Способ переработки твердых бытовых отходов
Изобретение относится к технологии переработки твердых бытовых отходов (ТБО) органического и неорганического происхождения, содержащих в своем составе углерод и его соединения, железо и оксиды металлов. При этом ТБО могут включать черный и цветной металлолом, пластмассу, стекло, камни, штукатурку, древесные и текстильные отходы, резину, кожу, макулатуру, садовые отходы, кости, пищевые отходы. Технический результат - повышение функциональных возможностей способа учетом закономерностей изменения состава ТБО и настройки системы газоочистки шлаковой ванны относительно состава ТБО по органической и неорганической частям, а также для снижения объема отходящих из шлаковой ванны газов. До загрузки от органической части твердых бытовых отходов отделяют неорганическую часть в виде кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, расчетный состав органической и неорганической частей твердых бытовых отходов определяют выявлением закономерностей рангового распределения их видового состава, причем сравнением фактического и расчетного состава органической и неорганической частей твердых бытовых отходов определяют погрешности определения объема отходящих от шлаковой ванны газов. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к технологии переработки твердых бытовых отходов (ТБО) органического и неорганического происхождения, содержащих в своем составе углерод и его соединения, железо и оксиды металлов. При этом ТБО могут включать черный и цветной металлолом, пластмассу, стекло, камни, штукатурку, древесные и текстильные отходы, резину, кожу, макулатуру, садовые отходы, кости, пищевые отходы.
Известен способ переработки твердых бытовых отходов (Заявка 92009354/03, RU, МКИ F 23 G 5/00, 1995), включающий подачу твердых отходов в расплавленную шлаковую ванну, сжигание в среде кальцийферритных шлаков, последующую обработку отходящих газов железосодержащим материалом, в качестве которого может быть использован металлизированный сплав после сжигания отходов и(или) металлическая стружка, и(или) лом черных металлов, а затем раздельный выпуск шлака и металла.
Недостатком является использование процесса сжигания, в результате которого образуются вредные соединения в виде оксидов азота, а также диоксины и фураны, увеличивается объем отходящих газов, что приводит к необходимости увеличения мощности газоочистительной системы.
Известен также способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов по патенту №2117217, МКИ F 23 G 5/00, 1998 г., включающий загрузку твердых бытовых и промышленных отходов, термическую обработку ее в постоянно поддерживаемой в расплавленном состоянии шлаковой ванне без доступа воздуха, причем загрузку в шлаковую ванну кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, выполняют отдельно от твердых отходов, а первичную очистку, обезвреживание и охлаждение отходящих газов проводят путем пропускания их противотоком через кусковый материал.
Недостатком является отсутствие привязки к структуре ТБО, собранных на полигоне или около существующей шлаковой ванны. При этом существующий способ не определяет окончательно рациональный состав ТБО с учетом в них органической и неорганической частей. Причем в неорганическую часть следует включать также и кусковый материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды, загружаемые в шлаковую ванну отдельно от органической части ТБО.
Технический результат - повышение функциональных возможностей способа учетом закономерностей изменения состава ТБО и настройки системы газоочистки шлаковой ванны относительно состава ТБО по органической и неорганической частям, а также для снижения объема отходящих из шлаковой ванны газов.
Этот технический результата достигается тем, что до загрузки от органической части ТБО отделяют неорганическую часть в виде кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, расчетный состав органической и неорганической частей ТБО определяют выявлением закономерностей рангового распределения их видового состава, причем сравнением фактического и расчетного состава органической и неорганической частей ТБО определяют погрешности определения объема отходящих от шлаковой ванны газов.
Закономерности рангового распределения видового состава твердых бытовых отходов выявляют по формуле
где Р - вероятность долевого содержания данного вида твердых бытовых отходов в общей их массе, %;
Р0 - доля главного вида в составе твердых бытовых отходов, %;
r - ранг вида твердых бытовых отходов, устанавливаемый по убыванию долевого участия всех видов в составе твердых бытовых отходов, причем r=0, 1, 2,...;
а1...а6 - параметры статистической модели, значения которых получаются идентифицируемыми по фактическим исходным данным видового состава твердых бытовых отходов.
Фактический состав органической и неорганической частей ТБО определяют выявлением закономерностей рангового распределения видового состава ТБО в условиях склада ТБО около шлаковой ванны или на городском полигоне ТБО.
