6. Переработка тбо методом компостирования
Возможность использования для переработки и ликвидации ТБО термических методов основана на морфологическом составе ТБО, которые содержат до 60-70 % органической (горючей) фракции. Вместе с тем специфические свойства органической фракции делают возможным ее использование для получения новой товарной продукции — компоста, биотоплива, корма для скота, спирта и др. Промышленное развитие получили главным образом методы компостирования ТБО, занимающие второе по распространенности (после сжигания) место в мировой практике.
Компостирование — это биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами.
Компостирование разделяется на полевое и компостирование на специальных заводах.
Процесс компостирования основан на реакции биохимического окисления целлюлозы, в результате которой получаются углекислый газ и вода при аэробных условиях с выделением 2796 кДж на 1 моль глюкозы — составной части целлюлозы. Переработанные таким образом отходы вступают в естественный круговорот веществ в природе за счет их обезвреживания и превращения в компост — ценное органоминеральное удобрение, используемое для нужд городского хозяйства или в качестве биотоплива. Процесс происходит благодаря активному росту термофильных организмов в аэробных условиях. При этом масса отходов саморазогревается до температуры 60 ºС при которой гибнут яйца гельминтов, личинки мух, болезнетворные микроорганизмы. Под действием быстро развивающейся микрофлоры сложные органические вещества разлагаются на более простые.
Аэробное компостирование в промышленных условиях
При строительстве завода или выборе площадки для полевого компостирования учитывают следующие факторы:
- наличие потенциальных потребителей получаемого компоста в радиусе 20-30 км;
- размещение завода на расстоянии 15-20 км от места сбора ТБО населенного пункта или сортировочного комплекса);
- численность жителей населенного пункта должна быть более 300 тыс. человек (для полевого компостирования — от 50 тыс. жителей);
- для полевого компостирования — наличие достаточной площадки для компостирования отходов. Санитарно-защитная зона площадки компостирования отходов составляет 500 м.
Некомпостируемая часть ТБО (25-30 %) сжигают непосредственно на заводах по компостированию отходов; подвергают пиролизу для получения пирокарбона или тепловой энергии или вывозят на полигоны ТБО для захоронения. Т.е. компостирование на мусороперерабатывающих заводах, как правило, включают комплекс мероприятий по обезвреживанию отходов.
Принципиальная технологическая схема производства компоста показана на рисунке . На рис. представлен биотермический барабан КМ-101 А.
Рис. . Технологическая схема непрерывного компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся биотермическом барабане
1 — кран-балка с грейферным ковшом; 2 — мусоровоз; 3 — приемный бункер отходов; 4 — дозирующий бункер; 5 — пластинчатый питатель; 6 — подъемный кран с магнитной шайбой для погрузки пакетов металлолома; 7 — рольганг; 8 — магнитный сепаратор; 9 — бункер металлолома; 10 — пакетирующий пресс; 11 — вращающийся биотермический барабан; 12 — вентилятор-наездник; 13 — котельная или пиролизная установка; 14 — вытяжной вентилятор; 15 — штабеля компоста на площадках дозревания и готовой продукции; 16 — измельчитель компоста; 17 — грохот; 18 — прицеп для сбора отсева с грохота.
Рис. . Биотермический барабан КМ-101 А
1 — загрузочная головка; 2 — вращающийся корпус биотермического барабана; 3 — бандаж; 4 — роликовая опора; 5 — контактные кольца термодатчиков; 6 — электропривод; 7 — венцовая шестерня; 8 — перфорированное разгрузочное устройство.
Бытовые отходы доставляют на завод кузовные мусоровозы, которые разгружаются в приемные бункера с днищами в виде пластинчатого питателя. Скорость движения пластин питателя 0,06-0,16 м/с. Возле каждого бункера предусмотрены 2 разгрузочных поста, исключающих простаивание мусоровозов в зоне разгрузки.
К пластинам питателя приварены металлические штыри для лучшего захвата подаваемого материала. Перед выходом из бункера предусмотрены приспособления для регулирования толщины входящего слоя отходов в виде специальных балок с зубьями. Крупногабаритный мусор (КГМ) изымаются из приемного бункера с помощью захвата, подвешенного к кранбалке.
Отходы из бункеров подаются на ленточный конвейер шириной 1200 мм, по которым они направляются в сортировочный комплекс.
