Машини и инсталации за сепариране на отпадъци

Сепарирането е дейност, която има за цел да отдели от общия поток постъпващи на депото отпадъци, които могат повторно да бъдат оползотворени. Основни такива компоненти се явяват металите-черни и цветни, стъклото, пластмасата, хартията и инертните материали. Крайният ефект на сепарирането е намаляване на количествата на депонираните на сметището отпадъци, отделяне и подготовка на рециклируемите компоненти за последваща преработка. В статията ще разкажем за барабанните сита, за лентовите, надлентовите и висящите магнитни сепаратори, за магнитните барабани, за вихротоковите, индукционните, рентгеновите и инфрачервените сепаратори, за технологията на сепарирането, за автоматизираните и ръчно-машинните сепариращи инсталации.

Текст: списание Инфрабилд

Сериозното количество непрекъснато генерирани битови отпадъци се явява един от основните екологични проблеми. Събирането и извозването им до специално предназначени за тази цел места, както и тяхното депониране, се оказва неефективен метод за справяне с този проблем. От друга страна, една немалка част от отпадъците, като черните и цветните метали, хартията, пластмасата, съхраняват своите качества и могат да бъдат подложени на вторична преработка в ролята си на суровина. Поради разнородния състав на отпадъците и съдържанието на компоненти с различен произход, основен елемент от инсталациите за тяхната преработка се явява предварителното им сортиране. Съвременните технологични решения, са автоматизираното или ръчно-машинно сепариране на подходящите за вторична преработка материали. По литературни данни до 70% от обема на генерираните отпадъци може да бъде намален след сепариране.

Барабанни сита

Барабанните сита са широко използвани в линиите за сортиране на битови отпадъци. Използват се предимно за отделяне на замърсители, пясък и други малки отпадъци от общата маса, които ще бъдат използвани в качеството си на вторична суровина. В барабанните сита сепарирането на отпадъците е следствие от движението им по повърхността на ситото, породено от неговото въртене. Извеждането на изходния материал се осъществява посредством лентов конвейер или чрез контейнери. Обикновено при сортирането първоначално се отделят най-малките частици, след тях по-големите. Фракцията с най-големи размери преминава по цялата дължина на ситото и се отвежда в края. Задвижването на барабанните сита се осъществява чрез електрически двигатели, мощността на които зависи от капацитета и производителността на ситото. В зависимост от пресяваните материали, барабанното сито може да бъде с различен брой отвори с различна големина-обикновено от около 20 до към 100mm.

Лентовите магнитни сепаратори

Лентовите магнитни сепаратори се използват за извличането на метални предмети с малки и средни размери предимно от черни метали-желязо и стомана. Тези сепаратори се използват предимно за отделянето на феритни материали от инертни материали-стъкло, пластмаса, хартия и цветни метали. Принципът им на действие се основава на използването на много мощни магнити. Обикновено магнитният сепаратор е разположен над или покрай конвейерната лента или по протежение на конвейера в неговия край. Стоманените отпадъци, съдържащи се в материала, движещ се по конвейера, се привличат от магнита и по този начин се отделят. В зависимост от размера на предметите, които трябва да бъдат отделени, се използват различни видове магнитни сепаратори със съответната мощност на магнита.

Надлентови магнитни сепаратори

Надлентовите магнитни сепаратори се произвеждат с електромагнит или постоянен магнит, със или без отвеждаща лента. Използват се в инсталации за преработка на битови отпадъци, въглища, руда, строителни отпадъци, скрап, дървесина, стъкло-формовъчна пръст и др. Предназначението им основно е свързано с преместването на слой материал, от който е необходимо да се отдели желязото. Надлентовите магнитни сепаратори представляват устройство във вид на кутия, състояща се от блокове постоянен магнит, разпределени по начин, по който над лентата да се образува мощно магнитно поле. Създаденото магнитно поле изтегля желязото от потока отпадъци, които преминават под блока.

Висящи магнитни сепаратори 

За извличане на стоманосъдържащи елементи в сепариращите инсталации се използват предимно висящи магнитни сепаратори, които се разполагат над основния конвейер. Движението на лентата на сепаратора е по или напречно на движението на материала. Стоманосъдържащите фракции се привличат от магнита и с помощта на лентата, която се върти около магнита се преместват настрани към място в което не действа магнитното поле. Цялото количество черни метали в този случай се събира в специален контейнер. За извличане на фракции със среден размер се използват предимно сеператори на основата на анизотропни феритни магнити. Последните са получени по метода на праховата металургия от фини прахове съдържащи оксидни композици на барий, стронций, олово. За извличането на малки стоманосъдържащи частици се използват сепаратори на основата на по-мощни магнити от феритните, като неодимовите. Неодимовият магнит е много по-силен от обикновените феритни магнити. Изготвя се от сплав от неодим, желязо и бор. За извличането на голямо-габаритни и дебелостенни предмети, се използват електромагнитни сепаратори. Изборът на система за отделяне на феросъдържащите елементи зависи от количеството и размера на феросъдържащи предмети, ширината на лентата и височината на насипа. Основните технологични характеристики са дълбочината на извличане и масата на извличаните предмети.

