СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГОРОДСКИХ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ (ТБО) Российский патент 2003 года по МПК B03B9/06 B09B3/00 B07B9/00 

Изобретение относится к области переработки городских твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано в установках для их комплексной переработки и обогащения в городах Российской Федерации.

В настоящее время в России около 99 % образующейся массы ТБО подвергается захоронению. В то же время в Европе запланирован к 2010 г. отказ от полигонного захоронения ТБО за счет их вовлечения в промышленную переработку. Совершенно очевидно, что такой же путь, только более растянутый во времени, предстоит пройти и России. Сложное экономическое положение в стране предопределяет необходимость разработки способов поэтапного решения проблемы ТБО на основе их вовлечения в промышленную переработку с минимальными затратами, с одновременным решением вопросов ресурсосбережения и экологической безопасности.

Известен способ сортировки и переработки городских ТБО, включающий раздельное удаление отходов из жилого и нежилого сектора города, ручную и механизированную сортировку отходов нежилого сектора и уплотнение хвостов сортировки совместно с отходами жилого сектора города (О.П. Петруков, В.Ю.Бабкин, Л.Я. Шубов. Патент на изобретение 2164447, приоритет от 15.06.2000).

Этот способ имеет два основных недостатка:
- отсутствует раздельная сортировка отходов жилого и нежилого сектора города, что не обеспечивает комплексного использования ТБО как техногенного сырья;
- переработка методом уплотнения хвостов сортировки отходов нежилого сектора города совместно с отходами жилого сектора города не решает задачи материально-энергетической утилизации отходов, их обезвреживания и снижения количества отходов, направляемых на захоронение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является комплексная переработка ТБО, предусматривающая предварительную сортировку отходов с выделением ценных компонентов, полупродуктов (обогащенных фракций) и хвостов, с последующей переработкой полупродуктов термическим и биотермическим методами (Шубов Л.Я., Залепухин Р.В. Концепция промышленной переработки твердых бытовых отходов: необходимость создания и принципы построения. Санкт-Петербург, в сб. "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности". Доклад на III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 1998, с.48-59).

Основные недостатки известного способа переработки всей массы образующихся ТБО, без их разделения на жилой и нежилой сектор:
- отсутствует раздельная сортировка отходов жилого и нежилого сектора города, что не обеспечивает комплексного использования ТБО как техногенного сырья;
- потеря на стадии сортировки многих ценных компонентов (извлекаются только металлы, выделение и практическое использование других ценных компонентов затруднено вследствие их сильной загрязненности при сортировке всей массы образующихся ТБО);
- пониженная эффективность механизированной сортировки, особенно грохочения ТБО, вследствие присутствия крупных волокнистых и пленочных компонентов (отверстия грохотов забиваются, выход подрешетного продукта снижается);
- пониженная эффективность выделения (удаления) из ТБО опасных и некоторых балластных компонентов (например, отработанных сухих гальваноэлементов), что снижает экологичность как термической, так и биотермической обработки обогащенных фракций ТБО вследствие загрязнения отходящих газов и компоста (в первую очередь тяжелыми металлами).

Технической задачей изобретения является повышение эффективности сортировки и переработки городских ТБО и минимизация количества отходов, направляемых на захоронение.

