METHODS OF COMPACTION OF SOLID WASTE

Владимиров С.Н.¹, Ермакова Л.С.²

¹ORCID: 0000-0003-1423-8207, к.т.н., доцент, ²ORCID: 0000-0001-6493-0918 к.т.н., доцент, Московский государственный машиностроительный университет

МЕТОДЫ ПРЕССОВАНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Аннотация

Переработка твердых бытовых отходов в крупногабаритные брикетированные блоки является в России относительно новым направлением оптимизации условий эксплуатации полигонов ТБО. Брикетирование и прессование отходов наиболее оптимально в два технологических приема: повышение давления прессования путем снижения рабочей поверхности, на которую распределяется прилагаемая нагрузка, и выполнение операции прессования в сопровождении активных сдвиговых деформаций материала в виде сложной комбинации его радиального и осевого перемещения. Это повышает плотность ТБО, способствует образованию взаимосвязанной структуры и ее упрочнению.

Ключевые слова: ТБО, прессование, утилизация, брикетирование.

Vladimirov S.N.¹, Ermakova L.S.²

¹ORCID: 0000-0003-1423-8207, PhD in Engineering, Associate professor, ²ORCID: 0000-0001-6493-0918, PhD in Engineering, Associate professor, Moscow State University of Mechanical Engineering

METHODS OF COMPACTION OF SOLID WASTE

Abstract

Recycling of municipal solid waste in large blocks in Russia is a relatively new area of optimization the operating conditions of the landfills. Compression waste optimally in two technology acceptance: increasing pressing pressure by reducing the operating surface on which are distributed the attached load, and performing the pressing operation accompanied by shear deformation of the active material in the form of a complex combination of radial and axial movement. This increases the density of waste, promotes the formation of interconnected structures and its strengthening.

Keywords: municipal solid waste, compaction, recycling, briquetting.

Переработка твердых бытовых отходов в крупногабаритные брикетированные блоки является в России относительно новым, находящемся на начальном этапе своего развития направлением оптимизации условий эксплуатации полигонов ТБО. Отечественной промышленностью предназначенное для указанных целей оборудование выпускается в недостаточном количестве, а перерабатывающие ТБО предприятия города Москвы и других регионов в настоящее время комплектуются главным образом прессовыми агрегатами иностранных фирм. Вместе с тем, проведенный информационный поиск по конструкторским разработкам оборудования для изготовления крупногабаритных блоков ТБО показал на широкий диапазон технических средств по реализации фазы брикетирования ТБО как в РФ, так и за рубежом.

В результате литературного обзора возможно сделать выводы, что действующие на данном этапе силовые режимы брикетирования ТБО применительно к действующим условиям их переработки являются наиболее приемлемыми и технологически оправданными. Однако, из этого не следует, что существующие режимы прессования обеспечивают в полной и достаточной мере получение блоков ТБО требуемого качества и, прежде всего, достаточной прочности.

Осуществляемый на перерабатывающих предприятиях процесс компактирования неразрывно связан с необходимостью выполнения в качестве вынужденной меры дополнительных операционных действий по армированию сформованных блоков методом обвязки. Такой технологический прием значительно усложняет процесс переработки ТБО и завышает себестоимость брикетирования объектов.

Рассмотрим некоторые возможные варианты решения указанной задачи, ориентированные на принципиально новый подход к схеме брикетирования ТБО. Предлагаемая схема позволяет реализовать в максимальной мере два технологических приема используемых при прессовании дисперс­ных материалов в других областях.

Прием первый. Повышение давления прессования не увеличением сжимающего усилия, а снижением рабочей поверхности, на которую рас­пределяется прилагаемая нагрузка.

Прием второй. Выполнение операции прессования в сопровождении активных сдвиговых деформаций материала не параллельными слоями (как это имеет место при традиционной схеме прессования), а в виде сложной комбинации его радиального и осевого перемещения.

Первый прием повышает плотность, а второй способствует образованию взаимосвязанной структуры объекта и его упрочнению.

Технически предлагаемая схема компактирования может быть решена методами «прошивки» и раструбного прессования. Оба метода имеют общую идеологию.

