Полигонное захоронение твердых бытовых отходов в брикетах высокой прочности


В статье описывается количественное выделение фильтрата, инфильтрата и биогаза с тела полигона при различных методах захоронения ТБО. Так же в статье рассказывается о работе пресса, методом проходного раструбного прессования.

Ключевые слова: Захоронение ТБО; фильтрат; биогаз; инфильтрат;

Одним из самых распространенных способов уничтожения отходов в Российской Федерации, остается захоронение на полигонах. Ежегодно на территории Московской области образуется около 5 млн. тонн твердых бытовых отходов (ТБО), которые вывозятся для захоронения на полигон в несортированном виде. Кроме того, на полигонах ТБО Московской области размещаются отходы из города Москвы в количестве 4,2 млн. тонн, так же без выделения вторичного сырья [3, с.18].

В это же время ситуация осложняется острой нехваткой площадей под новые полигоны, тогда как значительна часть полигонов заметно перегружена и не отвечает нормам экологической безопасности.

Одним из основных методов уменьшения объема твердых бытовых отходов (ТБО), является прессование в блоки высокой прочности с целью рационального использования как транспорта, перевозящего отходы, так и объема отходов на объектах их полигонного захоронения. На мусороперерабатывающих предприятиях процесс прессования ТБО неразрывно связан с дополнительными действиями по армированию сформованных блоков методом обвязки. Спрессованные отходы дают меньшее количество фильтрата (инфильтрата) и газовых выбросов, при этом снижается вероятность возникновения пожаров, эффективнее используется площадь полигона.

Во всех странах мира применяется прессование, в котором механическая прочность блоков при транспортировке и при перегрузках для захоронения, обеспечивается путем их прошивки и обвязки металлической проволокой, что приводит к повышению концентрации железа в фильтрате (инфильтрате) полигонов [3, с. 19]. При этом безвозвратно расходуются материальные и энергетические ресурсы, которые можно исключить при создании столь прочного брикета, для которого можно исключить стадию прошивки. Такой технологический прием значительно усложняет процесс переработки ТБО и увеличивает себестоимость процесса прессования. Для обвязки брикета применяется проволока d=3,0-3,5 мм, норма расхода на один брикет длиной 1 м. При обвязке ТБО в год общая потребность проволоки на год составляет 906 т.

В связи с несовершенством существующих технологий указанные ранее обстоятельства делают актуальной техническую задачу повышения эффективности процесса прессования отходов, при которой обеспечивается получение блоков ТБО требуемой плотности и прочности (исключающих операцию обвязки) с сохранением на прежнем уровне мощностных ресурсов действующих установок.

Реализация данной идеи возможна при модификации метода раструбного послойного прессования в прессе, имеющем свободный выход. Однако, как следует из экспериментов [1, с.34-35], большое различие физико-механических свойств компонентов ТБО приводят к образованию неоднородности блока и его самопроизвольному разрушению без обвязки при транспортировке. Для предотвращения этого явления предлагается порционная загрузка и послойное прессование с давлением, от 60 до 80 МПа при которой снижает удельный объем прессования ТБО в среднем на 25-30 %.

Пресс имеет гидравлический привод, состоящий из двух насосов: высокого и низкого давления. Для послойного прессования необходим многоходовой процесс с весовой дозировкой. Поперечное сечение камеры прессующего узла выполнено значительно меньше (в 2,5-3 раза) проходного сечения пресса. Причем данный процесс протекает наиболее эффективно, если между поверхностями торцевого конуса пуансона и раструба образован прямой угол.

Конструкция торца пуансона в виде выпуклого конуса способствует интенсивному перераспределению слоев прессуемых отходов, как в осевом, так и в радиальном направлениях, и, как следствие, образованию прочной, однородной структуры блока [2, с.2-3].

Пуансон, совершая рабочий ход, перемещает массу в замкнутое пространство камеры и прессует ее. Когда давление прессования уравновешивается, происходит сдвиг спрессованной порции отходов вдоль камеры и его вытеснение в раструб. Здесь материал, находясь под давлением, подвергается интенсивным сдвиговым деформациям в осевом направлении, образуя необходимую плотность и прочность прессуемого блока. В процессе прессования масса перемещается в узел пресса, где формируется по профилю его поперечного сечения.

Крайнее положение рабочего хода пуансона определяется совмещением его торца с меньшим основанием раструба. Пуансон возвращается в исходное положение и цикл прессования повторяется.

