8. PROCESAREA FIZICĂ A DEŞEURILOR SOLIDE MUNICIPALE 8.1. Reducerea dimensiunilor deşeurilor solide neprocesate Deşeurile solide brute sunt un amestec de cutii, ziare, sacoşe, cutii de conserve, cauciucuri etc., toate având dimensiuni şi forme diferite. De aceea, deşeurile primite de către o unitate de procesare sunt verificate în ceea ce priveşte starea lor. Primul pas al procesării constă în golirea cutiilor şi a sacilor de deşeuri prin deschiderea acestor containere ce sunt trecute printr-o tobă cu cuţite sau printr-un concasor (fărâmiţător). Caracteristicile formei şi a distribuţiei după mărime a deşeurilor solide variază mult cu compoziţia lor. Există o varietate de forme, dar cele mai multe componente ale deşeurilor sunt fie cilindrice, sferice sau plate. Mărimea constituenţilor deşeurilor poate varia de le un bob de nisip până la un articol de mobilă. Această diversitate de forme şi mărimi poate influenţa procesarea. Deşeurile solide comerciale au dimensiuni cuprinse în domeniul (5-20)cm, iar deşeurile solide rezidenţiale au dimensiuni cuprinse în domeniul (2-25)cm. După sfărâmare, mărimea particulelor amestecului format din cele două tipuri de deşeuri ajunge la (5-9)cm. Reducerea mărimii deşeurilor solide se realizează în scopul obţinerii unui material relativ uniform ca mărime. Termenul folosit pentru procesele mecanice folosite în reducerea dimensiunilor şi omogenizarea deşeurilor este shredding. Există mai multe sisteme de shredding ce prezintă avantaje şi dezavantaje. Morile cu ciocane sunt echipamentele cele mai folosite. Elementul principal este rotorul şi în funcţie de orientarea acestuia morile cu ciocane se clasifică astfel:

– mori cu ax vertical (fig. 6.a); – mori cu ax orizontal (fig. 6.b).

1

2

4

3 5

6

a) b) 1-ciocane; 2-ax; 3-carcasă metalică; 4-motor electric de antrenare a rotorului; 5-transportor cu bandă; 6-grătar.

Fig. 6. Moară cu ciocane.

La morile cu ax vertical, deşeul este sfărâmat prin lovirea lor de carcasă în urma impactului cu ciocanele aflate în mişcare de rotaţie cu viteză mare. Reducerea mărimii deşeului este controlată de spaţiul dintre ciocane şi carcasă. Carcasa are formă tronconică, baza mică fiind la partea inferioară. Acţiunea de ventilaţie a ciocanelor produce un curent de aer de sus în jos, care împreună cu gravitaţia trage materialul deşeu în moară. Din moară va ieşi numai materialul ce are dimensiuni sub o anumită valoare. El va rămâne în moară până la reducerea sub dimensiunea cerută. Timpul de staţionare în moară a deşeului depinde de spaţiul dintre ciocane şi carcasă. Numărul de ciocane determină numărul de impacturi, adică mărimea particulelor. Mărimea dorită a particulei poate fi obţinută modificând numărul şi dispunerea ciocanelor în moară.

Morile cu ciocane cu ax orizontal sunt mai des întâlnite decât primele. La acest tip de moară, mărimea deşeurilor la ieşire este controlată de grătarul aflat la ieşire. Aceste mori sunt folosite mai mult pentru sfărâmarea minereului, a pietrelor şi a cărbunelui şi ele nu funcţionează bine la sfărâmarea deşeurilor solide. Datorită grătarului, moara nu poate evacua deşeul, aceasta suferind distrugeri din partea materialelor cu dimensiuni mari sau mai dure.

Moara cu ciocane şi nicovală este prevăzută cu unul sau două axe orizontale având sensuri opuse de rotaţie, pe care sunt montate ciocanele şi o nicovală de care sunt izbite particulele lovite de ciocane (fig. 7). Această moară necesită putere mică de antrenare şi realizează o reducere accentuată a mărimii particulelor. Alte avantaje ale acestei mori sunt: − cost de exploatare redus;

1

− permite unor constituenţi ai deşeurilor să-şi păstreze mărimea originală. De exemplu, recipienţii din metal şi sticlă nu sunt sfărâmaţi în bucăţi mai mici şi ei se amestecă cu materialele organice din deşeuri şi pot fi separaţi mai uşor decât dacă ar fi sfărâmaţi. În plus, fracţia organică este mai uşor de procesat şi utilizat când nu este amestecată cu material anorganic.

2

Fig. 7. Moara cu ciocane şi nicovală.

