ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2162380
КОМПЛЕКС ПО ПЕРЕРАБОТКЕ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ ОТХОДОВ
Имя изобретателя: Чиж Р.Ф.; Чумаков А.Н.; Дегтярев В.В.; Попов А.Н.
Имя патентообладателя:
Чиж Роберт Федорович; Чумаков Александр Николаевич; Дегтярев Владислав Васильевич
Адрес для переписки: 121165, Москва, Г-165, а/я 15, ООО Патентно-правовая фирма "Юстис", Груниной А.Е.
Дата начала действия патента: 1999.07.21
Изобретение относится к промышленной переработке твердых бытовых и
приравненных к бытовым отходов. Комплекс включает в себя последовательно
расположенные участки сортировки и систему анаэробного сбраживания. Комплекс снабжен
системой детоксикации отходов, соединенной с магистралью эвакуации шлака системы
анаэробного сбраживания. Комплекс позволят обеспечить получение конечного продукта
переработки - почвообразующего материала, в котором отсутствуют токсичные вещества.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предложение относится к области коммунального хозяйства, а именно к
промышленной переработке твердых бытовых и приравненных к бытовым отходов (ТБО), как
ранее запасенных, так и вновь образующихся.
В мировой практике используются различные методы переработки твердых отходов.
Сочетание ручных методов сортировки с механизированными сортировочными установками
позволяет отобрать макулатуру, текстиль, стекло и пластик, черные и цветные металлы.
Для оставшейся части отходов используют две группы технологий переработки:
термохимические и биологические.
К термохимическим относятся пиролиз отходов и их плазменная переработка, а также
мусоросжигательные заводы (МСЗ). Однако последние (МСЗ) имеют много недостатков, среди
которых - наличие большого количества вредных выбросов и отходов, содержащих диоксины.
К биологическим технологиям относятся аэробная переработка органической
составляющей ТБО в компост, а также анаэробная переработка органических компонентов
анаэробными бактериями в биогаз (50% метан, 50% углекислый газ), используемый для
получения электроэнергии.
До сих пор не разработано универсального метода переработки ТБО, удовлетворяющего
требованиям экологии, экономики, ресурсосбережения и рынка.
Наиболее близким к предложенному является комплекс по переработке и обезвреживанию
отходов, содержащий последовательно расположенные участок сортировки и систему
анаэробного сбраживания (Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник. Под
ред. д.т.н. А. Н. Мирного, М., Академия коммунального хозяйства им. К.Д.Памфилова. 1997, стр.
253-254).
Недостатком известного комплекса является наличие оставшегося после отбора биогаза
балласта, содержащего токсичные вещества и не пригодного для дальнейшего
использования.
Техническим результатом предложенного комплекса является обеспечение получения
полезного конечного продукта переработки - почвообразующего материала, в котором
отсутствуют токсичные вещества.
Технический результат достигается тем, что комплекс по переработке и обезвреживанию
отходов, содержащий последовательно расположенный участок сортировки и систему
анаэробного сбраживания, снабжен системой детоксикации отходов, соединенной с
магистралью эвакуации шлама системы анаэробного сбраживания.
Кроме того, он может быть снабжен системой электрогенерации, включающей
преобразователь тепловой энергии в механическую и электрогенератор, а вход
преобразователя соединен с линией отвода биогаза системы анаэробного сбраживания.
Кроме того, он может быть снабжен системой разделения, нейтрализации и утилизации
выхлопных газов, соединенной с выхлопной линией преобразователя тепловой энергии в
механическую.
Кроме того, он может быть снабжен установкой для термической переработки отходов,
соединенной с магистралями эвакуации отбросов участка сортировки, и/или системы
анаэробного сбраживания, и/или системы детоксикации отходов и связанной с
электрической линией электрогенератора.
Кроме того, он может быть снабжен системой циркуляции и очистки дефеката, соединенной с
линиями отвода дефеката участка сортировки и системы анаэробного сбраживания.
Кроме того, участок сортировки может включать последовательно размещенные
транспортер, грохот, движущийся стол для ручной сортировки, магнитный сепаратор,
шредер и пресс, подрешетная секция грохота соединена с повторным грохотом, выход
которого соединен с аэровибросепаратором, линия отвода органических отходов которого
соединена с системой анаэробного сбраживания, а линия отвода неорганических отходов
включает магнитный и электромагнитный сепараторы для извлечения соответственно
черных и цветных металлов.
Кроме того, система для анаэробного сбраживания может включать по меньшей мере один
биореактор, линия отвода биогаза, соединенная с преобразователем тепловой энергии в
механическую соединена также через компрессор и теплообменник с барбатером
биореактора, а электрическая линия электрогенератора соединена с компрессором и
приводом мешалки биореактора.