В результате получаемые на предлагаемом устройстве блоки обретают повышенную плотность (до 1500 кг/м3) и прочность, что обеспечивает сохранение их целостности при транспортировании и захоронении и исключает необходимость их обвязки. Это позволит в перспективе отказаться от используемого ранее в больших количествах обвязочного материала, повысить экономичность процесса прессования ТБО и снизить себестоимость производства блоков.

Были проведены исследования по определению внутреннего водного баланса выхода фильтрата по вариантам с насыпной плотностью ТБО 190, 1000 и 1500 кг/м3 Результаты данного исследования представлены в виде графиков на рис. 1-3.

внутренний водный баланс полигона тбо

Рисунок 1 Внутренний водный баланс полигона ТБО

водный баланс инфильтрата на полигоне тбо, за счет выделения атмосферных осадков

Рисунок 2 Водный баланс инфильтрата на полигоне ТБО, за счет выделения атмосферных осадков

водный баланс фильтрата на полигоне, при различных методах захоронения тбо

Рисунок 3 Водный баланс фильтрата на полигоне, при различных методах захоронения ТБО

Общий водный баланс фильтрата с полигона (рис.3) представляет собой объем избыточной влаги, который может выделиться из тела полигона в виде фильтрата, и определяется как сумма внутреннего водного баланса (рис. 1) и объемов инфильтрата атмосферных осадков в тело полигона (рис.2).

Отрицательное значения внутреннего водного баланса (дефицит влажности) означает, что насыщение пор влагой за счет прессования и биохимической деструкции отходов не достигает значений предельной влагоемкости отходов, поэтому при отсутствии дополнительного поступления влаги в виде выделяемых атмосферных осадков (инфильтрата) отсутствует на протяжении практически всего периода размещения отходов на данном участке полигона.

Захоронение ТБО насыпным способом на полигоне:

    - Органическое вещество на сухую массу 70-80 %; - Влажность 60 %; - Плотность 190 кг/м3;

Фильтрат содержит загрязнения, характеризуемые следующими показаниями, мг/л:

    - Химическая потребность в кислороде (ХПК) - 1500-51 тыс.; - Биохимическое потребление кислорода (БПК) - 1500-4800; - Сульфаты - 650-2900; - Хлориды - 650-2900; - Железо - 200-1700.

Брикеты с повышенной прочностью, которым не нужна дополнительная стадия прошивки, обладают насыпной плотностью более 1,5 т/м3, влажность не более 35 %, так как происходит большое влагоудаление при прессовании коническим пуансоном. Пористость таких брикетов низкая, поглощение атмосферных осадков минимально.

В толще тела полигона, под воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный процесс распада органической составляющей ТБО. Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную объемную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Биохимическое разложение и химическое окисление материала насыпного полигона - 190 кг/м3 который всегда сопровождаться образованием очагов выделения тепла с повышением температур от 25 до 75°С, т. е. возможно самовозгорание отходов, а также постоянным тлением внутри тела полигона.

Так же были, проведены расчетно-теоретические исследования по общему количеству выделения биогаза в результате биоразложения (рис.4) кг/год на 1 т ТБО.

общее выделение биогаза с полигона тбо

Рисунок 4. Общее выделение биогаза с полигона ТБО

Анализ результатов приведенных экспериментов показывает что, для повышения экологической безопасности полигонов ТБО необходимо захоронение плотных блоков ТБО с повышенной прочностью (1500 кг/м3) без обвязки, что благоприятно скажется на окружающей обстановке и отдельных факторах, характеризующих полигон, как сложное инженерное сооружение.

Твердый бытовой отход

Список литературы

    1. Гонопольский А. М., Ермакова Л. С. Исследование физико-механических характеристик ТБО при их компактировании безобвязочным методом в крупногабаритные блоки // Химическое и нефтегазовое машиностроение - 2012. - №2. - С.34-36. 2. Гонопольский А. М., Ермакова Л. С. Исследование технологических параметров процесса безобвязочного компактирования блоков ТБО // Журнал Экология и промышленность России - 2012. - № 4. С.2-3. 3. Ермакова Л. С., Гонопольский А. М. Безобвязочная технология компактирования твердых бытовых отходов в крупногабаритные блоки // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2010. - № 11. С.18.

Похожие статьи




Полигонное захоронение твердых бытовых отходов в брикетах высокой прочности

Предыдущая | Следующая