автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Закономерности сепарации твердых бытовых отходов в технологиях их комплексной переработки

ВВЕДЕНИЕ.

1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ (ТБО) КАК ОБЪЕКТА СЕПАРАЦИИ И ПЕРЕРАБОТКИ.

2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОСНОВАНИЕ ПОСТРОЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТБО.

2.1. Анализ современного состояния и тенденций развития мировой практики переработки ТБО.

2.1.1. Термические методы переработки ТБО.

2.1.1.1. Методы термической переработки ТБО при температурах, не до- 19 статочных для плавления шлака.

2.1.1.1.1. Слоевое сжигание ТБО на подвижных колосниковых решетках.

2.1.1.1.2. Сжигание отходов в барабанных печах.

2.1.1.1.3. Сжигание отходов в аппаратах кипящего слоя.

2.1.1.1.4. Сжигание-газификация в плотном слое кускового материала без принудительного перемешивания и перемещения материала.

2.1.1.2. Высокотемпературные методы термической обработки ТБО.

2.1.1.2.1. Способы, не требующие подвода дополнительной энергии и использования кислорода.

2.1.1.2.2. Способы, требующие использования кислорода.

2.1.1.2.3. Способы, требующие дополнительных затрат энергии.

2.1.2. Переработка ТБО методами аэробной и анаэробной ферментации.

2.1.2.1. Аэробная ферментация (компостирование).

2.1.2.1.1. Исследование и нормирование качества компоста.

2.1.2.1.2. Сырье для аэробной ферментации.

2.1.2.2. Анаэробная ферментация.

2.1.3. Сортировка и комплексная переработка ТБО.

2.1.3.1. Селективный сбор и ручная сортировка ТБО.

2.1.3.2. Механизированная сортировка и комплексная переработка ТБО.

2.1.4. Другие способы переработки ТБО.

2.2. Обоснование построения технологии переработки ТБО в виде комбинации различных процессов (комплексная переработка).

2.2.1. Экономическая оценка технологий.

2.2.2. Экологическая оценка технологий.

2.3. Обоснование выбора технологий для комплексной переработки ТБО.

2.3.1. Технология сортировки ТБО (подготовка к комплексной переработке).

2.3.2. Термические технологии.

2.3.3. Биотермические технологии.

2.3.4. Технологии обезвреживания отходов промышленной переработки ТБО.

Выводы к главе 2.

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЕПАРАЦИИ ТБО.

3.1. Извлечение ферромагнитного металлолома и его разделение.

3.1.1. Технология получения коллективного магнитного концентрата.

3.1.2. Технология разделения коллективного концентрата с выделением в самостоятельные продукты черного и оловосодержащего металлолома.

3.2. Извлечение неферромагнитного металлолома.

3.2.1. Теоретические аспекты технологии электродинамической сепарации в бегущем магнитном поле.

3.2.1.1. Изучение бегущего магнитного поля.

3.2.1.2. Изучение поведения неферроматнитных электропроводных компонентов твердых бытовых отходов в бегущем магнитном поле.

3.2.2.Отработка технологических параметров электродинамической сепарации.

3.3. Извлечение легкой (макулатуросодержащей) фракции и ее разделение.

3.3.1. Теоретические аспекты аэросепарации ТБО.

3.3.2. Аэросепарация исходных ТБО.

3.3.2.1. Аэросепарация твердых бытовых отходов в горизонтальном потоке воздуха.

3.3.2.2. Аэросепарация твердых бытовых отходов в вертикальном потоке воздуха.

3.3.2.3. Технологическая схема извлечения макулатуры методом аэросепарации.

3.3.2.4. Изучение аэродинамических характеристик воздушных сепараторов.

3.3.3. Обогащение легкой фракции твердых бытовых отходов методом аэросепарации.

3.3.3.1. Экспериментальное изыскание оптимальных параметров процесса аэросепарации макулатуры и полимерной пленки.

3.3.3.2. Обоснование выбора метода математического описания процесса разделения макулатуры и полимерной пленки.

3.3.3.3. Математическое моделирование процесса аэросепарации макулатуры и полимерной пленки.

3.3.4. Доводка обогащенной легкой фракции твердых бытовых отходов методом электросепарации.

3.3.4.1. Выбор методов и экспериментальное определение основных электрических характеристик разделяемых материалов.

3.3.4.2. Выбор способа зарядки разделяемых компонентов.

3.3.4.3. Расчет электрических сил при электросепарации легкой фракции твердых бытовых отходов в поле коронного разряда.

3.3.4.4. Выбор электросепаратора и расчет его параметров.

3.3.4.5. Отработка технологического режима электросепарации легкой фракции твердых бытовых отходов.

3.3.4.6. Разработка технологической схемы и схемы цепи аппаратов для обогащения легкой фракции твердых бытовых отходов.

3.4. Сепарация тяжелой фракции, не содержащей металлы.

3.4.1. Сепарация по крупности.

3.4.2. Тонкая сепарация биоразлагаемых компонентов от примесей различными методами.

3.5. Выделение компонентов, затрудняющих сепарацию.

