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 и 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 и 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 и 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 37^oC 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 и 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 и теплоты горячего воздуха, поступающего в печь из воздухоподогревателя.

Сжигание органической части отходов интенсифицируют, подавая в топку нагретый воздух (400^oC). 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 1400-1500^oC 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 1200^oC. 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 NO_x 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 и 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 и 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

---

---