В протоколе испытаний крышки канализационного люка базовой конфигурации (рис. 3.1, 3.2) приведены данные, согласно которым крышка люка под действием нагрузки 3000 кгс имела максимальный прогиб 54,28 мм. По этим данным методом подбора был определен модуль упругости материала, равный Е = 178 МПа, который на сеточной модели варианта 1 при нагрузке 3000 кгс дал максимальный прогиб 54,21 мм (табл. 3.1). Расчет с нагрузкой 8085 кгс с тем же модулем упругости дал прогиб равный 146,1 мм, при этом в эксперименте с такой нагрузкой прогиб составил 159,82 и крышка разрушилась. Параметры нагруженного состояния (напряжения и перемещения) в этом расчете были приняты как критические, соответствующие разрушающей нагрузке. Сравнивая результаты расчета базового варианта при нагрузке 8085 кгс со структурой разрушения в эксперименте (рис. 3.2.), можно предположить, что разрушение крышки люка из рассматриваемой композиции полимеров происходит при следующих условиях: локальные напряжения (на концентраторах) на поверхности крышки (сверху и снизу) вблизи центра достигают 50 МПа, напряжения во внутреннем слое в области разрыва материала достигают значения 15 МПа.
3.2. Аппроксимирование вариантов крышки люка.
Для сравнительного анализа вариантов крышки канализационного люка были проведены расчеты напряженного состояния всех вариантов при нагрузках 3000, 8085 и 15000 кгс. Расчет базового варианта крышки при нагрузке 15000 кгс не выполнялся, так как в натурном эксперименте произошло его разрушение при нагрузке 8085 кгс и, соответственно, рассмотрение этого варианта при более высоких нагрузках не имеет смысла.
Основные характеристики напряженного состояния крышки канализа-ционного люка (максимальные перемещения от внешней нагрузки и макси-мальные напряжения по зонам) для всех вариантов представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1 – Основные характеристики напряженного состояния крышки канализационного люка
| Вариант крышки | Модуль упру-гости мате-риала Е, МПа | Нагрузка F, кгс | Макси-мальное сме-щение, мм | Напряжение, МПа | ||
| на верхней поверх-ности крышки | на нижней поверхности крышки | во внут-реннем слое | ||||
| Базовый (эксп.) | - | 54,28 | - | - | - | |
| - | 159,82 | - | - | - | ||
| Базовый (расчет) | 54,21 | <21 | <21 | <4,5 | ||
| 146,1 | <50 | <55 | <15 | |||
| Улучшенный | 21,19 | <9 | <12 | <2 | ||
| 57,13 | <25 | <35 | <5 | |||
| <40 | <55 | <10 | ||||
| Улучшенный 3 | 19,5 | <7,5 | <10,5 | <2 | ||
| 52,57 | <20 | <25 | <5 | |||
| 97,52 | <40 | <50 | <10 | |||
| Улучшенный (без ребер) | 13,11 | <4,5 | <4,5 | <1,5 | ||
| 35,39 | <15 | <12 | <5 | |||
| 65,66 | <25 | <20 | <6 |
Выводы.
При разработке методических вопросов определение эффективности применения вторичного полимерного сырья и изделий на их основе нужно рассматривать как систему отраслей, связанных между собой взаимными поставками элементов основных и оборотных фондов, передачу которых из одного звена в другое следует оценивать по единой методологии, например по приведенным затратам. С этой целью весь процесс производства и применения полимерного вторичного сырья можно условно разделить на 4 стадии:
- производство исходного сырья и полупродуктов;
- производство полимерных гранул;
- производство и использование изделий из полимерных гранул в промыш-ленных изделиях, оборудовании и другой продукции;
- применение продукции из полимерного вторичного сырья в отраслях- потребителях, в том числе и в коммунальном хозяйстве.
Во всех случаях расчетам технико-экономической эффективности производства и применения вторичного полимерного сырья должен предшествовать технико-экономический анализ, который служит средством для решения важных производственных задач, а именно: определение целесообразных направлений развития отрасли по производству гранулята вторичных полимеров; экономическое обоснование технических мероприятий и определение очередности их внедрения; выбор наиболее экономического варианта при разработке выпускаемых изделий из полимерного сырья; оценка возможностей улучшения технико-экономических показателей изделий, полученных с применением сырья из вторичных полимеров; определение технического уровня вторичного полимерного гранулята в соответствии технологического регламента и ТУ выпускаемого вторичного сырья.
Литература
1. Державна програма поводження з твердими побутовими відходами в Україні (Утверждена Постановлением КМ Украины от 04.03.2004 г. № 263).