Если этот фактический состав отличается от рационального состава, дающего минимум отходящих от шлаковой ванны газов и при этом отсутствует возможность дополнительного привлечения твердых промышленных отходов, содержащих шлакообразующие вещества и оксиды, то систему газовой очистки шлаковой ванны настраивают на фактический состав ТБО по органической и неорганической частям и фактически образующемуся объему отходящих от шлаковой ванны газов.
При этом, исходя из необходимости снижения объема отходящих из шлаковой ванны газов, устанавливают рациональный состав по содержанию в смеси органической и неорганической частей, а затем недостающую по рациональному составу неорганическую часть дополняют твердыми промышленными отходами.
При этом может быть установлен такой рациональный состав смеси по содержанию органической и неорганической частей, выявленными закономерностями в ТБО, что дополнительных промышленных отходов в виде кусковых материалов и не потребуется. Поэтому предлагаемый способ может быть реализован и без привлечения твердых промышленных отходов.
Сущность технического решения заключается в том, что видовой состав описывается математически совокупностью устойчивых законов распределения и это позволяет оценивать структуру ТБО и по расчетному составу органической и неорганической частей. Кроме того, ранговое распределение отходов позволяет сопоставлять между собой различные городские полигоны, а также различные населенные пункты.
Новизна технического решения заключается в том, что ТБО разделяется по составу два раза: 1) по видовому составу выявляются статистические закономерности по устойчивым законам применительно к конкретному населенному пункту или конкретному полигону сбора ТБО; 2) по двум частям ТБО (органические и неорганические вещества) сравниваются расчетные и фактические составы, относительно которых определяются объемы отходящих газов. По отношению к прототипу новизной также обладает разделение ТБО на два потока в виде органической и неорганической частей, подаваемых в шлаковую ванну раздельно.
Положительный эффект заключается в том, что предлагаемый способ позволяет управлять потоками ТБО в реальных территориальных условиях, управлять содержанием в них органической и неорганической частей для рационализации работы шлаковой ванны, снижения объема отходящих от шлаковой ванны газов, настройки системы газоочистки шлаковой ванны к фактическому составу органической и неорганической частей ТБО. При этом возможен и такой случай, что расчетное соотношение органической и неорганической частей ТБО стимулирует поиск конструктивных решений и самой шлаковой ванны.
Совокупность признаков обладает существенными отличиями, значительным эффектом и является изобретением. Порочащих новизну технического решения материалов не найдено.
Способ переработки ТБО включает в себя следующие действия.
Твердые бытовые отходы собирают около шлаковой ванны с транспортировкой их от мест концентрации.
Затем отделяют от этих твердых бытовых отходов сортировкой кусковый материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды.
После этого раздельно от органической части ТБО собирают их вместе с теми дополнительными твердыми промышленными отходами, которые находятся около шлаковой ванны отдельно от склада ТБО и потребуются для достижения рациональной смеси органической и неорганической частей в смеси отходов. При этом, исходя из необходимости снижения объема отходящих из шлаковой ванны газов устанавливают рациональный состав по содержанию в смеси органической и неорганической частей, а затем выполняют раздельную загрузку органической и неорганической частей ТБО в соответствии с принятым рациональным составом смеси отходов.
Рациональный состав смеси отходов определяют выявлением закономерности рангового распределения видового состава ТБО в условиях склада ТБО около шлаковой ванны или на городском полигоне ТБО.
При этом может быть установлен такой рациональный состав смеси по содержанию органической и неорганической частей выявленными закономерностями в ТБО, что дополнительных промышленных отходов в виде кусковых материалов и не потребуется. Поэтому предлагаемый способ может быть реализован и без привлечения твердых промышленных отходов.
Таким образом, до загрузки от органической части твердых бытовых отходов отделяют неорганическую часть в виде кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, расчетный состав органической и неорганической частей твердых бытовых отходов определяют выявлением закономерностей рангового распределения их видового состава, причем сравнением фактического и расчетного состава органической и неорганической частей твердых бытовых отходов определяют погрешности определения объема отходящих от шлаковой ванны газов.
При этом закономерности рангового распределения видового состава твердых бытовых отходов выявляют по формуле
где Р - вероятность долевого содержания данного вида твердых бытовых отходов в общей их массе, %;
Р0 - доля главного вида в составе твердых бытовых отходов, %;
r - ранг вида твердых бытовых отходов, устанавливаемый по убыванию долевого участия всех видов в составе твердых бытовых отходов, причем r=0, 1, 2,...;
а1...а6 - параметры статистической модели, значения которых получаются идентифицируемыми по фактическим исходным данным видового состава твердых бытовых отходов.
