Полигоны по захоронению промышленых отходов

Отечественной промышленностью выпускаются  промышленные универсальные дезинтеграторы-активаторы (УДА), в которых благодаря высокой  скорости удара (до 310 м/с) и многорядности расположения ударных элементов достигается высокая производительность при измельчении полимеров — от 20 кг/ч до 50 т/ч. Изучение процесса измельчения в УДА позволило расположить полимеры по измельчаемости в следующем порядке:

Полистирол > ПЭНД > Полиэтилентерефталат > Полипропилен > Полиамиды > ПЭВД > Полиуретаны > Фторопласт

В последние 15—20 лет все большее  развитие находит техника криогенного  измельчения, которая позволяет  охлаждать материал ниже температуры  хрупкости. В качестве охлаждающего агента используется жидкий азот, имеющий  температуру —196 °С, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов.

Измельчение при пониженных температурах обладает рядом преимуществ: благодаря  охлаждению и инертной среде исключается  термодеструкция полимера, резко возрастает степень измельчения, повышается производительность процесса и снижаются удельные энергозатраты, предотвращается окисление продукта [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Сепарация и разделение  отходов отмывка.  

 

После измельчения, в том случае если отходы могут содержать металлические  включения, их обычно пропускают через  магнитный сепаратор. В магнитном  поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных  металлов от пластмассовой части  отходов.  

В случае, если отходы могут содержать примеси цветных металлов, обычно используют электросепарацию. На рис. 3 показана принципиальная схема электрического сепаратора с коронирующей системой. Смесь, подлежащая разделению, подается на заземленный электрод — барабан 4, который перемещает частицы в зону действия коронирующих электродов 6. В результате частичного пробоя воздуха в межэлектродном пространстве образуются ионы, которые передают заряд частицам металла и полимера. Металлические частицы быстро разряжаются, отрываются от барабана и попадают в бункер 8. Полимерные отходы сохраняют заряд длительное время и притягиваются к барабану до тех пор, пока не очищаются специальной щеткой 3, после чего попадают в бункер 7. При таком способе сепарации разделение происходит достаточно полно, а потери отходов пластмасс не превышают 1 %.

Разработаны также индуктивные  приборы, позволяющие удалять немагнитные  металлы в электромагнитном поле. В верхней части прибора расположена  катушка индуктивности, создающая  электромагнитное поле высокой частоты. Электропроводящие частицы изменяют это поле и возникающий сигнал через усилитель включает электромагнит управления заслонкой.

Рис. 3. Принципиальная схема электрического сепаратора с коронирующей системой: 1 - бункер; 2 - вибропитатель; 3 - щетка; 4 — вращающийся заземленный электрод (барабан); 5 — источник высокого напряжения; 6 — коронирующие электроды; 7—9 — бункеры.

Порция материала с посторонними металлическими включениями удаляется  из общего массопотока, после чего заслонка возвращается в исходное положение.

Важной стадией предварительной  обработки отходов является очистка  их от загрязнений. Присутствие в  отходах загрязнений приводит к  заметному ухудшению внешнего вида деталей, получаемых из отходов, снижению качества поверхности и физико-механических показателей. Повышение содержания загрязнений от 0 до 20 % приводит к  увеличению средней глубины шероховатости  поверхности деталей от 0,3 до 0,55 мм.

Для очистки загрязненных отходов  применяют обычно следующие методы: сухое удаление пыли, стирку в водных растворах ПАВ, растворение полимеров  с последующим фильтрованием  растворов, обработку поверхности  растворителями. Выбор метода определяется совместимостью загрязнений с пластмассами и химической природой загрязнений.

В СССР разработана комбинированная  установка производительностью  около 150 кг/ч для измельчения  и отмывки полиэтиленовой пленки, использовавшейся ранее в сельском хозяйстве. В дробилке роторного  типа с системой подвижных и неподвижных  ножей осуществляется мокрое измельчение  отходов пленки с частичной отмывкой водой (рис. 4). Измельченный материал далее  подается для промывки моющими растворами или водой в трехсекционный шнековый промыватель. Каждая секция представляет собой установленный под углом 6° цилиндр, внутри которого в разные стороны вращаются два шнека специальной конструкции.

Выделение из смеси отходов индивидуальных видов пластмасс также обычно осуществляют мокрым или сухим методом. Из мокрых методов наибольшее распространение  получила флотационная сепарация, основанная на различии гидрофильно-гидрофобных свойств разных типов пластмасс.

