Сепарация ТБО

При вовлечении ТБО в промышленную переработку в качестве тех­ногенного сырья, по аналогии с комплексной переработкой многоком­понентных природных сырьевых материалов (руд, горнохимического сырья, угля и пр.), особую роль играют обогатительные процессы как подготовительные операции, позволяющие выделить те или иные цен­ные компоненты для вторичного использования, удалить опасные ком­поненты и оптимизировать состав отходов для последующих переделов переработки. Не случайно на последних международных форумах (США, Германия) по обогащению полезныхископаемых вопросам обогащения ТБО уделено серьезное внимание и посвящены заседания специальных секций.

Сепарация ТБО аналогично обогащению других сырьевых матери­алов (в частности, полезных ископаемых) представляет собой совокуп­ность процессов первичной обработки сырья с целью извлечения ряда ценных компонентов, удаления опасных и балластных компонентов, выделения фракций отходов, оптимальных по составу для переработки тем или иным методом.

В отличие от обогащения полезных ископаемых, всегда связанного с загрязнением окружающей среды, сепарация ТБО как техногенного сырья имеет прямое природоохранное значение, поскольку выход хво­стов сепарации всегда меньше количества исходного сырья, а состав отходов для последующих переделов переработки оптимизируется с точки зрения гомогенизации, способности к горению, снижения содер­жания опасных и балластных компонентов и др., что повышает эколо­гическую безопасность промышленной переработки муниципальных отходов.

Сепарация ТБО, их обогащение является эффективной операцией перед термо- и биообработкой отходов. Так, по опубликованным дан­ным, предварительная сортировка ТБО, удаление металлических ком­понентов, отработанных электробатареек и аккумуляторов, некоторых видов синтетических материалов уменьшает при сжигании выбросы ртути и мышьяка на 70-75%, свинца - на 40%, при этом эффективность сжигания и ферментации ТБО повышается, а состав продуктов и отхо­дов переработки улучшается.

Принципиально возможны три взаимодополняющих друг друга на­правления сепарации ТБО:

• селективный покомпонентный (пофракционный) сбор отходов у населения в местах образования с последующей доводкой продуктов на специальных сортировочных установках (преимущественно метода­ми ручной сортировки; для извлечения металлов часто применяется механизированная сепарация);
• селективный пофракционный сбор в местах образования так называемых коммерческих отходов (отходы рынков, магазинов, учреж­дений, школ и др.), с последующим извлечением из них ценных компо­нентов комбинированными методами ручной и механизированной сор­тировки (на специальных объектах);
• сортировка в заводских условиях комплексной переработки ТБО (преимущественно механизированная, поскольку ручная сорти­ровка отходов жилого фонда на ленте тихоходного конвейера малоэф­фективна; в ряде случаев технологическая схема может включать эле­менты ручной сортировки крупнокусковой фракции ТБО).

Селективный сбор у населения отходов потребления (макулатура, текстиль, пластмасса, стеклотара, металлы и пр.) практикуется во мно­гих странах, что предотвращает попадание в ТБО ряда ценных компо­нентов, перерабатываемых или используемых повторно, а также опас­ных компонентов. Вместе с тем, учитывая большие и постоянно воз­растающие объемы образования ТБО (ежегодный прирост не менее, чем на 3-5%), можно сделать вывод, что проблема ТБО не может быть решена непромышленными методами и сортировка всех ТБО на месте их образования, в бытовых условиях практически невозможна и не име­ет смысла.

Тем не менее сбор у населения отсортированного, незагряз­ненного вторичного сырья не противоречит промышленной переработ­ке ТБО и должен рассматриваться как составная часть в решении ком­плексной проблемы отходов города. Так, проблему попадания в город­ской мусор некоторых опасных отходов (отработанные люминесцент­ные лампы, аккумуляторы и др.) можно практически решить только ор­ганизацией их селективного сбора.

В российских условиях в короткие сроки сложно организовать по­всеместно селективный сбор отходов потребления у населения (выход вторсырья на первом этапе следует планировать на уровне 10%). Это объясняется неподготовленностью населения, наличием в домах спе­цифических мусоропроводов, отсутствием соответствующих быто­вых условий. Предпочтителен не покомпонентный, а пофракционный сбор вторсырья (все ценные компоненты - в одну емкость). Главным направлением сепарации смешанных ТБО является их механизиро­ванная сортировка (покомпонентная и пофракционная) в промышлен­ных условиях заводской практики в технологиях комплексной пере­работки.

В то же время количество и состав образующихся коммерче­ских отходов, обогащенных макулатурой, предопределяют правомер­ность и целесообразность организации их селективного сбора и до­ставки на специальные объекты сортировки с целью извлечения ряда ценных компонентов и минимизации количества отходов, направляе­мых на захоронение или сжигание. Решение этой задачи представля­ется актуальной, поскольку в переработку может вовлекаться 25-30% всех ТБО, а стоимость создания объектов их сортировки относитель­но небольшая. При этом важно не допустить смешивания коммерчес­ких отходов и отходов из жилого фонда. Наиболее эффективна для се­парации коммерческих отходов комбинация ручной и механизирован­ной сортировки, а наибольшую прибыль обеспечивает извлечение макулатуры.

