Способ переработки бытовых отходов и модуль для его осуществления

 

Изобретение относится к области экологии, в частности к переработке бытовых отходов. Способ переработки бытовых отходов включает загрузку, транспортирование их вентиляционным потоком от вентилятора, одновременную сушку, перемешивание и измельчение при температуре 150-790°С в шаровой мельнице с мелющими телами, имеющими объемный вес больший, чем самые тяжелые фрагменты бытовых отходов. Вентиляционный напор обеспечивает вынос обезвоженных измельченных бытовых отходов. При обработке осуществляют выделение легкоплавких полиэтиленовых, пластмассовых и металлических составляющих из несортированных бытовых отходов, а также очистку газов от пыли улавливанием легкой фракции в пылеуловителе. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области экологии, в частности к переработке бытовых отходов с целью защиты окружающей среды от вредного влияния на нее накапливаемых бытовых отходов, вредных газов и золы при их сжигании.

Известны способы переработки бытовых отходов: накопление на полигонах и естественное их разложение с частичным сжиганием на открытом воздухе; сплав дробленых бытовых отходов в канализацию; захоронение в море; переработка отходов в компост и биотопливо; сжигание отходов (см. Д.Н.Беньямовский, "Термические методы обезвоживания твердых бытовых отходов", Стройиздат, Москва, 1979 г. стр 5-7). Наиболее близким по существу является способ (патент GB 1481041, кл. B 02 C 21/00, 1977), общими признаками которого являются: загрузка, транспортирование бытовых отходов вентиляционным напором от вентилятора, измельчение и одновременное перемешивание отходов в вентилируемом пространстве мельницы при установлении вентиляционного напора, обеспечивающего вынос обезвоженных и измельченных бытовых отходов, очистка газов от пыли осаждением легкой фракции в пылеуловителе.

Указанные выше способы переработки бытовых отходов имеют ряд недостатков: - полигоны для накопления бытовых отходов являются местом развития болезнетворных микробов и загрязняют значительные участки земли вблизи населенных пунктов; - сжигание на открытом воздухе загрязняют атмосферу; - сплав дробленных бытовых отходов увеличивает нагрузку на канализацию и повышает эксплуатационные расходы; - захоронение бытовых отходов в море очень дорого и не решает вопрос экологии, так как любой контейнер или массовое захоронение может быть разрушено природными явлениями (землетрясение, цунами и др.); - переработка бытовых отходов в компост и биотопливо предполагает рассеивание бытовых отходов, а не сортировку. В компосты попадают не пригодные для удобрения мелкие части пластмасс, стекла, полиэтиленовой пленки и других составляющих не пригодных для удобрения.

Сжигание бытовых отходов в специальном оборудовании (печи, котлы, ванны, барабаны и др.) является в настоящее время наиболее совершенным вариантом, но не лишенным ряда недостатков: - при сжигании бытовых отходов (температура 800-1000^oC) образуются летучие золы в дымовых газах, очень вредные для окружающей среды; - дымовые газы содержит очень много вредных для окружающей среды газообразных веществ, образующихся при сжигании легкоплавких фрагментов бытовых отходов (пластмасса, полиэтилен, синтетика и др.), для улавливания которых полиэтилен, синтетика и др.), для улавливания которых необходимо применять дорогостоящие газоочистные сооружения; - измельчение бытовых отходов, имеющих в своем составе вязкую массу и влагу, затруднительно или невозможно; - размягченные составляющие бытовых отходов (пластмасса, полиэтилен и др. ) и будут прилипать к воздуховоду и шнеку, что делает способ неработоспособным.

Вышеперечисленные недостатки и дороговизна для местных бюджетов строительства и обслуживания заводов по переработке бытовых отходов стали основным препятствием для широкого их применения в малых городах и населенных пунктах.

Технической задачей предлагаемого изобретения является переработка бытовых отходов без выделения в атмосферу вредных веществ, сохранение химического состава углеводородных и белков составляющих бытовых отходов, выделение из состава бытовых отходов пластмассовых, полиэтиленовых, металлических составляющих, вредных для внесения в почву в виде удобрений, упрощение способа, а на его основе и устройства для переработки бытовых отходов, уменьшение капитальных и экплуатационных затрат по использованию установок для отходов на основе предлагаемого способа, возможность моделирования установок для широкого диапазона производительности и состава бытовых отходов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе сушку, перемешивание и измельчение осуществляют при температуре 150-790^oC в шаровой мельнице с мелющими телами, имеющий объемный вес, больший чем самые тяжелые фрагменты бытовых отходов с выделением легкоплавких полиэтиленовых, пластмассовых и металлических составляющих несортированных бытовых отходов, а в качестве пыли улавливают пригодные для использования в качестве удобрения составляющие бытовых отходов - сухой мелкий материал, состоящий из пищевых остатков, бумаги, кости, кожи, текстиля и др.