Поставленная техническая задача решается таким образом, что в способе переработки городских ТБО, включающем их сортировку, термическую и биотермическую обработку продуктов сортировки, сортировке подвергают раздельно отходы жилого и нежилогасектора города с получением ценных компонентов, полупродуктов и хвостов, при этом отходы жилого сектора города подвергают последовательно магнитной сепарации с выделением в магнитную фракцию черных металлов, сепарации немагнитной фракции с выделением волокнистых и пленочных компонентов, первичному грохочению хвостов сепарации с получением подрешетного и надрешетного продукта, аэросепарации подрешетного продукта с выделением легкой и тяжелой фракций, магнитной сепарации тяжелой фракции с доизвлечением черных металлов, электродинамической сепарации немагнитной фракции с извлечением цветных металлов, вторичному грохочению хвостов электродинамической сепарации с выделением подрешетного и надрешетного продукта. При этом из надрешетного продукта первичного грохочения методом ручной сортировки выделяют ценные компоненты (вторсырье) и опасные и баластные компоненты. Кроме того, подрешетный продукт вторичного грохочения направляют на биотермическую обработку, причем выделяют из этого продукта класс - 60 +40 мм (извлечение опасных компонентов). При этом волокнистые и пленочные компоненты, легкую фракцию аэросепарации, надрешетные продукты первичного и вторичного грохочения направляют на термическую обработку.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В результате проведенных исследований была установлена возможность оптимизации комплексной переработки городских ТБО на основе раздельного обогащения отходов жилого и нежилого сектора города, что позволяет существенно повысить извлечение ценных компонентов, удалить опасные компоненты, выделить из отходов жилого сектора горючую и биоразлагаемую фракции соответственно для последующей термической и биотермической обработки, а из отходов нежилого сектора - хвосты для последующей термической обработки. При этом отходы жилого сектора города с целью извлечения ценных компонентов, удаления опасных и балластных, компонентов и выделения полупродуктов (горючей и биоразлагаемой фракции) подвергают последовательно магнитной сепарации с выделением в магнитную фракцию черных металлов, сепарации немагнитной фракции с выделением волокнистых и пленочных компонентов, первичному грохочению хвостов сепарации волокнистых и пленочных компонентов с получением подрешетного и надрешетного продукта, аэросепарации подрешетного продукта с выделением легкой и тяжелой фракций, магнитной сепарации тяжелой фракции с доизвлечением черных металлов, электродинамической сепарации немагнитной фракции с извлечением цветных металлов, вторичному грохочению хвостов электродинамической сепарации с выделением подрешетного и надрешетного продукта. При этом из надрешетного продукта первичного грохочения методом ручной сортировки выделяют ценные компоненты (вторсырье) и опасные и баластные компоненты. Кроме того, подрешетный продукт вторичного грохочения направляют на биотермическую обработку, причем выделяют из этого продукта класс - 60 +40 мм (извлечение опасных компонентов). При этом волокнистые и пленочные компоненты, легкую фракцию аэросепарации, надрешетные продукты первичного и вторичного грохочения направляют на термическую обработку. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема технологического процесса комплексной переработки ТБО.

Пример конкретной реализации описываемого изобретения.

Исследования проводились на пробах ТБО из жилого сектора города.

Из отходов жилого сектора города, транспортируемых ленточными конвейерами со ступенчатым увеличением скорости транспортируемого потока (с целью обеспечения монослойной подачи-отходов в процесс сортировки), с помощью магнитной сепарации извлекают черные металлы (1-я стадия магнитной сепарации). Магнитный продукт перечищается в магнитном поле с целью получения кондиционного продукта. Немагнитная фракция потока ТБО подвергается сепарации для извлечения методом накалывания волокнистых (текстильных) и пленочных компонентов, которые направляются на термическую обработку; хвосты этой сепарации подвергаются грохочению по классу 250 мм. Класс + 250 мм направляется на термообработку, класс - 250 мм подвергается воздушной сепарации с выделением легкой и тяжелой фракции. Легкая фракция направляется на термическую обработку, из тяжелой фракции аэросепарации с помощью магнитной сепарации доизвлекают черные металлы (2-я стадия магнитной сепарации); магнитный продукт подвергается перечистке в магнитном поле. Хвосты магнитной сепарации подвергаются двухстадийной электродинамической сепарации с целью извлечения цветных металлов. Хвосты электродинамической сепарации подвергаются грохочению по классу 60 ÷ 100 мм с целью выделения в подрешетном продукте биоразлагаемой фракции для биотермической обработки; надрешетный продукт направляется на термическую обработку.

Эксперименты показали, что своевременное извлечение из потока ТБО волокнистых и пленочных компонентов предотвращает забивание подъемно-транспортного тракта и установленных в линии сортирующих устройств, существенно оптимизирует операцию грохочения ТБО (эффективность разделения ТБО по крупности возрастает на 8-10 %).

В табл. 1-4 приведены данные, подтверждающие обоснованность описываемого технического решения.