Способ переработки ТБО реализуется, например, в шлаковой ванне без привлечения твердых промышленных отходов, следующим образом.
Здесь наиболее сложным становится процесс концентрации, сбора и транспортировки ТБО. Их собирают около шлаковой ванны, например построенной на полигоне ТБО, с транспортировкой от мест концентрации, расположенных на территории города около жилых домов.
Затем отделяют от ТБО сортировкой кусковый материал, содержащий шлакообразующие вещества и оксиды.
После этого раздельно подают органическую и неорганическую части ТБО в шлаковую ванну. При этом по фактическому составу ТБО как смеси органических и неорганических частей определяют объем отходящих из шлаковой ванны газов и настраивают систему газоочистки шлаковой ванны.
Для обоснования расчетного состава ТБО по органической и неорганической частям закономерности рангового распределения видового состава твердых бытовых отходов выявляют по формуле
где Р - вероятность долевого содержания данного вида твердых бытовых отходов в общей их массе, %;
Р0 - доля главного вида в составе твердых бытовых отходов, %;
r - ранг вида твердых бытовых отходов, устанавливаемый по убыванию долевого участия всех видов в составе твердых бытовых отходов, причем r=0, 1, 2,...;
a1...a6 - параметры статистической модели, значения которых получаются идентифицируемыми по фактическим исходным данным видового состава твердых бытовых отходов.
Пример.
Видовой состав ТБО г.Чебоксары в среднем за год определяется статистическим уравнением вида (см. таблицу)
| Таблица | ||||||||
| Ранговое распределение видового состава ТБО г.Чебоксары за год, % | ||||||||
| Наименование вида ТБО | Части ТБО | Факт  | Ранг r | Расчетные значения | Составляющие | |||
| Р | ε | Δ, % | Р1 | Р2 | ||||
| Пищевые отходы | I | 39.87 | 0 | 39.90 | -0.03 | -0.08 | 39.90 | 0.00 |
| Бумага | I | 25.45 | 1 | 25.33 | 0.12 | 0.47 | 24.95 | 0.38 |
| Отсев, менее 16 мм | II | 11.24 | 2 | 11.59 | -0.35 | -3.11 | 10.12 | 1.47 |
| Текстиль | I | 6.13 | 3 | 5.51 | 0.62 | 10.11 | 3.06 | 2.46 |
| Пластмасса | II | 3.16 | 4 | 3.65 | -0.49 | -15.51 | 0.72 | 2.92 |
| Черный металлолом | II | 2.95 | 5 | 3.03 | -0.08 | -2.71 | 0.14 | 2.89 |
| Стекло | II | 2.88 | 6 | 3.56 | 0.32 | 11.11 | 0.02 | 2.53 |
| Дерево | I | 2.00 | 7 | 2.05 | -0.05 | -2.50 | 0.00 | 2.05 |
| Садовые отходы | I | 1.99 | 7 | 2.05 | -0.06 | -3.02 | 0.00 | 2.05 |
| Кожа, резина | I | 1.68 | 8 | 1.56 | 0.12 | 7.14 | 0.00 | 1.56 |
| Кости | I | 0.92 | 9 | 1.14 | -0.22 | -23.91 | 0.00 | 1.14 |
| Цветной металлолом | II | 0.87 | 10 | 0.80 | 0.07 | 8.05 | 0.00 | 0.80 |
| Камни, штукатурка | II | 0.67 | 11 | 0.54 | 0.13 | 19.40 | 0.00 | 0.54 |
| Молочные пакеты | I | 0.21 | 12 | 0.36 | -0.15 |  | 0.00 | 0.36 |
В таблице приняты следующие условные обозначения: - фактические значения доли вида ТБО, %; Р - расчетные значения доли вида ТБО, %; ε - остаток, то есть разница 
; Δ - относительная погрешность, вычисляемая по формуле 
, %. При этом достоверность формулы оценивается по значению Δmax (в таблице значение максимальной относительной погрешности подчеркнуто). Доверительная вероятность будет равна 100-Δmax. В некоторых случаях достаточна трендовая модель, для которой выявляются относительные погрешности, большие по значению максимальной погрешности измерений в экологических исследованиях, то есть больших 30%. Если предыдущее уравнение принять за трендовую закономерность, то вид ТБО "молочные пакеты" исключаем и получаем статистическую закономерность, имеющие погрешность менее 30%.