3.5.1. Поисковые исследования и выбор метода и аппаратуры для сепарации.

3.5.2. Обоснование метода математического описания процесса извлечения из потока ТБО текстильных компонентов.

3.5.3. Экспериментальное изучение влияния технологических параметров на показатели сепарации. Уточнение элементов конструкции сепаратора.

3.5.4. Разработка модели сепаратора для извлечения га ТБО текстильных компонентов.

3.6. Объединение сепарационных операций в единую технологию и подготовка ТБО к сепарации.

3.7. Отработка и освоение технологии сепарации ТБО в про-мышленно-экспериментальном масштабе.

3.8. Санитарно-микробиологическая и гигиеническая оценка технологии.

Выводы к главе 3.

4. ОБЪЕДИНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕПАРАЦИИ С ДРУГИМИ ПРОЦЕССАМИ В СХЕМАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТБО (НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРЕССИВНЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ РАЗРАБОТОК).

В настоящее время мировое потребление природных ресурсов уже соизмеримо с запасами полезных ископаемых. Вместе с тем из всего объема сырьевых материалов, изымаемых человечеством у природы, в полезные для общества продукты превращается не более 10%. Все остальное переходит в загрязняющие природную среду отходы, одним из видов которых являются мйоготоннажные отходы потребления - твердые бытовые отходы (ТБО).

ТБО представляют собой гетерогенную смесь органических и неорганических компонентов сложного морфологического состава (черные и цветные металлы, макулатура, текстильные компоненты, стеклобой, керамика, пластмасса, пищевые и растительные отходы, камни, кости, кожа, резина, дерево, уличный смет и пр.), многие из которых, в частности, металлы, попадают в категорию отходов после разового использования.

Ежегодно каждый городской житель производит 200-500 кг ТБО. Промедление с удалением и ликвидацией ТБО недопустимо, так как может привести к серьезному загрязнению городов.

Управление ТБО включает в себя организацию их сбора, удаления (транспортировки), переработки на специальных заводах, захоронения, а также реализацию мероприятий по уменьшению количества отходов, направляемых на специальные заводы и на захоронение.

Подавляющее количество ТБО в мировой практике до настоящего времени продолжают вывозить на свалки (полигоны): в СНГ захоронению подвергают около 99% ТБО, в США - около 80%, в Европе - 60-70%. Рост затрат на захоронение ТБО и их доставку к местам захоронения, наличие постоянной экологической опасности, связанной с захоронением больших объемов отходов, а также сложность выделения и обустройства новых свалочных мест стимулируют во всех странах переход к промышленной переработке ТБО как способу, в наибольшей степени учитывающему требования экономики, экологии и ресурсосбережения и решающему в совокупности вопросы обезвреживания, утилизации и ликвидации отходов. Промышленная переработка ТБО делает возможным экономию земельных ресурсов, использование ряда компонентов ТБО (прежде всего металлов, по содержанию которых ТБО сопоставимы с добываемыми рудами) в качестве вторичного сырья, производство из отходов новой продукции (тепловой и электрической энергии, материалов строительного назначения и других), решает экологические проблемы, позволяет сократить расходы на транспортировку отходов. В первую очередь ТБО вовлекаются в промышленную переработку в странах, бедных природными ресурсами и отличающихся малой площадью и высокой плотностью населения, где захоронению подвергают не более 30-35%) ТБО (Швейцария, Япония).

В мировой практике нашли промышленное применение пять методов переработки ТБО:

• термическая'обработка (в основном - сжигание);

• биотермическая аэробная ферментация (с получением удобрения, биотоплива, топлива и др.);

• анаэробная ферментация (с получением биогаза);

• сортировка (с извлечением ценных компонентов и фракций отходов для вторичного использования);

• комплексная переработка (комбинация различных методов: фермента-чч ция-сортировка, ферментация-сортировка-термообработка, сортировкаферментация, термообработка-сортировка, сортировка-термробра-ботка, сортировка-термообработка-ферментация).

Наиболее распространено сжигание (слоевое и в кипящем слое), значительно реже - аэробная ферментация (на последних поколениях заводов - в бассейне выдержки, в туннеле и в боксах). Широкое распространение этих технологий для переработки ТБО обусловлено морфологическим составом ТБО, которые содержат до 70-80% органической (горючей, биоразлагаемой) фракции.

Основная тенденция развития мусоросжигания в мировой практике - переход от прямого сжигания ТБО к сжиганию выделенной из ТБО горючей (топливной) фракции и. переход от сжигания как процесса ликвидации ТБО к сжиганию как процессу, обеспечивающему, наряду с обезвреживанием отходов, генерирование тепловой и электрической энергии. Из новых термических технологий наиболее перспективны процессы, связанные с газификацией отходов.

Основная тенденция развития практики аэробной ферментации ("компостирования") - отказ от прямого компостирования исходных ТБО (переход на биообработку фракции, обогащенной пищевыми и растительными отходами) и сокращение (в ряде стран - прекращение) производства из ТБО компоста как продукта для сельскохозяйственного использования вследствие резкого падения спроса на него и ужесточения законодательства (компост из ТБО потенциально является экологически опасным продуктом). Биотермическая аэробная ферментация все чаще используется в качестве процесса ферментативной сушки обогащенной органической фракции ТБО (получение подготовленного топлива, сырья для производства спирта и др.).