Магнитни барабани

Магнитните барабани се използват предимно за извличане на стомана, от шредерни инсталации, битов скрап, шлака, в минната индустрия, добив на инертни материали, обработка на дървесина. По този начин се създава възможност да се защитят дробилки, мелници и следващите по веригата преработващи инсталации, от износване и повреди. Магнитните барабани увеличават рентабилността на сортирането. Могат да се произвеждат с електромагнит или постоянен магнит. Тези с постоянен магнит работят на принципа на обхождането-препълването или извличането-изкарването. Конструират се магнитни барабани с различни ширини и диаметри.

Вихротокови сепаратори

Вихротоковите сепаратори на немагнитни материали представляват съвременни иновативни решения в областта на сортирането на материалите. Те могат да се използват за отделянето на цветни метали-алуминий, мед, неръждаема стомана и други, от инертни материали. Намират широко приложение при битови отпадъци, шлака от отпадъци, шредиран материал, дървообработване. Вихротоковите сепаратори за немагнитни материали се състоят от захранващ бункер, транспортна лента, барабан с ексцентрично разположен магнитен полюс, въртящ се с около 2500r/min, приемно устройство за разделяне на материалите и електронно управление. В тези сепаратори в резултат на бързо въртящия се ексцентрично разположен магнитен полюс, се създава високочестотно променливо магнитно поле, което се предава в барабана. Това поле поражда вихрови токове в нежелезните метали, противоположни на собственото магнитно поле на частиците. Така нежелезните метални частици се отделят от общия отпадъчен поток. Характерно за този вид сепаратори е възможността да се отделят много малки частици с размери до 2mm. При необходимост тяхната мощност може да се променя без да се променят габаритите на системата.

Индукционни сепаратори

Индукционните сепаратори са логично продължение на магнитното сепариране и отделянето на цветни метали, ако металните елементи не могат да бъдат разделени с помощта на магнитните технологии. Това са материали, като легирана с ванадий стомана и други остатъчни метали в шредерния материал, битови отпадъци, шлака, електронен скрап, дървени стърготини, стъкло и формовъчен пясък. Тези сепаратори във всички случаи, заместват скъпото и по-малко ефективно ръчното сортиране. Някои техни приложения включват извличане на ценни неръждаеми стомани от отпадъци на неръждаеми стомани и шлаки, или отделянето на печатни платки от цветни метали във вихротоковия сепаратор. Други приложения на индукционните сепаратори са отделяне на метал за гарантиране на качеството на други насипни материали.

Рентгенови сепаратори

Рентгеновите сепаратори с излъчване на рентгенови лъчи, се използват за отделяне на зададен материал от общия поток на база специфичното атомно тегло. Тази иновация отваря нови хоризонти при ефективното извличане на ценни материали. Най-новата технология е XRF-ренгенова флуоресценция, при която материала преминава под рентгенови скенери, а рентгеновите лъчи се излъчват върху материала. Тези лъчи се абсорбират от материала и се разчитат от управлението на машината. 

При различните материали степента на поглъщане на лъчите е различна. Използвайки рентгеновата технология, могат да бъдат сортирани материали на база тяхното атомно тегло и да се сепарират различни метали от общ смесен поток. Това позволява на леки метали да бъдат разделяни от тежки метали, или PVC от пластмаси, скрап и дървесина от камък, алуминиеви отливки от сплави и т. н. В минното дело, рентгеновото сепариране е един от най-широко използваните методи. Рентгенова флуоресценция може да се използва за диференциране на сплави, метали и руди въз основа на техните повърхности. Чрез нея може да се отдели мед от общ железен или алуминиев скрап, отделяне на чисти стъклени фракции от общ поток на безоловно стъкло или стъкло с високо съдържание на олово, отделяне на алтернативно гориво-RDF, сепариране на метали, отделяне на органика и др.

Инфрачервени сепаратори

Инфрачервените сепаратори-сензорните сепаратори, се използват за сортиране на отпадъците според цвета, плътността и други характеристики на материала. Практическо приложение при сортирането на отпадъците, са намерили електромагнитните, оптичните, инфрачервените сензори. Електромагнитните сензори обикновено се използват за отделяне на всички видове метали и различни видове полимери-полипропилен, полистирол, полиетилен, акрил-бутил-стирол. С измерване на атомната плътност на материалите се извършва изключително прецизно сортиране. Оптичните сензори обикновено се използват за разпознаване и отделяне по цвят от HD камера на метали-мед, месинг, сиви метали, стъкло, пластмаса. В най-новите технологии се използва NIR камера-Hyper Spectral Imaging-HSI, както и 3D камера. Инфрачервените сензори са подходящи за сепариране на полиетилен, полипропилен, полиетилентерефталат, полистирол, поливинилхлорид, експандиран пенополистирол, хартия, RDF, метали и др.

