СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2004 года по МПК B09B5/00 B09B3/00 

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, а именно к обезвреживанию и переработке твердых бытовых отходов.

В связи с интенсивным развитием промышленности, ростом городов и др. населенных пунктов, повышением их благоустройства возникли большие проблемы утилизации твердых бытовых отходов. Их колоссальные объемы крайне отрицательно влияют на окружающую среду, осуществляется отравление почвы, проникновение в водоносные горизонты агрессивных ядовитых стоков, заражение окружающей среды всевозможными инфекциями и загрязнение атмосферы выделяющимися газами в результате гниющей органики.

В настоящее время основные способы утилизации твердых бытовых отходов - это захоронение и сжигание. Для организации захоронения отходов необходимо выделение значительных земельных площадей недалеко от городов и требуется большой расход материальных, энергетических и трудовых ресурсов.

Сжигание твердых бытовых отходов пригодно для их уничтожения, на это требуются значительные затраты для их обезвреживания, при термическом процессе в результате побочных реакций образуется множество высокотоксичных продуктов, таких как диоксины, оксиды тяжелых металлов, окислы углерода, азота, серы и другие. Кроме того, термические технологии, как правило, многостадийны. В них входят: сушка, пиролиз (сжигание), обработка твердого остатка, химико-термическое обезвреживание дымовых газов.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является технология Санкт-Петербургского опытного завода с механизированной переработкой бытовых отходов и переработкой их биотермическим методом в компост, который используется для озеленения садов и парков (см. Новиков Г.В., Дударев А.Я. "Санитарная охрана окружающей среды современного города". Ленинград, 1978 г.).

В технологии этого завода используется высокотемпературная переработка (пиролиз) и в большом количестве ручная сортировка.

Она имеет недостатки:

1. При сжигании, помимо задымления атмосферы, происходит ее загрязнение ядовитыми примесями.

2. После захоронения остатков происходит химическое разложение массы с выделением вредных газов и токсичных соединений тяжелых металлов и др.

3. Земли, отведенные под свалки, на многие годы выходят из полезного обращения.

Была поставлена задача создать экологически чистую и экономически выгодную технологию обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов, перейти от утилизации к технологии производства из них полезной продукции.

Поставленная задача решена настоящим изобретением. В способе обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов, включающем биохимическое обезвреживание и переработку, согласно изобретению твердые бытовые отходы подаются на ленточный транспортер и затем осуществляется отбор сепараторами металлолома, полимерных материалов и макулатуры, ручной отбор твердых фракций, их сортировка и удаление, после чего оставшиеся органические вещества поступают в биобарабан на биохимическое обезвреживание, кроме того, в биобарабан для ферментации компоста подается биопульпа, помет и другие органические вещества и подогретый до температуры 45-55°С воздух, при этом в емкость-аккумулятор поступает биопульпа с активным илом из биологических очистных сооружений, подогретый воздух, органические вещества в виде зерновой пыли, отходов гречневой шелухи, листвы, древесных опилок и прочей органики и вода, полученная биомасса подается в биобарабан и орошает бытовые отходы, при этом в биобарабане происходит двухстадийный биохимический процесс разложения органических отходов с участием микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях, и после окончания процесса перемешивания и предварительной подготовки полученная в биобарабане компостная масса укладывается в бурты для дальнейшего дозревания, после чего дозревшая компостная масса просеивается и разделяется на два потока: порошковый компост и балласт.

В предпочтительном варианте отобранный сепаратором металлолом поступает на пакетирование черного и цветного металла, отобранные отходы полимерных материалов поступают на переработку, где перерабатываются в сыпучий гранулят, а отходы бумаги прессуются в тюки и отправляются на дальнейшую переработку.

Заявляемое изобретение позволяет достичь следующего технического результата.

Использование заявляемого изобретения предусматривает комплексный подход переработки отходов при использовании механической сортировки и биологического обезвреживания и переработки органических веществ с получением ценнейшего биокомпоста для удобрений, применение которых приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 25-30% по сравнению с почвой без биокомпоста.

Применение заявляемого способа переработки твердых бытовых отходов позволит улучшить санитарно-экологическую обстановку. Мусор станет затребованным товаром, а его уборка и переработка - выгодным делом. Возрастет рентабельность сбора и депонирования производимых в городе отходов.

Применение способа позволит при переработке твердых бытовых отходов перерабатывать биологический ил очистных сооружений и помет птицефабрик, свиноферм и др.

