Оборудване за механично третиране на отпадъци

Mеханичната обработка включва използването на различни машини за сепариране, намаляване на размера на частиците, сортиране и компактиране на отпадъците. Тези процеси подпомагат предварителното третиране и позволяват отделянето на рециклируемите материали.

Механичната обработка позволява бързото и лесно сепариране от отпадъчния поток на черни и цветни метали, леки фракции, различни видове пластмаса, стъкло, инертни материали и много други компоненти.

Редуциране на размера
При избора на оборудване за намаляване размера на отпадъците следва да се вземат предвид следните фактори:
• физичните характеристики на третирания материал – размер на частиците, структура, твърдост, чупливост, ронливост и др.;
• бъдещата употреба на материала, т. е. дали след механичното третиране ще следва физична или химична обработка;
• изискваните качества на крайния материал – размер на частиците, гранулометричен състав и среден размер на частиците.

За реализиране на процеса се използват различни съоръжения – чукови дробилки, барабанни мелници, ударни, валцови и челюстни трошачки.

Отделните видове чукови дробилки се различават единствено по конструкцията на ротора. Обикновено се използват като спомагателно оборудване за редуциране размера на отпадъци от излезли от употреба автомобили, както и за строителни и битови отпадъци. Възможно е да са с хоризонтален или вертикален вал с прикрепени към него чукове.

Вертикалният вариант се прилага предимно за третиране на домакински отпадъци и леки фракции като пластмаса и хартия. Гранулометричният състав на получения след обработка материал зависи от броя на чуковете в дробилката – колкото повече са те, толкова по-фина е крайната фракция.

Финалният размер на частиците зависи и от разстоянието между чуковете. Специфичен вариант на чуковите дробилки е трошачка за строителни отпадъци, при която материалите се подават на хоризонтална конвейерна линия, която ги придвижва към разположен в края й вал с чукове.

Ударните трошачки се състоят от бързо въртящ се вал, оборудван със сменяеми чукове, и разположени над него трошачни плочи. Разстоянието между чуковете и плочите, както и наклонът на плочите, могат да бъдат регулирани. Ако в трошачката попадне трудно разрушм материал, плочите могат да се повдигнат нагоре, при което отпадъкът се изтласква надолу. Ударните трошачки се зареждат от горната страна, а вече обработеният материал излиза от долната.

При зареждане на машината отпадъците се захващат от чуковете, които при въртенето на вала се удрят в трошачните плочи. Те се позиционират така, че обработваният материал да остане в трошачния цикъл до достигане на желания размер на частиците, което ще позволи преминаването им между тях и ротора. При използване на ударна трошачка за строителни отпадъци е важно арматурните пръти да бъдат предварително отстранени или нарязани, за да се предотврати увиването им около ротора и блокирането на системата.

В сравнение с чуковите дробилки, които работят с висока скорост (до 1200 об./мин.), валцовите трошачки са много по-бавни (20 до 60 об./мин.). Те могат да бъдат с един или два хоризонтални вала. Валовете се въртят в противоположна посока на острие, като степента на редуциране на отпадъците зависи от разстоянието между остриетата, както и от ширината на зъбците им.

Когато се третират обемисти и едрогабаритни отпадъци, е препоръчително да се монтират хидравлични преси, които да притискат материалите към остриетата. Валцовите трошачки са неприложими за големи метални отпадъци и други неразрушими материали. При претоварване на двигателя остриетата автоматично се завъртат в обратна посока и материалът трябва да бъде отстранен на ръка.

Обикновено е по-добре обемистите и нечупливи материали да бъдат отстранени предварително. По-ефективно управление на размера на частиците се постига, когато се използват бързо въртящи се барабанни дробилки с перфорирани дъна. Основен проблем в тези случаи обаче е абразивното въздействие на отпадъците върху машината. Поради това, ротационните барабанни дробилки се използват по-често за редуциране размера на пластмасови отпадъци.

При бавно въртящите се барабанни мелници съотношението между диаметър и дължина е приблизително 3:1. Около 17% от обема им са запълнени със стоманени топчета. Благодарение на въртенето на барабана с 14 до 20 об./мин. и триенето в топчетата, отпадъците се смилат. При достигане на желания размер на частиците отпадъците излизат през отворите в корпуса на мелницата.

Продължителната употреба на топчетата води до износването и намаляването на размера им, което обуславя необходимостта от периодичната им подмяна с нови. В тези съоръжения трудно чупливите материали и големите метални късове също могат да служат като стриващи тела. В тези случаи процесът се нарича полуавтогенно смилане.
В инсталациите за компостиране се използват специални дробилки, състоящи се от сита с диаметър на отворите между 25 и 44 мм и шредиращи зъбци.

