пузырька, высоты слоев жидкости и пены и ее долговечности.

Многочисленные конструкции флотационных установок можно разделить по их устройству на горизонтальные, вертикальные, радиальные, многокамерные, колонные. Устройство горизонтального флотатора показано на рис. 13.

Фракционирование пеной используется для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Оно находит применение и при обработке промышленных отходов для удаления некоторых ПАВ. Метод может быть использован при очистке отходов пищевых и текстильных предприятий, а также сточных вод целлюлозно-бумажного производства.

Рис. 13. Устройство горизонтального флотатора

1 - флотационная камера; 2 - выделительная  камера; 3 – скребковое устройство; 4 - сборный карман очищенной воды; 5 - камера для сбора пены; 6 - штуцер  для слива пенной массы; 7 - патрубок  для слива осветленной воды; 8 - дросселирующее устройство

Пенная флотация применяется для обработки загрязненных металлом сточных вод (очистка смазывающе-охлаждающих жидкостей), улавливания масел из отходов нефтепереработки, при очистке воды, используемой для мойки автомобилей, и в других целях.

Пенная сепарация нашла применение сравнительно недавно, но получает все большее распространение. Это обусловлено тем, что при относительно небольших капитальных и эксплуатационных затратах, простом аппаратурном оформлении она позволяет решать весьма широкий круг задач, связанных с очисткой воды от диспергированных или растворенных примесей.

На сегодняшний день для сохранения природных ресурсов, почвы, грунтовых вод и защиты их от загрязнения одним из самых перспективных направлений по утилизации и сортировке твердых бытовых отходов является технология гидро-сепарации ТБО. Экологический анализ показал, что уникальная технология сортировки мусора, методом гидро - сепарации, имеет перспективное будущее, так как процесс сортировки мусора имеет замкнутый цикл – до 90% всех бытовых отходов после такой сортировки приобретают вторую жизнь. При этом сокращается количество отходов и освобождаются полезные площади – бывшие полигоны твердых бытовых отходов для дальнейшего продуктивного их использования.  
Стоимость такой технологии в 2,5 раза дешевле, чем утилизация отходов мусоросжигательными заводами. Переработка тонны мусора методом гидро - сеперации обойдется в 15-16 тысяч рублей, при сжигании -38 тысяч рублей. Отличие в данной данной технологии заключается в следующем: 
для сортировки твердых бытовых отходов используется вода, которая, является природным нейтрализатором запахов. Изначально не сортированный мусор поступает в приемное отделение, оборудованное вытяжными вентиляторами. Затем его прогоняют через водный поток, где органические и неорганические массы разделяются методом гравитационного регулирования водным потоком. Тяжелые предметы тонут ( металл, стекло) - металл от стекла отделяется мощным магнитом, а более легкие такие , как пластик, всплывают на поверхность. Все виды пластика, бумага, картон, металл и стекло сортируются и пускают на вторичное использование. Пищевые отходы перерабатывают с помощью бактерий в герметичных реакторах. Как результат деятельности бактерий получается газ-метан, который идет на получение энергии, и компост. 
Сравнительно недавно израильскими специалистами была разработана технология анаэробной переработки отходов, полученных в результате гидромеханической сортировки ТБО (твердых бытовых отходов). В пользу данной технологии говорит ее низкозатратность по сравнению с заводами сжигания мусора и быстрая окупаемость инвестированных средств. 
Технология гидро-сепарации работает по всему миру с 2002 года, в России планируется постройка нескольких заводов, например в Москве будет построена серия перерабатывающих заводов ( до 2000 тонн в сутки), в Оренбурге ( 600 тонн в сутки) и еще в 4 городах