Способ термической переработки отходов и устройство для его осуществления

 

Использование: при переработке отходов в коммунальном хозяйстве, преимущественно в медицине для утилизации унифицированных отходов медицинских учреждений. Сущность изобретения: способ термической переработки отходов в шахтной печи путем их загрузки, нагрева в плазменных струях в герметизированном реакционном пространстве на поверхности шлакового расплава при T=2500 - 4500°С в окислительной среде с последующим выпуском образующихся расплавов шлаков и металла и газов через слой расплава с очисткой и утилизацией последних. Устройство для термической переработки отходов содержит шахтную печь с загрузочным устройством, установленные в подгорновой зоне шахты по ее периметру плазменные горелки, летки для выпуска металла и шлака, газоход отходящих газов. Устройство снабжено подсводовой ванной, герметизированные рабочие пространства шахты и ванны разделены вертикальной перегородкой с окном в придонной части с образованием гидрозатвора. Летка для выпуска шлака выполнена сифонной и расположена на дальнем от шахты конце ванны с уровнем сливного порога выше окна перегородки, а газоход установлен перед этой леткой. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к переработке отходов и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, преимущественно в медицине для утилизации инфицированных отходов медицинских учреждений.

Известен способ термической переработки бытовых отходов в шахтной печи, включающий их подготовку и загрузку в шахту, нагрев в газе плазменных струй до температуры не ниже 2000^оС в окислительной среде и плавление твердых включений с последующим выпуском газов через газоход в верхней зоне шахты и расплава через летку в подине печи (Патент США N 4508040, кл. F 23 D 1/00, 1985).

Недостатками этого способа являются неполное разложение отходов вследствие прогрева всего объема загруженных в шахту отходов, выделяющих при температурах ниже 1000^оС (в верхней зоне печи) сложные органические соединения, трудно поддающиеся утилизации и выпускаемые в атмосферу или систему газоочистки через газоход на калошнике печи; низкая скорость переработки из-за спекания материала в надгорновой зоне шахты, что препятствует проникновению газа в спеченную шихту и ее окислению и расплавлению, тем самым не гарантируются полное уничтожение патогенных микробов и бактерий и стерилизация продуктов переработки отходов.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства за счет уничтожения более широкого класса отходов, в том числе медицинских и ветеринарных бактериологически зараженных материалов.

Это достигается тем, что в способе термической переработки отходов в шахтной печи путем их загрузки, нагрева в плазменных струях в герметизированном реакционном пространстве на поверхности шлакового расплава при Т 2500-4500^оС в окислительной среде с последующим выпуском образующихся расплавов шлаков и металла и газов через слой расплава с очисткой и утилизацией последних, отходы подают предварительно упакованными дозами, нагрев ведут в зоне вертикального закрученного плазменного потока, создаваемого между стенками печи, а эффективность процесса определяют по пробной плавке и последующему бактериологическому контролю расплавов шлака, металлов и отходящих газов; а в устройстве для его реализации, содержащем шахтную печь с загрузочным устройством, установленные в надгорновой зоне шахты по ее периметру плазменные горелки, летки для выпуска металла и шлака, газоход отходящих газов, причем устройство снабжено подсводовой ванной, герметизированные рабочие пространства шахты и ванны разделены вертикальной перегородкой с окном в придонной части с образованием гидрозатвора, летка для выпуска шлака выполнена сифонной и расположена на дальнем от шахты конце ванны с уровнем сливного порога выше окна перегородки, а газоход установлен перед этой леткой, на шахте установлен дополнительный коаксиальный плазмотрон, загрузочное устройство выполнено в виде центрального пологого электрода дополнительного плазмотрона, а перед летками и выпуском газохода установлены блоки бактериологического контроля; блоки бактериологического контроля выполнены в виде оптических приборов типа рефрактометра, определяющего изменения оптических параметров биологического раствора в сосуде с пробой металла, шлака или после охлаждения отходящих газов в случае наличия патогенных микробов.

Предлагаемые способ и устройство позволяют изолировать бактериально зараженные материалы от стенок шахты за счет создания перед стенками вихревой плазменной завесы, выбрать по пробной плавке и бактериологическому контролю продуктов разложения отходов оптимальный режим процесса, при котором все бактерии и вирусы погибают.

На фиг. 1 представлена схема устройства для термической переработки отходов; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 блок бактериального контроля шлака и металла; на фиг. 4 блок бактериального контроля отходящих газов.