Кроме того, система детоксикации отходов может включать последовательно размещенные
установку для обезвоживания отходов, по меньшей мере один смеситель-нейтрализатор с
системой подачи активированных гуминовых кислот, механизм эвакуации шлама из
смесителя-нейтрализатора и участок аэробной ферментации для получения почвогрунтовых
смесей.
Кроме того, линия отвода дефеката установки для обезвоживания отходов может быть
соединена с биореактором и с системой циркуляции и очистки дефеката.
Кроме того, система детоксикации отходов может дополнительно включать
последовательно размещенные между механизмом эвакуации шлама из смесителя-нейтрализатора
и участком аэробной ферментации систему реагентного перевода токсичных примесей
металлов в раствор и систему электрохимического и реагентного выделения металлов из
раствора в твердом виде.
Кроме того, установка для термической переработки отходов может включать
последовательно размещенные систему подачи отходов, сушильный барабан, топку и
электрическую печь для расплавления шлака, линия отвода дымовых газов топки соединена
с камерой дожигания, с которой последовательно соединены камера нейтрализации, камера
восстановления и фильтр.
На чертеже изображена схема комплекса по переработке и обезвреживанию отходов.
|
Комплекс по переработке и обезвреживанию отходов содержит последовательно
расположенные участок 1 сортировки и систему 2 анаэробного сбраживания. Система 3
детоксикации отходов соединена с магистралью 4 эвакуации шлама системы 2 анаэробного
сбраживания.
Система электрогенерации представляет собой дизельгенераторную установку и включает
преобразователь 5 тепловой энергии в механическую и собственно электрогенератор 6.
Вход преобразователя 5 соединен с линией 7 отвода биогаза системы 2 анаэробного
сбраживания.
Установка 8 для термической переработки отходов может быть соединена с любой из
магистралей 9, 10, 11 эвакуации отбросов участка 1 сортировки, системы 2 анаэробного
сбраживания и системы 3 детоксикации отходов.
Система 12 циркуляции и очистки дефеката соединена с линиями 13, 14, 15 отвода дефеката
участка 1 сортировки, системы 2 анаэробного сбраживания и системы 3 детоксикации
отходов.
|
Доставляемые мусоровозами на комплекс ТБО поступают на участок 1 сортировки и
загружаются в приемный бункер загрузочного питателя, откуда по транспортеру они
попадают во вращающийся грохот с крупными ячейками. Отходы крупной фракции из грохота
по ленточному транспортеру попадают на движущийся стол для ручной сортировки, где
вручную отбирают сухие отходы, имеющие потребительские свойства:
- бумагу, картон;
- пластмассы;
- алюминиевые банки;
- текстиль;
- стеклянные бутылки;
- ПЭТ бутылки.
Оставшиеся отходы с движущегося стола проходят под магнитным сепаратором, который
отделяет намагничиваемые отходы (магнитные металлы), которые попадают в металлопресс.
Остатки отходов измельчаются в шредере и попадают в пресс, где запрессовываются в кипы
без обвязки (при условии размещения установки дальнейшей переработки отходов в
непосредственной близости от линии сортировки) или с обвязкой в тюки.
Подрешетный продукт грохота из подрешетной секции попадает в повторный грохот, из
вращающегося сита которого он попадает на дополнительную сепарацию в
аэровибросепараторе с разделением на влажные органические отходы (пищевая органика) и
тяжелые неорганические (камни, стекло, металл, отсев и проч.) с примесью органических (кость).
Пищевая органика по линии 16 отвода органических отходов - ленточному транспортеру
попадает в систему 2 анаэробного сбраживания.
Неорганические отходы сепарируются на магнитном сепараторе (черные, металлы) и
электромагнитном сепараторе (цветные металлы).
Отбираемый из аэровибросепаратора загрязненный воздух проходит очистку в соединенном
с ним гидроциклоне, а отсев из гидроциклона поступает в систему анаэробного сбраживаия.
В системе 2 анаэробного сбраживания осуществляется биодеградация органической части
отходов.
Принцип переработки заключается в анаэробном сбраживании (биодеградации) отходов в
отсутствии воздуха с использованием естественной ассоциации микроорганизмов -
анаэробов. Под воздействием анаэробных штаммов бактерий происходит разложение
биомассы, продуктами которого являются водонерастворимый осадок - шлам и биогаз.
Основным технологически аппаратом данной системы является биореактор (ферментер) с
мешалкой, барботером и термостатирующей системой обогрева и охлаждения. Число
биореакторов определяется из условия обеспечения непрерывной выгрузки шлама.
Органические отходы проходят через роторный измельчитель и подаются в очередной
биореактор, туда же подается вода в необходимом количестве. Из полученной биосмеси
бактерии выделяют биогаз, который направляется в газгольдер и далее в дизельгенератор.
С целью активизации процесса биопереработки часть биогаза с помощью компрессора
прокачивается через теплообменник и при температуре 37oC барботирует через слой
биосмеси внутри биореактора.