Технология на сепарирането

Процесът на сепарирането на твърдите битови отпадъци-ТБО, се основава на принципа на позитивното сортиране и има за цел отделянето на оползотворяемите компоненти по видове-хартия и картон, РЕТ материал-полиетилентерефталат, пластмаси, метали, стъклени отпадъци, от общият поток на отпадъците преди окончателното им депониране и подготовка за рециклиране. Съвременните технологични решения се основават автоматизираното разделяне на подходящите за вторична преработка материали. Използваните сортиращи съоръжения, в зависимост от изходната суровина, включват предимно различни видове сита и сепаратори. След сепарирането количеството на отпадъците за депониране може да се намали до 50%. В производствената част се извършва сепарирането на твърдите битови отпадъци и балиране на рециклируемите компоненти. За нуждите на производството са предвидени електронна автомобилна везна, приемно отделение-помещение, сепариращо помещение, помещение за балиране. На автомобилната везна се притеглят пълните и празни сметосъбиращи машини и транспортни средства.

Битовите отпадъци пристигат в приемното отделение със сметосъбиращи машини. В приемното отделение се извършва приемане и първичен оглед на отпадъците. Сепариращото помещение е оборудвано със сепариращите машини и съоръжения. Тук се извършва сепарирането на твърди битови отпадъци и разделянето им на фракции. В помещението за балиране, се балират на рециклируемите компоненти.Известни са два вида сепариращи инсталации за отпадъци-напълно автоматизирани инсталации за сепариране и инсталации с ръчно и машинно сепариране. Оползотворимата част от битовите отпадъци се предават по видове суровини и/или се използват като модифицирано гориво. Неоползотворяемите отпадъци се транспортират до регионално депо за твърди битови отпадъци.

Автоматизирани сепариращи инсталации 

В автоматизираните инсталации за сепариранe на смесени битови отпадъци, се използват най-новите технологични постижения. Характерното за този тип инсталации е отсъствие на хората с пряко участие в технологичният процес на сепариране. Използват се различни принципи за сепарирането на отпадъците по видове, като пресяване и фракциониране чрез вибрация, отделяне на метали с магнитно поле, отделяне на неметали с индукция, сепариране с оптична техника в комбинация с въздух и др. Използването на тези високо-технологични принципи предполага големи първоначални инвестиционни разходи, чието възстановяване изисква по-дълъг експлоатационен период и най-важното по-големи количества отпадъчен материал за третиране.

Също така наличието на такова модерно технологично оборудване изисква участието на високо квалифицирани кадри в производствения процес. Подбраните и подредени в определена технологична последователност съоръжения, изискват постоянство в морфологията и качеството на материалният поток който ще се третира, т. е. при разлики в морфологията на отпадъците ще има неефективна работа по отношение на сепарирането. Използването само на машини изисква по-голяма площ за разполагане на оборудването. Също така енергийната консумация е по-голяма.

Предимствата на автоматизираните инсталации за сепариранe, са независимост на технологичния процес от субективния човешки фактор, възможност за непрекъснато натоварване на технологичното оборудване-не се изискват технологични почивки, позволява се сепариране на опасни за човешкото здраве отпадъци, не е необходимо осигуряване на работна среда отговаряща на нормативната уредба за подходящи условия на труд за хората. Недостатъците, са кономическа нерентабилност-при капацитети под 700t/d, изискване за еднороден по морфология входящ поток, липса на гъвкавост по отношение на вида отсепарирани материали.

Ръчно-машинни сепариращи инсталации

Инсталациите с комбинирано ръчно и машинно сепариране на смесени битови отпадъци, представляват приемлива алтернатива на автоматизираните инсталации. Те са предпочитани в случаите, когато в състава на постъпващия за обработка отпадъчен материал се съдържа голямо разнообразие от рециклируеми и/или оползотворими материали. Комбинираните ръчно-машинни сепариращи инсталации се реализират при по-ниски първоначални инвестиции, които са възвращаеми при по-кратки срокове на експлоатация. В зависимост от атмосферните условия и сезонността на работа, съоръженията могат да се разполагат на открито или в закрити площи. Изисква се работните места на хората да отговарят на условията за микроклимат на работната среда.

Ръчното сепариране дава възможност в зависимост от морфологията да се променят технологичните задания, т. е. има технологична гъвкавост. Процесите с най-ниска зависимост от качеството на материалния поток се извършват машинно. Например, пресяване, магнитна сепарация и др. Обслужването на машините и инсталацията не изисква висока квалификация на работния персонал. Има и социален ефект изразяващ се в създаването повече работни места, което може да се разгледа и като предимство в региони с регистрирана висока безработица.

Предимствата на ръчно-машиннитe сепариращи инсталации, са рентабилна технология при малки количества отпадъци постъпващи на вход-до100t/d, гъвкавост при променлив морфологичен състав и ниско качество на входящия материал, по-ниски експлоатационни разходи, гъвкавост по отношение на желана промяна във видовете отсепарирани материали. Недостатъците, са трудоемък процес, изискване за осигуряване на специализирана работна среда, отговаряща на нормативната уредба за безопасни условия на труд за хората.