РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДОВ И МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристика исследуемых углеродистых отходов
В работе исследуются компаунд-смеси шламов углеобогащения и твердых бытовых отходов с добавлением связующего - кислой смолки сульфатного отделения коксохимического завода. Для выбора методов исследования приведем кратко основные характеристики этих веществ.
В соответствие с принятой в законе Украины об отходах терминологии твердые бытовые отходы представляют собой смеси различных материалов, предметов и веществ, которые образуются в процессе жизнедеятельности людей и выбрасываются как бесполезные или нежелательные [86].
В связи с неоднородностью состава ТБО, их физико-механические характеристики колеблются в широких пределах. Для обозначения доли компонентов в общей массе ТБО многие авторы используют понятие морфологического состава [17,18,24]. По сезонам года он изменяется в основном за счет таких их компонентов, как пищевые отбросы, которые скапливаются больше летом и осенью; стекла, металлолома, макулатуры, имеющих максимальное содержание в осенне-зимний период. Среднегодовой морфологический состав для различных районов принципиально не отличается [17,18]. В табл. 2.1 приведен средне-сезонный морфологический состав ТБО на полигоне г. Авдеевки (Донецкая область), где преобладают фракции пищевых отходов и макулатуры.
Фракционный состав показывает распределение частиц материала по размеру. Так как каждый компонент ТБО имеет свой диапазон крупности, их фракционный состав существенно зависит от морфологического состава. Усредненная интегральная кривая крупности частиц ТБО на полигоне (рис. 2.1), построенная по данным, приведенным в работах [17,18], показывает, что основная часть бытового мусора - фракции размером 20-100 мм. В ТБО преобладают частицы плоской формы, толщина которых в несколько раз меньше длины и ширины.
Таблица 2.1
Морфологический состав твердых бытовых отходов на полигоне г. Авдеевки
КомпонентСодержание, %Пищевые отходы42,00Макулатура30,00Стекло5,00Текстиль3,50Металл2,00Пластмасса, ПЭТ-тара1,50Дерево1,00Камни1,00Шкура, резина1,00Кости0,50Мелкие отходы (зола, песок и др.)12,50
Рис. 2.1. Интегральные кривые распределения по размерам (Q3 (d)) частиц шлама углеобогащения Авдеевского КХЗ (dшлам) и твердых бытовых отходов (dТБО)
Общая влажность характеризует отношение веса содержащейся в объеме материала свободной и связанной воды к общему весу материала. В зависимости от климатической зоны, сезона года и крупности влажность ТБО составляет 30-60 %. С уменьшением крупности частиц материала растет его влажность. Наибольшую влажность имеют частицы пищевых отбросов (до 80 %). За счет большой доли их в массе ТБО, они определяют их общую влажность. В сезон дождей средняя влажность ТБО увеличивается на 10-12% [17, 18].
Насыпная плотность ТБО определяется морфологическим и фракционным составом, методом сбора и временем хранения или нахождения в таре. Она зависит от степени благосостояния населения и содержания в отходах компонентов, имеющих низкую насыпную плотность (полимерная пленка, макулатура и т. п.). Средняя насыпная плотность компонентов приведена в табл. 2.2. Плотность ТБО на полигонах составляет 0,15-0,25 т/м3 [17].
Таблица 2.2
Насыпная плотность и энергетическая ценность отдельных компонентов ТБО
Компоненты ТБОНасыпная плотность компонентов, кг/м3Теплота сгорания, ккал/кгМакулатура20-804540Пищевые отходы450-5504100Дерево200-6004780Текстиль160-1804200Кожа, резина220-2506230Полимерный материал5-1010000Металл цветной/черный220-280 / 7500-8800-Кости360-530-Керамика, бетон1500-2500-
Для термических процессов переработки ТБО, ставящих задачу получения энергии, важной характеристикой является их энергетическая ценность [19]. Содержание органического вещества в ТБО колеблется от 55 до 80 % в расчете на сухое вещество. По данным АКХ им. Панфилова теплотворная способность ТБО в Украине находилась до 1985 года в пределах от 4,5 до 9 МДж/кг. Этот показатель увеличивается в последние годы в связи с ростом доли высококалорийных фракций полимеров и макулатуры. Среднеевропейский показатель составляет 10 MДж/кг [20,21]. Наибольшей теплотворной способностью обладают пластмасса и макулатура, наименьшей - текстиль и древесина. Зольность ТБО колеблется в пределах 20-45 % на сухое вещество [18]. Такие компоненты ТБО, как металл, камни, стекло, керамика, не имеют энергетической ценности и являются балластом, который желательно извлекать до термической переработки.
Важным для оценки химических процессов в термоагрегате является элементарный состав отходов. В среднем ТБО содержат, %: 17-30 С, 2-4 H2, 8-25 О2, 20-45 инертных материалов и 30-60 воды. Около 12-15 % кислорода связаны c горючей фракцией и около 0,5 % азота содержится в различных видах соединений. Для анализа экологической безопасности термопереработки также имеют значение микроэлементы ТБО. В ТБО содержится более ста токсичных соединений. На рис. 2.2 сопоставлены области концентраций нескольких элементов ТБО по сравнению с естественным их наличием в верхнем слое земной коры [20].
Рис. 2.2. Области концентрации нескольких элементов в ТБО и литосфере
Видно, что ТБО содержат не только высокотоксичные, но и проявляющие высокую тепловую мобильность элементы, как, например, As, Cd, Hg и Pb, что требует их контроля в продуктах термической переработки.
При обогащении угля на обогатительных фабриках шахт и коксохимических заводов возникают отходы воды с примесью мелкозернистых твердых веществ - шламов, содержащие большую часть породных и промежуточных фракций угля. Эти отходы отводятся в пруды-отстойники. Из-за малой эффективности используемых процессов обогащения и возникающих