Лекція 14-16 Характеристика твердих промислових відходів

З розвитком гірничодобувної, металургійної й іншої галузей промисловості на території багатьох міст України стали розміщатися відвали розкривних і шахтних порід, шлаків, шламосховища. Так, наприклад, у Донецьку маються численні терикони відвальних порід вугільних шахт, у Маріуполю — відвали шлаків, шламосховища, у Харкові — відвали горілої формувальної землі, шламосховища. У той же час виробничі відходи є багатим джерелом дешевої сировини, зокрема для виробництва будівельних матеріалів.

Промислові відходи утворяться при видобутку корисних копалин, їхньому збагаченні, переробці сировинного концентрату і використанні готового продукту (рисун)

Умовні позначення:

рух ТПВ

рух вторинних матеріальних ресурсів;

рух первинних матеріальних ресурсів, які можуть бути замінені вторинними;

забруднення НС, в результаті утворення, збирання, транспортування, утилізації та видалення ТПВ.

Схема руху матеріальних потоків у сфері поводження з відходами

Класифікація твердих промислових відходів здійснюється по наступних ознаках:

Ø по галузях промисловості - відходи паливної, металургійної, хімічної і інших галузей;

Ø по конкретних виробництвах - відходи сірчанокислого, содового, фосфорнокислотного і інших виробництв;

Ø по агрегатному стану - тверді, рідкі, газоподібні;

Ø по горючості - горючі і негорючі;

Ø по методах переробки;

Ø по можливостях переробки - вторинні матеріальні ресурси (ВМР), які переробляються або планується надалі переробляти, і відходи, які на даному етапі розвитку економіки переробляти недоцільно;

Ø по небезпеці - промислові відходи підрозділяються на чотири класи небезпеки:

Клас небезпеки відходів встановлюється залежно від вмісту в них високотоксичних речовин розрахунковим методом або згідно переліку відходів, приведеному в Державному класифікаторі відходів. На всі види відходів розробляється технічний паспорт згідно Міждержавному стандарту ДСТУ-2195-93, дія якого розповсюджується на 10 країн СНД.

Методи підготовки і переробки твердих промислових відходів

Для утилізації і знешкодження промислових відходів найпоширенішими є наступні методи підготовки і переробки відходів: подрібнення розмірів кусків, укрупнення розмірів частинок, класифікація і сортування, збагачення, термообробка, вилуговування, обезводнення (рис ).

Подріблення відходів. Тверді відходи як органічні, так і неорганічні можна подрібнювати до потрібного розміру роздавлюванням, розколюванням, розламуванням, різанням, розпилюванням, стиранням і різними комбінаціями цих способів.

Залежно від властивостей і размеру шматків, початкового матеріалу і кінцевого продукту застосовують різне устаткування, що працює за описаними вище принципами. Основними методами подрібнення є дроблення і помол. Іноді, якщо необхідно подрібнювати дуже крупні відходи, їх заздалегідь ріжуть на дрібні шматки, які надалі подрібнюють на стандартному устаткуванні.

Для дроблення використовують щічні, конусні, валкові, роторні дробарки різних типів. Розмір шматків до дроблення може складати від 1000 до 20 мм. після дроблення 250-1 мм. Помол матеріалів крупністю 1-5 мм здійснюють мокрим і сухим способами за допомогою мельніц різного типу. Розмір фракцій після подрібнення може складати 0,1-0,001 мм.

Методи підготовки і переробки відходів

Укрупнення розмірів частинок використовують при підготовці до переплавки дисперсних відходів чорних і кольорових металів, при утилізації пластмас, сажі, пилу, при переробці в будівельні матеріали відходів збагачення і інших ВМР. Укрупнення розмірів мелкодисперсних матеріалів здійснюють методами грануляції, таблетування, брикетування, високотемпературної агломерації.

Грануляцію здійснюють окатуванням і пресуванням в грануляторах різних конструкцій. Продуктивність цих апаратів і характеристики грануляторов залежать від властивостей початкових матеріалів, вживаних зв'язуючих, конструктивних чинників.

Таблетування відходів здійснюють за допомогою таблеточних машин різних типів, принцип дії яких заснований на пресуванні матеріалів, що дозуються, в матричні канали. „Таблетки” випускають у вигляді циліндрів, сфер, дисків, кілець і т.п.