Эффективность метода в значительной степени определяется возможностью придания гидрофобных свойств поверхности  разделяемых материалов. Путем подбора  смачивающих веществ и их концентраций изменяют поверхностное натяжение  на границах воздух — полимер —  вода таким образом, что отделяемые виды пластмасс всплывают, благодаря прилипшим к ним пузырькам воздуха, в то время как другие полимеры и примеси опускаются на дно.

Рис. 4. Агрегат для промывки и  мокрого измельчения отходов  пленки: 1 — механизм подачи отходов  пленки; 2 – шнековый промыватель; 3 — пульт управления.

 

На рис. 5 представлена принципиальная схема флотационной сепарации, наиболее пригодная для разделения отходов  из смеси двух типов пластмасс, одним  из которых является ПВХ. Для более  полного разделения смеси отходов  в воду добавляют ПАВ, которые  придают каждому из компонентов  смеси определенную гидрофобность  и гидрофильность. Так, для выделения  ПВХ можно использовать водные растворы сульфоната двухосновного алифатического эфира, динафталинсульфоната, полиоксиэтиленсульфата, простого полиоксиэтиленового эфира и других ПАВ.

В сепарационной ванне происходит разделение ПВХ, имеющего высокую плотность, и всплывающего полимера, которые  затем собираются в отдельных  емкостях, освобождаются от воды на специальных решетках и сушатся. Этим методом удается добиться степени выделения ПВХ 94 %.

Разновидностью жидкостного разделения отходов пластмасс является их последовательная обработка в камерах, заполненных  водными растворами солей различной  плотности от хлорида натрия (1,07 г/см³) до хлорида кальция (1,38 г/см³). Смеси отходов полимеров разделяются в зависимости от их плотности, причем отделение ПВХ более эффективно происходит в присутствии небольших количеств неионогенного полиоксиэтилендодецила.

 

Рис. 5. Принципиальная схема флотационной сепарации отходов

Разработан также жидкостно-циклонный  способ разделения смеси отходов. Отходы измельчают, смешивают с водой  и подают в циклон, где за счет центробежной силы происходит разделение смеси на две фракции, отличающиеся удельным весом. В результате повторяющихся  последовательных операций в циклонах удается достигнуть высокой степени  разделения 98—99 %.

Помимо мокрых методов разделения отходов пластмасс в последнее  время все более широко используются сухие методы. Наибольшее распространение  получил комбинированный метод, включающий просеивание и провеивание. Он предусматривает предварительную операцию измельчения и пригоден в тех случаях, когда измельченные отходы отличаются друг от друга по форме или по плотности или по обоим этим показателям. Если фракцию измельченной смеси отходов, прошедшую через сито определенных размеров, разделить провеиванием, то в результате различной скорости оседания частиц, определяемой плотностью полимеров, образуются две фракции из отходов с большей и меньшей плотностью. Описанный метод может осуществляться и в обратном порядке. Комбинированный метод позволяет достигнуть степени разделения 90—95 % [1].

 

 

 
5. Переработка индивидуальных  отходов.

В том случае, когда удается добиться достаточно высокой степени очистки  и выделения индивидуальных отходов  из смеси, а также когда отходы предварительно рассортированы по видам  пластмасс, переработка отходов  во многом сходна с переработкой первичных  пластмасс.

Двух-трехкратная переработка пластмасс не влияет существенно на их физико-механические показатели. Это говорит о принципиальной возможности возвращать в производственный цикл получения изделий из пластмасс отходы синтеза и переработки, термическое воздействие на которые было сравнительно недолговременным. Однако такой возврат отходов в цикл требует тщательной предварительной оценки их свойств. Только после этого может быть принято решение о возможности использования отходов.

Использование отходов вызывает необходимость  определенных изменений в аппаратурном оформлении процессов переработки. Если говорить о наиболее широко применяемом для переработки отходов методе экструзии, то из этих особенностей необходимо отметить следующие: наличие в питательном бункере ворошителя и шнека для облегчения условий запятки экструдера, коническую форму цилиндра в зоне загрузки для повышения степени сжатия материала, достаточную длину червяка для хорошей гомогенизации и исключения пульсации, обязательное наличие зоны разряжения для дегазации расплава, установку сменных фильтров в головке экструдера.

На рис. 6 представлена принципиальная схема линии утилизации технологических  отходов методом экструзии. Гранулят наиболее распространенного полимера — полиэтилена, как правило, перерабатывают в пленку, которая используется в сельском хозяйстве для неответственных назначений или идет на изготовление мешков для мусора. Пленку получают на обычной установке для выпуска рукавной пленки.

