СПОСОБ ОБРАБОТКИ МУСОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
GARBAGE PROCESSING METHOD AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение касается способа обработки мусора, в частности, бытовых отходов, содержащий подготовку закрытого здания для размещения мусора, причём крыша здания выполнена в виде полупроницаемой мембраны, заполнение здания мусором, причём мусор насыпается в валообразную кучу, проведение биологической сушки мусора при подаче воздуха, причём отвод воздуха выполняется через полупроницаемую мембрану, и выгрузку высушенного мусора из здания, а также устройства для осуществления этого способа.
В настоящее время стремятся использовать альтернативное топливо, т.е. топливо с более низкой, по сравнению с высококачественным природным газом, углём или нефтью, теплотой сгорания, например, для процессов изготовления цементного клинкера, причём такое альтернативное топливо зачастую предоставляется в виде мусора. Мусор предоставляется в большом количестве в виде бытовых отходов. Под бытовыми отходами понимается смесь отходов, которая состоит из бытовых отходов частных хозяйств и соизмеримых с ними предприятий. Принимая во внимание соответствующие правила сортировки отходов, под бытовыми отходами часто понимаются также остаточные отходы. Состав бытовых отходов может отличаться в зависимости от региона и сезона. Бытовые отходы содержат, в большинстве случаев, в различном количестве пластик, мелкие отходы, бумагу/картон, памперсы, текстильные изделия, композитные материалы и пищевые продукты растительного происхождения. С технической точки зрения бытовые отходы можно подразделить на такие компоненты, как вода, инертные материалы, топливо в виде ископаемого и органическое топливо, причём, кроме того, следует отметить, что бытовые отходы имеют большую долю органических веществ, т.е. прибл. 30-60% (органическая фракция, включая воду).
Ранее возможность использования таких отходов в цементной промышленности ограничивалась из-за значительного содержания в них влаги, если отходы необходимо было помещать в установки для сжигания, что приводило к увеличению потребности воды во время технологического процесса изготовления клинкера для выпаривания воды. Кроме того, в результате значительного количества воды, добавленного после выпаривания воды, образуется большой объём всех отработанных технических газов, что является неблагоприятным фактором и, в свою очередь, приводит к увеличению расходов на управление отработанными газами.
Для того чтобы можно было использовать бытовые отходы в цементной промышленности в качестве альтернативного топлива, требуется, соответственно, предварительная обработка, включая сушку. Обычно сушка выполняется с использованием высококачественного дорогостоящего топлива, такого, как природный газ или дизельное топливо, что, однако, невыгодно с экономической точки зрения. Вместо этого мусор можно подвергнуть биологической сушке.
2
Под биологической сушкой в общем случае понимается процесс, при котором бытовые отходы обдуваются воздухом, то есть, через них проходит воздух, и при этом под действием аэробных бактерий происходит гниение отходов. При этом бытовые отходы помещаются в резервуар, и при подаче кислорода органические бытовые отходы, в которых более легко происходит биологический процесс разложения, микробиологически разлагаются. Разложение органических компонентов бытовых отходов с помощью микроорганизмов представляет собой реакцию, которая сопровождается выделением тепла и которая обуславливает увеличение температуры внутри мусора. Однако при этом разлагается только малая часть органических отходов, в результате чего энергия до известной степени сохраняется, и такие бытовые отходы можно использовать в качестве высокоэнергетического заменителя топлива. Образующееся при разложении с помощью аэробных бактерий биологическое тепло обуславливает сушку бытовых отходов. С помощью высвобождающейся во время этого процесса энергии проходящий через бытовые отходы воздух поглощает тепло и влагу, и, тем самым, происходит снижение доли влаги внутри бытовых отходов. После биологической сушки бытовые отходы можно использовать в качестве высококачественного и CO-нейтрального заменителя топлива, сжигаемого во время процесса изготовления цемента.