В СНГ до 1998 г. применяли два промышленных метода переработки ТБО (без какой-либо их подготовки и предварительной обработки) - прямое сжигание (12 заводов) и прямое компостирование в биобарабанах (9 заводов). Неудовлетворительная работа большинства заводов и их отрицательное экологическое влияние во многом объясняются несовершенством применяемой технологии, мало учитывающей состав и свойства исходного сырья как объекта для сжигания и компостирования и не адаптированной к российским условиям.

Из отечественных технологий, апробированных в укрупненном масштабе, наиболее перспективна паро-воздушная газификация, разработанная Институтом химической физики РАН (Черноголовка) и технология производства строительных материалов на органической основе методом термопрессования отходов после их обработки магнезиальными вяжущими, разработанная М.В.Бирюковым. Однако, обе эти технологии требуют обязательной предварительной подготовки отходов к переработке (сепарации металлов и ряда других компонентов, дробления, повышения теплотворной способности при вовлечении в термообработку и др.), т.е. их применение эффективно в составе комбинированных процессов переработки ТБО.

Отсутствие эффективных отечественных технологий комплексной переработки ТБО сдерживает создание прогрессивной промышленной отрасли их переработки. Несовершенство технологий, применяемых на действующих заводах и закладываемых в проекты ряда новых заводов, связано прежде всего с недооценкой научно обоснованного подхода к их созданию и выбору, а механический перенос западных технологий в российские условия без их адаптации, как показала практика, положительных результатов не дает, поскольку российские ТБО являются значительно более сложным объектом для переработки, чем ТБО западных стран (практическое отсутствие и трудность организации в ближайшем будущем раздельного сбора отходов в местах их образования наряду с несовершенством технологии сбора и вывоза ТБО в России обуславливает высокое содержание в них влаги, негорючих и опасных в экологическом отношении компонентов, большие колебания морфологического состава ТБО во времени).

Изложенное свидетельствует об актуальности задачи создания эффективной научно обоснованной технологии переработки российских ТБО, в полной мере учитывающей их специфический состав, современные эколого-экономические требования, тенденции развития и достижения мировой практики.

В настоящее время, как показывает анализ, не существует какого-либо одного универсального метода переработки ТБО, удовлетворяющего современным требованиям экологии, экономики и ресурсосбережения. В наибольшей степени этим требованиям соответствует комплексная переработка ТБО. Поэтому важнейшим направлением диссертационной работы является создание и выбор комбинированных процессов переработки ТБО, в том числе:

• разработка научно обоснованных принципов их построения;

• выбор и, при необходимости, разработка технологических процессов как составной части в комбинированных технологиях переработки ТБО;

• выявление закономерностей процессов переработки ТБО и разработка на их основе требований к технологическим режимам, аппаратам и устройствам.

При вовлечении ТБО в промышленную переработку в качестве техногенного сырья по аналогии с комплексной переработкой многокомпонентных природных сырьевых материалов (руд, горно-химического сырья, угля и пр.), особую роль играют обогатительные процессы как подготовительные операции, позволяющие выделить фракции отходов, состав которых в наибольшей степени удовлетворяет требованиям последующих технологических переделов; при этом одновременно обеспечивается возможность извлечения ряда ценных компонентов для вторичного использования и удаления опасных компонентов, оказывающих негативное экологическое влияние в процессах дальнейшей переработки. Не случайно на последних Международных форумах (США, Германия) по обогащению полезных ископаемых вопросам обогащения ТБО уделено особое I внимание и посвящены заседания специальных секций.

В связи с изложенным основной задачей дирсертации является разработка и апробация в различных масштабах технологии сепарации ТБО с целыо ее последующей реализации в комплексных мало- и безотходных или чистых технологиях переработки ТБО.

Работа в значительной части выполнена в соответствии с программой ГКНТ СССР 0.85.08. Задание 02.26 "Создать и внедрить технологический процесс переработки твердых бытовых отходов с рекуперацией ценных компонентов", 1983 г., а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой "Эффективные технологии утилизации, обезвреживания и захоронения отходов Н.Т. 485", 1998 г., и с Государственной научно-технической программой Министерства науки и технологий "Технология, оборудование и производства будущего", 1998 г.

Цель работы - научно обоснованное технологическое и эколого-экономическое решение проблемы комплексной переработки ТБО на основе создания и совершенствования методов сепарации, учитывающих специфический состав и физические свойства отечественных ТБО как объекта для переработки.

Идея работы: развитие нового научного направления в технологии обогащения -интенсификация процессов сепарации ТБО на основе направленного регулирования физических свойств разделяемых компонентов и силового воздействия на них разделительных полей.