Устройство включает приемный бункер 1, герметизированное загрузочное устройство 2 для упакованных отходов 3 с клеммой 4 для подвода электроэнергии и штуцерами подвода охлаждающей воды, шахту печи 5 с внутренней футеровкой 6, коаксиальный плазмотрон 7, плазменные горелки-плазмотроны 8, ванну 9 со сводом 10 и перегородками 11 между рабочими пространствами шахты печи 5 и ванны 9, окно 12 в перегородке 11, летку 13 для выпуска металла 14 и летку-сифон 15 для выпуска шлака 16, перед сифонной леткой 15 газоход 17 с встроенным в него блоком 18 бактериального контроля отходящих газов, расплава шлака 16 и металла 14. На выходе леток 13 и 15 установлены блоки 19 бактериального контроля металла и шлака соответственно.

Печь 5 имеет под 20.

Блоки 19 бактериального контроля шлака 16 и металла 14 выполнены одинаково и состоят из заливной горловины 21, водоохлаждаемой разъемной изложницы 22, инфракрасного пирометра 23, механизма 24 раскрытия изложницы 22 и перемещения металла 14 (или шлака 16) в сосуд 25 с ванночками 26 с биологическим раствором, а также оптического прибора 27 для контроля за изменением оптических характеристик биологического раствора. Блок 18 бактериального контроля отходящих газов выполнен в виде барботажной камеры 28, соединенной байпасным трубопроводом 29 с газоходом 17 отходящих газов через водогазовый теплообменник 30. Отходящие газы через сифон попадают в барботажную камеру 28 с биологическим раствором. Процесс барботажа обеспечивается избыточным давлением отходящих газов. Выход газов осуществляется через байпасный трубопровод 29 в газоход 17. Как и в случае контроля за шлаком 16 и металлом 14, блок 18 включает прибор 27, в качестве которого может быть использован, например, рефрактометр (Чуприловский В. Н. Теория оптических приборов. М.-Л. Машиностроение, 1966, с. 170-174).

Так как биологическая активность раствора сохраняется до температуры не выше 60^оС, то блок 19 бактериологического контроля шлака и металла включает две камеры: охлаждения и измерения. Камера охлаждения представляет собой водоохлаждаемую изложницу 22, из которой пробные образцы продуктов переработки после достижения комнатной температуры перемещаются в сосуд 25 измерения, где установлена ванночка 26 с биологическим раствором, и оптический прибор 27 для измерения оптических характеристик биологического раствора, изменяющихся под влиянием жизнедеятельности бактерии. Блок 18 бактериального контроля отходящих газов также состоит из двух камер 28, первая из которых содержит трубчатый теплообменник 30 для охлаждения газового потока, температура на выходе из которого контролируется, а вторая камера выполнена в виде барботера, где охлажденные газы барботируют через биологический раствор, и оптического прибора 27 для измерения оптических характеристик биологического раствора, изменяющихся под влиянием жизнедеятельности бактерий.

Способ термической переработки инфицированных медицинских отходов осуществляется следующим образом.

1. Медицинские инфицированные отходы упаковываются в одноразовые специальные мешки, форма и размеры которых соответствуют форме и размеру загрузочного устройства 2.

2. Упакованные в мешки отходы ориентированным образом подаются на вход загрузочного устройства 2.

3. В системы охлаждения плазменных горелок 8, дополнительного коаксиального плазмотрона 7 и печи 5 подается охлаждающая вода.

4. На под 20 печи 5 загружается небольшое количество металлического лома и шлака.

5. На плазменные горелки 8 и дополнительный плазмотрон 7 подается газо- и электропитание, после чего зажигаются электрические дуги.

6. Из металлического лома и шлака на поду 20 образуется зеркало расплава.

7. Через загрузочное устройство 2 в канал коаксиального плазмотрона 7 подаются мешки с отходами.

8. На выходе из канала плазмотрона 7 мешки попадают в закрученный плазменный поток, образуемый электрической дугой, вращающейся в магнитном поле в зазоре между коаксиальными электродами, предохраняющий медицинские отходы от соприкосновения с охлаждаемыми элементами установки.

9. Медицинские отходы попадают на зеркало расплава, где они плавятся и возгоняются в зависимости от исходного материала.

10. После визуально определяемого периода расплавления металлы, шлаки и газы каждый через свой выход (летки 13 и 15, газоход 17) выпускаются в пробных количествах в охлаждаемые сосуд 25 и теплообменник 30 и далее в ванны 26 с биологическим раствором блоков 18 и 19, оптические характеристики которого известны.

11. После 40-60 мин выдержки определяется изменение оптических характеристик приборами 27. При изменении показателя преломления более чем на 1% процесс переработки корректируется по времени и режиму работы плазменных горелок 8. Через 30-60 мин пп. 10 и 11 повторяются.