В качестве внешнего источника энергии для биологической сушки требуется только ток для приведения в действие системы вентиляции и, кроме того, этот способ сушки является более экономным и дешёвым, чем указанные в начале методы сушки, требующие энергоносители в виде ископаемых.
При биологической сушке, в отличие от других способов компостирования отходов, бытовые отходы находятся в резервуаре более короткий интервал времени, чем высококачественный заменитель топлива. При этом, во-первых, в результате максимального удаления воды в бытовых отходах увеличивается внутренняя энергия и, во-вторых, бóльшая часть теплотворной способности органического топлива сохраняется внутри мусора, поскольку органическое разложение происходит лишь минимально.
Для биологической сушки зачастую применяется полупроницаемая мембрана, с помощью которой закрывается мусор, насыпанный в валообразную кучу, причём под полупроницаемой мембраной понимается газо- и паропроницаемая, но водонепроницаемая мембрана. Применение полупроницаемой мембраны, например, GoreTex-мембраны, приводит к тому, что выходящий из валообразной кучи влажный воздух может испаряться наружу через мембрану, однако, валообразная куча остаётся защищённой от дождя и других воздействий окружающей среды, так что обеспечивается эффективная сушка мусора. Кроме того, мембрана имеет то действие, что в валообразной куче мусора остаются бактерии, необходимые для биологической сушки, и что окружающая среда защищена от распространения запаха.
Известно большое количество способов и устройств для биологической сушки мусора.
В документе ЕР 1146027 А1 описывается устройство для компостирования органических отходов, в котором отходы насыпаются слоями в виде трапециевидной кучи, так называемую валообразную кучу, на водонепроницаемом бетонном полу, и во время процесса сушки закрываются с помощью GoreTex-мембраны.
В документе DE 20208885 U1 представлена установка для гниения насыпанного в виде кучи мусора на закреплённом основании, причём эта установка имеет водоотталкивающий и воздухопроницаемый навес, закрывающий мусор. Кроме того, для ограничения мусора сбоку эта установка имеет несколько перегородок, на которых установлен навес.
В документе ЕР 1736461 А1 описывается устройство для компостирования органических отходов, в котором отходы насыпаются слоями в виде трапециевидной кучи на непроницаемом, стационарном полу и закрываются с помощью GoreTex-мембраны. Описанное устройство имеет, кроме того, дополнительные боковые стенки, которые служат для ограничения сбоку, а также для крепления GoreTex-мембраны.
В этих способах в качестве недостатка следует отметить, что мусор не защищён от дождя во время его насыпки в валообразную кучу и во время уборки высушенного мусора. Поэтому соответствующие работы можно проводить только при отсутствии осадков. На практике такие установки зачастую дополнительно накрываются крышей, что обуславливает рост финансовых затрат. Кроме того, размещение мембраны на валообразную кучу и снятие этой мембраны с валообразной кучи после завершения процесса сушки требует дорогостоящих устройств, так что расходы на оборудование и затраты на такие установки, соответственно, достаточно высоки. Кроме того, имеется опасность, что мембрана повредится механически. Помимо этого, необходимы пути для прохода между валообразными кучами отходов, что значительно увеличивает общую площадь установки. Другой проблемой является образование луж с дождевой водой на мембране, если она натянута не идеально, поскольку мембрана теряет свою способность пропускать воздух в местах, в которых находятся лужи.