По методу прошивки после предварительного уплотнения материала в него внедряются формующие органы значительно меньшего поперечного сечения, чем пресс-камера. Под действием усилия (того же, что и при пред­варительном уплотнении) формующие органы сжимают продукт уже при значительно большем давлении. Величина количественного параметра должна определяться двумя факторами: с одной стороны - достижением максимального давления, обеспечивающим предель­но возможную плотность ТБО, и с другой - соображениями конструктив­ного и технологического характера.

Кроме того, в процессе прессования методом прошивки создаются наиболее благоприятные условия для более активного вытеснения межкомпонентных пустот и возникновению объемных сдвиговых деформаций, приводящих к образованию взаимосвязанной структуры отдельных фрагментов ТБО.

По методу раструбного прессования процесс брикетирования протекает в пресс-инструменте, имеющим свободный выход. Необходимое противодавление прессования со стороны формующего канала создается за счет сил трения материала о стенки матрицы.

Поперечное сечение пресс-камеры (пуансона) формующего узла выполнено значительно меньшим (в 2,5-3 раза), чем проходное сечение узла противодавления. В результате распределение усилия прессования на материал будет более концентрированным, а кратность увеличения давления прессования окажется равной соотношению площадей проходного сечения узлов противодавления и формования.

Размещение между узлами противодавления и прессования конического раструба и выполнение торца пуансона в виде выпуклого конуса способствует интенсивному перераспределению слоев уплотняемого материала, как в осевом, так и в радиальном направлениях, их взаимовнедрению друг в друга и, как следствие, образованию прочной, гомогенной структуры блока. Причем, данный процесс протекает наиболее эффективно, если между по­верхностями торцевого конуса пуансона и раструба образован прямой угол.

В результате получаемые на предлагаемом устройстве блоки обретают повышенную плотность и прочность, что обеспечит им сохранение целостности при транспортировании и захоронении и исключит необходимость их обвязки. Это позволит в перспективе отказаться от используемого ранее в больших количествах обвязочного материала, повысить экономичность процесса брикетирование ТБО и снизить себестоимость производства блоков. Кроме того, повышение давления прессования благодаря предлагаемому устройству, способствует формованию блоков меньшего удельного объема, что приводит к более эффективной перевозке брикетированнных отходов и более рациональному использованию площадей их захоронения. Так, увеличение давления прессования с 15-20 МПа до 50 МПа снижает удельный объем брикетируемого ТБО в среднем на 15-18%.

При выполнении поперечного сечения формующего узла меньшим по сравнению с поперечным сечением узла противодавления, наиболее рациональной оказывается цилиндрическая форма пуансона и пресс-камеры. Она упрощает конструкцию узла формования, повышает технологичность его изготовления и сборку. Использование данного устройства снижает также общую себестоимость брикетировочной установки, в составе которой оно применяется, делает её более компактной и менее металлоемкой.

Повышение эффективности процесса брикетирования ТБО может быть достигнуто разбивкой потока на технологические русла, каждый из которых специализируется на переработке одной группы ТБО с общими физико-механическими свойствами. Это не только благоприятно сказывается на технологичности переработки отходов давлением, но и расширяет диапазон вариантов их утилизации, в число которых входит использование прессуемых материалов в качестве вторичного сырья. Таким сырьем могут быть компоненты для производства нетрадиционных низкокалорийных видов топлива (бумага, древесина, текстиль, картон), полимерных материалов (пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты), армирующих элементов (проволока, фрагменты металлических конструкций), наполнителей строительных материалов (керамика, стекло, кирпичный бой) и т.д. В результате в народном хозяйстве появляется дополнительный источник полезных материалов, а доля ТБО, подлежащая захоронению, значительно сокращается.

Предлагаемые технологические мероприятия относятся к разряду затратных и связаны с необходимостью приобретения дополнительного оборудования и материалов. Однако расходы на модернизацию технологического процесса за достаточно короткие сроки могут быть вполне окупаемы ожидаемым повышением их качества и возможностью использования в виде вторичного сырья в народном хозяйстве.

Литература

1. Ермакова Л.С., Гонопольский А.М. Безобвязочная технология компактирования твердых бытовых отходов в крупногабаритные блоки // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2010. - №11.

References

1. Ermakova L.S., Gonopol'skij A.M. Bezobvjazochnaja tehnologija kompaktirovanija tverdyh bytovyh othodov v krupnogabaritnye bloki // Himicheskoe i neftegazovoe mashinostroenie. - 2010. - №11.