Автоматическая сортировка мусора

Автоматизация сортировки твердых коммунальных отходов теоретически решила бы все проблемы с мусором. Инженеры постоянно трудятся в поисках наилучших технологий разделения такого непростого сырья как твердые коммунальные отходы. К сожалению, состояние твердых коммунальных отходов меняется в течение года. Относительно сухой мусор сменяет влажный.

Когда мусор похож на кашу разделить его очень сложно. Можно, но это потребует значительных затрат, гораздо больших, чем сжигание.

Например, такой мусор можно пропустить через биобарабан с целью ускоренной ферментации пищевых отходов в течение нескольких часов. Затем высушить и отделить ставшую уже мелкой органическую фракцию – получили почво-грунт. Остальную часть можно подвергнуть дальнейшей сепарации, но надо учитывать, что вся бумага и картон после такой обработки теряют свое значение как вторичное сырье.

Тем не менее, цветные и черные металлы можно отделить магнитной и электродинамической сепарацией, а пластик рассортировать по видам с помощью оптической сортировки.

Принципы построения автоматических линий сортировки мусора

  1. Технологии выбираются в зависимости от поступающего сырья.
  2. Экономическая целесообразность в балансе со степенью извлечения.
  3. Перспектива изменения вида и состава отходов.
  4. Учитывается существующая практика обращения с отходами в конкретном регионе.

Твердые коммунальные отходы по виду и составу отличаются в зависимости от источника образования. ТКО в многоквартирных домах по составу отличаются от отходов в “частном секторе” и сельской местности. В многоквартирных домах больше органических отходов и отходов упаковки. Коммерческий сектор также отличается по составу мусора.

Поэтому методы автоматической сортировки могут быть различными для каждого потока ТКО.

Механическая сортировка отходов

Методы механической обработки отходов основаны на разных физических свойствах отдельных компонентов, находящихся в смешанном мусоре.

Для разделения отходов по размеру применяются различные методы грохочения. Самый известный агрегат – барабанных грохот/сепаратор. Разделение сырья происходит за счет того, что мелкие части проходят сквозь сита определенного размера. Существуют барабанные сепараторы с ситами различного размера. Это позволяет получат фракции не двух размеров, а нескольких.

Для разделения легких и тяжелых фракций используются другие машины. Например, для отделения пленки и бумаги применяются воздушные сепараторы. В них легкие материалы увлекаются сильным восходящим воздушным потоком, как пылесосом.

Дисковый грохот (сепаратор)

Дисковый грохот состоит из многочисленных параллельных валов, вращающихся в одном направлении. На каждом из этих валов установлены диски (звездочки или многоугольники), которые расположены так, чтобы диски на одном валу были расположены на середине между дисками на противоположном валу.

Дисковый грохот для мусора

Валы и диски так расположены относительно друг друга, что образуют фиксированные пустоты, через которые проходит мелкий материал (например, разбитое стекло или песок), а негабаритный материал перемещается как дисками, так и серией вращающихся валов.

Дисковые грохоты недопустимо применять для  влажных и волокнистых материалов, т.к. они накручиваются на валы и диски, уменьшая просветы. Абразивные материалы (разбитое стекло или песок) могут изнашивать внешние поверхности валов и дисков и, таким образом, увеличивать промежутки.

Вибрационные грохоты

Вибрационные грохоты (сепараторы) работают также, как при просеивании муки через сито. Наклонная дека имеет каскады из пластин или стержней, на подобие гребешка. Вибрационные сепараторы часто применяются при сортировке нерудных материалов и строительного мусора. В отличие от барабанных грохотов эти сепараторы могут разделять влажные и слипшиеся материалы.

Схема работы выбрационного сепаратора

Некоторые конструкции вибрационных сепараторов позволяют сортировать материалы по плотности. Такие вибрационные грохоты применяются для отделения волокнистых материалов от твердых (кирпич, стекло и т.д.), металлов от пластиков и т.д..