Брикетування застосовують з метою додання відходам компактності, зменшенні їх об'єму, поліпшення умов транспортування, зберігання. Брикетування здійснюють за допомогою пресів різних конструкцій. Наприклад, брикетування деревних відходів підвищує теплоту згорання тирси і стружок. Щільні брикети можна використовувати як тверде паливо. Пресування металевої стружки приводить до зниження втрат металу.

Високотемпературну агломерацію здійснюють за допомогою агломераційних машин і використовують при укрупненні дисперсних залізомістящих відходів: окалини, пилу, шламів, піритових огарків. Для проведення агломерації на основі таких ВМР, готують шихту, що включає тверде паливо, концентрат, флюси, відходи. При горінні палива відбувається спікання мінеральних компонентів шихти. Спечений концентрат дроблять до потрібних розмірів, просівають, дрібні фракції повертають на агломерацію.

Класифікацію і сортування по фракціях здійснюють просіванням і грохоченням шляхом використовування різних конструкцій сит, грат, грохотів; гідравлічної і повітряної сепарації за допомогою гідроциклонів, спіральних класифікаторів.

Збагачення здійснюють виділенням одного або декількох компонентів із загальної маси відходів. Найпоширенішими є гравітаційні, флотаційні, електричні і магнітні способи збагачення.

Гравітаційні способи збагачення засновані на відмінності густини і швидкості падіння частинок збагаченого матеріалу в рідкому або повітряному середовищі. Ці методи розділяють на промивку, збагачення відсадженням, у важких суспензіях, в перемешуючихся по похилих поверхнях потоках.

Флотаційні способи засновані на різній змочуваності поверхонь частинок водою. Тонкоподрібленні відходи обробляють водою, до якої додають флотаційні реагенти, що підсилюють відмінність в змочуваності частинок рудного мінералу і порожньої породи. Як реагенти використовують масла, жирні кислоти і їх солі, меркаптани, аміни і ін.

Ефект розділення флотацією залежить від насичення води пузирьками повітря, прилипаючими до зерен тих мінералів, які погано змочуються, стаючи легшими, вони виносяться на поверхню, відділяючись від добре змочуваних частинок. Залежно від характеру насичення води повітрям розрізняють напірну, барботажную (пінну), електричну, біологічну і хімічну флотацію.

Магнітні способи збагачення засновані па розділенні матеріалів по магнітних властивостях. Їх застосовують в тому випадку, якщо відходи містять металеві включення. Матеріали заздалегідь подрібнюють, класифікують, деякі обпалюють. Збагачення матеріалів величиною до 3 мм проводять сухим способом, дрібніші 3 мм - мокрими. Використовують магніті сепаратори різних типів.

Електричні способи збагачення засновані на відмінності електрофізичних властивостей матеріалів, що розділяються. Такими способами збагачують рудну сировину, відходи, що містять домішки кольорових металів, формувальні суміші, піски для скляної промисловості. Для цих цілей використовують електричні сепаратори. При контакті з поверхнею зарядженого металевого електроду частинки збагаченого матеріалу одержують заряд, величина якого залежить від електропровідності частинок. Наелектризовані частинки направляють в електричне поле, де відбувається їх сепарація.

Термічні методи переробки і знешкодження відходів. До них відносяться піроліз, газифікація, вогняний метод знешкодження і переробки відходів.

Піроліз є процесом розкладання органічних сполук під дією високих температур за відсутності або недостачі кисню. В результаті піролізу утворюється піролізний газ, смоли і твердий вуглецевий залишок (сажа, активоване вугілля і ін.).

Кількість і якість продуктів піролізу залежить від складу відходів і температури процесу. Залежно від температури розрізняють три види піролізу:

1. низькотемпературний піроліз (450-550° З), при якому досягається максимальний вихід смол і твердого залишку, а також мінімальний вихід піролізного газу з високою теплотою згорання;

2. среднетемпературний піроліз (до 800° З), при якому вихід газу збільшується при зменшенні його теплоти згорання, а вихід смол і твердого залишку зменшується;

3. високотемпературний піроліз (900-1050° З), при якому вихід рідких продуктів і твердого залишку мінімальний, а вихід піролізних газів з невисокою теплотою згорання максимальний.

Розроблені і інші методи високотемпературного піроліза при температурах до 1700⁰С.

Піролізу піддають відходи пластмас, гуми, шлами нафтопереробки і ін.

В даний час відомо більше 50 систем по піролізу відходів, відмінних один від одного видом відходів, що переробляються, температурою процесу і конструктивними рішеннями установок.

