ПОЛИГОННОЕ ЗАХОРОНЕНИЕ ТБО В БРИКЕТАХ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ

EMPLACEMENT AREA OF SMW IN BRIQUETS OF HIGH STRENGTH

Lidiya Ermakova

сandidate of Technical Sciences, Associate Professor of TPOiTB Chair, Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI), Chemical Engineering Institute named after L.A. Kostandov,

Russia, Moscow

Adam Gonopolsky

doctor of Technical Sciences, Professor, Head of TPOiTB Chair, Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI), Chemical Engineering Institute named after L.A. Kostandov,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

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.

ABSTRACT

The article describes the quantitative recovery of a landfill filtrate, infiltrate and biogas depending on different methods of MSW ground disposal. The article also describes the work of the press applying the continuous expanded pressing method.

Ключевые слова: захоронение ТБО; фильтрат; биогаз; инфильтрат; полигон ТБО.

Keywords: MSW (Municipal solid waste) ground disposal; filtrate; biogas; infiltrate; MSW landfill.

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 её. 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.

Рисунок 1 Внутренний водный баланс полигона ТБО

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

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.

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.

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.