2. Гриценко А.В., Горох Н.П., Внукова Н.В., Коринько И.В., Шубов Л.Я. «Технологические основы промышленной переработки отходов мегаполиса». Уч. пособие, ХНАДУ, Харьков – 2005 г.
3. Горох Н.П., Саратов И.Е., Юрченко В.А. «Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города». Уч. пособие, ХНАГХ, Харьков – 2005 г.
4. Межотраслевое совещание. Использование отходов производства и потребления полимерных материалов в народном хозяйстве. Тезисы докладов. ЦНИИТЭИМС, Москва – 1988 г.
5. Робин Мюррей. Цель - Zего wеst, перевод с английского Горницкий В. Москва – 2004 г.
6. Горох Н.П. Экологически безопасные технологии переработки полимерных отходов (на примере Харьковского региона). Диссертация, УкрНИИЭП, Харьков. – 2008. – 343 с.
КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫПЕРЕРАБОТКИ
ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Тимошенко В.В., Горох Н.П.
Определены актуальные проблемы современности. Проанализированы основные методы переработки ТБО. Обоснована необходимость применения комплексного решения проблемы ТБО. Описан механизм действия пиролизного процесса. Предложена схема обезвреживания отходов.
Проблема утилизации, переработки, обезвреживания или использования отходов является одной из самых актуальных проблем современности.
Уменьшение экологического ущерба, наносимого окружающей среде, а также степень утилизации производственных и бытовых отходов являются важнейшими показателями уровня технологического развития страны.
Сложившаяся в Украине ситуация в области образования, обезвреживания, хранения, использования и захоронения отходов ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу здоровью современного и будущих поколений страны.
В настоящее время Украина, в том числе Харьковская область, «завалена» огромным количеством твердых бытовых отходов (ТБО). Ежегодно только в г. Харькове образуется около 480 тыс. т ТБО (около 300 кг на 1 жителя), а также 360 тыс. т промышленных отходов.
Ежегодно только в г. Харькове образуется около 615 тыс. т ТБО (около 380 кг на 1 жителя), а также около 400 тыс. т промышленных отходов [1].
Различная степень увеличения в сопоставимых условиях образования ТБО по весу и объему показывают изменение морфологического состава отходов [2] (рис. 1).
Утилизация бытовых отходов на современном этапе существующими методами (складирование на полигонах и свалках, уничтожение на мусоросжигательных заводах) нецелесообразна, прежде всего, с точки зрения негативного воздействия на окружающую среду, а также стремительно сокращающихся запасов энергоносителей, особенно в городских агломерациях.
Тем не менее, следует отметить, что использование отходов – это необходимая мера, нацеленная на сознательное сокращение постоянно растущего объема отходов.
В связи с этим, разработки в сфере обращения с отходами должны приобрести качественно новый уровень.
Исходя из вышесказанного, необходимо отметить, что для обеспечения наиболее цельной утилизации отходов следует применять комплексное решение проблемы ТБО, предусматривающее полную переработку во вторичное сырье, электроэнергию, тепло и строительные материалы.
Рисунок 1 – Фракционный состав ТБО г. Харькова (в % по массе) в жилом и нежилом секторах.
Для достижения этого результата предложена следующая схема обезвреживания отходов, включающая стадии:
- первичная сортировка отходов с извлечением вторичного сырья;
- термическое обезвреживание (пиролиз) остатка ТБО после сортировки;
- получение электроэнергии, тепла и ценных химических веществ.
Объем ТБО и приравненным к ним промышленным отходам может и должен быть уменьшен, если подвергать их сортировке, в процессе которой извлекаются компоненты, представляющие собой материальные ценности для повторного использования.
Экономическая целесообразность применения первичной сортировки очевидна.
Известно, что себестоимость ценных компонентов ТБО, получаемых из вторичного сырья, составляет 20-30 % от себестоимости их получения из первичного сырья, руды и т.д., включая также затраты на их добычу, переработку и транспортировку.
Весьма перспективным с позиций экологической безопасности методом является пиролиз – комплексный термохимической метод обезвреживания отходов, обеспечивающий энерготехнологическое использование отходов в качестве топлива и сырья для химической промышленности при одновременном сокращении выбросов, загрязняющих окружающую среду.
Специфика предложенного метода заключается в проведении 2-хэтапного процесса:
· на 1-м этапе поступающее сырье подвергается пиролизу в реакторе в режиме горения при недостатке кислорода, в результате которого образуется горючий продукт – газ;
· на 2-м этапе процесса получаемый газ может сжигаться в различных энергетических устройствах с производством энергии и тепла.
