Е.И.Селютина, А.С.Парфенюк.Определение физико-механических характеристик ТБО применительно к разработке перерабатывающей техники// Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів/ Збірка доповідей VI Міжнародної наукової конференції аспірантів і студентів. Т.-Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2007.-235с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТБО ПРИМИНИТЕЛЬНО К РАЗРАБОТКЕ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ТЕХНИКИ

Е.И.Селютина, А.С.Парфенюк

Донецкий национальный технический университет

       Твердые бытовые отходы (ТБО), наряду с промышленными, являются одним из основных источников загрязнения природной среды. Это связано с высоким содержанием химических, в т. ч. токсичных веществ в отходах, их многообразием и большими объемами.
      Количество ТБО, ежегодно образующихся на территории Украины, составляет около 11 млн т. Основная их масса складируется на полигонах ТБО, и лишь незначительная часть - около 1 % - перерабатывается на опытно-экспериментальных производствах малой мощности. Местоположение, обустройство и условия эксплуатации большинства полигонов не соответствуют нормативным требованиям, что усугубляет экологическую опасность этих объектов.
      Субстраты полигонов ТБО обычно представлены смесью повседневных бытовых отходов потребления, строительного мусора, отходов ухода за зелеными насажде¬ниями. Кроме того, на полигоны ТБО поступают разнообразные промышленные отходы, поскольку нормативными документами допускается их складирование на полигонах ТБО в количестве, не превышающем 30 % от общего объема.
      Морфологический состав отходов, взятых на полигоне (г. Авдеевка) следующий: пищевые отходы – 5,9 %, пластмасса – 2,9 %, Резина – 1,3 %, камни – 20,1 %, стекло – 11,9 %, текстиль – 1,2 %, кости – 0,6 %, металл – 3,8 %, древесина – 0,3 %, полиэтилен – 0,6 %, отсев – 51,4%.
      Важно установить физико-механические характеристики (ФМХ) ТБО, для выбора способа и техники их сортировки, обогащения, переработки.
      Гранулометрический состав отсева: <10 мм – 17 %; 10 мм – 21 %; 5 мм – 16 %; 3 мм – 33 %; 1 мм – 12 %; >1 мм – 1 %. Влажность исследуемых отходов составила 19 %.
      ТБО брикетируется и качество получаемых брикетов зависят от их свойств – упругости, хрупкости, твердости, пластичности, зольности, структуры, и технологических параметров брикетирования – крупности, влажности, давления прессования, температуры исходной смеси.
      Были исследованы некоторые физико-механические свойства смесей отходов старых свалок, для дальнейшего описания основных характеристик и определения параметров процесса обработки механическим давлением. В процессе компрессионных испытаний было установлено 3 фазы уплотнения мусора: 1 - плотность мусора быстро увеличивается; 2 – плотность увеличивается, но небольшими темпами; 3 – незначительное изменение плотности.
      Для учета уплотняемости было проведено исследование зависимости деформации материала от напряжения, в условиях, приближенных к реальным.

Давление Р, МПа	Смесь 1, кг/м3	Смесь 2, кг/м3	Смесь 3, кг/м3	Смесь 4, кг/м3	Смесь 5, кг/м3	Смесь 6, кг/м3	Смесь 7, кг/м3
5	1010	1070	1080	1175	960	1160
10	1080	1180	1135	1220	1150	1030	1220
15	1110	1145	1180	1225	1190	1070	1250
20	1115	1145	1190	1230	1199	1075	1260

      Из полученных данных, можно сделать вывод, что смесь №6 (отсев 75%, пластмасса 5%, пищевые отходы 10%, W=10%) имеет самую низкую уплотняемость как при небольших, так и при высоких напряжениях. Самую высокую уплотняемость у смеси № 7 (отсев 95%, полиэтилен 5 %, t=70). Если сравнивать остальные смеси, при построении графиков, то они расположатся между графиками смеси №6 и №7.
      После снятия давления на смесь отходов происходило упругое расширение брикета по высоте. Значения коэффициентов упругого расширения колебались от 1,015 - 1,065 в зависимости от содержания смеси и напряжения.
      В результате того, что коэффициенты упругого расширения имели большие значения, было проведено многостадийное прессование. Получили следующее: уменьшение коэффициентов упругого расширения; увеличение конечной плотности; прочность прессовок повысилась.
      Прочностные характеристики зависят от состава смесей, крупности частиц материала, содержания влаги, давления уплотнения. При повышении давления от 5 до 15 МПа Qсж увеличивается в 1,5-2 раза, Qр увеличивается в 1,4 раза, при чем заметили значительное снижение прочности брикета за счет присутствия в смеси частиц пластмассы.
      Для повышения прочностных и плотностных характеристик брикетов, смеси подвергали нагреванию до 60-80 0С. При дальнейшем повышении температуры прочность брикета снижалась. Сдвиговые испытания позволили установить характер изменения коэффициентов внутреннего f и внешнего f0 трения в зависимости от количества вносимых добавок и влажности W (рис.1). Для всех составов смесей влияние влажности на f заметно больше, чем на f0. касательные напряжения адгезионного сдвига f0 при этом имеют выраженную связь с коэффициентом трения: при наличии максимума у коэффициента f величина f0 имеет минимум и наоборот.
      

Рисунок 1 – Графики зависимости коэффициентов внутреннего и внешнего трения ТБО в зависимости от состава смеси и ее влажности
      Установлены ФМХ ТБО: первоначальная насыпная плотность 750-850 кг/м3, влажность W=15-25%; наиболее эффективное прессование при давлении 15 МПа; повторное уплотнение отходов значительно повышает плотностные и прочностные свойства брикетов (1,4-2 раза); повышение влажности выше 25 % неэффективно, т.к. она выделяется при прессовании; для повышения прочностных и плотностных характеристик брикетов (особенно смеси содержащие полиэтилен), смеси целесообразно подвергать нагреванию до 60-80 0С; для лучшей уплотняемости упругие компоненты ТБО рационально извлекать и перерабатывать отдельно; отходы обладают высокими коэффициентами внешнего и внутреннего трения.