Moara cu discuri tăietoare constă din două rotoare pe care sunt montate discuri tăietoare ce acţionează ca un foarfece, ele având sensuri opuse de rotaţie (fig. 8). Materialul deşeu este tăiat când este captat între dinţii discurilor sau este crăpat/rupt. Aceste mori au turaţii reduse pentru rotoarele ce sunt acţionate hidraulic, iar costurile sunt de asemeni reduse. Cuţitele îşi schimbă automat sensul de rotaţie pentru a elibera materialul blocat între dinţi. Obiectele mari, cum ar fi anvelopele de cauciuc pot fi sfărâmate cu uşurinţă. Mărimea deşeului care iese poate fi reglată prin modificarea distanţei dintre rotoare.

Fig. 8. Moara cu discuri tăietoare.

Morile sunt mari consumatoare de energie. De exemplu pentru reducerea dimensiunii la 12,5 cm puterea consumată este de (3-4,5)kWh/tona de deşeu uscat procesat.

Reducerea volumului Deşeurile reciclabile precum sunt: hârtia, cartonul, recipienţii din aluminiu sunt balotate pentru a uşura

manipularea şi a reduce costurile de transport. Echipamentele de balotare comprimă materialul pe una sau mai multe direcţii prin aplicarea unei presiuni de (14-25) MPa cu ajutorul unui piston hidraulic.

8.2. Separarea componentelor deşeurilor După ieşirea deşeurilor din moară acestea sunt supuse proceselor de recuperare. Prin fiecare proces se

recuperează un anumit component. Interesul este să se recupereze toate componentele reciclabile.

ciocan rotor

nicovală

rotor

disc cuţit cu dinţi

Separarea după mărimea particulelor se realizează prin trecerea deşeurilor printr-o sită. Sitele se clasifică în funcţie de plasarea lor în fluxul de procesare a deşeurilor în primare, secundare şi terţiare. Sita cu ochiurile cele mai mari este primară şi este dispusă înaintea tuturor unităţilor de recuperare. Pentru a determina mărimea ochiurilor sitei, care trebuie să fie potrivită cu cea a particulelor este necesară o analiză a deşeurilor în ceea ce priveşte mărimea particulelor. O sită rotativă (sau trommel) este folosită pentru procesarea deşeurilor brute, înainte de sfărâmarea lor, pentru îndepărtarea rocilor, a sticlei, obiectelor din metal, materialelor plastice de dimensiuni mari, a hârtiei. Trommelul constă dintr-un tub cilindric perforat aflat în mişcare de rotaţie şi care are axa înclinată faţă de orizontală (fig. 9). Alimentarea cu deşeuri se face pe la partea superioară (capătul aflat mai sus) şi materialul este cernut pe măsură ce este antrenat de cilindru. Prin rotirea cilindrului, particulele aflate în contact cu peretele cilindrului se mişcă odată cu acesta până ating o anumită înălţime, după care cad ajungând la suprafaţa deşeului cu reluarea ciclului. În interiorul cilindrului pot fi prevăzute protuberanţe ascuţite pentru tăierea şi spargerea sacilor din plastic în care se găsesc deşeurile. Materialul din interiorul cilindrului tinde să urmeze o traiectorie elicoidală în parcurgerea lungimii cilindrului. Dimensiunea orificiilor cilindrului (sitei) depinde de tipul materialului care trebuie separat.

alimentare cu deşeuri

3

Fig. 9. Sită rotativă (trommel).

Sitele cu discuri constau din discuri în formă de cană sau stea montate pe axe rotitoare perpendiculare pe direcţia de deplasare a materialului deşeu (fig. 10). Discurile se rotesc toate în aceeaşi direcţie astfel că particulele mai mari, ce nu cad printre discuri vor străbate lungimea sitei. Aceste site pot fi construite pentru a separa particule cu dimensiuni de la 0,6 cm la 20 cm. Particulele mari, precum recipienţii pot fi separate cu uşurinţă.

Fig. 10. Sită cu discuri. Separarea după densitate a deşeurilor Cele mai cunoscute metode de separare după densitate sunt flotaţia cu lichid şi clasificarea cu aer.

alimentare cu deşeuri

agitare

material mărunţit

material de dimensiuni mari

disc în formă de

stea

material mărunţit

α

material de dimensiuni

mari

vedere în interiorul unui trommel

Flotaţia cu lichid separă materialele ce compun deşeurile în două categorii: cele care au o densitate mai mică decât cea a lichidului şi cele ce au o densitate mai mare decât a lichidului folosit pentru separare.

Clasificarea cu aer este o metodă des întâlnită în separarea uscată după densitate a deşeurilor solide municipale. Această metodă foloseşte gravitaţia şi curenţii de aer pentru separarea deşeului care este introdus într-un flux de aer. Deşeurile sfărâmate sunt separate într-o fracţie uşoară cum ar fi: hârtia, plasticul şi alte materiale uşoare şi o fracţie grea constând din material organic şi anorganic, cum ar fi: pietriş, piese din metal, etc. Procesul de separare într-un clasificator cu aer depinde de viteza şi debitul de aer.