Пиролизная технология позволяет достичь эффективного использования отходов в качестве источника энергии, улучшить экологические показатели технологии, а также упростить систему пылеочистки.
Наиболее целесообразно в качестве теплоносителя использовать рециркулирующий пиролизный газ. При этом исключается разбавление продуктового пиролизного газа и ухудшение его качества.
При использовании полученного из ТБО высококачественного горючего газа, обладающего высокой теплотворной способностью (4300 ккал/м3), существенно повышается КПД по выработке электрической энергии.
Помимо этого, по сравнению с горением конденсированных топлив, сжигание пиролизного газа является гораздо более чистым процессом – при его горении образуется намного меньше токсичных продуктов неполного сгорания, что позволяет улучшить экологические показатели технологии.
Поскольку при термическом обезвреживании ТБО необходима газоочистка вследствие высокого содержания загрязнителей в отходах, то при пиролизе ТБО объем отходящих газов имеет значительно меньший объем, чем дымовые газы, образующиеся в результате обычного сжигания отходов.
Это является определяющим фактором данной технологии, поскольку расходы мусоросжигающих заводов в значительной мере определяются именно очисткой отходящих газов.
В результате использования пиролиза соединения сложной органической структуры преобразуются в более простые нетоксичные соединения парафинового, олефинового, циклического, ароматического и гетероцикличес-кого классов, смесь которых подвергается дальнейшей переработке (разгонке или ректификации) с получением товарной продукции.
Одной из наиболее серьезных проблем переработки ТБО является проблема нейтрализации шлака и зол. Из-за повышенного содержания в шлаке тяжелых металлов возникают определенные трудности, связанные с его утилизацией.
Предварительная сортировка уменьшает количество золы и шлака, к тому же переработка шлака становится менее проблематичной.
Иными словами, современным экономическим и экологическим требованиям наиболее полно отвечают технологии комплексной переработки ТБО (табл. 1).
Для практического применения комплексной переработки необходимо обоснование выбора технических решений, а также их системное объединение.
Таким образом, ключевым процессом в схеме комплексной переработки ТБО является предварительная сортировка (в т.ч. на основании селективного сбора), которая способна количественно и качественно изменить состав ТБО. При этом не только возрастает доля вторичного использования многих компонентов ТБО, но и в значительной степени решаются вопросы извлечения опасных бытовых отходов и балластных компонентов, оптимальной подготовки тех или иных фракций компонентов ТБО для дальнейшей переработки.
Таблица 1 – Экономическая эффективность различных методов переработки ТБО
| Показатель | Складирование | Сжигание | Сортировка + пиролиз |
| Капиталовложения | 13,25-53 | 662,5-728,75 | 927,5-1192,5 |
| Энергозатраты, кВт | 5,0-5,5 | 25-56 | |
| Эксплуатационные затраты | 6,625-15,238 | 72,88-99,38 | 165,63-198,75 |
| Стоимость переработки 1 м3 ТБО | 2,75-6,31 | 30,18-41,14 | 68,57-82,28 |
Реализация этого подхода к проблеме утилизации отходов позволит отказаться от свалок токсичных отходов при одновременном улучшении экологической обстановки региона, увеличить часть повторного использования многих компонентов ТБО, а также получить вторичные полезные продукты, которые могут найти широкое применение в народном хозяйстве.
Литература
1. Гриценко А.В., Горох Н.П., Внукова Н.В. Технологические основы промышленной переработки отходов мегаполиса: Уч. пос.– Х.: ХНАДУ, 2005.
2. Норми утворення твердих побутових відходів у населених пунктах України (Наказ Міністерства будівництва, архітектури і житлово-комунального господарства України від 10.01.06 № 7).
3. Костенко В.Ф., Тимошенко В.В. Применение метода высокотемпе-ратурного пиролиза для переработки отходов полимерных материалов. – Сб. докладов ІІІ Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» – 2006 г.
4. Бикбау М.Я., Луговкина В.Н. «Комплексная переработка ТБО» – Сб. докладов 4-го Международного конгресса по управлению отходами ВэйстТэк – 2005.
COMPLEX DECISION OF WASTES PROCESSING PROBLEM
Timoshenko V.V., Gorokh N.P., SME “Kharkivkommunochistvod”,
Kharkiv, Ukraine.
Actual problems of the presents are certain. The basic methods of solid domestic wastes processing are analysed. Necessity of decision improving is presented. The mechanism of pyrolisys process is described. Scheme of neutralization of wastes is offered.