Методы исследований: сравнение различных методов переработки ТБО по экономическим критериям, физические методы обогащения ТБО (аэросепарация, электросепарация, магнитная и электродинамическая сепарация, грохочение) в лабораторно-укрупненном, полупромышленном и промыш-ленно-экспериментальном масштабе, гранулометрический и морофологиче-ский анализ ТБО, метод измерения диэлектрической проницаемости компонентов ТБО по величине емкости конденсатора, метод измерения удельного электрического сопротивления компонентов ТБО путем снятия вольт-амперных характеристик, осциллография, метод микрозондирования скоростных полей воздушных потоков с помощью чувствительных элементов термоа-немометрической системы.

Научная новизна:

1. Теоретические основы сепарации ТБО:

• уточнение шкалы обогатимости ТБО, обеспечивающей обоснованный выбор процессов сепарации их компонентов;

• выявленные закономерности влияния направленного регулирования физических свойств (плотности, скорости витания, удельного электрического сопротивления) разделяемых компонентов на их способность подвергаться сепарации в различных силовых полях;

• установленная взаимосвязь характеристик силовых разделительных полей, сепарируемого материала (состав, крупность, -форма, влажность) и потока ТБО (состав, скорость перемещения, толщина слоя, положение компонентов в потоке) с селективностью процессов сепарации; • впервые сформулированные механизмы новых процессов сепарации ТБО, развивающие и углубляющие теорию обогащения твердых сырьевых материалов: механизм интенсификации процесса сепарации цветных металлов в бегущем магнитном поле линейного двигателя как результат усиливающегося взаимодействия первичного магнитного потока с индуцированными в проводнике вихревыми токами при импульсной подаче тока в обмотку линейного двигателя; механизм интенсификации процесса аэросепарации легкой фракции ТБО как результат создания неравномерного поля скоростей горизонтального воздушного потока по высоте аппарата и искусственно усиленного различия компонентов в плотности и скорости витания за счет их увлажнения; механизм процесса сепарации макулатуры и полимерной пленки в поле коронного разряда под действием электрических сил, обеспечивающих извлечение полимерной пленки в виде непроводящей фракции и макулатуры - в виде проводящей, как результат избирательного регулирования удельного электрического сопротивления разделяемых компонентов путем дискретного увлажнения их поверхности.

2. Обоснование построения принципиальной технологии переработки ТБО в виде комбинации различных процессов, объединяемых рациональной сортировкой отходов, базирующееся на использовании эколого-экономических критериев, учитывающее гетерогенный состав ТБО и задачи их переработки.

Практическая значимость работы;

1. Выявлены закономерности сепарации ТБО, позволяющие обоснованно выбрать и использовать для различных условий их переработки наиболее эффективные разделительные процессы.

2. Обоснован выбор принципиальной технологии переработки ТБО, повышающий ее эколого-экономическую значимость, в виде комбинации различных процессов, объединяемых сепарацией отходов.

3. Разработана, испытана и в промышленно-экспериментальном масштабе (производительность - 15 т/час) освоена технология сепарации ТБО, позволяющая реализовать с ее использованием комплексные мало- и безотходные или чистые технологии переработки ТБО с минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду.

4. На базе научно-практических исследований разработана конструкторская документация на нестандартное оборудование, изготовлены и в про-мышленно-экспериментальных условиях испытаны оригинальные аппараты и устройства для классификации ТБО (аэросепараторы, электросепаратор, сепаратор-тряпкоотделитель), обеспечивающие высокоэффективную сепарацию отходов в технологиях их промышленной переработки.

5. Показана возможность адаптации западных технологий к российским условиям путем предварительной сепарации ТБО с использованием разработанных процессов и аппаратов и выделения фракций отходов, удовлетворяющих требованиям западных технологий.

Реализация результатов работы:

1. Впервые в отечественной практике разработанная технология сепарации ТБО как составная часть их комплексной переработки заложена в проекты заводов нового поколения (4 новых завода и 3 реконструируемых - в Московском регионе и городах Н.Новгород, Минск, Рига, Баку, Пермь, Новочеркасск).

2. Положения диссертации в части реализации предварительной сортировки в технологиях переработки ТБО вошли в обосновывающие материалы к постановлению Правительства Москвы (от 6 ноября 1998 г № 1246-РП), в соответствии с которым на существующих объектах промышленной переработки ТБО должны быть организованы участки сортировки ТБО.

3. Впервые в отечественной практике в промышленно-эксперимен-тальных условиях МПО "Полимер" реализована технология сепарации ТБО.

Основные защищаемые положения:

1. Установленные закономерности процессов сепарации ТБО и сформулированные на их основе требования к аппаратам и технологическим режимам, из которых наиболее значимыми являются:

• зависимость технологических показателей сепарации ТБО от режимных параметров процесса, условий подачи ТБО в процесс, характеристик сепарируемого материала, конструкции сепарирующего устройства;

• зависимость эффективности сепарации ТБО от условий формирования потока ТБО (ступенчатое увеличение скорости по ходу технологического процесса, уменьшение толщины слоя, выделение в голове процесса компонентов, затрудняющих последующую сепарацию).

• влияние направленного регулирования физических свойств разделяемых компонентов и характеристик силовых разделительных полей на интенсификацию процесса сепарации.

