Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обеспечение экологической безопасности земельных угодий при использовании компоста из твердых бытовых отходов посредством его термической сушки

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Соколов, Андрей Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Состав и свойства - основные характеристики твердых бытовых отходов (ТБО)

1.2 Сравнительный анализ ресурсосберегающих методов переработки отходов и основные направления их оптимизации

1.3 Выводы. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ СУШКИ ПРОКОМПОСТИРОВАННЫХ

ТБО (ПТБО)

2.1 Технологические, структурно-механические и тепло-физические характеристики ПТБО

2.2 Основы процесса сушки дисперсных материалов. Выбор и обоснование типа экспериментальной сушильной установки для ПТБО

2.3 Планирование экспериментов при исследовании закономерностей процесса сушки ПТБО

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА СУШКИ ПТБО

3.1 Определение технологических, структурно-механических и теплофизических характеристик

3.2 Измерение параметров процесса сушки ПТБО

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИ- 92 СТИК ПРОЦЕССА СУШКИ ПТБО

4.1 Влияние основных характеристик ПТБО на процесс их термической сушки

4.2 Основные факторы процесса сушки. Расчет и регулирование параметров процесса термической сушки в сушильной установке барабанного типа

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗЕМЕЛЬНЫХ УГОДИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОБОГАЩЕННОГО КОМПОСТА

5.1 Санитарно-экологическая оценка процессов сушки

5.2 Технико-экономические показатели термической сушки ПТБО на заводах МПБО и оценка предотвращенного экологического ущерба при использовании компостов

5.3 Технологический регламент процесса сушки - гарант достижения экологической безопасности при использовании и эффективности обогащения компостов

Введение Диссертация по биологии, на тему "Обеспечение экологической безопасности земельных угодий при использовании компоста из твердых бытовых отходов посредством его термической сушки"

Актуальность работы. В Российской Федерации ежегодно образуется более о

250 млн. м твердых бытовых отходов (ТБО). Развитие социальной и производственной сфер деятельности населения способствуют неуклонному количественному их росту.

В настоящее время свыше 90 % образующихся в России отходов вывозится для захоронения на специализированные полигоны и несанкционированные свалки, большая часть из которых не соответствует природоохранным требованиям. Свалки и полигоны ухудшают состояние биосферы, являются источником высокой санитарно-эпидемиологической опасности для людей и животных. Отсутствие или недостаточность мер по нейтрализации негативного воздействия ТБО приводит к экологическим катастрофам с трудноустранимыми последствиями.

В Концепции обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации (Госстрой, М., 1999) представлены наиболее перспективные и экологически малоопасные методы переработки и утилизации ТБО. В первую очередь, это индустриальные технологии переработки ТБО в компост и биотопливо с одновременным извлечением ценных компонентов отходов для утилизации - вторичных материальных ресурсов (BMP). В период с 1974 по 1987 год на территории бывшего СССР введены в эксплуатацию 17 специализированных заводов по переработке ТБО в компост (МПБО), что позволило заметно снизить нагрузку на окружающую природную среду в регионах, обслуживаемых такими заводами.

Компост из ТБО представляет собой весьма эффективное в агротехнике органическое удобрение с богатым содержанием макро- и микроэлементов. Он повышает плодородие и улучшает структуру почв, используется в сельскохозяйственном производстве и в зеленом городском строительстве. Сырьевой базой для компоста являются органические фракции ТБО.

Стабильным спросом в промышленности пользуются BMP из ТБО - макулатурные фракции, полимерные и текстильные материалы, черные и цветные металлы, стеклобой.

Современные индустриальные методы переработки ТБО предусматривают сортировку ТБО по фракциям с последующей их раздельной утилизацией. Механизированное разделение отходов основано на известных в технике гравитационных, аэродинамических, электромагнитных и баллистических способах.

Сдерживающим фактором развития индустриальных технологий является непостоянство морфологического состава ТБО. Последствия этого явления -широкий диапазон изменения влажности отходов, оказывающий наибольшее влияние на эффективность механизированного разделения фракций отходов: при влажности отходов свыше 40 % работоспособность сепараторов при извлечении средних и мелких фракций BMP из прокомпостированных ТБО (ПТБО) снижается в 2,5 и более раз. В результате этого, компост забалластирован материалами, создающими опасность травматизма при его использовании и загрязняющими окружающую природную среду (почву). Засоренность компоста балластными фракциями ТБО неорганического происхождения и отсутствие надежных методов его обогащения привели к тому, что в рыночных экономических условиях спрос на компосты из ТБО весьма низкий. МПБО вынуждены реализовать компосты ниже их себестоимости.

