Способ термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов, находящихся в различных агрегатных состояниях
Владельцы патента RU 2718563:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР АГРОБИОТЕХНОЛОГИЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (СФНЦА РАН) (RU)
Изобретение относится к области термического обеззараживания и утилизации органосодержащих отходов и может быть использовано в различных отраслях, связанных с переработкой отходов биомассы, находящейся в различных агрегатных состояниях. Техническим результатом является повышение эффективности переработки отходов. Способ включает двухступенчатое центробежное обезвоживание с выделением твердой фракции и жидкой фазы. При этом обезвоженный осадок твердой фазы перед термической сушкой подвергают дополнительному центробежному обезвоживанию в фильтрующей ступени центрифуги с выделением твердого осадка и фильтрата. Высушенный осадок проходит обеззараживание и утилизацию в камере сгорания, где в качестве топлива используют суспензионное водоугольное топливо, приготовленное на основе угольных шламов и фильтрата. Для реализации данного способа предложена технологическая линия, включающая блоки центробежного обезвоживания отходов, биохимической обработки фугата, термического обеззараживания твердой фазы, блок приготовления водоугольного топлива. При этом блок центробежного обезвоживания отходов оборудован двухступенчатой осадительно-фильтрующей центрифугой, а блок термического обеззараживания твердой фракции снабжен термической вихревой сушилкой. Котлоагрегат оборудован адиабатической камерой сгорания вихревого типа, в которой газоход дутьевого воздуха гидравлически связан с газоходом отходящих газов. Технологическая линия снабжена участком приготовления суспензионного водоугольного топлива. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, связанных с переработкой и нейтрализацией отходов, находящейся в различных агрегатных состояниях, в частности навоза, помета, вентиляционных выбросов и канализационных стоков предприятий.
Предпосылка создания изобретения, аналоги изобретения. Одной из основных проблем в промышленном производстве продуктов животноводства и птицеводства является большое количества инфицированных отходов, находящихся в различных агрегатных состояниях (жидком, твердом). Высокая концентрация животных и птицы не позволяет рекреационному механизму биосферы нейтрализовать вредные и опасные отходы биологической и химической природы, представляющих большую опасность для окружающей среды, человека и животных. Как правило, выбросы предприятий находятся в различных агрегатных состояниях. Создание экономически эффективных способов стерилизации инфицированных отходов, находящихся в различных агрегатных состояниях - твердом и жидком, - является актуальной задачей в связи с переходом производства продукции животноводства и птицеводства на промышленную основу.
Из всех способов обеззараживания отходов наиболее радикальным техническим решением является термический способ. К недостатком данного способа следует отнести большие энергозатраты и, как правило, сопряженные с ними высокие экономические издержки производства.
Разрешением противоречия между эффективностью термического обеззараживания и высокой стоимостью его реализации является использование недорогого топлива, обладающего высокими потребительскими свойствами.
В настоящее время разработана и успешно используется технология приготовления и сжигания водоугольного топлива в сельскохозяйственном производстве [1]. Данный вид топлива имеет потребительские свойства, сопоставимые с качественным жидким топливом (высокий кпд тепловой установки, возможность полной автоматизации процесса, высокие экологические показатели сжигания данного топлива) при низкой стоимости исходного сырья - отходы углеобогащения (шлам). Издержки на топливо при этом сокращаются в 3…4 раза. Использование данной технологии позволяет стерилизовать и утилизировать отходы одной отрасли (промышленное животноводство и птицеводство) за счет использования отходов другой (углеобогащение).
2. Известен способ термической утилизации твердых бытовых отходов прямым сжиганием [2], когда в топке энергетического котла отходы сжигаются без предварительной подготовки. Данный способ является простым и достаточно эффективным способом утилизации твердой фракции отходов. Однако использование его для утилизации отходов с высокой влажностью практические невозможно.