2. Новые эффективные методы сепарации ТБО:

• метод разделения коллективного концентрата магнитной сепарации на два товарных продукта (черный и оловосодержащий металлолом) с использованием виброгрохочения на специальной просеивающей поверхности;

• метод электродинамической сепарации цветного металлолома в импульсном режиме, обеспечивающий увеличение силового воздействия бегущего магнитного поля на металл и, как следствие, повышение его извлечения;

• метод последовательной аэросепарации ТБО в вертикальном и горизонтальном потоках воздуха, обеспечивающий повышение выхода легкой фракции за счет доизвлечения более плотных разностей макулатуры (картон, ламинированная бумага);

• метод аэросепарации ТБО в направленно регулируемом скоростном поле воздушного потока, обеспечивающий повышение извлечения легкой фракции и селективности выделения из нее полимерной пленки;

• метод электросепарации легкой фракции ТБО на основе интенсификации процесса регулированием увлажнения поверхности разделяемых компонентов - бумаги и полимерной пленки;

• метод извлечения из потока ТБО текстильных компонентов, использующий их свойство фиксироваться на рабочих элементах специального сепаратора.

3. Новый метод исследования бегущего магнитного поля и поведения в нем неферромагнитных электропроводных компонентов в процессе электродинамической сепарации, основанный на использовании комбинации метал-лоискателя и индуктора линейного двигателя, создающего бегущее магнитное поле.

4. Принципы построения высокоэффективной технологии сепарации ТБО: рациональная подготовка потока ТБО к сепарации (монослойная подача в процесс сортировки), раздельная сепарация легкой и тяжелой фракции, минимизация количества отходов для дробления, выделение в голове процесса компонентов, затрудняющих последующую сепарацию (крупнокусковые и волокнистые компоненты, лом черных металлов).

5. Выбор принципиальной технологии переработки ТБО, повышающий ее эколого-экономическую значимость, в виде комбинации различных процессов, объединяемые рациональной сепарацией отходов.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на:

• Международном конгрессе в ЧССР (Прага), 1981 г.;

• 1-й и 2-й Московской городской научно-практической конференции по охране окружающей природной среды, 1978 и 1982 гг.;

• Всесоюзной конференции "Безотходная технология переработки полезных ископаемых", г. Челябинск, 1982 г.;

• Всесоюзном научно-техническом совещании "Малоотходные технологии - главный фактор охраны окружающей среды", г. Киев, 1983 г.;

• Заседании секции "Электросепарация" Научного совета по проблеме "Сильные электрические поля в технологических процессах - электронно-ионная технология", г. Мытищи,Т985 г.;

• Международном конгрессе "Окружающая среда как средство существования: технологический ответ", г. Москва, 1989 г.;

• Международном семинаре ЮНЕСКО/ЮНЕП/ЮНИДО/ПРООН "Промышленные и токсичные отходы: оценка риска, минимизация образования, переработка и захоронение", г. Москва, 1992 г.;

• Международном семинаре "Санитарная очистка территорий от твердых бытовых и приравненных к ним промышленных отходов" (Международный центр обучающих систем, Комиссия РФ по делам ЮНЕСКО, Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ), г. Москва, 1995 г.;

• Всероссийском семинаре "Экология города: проблемы и решения" ("Техническая политика управления ТБО"), г. Москва, 1996 г.;

• Всероссийском семинаре "Экология города: проблемы и решения" ("Индустриальные методы переработки отходов производства и потребления"), г. Москва, 1997 г.;

• 3-ей Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", г. Санкт-Петербург, 1998 г.;

• Международной конференции "Инженерная защита окружающей среды", г. Москва, 1999 г.

Публикации. Материалы диссертации освещены в 47 публикациях, в том числе в двух монографиях (издательства "Недра", ВИНИТИ), в тридцати статьях (в журналах "Цветные металлы", "Обогащение руд", "Городское хозяйство Москвы", сборниках ВИНИТИ, Механобра, ГП "Экотехпром" и др.), в тезисах докладов на конференциях (в том числе международных).

Основой диссертации являются 30 отчетов о НИР, оригинальность и значимость полученных результатов защищена десятью отечественными охранными документами на изобретения.

Личный вклад автора диссертационной работы:

• обоснование и выбор направления исследовательских и поисковых работ по созданию технологии сепарации ТБО;

• создание экспериментальной базы для исследований и методические разработки;

• постановка и развитие научно-исследовательских работ в области создания отечественной технологии сепарации ТБО;

• проектирование (составление технологического регламента и авторский надзор), промышленно-экспериментальная апробация и освоение технологии сепарации ТБО, обоснование ее системного объединения с другими процессами в схемах комплексной переработки ТБО;

• обоснование выбора и построения принципиальной технологии переработки ТБО;

• разработка на базе научно-практических исследований технических заданий на конструирование нестандартного оборудования для реализации технологии сепарации ТБО;

• использование результатов работы при проектировании новых и реконструкции действующих заводов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработано научно обоснованное технологическое и эколого-экономическое решение проблемы комплексной переработки ТБО на основе создания и совершенствования методов сепарации, учитывающих специфический состав и физические свойства отечественных ТБО как объекта для переработки.