Продукти піроліза можуть широко використовуватися в народному господарстві.

Основними компонентами піролізного газу є водень, метан і оксид вуглецю. Піролізний газ має переваги перед природним, оскільки не містить з'єднань сірки.

Твердий продукт піролізу - сажу використовують у виробництві гумотехнічних виробів, пластмас, друкарських фарб, пігментів. Інертні матеріали, наприклад, розплавлений шлак, гранулюють і використовують в промисловості будівельних матеріалів.

Газифікація є термохімічний високотемпературний процес взаємодії органічних сполук з газифікуючими агентами, внаслідок чого органічні сполуки перетворюються на горючий газ. Як газифікуючі агенти застосовують повітря, водяну пару, діоксид вуглецю, а також їх суміші.

Процеси піроліза набули більше поширення, ніж газифікація.

Вогняний метод знешкодження і переробки відходів полягає в спалюванні горючих відходів і вогняній обробці негорючих відходів високотемпературними продуктами згорання палива. Ці методи включають переплавку, наприклад, металобрухту, відходів термопластів, відвальних металургійних шлаків, випалення піритових огарків і залізомістящих шламів, спікання гальванічних шламів.

Метод вилужування заснований на витяганні одного або декількох компонентів з комплексного твердого матеріалу шляхом їх виборчого розчинення в рідині - екстрагенті (розчиннику). Цей метод використовується при витяганні металів із шлаків, піритових огарків, відходів гірничодобувної промисловості; при витяганні лігніну з деревних відходів і т.д.

Залежно від характеру физико-хімічних процесів, що протікають при вилужуванні, розрізняють просте розчинення і вилужування з хімічною реакцією. Швидкість вилужування залежить від концентрації реагентів, температури, інтенсивності перемішування, величини поверхні твердої фази і інших чинників.

Механічному обезводненнюпіддаються опади побутових і промислових стічних вод, гальванічні шлами і інші водонасичені відходи, утворені в мокрих технологічних процесах. Часто такі відходи є складнорозділяючимися суспензіями. Для поліпшення водовіддачі проводить попередню обробку їх реагентнимм і безреагентними способами. Як реагенти використовують вапно, солі заліза, алюмінію. Основними недоліками реагентного способу обробки є висока вартість і дефіцитність реагентів, а також корозійна дія їх на устаткування.

Безреагентная обробка відходів передбачає заморожування і відтавання, теплову обробку, введення до складу відходів тирси і ін. При заморожуванні і відтаванні зв'язана вода переходить у вільну і відділяється від твердої фази. Теплова обробка полягає в нагріванні відходів до температури 170-200° С, при цьому частина органічної речовини розпадається, осад ущільнюється і краще віддає воду. Основними методами механічного обезвожування відходів є фільтрування, центрифугування і пропуск через гидроциклон.

При фільтруванні відходів звичайно використовують вакуум-фільтри і фільтр-преси. Фільтруючим середовищем є фільтрувальна тканина і шар осаду, прилипаючий до тканини і створюючий в процесі фільтрування додатковий фільтруючий шар, який і забезпечує затримання найдрібніших частинок суспензії. Найбільше поширення набули барабанні вакуум-фільтри. Окрім барабанних, застосовуються стрічкові, дискові вакуум-фільтри, а також фільтр-преси, віброфільтри. Центрифугування забезпечує високий ступінь обезводнення. Промисловість випускає різні типи центрифуг, вживані для різних відходів. Для згущування і обезводнення осадів на очисних спорудах середніх і малих підприємств набули поширення гідроциклони, які застосовуються, як правило, в комбінації з бункерамі-ущільнювачами

Лекція 17-18 Технологія складування твердих відходів

Залежно від стану твердих відходів, що утворюються, розрізняють гідравлічний (мокрий) і сухий способи складування.

Гідравлічний спосіб застосовують для відходів, що утворюються при мокрому способі збагачення; пилу, золи ТЕС, уловлюваних мокрим способом; шламів і інших промислових відходів, що знаходяться в насиченому водою стані. Цей спосіб полягає в транспортуванні відходів (пульпи) по трубопроводах (пульповодам) за допомогою насосів і випуску її в сховищі.

Пульпою називається суміш твердих частинок і води. Основною характеристикою її є консистенція - співвідношення маси твердих частинок і рідини (Т:Р ). Т:Р залежить від типу відходів, технології утворення і може коливатися у великих межах, наприклад, від 1:1 до 1:30 і більше.

