<<
>>

УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТХОДОВ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Процесс, разработанный Р. А. Пенком (патент США 3 933577, 20 января г. и 4 006006, I февраля 1977 г.; фирма «Биоселл Корп.»), предназначен для обработки твердых городских отходов с минимальным загрязнением окружающей среды.

Длинноволокнистая бумажная масса и удобрения с контролируемым временем подачи питательных элементов в почву могут быть получены по этому методу с высокой эффективностью и экономичностью.

Твердые отходы после удаления железосодержащих материалов, стекла н других предметов подвергаются звуковой обработке, не приводящей к разрушению волокон. Процесс идет с использованием химикатов, которыг затем фосфатируются или ксантогенируются и в результате осаждения солей удаляют из бумажной массы чернила, восковые и другие покрытия, что позволяет получить удобрения с ценным набором питательных веществ н контролируемым временем выхода их в почву, а в качестве второго основного продукта — высококачественную бумажную массу.

Как показано на рис. 55, верхний поток из отстойника (не показан), содержащий около 40 % исходного перерабатываемого отхода, в состав которого входит около 88 % бумаги и около 2 % других горючих веществ, например полимерных пленок и пластмасс, обрабатывается в нескольких последовательных и параллельных стадиях с образованием удобрений и длинноволокнистой бумажной массы.

Поток сырья подается в реакторы, в которых чернила, восковые покрытия и масла всплывают, отделяются от волокон и осаждаются при взаимодействии с добавками химических реагентов. Разрушение массы бумаги осуществляется в результате генерации ударных волн в реакторе I. Реактор представляет собой вертикальный цилиндр, открытый в верхней части, куда подается сырье, химические добавки и вода. Вблизи его дна находится большой вращающийся диск с лопатками по периметру. При вращении диска с большой скоростью в жидкости возникает кавитация.

Минимальная скорость движения лопатки по окружности составляет 43,5 м/с. Возможность разрыва волокон сводится к минимуму, так как лопатки имеют относительно малые размеры. При высокой скорости вращения диска создаются ударные волны, которые разрушают бумагу без разрыва волокон. Эта аппаратура описана в патенте США 3 420454. В ходе процесса не происходит разрушения неволокнистых материалов (полимерных пленок, пластмасс), что облегчает разделение волокнистой бумажной массы и полимерных материалов.

Химические добавки в этом процессе выполняют двойную функцию: удаляют чернила, восковые покрытия, смазки и другие загрязнения, а также при последующем взаимодействии с фосфатами образует осадки, являющиеся компонентами удобрений.

Осуществление данного способа иллюстрируется следующим примером. В реактор I загружается 1350 кг жидкости из верхней части отстойника, содержащей около 61,3 % от общего количества перерабатываемых отходов, из них более 95 % составляет бумага и изделия нз нее.

В реактор также вводят: 420 кг доломитового молока (325 меш), 303 Kr гидроксида аммония (28 %), 90 кг гипохлорита кальция, 225 кг метнлпирролидона, 11,5 кг тергитола 15 S-9 (фирмы «Унион Карбайд»)— линейного этоксилата, в состав которого входит 9 молекул окиси этилена и 27 т возвратной воды.

Величина pH этой смеси около 12 за счет доломитового молока и может быть понижена до pH — 9,5+ 10 добавлением кислот (серной, фосфорной, азотиой).

В реактор сначала добавляется вода, затем вводится сырье (верхний слой из отстойника) и начинается перемешивание, через некоторое время вводятся химические добавки. Реактор работает около 12 мин. В последние 2 мин в реактор вводится 180 т воды и одновременно открывается расположенное в нижней части отверстие, в результате чего вся масса выпускается в резервуар 2. Начальная консистентность подаваемой массы равна примерно 5 %, в емкости 2 она составляет около 3 %.

Затем добавляется дополнительное количество воды для снижения коисистент- ности до 0,5 % и суспензия проходит через сито 16 с отверстиями 2 меш, где удаляются ткаии, пленки, резина, кожа (общее количество около 31 кг).