Для того чтобы устранить описанные недостатки, в уровне техники предлагались также установки, в которых мембрану не надо укладывать и затем снова снимать, а в которых предусмотрено здание со стационарной мембранной крышей. Однако в таких зданиях существует проблема, которая заключается в том, что расстояние по вертикали между валообразной кучей и мембранной крышей не должно быть слишком большим. Если вертикальное расстояние превышает 1-2 м, влага, содержащаяся в воздухе, выходящем из валообразной кучи, конденсируется раньше, чем он пройдёт через мембрану, так что влага остаётся в здании. Однако для загрузки отходов в здание и выгрузки их из здания с помощью обычных колёсных погрузчиков, экскаваторов или аналогичных устройств требуется определённая минимальная высота здания; с помощью таких загрузочных устройств невозможно насыпать мусор близко к мембранной крыше. Кроме того, предлагались здания с регулируемыми мембранными крышами, причём такая мембранная крыша выполнена, например, с возможностью регулировки по высоте или откидывания. Для засыпания мусора мембранная крыша поднимается или откидывается, а затем для процесса сушки опускается или закрывается. Однако, расходы на регулируемую по высоте или открывающуюся конструкцию крыши высоки. Кроме того, при открывающихся конструкциях крыши материал подвергается воздействию осадков во время загрузки или разгрузки. Из-за вышеописанной проблемы образования луж такие имеющиеся решения с неподвижными деталями конструкции, согласно уровню техники, выполнены не полностью плоскими, а, скорей, наклонными или дугообразными, чтобы избежать образование луж.
В документе WO 2004/048719 А1 описано гибкое устройство для защиты органических отходов. Это устройство имеет защитный навес, который имеет большое число опорных элементов, наполняемых жидкостью или выпускающих жидкость, и водонепроницаемую и газопроницаемую подложку, соединённую с этими опорными элементами. При этом такая защитная конструкция герметично закреплена на полу. В установленном состоянии эти опорные элементы наполнены жидкостью и вместе с газопроницаемыми подложками образуют трёхмерную, закрытую камеру, в которой находятся содержащие органические вещества отходы. В опущенном состоянии эти опорные элементы не наполнены жидкостью, и водонепроницаемая и газопроницаемая подложка прилегает непосредственно к содержащим органические вещества отходам. Таким образом, в зависимости от необходимости, подложка может подниматься или опускаться.
В документе FR 2876399 A1 описано устройство для биологической сушки, которое имеет две параллельные боковые стенки и одну выдвижную крышу, причём эта крыша имеет не пропускающую воду мембрану.
В документе WO 02/ 00572 А1 описана система для сушки органических отходов, которая имеет боковые стенки, одну заднюю стенку, одну дверь, а также неподвижную наклонную крышу, причём эта крыша выполнена из ламината, который имеет полупроницаемую мембрану. Однако описанная в документе WO 02/ 00572 А1 крыша выполнена в виде скатной крыши, что обеспечивает особенно большое по высоте пространство между насыпаемым в валообразную кучу мусором и крышей. Это способствует конденсации воды внутри здания, что, в свою очередь, значительно замедляет процесс биологической сушки. Большое пространство в этом решении дополнительно вызвано необходимостью загружать отходы с помощью транспортных средств, заезжающих в здание.
Поэтому задача изобретения состоит в создании также способа и устройства, с помощью которых можно устранить указанные недостатки без больших расходов на технические устройства.
Для решения этой задачи в изобретении в способе, указанном в начале, предусматривается, что заполнение здания и проведение биологической сушки и, в случае необходимости, выгрузка мусора, выполняются при неизменной конфигурации крыши, и что заполнение здания выполняется посредством сбрасывания мусора с непрерывного транспортёра.
В результате того, что заполнение здания и проведение биологической сушки и, в случае необходимости, выгрузка мусора выполняются при неизменной конфигурации крыши, можно отказаться от дорогостоящих конструкций, в которых крыша регулируется по высоте или открывается, и достаточно применять неподвижную крышу. В результате того, что неподвижная мембранная крыша не снимается или не откидывается для процесса заполнения и выгрузки, этот способ не зависит от внешних воздействий, например, таких, как плохая погода. Однако, для того, чтобы в таком варианте выполнения, тем не менее, можно было насыпать мусор до достаточной высоты, т.е. близко к крыше, согласно изобретению, применяется непрерывный транспортёр, который сбрасывает мусор для образования валообразной кучи. Сброшенный с непрерывного транспортёра мусор можно при этом без проблем располагать близко к мембранной крыше, так что простым образом обеспечивается наполнение мусора до необходимой высоты.