В сортировочном корпусе по конвейерам отходы подаются в цилиндрические грохоты. Диаметр сита грохота — 2,5 м, длина 7,3 м. Размер ячеек сит — 150-250 мм. Крупные некомпостируемые фракции (некомпостируемые бытовые отходы — НБО) ссыпают на конвейер и направляют в бункер балласта.
Черный и цветной металлы выбирают при помощи электромагнитного сепаратора. Отобранные черные металлы направляют в бункер металла и оттуда на гидравлические пакетировочные прессы. Пакеты металла проходят по рольтангам на площадку, оборудованную кранбалкой с электромагнитной шайбой, где пакеты складируют и затем уже передают потребителю. Цветные металлы по конвейерам поступают в бункера-накопители.
Просеянный материал проходя последовательно сепараторы четного, цветного металлов и аэросепараторы (выделяют легкие фракции — пленку и бумагу) по системе конвейеров передается в главный корпус. В главном корпусе отсортированный материал, предназначенный для компостирования, по конвейерам подают в загрузочные устройства биотермического барабана. Биотермический барабан представляет собой вращающийся цилиндр, где происходит процесс биотермического разложения.
Ежедневно барабан загружается на 1/2 полезного объема свежими отходами и одновременно разгружается. Таким образом, свежие отходы, загружаемые в барабан, попадают в среду с активным биотермическим процессом, что сокращает цикл их компостирования до двух суток. Пропускная способность биотермического барабана составляет до 34 тыс. т/год.
Для обеспечения принудительной аэрации на корпусе барабана установлены вентиляторы-наездники, которые подают воздух в толщу находящихся в нем отходов. Количество подаваемого воздуха регулируется по зонам в зависимости от температуры и влажности материала. Для ускоренного процесса компостирования оптимальная влажность — 40-45 %. Снаружи биотермический барабан покрыт слоем теплоизоляционного материала для сохранения необходимого температурного режима. Биобарабан помимо обеспечения биотермического процесса, осуществляет функцию механического истирания отходов. Из биотермического барабана, отходы разгружаются и по системе ленточных конвейеров доставляются в сортировочный корпус, где установлены баллистические стеклосепараторы с пневмоотсевом пленки и инерционные грохоты.
Баллистический стеклосепаратор — конвейер с быстрым движением ленты, со скоростью 2-7 м/с, с которого материал летит в двойную воронку, разделенную перегородкой на два отсека. Тяжелые частицы (стекло, камни), летят в дальний отсек, поскольку обладают большей инерцией, а легкие фракции (компост) летят в ближний. В верхней части воронки встроен всасывающий патрубок, в который всасывает пленка. Из сепаратора компост подается на мелкое сито инерционного грохота с размером ячеек 10-15 мм, после которого компост окончательно освобождается от балластных фракций.
Далее компост по системе конвейеров передается на складские площадки, которые занимают большую часть территории завода и предназначены для дозревания компоста. Конвейеры оснащены плужными сбрасывателями, сбрасывающими компост в заданном месте. С помощью бульдозера формируют штабеля, высотой 2 м, которые периодически перелопачивают и при необходимости увлажняют. Время дозревания компоста — 2 месяца. Затем из дозревшего компоста формируют штабеля, высотой до 5 м. Время хранения дозревшего компоста — до 3-х месяцев.
Полевое компостирование
В отличие от компостирования в биотермических барабанах, процесс аэробного компостирования осуществляется в открытых штабелях. При этом значительно увеличивается продолжительность переработки отходов в компост с 2- 4 суток до нескольких месяцев; а также площадь, занимаемая под сооружения полевого компостирования.
Полевое компостирование может осуществляться с предварительным дроблением ТБО или без него. При применении предварительного дробления используют специальные дробилки. Если технологической схемой не предусмотрено предварительное дробление, отходы измельчаются в результате механического разрушения в процессе многократного перелопачивания компостируемого материала для интенсификации процесса. Не измельченные фракции отделяют на контрольном грохоте.
Применение предварительного дробления, существенно снижает отходы производства и увеличивают выход компоста.