Прошедший через сито

Рис. 55. Схема процесса ультразвуковой обработки отходов городского хозяйства для получения высококачественной бумажной массы и удобрений:

1—10,              12,              13,              18,              20,              22              — 24

(в тексте); 11 — доломитовое молоко, раствор аммиака (0,1 — 10 %), увлажняющий агент (0,01—2 %); — содержание твердых компонентов (консистенция) 3,5—10%; — консистенция 0,5-3,5              %; — ткаии, полимерные пленки, резина, кожа и др.; 17 — частицы стекла, песка, пластмасса, керамика, волокна и др.; 19 — обломки, металлические опилки, иеразмельчеииая бумага; 21 — КОН; Cs2, H2O — бумажная масса; — удобрение

материал направляется для предварительной очистки в циклон 18, где удаляются частицы стекла, песок, термопласты, керамика и другие компоненты, которые выпадают на дно. Далее поток проходит под давлением через сито 5 для удаления крупнозернистых порошков и небольших количеств неразмельченной бумаги. Затем по линии 18 раствор подается на шнековый пресс, где его консистенция увеличивается до 40 %, а отделяемая жидкость направляется в резервуар температура в котором составляет 60 0C.

В резервуар вводится 850 кг фосфорной кислоты (52 % раствор), что приводит к снижению pH до 7,5 и вызывает интенсивное выпадение осадка. Содержимое резервуара перекачивается в отстойник со шнековым выводом для удаления твердого осадка, который вместе с осадком, отделенным на стадии центрифугирования, направляется по лннин 22 в смеситель 6. Туда же добавляется 120 кг сульфата калия; смеситель обогревается паром для сушки продукта.

Содержимое смесителя далее измельчается в мельнице 24 до размера ~20 меш, в результате чего получается 930 кг готового удобрения со средним содержанием элементов: 7 % N2, 40 % P2O5, 6 % К, 15 % MgO, 1,67 % S. Удобрение содержит также около 6,5 % чернил, восков, покрытий, адгезионные добавки, которые выпадают при осажденин вместе с основным осадком; ни один из этих компонентов не загрязняет почву.

Вместо смесителя 30 для сушки могут использоваться и другие устройства.

Вместо доломитового молока (эквимолекулярная смесь карбонатов кальция и магння) можно использовать CaO, MgO, CaCO3 или их смеси.

Стехиометрические количества КОН, K2CO3, KHCO3 или любых других калийных солей можно добавлять непосредственно в реактор I, в этом случае K2SO4 или другие соли в смеситель 6 не вводятся. Калиевые соли могут использоваться вместе с кальциевыми или магниевыми солями, в этом случае выпадают двойные соли CaKPO4 и MgKPO4. С технической точки зрения щелочные калийные соли могут полностью заменить аммиак. Однако азот необходим в удобрениях и поэтому целесообразно добавлять аммиак на заключительных стадиях процесса.

Источником азота могут служить (NH4)2CO3, NH4HCO3, NH4Cl, NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4COOCH3 и другие соли, за исключением таких, которые создают pH меньше 7; pH раствора должна оставаться щелочной (до 10,5). Эта цель достигается добавлением КОН, одновременно в продукт вводятся ионы калия.

Требования, предъявляемые к растворителям, определяются их способностью растворяться в воде и растворять водонерастворимые полимеры, асфальтены, лио- фильные загрязнения волокон. Апротонные растворители типа диметилформамида, диметилсульфоксида, метилпирролидона обладают хорошей растворяющей способностью и могут использоваться в концентрации 0,1—10%; растворитель загружается в реактор I. Другими используемыми растворителями являются метиловый, этиловый и изопропиловый спирт, водорастворимые эфиры гликолей, этоксиспирты типа целлозольва.

Действие растворителей заключается в проникновении в межволоконное пространство и извлечение оттуда чернил, покрытий, восков, адгезионных и других добавок, включая гниющие фрагменты, которые при этом остаются в эмульгированном состоянии и могут подвергаться действию смачивающих агентов.

Можно использовать различные смачивающие агенты, особенно те, которые не вызывают осаждения ПАВ и устойчивы к высоким pH, например неионные этоксили- рованные нонил- и октилфенОлы, поступающие в продажу под названиями «Тритон X-100», «Тергитол NPX» и «Тергитол 15 S-9», а также алкиларилсульфонаты с 4— 30 атомами углерода в алкильном заместителе, например додецилбензилсульфонат натрия, соединения на основе сорбитола и др.