В связи с применением в процессе в качестве добавок помета и биопульпы с большим содержанием анаэробных бактерий и подогревом отходов процесс разложения (брожения) органических отходов в десятки раз ускоряется.

Заявляемый способ отличается от известного, принятого за прототип, тем, что твердые бытовые отходы поступают на ленточный транспортер и сепараторами отделяются на металлолом, полимерные материалы, бумагу, вручную отбираются твердые фракции и удаляются, а оставшиеся органические вещества поступают в биобарабан на биологическое обезвреживание, а в барабан подают помет, нагретый до 45-55°С воздух и отдельно подготовленную в аккумуляторе биопульпу, состоящую из пульпы активного ила из биологических очистных сооружений, органических веществ и воды, а полученная компостная масса укладывается в бурты на дозревание, после чего просеивается и разделяется на компост и балласт. Таким образом, предложенный способ удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

В патентной и научно-технической литературе не известны способы обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов, в которых отходы предварительно освобождаются от металлолома, полимерных материалов, бумаги, твердых фракций, а оставшиеся органические отходы подаются в отделение биопереработки, в биобарабан, куда поступает подогретый воздух при температуре 45-55°С, помет и специально подготовленная биопульпа активного ила от очистных сооружений. После смешивания и подготовки полученная компостная масса из биобарабана укладывается в бурты на дозревание (60-90 суток), после чего дробится, просеивается и подается на склад.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения "изобретательский уровень".

Предложенный способ может быть использован повсеместно для переработки бытовых отходов и создания ценного сельскохозяйственного продукта - обогащенного азотом компоста. Способ может быть использован для переработки твердых бытовых отходов совместно с отходами птицефабрик, свиноферм и отходов древесины, листвы, опилок, травы, содержащих лигноуглеводородные материалы. Технология переработки отходов является экологически чистой и экономически выгодной и позволит улучшить санитарно-экологическую обстановку.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость".

На чертеже показана схема предлагаемого способа обезвреживания и переработки бытовых отходов.

Способ осуществляется устройством, где показаны: весовая 1, камера видеонаблюдения 2, компьютер 3, автовесы 4, модули опоры весов 5, приемный бункер твердых бытовых отходов (ТБО) 6, ленточный питатель 7, барабанный грохот 8, электромагнитный сепаратор 9, сепаратор отбора полимерных материалов 10, пресс полимеров 11, транспортер 12, сепаратор отбора бумаги 13, дробилка 14, контейнеры твердых отходов 15, емкости-аккумуляторы 16, насосы 17, 18, грохот-сито 19, плужковый сбрасыватель 20, воздуходувка 21, электрокалорифер 22, бункер помета 23, биобарабан 24, ленточный питатель 25, пакетировочный пресс черного металла 26 и пакетировочный пресс цветного металла, пакетировочный пресс бумаги 27, бункер балласта 28, бурты компоста 29, вентилятор 30, фильтр-сорбент 31.

Способ осуществляется следующим образом.

В составе твердых бытовых отходов содержатся: макулатура - 20-35%; пищевые (органические) отходы - 35-40%; лом черных и цветных металлов - 3-4%; полимерные отходы - 7-8%; стекло - 3-4%; текстиль - 2-3% и др. Загруженные мусоровозы прибывают на полигон через весовую 1, где установлены камеры видеонаблюдения 2, которые сблокированы с компьютером 3, на котором автоматически регистрируется дата и время прибытия машины, ее гос. номер, марка и код, наименование и принадлежность организации-перевозчика, вид отходов, определяется вес автомобиля и груза.

Весовая состоит из автовесов 4 с грузовой платформой, которая установлена на двух грузоприемных модулях-опорах 5, оборудованных тензодатчиками и электронными блоками.

Все полученные данные взвешивания заносятся в компьютер 3 и обобщаются поступления отходов за день, неделю, месяц и т.д.

После взвешивания твердые бытовые отходы (ТБО) разгружаются в приемный бункер 6, оснащенный пластинчатым питателем 7. Пластинчатый питатель 7 перегружает бытовые отходы на барабанный грохот 8, перед которым установлен электромагнитный сепаратор 9, который отбирает металлолом, далее в грохоте 8 проходит под сепаратором 10, который отбирает полимерные материалы и подает на пресс полимеров 11, а затем на переработку.

Предусмотрена дальнейшая переработка полимерных материалов с использование принципов агломерации, экструзии и т.п., что позволяет получить из отходов сыпучий гранулят заданной фракции. Переработке подлежат все виды отходов: из полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, а также ПЭТФ-бутылок.