Отпадъците се разпределят върху повърхността на ситото с помощта на въртящо се с 8 до 10 об./мин. рамо. Лесните за шредиране отпадъци (напр. кухненски отпадъци) излизат от дробилката след престой от 20 минути. По-устойчивите материали се закачат на зъбците и периодично се избутват от въртящото се рамо към страничен изходен отвор. Тези съоръжения обаче не се използват много често заради не толкова ефективното намаляване размера на отпадъците в сравнение с чуковите дробилки например.

Челюстните трошачки обикновено се прилагат за смилане на твърди и чупливи материали. Отпадъците се зареждат от горната страна между две подвижни челюсти. При движението на челюстите материалите се строшават и смилат. В повечето случаи тези машини се използват за строителни отпадъци.

Сортиране
При процес на пресяване отпадъците се сортират спрямо размера на частиците с помощта на сито – по малките частици преминават през отворите и се събират като фина фракция, а оставащите в ситото отпадъци образуват едрата фракция. Обикновено определен процент от фината фракция остава заедно с едрата. Грешки при проектирането или износване повърхността на ситото пък могат да доведат до изпадане на по-едри частици заедно с фината фракция.

За износването на ситото най-съществена роля имат частиците с диаметър точно колкото диаметъра на отворите. Ефективността на пресяване се определя на база съотношението между фината фракция, която преминава през отворите на ситото, и фината фракция в началния поток отпадъци.

Тя зависи и от следните фактори:
• свързани с машината – ширина, дължина, ъгъл и форма на ситото, честота и амплитуда на вибрациите, обороти и др.;
• свързани с повърхността на ситото – вид на повърхността, размер на отворите, конструкционен материал;
• свързани със самия процес – зареждане на отпадъците, влажност на повърхността, размер на частиците, гранулометричен състав.

Фините, влажни и лепкави отпадъци могат да запушат отворите на ситото и затова, когато се третират такива материали, диаметрите на отворите са по-малки. Мерките за предотвратяване на запушвания включват използването на четки, нагреватели, продухване с въздух или добавяне на вода за повишаване на капилярното налягане между лепкавите части.

Сред най-често използваните съоръжения при механична обработка на отпадъците е барабанното сито. То може да влезе в употреба за първично или за крайно пресяване на отпадъците след намаляване размера на частиците им. Диаметърът на барабана, скоростта на въртене, размерът на отворите и наклонът на цилиндъра са сред факторите, влияещи на ефективността на пресяване.

Тъй като ефективната повърхност на ситото е относително малка, за постигане на максимален резултат по стените се монтират спираловидни отражатели и други аксесоари, разпределящи отпадъците из целия обем на барабана. Съществува възможност за сортиране и на повече от две фракции чрез последователно използване на няколко сита с различни диаметри на отворите.

Пресяването на отпадъци с вибрационно сито е ефективен метод, при който не се стига до запушвания на отворите. Често се прилага за пресяване на компост. Ситото се състои от гъвкава мрежа от каучук или пластмаса, прикрепена към вибриращи рамена, движещи се в противоположни посоки. Това води до възникване на вълнообразно движение на мрежата със значителна амплитуда (30 до 50 мм). Достиганите честоти на вибрация пък водят до относително силно удряне на пресяваните отпадъци в мрежата.

Балистичните сепаратори са разработени за разделянето на битови отпадъци на три фракции – фина, лека и тежка. Основната част на съоръжението е подвижна, наклонена и перфорирана платформа, която е разделена на редове от вибриращи компоненти.

Отпадъците, в зависимост от теглото и формата си, се придвижват нагоре или надолу. Тежките материали от отпадъчния поток падат до най-ниското ниво. По-леките отпадъци (пластмасово фолио и хартия) се движат в противоположна посока, към най-високата част на платформата. Фината фракция пък изпада през перфорираното дъно на платформата.

Въздушните класификатори сортират отпадъците в зависимост от скоростта на падане на частиците, която се определя от тяхното специфично тегло. Проектирането на една такава машина изисква точно изчисление на скоростта на зареждане на отпадъците в кг/м3, тъй като над или под дадена стойност разделянето на леката и тежката фракция спира. Ефективността на сортиране се влияе и от параметри като плътност, влагосъдържание, морфологичен състав на отпадъците, както и всяка предходна процедура по намаляване на размера им.