В другом предпочтительном варианте выполнения предусматривается, что мусор насыпается до такой высоты валообразной кучи, чтобы расстояние между крышей и самым верхним местом валообразной кучи составляло меньше, чем 2 м, предпочтительно меньше, чем 1,5 м, особенно предпочтительно от 20 до 100 см. Особенно малое вертикальное расстояние, такое, например, как расстояние 1 м или менее особенно предпочтительно, так как в ходе процесса сушки мусор оседает, и необходимо обеспечить, чтобы расстояние между валообразной кучей и мембранной крышей по вертикали во время этого процесса составляло не более чем 1,5м, в частности, не более, чем 2м.
Как уже упоминалось выше, минимизация расстояния между валообразной кучей и крышей по вертикали позитивно сказывается на предотвращении процессов конденсации внутри здания, причём опасность конденсации тем меньше, чем меньше расстояние между валообразной кучей и крышей по вертикали.
В особенно предпочтительном варианте выполнения валообразная куча во время биологической сушки обдувается снизу. При биологической сушке бытовые отходы обдуваются, и, таким образом, через них проходит воздух, и при этом происходит аеробное гниение, причём подача кислорода приводит к микробиологическому разложению той доли отходов, которые представляют собой органические вещества и биологически легко разлагаются. При таком обдувании особенно предпочтительно, чтобы воздух подавался снизу, поэтому места для выхода воздуха располагаются на полу установки.
В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что полупроницаемая мембрана здания выполнена гибкой, и во время заполнения здания прижимается вверх транспортёром. В результате расстояние между валообразной кучей и крышей здания по вертикали уменьшается ещё более эффективно.
Предпочтительно, чтобы мусор насыпался, главным образом, на одинаковую высоту по всей используемой основной поверхности. Это удаётся, в частности, посредством того, что мусор, согласно изобретению, насыпается посредством сбрасывания с непрерывного транспортёра. Теперь, если специально изменить параболу, по которой сбрасывается мусор, посредством регулировки скорости транспортного средства и/или посредством регулировки угла сбрасывания, мусор можно подавать также в угловые и краевые зоны здания, так что он насыпается, по возможности, на одинаковую высоту, и объём здания можно использовать максимально эффективно. Кроме того, одинаковая высота наполнения приводит к тому, что везде создаются одинаковые условия для вентиляции, поскольку воздух, подаваемый предпочтительно снизу, проходит везде одно и то же расстояние по высоте.
Особенно предпочтительно, чтобы валообразная куча насыпалась до высоты, по меньшей мере, 2 м, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 3 м.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено, чтобы сбрасывание мусора выполнялось со скоростью подачи непрерывного транспортёра. В особенно предпочтительном варианте выполнения скорость подачи составляет, по меньшей мере, 2 м/с., предпочтительно, по меньшей мере, 3 м/с.
В предпочтительном варианте выполнения предусматривается, что транспортёр отодвигается назад по мере заполнения здания отходами. Таким образом, заполнение здания начинается с того конца, который расположен дальше всего от входного отверстия здания, и затем, по мере заполнения здания, транспортёр отодвигается назад до тех пор, пока он окончательно снова не выйдет через входное отверстие здания. Кроме того, транспортёр может совершать латеральные движения, или поворотные движения, для того, чтобы обеспечить равномерное заполнение установки.
Согласно другому аспекту, изобретение касается устройства, содержащего закрытое здание для размещения насыпанного в валообразную кучу мусора, причём крыша здания выполнена в виде полупроницаемой мембраны; непрерывный транспортёр, который непрерывно подаёт мусор внутрь здания, и вентиляционная установка для обдувания валообразной кучи отличаются тем, что крыша здания выполнена в неизменной конфигурации, а транспортёр выполнен таким образом, что его конец со стороны выхода мусора выходит за пределы крыши здания максимально на 2м, предпочтительно максимально на 1,5 м, в частности, от 20 до 100 см.