2. Разработана совокупность теоретических положений, развивающих новое научное направление в технологии обогащения ТБО - интенсификация процессов сепарации на основе направленного регулирования физических свойств разделяемых компонентов и силового воздействия на них разделительных полей.

3. Выявлены закономерности сепарации ТБО, позволяющие обоснованно выбрать и использовать для различных условий их переработки наиболее эффективные разделительные процессы:

• зависимость технологических показателей сепарации ТБО от режимных параметров процесса, условий формирования потока ТБО и подачи отходов в процесс, характеристик сепарируемого материала (состав, крупность, форма, влажность), конструкции сепарирующего устройства;

• влияние направленного регулирования физических свойств разделяемых компонентов (плотность, скорость витания, удельное электрическое сопротивление) и характеристик силовых разделительных полей на эффективность и селективность процесса сепарации.

4. Разработаны новые эффективные методы сепарации ТБО:

• метод разделения коллективного концентрата магнитной сепарации на два товарных продукта (черный и оловосодержащий металлолом) с использованием виброгрохочения на специальной просеивающей поверхности;

• метод электродинамической сепарации цветного металлолома в импульсном режиме, обеспечивающий увеличение силового воздействия бегущего магнитного поля на металл и, как следствие, повышение его извлечения;

• метод последовательной аэросепарации ТБО в вертикальном и горизонтальном потоках воздуха, обеспечивающий повышение выхода легкой фракции за счет доизвлечения более плотных разностей макулатуры (картон, ламинированная бумага);

• метод аэросепарации ТБО в направленно регулируемом скоростном поле воздушного потока, обеспечивающий повышение извлечения легкой фракции и селективности выделения из нее полимерной пленки;

• метод электросепарации легкой фракции ТБО на основе интенсификации процесса регулированием увлажнения поверхности разделяемых компонентов - бумаги и полимерной пленки;

• метод извлечения из потока ТБО текстильных компонентов, использующий их свойство фиксироваться на рабочих элементах специального сепаратора.

5. Впервые сформулированы механизмы процессов сепарации ТБО, развивающие и углубляющие теорию обогащения твердых сырьевых материалов:

• механизм интенсификации нового процесса сепарации цветных металлов в бегущем магнитном поле линейного двигателя как результат усиливающегося взаимодействия первичного магнитного потока с индуцированными в проводнике вихревыми токами при импульсной подаче тока в обмотку линейного двигателя;

• механизм интенсификации процесса аэросепарации легкой фракции ТБО как результат создания неравномерного поля скоростей горизонтального воздушного потока по высоте аппарата и искусственно усиленного различия компонентов в плотности и скорости витания за счет их увлажнения;

• механизм сепарации макулатуры и полимерной пленки в поле коронного разряда под действием электрических сил, обеспечивающих извлечение полимерной пленки в виде непроводящей фракции и макулатуры - в виде проводящей, как результат избирательного регулирования удельного электрического сопротивления разделяемых компонентов путем дискретного увлажнения их поверхности.

6. Впервые в отечественной практике разработана, испытана и в промышленно-экспериментальном масштабе (производительность - 15 т/час) освоена технология сепарации ТБО, позволяющая реализовать с ее использованием комплексные мало- и безотходные или чистые технологии переработки ТБО с минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду.

7. На базе научно-практических исследований разработана конструкторская документация на нестандартное оборудование, изготовлены и в промышленно-экспериментальных условиях испытаны оригинальные аппараты и устройства для классификации ТБО (аэросепараторы, электросепаратор, сепаратор-тряпкоотделитель), обеспечивающие высокоэффективную сепарацию отходов в технологиях их промышленной переработки.

8. Впервые в отечественной практике разработанная технология сепарации ТБО заложена в проекты заводов нового поколения (4 новых завода и 3 реконструируемых - в Московском регионе и городах Н.Новгород, Минск, Рига, Баку, Пермь, Новочеркасск).

1. Шубов Л.Я. Состояние и тенденции решения проблемы твердых бытовых отходов в мировой практике. / М., ГП "Экотехпром", в сб. "Охрана окружающей среды. Управление отходами в Москве", 1997, с.

2. KWU-Umvelttechnik: Die Siemens-Schwel-Brenn-Anlage, "Informationsschrift, Stand 4/90.30. "Techn. Rdsch.", 1994, 86, №31,18-20.

3. A.c. № 1783234 СССР, 1992.32. "Цв. металлургия", 1993, №6-7, 8-10.

4. Заявка 4102210 ФРГ, МКИ5 С 05 F11/00; Licencia-Holding З.А.,№4102210.6; Заявл. 25.01.91; опубл. 30.07.92.

5. Prospect "Gebruder Buhler" (Швейцария), 1989.77. "Weste Age", 1987,18, №10, 65-66,70-72.

6. Prospect Newell Dunford Ltd, Tollemache LTD (Великобритания) 1989.

7. Технический бюллетень бюро внешншеторговых объединений Западного Берлина. 1986.