Осевший по окончании цикла биопереработки шлам с помощью винтового насоса подается в
систему 3 детоксикации отходов. Для детоксикации используется основанный на последних
достижениях биофизических технологий метод обработки осадка активированными
гуминовыми кислотами (АГК). Введение в осадки АГК обеспечивает связывание тяжелых
металлов с полной потерей их подвижности, а следовательно, токсичности, деструкцию
органических экотоксикантов, вызывает процессы гуминизации осадков без их
минерализации.
Шлам из биореактора первоначально поступает в установку для обезвоживания отходов, в
основу работы которой положена технология механического обезвоживания осадков с
использованием синтетических флокулянтов и рамных отжимных прессов. Установка
позволяет получить осадки с влажностью не более 70%.
Система 3 детоксикации отходов включает два рамных фильтр-пресса с установленным на
выходе из них интенсивными смесителями-нейтрализаторами, накопительную емкость АГК с
системой подачи АГК в смесители-нейтрализаторы, механизм эвакуации шлама из смесителя-нейтрализатора
на участок аэробной ферментации для получения почвогрунтовых смесей и установку
приготовления водного раствора флокулянта.
Под совместным воздействием давления и флокулянта в фильтр-прессе происходит
разделение шлама на воду и кек. Вода (дефекат) направляется на повторное использование
в систему 2 анаэробного сбраживания для разбавления очередной порции органических
отходов при их загрузке в биореактор. Избыток воды поступает в систему 12 циркуляции и
очистки дефеката.
Отжатый консистентный остаток шлама (кек) биодеградации органической части отходов
поступает в смеситель-нейтрализатор, где смешивается в заданном соотношении с АГК,
подаваемыми из накопительной емкости с помощью шнекового транспортера и дозатора.
Далее обработанный АГК и нейтрализованный шлам с помощью трубного цепного
транспортера и ленточного конвейера подаются на участок аэробной ферментации для
дозревания почвенных смесей.
На участке аэробной ферментации при температуре окружающей среды в течение не более 8
дней происходят проветривание и ферментация почвообразующего материала,
обработанного АГК. Продуктом данного процесса является гуминизированный
почвообразующий материал, который смешивается с грунтом у потребителя для создания
почвогрунтовых композиций.
Для более полного извлечения из шлама тяжелых металлов система 3 детоксикации может
дополнительно включать систему перевода токсичных примесей металлов в раствор и
систему электрохимического и реагентного выделения металлов из раствора в твердом
виде. В этом случае шлам из смесителя-нейтрализатора поступает на обработку раствором
серной кислоты. При этом в раствор переходят все ионы тяжелых металлов. Более полное их
извлечение достигается методом противотока. Полученный раствор поступает на
доочистку в электролизатор, где образуются гидроксиды тяжелых металлов в твердом виде,
отфильтровываются и высушиваются.
На конечном этапе может применяться термическое обезвреживание остаточных шламов на
установке 8 для термической переработки отходов. Основу технологии "Пироксэл"
составляет сушка, пиролиз (сжигание), процесс высокотемпературной переработки
твердого остатка в электрической печи, химико-термическое обезвреживание дымовых
газов в камере дожигания, камере нейтрализации и камере восстановления, утилизацию
избыточного тепла отходящих газов и их окончательную очистку.
На установку 8 для термической переработки могут подаваться непереработанные отбросы
со всех участков комплекса: медицинские отходы с участка сортировки, какие-либо
отбросы с системы анаэробного сбраживания и системы детоксикации, а также привезенные
со стороны отбросы.
Смесь отходов подается в загрузочную воронку, снабженную системой шлюзов, и дальше
через сушильный барабан поступает в топку с наклонным подом для слоевого сжигания.
Горение происходит за счет собственной теплоты сгорания отходов, а также теплоты
горячего воздуха, поступающего в печь из воздухоподогревателя.
Сжигание органической части отходов интенсифицируют, подавая в топку нагретый воздух
(400oC). Несгоревшая минеральная часть отходов пересыпается из топки по наклонному
поду в электрическую печь, представляющую собой ванну жидкого шлака. Твердый остаток
сжигания расплавляют в шлаковой ванне, корректируют его состав путем введения
минеральных добавок и получают в результате товарный нетоксичный шлак, который
используется в строительстве.
Шлаковый расплав нагревают до температуры 1400-1500oC электрическим током через один,
два или три графитовых электрода. В расплаве зольный остаток расслаивается на шлак и
металл, периодически выпускаемые из соответствующих леток.
Дымовые газы, образующиеся в топке, обезвреживаются в трехступенчатом реакторе в
процессе термохимической реагентной очистки. Дожигание окиси углерода и остаточного
углерода осуществляется при температуре 1200oC. В камеру дожигания подается
воздушное дутье, а в случае переработки низкокалорийных отходов - природный газ. Кислые
составляющие нейтрализуются в камере нейтрализации путем впрыскивания в реакционный
объем содового раствора.