Процессы механизированной сепарации ТБО, использующие есте­ственные или искусственно усиленные различия в физических свой­ствах разделяемых компонентов, основаны на законах движения этих компонентов в разделительной среде под воздействием сил, возникающих в зоне сепарации.

Процессы, которые могут быть использованы для покомпонент­ной и пофракционной сортировки ТБО, в основном известны и при­меняются при обогащении руд или другого минерального сырья: гравитация, флотация, магнитная и электрическая сепарация, аэро­сепарация и др.

При обогащении ТБО в качестве среды разделения используют во­ду («мокрые процессы») или преимущественно воздух («сухие процес­сы»), Наиболее приемлемы «сухие» способы переработки ТБО. Их пре­имущества - отсутствие воды и загрязненных сточных вод, очистка и удаление которых обычно решаются с трудом и требуют больших за­трат; отсутствие резкого неприятного запаха; лучшее состояние бумаж­ного волокна и меньшее его загрязнение; рентабельность транспорти­ровки выделенных фракций отходов на дальние расстояния (при «мокром» способе разделения требуется дополнительная сушка).

Основным процессом, используемым для извлечения макулатуры (и одновременно для разделения ТБО на две фракции - легкую и тяже­лую), является аэросепарация. Черные металлы как сильномагнитные вещества извлекают магнитной сепарацией. Для выделения из ТБО цветных металлов используют электродинамическую сепарацию, а так­же флотацию и гравитацию. Полимерную пленку отделяют от макула­туры электросепарацией. Специальные методы обогащения разработа­ны для извлечения текстильных компонентов, для выделения из магнит­ного концентрата оловосодержащих компонентов и др.

Число обогатительных операций, их вид и порядок подбора в тех­нологическую линию зависит от морфологического и гранулометриче­ского состава, влажности отходов, определяется задачами сортировки в каждом конкретном случае и закономерностями обогащения сырьевых материалов.

Обобщение опыта промышленной практики сортировки ТБО пока­зывает, что качество выделяемых при механизированной сортировке продуктов, за исключением металлов, ниже, чем при ручной сортиров­ке, вследствие чего макулатура (в составе легкой фракции), стеклобой и др. сбываются с трудом.

С этих позиций, а также с учетом реальной ценности материала и условий рынка, в качестве основных полезных компонентов ТБО при использовании механизированной сортировки следует рассматривать в основном черные и цветные металлы, содержа­ние которых в ТБО постоянно возрастает (ежегодно в российские ТБО попадает и безвозвратно теряется до 2 млн. т стали и более 100 тыс. т цветных металлов, в т.ч. до 2 тыс. т олова в составе консервной тары). Металлы необходимо выделять также и по той причине, что они не должны попадать в процессы сжигания и ферментации.

Исходя из этого, в общем случае рациональная схема механизиро­ванной сортировки ТБО должна предусматривать:

• извлечение в самостоятельные продукты черных и цветных металлов;
• разделение потока отходов на две фракции - горючую и био- разлагаемую (соответственно для термообработки, биообработки или захоронения);
• удаление опасных и части балластных компонентов.

Рациональная сортировка ТБО, покомпонентная и пофракционная, оптимизирует сопряженные производства. В этом ее главное назначение; извлечение тех или иных продуктов для вторичного использования - это важная, но частная задача сортировки. Перераспределяя материальные потоки отходов, сортировка практически вдвое сокращает потребность в дорогостоящем термическом и биотермическом оборудовании. В то же время капитальные затраты на сортировку не превышают 10-15% от затрат на термо- и биообработку.

Технология сепарации ТБО включает, как правило, несколько опе­раций, системно связанных между собой.

Технологическая операция - это обработка материала с использова­нием того или иного метода для изменения качества материала или его разделения на продукты различного качества.

Эффективность технологии во многом зависит от определенной последовательности операций, технологического режима и установки специфических аппаратов в каждой операции.

Графическое изображение последовательности технологических операций называется технологической схемой.

Технологическая схема, отражающая главные особенности техно­логии, называется принципиальной.

Графическое изображение последовательности установленных тех­нологических и подъемно-транспортных аппаратов для обработки и транспортировки материала в соответствии с технологической схемой называется схемой цепи аппаратов.

Основными технологическими показателями сепарации ТБО явля­ются извлечение компонентов в продукт сепарации, содержание компо­нента в этом продукте и выход продукта, выражаемые обычно в процен­тах (реже - в долях единицы).

• Извлечение — отношение массы компонента в продукте сепарации к массе компонента в исходном.
• Содержание — отношение массы компонента в продукте сепарации к массе продукта сепарации.
• Выход — отношение массы продукта сепарации к массе исходного материала.

Технологические показатели служат для оценки процесса сепарации.

Принято обозначать: извлечение компонента ԑ, содержание ком­понента в продукте β, выход продукта ϒ, содержание компонента в хвостах θ.

Получаемые в результате сепарации ТБО продукты для вторичного использования (утилизации) должны удовлетворять действующим стандартам, которые гарантируют эффективность их вторичной перера­ботки, а выделяемые полупродукты (фракции отходов) должны соот­ветствовать требованиям конкретного производства (термического, биотермического или иного), куда они будут направлены.