При полевом компостировании отходы разгружают в приемный бункер или на выровненную площадку. Бульдозером, грейферным краном формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического разложения отходов. Высота формируемых штабелей зависит от метода аэрации. при принудительной аэрации высота штабелей может превышать 2,5 м. Ширина штабеля по верхней площадке составляет не менее 2 м при угле заложения 45 º. Длина штабеля составляет 10-50 м. Для проезда между штабелями оставляют расстояние 3- 6 м.
Для предотвращения рассеивания легких фракций мусора, интенсивного размножения мух и устранения неприятного запаха поверхность штабеля укрывают слоем изоляционного материала. В качестве изоляционного материала используют торф, зрелый компост или грунт. Толщина изолирующего слоя составляет 0,2 м.
Под влиянием тепла, выделяющегося под влиянием жизнедеятельности термофильных микроорганизмов, происходит саморазогрев компостируемого материала в штабеле. Наружные слои материала в штабеле разогреваются меньше, чем внутренние и служат теплоизоляцией для внутренних саморазогревающихся слоев отходов. Для более полного обезвреживания всех отходов в штабеле, отходы периодически перелопачивают, в результате чего наружные слои оказываются внутри штабеля и обеспечивается дополнительная аэрация всей массы компостируемого материала.
Продолжительность обезвреживания отходов на площадках полевого компостирования зависит от принятой технологии, используемого оборудования и сезона закладки штабелей и составляет от 1 до 6 месяцев.
- штабеля весенне-летней закладки
Через 5-10 суток температцра компостируемого материала повышается до 60-70 ºС и удерживается на этом уровне 15-20 суток. После этого температура падает до 40-45 ºСи удерживается на этом уровне в течении 15-20 суток. Через 3-4 месяца температура составляет 30-35 ºС. После каждого перелопачивания компостируемого материала, температура в штабеле через 4-6 суток поднимается до 60-65 ºС.
- штабеля осенне-зимней закладки
В штабелях температура в течении первого месяца поднимается в отдельных участках штабеля. По мере саморазогрева в течении 1,5-2 месяцев, температура штабеля достигает 50-60 ºС и остается такой в течении 2-х недель. Скорость подъема температуры в штабеле зависит от начальной температуры уложенных ТБО и температуры окружающего воздуха. Затем температура постепенно падает до 20-30 ºС и держится так продолжительное время и повышается только с наступлением лета до 30-40 ºС.
Штабеля компостируемых отходов постоянно увлажняют для повышения активности биотермического процесса, поскольку в процессе биотермического разложения интенсивно снижается влажность материала.
Зрелый компост перед отправкой потребителю направляют на грохот, где осуществляется очистка компоста от крупных балластных фракций.
Крупный некомпостируемый отсев с контрольного грохота складируют, и для его последующего удаления целесообразно площадки полевого компостирования ТБО размещать на территории полигонов размещения отходов. Тем самым, площадь полигона, эксплуатируемого с площадками компостирования уменьшается в 4-6 раз. На полигоне и площадке компостирования отходов организуется единая система электроснабжения, водоснабжения и система сбора и рециркуляции фильтрата.
Площадку для компостирования размещают на спланированном участке с водонепроницаемым основанием (глины или суглинки), покрытым бетонными плитами. Участок по периметру ограждают сетчатым забором с размером ячеек 40*40 мм высотой 3 м для предотвращения раздувания отходов и загрязнения прилегающей территории. Все работы осуществляются механизировано. Штабеля засыпают торфом или другим инертным материалом, мощностью 20-30 см.
Приемочный участок должен иметь 2 разгрузочных поста для мусоровозов; козловый двухконсольный кран с грейферным захватом с расположением подкрановых путей вдоль участка; дробильно-сортировочное отделение, оборудованное приемным бункером с пластинчатым питателем; магнитный сепаратор; цилиндрический грохот; дробилку для компоста; бункер-накопитель для сбора черного металла; систему ленточных ковейеров; систему аэрации компостируемого материала (вентилятор, разводящие воздуховоды, перфорированные воздуховоды, смонтированные на площадке компостирования); систему увлажнения и пожаротушения, состоящую из трубопроводов для поливки штабелей компоста и тушения пожаров.
На рис. 7 приведена схема полевого компостирования на секционных площадках с контрольным грохочением после цикла компостирования. Перелопачивание осуществляется с применением двухконсольного козлового крана. Размеры площадки компостирования, обслуживаемой одним двухконсольным козловым краном зависят от ширины захвата и требуемой длины штабелей.