Factorii ce determină separarea particulelor într-un curent de aer sunt: − mărimea particulei; − forma particulei; − densitatea particulei.

Mişcarea ascensională a aerului creează o forţă de împingere care se opune forţei de gravitaţie a particulelor deşeului. Această forţă este influenţată de forma particulei şi de numărul Reynolds, dar este foarte greu să se realizeze o analiză teoretică a proiectării unui clasificator. Fabricanţii de astfel de aparate se bazează în proiectare pe modele pilot. În fig. 11 este prezentat un clasificator cu aer ce separă particulele anorganice de cele organice. Componentele cu densitate mică şi rezistenţă la înaintare mare formează fracţia uşoară, iar componentele cu densitate mare şi rezistenţă la înaintare mică formează fracţia grea. Fracţia uşoară este constituită în cea mai mare parte din materiale combustibile reprezintă circa (60-80)% din totalul deşeului, în timp ce fracţia grea este constituită din materiale necombustibile. Principiul de bază al acestei metode constă în faptul că materialele cu densitate mică tind să se deplaseze în direcţia jetului de aer, în timp ce cele cu densitate mare se mişcă foarte puţin pe direcţia jetului de aer sau rămân nemişcate.

jet de aer

materiale uşoare

materiale grele

aer

alimentare cu deşeuri

Fig. 11. Clasificator cu aer.

Clasificarea cu aer a deşeurilor prezintă câteva probleme, cum ar fi: − particulele umede au tendinţa de aglomerare şi de formare de particule mai mari; − hârtia umedă are tendinţa de a se lipi de murdărie antrenând aceasta spre fracţia uşoară; − particulele mici de sticlă se înfig în hârtie şi în alte deşeuri şi astfel ajung la fracţia uşoară şi nu la cea grea.

Pentru deşeurile care au suferit un proces de separare se poate folosi procedeul de clasificare cu cuţit de aer. Deşeurile sfărâmate sunt introduse într-un curent înclinat de aer şi componentele vor fi antrenate de curentul de aer pe o distanţă ce depinde de greutatea şi forma lor. Curentul de aer va transporta hârtia şi plasticul, iar materialele dense vor cădea mai repede. În funcţie de construcţia clasificatorului se poate face clasificarea pe 2 până la 5 fracţii. Deoarece procesul de clasificare se face într-o incintă închisă nu sunt probleme cu praful. Clasificarea cu cuţit de aer prezintă un cost redus de investiţie şi de operare.

4

aer sub presiune

materiale grele

materiale uşoare

Fig. 12. Clasificarea cu cuţit de aer.

Separarea magnetică se bazează pe forţele magnetice de atracţie şi de respingere a obiectelor feroase. Există mai multe tipuri de separatoare magnetice, cele mai multe dintre ele utilizând un scripete magnetic la capătul unui transportor cu bandă. Datorită forţei de inerţie ce acţionează asupra materialului (deşeurilor) aflat pe transportorul cu bandă, acesta tinde să se deplaseze în direcţia de mişcare a benzii în timp ce este descărcat. Magnetul aflat deasupra capătului de descărcare al benzii prinde (datorită forţei de atracţie) materialele feroase de suprafaţa unei benzi ce acoperă magnetul şi care le transportă către un recipient. În fig. 13, metalele feroase din deşeu sunt ridicate de primul magnet, sunt lipite de banda ce acoperă magneţii şi transportate la al doilea magnet, care are polaritate inversă, cauzând astfel rotirea materialului. Aceasta duce la eliberarea (desprinderea) materialului neferos (hârtie, plastic) ce a fost antrenat de către cel magnetic. Materialul feros este apoi atras de un al treilea magnet şi transportat la capătul de descărcare al benzii.

materiale neferoase materiale

feroase

1

2 3

Fig. 13. Separator magnetic.

Eficienţa de colectare a materialului feros din deşeurile solide este de circa 80-85%. Deoarece valoarea materialului feros recuperat este relativ mică, iar costurile de procesare (transport, recuperare-separare) sunt mari, uneori mai mari decât valoarea de piaţă, este recomandabil ca recuperarea metalului să se facă pe parcursul primelor faze de procesare.

În deşeurile solide municipale, aluminiul este principalul metal neferos, el reprezintă circa 80-85% din conţinutul total de metale neferoase. Prin recuperarea aluminiului se poate obţine un venit de 20 de ori mai mare pe tonă decât prin recuperarea sticlei, recipienţilor din oţel sau hârtiei.

5