Разработка и внедрение технологических методов регулирования влажности ПТБО в процессах механизированной переработки ТБО является одной из важнейших задач в целях обеспечения экологической безопасности компостов и требований охраны труда при их использовании, снижения заготовительных и транспортных расходов, достижения рентабельности производства компостов и развития рынка сбыта. Вышеназванные факторы в полной мере характеризуют актуальность диссертационной работы.

Цель работы - обеспечение экологической безопасности земельных угодий при использовании компоста из ТБО посредством его термической сушки и создания, таким образом, технической возможности для эффективного механизированного обогащения компоста.

Для осуществления цели работы ставились следующие задачи.

1. Исследовать физико-химические характеристики ТБО на различных стадиях их переработки в компост.

2. Провести комплексные теоретические исследования по определению характеристик ПТБО, как объекта термической сушки (технологических, структурно-механических и теплофизических).

3. Выбрать и обосновать способ сушки и тип сушильного аппарата, изготовить его экспериментальную модель и исследовать основные факторы процесса сушки ПТБО и их взаимосвязь.

4. Разработка алгоритма расчета сушильного процесса и рекомендаций по проектированию и эксплуатации промышленного образца сушильного аппарата.

Научная новизна состоит в применении методов термической сушки ПТБО для обеспечения экологической безопасности компоста при использовании, а также улучшении санитарно-гигиенических показателей компостов из ТБО.

Разработана математическая модель и обоснование параметров процесса сушки ПТБО.

Разработаны и внедрены оригинальные конструктивные устройства барабанной сушилки, защищенные авторскими свидетельствами.

Практическое значение и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены при проектировании мусороперабатывающих заводов в г.г. Орел, Пловдив (Болгария),Тбилиси, Тольятти и других.

Результаты исследований использованы в проектно-конструкторских разработках:

- «Завод по переработке пищевых отходов в сухие гранулированные корма» (Москва-Владимир);

- «Сушильно-фасовочное производство компоста» (Минск, Белорусь);

- рабочий проект «Агрегат для сушки компоста АСК - 10»;

- технический и рабочий проекты оборудования ГТ7-01БН2,8-16ВУ-13.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на постоянно действующих координационных международных совещаниях по выполнению Комплексных Программ Научно-технического Прогресса стран-членов СЭВ в 1985. 1987 г.г. (Москва, София); на международных выставках и конференциях - «ВейсТек» (июнь 1999 г., июнь 2001 г.) и на П международном Форуме по проблемам ЖКХ (март, 2001 г.).

Основные положения, выносимые на защиту: о способ обеспечения экологической безопасности земельных угодий при использовании компостов из ТБО; о результаты исследований характеристик ПТБО как объекта термической сушки; о технология термической сушки ПТБО; о методы регулирования режимов термической сушки ПТБО в барабанных сушильных агрегатах.

Наиболее полно результаты диссертационной работы представлены в четырех статьях и семи отчетах по выполненным научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам в период с 1983 по 1992 годы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии и приложений. Объем диссертационной работы составляет 146 страниц машинописного текста, в том числе, 29 рисунков, 24 таблицы и 137 наименований литературных источников.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Соколов, Андрей Дмитриевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Результаты проведенных научных исследований по обеспечению экологической безопасности земельных угодий при использовании компоста из ГБО посредством его термической сушки позволяют сделать следующие ос-ювные выводы.

1. Компосты из ТБО характеризуются высокими агрохимическими пока-ателями, но их широкое применение сдерживает наличие балластных неор-анических компонентов ТБО.

2. Механизированное обогащение не обеспечивает в полной мере повышения удобрительных ценностей компостов в условиях постоянно изменяющихся физико-химических свойств ТБО. Достижимый уровень обогащения .омпостов - 5,1 % балластных компонентов от массы исходных ТБО.

3. Применение компостов связано с риском возможного травматизма, веет к загрязнению пахотных земель, что существенно снижает спрос на про-укцию МПБО.

4. В естественных условиях влажность ТБО достигает 61 %, когда из-естные и применяемые методы механизированной сортировки ПТБО не эф-(ективны при извлечении балластных компонентов. Так, эксплуатационная роизводительность грохотов при влажности ПТБО около 55 % снижается в .2,5 раза в сравнении с аналогичными показателями при влажности 40.45 г 0.