Далее происходит отбор бумаги с грохота 8 сепаратором 13, которая поступает на пресс 27, где прессуется в тюки и идет на дальнейшую переработку. Далее грохот 8 с бытовыми отходами проходит через посты ручного отбора утильных твердых фракций. Отобранное вторсырье сортируется по видам отходов и затаривается в контейнеры 15, а затем отправляется на переработку и после конечной ручной сортировки бытовые, в основном пищевые, и др. органические отходы с грохота 8 подаются в отделение биопереработки в биобарабан 24.

Биобарабан 24 представляет собой цилиндрический вращающийся аппарат, в котором процесс биохимического обезвреживания бытовых отходов протекает в искусственно созданных условиях. В биобарабане 24 происходит биохимическое разложение органических веществ в анаэробных и в аэробных условиях. Необходимый объем загрузочного материала определяется по окислительному процессу и количеством поступающей биопульпы 1-4% от массы отходов, проходящих через распределительное устройство (не показано). Окислительная мощность биобарабана 24 колеблется в широких пределах, так как ее величина зависит от многих факторов: температуры в биобарабане, состава поступающих отходов, количества подаваемого нагретого воздуха, влажности, скорости вращения (перемешивания).

Загрузка бытовых отходов и выгрузка биокомпоста производится непрерывно или периодически в зависимости от времени композиции в биобарабане 24 отходов.

Для активизации процесса окисления бытовых отходов и образования качественного биокомпоста, а также обезвреживания отходов от патогенных микроорганизмов в биобарабан 24 непрерывно подается подогретый в электрокалорифере 22 до температуры 45-55°С воздух. При этой температуре происходит полное отмирание патогенных микроорганизмов. Полученная биокомпостная масса при выгрузке из биобарабана при помощи фронтального (ковшового) погрузчика укладывается в бурты (штабеля) на дозревание в течение 1,5-2 месяцев. После созревания биокомпост не представляет опасности при использовании в качестве удобрения, т.к. прошел процесс обезвреживания.

Наиболее высоким качеством и широким полифункциональным действием обладают биокомпосты, полученные с добавкой помета птицефабрик, КРС, свиноферм и др. В этом случае помет является субстратом для ферментации биокомпоста. Помет из емкости 23 питателем 25 подается в биобарабан 24.

Следует отметить, что биокомпост с добавкой помета по своим свойствам в несколько десятков раз превосходит непереработанный помет и навоз.

Скорость компостирования при применении помета возрастает в десятки раз по сравнению с традиционными методами утилизации отходов птицефабрик, свиноферм и др. в пометохранилищах на открытых площадках, где использовать этот помет в качестве биокомпоста для удобрения можно лишь через 2-3 года.

Кроме того, в предлагаемом решении для ускорения и повышения эффективности переработки ТБО используется биопульпа с активным илом городских очистных сооружений.

Из городских очистных сооружений после сбрасывания из аэротенков избытка пульпа с активным илом поступает в отстойники, ее доставляют на полигон бытовых отходов и сливают в емкости-аккумуляторы 16. Для обеспечения жизнедеятельности бактерий, их размножения в емкости-аккумуляторы от воздуходувки 21 подается подогретый в электрокалорифере 22 воздух через перфорированные трубы, производится барботаж биопульпы, что обеспечивает передвижение бактерий, питание кислородом и интенсивное размножение. В аккумуляторы 16 также периодически вводятся органические вещества и вода для обеспечения жизнедеятельности и размножения бактерий.

Одна из емкостей-аккумуляторов 16 служит для постоянного отбора пульпы и подачи ее в биобарабан 24, а во второй происходит размножение бактерий. По мере необходимости согласно анализу пульпа с активным илом пополняет емкости-аккумуляторы 16. Созревшая пульпа из емкости-аккумулятора насосами 17, 18 подается в биобарабан 24 и орошает поступающие бытовые отходы и органику.

Ввод пульпы с большим содержанием анаэробных бактерий и подогрев отходов в десятки раз ускоряет процесс разложения (брожения) органических веществ.

Обработка отходов заключается в биохимическом разложении в биобарабане 24 с участием микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях, протекающих в массе отходов, и происходит в две фазы:

- в первой фазе распада из углеводов, жиров и белков выделяются основные продукты распада - жирные кислоты и водород, а также углекислота, спирты, аминокислота, аммиак, их соли и др.

- во второй фазе распада распадаются выделившиеся в первой фазе кислоты, образуя метан, диоксид углерода и др. В брожении участвуют метановые бактерии.

