Принцип работы полигона (площадки) утилизации строительных отходов наиболее точно можно рассмотреть на примере переработки железобетонных изделий. Железобетонный лом, полученный на месте разрушения сносимых зданий и сооружений, транспортируется на полигон (площадку) по переработке, где предварительно складируется для подготовки к первичному дроблению.
С помощью экскаваторов такой материал ровняли, и эта площадка была фундаментом для других видов мусора. Утилизация строительных отходов, таким методом, не позволяла изымать на переработку пригодное вторсырье, такое как:
• завалы металлолома в виде арматур, перегородочных профилей, перил и прочего;
• стекло, масса которого, с учётом окон и балконов достигает нескольких тонн, на один многоэтажный дом;
• бетон, кирпичи и прочие каменные материалы.
Утилизация строительных отходов, подобный метод демонтажа, возможно, использовалась бы и дальше, но ограничение площадок и полигонов, не позволяет размещать отходы строительства в таких объёмах. Поэтому строительные отходы, с каждым годом становится все тяжелее уничтожать.
Россия, не первая страна в мире, у которой переработка строительных отходов и их вторичное использование изначально считалось перспективным. Но, тем не менее данная отрасль на сегодняшний день развивается довольно активно, во всех больших городах существуют специальные комбинаты или предприятия, занимающиеся:
• сбором;
• транспортировкой;
• сортировкой;
• очисткой;
• подготовкой;
и прочими манипуляционными действиями, подготавливающими вторсырье, к производственному процессу.
Ежегодно, отходы строительства занимают все большую площадь, их захоронение становится практически невозможным, без нанесения ущерба экологии, что в конечном результате влечёт за собой неблагоприятные последствия и для здоровья человека.
Строительные отходы, в России, ежегодно занимают сотни гектар площади, около 20 млн тонн вторичного материала, ждёт своей очереди на переработке, 60% из которых это кирпичные, каменные и железобетонные конструкции. Темп роста данного утиля, из года в год возрастает на 20%. Переработка строительных отходов, пока не может справиться даже с существующей массой на полигонах временного хранения.
Однако правительство РФ, всячески стимулирует и поддерживает подобные отрасли промышленности, позволяя им максимально быстро развиваться и работать на полную мощь. Как результат, такие действия дают положительный эффект, так как свозимые на свалки строительные отходы неуклонно уменьшаются в объёме.
Также, переработка строительных отходов, позволяет избежать ежегодного увеличения объёмов мусора на территории страны, что, в свою очередь, позволяет избежать негативного влияния на экологическую ситуацию. Ведь даже обработка земли, невозможна в тех местах, где захоронены строительные отходы.
Рециклинг бетона: утилизация бетона, переработка бетона
Утилизация строительных отходов, путём рециклинга, (рис. 8) позволяет значительно экономить финансовые средства, на сбор, транспортировку и прочие процедуры, поскольку такие отходы строительства, как бетон и кирпич, не нуждается в перемещении. При сносе здания почти всегда на его месте воздвигают новое строение, а это требует большое количество щебня для фундамента. Теперь же, переработка строительных отходов, вместо щебня даёт измельчённый кирпич и бетон, полученные при демонтаже старого строения. Кроме экономии на погрузки и транспортировке, также не нужно платить за размещённые отходы строительства на свалках, поскольку они перерабатываются на месте их образования.
Рециклинг бетона – способ переработки остатков смеси на составляющие компоненты.
Назначение: применение системы рециклинга направлено на снижение издержек и минимизацию количества отходов при производстве бетона и ЖБИ.
В конструкции системы рециклинга за основу взят высокопрочный шнековый сепаратор. Перерабатываемый материал разделяется на твердые частицы и «цементное молочко», которые потом используется в том же самом производстве бетонных смесей. Дополнительная очистка воды до необходимого состояния может производиться на дополнительно поставляемом оборудовании.
