УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА ПОЛИГОНАХ

Предлагаемая полезная модель относится к области биотехнологии и защиты окружающей среды, и направлена на комплексную ускоренную переработку твердых бытовых отходов (ТБО), с получением таких конечных продуктов, как: компост, биогаз, пиролизный газ и тепловая энергия.
В отличие от существующих технологий захоронения на полигоне, где перерабатываемая масса находится в неподвижном состоянии, а процесс утилизации имеет очень длительный срок, предлагаемая полезная модель позволит существенно исключить имеющиеся на сегодняшний день недостатки по утилизации ТБО на полигонах, в предгорных и холмистых районах.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Так, известно устройство для приготовления компоста (патент РФ на ИЗ №2367636, МПК C05F 3/06, опублик. 20.09.2009). Известное устройство содержит биоферментатор в виде закрытой емкости с полом, в нижней части которого установлены трубопроводы с отверстиями для подачи воздуха, соединенные с вентилятором, отличающееся тем, что система подачи воздуха включает дополнительный напорный вентилятор, сообщенный с воздуходувными трубами, площадь воздуходувных отверстий увеличивается по мере удаления от вентиляторов. Подача воздуха в вентилятор осуществляется через конусообразную воронку, в которой установлен тэн. Кроме того, для обогащения кислородом подаваемого воздуха установлен озонатор.
Также, известен способ получения гумуса и установка для реализации способа (патент РФ на ИЗ №2228321, МПК C05F 15/00, C05F 3/00, C05F 3/06, опублик. 10.05.2004). Известный способ включает переработку органических отходов с получением биогаза и органическую обработку полученной массы с помощью червей, кроме того, навоз животноводства и/или птицеводства загружают с добавками отходов растениеводства в метантенки, осуществляют сбраживание и перегружают в термостабильные емкости, которые подогревают биогазом, получаемым при сбраживании органических отходов, производят последующую органическую обработку червями с выдержкой в течение цикла обработки червями и выгружают из нижних уровней емкостей готовый продукт. Установка включает метантенки с трубопроводами отвода газа, теплообменник, загрузочно-разгрузочные устройства, сепаратор, термостабильные емкости с нагревательными элементами, кроме того термостабильные емкости выполнены с заглублением в землю и с перфорированным дном, под которым расположены нагревательные элементы, связанные трубопроводами с теплообменником, сообщающимся трубопроводами отвода газа с метантенками, под которыми расположен загрузочный транспортер, представляющий бесконечную цепь, одна из ветвей которой проходит через термостабильную емкость и располагается над подъемным транспортером, сочлененным с виброситом.
Известен пиролизный комплекс для утилизации ТБО (патент РФ на ИЗ №2406747, МПК C10B 53/00, B09B 3/00, F23G 5/027, опублик. 20.12.2010), который выбран в качестве прототипа. Известный комплекс включает наклонный пиролизный реактор для термического разложения ТБО с загрузочными и разгрузочными устройствами, устройство нагрева отходов с использованием собственного пиролизного газа, блок охлаждения и очистки пиролизного газа и газовую горелку, кроме того, пиролизный реактор, смонтированный на борту высотной свалки, выполнен из бетонных колец, загрузочные и разгрузочное устройства выполнены в виде герметичных питателей ящичного типа, газовая горелка расположена в основании пиролизного реактора, при этом параллельно пиролизному реактору расположен трубчатый секционный коллектор, соединенный с пиролизным реактором при помощи многочисленных патрубков, оснащенных перфорированными термоустойчивыми прокладками, предназначенный для отвода паров воды в атмосферу из верхней зоны пиролизного реактора, где производится сушка отходов, и для отвода пиролизного газа в газовую горелку из нижней зоны пиролизного реактора, где производится термохимическое разложение отходов.
Недостатками известного пиролизного комплекса являются: недостаточная устойчивость конструкции, переработка органической массы осуществляется только с помощью пиролиза, необходимость предварительной подготовки ТБО, а именно: просушка и прогрев.