В биохимическом процессе в биобарабане 24 для обработки бытовых отходов используется аэробная стабилизация. Она заключается в частичном окислении органических примесей, входящих в состав твердой фазы, и длительность стабилизации составляет от 2 до 15 суток в зависимости от состава бытовых отходов.

Изменение свойств бытовых отходов, степень разложения органических примесей при использовании этого способа примерно соответствует эффекту, получаемому при анаэробном процессе. Аэробный процесс продолжается в биогумусе, выгруженном из биобарабана 24 и хранящемся в штабелях на складе готовой продукции в течение 1,5-2 месяцев.

В анаэробных и аэробных условиях нитраты в результате ферментактивных превращений при температуре 25-35°С позволяют получить биокомпост, содержащий до 10-12%-связанного азота и до 30% легкоусвояемого азота растениями.

Экспозиция бытовых отходов в биобарабане от 3 до 24 часов. Экспозиция биокомпоста в буртах 1,5-2 месяца. Далее компостируемый материал поступает на дробилку 14, а затем на грохот-сито 19, где биокомпост разделяется на два потока: балласт (32) и просеянный компост (33). После измельчения и отсеивания компост направляется на площадку-склад, где складируется в штабеля 33. Процесс дозревания биокомпостов в штабелях может продолжаться еще 10-20 суток в зависимости от состава бытовых отходов.

Металлолом поступает на пресс черного и цветного металла 26. На прессе 27 прессуется в тюки бумага и продается на вторичную обработку. Оставшийся от переработки компостируемый массы балласт в количестве 6-10% от исходной массы твердых отходов поступает в бункер 28 и подлежит либо использованию для рекультивации земель, либо захоронению на полигоне.

Балластные фракции не содержат пищевых отходов, непривлекательны для грызунов и насекомых, не выделяют фильтраты и не представляют опасности для окружающей среды при складировании на полигонах ТБО или рекультивации земель, т.к. прошли процесс обезвреживания в биобарабане. Отходящие газы из биобарабана 24 вентилятором 30 подаются на фильтр-сорбент 31, где происходит обезвреживание газа.

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, а именно к обезвреживанию и переработке твердых бытовых отходов. Способ обезвреживания твердых бытовых отходов включает биохимическое обезвреживание и переработку, при этом твердые бытовые отходы подают на ленточный транспортер, затем осуществляют отбор сепараторами твердых отходов металлолома, полимерных материалов и бумаги, а также ручной отбор твердых фракций, их сортировку и удаление. Затем осуществляют подачу оставшихся органических отходов в биобарабан (Б) на биохимическое обезвреживание, куда для ферментации компоста подают помет, подогретый до 45-50°С воздух. В емкость-аккумулятор подают биопульпу с активным илом очистных сооружений, подогретый воздух, органические вещества и воду. По мере созревания полученную биопульпу подают в (Б) для орошения бытовых отходов. В (Б) осуществляется двухстадийный биохимический процесс разложения органических отходов с участием микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. После окончания переработки компостная масса из (Б) подается на дробление и просеивание и затем поступает в склад на штабелирование; отходы полимерных материалов поступают после сепаратора в агломератор для обработки в сыпучий гранулят, отдельно пакетируется металлолом черного и цветного металла, а бумага пакетируется в тюки и направляется на дальнейшую переработку. Изобретение позволяет комплексно решить актуальный вопрос обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов, улучшить экологическую обстановку. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов, включающий биохимическое обезвреживание и переработку, отличающийся тем, что твердые бытовые отходы подают на ленточный транспортер и затем осуществляют отбор сепараторами металлолома, полимерных материалов и бумаги, ручной отбор твердых фракций, их сортировку и удаление, после чего оставшиеся органические вещества подают в биобарабан на биохимическое обезвреживание, дополнительно в биобарабан для ферментации компоста подают помет и подогретый до температуры 45-55°С воздух, в емкость-аккумулятор подают биопульпу с активным илом очистных сооружений, подогретый воздух, органические вещества и воду, и, по мере созревания, полученную биопульпу подают в биобарабан для орошения бытовых отходов, и для осуществления в биобарабане двухстадийного биохимического процесса разложения органических отходов с участием микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях, а после окончания процесса переработки полученную в биобарабане компостную массу дробят, просеивают и разделяют на два потока: порошковый компост и балласт.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отобранный сепаратором металлолом подают на пакетирование черного и цветного металла.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отобранные сепаратором отходы полимерных материалов подают в агломератор, где перерабатывают по принципу агломерации в сыпучий гранулят.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отобранные сепаратором отходы бумаги прессуют в тюки и подают на дальнейшую переработку.