8. Prospect TRIGA (Франция), 1989.81. "An. edafol. у agrobiol.", 1989,48, №3-4, 331-342.

9. Заявки Японии №56-39938, №57-56052, №57-56053.83. "Securite Environement", 1980, №2, 77-79.84. "Revue Henerale de Thermique", 1987,26, №303, 173,222-227.85. "La nechnique moderne", 1988, 80, №1,2,49-54.

10. Infodechets.: "Environ, ettechn.", 1991, №110, 32-3499. "Techn., sci., meth.", 1992, №3,143-144100. "Когай то тайсаку. Journal Environ. Pollution Control", 1991,27, №4, 333-342.101. "Recycl. Today. Scrap Market Ed.", 1992, 30, №5, 9a-10a

11. Конгресс "Окружающая среда как средство существования технологический ответ" на выставке "Отходы-89 - Новое в переработке отходов". Москва 13-19 октября 1989 г.103. "Waste Age", 1987, 18, №10, 65-66, 70-72.

12. Конгресс "Окружающая среда как средство существования технологический ответ" на выставке "Отходы-89 - Новое в переработке отходов". Москва 13-19 октября 1989 г.

13. Environment et techniques", 1989, №91,44,46,48,49.109. "Waste Management and Research", 1985, 3, №1, 81-88.

14. Шубов Л.Я., Ройзман В .Я., Дуденков С.В. Обогащение твердых бытовых отходов. / М., Недра, 1987, с. 1-238111. "ISWA 88, Proceedings of 11-16 sept., 1988. Copenhagen, Denmark, Vol 2, Sec. 3, 369-376.

15. Богданов O.C. и др. Справочник по обогащению руд, т. 1. М., "Недра", 1972.

16. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Хворостяной С.И. Технология извлечения металлов из твердых бытовых отходов. Цветные металлы, 1984, № 9, с. 91-96.

17. Чупахин В.М., Леонов И.Т. Производство жестяной консервной тары. М., 1967.

18. А.с. 961789. Грохот для разделения и сортировки компонентов металлолома. / Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Хворостяной С.И., Ройзман В.Я. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1982, №36

19. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М., "Наука", 1966.

20. Деркач В.Г. Специальные методы обогащения. М., "Недра", 1966.

21. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жид-кометаллическим телом. Л., "Энергия", 1970.

22. Начало магнитного транспорта. Под общ. ред. Гейера В.Г., М., "Недра", 1966.

23. Микельсон А.Э. и Жейгур Б.Д. Электромагнитная транспортировка тел. Рига, "Зинатне", 1971, с. 171-172.

24. Пиотровский Л.М. Электрические машины. Л., "Энергия", 1972.

25. Schloemann Е. Application of Ferrites to Environmental Problems. Recovery of Nonferrous Metals from Waste. Proc. ICF, Kyoto, Sept. 29-Oct.2, 1980, Tokyo, Dordrecht, 1982, p. 867-873.

26. Парселл Э. Электричество и магнетизм. М., "Наука", 1983.

27. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Хворостяной С.И. Извлечение цветных металлов из твердых бытовых отходов. / Обогащение руд, 1980, №5, с. 17-18.

28. Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Хворостяной С.И. Технология извлечения цветных металлов из твердых бытовых отходов. / М., ЦНИИТЭИМС, "Материально-техническое снабжение, серия 5. Рациональное использование материальных ресурсов, выпуск 4", 1980, с. 21-22.

29. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Ройзман В.Я. и др. Твердые бытовые отходы -источник вторичных материальных ресурсов. / ВИНИТИ, Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 1982, № 1-2, с. 119-136.

30. Шубов Л.Я., Хворостяной С.И., Ройзман В.Я. и др. Техника и технология извлечения металлов из твердых бытовых отходов. / ЦНИИЦветмет экономики и информации. Вторичная металлургия цветных металлов, 1985, выпуск 1, с. 1-52.

31. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Контроль пылеулавливающих установок. М., 1961, с. 82-90.

32. Налимов В.В. "Применение математической статистики при анализе вещества", М., Физматиз, 1960.

33. Верещагин И.П. и др. "Основы электрогазодинамики дисперсных систем", М„ "Энергия", 1974.

34. Васильев Н.П. Лабораторные работы по электроматериаловедению. Изд-во "Высшая школа", М., 1973.

35. Изаков Ф.Я., Козлов Н.С. Влияние слоя изоляции заземленного электрода на некоторые параметры поля коронного разряда. Труды ЧИМЭСХ, вып. 41, 1969.

36. Метод измерения удельного электрического сопротивления порошка. ГОСТ 4668-75.

37. Перцовский Е.С. и др. Электропроводимость зерна и зернопродуктов при высоких напряженностях электрического поля. Труды ВНИИЗ, вып. 57, 1967.

38. Аропов М.А. и др. Лабораторные работы по технике высоких напряжений. М., "Энергия", 1974.