3. Известны способ и установка для сжигания сточных вод - патент RU 25220669. При этом согласно данному способу загрязненные стоки подаются для сжигания в инсинератор, очищенные стоки подаются в скруббер для распыления в потоке продуктов сгорания из инсинератора, а твердый остаток направляется на термическое обезвреживание.
Сжиганию в инсинераторе подвергается меньшая часть объема перерабатываемых установкой сточных вод, а для испарения большей части стоков используется тепловая энергия дымовых газов из инсинератора. Это обеспечивает энергетическую эффективность и экономичность установки.
Недостатком данного способа является сложность технологической схемы обеззараживания и утилизации отходов, необходимость использования в больших количествах опасных химических реагентов (щелочной или кислотный корректор или коагулянт в узле химической подготовки) и большие издержки при использовании традиционных энергоносителей.
4. Известен способ - патент RU 2599561, принятый за прототип, который используется для дезинфекции крупнотоннажных отходов биомассы, в частности навоза и помета, обеззараживания почв, содержащих ботулотоксины, яды столбняка, споры и семена сорных растений, обеззараживания и переработки погибших животных, скотомогильников, медицинских, муниципальных и других отходов. Для термического обеззараживания сырье измельчают. Измельченное сырье смешивают с водой до создания пульпы текучей консистенции. Пульпу непрерывно подают насосом через рекуперативный теплообменник в нагреваемую проточную термическую камеру. Сырье нагревают и выдерживают в камере для стерилизации. Насос обеспечивает давление пульпы выше давления насыщенных паров воды при текущих температурах в теплообменнике и камере. Продукты переработки охлаждают в теплообменнике за счет теплообмена с поступающей на обработку пульпой. Пульпа поступает на обработку путем, исключающим смешивание термически не обработанного сырья и термически обработанных продуктов. Обеззараженные продукты извлекают из камеры через дросселирующий клапан. Клапан поддерживает заданное давление в теплообменнике и камере. Недостатком данного способа является ограничение в скорости термической утилизации отходов, обусловленное температурным режимом используемых теплообменников, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик установки и значительным издержкам при использовании традиционных энергоносителей.
Технической задачей настоящего изобретения является снижение энергетических и экономических затрат при обеззараживании и частичной утилизации отходов, находящихся в твердом и жидком состояниях, повышение производительности термической технологии обеззараживания отходов.
Техническими эффектами изобретения являются:
- уменьшение выбросов вредных веществ в биосферу;
- увеличение степени обеззараживания многокомпонентных органосодержащих отходов при их частичной утилизации за счет прямого сжигания в камере сгорания;
- использование суспензионного водоугольного топлива, приготовленного на основе отходов производства, в первую очередь угольных шламов.
Техническим эффектом является также упрощение технологической линии обеззараживания и утилизации органосодержащих отходов, за счет повышения скорости термической утилизации отходов при непосредственном их сжигании в топочном пространстве камеры сгорания.
Технический результат достигаются тем, что согласно изобретению, обеззараживание и утилизация отходов реализуется посредством следующих основных операций: механического центробежного обезвоживания отходов, термического обеззараживания отходов, приготовления и последующего сжигания водоугольного топлива в адиабатической камере сгорания для термического обеззараживания и частичной утилизации отходов, биохимической обработки образующегося фугата (фиг. 1). Блок-схема способа обеззараживания и утилизации отходов представлена на фиг. 1.