Эти соединения, используемые в концентрации 0,01—2 %, образуют устойчивые эмульсии водонерастворимых компонентов перерабатываемых бумажных отходов — асфальтенов полимерных покрытий, восков, масел и др. Они также обладают способностью диспергировать такие материалы как глина, сажа, чернильные пигменты и т. д.

Добавки окислителей предназначены для разложения и перевода в растворенное и эмульгированное состояние, органических материалов, например протеиновых клеев, крахмала, камеди, природных смол, которые обычно не растворяются в воде и применяемых растворителях. Кроме того, окислители убивают микроорганизмы и обесцвечивают пигменты. Обычно окислителями являются гипогалогениты, например гипохлорит кальция, гипобромид натрия, пероксиды типа H2O2, Na2O2, K2O2, пероксид мочевины, персульфаты, пербораты и другие водорастворимые агенты, окисляющие в щелочных средах.

Из целей экономии гипохлорит кальция используется чаще всего. Однако, в некоторых случаях при переработке массы с высоким содержанием мелкоизмельченной древесины использование гипохлорита кальция невозможно, так как происходящие хромофорные превращения в лигнине приводят к окрашиванию бумажной массы. В этом случае хороший эффект получается с использованием таких оснований как MgO, CaO, NH4OH (при их введении в размельчитель). Экономичность процесса может быть повышена при использовании части доломитового молока для получения гипохлорита на месте.

Оптимальная область концентраций гипохлорита или других окислителей составляет 0,2—2 % от массы волокон. />Окислители могут добавляться не только в измельчитель, но и на других стадиях процесса в соответствии с требованиями к качеству получаемых продуктов. Однако надо помнить, что окислительный агент является единственным нерегенери- руемым компонентом в системе и поэтому использование избыточных количеств его повышает стоимость процесса.

Особенно эффективно использование пероксида мочевины, при котором происходит диссоциация на пероксид водорода и мочевину; в ходе окисления H2O2 превращается в воду, и мочевина увеличивает содержание азота в удобрении.

Ксантогенирование может проводиться в промежутке между стадиями просеивания под давлением 5 и подачей вещества в ленточный смеситель 6, в реакторе 7

При добавлении КОН, что приводит к одновременному увеличению содержания калия в удобрении.

Материал подается нагнетательным насосом 8 в экструдер и непосредственно перед входом в него в линию подачи добавляется кислота до получения кислой среды, что приводит к образованию альфа-целлюлозы, являющейся в получаемом удобрении связующим и капсулирующим веществом. Полученная масса подается в экструдер 9 и разрезается в устройстве 10 на короткие стержни или частицы другой формы, содержащие заданные количества питательных элементов N, Р, К, Mg и S.

Из смесителя 6 часть материала может непосредственно направляться в мельницу 32, а другая часть подается через экструдер. С практической точки зрения целесообразно, как это показано на схеме пунктирными линиями, во время проведения ксантогенирования материал из смесителя 6 направлять в экструдер, а не в мельницу 24.

Ксантогенирование позволяет использовать фракции крупных размеров, подаваемые по линии 20. Путем варьирования количества ксантогената и плотности получаемого удобрения (изменением давления в экструдере) может изменяться скорость выхода питательных веществ из получаемого удобрения в почву.

<< | >>
Источник: М. Ситтиг. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. 1985

Еще по теме УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТХОДОВ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА:

  1. § 3.2.4. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ОСНОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ВОПРОСОВ ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
  2. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕОЦЕНОЗОВ
  3. Глава 6 ЗАДАЧИ СПЕЦИАЛИСТОВ-АГРАРНИКОВ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
  4. УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТХОДОВ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
  5. ЦИНКА ХЛОРИД ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
  6. СТРУКТУРА И ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХОЗЯЙСТВА
  7. СТРУКТУРА И ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХОЗЯЙСТВА
  8. СТРУКТУРА И ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХОЗЯЙСТВА
  9. СТРУКТУРА И ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХОЗЯЙСТВА
  10. Нарушение человеком биогеохимического круговорота азота 
  11. Нарушения в биогеохимии органического вещества и связанных с ним биофильных элементов
  12. Лекция 18. Загрязнение окружающей среды
  13. Приграничная торговля
  14. § 4. Сжигание ТБО - диоксиновая опасность
  15. § 6. Компостирование твердых бытовых отходов
  16. § 8. Энергоемкость отходов и ее использование