По сравнению с известными аналогами и прототипом, предлагаемая установка является многофункциональной - перерабатываемые отходы могут подвергаться как комплексной утилизации, так и, в зависимости от экономических потребностей, аэробной или анаэробной переработке, либо - пиролизу.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание многофункциональной установки ускоренной утилизации ТБО на полигонах, с улучшенными технологическими возможностями.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в расширении и улучшении технологических возможностей предлагаемой установки.
Достигается технический результат тем, что в установке утилизации ТБО на полигонах, включающей удлиненную камеру, расположенную наклонно на склоне естественного возвышения конкретной местности, в верхней части которой имеется подъездной путь для засыпки отходов в камеру через люк, в нижней части которой имеется заслонка для отсыпки переработанной и обезвреженной массы ТБО, согласно полезной модели, удлиненная камера состоит из секции аэробной переработки отходов, секции анаэробной переработки отходов, секции пиролиза и секции накопления продуктов переработки и отходов. Кроме того, секции аэробной/анаэробной переработки отходов и пиролиза имеют на боковых поверхностях люки.
Дополнительными отличиями предлагаемой полезной модели является то, что:
- стенки удлиненной камеры изготовлены из армированного бетона или чугуна;
Сущность полезной модели поясняется фиг.1 (вид а), на которой изображен вариант прямой конструкции предлагаемой многофункциональной установки, при котором происходит прямое продвижение массы ТБО через секции установки, где:
1 - подъездной путь для засыпки отходов;
2 - секция аэробной переработки отходов;
3 - секция анаэробной переработки отходов;
4 - секция пиролиза;
5 - секция накопления продуктов переработки и отходов;
и фиг.1 (вид б), на которой изображен вариант секционной конструкции предлагаемой многофункциональной установки, где:
6 - люк секции 2;
7 - люк секции 3;
8 - люк секции 4;
9 - заслонка для отсыпки переработанной массы ТБО.
Принцип работы предлагаемой многофункциональной установки следующий.
Предлагаемая установка применяется на полигонах, с использованием особенностей рельефа местности - единичная конструкция или группа таких конструкций устанавливаются на естественных склонах предгорий, холмов, ущелий и других неровностей местности, соизмеримых с размером установки. Установка строится наклонно с опорами по склону, либо путем врезки в грунт склона, либо без врезки - с закреплением на поверхности. Расположение полигонов в ущелье между различными возвышенностями (гор, холмами), а также в низинах крайне нежелательно, т.к., как правило: в низинах проходят близко расположенные к поверхности подземные воды; со склонов гор или холмов происходит постоянное изъятие земли для различных земляных работ (планировка, отбортовка, выравнивание, трамбовка, засыпка промежуточными и окончательными слоями), что приводит во время естественных осадков (дождь, ливень, снег, таяние снега) к формированию на склонах гор и холмов больших селевых потоков, которые приводят, с одной стороны, к разрушению полигона, с другой, - загрязнению окружающей среды, и, в особенности, водного ареала. Строительство же обводных и защитных валов, вплоть до строительства бетонных плотин, в условиях горной и холмистой местности затруднительно из-за дороговизны, сложности этих работ и малой эффективности. Поэтому, в горных районах под полигоны используются более свободные земли, а именно склоны.
Дополнительное перемешивание отходов можно обеспечить путем вмонтирования в стенки емкостей, либо плоских перемычек с косо ориентированной плоскостью, либо косо- и жестко установленных лопастей; при переходе массы из широкого пространства - в узкое, и из узкого - в широкое.
Предложенная секционная конструкция позволяет увеличивать объем переработки за счет увеличения емкости секций. Виды секционной конструкции могут быть следующими: отдельные секции, соединенные перемычками - проходами с расчетным сечением и возможной врезкой задвижки, при этом емкости могут быть разными по объему, для согласования и оптимизации различных биохимических процессов, а перемычки между секциями уменьшают взаимное влияние зон друг на друга; применение параллельных емкостей для секции 3 анаэробной переработки отходов, при этом процесс утилизации оптимизируется путем согласования времени переработки и увеличения объемов перерабатываемой массы.