Органосодержащие отходы, образующиеся при производстве биологической продукции в производственных помещениях, поступают в блок механического центробежного обезвоживания - А, где разделяются методом центробежного обезвоживания в осадительной ступени осадительно-фильтрующей центрифуги на частично обезвоженный осадок твердой фракции с влажностью (w) до 90% и жидкую фракцию (фугат). Жидкая фракция после биохимической обработки фугата (блок В) сбрасывается в канализационную систему. Предварительно обезвоженный в осадительной ступени центрифуги осадок твердой фазы перед термической сушкой подвергают дополнительному центробежному обезвоживанию в фильтрующей ступени осадительно-фильтрующей центрифуги с выделением твердого осадка влажностью менее 70% и фильтрата. Фильтрат направляется для приготовления водоугольного топлива (блок С), используемого в качестве основного топлива в системе теплоснабжения производственных помещений. При этом полученный обезвоженный осадок направляют на термическую сушку в вихревую камеру, где в качестве сушильного агента используют смесь горячих дымовых газов и атмосферного воздуха, объем подачи которого, регулируют шибером, с получением высушенного твердого осадка влажностью менее 14% и отходящих газов, часть которых - объем подачи газового потока, регулируется шибером - используется в качестве дутьевого воздуха в установке для термического обеззараживания и утилизации отходов. Высушенный твердый осадок подается на термическое обеззараживание (блок D) и, в том числе, с использованием энергии, содержащейся в твердой органической массе отходов, теплота сгорания которых составляет от 2 до 4 Гкал/т, в адиабатическую камеру сгорания преимущественно вихревого типа котлоагрегата. Тепло, получаемое в котлоагрегате, является источником тепловой энергии, например, для производственного помещения - источника органосодержащих отходов.
В качестве основного топлива котлоагрегата используют суспензионное водоугольное топливо, приготовленное на основе угольных шламов и жидкой фазы(фильтрата), выделяющейся при обезвоживании осадка фильтрующей ступени центрифуги, а в качестве дутьевого воздуха -часть отходящих газов вихревой сушилки, объем подачи которых регулируют шибером. Использование предложенного способа утилизации и обеззараживания отходов позволяет реализовать технический эффект изобретения - существенно снизить или исключить полностью выбросы вредных веществ, увеличить степень обеззараживания многокомпонентных органосодержащих отходов, при одновременном использовании энергии органосодержащих отходов.
Указанный технический результат достигается при использовании технологической линии для термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов. Разработанная технологическая линия для термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов приведена на блок-схеме фиг. 2. На фиг. 2 использованы следующие обозначения: А - блок механического центробежного обезвоживания отходов, включает осадительную ступень осадительно-фильтрующую центрифугу - 1, фильтрующую ступень осадительно-фильтрующую центрифугу - 2. В - блок биохимической обработки фугата включающий узел биохимической обработки фугата 3. С -блок приготовления водоугольного топлива, включающий участок приготовления ВУТ 4. D - блок термического обеззараживания, включающий термическую вихревую сушилку - 5, систему подачи высушенного продукта - 6, котлоагрегат с адиабатической камерой сгорания вихревого типа - 7, газоход сушильного агента - 8, смеситель горячих дымовых газов и атмосферного воздуха - 9, отводящий газоход дымовых газов - 10, патрубок забора атмосферного воздуха с регулирующим шибером - 11, газоход отходящих газов термической вихревой сушилки - 12, регулирующий шибер дутья - 13, газоход дутьевого воздуха - 14.
Предлагаемая технологическая линия для термического обеззараживания и утилизации инфицированных органосодержащих отходов работает следующим образом.
Органосодержащие отходы поступают в блок механического центробежного обезвоживания отходов. Блок механического центробежного обезвоживания отходов технологической линии оборудован осадительно-фильтрующей центрифугой(ОФЦ), снабженной осадительной 1 и фильтрующей 2 ступенями. Фугат, образующейся в осадительной ступени, подается на узел 3 блока биохимической обработки жидких стоков и, далее, сбрасывается в канализацию. Для дополнительного обезвоживания осадок, образующийся в осадительной ступени, подается в фильтрующую ступень осадительно-фильтрующей центрифуги где дополнительно обезвоживается до влажности менее 70%. Полученный в фильтрующей ступени фильтрат поступает на участок приготовления водоугольного топлива 4, а осадок подается в термическую вихревую сушилку 5, сушильным агентом в которой является смесь уходящих дымовых газов и атмосферного воздуха при температуре порядка 350 гр.Цельсия. В термической вихревой сушилке газоход сушильного агента 8 гидравлически связан через смеситель 9 с отводящим газоходом горячих дымовых газов 10 котлоагрегата 7 блока термического обеззараживания высушенного осадка и патрубком забора атмосферного воздуха с регулирующим шибером 11. Котлоагрегат оборудован адиабатической камерой сгорания преимущественно вихревого типа, в которой газоход дутьевого воздуха 14 гидравлически связан с газоходом отходящих газов 12 с регулирующим шибером 13 вихревой сушилки 5 блока термического обеззараживания. Кроме того технологическая линия снабжена участком приготовления основного топлива 4, в качестве которого используется суспензионное водоугольное топливо на основе угля или угольных шламов и фильтрата фильтрующей ступени центрифуги 2, а адиабатическая камера сгорания оборудована системой подачи высушенного продукта 6, используемого в качестве дополнительного топлива котлоагрегата.
