Реферат: Калюжный В. В. к т. н., доц каф. Гэмио донгту

Калюжный В.В. - к.т.н., доц. каф. ГЭМиО ДонГТУ


СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ


Современный мир напоминает свалку (слайд 2). Еще в 1991 году Верховная Рада объявила всю территорию Украины зоной экологического бедствия (слайд 3). По данным Института экологии УкрИНТЭк 15% площади Украины отнесены к чрезвычайно загрязненным регионам с усиленным риском для здоровья людей и регионам экологической катастрофы. К ним относится в том числе и район Донбасса (слайд 4).

По оценкам специалистов, среднестатистический человек «вырабатывает» в год до 250 кг бытовых отходов. Из них не менее 50% составляют бытовые пластиковые отходы (БПО) (слайд 5). Сжигание мусора добавляет вредные выбросы в атмосферу, а при захоронении загрязняются почва и водные горизонты. Разложение полимерных отходов длится до 200 лет (слайд 6). В экономически развитых странах, которые имеют свободные земельные территории, как например США, отдают предпочтение захоронению несортиро­ван­ного мусора в огромных искусственно создаваемых котлованах (слайд 7). Котлованы роют мощными экскаваторами на глубину до ста метров (разрыхление пород производят даже при помощи буро-взрывного способа), склоны котлована затрамбовывают слоем глины и покрывают несколькими слоями толстого полиэтилена. На дне котлована монтирую дренажные трубы для откачивания в специальные отстойники жидких продуктов гниения. Машины, транспортирующие мусор, въезжают непосредственно в котлован. Мусор засыпают слоями высотой до 6 м. Слои мусора пересыпают 2-х метровыми слоями грунта и хорошо трамбуют. Котлован засыпают в виде огромного многометрового в высоту холма. На вершине холма устанавливают большой американский флаг. По всей площади холма бурят скважины, в которые опускают трубы для откачивания газообразных продуктов гниения. Очищенный газ метан подают в ближайшие населенные пункты для бытовых целей. Одно хранилище мусора способно отапливать в течение 10-ти лет поселок с количеством жителей 20 тысяч человек.

Страны, у которых свободных земельных площадей нет (Германия, Австрия, Япония и др.) практически весь мусор перерабатывают. Особенно ценным сырьем являются отходы, содержащие цветной металл и пластик. Из пластиковых отходов наибольшую ценность представляют ПЭТ-бутылки (бутылки из-под различных напитков), из которых могут выпускаться лавсановые наполнители для мягкой части мебели, половое ковровое покрытие, высокопрочные канаты и упаковочные ленты, а также многое и многое другое. В разных странах стоимость б/у ПЭТ-бутылок различна. В Германии, например, стоимость одной бутылки достигает 1,5 грн. Из других видов пластика, которые используются для производства флаконов и коробок для чистящих и моющих средств, полиэтиленовых упаковочных пакетов, после качественной промывки также могут быть произведены товары широкого потребления (тазы, ведра и пр.).

Следует особо отметить, что качество товаров, выпускаемых из так называемого вторичного полимерного сырья, сильно зависит от степени загрязнения собранных бутылок и флаконов. Поэтому брать для переработки бутылки из мусорных свалок крайне не выгодно. Все пластиковые отходы имеют одну особенность – при малой массе они занимают большой объем. Обратите внимание, сейчас мусорные баки во дворах и машины, вывозящие мусор на полигоны отходов, на 25-30% «загружены» воздухом. В Луганске, Алчевске и в ряде других городов области существуют небольшие участки перерабатывающие БПО, которые работают в основном с сырьем, собранным на мусорных свалках представи­телями "теневого бизнеса". Для качественной переработки такое сырье необходимо мыть, на что расходуются водные ресурсы, которые в регионе Луганской области находятся в достаточно большом дефиците. Дополнительно этим перерабатывающим участкам необходимо также решать и вопрос сброса грязной воды после отмывания БПО, что является задачей еще более сложной. При ввозе обратно в город для переработки БПО, собранных на свалках, грубо нарушаются всякие санитарные нормы.

Поэтому абсолютно очевидно, что для утилизации БПО их необходимо четко разграничивать на «чистые» и «грязные». Чистые БПО должны быть собраны и предварительно утилизированы в черте города или поселка городского типа. Превращать их в мусор, это огромная бесхозяйственность! Грязные БПО, например, бутылки и флаконы из-под краски, технического масла, которые все равно поступят на полигоны отходов, должны быть утилизированы непосред­ственно на полигоне экологически чистым методом - сухого пиролиза.

ДонГТУ готов возглавить следующие три экологических проекта, направленных на развертывание широкомасштабной программы защиты Луганской области от надвигающейся «полимерной эпидемии» (слайд 8):

Развитие и совершенствование организации сбора у населения «чистых» бытовых полимерных отходов, с целью уменьшения их поступления на городские полигоны отходов.

Разработка термопрессов и дробильно-измельчающих установок для уменьшения объема, занимаемого бытовыми полимерными отходами непосред­ственно перед их транспортировкой на перерабатывающее предприятие областного масштаба.

Разработка высокопроизводительной пиролизной установки для мобильной утилизации «грязных» бытовых полимерных отходов.