В табл. 1 и 2 приведен состав отдельных фракций ТБО, выделяемых при сортировке, и объединенного продукта, представляющего собой горючую фракцию, направляемую на термическую обработку. Как видно из таблиц, горючая фракция формируется из текстильных (волокнистых) компонентов, легких (макулатурообразующих) компонентов и материала крупностью + 60 (+ 100 мм). Выход горючей фракции зависит от крупности выделяемой биоразлагаемой фракции на стадии вторичного грохочения. Выбор крупности разделения зависит от конкретных практических условий: спроса на продукцию, производительности оборудования и пр. При повышенном спросе на энергию (например, в зимний период) предпочтительно увеличить выход горючей фракции и, соответственно, проводить вторичное грохочение по классу 60 мм (см. табл. 3). При повышенном спросе на компост предпочтительно увеличить выход биоразлагаемой фракции и, соответственно, проводить вторичное грохочение по классу 100 мм (см. табл. 4). Проводить вторичное грохочение по классу менее 60 мм приводит к снижению калорийности горючей фракции (менее 1800 ккал/кг). При грохочении по классу более 100 мм существенно снижается выход горючей фракции.

Как видно из табл. 1 и 2, горючая фракция по своему составу и калорийности удовлетворяет самым жестким требованиям любого термического процесса: не содержит металлов и вредных примесей, характеризуется достаточно высокой теплотворной способностью (до 2500 ккал/кг по сравнению с калорийностью исходных ТБО 1500-1800 ккал/кг), образует мало шлака.

Как видно из табл. 3 и 4, биоразлагаемая фракция содержит не менее 65 % пищевых и растительных отходов и легко может подвергаться биотермической обработке.

Таким образом, описываемый способ позволяет, на основе раздельной сортировки и переработки отходов жилого и нежилого сектора города, выделить ценные компоненты, полупродукты оптимального состава и хвосты с наименьшими затратами и без негативного экологического влияния. Удельные капитальные затраты на реализацию описываемого способа составляют 300 долл./т, что в два раза ниже по сравнению с прототипом (600 долл./т), в ценах на начало 2002 г.

Способ комплексной переработки городских твердых бытовых отходов (ТБО) содержит их сортировку, термическую и биотермическую обработку продуктов сортировки. Отходы жилого и нежилого сектора города сортируют раздельно с получением ценных компонентов, полупродуктов и хвостов. Отходы жилого сектора города подвергают последовательно магнитной сепарации с выделением в магнитную фракцию черных металлов, сепарации немагнитной фракции с выделением волокнистых и пленочных компонентов, первичному грохочению хвостов сепарации с получением подрешетного и надрешетного продукта, аэросепарации подрешетного продукта с выделением легкой и тяжелой фракций, магнитной сепарации тяжелой фракции с доизвлечением черных металлов, электродинамической сепарации немагнитной фракции с извлечением цветных металлов, вторичному грохочению хвостов электродинамической сепарации с выделением подрешетного и надрешетного продукта. Изобретение повышает степень материально-энергетической утилизации отходов, снижает расходы на переработку ТБО и повышает эффективность технологических операций переработки ТБО. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Способ комплексной переработки городских твердых бытовых отходов (ТБО), включающий их сортировку, термическую и биотермическую обработку продуктов сортировки, отличающийся тем, что сортировке подвергают раздельно отходы жилого и нежилого сектора города с получением ценных компонентов, полупродуктов и хвостов, при этом отходы жилого сектора города подвергают последовательно магнитной сепарации с выделением в магнитную фракцию черных металлов, сепарации немагнитной фракции с выделением волокнистых и пленочных компонентов, первичному грохочению хвостов сепарации с получением подрешетного и надрешетного продукта, аэросепарации подрешетного продукта с выделением легкой и тяжелой фракций, магнитной сепарации тяжелой фракции с доизвлечением черных металлов, электродинамической сепарации немагнитной фракции с извлечением цветных металлов, вторичному грохочению хвостов электродинамической сепарации с выделением подрешетного и надрешетного продукта. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из надрешетного продукта первичного грохочения методом ручной сортировки выделяют вторичное сырье в виде ценных компонентов, опасные и балластные компоненты. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что подрешетный продукт вторичного грохочения направляют на биотермическую обработку. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что из подрешетного продукта вторичного грохочения выделяют опасные компоненты крупностью -60+40 мм. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что волокнистые и пленочные компоненты, легкую фракцию аэросепарации, надрешетные продукты первичного и вторичного грохочения направляют на термическую обработку.