Контрольная работа по «Управление потоками отходов производства»

 

 

 

 

 

Вопрос №28. Основные операции утилизации пластмассовых отходов.

Утилизация отходов пластмасс ввиду быстрого роста объемом их применения приобрела важное экономическое и экологическое значение. Использование отходов полимерных материалов помогает решить сырьевые проблемы, позволяя сократить потребление первичных материальных ресурсов.

Вторичные полимерные материалы должны играть в про­мышленности по переработке пластмасс такую же роль, какую играет металлолом в металлургии.

Отходы термопластичных пластмасс можно классифицировать следующим образом:

♦ технологические отходы производства, образующиеся при синтезе и переработке пластмасс и составляющие от 5 до 35 % (по массе). По свойствам они мало отличаются от исходного сырья и могут повторно перерабатываться в смеси с исходным мате риалом;

♦ отходы производственного потребления, накапливающиеся в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, используемых в различных отраслях экономики. Эти отходы достаточно однородны и также могут быть повторно переработаны в изделия. К ним относятся детали машин, тара, отходы пленочных материалов сельскохозяйственного назначения и др.;

♦ отходы общественного потребления, накапливающиеся на свалках в результате морального или физического износа полимерных деталей или изделий, в которых они использовались (пластмассовая посуда, мебель, детали автомобилей и другой бытовой техники). Хотя они и представляют ценное вторичное сырье, но вследствие перемешивания с другими видами отходов их переработка в изделия затруднена. Доля отходов общественного потребления составляет 50 % всех полимерных отходов.

Для облегчения разделения пластмассовых отходов по­требления во многих странах изделия при их производстве маркируют, что позволяет идентифицировать вид полимера, из которого оно изготовлено.

 

Раздельный сбор отходов потребления пластмассовых деталей с учетом вида полимера (а еще лучше цвета) у нас в стране пока не производится. Поэтому значительная часть отходов пластмасс не перерабатывается.

Захоронение отходов ведет к загрязнению окружающей среды и нерациональному использованию ресурсов. Сжигание также наносит ущерб природе, но при этом хотя бы возможно использовать выделяющееся при горении тепло.

Создание био-, фото - и воздухоразрушаемых полимеров хотя и возможно, но во многих случаях нерационально, так как такие материалы не обладают необходимыми эксплуатационными свойствами. Они могут найти применение для изготовления упаковочных пленочных материалов, одноразовой посуды и тары, гак как эти изделия имеют ограниченный срок эксплуатации. Однако издержки при изготовлении таких полимерных материалов выше, чем при производстве обычных пластиков, и поэтому создание полимеров, способных к быстрому разложению под воздействием факторов окружающей среды, имеет ограничен­ное значение.

В промышленности применяются следующие основные на­правления утилизации и ликвидации отходов пластмасс:

□ переработка отходов в полимерное сырье и повторное его использование для получения изделий;

□ сжигание вместе с бытовыми отходами;

□ пиролиз и получение жидкого и газообразного топлива;

□ захоронение на полигонах и свалках.

Основной путь утилизации отходов пластмасс — это их пов­торное использование по прямому назначению. Капитальные затраты при таком способе утилизации невелики. При этом не только достигается ресурсосберегающий эффект от повторного вовлечения материальных ресурсов в производственный цикл, но и существенно снижаются нагрузки на окружающую среду.

Несмотря на значительные преимущества повторного ис­пользования полимерных материалов, таким способом ути­лизируется лишь незначительное их количество, что связано с трудоемкостью сбора, разделения, сортировки, очистки отходом (прежде всего отходов бытового потребления).Поэтому наряду с вторичной переработкой отходов пластмасс' в изделия в промышленности используются и другие способы утилизации.

Весьма перспективна переработка отходов пластмасс пиролизом, в результате которого из пластмассовых отходов при 425 °С и давлении 20 МПа получают топливо, на 95 % состоящее из жидких углеводородов и на 5 % из горючего газа.

Применение этой технологии для переработки пластмассовых отходов экономически выгодно. Установка, перерабатывающий 11,3 тыс. т/год отходов окупается за три года. Использование этих установок целесообразно лишь в районах с ресурсами отходов не менее 465 тыс. т/год.

К технологическим отходам относятся остатки исходного сырья, образовавшиеся в процессе производства и частично или полностью утратившие показатели качества. Часть из них (возвратные отходы) — литники, отходы при выходе на режим, бракованные детали — используются после предварительной подготовки в том же или другом процессе. Технологические отходы, безвозвратно утратившие свои основные свойства, не могут быть переработаны в изделия и подлежат сжиганию либо захоронению. Сокращению технологических отходов, образующихся при изготовлении деталей из пластмасс, способствуют следующие мероприятия:

1. Правильное распределение  имеющейся номенклатуры изделий  по оборудованию таким образом, чтобы суммарные отходы были  минимальны, учитывая, что потери  сырья при переходах I одного изделия  на другое на машинах с большой производительностью максимальны.