1 —основание площадки; 2 — ограждение; 3 — разгрузочные посты; 4 — штабеля компостируемого материала; 5 — "зрелый" компост; 6 — дробильно-сортировочное отделения; 7 — грейферный кран.
Прибывающие мусоровозы разгружаются со специальных пандусов на приемном участке. Бульдозером ТБО собирается в штабель, формируемый при помощи бульдозера и грейферного крана в течение 1 месяца. Затем штабель засыпают торфом или зрелым компостом толщиной 0,2-0,3 м.
После выдерживания в течение 1 месяца, грейферным краном штабель материал перегружают во второй штабель, который находится дальше от приемного участка. В течение цикла переработки материал таким образом перелопачивают 3-4 раза. С течением времени компостируемый материал уплотняется, поэтому каждый последующий штабель становиться короче предыдущего. Из последнего штабеля материал грейферным краном перегружают в бункер дробильно-сортировочного отделения, где материал проходит контрольное грохочение. После грохочения крупные некомпостируемые фракции отправляются на полигон для захоронения или на мусоросжигательную установку. Мелкий отсев отгружают потребителям.
Существуют различные технологические схемы полевого компостирования (рис. 8).
Рис. 8. Принципиальные схемы сооружений полевого компостирования ТБО:
а — совместная переработка ТБО и ОСВ; 6 — компостирование ТБО в две стадии; в — схема с предварительной переработкой ТБО в биобарабане; г — схема с предварительным дроблением, грохочением и компостированием в открытых лотках, поделенных на отсеки или секции; д — компостирование недробленых ТБО; 1—приемный бункер с пластинчатым питателем; 2 — дробилка для ТБО; 3 — подвесной электромагнитный сепаратор; 4 — подача ОСВ; 5 — смеситель; 6 — штабеля компоста; 7— грейферный кран; 8 — закрытое помещение для первой стадии компостирования; 9— подвижная установка для перелопачивания и перегрузки компоста; 10 — продольные подпорные стенки; 11 — аэраторы; 12 — контрольный грохот для компоста; 13 — биобарабан; 14 — первичный грохот для измельченных ТБО; 15 — цилиндрический контрольный грохот; 16 — дробилка для компоста
Схемы полевого компостирования могут предусматривать предварительную сортировку по фракциям и извлечением некомпостируемых фракций и предварительное дробление ТБО; и схема без предварительного дробления, при которой измельчение отходов осуществляется только в процессе перелопачивания
Схема а предполагает совместное обезвреживание ТБО и обезвоженных осадков очистных сооружений сточных вод. Схема предусматривает предварительное дробление и извлечение черных металлов.
По схеме б компостирование осуществляется в 2 стадии. Первые 10 суток биотермический процесс происходит в закрытом помещении, разделенном продольными разделительными стенками на отсеки. Компостируемый материал каждые двое суток с помощью специальной подвижной техники перегружаются из одного отсека в другой. Для активизации биотермического процесса компостируемый материал аэрируют, подавая воздух через отверстия, расположенные в основании отсеков. Из закрытых отсеков материал после сортировки на грохоте перегружают на открытую площадку, где он дозревает в штабелях в течении 2-3 месяцев.
Схема в предполагает использования вращающегося биотермического барабана для ускорения процесса компостирования. Биотермический барабан также служит для целей предварительного измельчения компостируемого материала. Прием отходов осуществляется в приемный бункер, дно которого представляет собой пластинчатый питатель. После биобарабана отходы проходят через магнитный сепаратор и затем формируют штабеля дозревания компоста на открытой площадке.
По схеме г разгрузка отходов осуществляется в траншею, откуда грейферным ковшом отходы передаются на дробление, проходят через магнитный сепаратор. Схема предполагает двойное грохочение компостируемого материала. При первичном грохочении (после сепаратора), отходы разделяют на две фракции — крупную и мелкую. Крупную направляют на сжигание, а мелкую — на компостирование. Компостирование осуществляется в лотке, смонтированном на открытой площадке, разделенном на секции. Лоток оснащен установкой для перегрузки компостируемого материала в соседние секции. Созревший компост из последней секции подвергают повторному (контрольному) грохочению, после чего кондиционный компост направляют потребителю.
Схема д предусматривает грохочение, дробление и магнитную сепарацию в конце технологического цикла компостирования.