Сушка бытовых отходов при температуре 150-790^oC необходима для того, чтобы удалить из отходов влагу, сделать их сухими для интенсификации измельчения до размера частиц, которые беспрепятственно уносятся воздушным потоком. При сушке химический состав бытовых отходов не изменяется, а фрагменты отходов (полиэтилен, пластмасса и др. легкоплавкие) размягчаются, теряя объем, но не разлагаются с выделением вредных веществ в газовую фазу.

Интенсивное перемешивание необходимо для обновления поверхности сушки, что резко интенсифицирует теплопередачу внутри материала и конвективный теплообмен между газовой фазой и твердой поверхностью. При интенсивном перемешивании мелкие сухие частицы бытовых отходов, находясь в режиме свободного падения при наименьшем скоростном напоре воздушного потока, будут вынесены из мельницы.

Измельчение мелющими телами необходимо для увеличения поверхности сушки при разрушении бытовых отходов, а объемный вес мелющих тел, больший чем самые тяжелые фрагменты отходов, необходим для разрушения и прессования прочных и тяжелых фрагментов (металл, кирпич, бетон и др.). Соприкосновение частиц бытовых отходов с нагретыми мелющими телами интенсифицирует процесс сушки. Присутствие мелющих тел также необходимо для прессования в частицы неопределенной формы полиэтиленовых, пластмассовых и других легкоплавких составляющих бытовых отходов, размягченных от температуры.

Воздушный поток в зоне сушки необходим для того, чтобы выносить из мельницы (зоны сушки) готовые (сухие, измельченные) частицы бытовых отходов.

Вышеперечисленные технологические приемы (сушка, перемешивание, перемещение твердых частиц воздушным потоком) известны в технике, но применение их в одновременном использовании для переработки бытовых отходов применено и обосновано впервые.

Сушка материалов при температуре выше 0^oC известна в технике, но сушка бытовых отходов при температуре 150-790^oC совместно с перемешиванием и измельчением мелющими телами применена впервые. При температуре ниже 150^oC сушка будет происходить медленно, без удаления кристаллической влаги и без размягчения полиэтиленовых, пластмассовых и других легкоплавких фрагментов бытовых отходов. Отходящие газы, насыщенные влагой после сушки, будут иметь температуру близкую к точке росы, что создает трудности при эвакуации газов в атмосферу без выпадения частичной влаги в пылеуловителях и газоходах. При температуре выше 790^oC происходит горение (разложение) бытовых отходов с выделением в газовую фазу вредных для окружающей среды веществ. Большой диапазон температур необходим для регулирования ее при переработке бытовых отходов с различным составом и влажностью.

Способ переработки бытовых отходов позволяет: сохранить химический состав фрагментов бытовых отходов; выделить пластмассовые, полиэтиленовые, металлические и другие составляющие без их разложения; получить безвредную для окружающей среды газовую фазу; сократить расходы на переработку бытовых отходов; улучшить экологию вокруг городов и населенных пунктов.

Известно устройство для переработки бытовых отходов (заявка N 1481041 A "JOSEPH LOULS POZGIE" 27/07/1977, кл. B 02 C 21/00), содержащее устройство для подачи тепла, загрузочное устройство, соединенное с входом вентилируемой мельницы для сушки, перемешивания и измельчения бытовых отходов с помощью ножей или молотов, пылеуловитель и вентилятор. Недостатком данного устройства является невозможность измельчения твердых тел (кирпич, бетон и др.) и выход из строя всего устройства при попадании в мельницу металлических фрагментов. Устройство сложно и дорого в эксплуатации, так как требует предварительной сортировки бытовых отходов.

Первой технической задачей предлагаемого модуля для переработки бытовых отходов является интенсификация сушки бытовых отходов при низких температурах за счет интенсивного режима перемешивания, что достигается заданной частотой вращения шаровой мельницы, разрушением бытовых отходов нагретыми мелющими телами и, как результат, увеличением поверхности сушки.

Второй технической задачей предлагаемого модуля является прессование легкоплавких фрагментов бытовых отходов (пластмасса, полиэтилен и др.) и металловключений и выделение их в виде крупных частиц через бункер за счет различия объемных весов частиц и мелющих тел.

Третьей технической задачей предлагаемого модуля является измельчение сухих бытовых отходов и удаление их при помощи воздушного потока в бункер пылеуловителя для последующей обработки (затаривания, брикетирования, грануляции) и использования в качестве удобрений.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве в качестве мельницы использована шаровая мельница, объем которой и мелющие тела с объемным весом, большим объемного веса самых тяжелых фрагментов бытовых отходов, нагреваются подаваемым воздухом с температурой 150-790^oC, причем выход мельницы соединен с бункером крупных частиц, жестко соединенным с пылеуловителем, жестко соединенным с вентилятором, а узел загрузки оборудован отсекателем для предотвращения неорганизованного подсоса холодного воздуха.