2. Усовершенствование конструкции оснастки, выбор оптимального формующего инструмента (пресс-форм, дорнои, матриц и т. д.),

3. Оптимизация режимов  переработки полимера с целью  исключения его термодеструкции и получения бракованы изделий.

4. Уменьшение числа переходов с одного цвета на другой как при изготовлении деталей, так и при переработке отходов.

5. Установка на вентиляционных  отсосах дробильных отде­лений  циклонов для улавливания полимерной  пыли, образующейся При дроблении  отходов.

6. Организация безостановочного  цикла работы оборудования, уменьшение  количества остановок оборудования  на ремонт или замену формующей  оснастки.

Сбор и сортировка отходов пластмасс являются наиболее слабым звеном в процессе организации переработки как технологических отходов, так и в еще большей степени отходов потребления.

Идеальная сортировка отходов должна обеспечить разделение их не только по видам, маркам, цвету, но и по форме, степени загрязненности, содержанию инородных материалов, физико­механическим свойствам и т. п., что требует настолько больших затрат, что делает утилизацию отходов неэффективной.

Наиболее простой и в то же время удовлетворяющей основным требованиям является сортировка, осуществляемая в процессе сбора отходов непосредственно на рабочем месте, т. е. на стадии их образования (так называемый около машинный сбор отходов).

Около машинная переработка отходов позволяет добавлять к первичному сырью наиболее близкие по свойствам вторичные материалы, при этом устраняется необходимость их сортировки по цветам, снижается возможность - их загрязнения, отпадает необходимость в складских помещениях, проверке качества вторичных материалов, их сушке и т. п.

Наиболее эффективны сбор и сортировка промышленных отходов при полностью замкнутом цикле переработки пластмасс. Конструктивное оформление таких схем предусматривает автоматический сбор отходов, их измельчение и добавление в определенной пропорции к исходному сырью.

Если предприятие не перерабатывает отходы, а поставляет их на сторону, их сортировка должна производиться на местах образования, так как переработка не рассортированных отходов у потребителя связана со значительно более высокими затратами на сортировку и дополнительную очистку отходов от загрязнений. С целью упрощения сбора и сортировки отходов возможно изготовление некоторых изделий из смесей отходов различных пластмасс.

Идентификация пластмасс имеет важное значение. Среди проблем, возникающих при утилизации пластмасс, главная — определение природы материала, т. е. идентификация. Если отсутствует специальное оборудование для проведения химического, физико-химического и других видов специального анализа, то можно воспользоваться простыми, но достаточно точными способами идентификации, с помощью исключения или сравнения с точно известными образцами или путем анализа сведений о возможности применения тех ИЛИ ИНЫХ видов пластмасс для определенных целей.

 

Чтобы отличить термопластичный материал от терморе­активного, следует приложить к образцу раскаленный метал­лический предмет. Если при этом поверхность контакта с ним плавится, то это термопластичный материал.

Если образец пластмассы (непористый) плавает на по­верхности воды, в которую добавлены несколько капель моющего вещества (для снижения поверхностного натяжения), то этот образец, вероятнее всего, из неполярного полимера — полиэтилена или полипропилена. Продукты горения таких материалов пахнут горящей стеариновой свечой.

Сжигание образцов пластика — достаточно надежный способ его идентификации. Для этого кусок или полоску пластика берут щипцами, пинцетом, клещами или другим аналогичным инст­рументом (порошкообразный материал насыпают на лезвие ножа или другой удобный инструмент) и подносят к пламени. Полученные результаты сравнивают с известным поведением пластмасс при горении. Во внимание принимаются следующие характеристики: легкость воспламенения, характер плавления, продолжительность горения после вынесения из пламени, наличие копоти, цвет пламени, запах. При этом необходимо помнить о мерах безопасности при определении запаха и при поджигании образцов. Поведение различных полимеров в пламени горелки видно из данных табл. 9.1.

Полимерные материалы, содержащие хлор (например, поливинилхлорид), можно распознать, приложив к их поверх­ности раскаленную медную проволоку. Если после внесения ее в пламя спички или горелки оно окрашивается в зеленый цвет, то это свидетельствует о присутствии в полимере хлора.

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача:

Вариант 3:

Рассчитать согласно варианту:

 а) вместительность полигона  захоронения отходов на весь  срок его эксплуатации, б) площадь  участка складирования и в) площадь  полигона, уточнить г) высоту полигона  и д) верхнюю отметку складирования.