Для переработки отходов методом  литья под давлением, как правило, применяют машины, работающие по типу интрузии, с постоянно вращающимся  шнеком. Его конструкция такова, что обеспечивает самопроизвольный захват и гомогенизацию отходов.

Рис. 6. Принципиальная схема переработки  отходов пластмасс методом экструзии: 1 — конвейер с отходами; 2 — измельчитель; 3 — бункер-смеситель; 4 — магнитный желоб; 5 — экструдер; 6 — охлаждающая ванна; 7 — гранулятор

Особенностью повторной переработки  ПВХ является необходимость дополнительной стабилизации. Отходы мягкого ПВХ используют главным образом для получения пленочных изделий (клеенки, скатерти, накидки, фартуки и пр.). Для этого отходы измельчают и на смесительных вальцах в количестве до 20 % смешивают с товарным ПВХ, стабилизаторами, пластификаторами, красителями и смазками, после чего пропускают через систему подогревательных и отделочных вальцев.

 

Рис. 7. Принципиальная схема переработки  индивидуальных отходов пластмасс.

Большой опыт, достигнутый при переработке  отходов некоторыми зарубежными  фирмами, позволяет им использовать индивидуальные полимерные отходы без  смешения с товарным продуктом. Однако в этом случае большое значение приобретает  сортировка, классификация и дополнительное смешение материала с необходимыми добавками (рис. 7). Отходы после предварительного испытания в лаборатории сортируют, затем при необходимости измельчают, просеивают, сушат, уплотняют и в  зависимости от качества складируют в промежуточных бункерах. Далее  в промежуточных смесителях осуществляется введение необходимых стабилизаторов и других добавок, а также, если требуется, наполнителей. После этого в пластосмесителях экструзионного типа или в двухчервячных экструдерах проводят гомогенизацию расплава с одновременной дегазацией и удалением инородных включений фильтрованием. Контроль процесса на различных стадиях осуществляется по следующим показателям: степень загрязнения, термостабильность, уровень дегазации, изменение молекулярной массы, текучесть, гомогенность расплава, прочностные характеристики.

С целью переработки индивидуальных отходов разрабатываются специальные  комплектные агрегаты, включающие дробилку, сепаратор и смеситель-дозатор  для смешения с кондиционным продуктом. Такие установки созданы фирмами G.  (Швейцария.

Рис. 8. Линия для грануляции вторичных  термопластов: 1 – ленточный гранулятор; 2 – охлаждающий устройство; 3 – червячный пресс; 4 – питатель-дозатор; 5 – бункер-накопитель; 6 – пленочно-нитяной измельчитель; 7 - роторный резак; 8 — пульты управления; 9 – кусковой измельчитель.

Отходы, образующиеся на стадии синтеза, как правило, менее подвержены термическому воздействию, чем отходы переработки, поэтому часто их можно добавлять  к товарному продукту в более  высоких концентрациях. В сточных  водах, образующихся при синтезе  ПВХ, твердый осадок содержит 86—90 % ПВХ и 14—10 % минеральных солей. Этот вид отхода также может быть использован  для получения винипласта, причем введение до 60 % отходов позволяет  получить материал с достаточно высокими физико-механическими показателями [1].

 

 
6. Переработка смесей отходов  без разделения. 

 

В настоящее время развиваются  две тенденции в области использования  отходов пластмасс. Одна из них была описана выше и заключается в  стремлении выделить из смеси отходов  индивидуальные отходы определенного  типа и затем переработать их совместно  с аналогичными товарными пластмассами. Другая тенденция сводится к разработке способов и соответствующего технологического оборудования для переработки смеси  отходов без их предварительного разделения. Отсутствие этой стадии делает процесс утилизации более дешевым, однако физико-механические свойства изделий, полученных таким образом, гораздо ниже.

При переработке смеси отходов  главное внимание уделяется выбору оборудования для переработки, экономичности  процесса и рациональным областям применения получаемых изделий.

Большинство способов утилизации отходов  пластмасс основано на их переработке  в расплаве. Различные варианты этого  направления могут быть представлены следующей схемой:

Широко известна установка «Reverzer», разработанная японской фирмой «Митсубиси». Основной частью установки является экструдер (рис. 9) со шнеком диаметром 253 мм и длиной шнека 3,75 Æ. Кожух шнека имеет коническую форму с максимальным диаметром 400 мм. Зазор между конусом и корпусом регулируется с помощью сменных колец. Расплав из основного экструдера выгружается в переходный цилиндр с дегазационным устройством, а затем вертикальным шнеком выдавливается в форму при непрерывно продолжающейся работе экструдера. Производительность установки 350— 600 кг/ч.