Модуль для переработки бытовых отходов (см. чертеж) содержит вентилятор 1, газоход горячего воздуха 2, узел загрузки 3 с отсекателем 4 и толкателем 5, шаровую вентилируемую мельницу 6, бункер крупных частиц 7, пылеуловитель 8, газоходы 9, дымосос 10, трубу 11.

Способ переработки бытовых отходов и модуль для его осуществления работает следующим образом. Бытовые отходы загружаются через узел загрузки 3, в верхней части которого установлена решетка с ячейкой, равной радиусу загрузочной горловины мельницы для предотвращения забивания последней. Бытовые отходы под действием силы тяжести опускают крылья отсекателя 4 и подают к толкателю 5, который заталкивает отходы в мельницу. Одновременно вентилятором 1 через газоход горячего воздуха 2, в котором горит газовая горелка, нагнетается горячий (температура 150-790^oC) воздух в мельницу 6, нагревая объем мельницы и мелющие тела до заданной температуры. Бытовые отходы, попадая в мельницу, интенсивно перемешиваются и измельчаются мелющими телами. Интенсивное перемешивание (в режиме водопадного) и измельчение интенсифицирует сушку при низких температурах за счет увеличения поверхности сушки, соприкосновения горячих мелющих тел с отходами, увеличения коэффициента теплопередачи и конвекции. Легкоплавкие фрагменты бытовых отходов (пластмасса, полиэтилен и др.) размягчаются под действием температуры и прессуются мелющими телами вместе с пылью в крупные частицы, объемный вес которых меньше объемного веса мелющих тел, и за счет этого они выбрасываются из мельницы в бункер 7. Одновременно дымосос 10 через пылеуловитель 8 и бункер 7 создает воздушный напор такой величины, чтобы обеспечить вынос мелких частиц из мельницы и держать под разрежением узел загрузки 3. Высушенные и разрушенные до мелких частиц бытовые отходы выносятся из мельницы 6 через бункер 7 в пылеуловитель 8, тип которого выбирается исходя из условий эксплуатации, состава отходов и требований к газовой фазе. Газ дымососом 10 через трубу 11 выбрасывается в атмосферу. Мелкие частицы после пылеуловителя обрабатываются (затариваются, брикетируются, гранулируются) и направляются для внесения в почву в первородном виде или в смеси с минеральными удобрениями.

Предложенный способ переработки бытовых отходов и модуль для его осуществления позволяет экологически чисто перерабатывать отходы без их разложения, вернуть в землю все, что пришло из земли без изменения химического состава, значительно упростить и удешевить установки для переработки бытовых отходов, дает возможность монтировать и эксплуатировать модули различной производительности под открытым небом. Применение подобных модулей возможно и для переработки строительного мусора и отходов промышленных предприятий.

Усредненный состав бытовых отходов показывает, что одна тонна бытовых отходов при переработке вышеизложенным способом выделяет:
- 300-350 кг сухого мелкого материала, состоящего из пищевых остатков, бумаги, костей, кожи, текстиля и др., пригодного для внесения в почву в виде удобрений;
- 400-450 кг влаги, удаляемой при сушке;
- 150 кг легкоплавких фрагментов (пластмасса, полиэтилен и др.), металловключений и стекла;
- 50 кг возгоны масел, жиров и др.

Формула изобретения

1. Способ переработки бытовых отходов, включающий загрузку, транспортирование бытовых отходов вентиляционным напором от вентилятора, одновременное измельчение, перемешивание и сушку их в вентилируемом пространстве мельницы при установлении вентиляционного напора, обеспечивающего вынос обезвоженных измельченных бытовых отходов, очистку газов от пыли улавливанием легкой фракции в пылеуловителе, отличающийся тем, что сушку, перемешивание и измельчение осуществляют при температуре 150 - 790^oC в шаровой мельнице с мелющими телами, имеющими объемный вес больший, чем самые тяжелые фрагменты бытовых отходов, с выделением легкоплавких полиэтиленовых, пластмассовых и металлических составляющих несортированных бытовых отходов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пыли улавливают пригодные для использования в качестве удобрения составляющие бытовых отходов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве пригодных для использования в качестве удобрения составляющих бытовых отходов улавливают сухой мелкий материал, состоящий из пищевых остатков, бумаги, кости, кожи, текстиля.

4. Модуль для переработки бытовых отходов, включающий устройство для подачи тепла, загрузочное устройство, соединенное с входом вентилируемой мельницы для сушки, перемешивания и измельчения бытовых отходов с помощью мелющих тел, пылеуловитель и вентилятор, отличающийся тем, что в качестве мельницы использована шаровая мельница, объем которой и мелющие тела с объемным весом, большим объемного веса самых тяжелых фрагментов бытовых отходов, нагреваются горячим воздухом с температурой 150 - 790^oC, причем выход мельницы соединен с бункером крупных частиц, жестко соединенным с пылеуловителем, жестко соединенным с вентилятором.

5. Модуль по п.4, отличающийся тем, что узел загрузки оборудован отсекателем.

РИСУНКИ

Рисунок 1