39. Царев И.В., Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Кроткова В.Ф. Твердые бытовые отходы и современное состояние технологии их переработки. / Материально-техническое снабжение. 1977, № 12, с. 69-79

40. Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Кроткова В.Ф., Сальникова Т.В. Сбор и переработка бытовых отходов в зарубежных странах./ М., ЦНИИТЭИМС, "Рациональное использование материальных ресурсов", 1978, с. 1-46.

41. Шубов Л.Я., Васильева Т.И. Получение кормов из пищевых отходов. / М., ЦНИИТЭИМС, Экспресс-информация, 1978, вып. 24, с. 1-4

42. Шубов Л.Я. Переработка бытовых отходов с целью утилизации ценных компонентов. / М., ЦНИИТЭИМС, "Материально-техническое снабжение, серия 5. Рациональное использование материальных ресурсов, выпуск 7", 1979, с. 6-7

43. Шубов Л.Я., Ройзман В.Я. Аэросепарация твердых бытовых отходов в вертикальном потоке воздуха. / М., ЦНИИТЭИМС, "Материально-техническое снабжение, серия 5. Рациональное использование материальных ресурсов, выпуск 4", 1980, с. 22-23

44. Царев И.В., Шубов Л.Я., Васильева Т.И. Механизированное извлечение пищевой части из твердых бытовых отходов. / М., ЦНИИТЭИМС, "Материально-техническое снабжение, серия 5. Рациональное использование материальных ресурсов, выпуск 4", 1980, с. 23-24

45. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Сецкий А.С. Ценный источник вторичного сырья. / Городское хозяйство Москвы, 1980, № 10, с. 31-33

46. Дуденков С.В., Шубов Л.Я. Твердые бытовые отходы источник вторичных ресурсов (тезисы доклада на Международном конгрессе в ЧССР). /Прага, в сб. "Санитарная очистка городов", 1981, с. 243.

47. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Ройзман В.Я., Кроткова В.Ф. Проблема твердых бытовых отходов и рациональные пути ее решения. / ВИНИТИ, Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 1982, № 1-2, с. 112-119

48. Дуденков С.В., Зайцев В.А., Пекелис Г.Л., Шубов Л.Я. Рациональное использование твердых бытовых отходов. / ВИНИТИ, Итоги науки и техники, серия "Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов", 1984, т. 15, с. 3-190

49. Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Хворостяной С.И. Технология извлечения металлов из твердых бытовых отходов. / Цветные металлы, 1984, № 9, с. 9196

50. Шубов Л.Я. Отходы не топливо. / Природа и человек, 1986, № 7, с.32-34

51. Шубов Л.Я. Удаление, переработка и рециклизация твердых бытовых отходов. / ВИНИТИ, Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 1986, №4, с. 43-60

52. Шубов Л.Я., Дуденков С.В., Хворостяной С.И. Отработка в полупромышленном и опытно-промышленном масштабе элементов технологии обогащения твердых бытовых отходов. / ВИНИТИ, Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 1986, № 10, с. 59-68

53. Шубов Л.Я., Золин С.Н., Шапкина Л.М. и др. Применение электрической сепарации в технологии обогащения отходов производства и потребления. / Л-д, в сб. "Совершенствование процессов электросепарации и конструкций электросепараторов", 1987, с. 124-130

54. Шубов Л.Я. . Комплексная переработка твердых бытовых отходов (доклад на Международном конгрессе "Окружающая среда как средство существования: технологический ответ") /Италия, "Отходы 89 новое в переработке отходов", 1989, с. 2-5

55. Лебедев В.Н., Шубов Л.Я. О рациональных методах переработки твердых бытовых отходов., М., Экологический вестник Подмосковья, 1993, выпуск №4(12), с. 8-13

56. А.с. 737026. Сепаратор для сортировки твердых материалов. / Дуденков С.В., Царев И.В., Шубов Л.Я. Ройзман В.Я. и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1980, № 20

57. А.с. 784916. Способ аэросепарации твердых бытовых отходов. / Дуденков С.В., Царев И.В., Шубов Л.Я. и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1980, № 45

58. А.с. 797772. Способ разделения сыпучего материала в электрическом поле. / Шубов Л.Я. Ройзман В.Я., Дуденков С.В. и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1981, № 3

59. А.с. 956015. Способ сортировки сыпучего материала в электрическом поле. / Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Ройзман В.Я. и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1982, № 33

60. А.с. 934600. Способ электродинамической сепарации. / Бунько В.А., Ла-пицкий В.Н., Шубов Л.Я. и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1985, № 45

61. А.с. 1231683. Способ переработки твердых бытовых отходов. / Дуденков С.В., Шубов Л.Я., Ройзман В.Я. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки", 1986, №

62. А.с. 1427667. Способ переработки отработанных и бракованных люминесцентных ламп. / Михайлов В.К., Пустильник А.И., Шубов Л.Я. и др. Не подлежит публикации.

63. А.с. 1473197. Устройство для разделения твердых бытовых отходов. / Шубов Л.Я., Милов В.П. и др. Не подлежит публикации.

64. А.с. 1483725. Способ переработки твердых бытовых отходов. / Шубов Л.Я., Царев И.В., Хворостяной С.И. Не подлежит публикации.ш