Гидросспарация при переработке ТБО

Метод гидросепарации — это способ очистки и отделения материалов, пригодных к вторичной переработке. Благодаря технологии гидросепарации из общей массы отходов отделяются металл, пластик, бумага, стекло и некоторые другие материалы.

Вторсырье, поступившее для сортировки и переработки, погружают в специальные емкости с проточной водой.

Происходит первая фаза деления на фракции — тяжелую и легкую. Тяжелая фракция погружается на дно емкости — это, как правило, металлы. После сортировки металлы утилизируются. Легкая, нетонущая фракция — это пластик, его собирают с поверхности при помощи установки, подающей мощную струю воздуха. Органическая фракция отфильтровывается и поступает для переработки в биореактор. Отходы, не подлежащие утилизации, уничтожают. Преимущества гидросепараторного метода:

• • более низкая стоимость производственного процесса сортировки и утилизации;
• • отсутствие какого-либо неприятного запаха на перерабатывающем предприятии;
• • технология процесса нетоксична и не загрязняет окружающую среду;
• • возможность утилизации несортированных ТБО составляет 80% (в то время как альтернативные технологии позволяют утилизировать только 50%);
• • стоимость строительства комплекса в 1,5 раза ниже, чем возведение мусоросжигательного завода.

Из приемного бункера пластинчатым питателем ТБО подают в заполненный водой смесительный резервуар «гидро- пульпатор». Отходы в нем интенсивно перемешиваются мешалками и частично измельчаются. Пульпа (шлам) направляется в сепаратор, где отделяются крупный металлолом и балласт, и далее в циклон, в котором отделяются стекло, песок и мелкие фракции металла. В следующем аппарате — гидроциклоне отделяются текстиль, бумага и другие волокнистые фракции. Затем их обезвоживают и укладывают в кипы.

После этих операций из пульпы отделяют осадок, пригодный для компостирования. Полный цикл переработки длится 90 мин. Очищенную воду возвращают в гидроиульиатор. При такой технологии нет необходимости в последующей очистке компоста от балластных фракций. На опытном заводе из ТБО извлекалось 13% бумажной массы, 4% стекла, 9% черных и 0,3% цветных металлов. Учитывая трудности сбыта бумажной массы, с экономической точки зрения предпочтительнее использовать волокнистые фракции после обезвоживания для производства гранулированного топлива.

Аэросепарация — это процесс обогащения в движущейся газовой (воздушной) среде, основанный на использовании различий в плотности компонентов и их скорости витания.

Аэросепарацию (пневмосепарацию) применяют при обогащении полезных ископаемых (угля, асбеста) и техногенного сырья (ТБО, дробленого электрокабелыюго лома — удаление неметаллических компонентов, дробленого демеркуризованного стеклобоя, отработанных ртутных ламп, других отходов). Аэросепарация эффективна для обеспыливания материалов, выделения тонких классов крупности при сухом измельчении строительных материалов (воздушный сепаратор работает в замкнутом цикле с аппаратом измельчения).

При обогащении ТБО аэросепарацию применяют для разделения потока отходов на легкую и тяжелую фракции (это необходимо прежде всего по условиям технологии извлечения металлов), а также для выделения горючих компонентов с целью последующей термической переработки (в принципе возможна не только энергетическая утилизация легких компонентов) и для очистки от примесей компоста, полученного из ТБО.

При аэросепарации ТБО в легкую фракцию переходят макулатура, полимерная пленка, некоторые текстильные компоненты (в основном синтетические), уличный смет и т.н. Рекомендуемая крупность аэросепарации ТБО — 250 мм.

Теоретические основы процесса. На поведение легких компонентов ТБО в процессе аэросепарации решающее влияние оказывает подъемная аэродинамическая сила — равнодействующая всех сил (нормальных и тангенциальных), распределенных, но поверхности частицы, находящейся в воздушном потоке. Аэродинамическая сила зависит от параметров как частиц (форма, размеры, состояние поверхности, положение в потоке), так и воздушного потока и пневмосепарирующей системы в целом (скорость воздуха и ее направление, турбулентность, равномерность скоростного потока, ширина струи).

Расчет скорости воздуха, обеспечивающей разделение ТБО на две фракции — легкую и тяжелую, можно производить приближенно по скорости витания компонентов легкой фракции, определяемой графоаналитическим методом.