 

Дано:

Y1=1,18

U=2

T=25

N1=564000

N2=756000

Hп1=30

K1=3

K2=1,18

Sдоп=6000

Sв.п.=1600

 

Найти:

1. Вместительность полигона  захоронения отходов на весь  срок его эксплуатации;

2. Площадь участка складирования;

3. Площадь полигона;

4. Уточнить высоту полигона;

5. Уточнить верхнюю отметку  складирования

Решение:

1. Вместимость полигона (Ет) захоронения отходов на весь срок его эксплуатации:

Ет = (Y1 +Y2)*(N1 +N2)*T*K2 /4*K1

где Т – принимаемый срок эксплуатации полигона, Т = 25 лет;

Y1 – удельная норма  накопления ТБО по объёму на  первый год эксплуатации полигона  определяется как удельная обобщённая  годовая норма накопления ТБО  на одного жителя, (включая ТБО  из учреждений и организаций);

Y2 – удельная норма  накопления ТБО по объёму на  последний год эксплуатации полигона, определяется из условия ежегодного  прироста её по объёму на 3%;

N1 и N2 – соответственно, количество  обслуживаемого полигоном населения  на первый и последний годы  эксплуатации полигона (чел.);

K1 – коэффициент, учитывающий  уплотнение ТБО в процессе  эксплуатации полигона за срок  Т;

K2 – коэффициент, учитывающий  объём изолирующих слоёв грунта (промежуточных и окончательного).

 

Ет = (1,18+2,39) × (564000+756000) ×25×1,18/4×3=104261850м3

 

Y2= Y1× (1,03)Т-1=1,18× (1,03)24=2,39 м3/чел*год

 

2. Площадь участка складирования:

Фус= 3×K4×Em/Hп1

где K4 – коэффициент, учитывающий снижение высоты пирамиды

до заданной Hп1; K4 = 0,5

 

Фус = 3×0,5×45228121,66/30=5213093 м2=521,30 Га

K4=0,5

Реальный участок складирования ТБО, площадью Фус=5213093 м2

Lус=Bус=√ Фус =√5213093= 2283,2м

где – соответственно, длина и ширина участка складирования, м.

 

2.1 Устанавливаются размеры  верхней площадки (Bn) полигона захоронения отходов:

Bn=Ln=Bус-(2×m× Hп1)=2283,2-(2×3×30)=2103,2 м.

m=3

где Bn и Ln – соответственно, ширина и длина верхней площадки участка складирования, м.

 

2.2 Тогда площадь верхней  площадки участка складирования  будет равна:

Фn=Bn2=(2103,2)2=4423450,24м2=442Га

 

2.3 Максимально допустимая  высота полигона (Hпл max) определяется из условия заложения внешних откосов не менее чем m = 3 и необходимости создания верхней площадки с размером, обеспечивающем безаварийную работу мусоровозов и бульдозера.

Минимальная ширина верхней площадки определяется возможностью разворота мусоровоза (Rраз) и соблюдением условия его движения не ближе 10 метров (в) от края откоса.

Тогда минимальная ширина участка складирования (Bn min) будет следующей Bn min = 2×Rраз+2×в,

Bn min = 2×9+2×10=38 м2

 

а её минимальная площадь (Фn min) равной:

Фn min = (Bn min)2 = (2×Rраз+2×в)2 = (2×9+2×10)2 = 1444 м2 = 0,14 га, что значительно меньше принятой в проекте Фn = 442 га.

 

3. Площадь полигона:

Ф=K3×Фус+Фдоп

K3 – коэффициент, учитывающий  полосу вокруг участка складирования (K3 = 1,1);

Фус – площадь участка складирования, Га;

Фдоп – площадь участка административно-хозяйственной зоны, Га.

Ф =1,1×521,30+0,6=574,03Га

К3=1,1

4. Максимально возможная  высота полигона (Hпл max) определяется по

формуле:

Hпл max=Bус- Bn min/2×m

где Вус – ширина участка складирования (м).

Hпл max =2283,2-38/2×3=222,62м.

5.1 Фактическая вместимость  полигона (Еф) с учетом уплотнения ТБО рассчитывается по формуле для определения объема усеченной пирамиды:

Еф= Hп1/3×[ Фус+ Фn + (Фус+ Фn)0,5]

где Фус и Фn – площади нижнего и верхнего оснований свалочного тела, м2.

Еф = 30/3×[ 521,30 + 442 + (521,30 + 442)0,5] =14449,5м3

5.2 Потребность в минеральном  грунте (Vг) определяется по формуле:

Vг= Еф ×(1-1/ K2)=14449,5×(1-1/ 1,18)=2204,16м3

K2=1,18

5.3 Средняя проектная глубина  котлована в основании полигона (Нк)