Процесс перехода массы ТБО из одной секции в другую происходит под действием собственного веса, естественным путем, в процессе падения порции переработанной или отработанной массы ТБО при очередной выгрузке.
Переработка отходов происходит в замкнутой емкости, в которой осуществляется постоянный контроль, управление и регулирование процессами обезвреживания и утилизации массы ТБО, что позволяет, с одной стороны, - существенно сократить время утилизации отходов, с другой, - активизировать выход биотехнологических ресурсов полигона, а именно способствовать получению:
- компоста, обладающего при дополнительных биотехнологических приемах биремедиационными свойствами и предназначенного для защиты окружающей среды от техногенного воздействия путем использования их, например, в качестве добавки к промежуточной или окончательной засыпке захораниваемых отходов, не подвергающихся переработке;
- биогаза, предназначенного для получения при дополнительном техническом оснащении электрической энергии, которая может быть использована для технических нужд устройства, а при больших объемах - для коммунальных нужд полигона или в промышленных масштабах;
- тепловой энергии, которая также может быть использована для технических нужд устройства, а при больших объемах - для коммунальных нужд полигона или в промышленных масштабах.
Проектирование установки осуществляется с учетом особенностей биохимических процессов, происходящих на полигоне - это аэробная и анаэробная деградация отходов, в соответствии с которыми, в установке имеются секции (камеры, тенки) для протекания таких процессов.
В секции 2 аэробной переработки отходов происходит ускоренная биохимическая переработка органической фракции ТБО, в присутствии кислорода и соответствующей микрофлоры. Секция 2 предназначена для производства компоста, но в зависимости от поставленных задач - для предварительной подготовки массы, для дальнейшего производства биогаза или получения компоста, время аэробной переработки отходов в секции 2 может занять от одного-трех дней до двух месяцев, соответственно. В этом процессе, и, соответственно, в секции 2 удлиненной камеры имеется возможность контроля и регулирования такими параметрами, которые влияют на ускорение биохимических процессов и получение нужных результатов - это температура, влажность, химический состав и обсемененность перерабатываемой массы. Для контроля секции 2, на боковой стенке располагается люк 6, открывающийся с наружной стороны, и достаточный по диаметру для введения трубки-отборника. Температура регулируется путем подачи теплого воздуха, прогретого через радиатор, который в свою очередь прогревается в секции 4 пиролиза. Прогретый в радиаторе воздух, подается в секцию 4 пиролиза вентилятором через перфорированные трубы, вмонтированные вертикально в стенки удлиненной камеры. Влажность регулируется путем добавления воды, методом орошения или налива. Ускорение процессов биодеградации возможно дополнительно, путем внесения биопрепаратов вместе с загружаемыми органическими составляющими ТБО или вместе с водой.
С помощью секции 4 пиролиза поддерживается температурный режим в верхних секциях 2 и 3 путем подачи тепла.
В секции 3 анаэробной переработки отходов ускоренно протекает процесс метаногенеза с выделением биогаза. Продолжительность данного процесса в камере может занять два месяца. В секции 3 производится отбор, очистка и использование биогаза, подлежат контролю такие важные параметры, как температура, давление в контрольных точках, влажность, pH, состав биогаза, состав фильтрата. Для контроля секции 3, на боковой стенке в разных областях располагаются несколько люков 7, достаточных по диаметру для введения трубки-отборника и открывающихся с наружной стороны. Организация и регулирование процесса в секции 3 анаэробной переработки отходов протекает следующим образом:
- температура регулируется путем подачи прогретого и взятого из секции 4 пиролиза теплоносителей, через вмонтированные с внутренней стороны стенки секции 3 трубы (радиаторы).
- давление задается при расчетах и проектировании.