На одиночную частицу, падающую в воздушной среде, действуют:

• сила тяжести, направленная вниз и определяемая объемом V и плотностью р_т твердой частицы:

• сила аэродинамического сопротивления среды F_c, направленная вверх, которая выражается квадратичным законом сопротивления Ньютона:

где V — объем частицы (компонента), м³; р_ти р_и — плотности соответственно компонента и воздуха, кг/м³; С_а — коэффициент лобового сопротивления (аэродинамический коэффициент сопротивления воздуха движению частицы); W" - скорость витания компонента, м/с; /_х — характерный линейный размер компонента, м.

Под скоростью витания понимают конечную скорость, которую приобретает частица (компонент) при свободном падении, когда силы тяжести и сопротивления среды уравновешиваются.

Из условия равновесия сил F_T и F_c:

где 8, — толщина пленочного материала (например, макулатуры, полимерной пленки), м.

Для определения скорости витания необходимо вычислить коэффициент лобового сопротивления С_а, характеризующий способность частицы сопротивляться воздушному потоку и в общем случае зависящий от критерия режима движения Re, от фактора К, учитывающего влияние формы частицы (а_т, /_т), концентрации частиц р и геометрических ха;

L L

рактеристик аппарата L и частиц — и -г:

а также от положения компонента в потоке воздуха (от его ориентации по отношению к направлению движения). Однако в основном значение С_а определяется критерием режима движения и является функцией числа Рейнольдса Re, которое характеризует режим движения тел в жидкой среде (турбулентный или ламинарный) и соответственно преобладание того или иного вида сопротивления (динамического сопротивления среды или сопротивления вязкости среды).

Исходя из подобия физических явлений в движущейся жидкости и газе и их воздействия на обтекаемые ими тела, коэффициент сопротивления С_а можно выразить в виде критериальной зависимости от числа Рейнольдса:

где р_и — коэффициент вязкости воздуха.

Для определения скорости витания W_B с использованием числа Рейнольдса Re можно применить графический метод П. В. Лященко, который для практических расчетов ввел параметр Re²C_i[ и построил диаграмму зависимости Re²C_B от Re (рис. 18.13). Пользуясь графиком, по найденному значению /te²C_a определяют Re и по нему вычисляют скорость W_B.

Пользуясь установленными зависимостями, определяем параметр Re²C_A = f (Re) и по диаграмме Лященко находим число Рейнольдса, с помощью которого вычисляем скорость витания:

При аэросепарации используются два основных способа разделения компонентов: в горизонтальном потоке воздуха,.

Рис. 18.13. Диаграмма Лященко

когда направление воздуха перпендикулярно действующей на компоненты силе тяжести, и в вертикальном, когда направление воздуха противоположно направлению действующей на компоненты силе тяжести. В аэросепараторе компоненты легкой фракции транспортируются воздухом соответственно в горизонтальном или вертикальном направлении.

Выражения для определения теоретической рабочей скорости воздуха в процессе аэросепарации имеют вид:

• в вертикальном потоке воздуха:

• в горизонтальном потоке воздуха:

где / — смещение частиц в горизонтальном потоке воздуха, равное примерно 20/.,., м; h — высота рабочей зоны сепарации, м.

Расчетом по двум последним выражениям получены значения теоретической рабочей скорости воздуха для сепарации ТБО в вертикальном потоке 5 м/с, в горизонтальном — 2,5 м/с. Практически для обеспечения эффективности процесса разделения ТБО на две фракции — легкую и тяжелую — скорость воздуха должна быть увеличена в 1,5—2 раза.

По конструкции аэросепараторы могут быть выполнены как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении. На рис. 18.14 приведена конструкция аэросепаратора для разделения ТБО в горизонтальном потоке воздуха.

Рис. 18.14. Аэросспаратор для сортировки ТБО в горизонтальном потоке воздуха:

1 — вентилятор; 2 — загрузочный бункер; 3 — вибропитатель; 4 — система рециркуляции воздуха; 5 — циклон; 6,9 — подвижные перегородки; 7 — перегородка; 8, 10, 11 — сборники материала

Аэросепаратор, приведенный на рис. 18.14, снабжен системой циркуляции воздуха 4 и камерой в виде трубы с загрузочным бункером 2, в который измельченный материал подается вибропитателем 3. Материал, подхваченный горизонтальным потоком воздуха от вентилятора 1, разделяется на три фракции и удаляется в сборники 8, 10 и 77, а наиболее легкие компоненты выносятся в циклон 5. Для регулирования сепарации внутри камеры между разгрузочными отверстиями установлены подвижные перегородки 6 и 9. Изменением высоты перегородки 7 регулируется вынос мелких частиц в циклон 5.