Поскольку между верхним местом валообразной кучи и крышей устройства образуется особенно малое пространство, дополнительно предотвращается конденсация воды внутри здания, и ускоряется биологический процесс сушки.
Предпочтительно предусмотрено, что крыша здания выполнена в виде плоской крыши. В случае, если крыша выполнена плоской, расстояние между мусором, насыпающимся, главным образом, на одинаковую высоту, и мембранной крышей, по вертикали, главным образом, одинаковое. В результате можно устранить места с увеличенным расстоянием между мусором и мембранной крышей по вертикали, что встречается, например, при наклонной или двускатной крыше. Поэтому одинаковое, главным образом, расстояние между валообразной кучей и крышей можно оптимизировать, главным образом, в отношении уменьшения опасности образования конденсата.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что транспортёр выполнен в виде ленточного или шнекового конвейера. В результате обеспечивается непрерывная подача мусора внутрь установки.
Кроме того, возможно, чтобы не только крыша здания была выполнена из полупроницаемой мембраны, а также одна или несколько боковых стенок здания была выполнена в виде полупроницаемой мембраны.
Далее изобретение поясняется более подробно со ссылкой на пример выполнения, представленный в схематичном виде на чертеже. На нём на фиг. 1 показаны в сечении два варианта предложенного в изобретении здания, а на фиг. 2 – вид в сечении предложенного в изобретении здания вместе с транспортёром.
На фиг. 1 представлено закрытое здание 1 для размещения насыпанного в валообразную кучу мусора 2, причём крыша здания 1 выполнена в виде полупроницаемой мембраны 3, которая крепится на боковых стенках 4 здания 1 и, кроме того, опирается на опорное устройство 5а, 5b. При этом это опорное устройство 5а, 5b может размещаться либо выше 5а, либо ниже 5b полупроницаемой мембраны 3 и может быть выполнено, например, в форме жёсткого каркаса или, аналогичного устройства. Например, такой каркас может быть выполнен также из гибких, например, изготовленных из стеклопластика, стержней, в результате чего достигается необходимая гибкость, но в то же время успешно предотвращается образование луж в результате скопления дождевой воды.
Крыша здания выполнена в неизменной конфигурации. Свободное пространство 6 между валообразной кучей 2 и полупроницаемой мембраной 3 мало, в результате чего дополнительно предотвращается конденсация воды внутри здания 1, и ускоряется процесс биологической сушки.
На фиг. 2 представлен вид в сечении предложенного в изобретении здания 1 вместе с транспортёром 7. Транспортёр 7 здесь выполнен в виде ленточного конвейера. На фиг. 2 показано, что мусор 8 подаётся с помощью транспортёра непрерывно внутрь здания 1 и там насыпается в валообразную кучу 2. При этом транспортёр 7 выполнен таким образом, что его конец 11 со стороны сбрасывания мусора выходит за пределы крыши 3 здания 1 только ненамного.
Кроме того, на фиг. 2 показано, что транспортёр 7 имеет выполненную предпочтительно в виде дугообразной, проходящей, главным образом, параллельно ленточному транспортёру и выше него, подпорки 12, которая проходит над концом 11 со стороны сбрасывания мусора. Если конец 11 со стороны сбрасывания мусора транспортёра 7 перемещается, соответственно, наверх, для того, чтобы подавать мусор, по возможности, как можно ближе к мембранной крыше 3, подпорка 12 давит на гибкую мембрану 3 вверх, и, тем самым, создаётся больше места для подаваемого мусора 8.
Транспортёр 7 выполнен с возможностью перемещения и содержит ролики 9, в результате чего транспортёр 7 по мере заполнения здания может отодвигаться назад по стрелке 10 внутри здания 1.