- влажность регулируется либо путем сбора, обезвреживания и повторного использования фильтрата, либо путем добавления простой воды через перфорированные трубки, предназначенные для сбора биогаза.
- pH регулируется добавлением щелочи.
- отведение биогаза из секции 3 осуществляется перфорированными трубами, расположенными вертикально у стенок и под стационарными лопастями, далее, биогаз поступает на установку по переработке, очистке, а затем нужное его количество направляется для использования в секцию 4 камеры.
- в нижней наклонной стенке внутренней стороны устанавливается желобок, предназначенный для стекания фильтрата, откуда через вмонтированные трубы вода вытекает наружу и, далее, идет на обезвреживание в накопители-отстойники. Переработанный, очищенный и обогащенный корректирующими добавками фильтрат используется повторно для орошения субстрата.
Секция 4 пиролиза предназначена, с одной стороны, для утилизации неподлежащих переработке отходов, с другой - выработке пиролизного газа и тепловой энергии, необходимых как для обслуживания предлагаемой установки, так и для коммунальных нужд полигона. Стенки секции 4 облицованы термостойким материалом. Пополнение отсека трудноразлагаемыми отходами возможно при переходе неотработанной массы ТБО из секции 4 или через боковой люк 7. В секции 4 установки подлежат контролю такие параметры, как температура и давление газа. Регулирование температурного режима в секции 4 осуществляют путем увеличения или снижения подачи газа для горения, а также путем вмонтирования в стенки секции 4 пиролиза труб радиаторов, по которым можно пропускать воду или воздух для прогревания. В последнем случае, прогретые в секции 4 вода или воздух отводятся и используются в виде полезного тепла (тепловая энергия в виде горячей воды, пара или воздуха). Давление газа в секции 4 установки снижается отбором газа, естественно или принудительно, через трубы.
Секция 5 накопления продуктов переработки и отходов предназначена для сбора как переработанных отходов (компост), так и остатков непереработанной и подлежащей захоронению массы отходов. В бункере, для улучшения управляемости процессов, применяется естественное или принудительное охлаждение, и, периодическая отгрузка переработанного продукта при подаче транспорта. Высыпание продукта происходит, естественно, при открытии заслонки 9, без применения разгрузочных приспособлений.
Преимущества предлагаемой многофункциональной установки:
- получение биогаза, тепловой энергии, а при дополнительном техническом оснащении - электрической энергии;
- регулирование, смена и совмещение функций установки - с преобладанием функции получения компоста, биогаза или тепла;
- регулирование качества компоста путем добавления навоза, минералов или биодобавок;
- возможность организации непрерывного процесса переработки;
- ремонтопригодность;
- дополнительное снижение стоимости установки, за счет использования так называемых «бросовых», не имеющих коммерческой стоимости земель, таких как склоны гор, холмов, оврагов;
- существенное снижение техногенной нагрузки полигона на окружающую среду, путем переработки и утилизации выхода вредных газообразных веществ, с помощью газоочистных сооружений, сбора и очищения фильтрата естественным (отстойники) или искусственным (фильтраты, добавление реагентов) путем, и их повторное использование в установке, захоронения обезвреженных остатков ТБО, не подвергшихся в установке переработке.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает многофункциональность установки ускоренной утилизации ТБО на полигонах, а также улучшение технологических возможностей. Многофункциональность предлагаемой установки обеспечивается за счет регулирования, смены и совмещения функций установки, а также за счет того, что перерабатываемые отходы могут подвергаться как комплексной утилизации, так и, в зависимости от экономических потребностей, аэробной или анаэробной переработке, либо - пиролизу. Ускоренность утилизации ТБО происходит благодаря встроенным в стенки элементам контроля, управления, стимулирования и выбора оптимальных режимов для всех протекающих в установке процессов. Улучшение технологических возможностей обеспечивается тем, что происходит последовательная глубинная переработка ТБО, а благодаря наклонному расположению предлагаемой установки, без труда осуществляется отбор фильтрата.