Первый проект (слайд 9) предусматривает организацию утилизации чистых БПО с привлечением к этой работе населения городов и поселков. Тезис: "спасение утопающего – дело рук самого утопающего", в данном случае, полностью себя будет оправдывать. Населению будет возвращаться стоимость сдаваемой полимерной упаковки.

Проект имеет организационно-техническую направленность и предполага­ет создание в г.Алчевске перерабатывающего предприятия, потребляю­щего измельченные БПО, поступающие со всей Луганской области. Планируемые объемы потребления сырья, примерно, две тонны в сутки (для начала работы).

Перерабатывающее предприятие будет осуществлять:

1. Измельчение или термоусадку БПО для снижения занимаемого объема. Для этого предприятие должно создать во всех районных городах области, участки предварительной переработки БПО, оборудованные агломераторами, дробилками и термопрессами.

2. Гранулирование измельченного и доставленного в г. Алчевск сырья.

3. Изготовление из полученного гранулята упаковочной пленки и хоз­това­ров (тазы, ведра, трубы и др.).

Реализация проекта рассчитана на 6 этапов (в соответствии с количеством основных транспортных магистралей области), стоимость каждого этапа 950 тыс.грн., полное завершение в масштабах области возможно в течение 4-х лет.

Второй проект является сопутствующим первому, указанному выше. Он предполагает разработку и изготовление дробильно-измельчающего оборудова­ния, а также термопрессов, чтобы не закупать их у сторонних производителей. Дробилками ДонГТУ занимался достаточно успешно еще в 80-х годах. В университете имеются специалисты в этой области и готовые чертежи. Термопрессы для БПО в Украине никто не выпускает. Бытовой вариант термопресса малой производи­тельности выпускается в Венгрии. Один экземпляр по нашей просьбе был куплен предприятием «Фонд развития г.Алчевска» и любезно нам передан для подробного изучения, с целью разработки промышлен­ного варианта с более высокой производительностью.

Грязные БПО необходимо утилизировать с помощью мобильной пиролизной установки непосредственно на городском полигоне отходов, либо в местах больших несанкционированных свалок. В качестве примера, на слайде 10 показана схема пиролизной установки для мобиль­ной утилизации БПО, изготовленных на основе полиэтилена.

Установка представляет собой верти­каль­­ную термоизолированную шахту 1 с расположенной внутри металлической ретор­той 2. Металлическая реторта имеет вид цилиндра, суженного сверху и подсоединен­ного к отводной трубе пиролизного газа, и воронкообразную донную часть, которая связана с узлом 3 для выделения твердого остатка. Сужение сверху реторты 2 необходи­мо для сбора пиролизного газа и последую­щей его передачи по трубопроводу к конден­сато­ру 4. К средней части металлической реторты 2 приваривается узел 5 загрузки пластиковых отходов, выполненный в виде бункера 7 и подающей трубы 6 с поршнем 8, перемещаемым пружиной 9. Отходы загружают в бункер 7, освобождают пружину 9, которая надавливает через поршень 8 на засыпанные отходы, при этом последние продвигаются по трубе 6 и подаются внутрь реторты 2. В реторте отходы плавятся (без доступа кислорода) от тепла, которое генерируют газовые горелки 10, расположеные в нижней части реторты. Пиролизний газ попадает в конденсатор 4, где большая его часть переходит в жидкую фракцию, стекающую в резервуар 11. Газовая фракция из верхней части резервуара 11 подается к горелкам 10 для обогрева реторты.

Процесс пиролиза непрерывный. Загрузка отходов в реторту 2 идет автоматически через загрузочный узел 5 по мере того, как уменьшается давление пиролизного газа в реторте. Легкие ингредиенты, полученные в процессе термического разложения пластиковых отходов, движутся в реторте противотоком с отходами. Поэтому вещества, которые не были выделены в средней части реторты, в ее нижней высокотемпературной части поддаются дополнительному пиролизу. Смоляной остаток выходит через сеточное перекрытие в расширении реторты 2, отвердевает, а затем транспортируется скребковым конвейером, который входит в состав узла 3 выделения твердого остатка.

При утилизации ПЭТ-отходов узлы 4 и 11 имеют другую конструкцию, позволяющую получать сухую терефталиевую кислоту.

Исследования продуктов пиролиза БПО, проведенные в НИИ нефти и газа «МАСМА» НАН Украины мето­да­ми масс-спектральной термодесорбции и инфракрасной спектроскопии было выявлено, что их составными компонентами являются деструктированные полиэтилен­терефталаты, поливинилхлориды и полистиролы.

Жидкая фракция, содержащая легкие и тяжелые углеводороды, может использоваться для получения различных видов топлива и парафина, последний используется, например, при изготовлении кабелей и конденсаторов. Твердый остаток может найти применение в строительстве в качестве хорошего гидроизолятора, либо после смешивания с песком и щебнем возможно получение тротуарного плиточного покрытия.

Важным направлением применения жидких продуктов пиролиза пластиковых отходов может быть также их использование в качестве сырья с последующим гидродеалкилированием для получения дизельных компонентов топлив с высокими цетановыми числами и ультранизким содержанием серы и ароматических углеводородов.