Принцип действия баллистического сепаратора

Баллистические сепараторы работают похожим способом и позволяют отделят пленку и легкую упаковку от стекла, камней и металла. В отличие от вибрационных сепараторов баллистические позволяют разделять материал на три фракции: отсев, твердые куски 3D и легкие 2D.

Схема работы баллистического сепаратора

Наклонная дека состоит из пластин. Пластины совершают колебательные движения в вертикальной и горизонтальной плоскости. Материал при этом слегка подбрасывается вверх. Твердые объемные куски (камни, стекло, банки, бутылки и т.д.) скатываются вниз, а легкие плоские (этикетки, бумага, картон, пленка) движутся вверх. Вниз просыпается мелочь (отсев).

Измельчение сортируемых отходов

После предварительной сортировки механическими сепараторами или до неё в некоторых случаях целесообразно использовать измельчение. Измельчение может быть грубым или более тщательным. Это зависит от поступающих отходов. Например, древесные отходы, содержащие металлические детали (поддоны, деревянная мебель) после измельчения можно отделить от металла.

Хрупкие материалы измельчаются механическим воздействием, ударом или перетиранием. Для этого используются щековые или конусные дробилки. Они популярны для измельчение бетонных отходов, кирпичного и керамического боя, стекла и т.д.

Волокнистые и мягкие материалы измельчаются резанием или разрыванием. Шредеры различной конструкции используются для грубого измельчение шин, картона, пластика, деревянных поддонов и т.д.

Таким образом тип измельчения и вид измельчителя выбирают исходя из вида поступающего мусора.

Магнитные сепараторы (железоотделители)

Магнитные черные металлы (консервные банки) довольно легко отделяются с помощью магнитов. Магниты бывают постоянные и электромагниты. Постоянные магниты с высокой коэрцитивной силой (неодимовые, самариевые и др.) получаются дороже электромагнитов. Зато им не требуется электрическая энергия.

Схема магнитной сепарации мусора

Распространение получили электромагнитные сепараторы трех типов, а именно: магнитный барабан, магнитный шкив и магнитный конвейер.

Эффективность магнитного разделения зависит от толщины слоя отходов на конвейере, а также размера и формы немагнитных материалов. Когда материалы имеют сильно развитую поверхность (картон, скомканная бумага и т.д.) при магнитной сепарации имеет место “ложный съем” немагнитного материала в месте с магнитным. Наиболее эффективно ложных съемов можно избежать с помощью магнитных барабанов. Они устроены подобно магнитным шкивам, однако не связаны непосредственно с конвейером.

Электродинамические сепараторы

Работа электродинамического сепаратора основана на взаимодействии магнитного поля индукторов с вихревыми токами, наведенными им в металлических предметах.

Электродинамический сепаратор отходов

Наиболее часто применяются электродинамические сепараторы с бегущим магнитным полем, создаваемым трехфазными линейными индукторами, либо с перемещаемыми магнитами (электромагнитами). Разделение может происходить на главном барабане (шкиве) или на наклонной поверхности из пластин нержавеющей стали.

Системы оптической сепарации

Развитие микропроцессорной техники и совершенствование оптических сенсоров позволили создать системы автоматического распознавания материалов по цвету, размеру и химическому составу. В зависимости от заложенной программы исполнительные механизмы производят разделение материалов.

Схема оптической сепарации мусора

В качестве исполнительных механизмов стали популярны пневматические форсунки, “отстреливающие” нужные материалы. На этом принципе основано большинство конструкции современных оптических сепараторов. Кроме это используются механические заслонки и экраны.

Стремясь исключить ручной труд при разделении мусора инженеры все больше предлагают различные манипуляторы – роботов. Механические захваты работают также как и человеческие руки, только не утомляются и не устают.

Почему лучше собирать мусор раздельно, чем сортировать смешанные отходы

Раздельно собираемые отходы более однородны по своему составу. Нет сильных сезонных колебаний по содержимому. Значит процессы по их автоматизированному разделению и обработке будут более простые и экономичные.

Кроме этого, материалы, не подвергавшиеся искусственному смешиванию, содержат меньше загрязнений. Они в большей степени пригодны в качестве вторичного сырья. Это делает их обработку более экономически выгодной.