5. Одним из наиболее действенных методов регулирования и стабилиза-ии влажности ПТБО является их термическая сушка. Экспериментально усыновлено, что термической сушкой устраняется адгезионно-когезионный |)фект и обеспечиваются оптимальные условия для разделения фракций ТБО механизированными способами. При этом происходит глубокое обез-эеживание ПТБО от патогенной микрофлоры.

6. Разработанные математическая модель и расчетный алгоритм сушки ТБО в барабанной сушилке позволяют получить надежные данные для проектирования и эксплуатации для различных вариантов технологических решений по переработке ТБО в компосты.

7. При внедрении сушильной техники в составе комплекта оборудования ШТБО расходы не превысят: по капитальным вложениям - 5,03 %; по эксплуатационным затратам - 5,3 %. Экономическая эффективность производственного комплекса возрастает на 38,6 %.

8. Предотвращенный экологический ущерб земельным угодиям за счет )богащения компоста составляет 71,37 тыс.у.е./год.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Соколов, Андрей Дмитриевич, Москва

1. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н., Сметанин В.В., Соколов А.Д., Соломина О.И. Переработка и утилизация отходов зеленых насаждений городов, «ЧИСТЫЙ ГОРОД», 2001,2, с.13-19.

2. Авдонин С.А. и др. Диффузионная модель процесса сушки в аппаратах барабанного типа // .Журнал прикладной химии, -1982.-т.55. № 5. - С.1073-1077.

3. Архангельский В.Д. Аппараты для сушки сыпучей древесины. М.; Лесная промышленность, 1970.

4. Афанасьев А.Е., Чураев Н.В. Оптимизация процессов сушки и струк-турообразования в технологии торфяного производства. М., Недра, 1992

5. Бакластов A.M.,Горбенко В.А.,Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепло-массообменных установок. М.; Энергоиз-дат,1981.

6. Беньямовский Д.Н. Термические методы обезвреживания твердых бытовых отходов. М.;Стройиздат,1979.

7. Бобров А.Г. Технология и оборудование дробления твердых бытовых отходов на коммунальных сооружениях. Канд.дис.; -М.,1987.

8. Бобрович В.С.,Астакова В.И. Использование математического планирования эксперимента при исследовании процесса сушки. // В сб.: Исследование и оптимизация тепломассопереноса в сушильно-термических процессах. Минск; ИТМО, 1983,с.65-71.

9. Бурич О.,Беркли Ф. Сушка плодов и овощей. М.; Пищевая промышленность, 1978.

10. Валушис В.Ю. Исследование процесса высокотемпературной сушки трав в пневмобарабанной сушилке. Канд.дис.; - Каунас; 1966.

11. Валушис В.Ю.Технология и средства механизации для высокотемпературной сушки кормов. Докт.дис.; - Л. (Пушкин), 1984.

12. Вершинина Н.П. Исследование влияния продольного перемешивания материала на длительность сушки его в барабанной сушилке. -Канд.дис.; Харьков, 1975.

13. Ворошилов А.П. Барабанный сушильный агрегат. М.;Госэнерго-издат,1934.

14. Воскресенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.;Финансы и статистика, 1981.

15. Временные рекомендации по технологии приготовления сухих кормов из пищевых отходов для откорма свиней. -М.; Агропромиздат,1986.

16. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. М.; Экономика, 1986.

17. Ганшафт В.Е. Разработка и исследование систем автоматического управления процессами сушки торфа на брикетных заводах. -Канд.дис.; Минск, 1981.

18. Гинзбург A.C. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М.; Агропромиздат,1985.

19. Гольдфарб Л.Л. Изыскание эффективных приемов термической сушки механически обезвоженных осадков городских стоков. -Канд.дис.; -М.,1971.

20. Гольдфарб Л.Л. Экспериментальное определение теплоемкости осадков сточных вод.// В сб. Совершенствование расчета подачи и распределения воды и методов ее очистки. М.; ОНТИ АКХ, 1976. -вып.130. - С.51-56.

21. Гольстрем В.А.,Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов. Киев;Техшка,1985.

22. Горобцова Н.Е. Аналитическое исследование изотерм сорбции различных материалов. // В сб. Исследование и оптимизация тепломассо-переноса в сушильно-термических процессах. Минск; ИТ-МО,1983,с.72-77.

23. Горячев В.Д. Исследование процесса сушки фрезерного торфа в пнев-мосепарационной сушилке с закрученным потоком. Канд. дис.,Калинин,!975.24.