Оксиды азота NOx восстанавливаются на 85% в специальной камере восстановления в
присутствии карбамида.
Контроль и поддержание температуры потока газов осуществляется в камерах постоянно.
Диоксины и фураны практически полностью уничтожаются в камере дожигания за счет
высокой рабочей температуры.
В системе утилизации тепла и пылегазоочистки предусмотрены операции подогрева
технологического воздуха, охлаждение дыма перед подачей на фильтр с утилизацией тепла
или без нее и очистка дыма от пыли.
Дефекат, образующийся на всех стадиях переработки отходов, поступает в систему 12
циркуляции и очистки дефеката, дающую на выходе техническую воду, используемую на
различных участках комплекса.
Дизельгенератор (преобразователь 5 тепловой энергии в механическую + электрогенератор
6), работающий на биогазе, вырабатываемом в системе 2 анаэробного сбраживания,
вырабатывает тепло и электроэнергию, расходуемые на нужды комплекса, а именно для
питания электроприводов участка сортировки, мешалки биореактора и компрессора в
системе 2 анаэробного сбраживания, а также электродов электрической печи установки 8
для термической переработки отходов.
Предлагаемый комплекс позволяет исключить вывоз мусора на полигоны, получить
максимальный выход продукции в виде товарных продуктов и стандартного вторсырья,
использовать производимый биогаз для переработки в электроэнергию для внутреннего
потребления на комплексе, исключает необходимость захоронения ТБО.
Комплекс может размещаться как на действующем полигоне ТБО, так и в производственных
помещениях городской промышленной зоны, поскольку полностью отсутствуют вредные
выбросы.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Комплекс по переработке и обезвреживанию отходов, содержащий последовательно
расположенные участок сортировки и систему анаэробного сбраживания, отличающийся тем,
что он снабжен системой детоксикации отходов, соединенной с магистралью эвакуации
шлама системы анаэробного сбраживания.
2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой электрогенерации,
включающей преобразователь тепловой энергии в механическую и электрогенератор, а вход
преобразователя соединен с линией отвода биогаза системы анаэробного сбраживания.
3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что он снабжен системой разделения, нейтрализации и
утилизации выхлопных газов, соединенной с выхлопной линией преобразователя тепловой
энергии в механическую.
4. Комплекс по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен установкой для
термической переработки отходов, соединенной с магистралями эвакуации отбросов
участка сортировки, и/или системы анаэробного сбраживания, и/или системы детоксикации
отходов и связанной с электрической линией электрогенератора.
5. Комплекс по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен системой циркуляции и
очистки дефекта, соединенной с линиями отвода дефекта участка сортировки и системы
анаэробного сбраживания.
6. Комплекс по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что участок сортировки включает
последовательно размещенные транспортер, грохот, движущийся стол для ручной
сортировки, магнитный сепаратор, шредер и пресс, подрешетная секция грохота соединена
с повторным грохотом, выход которого соединен с аэровибросепаратором, линия отвода
органических отходов которого соединена с системой анаэробного сбраживания, а линия
отвода неорганических отходов включает магнитный и электромагнитный сепараторы
извлечения черных и цветных металлов.
7. Комплекс по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что система анаэробного сбраживания
включает, по меньшей мере, один биореактор, линия отвода биогаза, соединенная с
преобразователем тепловой энергии в механическую, соединена также через компрессор и
теплообменник с барбатером биореактора, а электрическая линия электрогенератора
соединена с компрессором и приводом мешалки биореактора.
8. Комплекс по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что система детоксикации включает
последовательно размещенные установку для обезвоживания отходов, по меньшей мере,
один смеситель-нейтрализатор с системой подачи активированных гуминовых кислот,
механизм эвакуации шлама из смесителя-нейтрализатора и участок аэробной ферментации
для получения почвогрунтовых смесей.
9. Комплекс по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что линия отвода дефеката установки
для обезвоживания отходов соединена с биореактором и системой циркуляции и очистки
дефеката.
10. Комплекс по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что система детоксикации включает
последовательно размещенные между механизмом эвакуации шлама из смесителя-нейтрализатора
и участком аэробной ферментации систему реагентного перевода токсичных примесей
металлов в раствор и систему электрохимического и реагентного выделения металлов из
раствора в твердом виде.
11. Комплекс по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что установка для термической
переработки отходов включает последовательно размещенные систему подачи отходов,
сушильный барабан, топку и электрическую печь для получения шлака, линию отвода
дымовых газов, соединенную с камерой дожигания, с которой последовательно соединены
камера нейтрализации, камера восстановления и фильтр.
Версия для печати
Дата публикации 19.02.2007гг
вверх
|