Использование отходов углеобогащения - угольных шламов и отходов производства биологической продукции - органосодержащих отходов и фугата позволяет существенно снизить нагрузку на биосферу и получить дополнительный экономический и экологический эффект.
Использованные источники
1. Делягин В.Н., Мурко В.И., Иванов Н.М., Ревякин Е.Л. Использование водоугольного топлива в энергообеспечении АПК. М.: ФГБНУ «Росинформагротех»,2013. - 92 с.).
2. Левин Б.И. Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения. Энергоиздат, М., 1982
1. Способ обеззараживания и утилизации органосодержащих отходов, образующихся при производстве биологической продукции в производственных помещениях, включающий механическое центробежное обезвоживание с выделением частично обезвоженного осадка твердой фракции и жидкой фазы в виде фугата, биохимическую обработку фугата, дополнительную термическую сушку осадка твердой фазы с последующим сжиганием высушенного продукта и получением тепловой энергии, отличающийся тем, что обезвоженный осадок твердой фазы перед термической сушкой подвергают дополнительному центробежному обезвоживанию в фильтрующей ступени центрифуги с выделением твердого осадка и фильтрата, при этом полученный обезвоженный осадок направляют на термическую вихревую сушку, где в качестве сушильного агента используют смесь горячих дымовых газов и атмосферного воздуха, объем подачи которого регулируют шибером, с получением высушенного твердого осадка и отходящих газов, причем высушенный твердый осадок подается на термическое обеззараживание и утилизацию в адиабатическую камеру сгорания, преимущественно вихревого типа, котлоагрегата, являющегося источником тепловой энергии для производственного помещения - источника органосодержащих отходов, в которой в качестве основного топлива используют суспензионное водоугольное топливо, приготовленное на основе угля или угольных шламов и фильтрата, а в качестве дутьевого воздуха - часть отходящих газов вихревой сушилки, объем подачи которых регулируют шибером.
2. Технологическая линия обеззараживания и утилизации органосодержащих отходов, включающая блоки механического центробежного обезвоживания органосодержащих отходов, биохимической обработки отделенной жидкой фазы - фугата, термического обеззараживания выделенной твердой фазы, отличающаяся тем, что блок механического центробежного обезвоживания отходов технологической линии оборудован осадительно-фильтрующей центрифугой, снабженной фильтрующей ступенью для дополнительного обезвоживания осадка, полученного в осадительной ступени, а блок термического обеззараживания обезвоженной твердой фазы снабжен термической вихревой сушилкой, в которой газоход сушильного агента гидравлически связан через смеситель с газоходом горячих дымовых газов котлоагрегата блока термического обеззараживания высушенного осадка и патрубком забора атмосферного воздуха с регулирующим шибером, при этом котлоагрегат оборудован адиабатической камерой сгорания преимущественно вихревого типа, в которой газоход дутьевого воздуха гидравлически связан с газоходом отходящих газов с регулирующим шибером вихревой сушилки блока термического обеззараживания, кроме того, технологическая линия снабжена участком приготовления основного суспензионного водоугольного топлива на основе угля или угольных шламов и фильтрата фильтрующей ступени центрифуги, а адиабатическая камера сгорания оборудована системой подачи высушенного продукта, используемого в качестве дополнительного топлива котлоагрегата.