Сховища відходів є гідровідвали, хвостосховища, шламосховища, шламонакопичувачі і т.д. Залежно від топографічних умов місцевості розрізняють наступні типи сховищ: балочні, заплавні, косогорні, рівнинні, котлованні..Балочні сховища влаштовують в балках або ярах перегороджуванням їх греблею або дамбою, заплавні і косогорні - огорожею греблями з двох-трьох сторін залежно від рельєфу, рівнинні сховища захищають по периметру.

Рисунок - Типи сховищ відходів:

а) балочне; б) рівнинне; в) заплавне; г) косогорне

4 - гребля; 2 - надводний пляж; 3 - ставок-відстійник;4- водоскидний колодязь;

5- водоспусковий колектор; 6 - канава; 7 - плавуча насосна станція

Заповнення хвостосховищ може бути одностороннім і кільцевим. При односторонньому скидання пульпи походить від греблі до берегів, при кільцевому - по периметру греблі (мал. 8.8).

Рисунок. Схеми заповнення сховища:

а) одностороннє заповнення балочного сховища; б) кільцеве заповнення сховища 1 - первинна гребля; 2 - вторинна гребля; 3 - розподільний пульповод; 4 - випуск; 5 - надводний пляж; 6 - ставок-відстійник; 7 - водозбірн колодязь, 8 -водоспуськной колектор; 9 - канава; 10 - плавуча насосна станція

Конструкція захищаючої греблі залежить від рельєфу місцевості, пород основи, об'єму сховища. При її обладнанні максимально використовують складуємі відходи.

Захищаюча гребля складається з первинної і вторинної греблі. Первинну греблю влаштовують заввишки 5-10 м з місцевих матеріалів, вскришних порід і ін. Вона призначена для пристрою сховища першої черги. Вторинні греблі влаштовують заввишки до 3 м з відходів (хвостів) відсипанням будівельними механізмами з матеріалу надводного пляжу.

Пульповоди розташовують по гребеню захищаючих гребель, скидання пульпи в сховищі здійснюється за допомогою розсіюючих випусків або торцевим способом.

На надводному пляжі відбувається фракціонування складованих відходів по густині і крупності. У місця випуску пульпи відкладаються крупніші і важчі частинки, а в ставок потрапляють найдрібніші і легші. У ставку відбувається освітлювання скидної води, яка за допомогою водоскидних колодязів і водоспускових колекторів відводиться з хвостосховища, а потім за допомогою насосної станції перекачується в оборотну систему водопостачання підприємства.

Сховища відходів займають великі території нерідко сільськогосподарських земель, в них відбувається пилення поверхонь надводних пляжів, що підсохнули, спостерігається підтоплення прилеглих територій і забруднення підземних вод.

Для боротьби з пиленням поверхонь пляжів передбачають їх зрошування і обводнення, намивання глинистих екранів, хімічне закріплення відходів, що порошать. Для захисту від підтоплення влаштовують канави, подовжні дренажі. Для захисту підземних вод від забруднення передбачають противофільтраційні заходи.

Сухий спосіб складування відходів залежить від виду використовуваного транспорту. Для промислових підприємств найбільше поширення набув автомобільний транспорт. У гірничодобувній промисловості використовують також залізничний транспорт. Відвалоутворення відходів вуглевидобування здійснюють також за допомогою вагонеток, за допомогою канатних підвісних доріг, конвейєрного транспорту. При використовуванні автомобільного і залізничного транспорту відвали влаштовують плоскими, платообразними, одноярусними, багатоярусними, з ущільненням самим автотранспортом за рахунок декількох проходок або ущільнюючими катками. Відходи можуть відсиплятися з кузовів або перевантаженням конвейєрними відвалоутворювачами, екскаваторами, бульдозерами, скреперами і іншою технікою.

Відсипання відвалів за допомогою вагонеток, що перекидаються, виробляється відкаткой їх по похилих рейкових шляхах. Кут підйому вагонеток і відповідно крутизна укосу відвала складає =20°. По мірі відсипання відвала похилі шляхи нарощують. Такі відвали називають конічними (терикони). Відсипання може здійснюватися одночасно в декілька відвалів поперемінно (групові відвали). Конічні відвали обмежують продуктивність складування і застосовуються при невеликій відстані транспортування (рисунок).

Рис - Схема террикону