Въздушните класификатори биват два вида – зигзаговиден и ротационен. При първия вид отпадъците се подават в зигзагообразна вертикална колона, като същевременно са подложени на въздушна струя, идваща от долната й част. По-висока селективност при разделянето на леката и тежката фракция може да се постигне с промяна на скоростта на зареждане на отпадъците или на въздушната струя.

Ротационните класификатори включват три основни компонента – въртящ се барабан, перфорирана утаителна камера и система за сгъстен въздух. Препоръчително е отпадъците, които ще се третират, да са предварително шредирани. При вкарването на сгъстения въздух, леките частици се унасят и преминават в утаителната камера. По-тежките материали се събират в долния по-тесен край на барабана.

С цел редуциране на емисиите, въздухът може да бъде рециркулиран. Съществуват и класификатори, при които въздушният поток се пропуска перпендикулярно на посоката на падане на отпадъците. Тези съоръжения са изключително ефективни, когато компонентите на отпадъчния поток са със силно различаваща се плътност.

Сепарация
Процесът на сепарация се основава на различните физически свойства на всяка една фракция отпадъци. Много от разработените машини за сепарация се оказват прекалено скъпи и не толкова полезни за силно хетерогенни отпадъчни потоци. Сред утвърдените съоръжения в сектора на управление на отпадъци са магнитните, оптичните, флотационните сепаратори, хидроциклоните и др.

При магнитната сепарация се осъществява отделяне на черните метали, като за да е ефективна системата, се изисква отпадъците предварително да са обработени с цел намаляване на размера им. По-този начин те по-лесно могат да бъдат привлечени от магнита. Ограниченията за размера на частиците зависят от големината на магнита, като за битови отпадъци например те варират между 10 и 100 мм.

Сепараторите с вихрови токове служат за разделяне на смес от отпадъци с подобни плътности. Технологията се основава на преминаването на вихрови токове през металните отпадъци в резултат на излагането им на променливо във времето или пространството електромагнитно поле. Този метод се прилага широко за сепарация на алуминиеви кенчета от напитки.

Оптичните сепаратори са разработени специално за разделянето на натрошени стъклени отпадъци по цвят. Машината разпознава цвета на стъклото по неговата непрозрачност и с помощта на струя сгъстен въздух отклонява падащата трошка в съда за събиране на съответния цвят стъкло. Степента на чистота, която може да се постигне при сепарацията на стъкло, достига до 98%, като е необходимо отпадъците да бъдат предварително пресети и да са с намалени размери на частиците.

Сепарацията спрямо плътността е заимствана като технология от рудодобивната промишленост и се използва за отделяне най-вече на пластмаса, цветни метали, стъкло, и други компоненти от отпадъчни потоци. Съществуват две разновидности на метода – утаителна и хидроциклонна. В първия случай ефективността на разделяне на пластмаса може да достигне 98%.

Плътността на сепариращата течност се регулира до плътността на пластмасовите компоненти в смесените битови отпадъци чрез добавянето на CaCl2. По-висока ефективност може да бъде достигната при добавянето на химикали, повишаващи омокряемостта на пластмасовата повърхност. Добре е фината фракция да бъде отстранена предварително с помощта на въздушен класификатор.

В хидроциклоните, благодарение на центробежното силово поле, става разделяне например на пластмаси от зърнеста отпадъчна смес. Геометрията на циклона създава в центъра му възходящ спираловиден поток, който отнася леката фракция, и низходящ вихров поток, който пък отнася по-тежките частици. Тези съоръжения се отличават с опростената си конструкция, липсата на сложни компоненти и възможността за висока скорост на зареждане на отпадъците.

Компактиране
Основна цел на компактирането е намаляване повърхността и увеличаване на насипната плътност на отпадъците. Използват се два метода – при единия след изсушаване на отпадъците се добавят слепващи агенти или течности; при втория метод компактирането се осъществява посредством прилагането на външна сила. Компактирането е изключително важно от логистична гледна точка, тъй като с прилагането му разходите за транспорт и съхранение на отпадъците намаляват значително.

Друго предимство е увеличаването на енергийната плътност на отпадъците, предвидени за оползотворяване с цел получаване на енергия. Основните съоръжения за компактиране са балиращите преси, компакторите и екструдерите. Балиращите преси се използват за най-различни отпадъчни материали – хартия, картон, пластмасови опаковки, метални кенчета и др. При екструдерите процесът може да е непрекъснат (за мокри фини материали), полунепрекъснат или сериен.