Грохочение отходов и мусора (ТБО)

Для разделения твердых отходов на фракции по размерам используют грохочение (рассев) под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил.

Грохочением называется процесс разделения на классы по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях. В качестве последних используют колосниковые решетки, штампованные решета, сетки и пылевидные сита. Ячеистые поверхности изготавливают из металлов и полимерных материалов, они характеризуются формой и размером ячеек. Грохочение широко применяют при утилизации и переработке подавляющего большинства твердых отходов. В тех случаях, когда грохочение используется для получения той или иной фракции материала в качестве готового продукта, его часто называют сортировкой.

Последовательный ряд размеров отверстий сит, применяемых для грохочения, называется шкалой классификации. Отношение размеров отверстий смежных сит называется модулем шкалы. Для сит крупного и среднего грохочения модуль чаще равен 2, при этом шкала классификации равна, например, 50, 25, 12, 6, 3 мм. В ситах мелкого грохочения применяют модуль √2 = 1,41.

При грохочении смесь зерен отходов разделяется на две фракции: надрешетный продукт, состоящий из зерен с размером больше отверстий рассеивающей поверхности, и подрешетный продукт, зерна которого прошли через отверстия. Грохочение осуществляется с помощью грохотов. Разделение материалов на грохоте становится возможным благодаря колебательным движениям ячеистых поверхностей, в результате которых разделяемые материалы встряхиваются, и зерна с размером меньше размера отверстия проходят сквозь него.

Продукт, прошедший через отверстия данного сита, но оставшийся на следующем сите шкалы, называют классом крупности или фракцией. В технике применяют два способа обозначения классов: «от - до» и «минус - плюс». Более широкое распространение получил второй способ. Например, класс крупности -40 - +20 мм означает, что крупность материала >20, но < 40 мм.

Классификация грохочения проводится по крупности просеиваемого материала и по размеру отверстия просеивающей поверхности (табл. 6).

Грохоты различаются геометрической формой, характером движения просеивающей поверхности, ее расположением относительно горизонтальной плоскости и другими признаками. Просеивающая поверхность грохота может быть плоской, цилиндрической и вогнутой. В соответствии с этим бывают грохоты плоские, барабанные и дуговые. По расположению просеивающей поверхности относительно горизонтальной плоскости грохоты бывают горизонтальные и наклонные.

По характеру движения просеивающей поверхности грохоты подразделяются на неподвижные, подвижные с круговым движением и подвижные с прямолинейным движением. Все это предопределяет большое разнообразие просеивающих аппаратов.

Для грохочения используют неподвижные колосниковые, валковые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качающиеся, гирационные, вибрационные с прямолинейными вибрациями (резонансные, самобалансные, с самосинхронизирующимися вибраторами) и с круговыми или эллиптическими вибрациями (инерционные с дебалансным вибратором, самоцентрирующиеся, электровибрационные) грохоты. При грохочении комкующихся материалов некоторые типы этих механизмов снабжают дополнительными устройствами, обеспечивающими эффективное разделение фракций.

Наиболее широко для рассеивания различных зернистых материалов, в том числе и отходов, используют вибрационные грохоты с круговым движением просеивающей поверхности. Такие грохоты характеризуются простотой конструкции и регулировки, надежностью в эксплуатации и универсальностью. Вибрационные грохоты изготавливаются в подвесном и опорном исполнениях. Более удобны в работе опорные грохоты.

Виброгрохоты отличаются наличием вибрационного возбудителя. В большинстве конструкций используют центробежные (дебалансные) вибровозбудители с вращающейся неуравновешенной массой (инерционным элементом). Существуют также грохоты с электромагнитным вибровозбудителем, в которых колебания генерируются за счет воздействия переменного магнитного поля на ферромагнитные тела. Классификационными признаками вибро-грохотов являются динамические, технологические и конструкционные (количество просеивающих поверхностей).

Подавляющее большинство выпускаемых виброгрохотов - это одномассные зарезонансные (при зарезонансном режиме частота вынужденных колебаний превышает частоту собственных колебаний грохота) аппараты с дебалансным вибровозбудителем, которые согласно стандарту подразделяются на три типа: Л, С и Т.

Грохоты типа Л (легкие) предназначены для грохочения сыпучих материалов с насыпной плотностью до 1,4 т/м ; грохоты типа С (средние) - для грохочения материалов с насыпной плотностью до 1,8 т/м³ и грохоты типа Т (тяжелые) - для грохочения материалов с насыпной плотностью до 2,8 т/м .

Технические характеристики инерционных наклонных грохотов приведены в табл. 7 и 8. На рис. 6 показан легкий инерционный грохот марки ГИЛ43.

1 - короб; 2 - пружинные амортизаторы; 3 - электродвигатель; 4 - рама; 5 - инерционный вибровозбудитель

Для сортировки твердых бытовых отходов широко используются барабанные грохоты (рис. 7).

1 - электропривод; 2 - приводная опора; 3 - защитный кожух; 4 - вращающаясящетка; 5 - концевая опора

Характеристики барабанных грохотов для сортировки твердых бытовых отходов приведены ниже:

Рабочим элементом любого грохота является просеивающая поверхность. Большое влияние на долговечность просеивающих поверхностей грохотов оказывает природа материала, из которого они изготовлены. Металлические просеивающие поверхности быстро изнашиваются, срок службы металлосеток составляет всего 50-100 ч, после чего они подлежат замене.

В последние годы широко используются просеивающие поверхности из полимерных материалов. Для крупного грохочения применяют просеивающие поверхности из резины, усиленные стальной арматурой, а также резиновые карты и обрезиненные сита.

Среднее и мелкое грохочение проводят с помощью резиновых карт, резиновых и полиуретановых матов и полиуретановых армированных панелей. Для этих же целей используют струнные и резинотросовые сита.

Тонкое грохочение осуществляют на поверхностях из полиуретана, резины, синтетических тканей (сеток из полимерных мононитей). Для тонкого грохочения разработаны специальные виброгрохоты моделей СНВ и ТНВ с просеивающей поверхностью из полиамидной сетки, грохоты моделей Гр299 и ГП-0,75 с полиуретановыми ситами и другие.

Измельчение и классификация отходов по крупности могут быть организованы с использованием либо открытых циклов работы измельчителей, когда перерабатываемый материал проходит через дробилку только один раз, либо замкнутых циклов с грохотом, надрешетный продукт которого возвращают в дробилку. Некоторые распространенные варианты схем измельчения и классификации твердых отходов представлены на рис. 8.

а - одностадийная с открытым циклом; б - одностадийная с проверочным грохочением; в - одностадийная с открытым циклом и предварительным грохочением; г - одностадийная с предварительным и проверочным грохочением

При выделении трех и более классов перерабатываемого материала возможно различное технологическое оформление процесса грохочения (рис. 9). Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, касающиеся интенсивности износа ячеистых поверхностей, удобства ремонта и наблюдения за их состоянием, эффективности процесса и компактности установки.

Качество грохочения определяется интенсивностью динамического режима колебаний грохота, ударной нагрузкой на просеивающую поверхность, видом и конструктивными параметрами просеивающей поверхности.

Основным показателем грохочения является эффективность процесса Е (%), определяемая отношением количества подрешетного продукта к его общему количеству в исходном материале:

где а и V - содержание нижнего класса соответственно в исходном материале и подрешетном продукте, %.

а - от крупного к мелкому; б - от мелкого к крупному; в - комбинированным способом

Расчет грохотов достаточно прост и описан в специальной литературе.