12. Если изменение показателя преломления по п. 11 меньше 1% процесс переработки считается законченным. Шлак и металл сливаются, а газы выпускаются в стандартные очистные сооружения циклоны, скрубберы, выхлопные трубы.

13. По завершении процесса пп. 1-3 повторяются в обратной последовательности.

Для проверки работоспособности предлагаемого способа провели переработку инфицированных медицинских отходов, полученных из отделения гнойной хирургии клинической больницы.

Отходы представляли собой бинты, тампоны, салфетки, одноразовые медицинские инструменты: шприцы, скальпели, скобы и т. п.

Микробиологический посев по стандартным методикам, проведенный в лаборатории санитарной бактериологии 1-го Медицинского института, выявил наличие гнойно-септических инфекций широкого спектра, в том числе особо устойчивых к термическому воздействию спор почвенных термофилов бактерий ботулизма (Bacillus botulinus) и столбняка (Bacillus tetani). Количественные показатели на поверхности тампонов и салфеток составляли 10^-12-10¹³ ед/мм³ и визуально представляли собой сгустки слизи. Одноразовые инструменты были выполнены из металла, стекла и пластика.

Все отходы с соблюдением мер инфекционной безопасности упаковывали без сортировки в полиэтиленовые пакеты диаметром 40 мм и длиной 500 мм. Пакеты общим числом 70 шт после упаковки герметизировали термосваркой.

После включения установки пакеты вертикально поочередно загружали в канал работающего коаксиального плазмотрона 7.

Процесс переработки продолжался 15 мин при следующих параметрах: Сила тока дуг плазменных горелок, А 1250±20 Напряжение на дугах плазменных горе- лок, В 180±10 Расход газа через каждую из трех плаз- менных горелок, м³/ч 4,5 Давление в печи (в зоне горелок), МПа 0,4 Сила тока коаксиаль- ного плазмотро- на, А 850±20 Напряжение на дуге коаксиального плаз- мотрона, В 180±10 Расход воздуха через коаксиальный плаз- мотрон, м³/ч 26,0 Общий расход охлаж- дающей воды, м³/ч 8,0 Давление охлаждаю- щей воды, МПа 0,38 В течение всего процесса проводили барботаж отходящих газов через барботажную камеру 28 с биологическим раствором.

По окончании процесса проводили пробный выпуск металла и шлака, которые после охлаждения помещали в сосуды Петри с биологическим раствором. Определение биологической стерильности продуктов переработки проводили стандартными микробиологическими методами в лаборатории санитарной бактериологии. По результатам анализов никаких патогенных микроорганизмов, присутствовавших в первичном материале (до переработки), в продуктах переработки не обнаружено ни в газовой фазе, ни в шлаке, ни в металле.

Формула изобретения

1. Способ термической переработки отходов в шахтной печи путем их загрузки, обработки в плазменных струях на поверхности шлакового расплава при 2500 4500^oС в окислительной среде с последующим выпуском образующихся расплавов шлака и металлов и газов с очисткой и утилизацией последних, отличающийся тем, что отходы подают в печь предварительно упакованными дозами в зону закрученного плазменного потока, создаваемого коаксиальным плазмотроном между стенками печи, отходящие газы пропускают через расплав, проводят бактериологический контроль расплавов шлака и металла и отходящих газов и по его результатам корректируют температуру процесса.

2. Устройство для термической переработки отходов, содержащее шахтную печь с загрузочным устройством, установленные в подгорновой зоне шахты по ее периметру плазменные горелки, летки для выпуска металла и шлака, газоход отходящих газов, отличающееся тем, что оно снабжено установленными на шахте дополнительным коаксиальным плазмотроном, центральный полый электрод которого соединен с загрузочным устройством, и подсводовой ванной, герметизированные рабочие пространства шахты и ванны разделены вертикальной перегородкой с окном в придонной части с образованием гидрозатвора, летка для выпуска шлака выполнена сифонной и расположена на дальнем от шахты конце ванны с уровнем сливного порога выше окна перегородки, газоход установлен перед этой леткой, а перед летками и выпуском газохода установлены блоки бактериального контроля.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блоки бактериального контроля шлака и металла выполнены в виде охлаждаемой изложницы с узлом контроля температуры металла или шлака, соединенной с сосудом для размещения биологически активной жидкости, механизма перемещения образцов из изложницы в сосуд и прибора контроля за изменением оптических характеристик биологически активной жидкости.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок бактериального контроля газовых отходов выполнен в виде водогазового теплообменника с узлом контроля температуры отходящих газов, соединенного с барботажной камерой с биологически активной жидкостью, и прибора контроля за изменением оптических характеристик последней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 15-2002

Извещение опубликовано: 27.05.2002        

---