В таблице приведены также расчетные данные по составляющим закономерности, представляемой в виде уравнения
P=P1+P2,
где P1 - первая составляющая статистической закономерности, показывающая, как правило, естественную закономерность, то есть основную тенденцию, %;
Р2 - вторая составляющая, показывающая, как правило, антропогенное влияние, в данном случае в виде стрессового возбуждения видов ТБО как продукции человека, %.
По соотношениям коэффициентов активности α1=Р1/Р и α1=Р2/Р, а также коэффициента приспособляемости k=P2/P ТБО как некой условной популяции к окружающей среде можно описать поведение ТБО в данном городе, населенном пункте или на данной территории.
Далее суммируются фактические и расчетные значения доли видов ТБО по органической РI и неорганической РII части. Тогда после вычислений получаем в составе ТБО органической части фактически 
и по расчету РI=77,90. Расхождение между этими значениями очень малое. Сравнение с прототипом по патенту №2117217 показывает, что содержание пищевых отходов в ТБО г.Чебоксары значительно превышает минимальный баланс 50/50%. Поэтому потребуется дополнение твердыми промышленными отходами.
Предлагаемый способ позволит использовать существующие полигоны ТБО и строить около них цеха со шлаковой ванной, имеющей рациональную систему газоочистки в зависимости от выявленных закономерностей рангового распределения видового состава ТБО.
При расположении шлаковой ванны на территории металлургического завода возможно достижение минимального объема отходящих от шлаковой ванны газов за счет дополнительного привлечения неорганических кусковых материалов в виде твердых промышленных отходов.
1. Способ переработки твердых бытовых отходов, включающий загрузку, термическую обработку в постоянно поддерживаемой в расплавленном состоянии шлаковой ванне без доступа воздуха, причем загрузку в шлаковую ванну кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, выполняют отдельно от твердых отходов, а первичную очистку, обезвреживание и охлаждение отходящих газов проводят путем пропускания их противотоком через кусковый материал, отличающийся тем, что до загрузки от органической части твердых бытовых отходов отделяют неорганическую часть в виде кускового материала, содержащего шлакообразующие вещества и оксиды, расчетный состав органической и неорганической частей твердых бытовых отходов определяют выявлением закономерностей рангового распределения их видового состава, причем сравнением фактического и расчетного состава органической и неорганической частей твердых бытовых отходов определяют погрешности определения объема отходящих от шлаковой ванны газов.
2. Способ переработки твердых бытовых отходов по п.1, отличающийся тем, что закономерности рангового распределения видового состава твердых бытовых отходов выявляют по формуле
где Р - вероятность долевого содержания данного вида твердых бытовых отходов в общей их массе, %;
P0 - доля главного вида в составе твердых бытовых отходов, %;
r - ранг вида твердых бытовых отходов, устанавливаемый по убыванию долевого участия всех видов в составе твердых бытовых отходов, причем r=0, 1, 2,...;
a1...a6 - параметры статистической модели, значения которых идентифицируются по фактическим исходным данным видового состава твердых бытовых отходов.
3. Способ переработки твердых бытовых отходов по п.1, отличающийся тем, что исходя из необходимости снижения объема отходящих из шлаковой ванны газов, устанавливают рациональный состав по содержанию в твердых бытовых отходах органической и неорганической частей, а затем недостающую по рациональному составу неорганическую часть дополняют твердыми промышленными отходами.
4. Способ переработки твердых бытовых отходов по п.1 или 2, отличающийся тем, что устанавливается рациональный состав смеси по содержанию органической и неорганической частей по выявленным закономерностям в видовом составе твердых бытовых отходов, так что переработка твердых бытовых отходов выполняется без дополнительных промышленных отходов в виде кусковых материалов, содержащих шлакообразующие вещества и оксиды.
5. Способ переработки твердых бытовых отходов по п.1 или 3, отличающаяся тем, что, если этот фактический состав отличается от рационального состава, дающего минимум отходящих от шлаковой ванны газов и при этом отсутствует возможность дополнительного привлечения твердых промышленных отходов, содержащих шлакообразующие вещества и оксиды, то систему газовой очистки шлаковой ванны настраивают на фактический состав органической и неорганической частей твердых бытовых отходов по фактически образующемуся объему отходящих от шлаковой ванны газов.