Производство бетона, как и любой другой производственный цикл не обходится без образования отходов. В свете все возрастающей проблемы сохранения чистоты окружающей среды повторное использование любых производственных отходов выходит на первые строчки среди задач построения грамотного производственного цикла. Отличным примером подобной практики является повторное использование шлама и бетона, который остается на стенках и в полостях бензонасосов и бетоносмесителей в процессе их работы. В промежутках между циклами конструкции промываются и полученный состав выводится. До появления подобных технологий носящих название – рециклинг, эти отходы, как правило, сбрасывались в окружающую среду. В наше время существует возможность их повторного использования, что позитивно сказывается как на состоянии природы, так и на потреблении компонентов для производства бетона.
Для того чтобы получить из отходов производства вещества готовые к повторному использованию применяются специализированные комплексы по рециклингу бетонной смеси. Подобные комплексы позволяют использовать полученное сырье в последующих производственных циклах. Основной задачей, которую выполняет комплекс рециклинга(рис. 9), является разделение смеси на отдельные составляющие, такие как цементное молоко, щебень и песок.
Конструкция комплекса состоит из специального бункера имеющего прямое соединение с модулем под названием «разделитель». Разделитель оборудован шнеком винтовой формы, которому придает вращение специальный редуктор. При работе комплекса в установку подается поток чистой воды, через которую пропускается смесь, приводимая в движение вращающимся шнеком. Поток воды подхватывает бетонные частицы и доставляет их в специальный резервуар накопитель, в то время как остальные частицы, имеющие большую массу, оседают и под воздействием шнека попадают в специальный отсек. Взвесь легких частиц бетона постоянно поддерживается в однородном состоянии при помощи смесителя. В процессе работы бетоносмесителя обе субстанции постепенно добавляются в рабочий цикл. Цементное молочко постепенно закачивается в смеситель, в то время как песчано-щебеночная смесь при помощи погрузчика отправляется в один из бункеров завода.
Подобная технология рециклинга позволяет существенно снизить количество образуемых отходов и делает возможным создание замкнутого цикла производства. Даже чистая вода, используемая для разделения фракций, находится в состоянии постоянной циркуляции и используется не один раз.
1.3. Характеристика технологий и оборудования для утилизации строительных отходов.
Общие принципы создания технологического оборудования по переработке некондиционного бетона и железобетона как в нашей стране, так и за рубежом базируются на возможности применения существующего дробильно сортировочного оборудования, используемого при переработке природного камня из карьеров. Однако при определении конструктивных параметров дробильной установки, предназначенной для переработки отходов из железобетона, необходимо учитывать наличие арматуры и невозможность точного контроля формы и размеров подаваемого материала. Необходимость пропускания арматуры через установку по переработке отходов из железобетона заставляет выбирать камнедробилку первичного дробления повышенной производительности и, соответственно, увеличенные габаритные размеры.
В качестве установок первичного дробления некондиционного железобетона можно применять различного вида дробилки (щековые, конусные, ударные, молотковые), позволяющие загружать в дробильную камеру изделия с ограниченными размерами: по длине до 3 м и по ширине до 1 м.
Наиболее эффективными являются щековые дробилки. Щековая мобильная дробильная установка является новейшим дробильным оборудованием для измельчения твердых природных материалов, которое разработано нашей компанией. Это высокоэффективное оборудование, которое значительно расширяет возможности применения первичного дробления, преимуществом мобильных щековых дробилок является то, что механизм передвижения данных машин использует гусеничный привод. Это позволяет устройству перемещаться на любых производственных площадках. Аутригеры – выносные элементы – позволяют значительно снизить требовательность к рабочим поверхностям, на которых происходит установка и эксплуатация машины.
Также к преимуществам щековой дробильной установки можно отнести:
- удобство переработки и дробления бетона: весь технологический процесс запускается нажатием одной кнопки;
- компактность и высокую мобильность установка для осуществления дробильных работ;
- возможность переработки как твердых пород, так и вторсырья;
- высокая производительность щековой дробилки;
- гибкость организации узла загрузки;
- возможность широкого использования дополнительного оборудования.
Что касается процесса удаления арматуры, то лучшие результаты были достигнуты при использовании магнитного надконвейерного сепаратора, который самостоятельно освобождается от притянутой арматуры. Для более тщательного удаления металла может быть использована двухстадийная технология: после сепаратора еще смонтировать и магнитный барабан.
После извлечения из железобетона арматура разрезается на мерные куски с помощью ручных гидравлических аллигаторных ножниц для дальнейшего транспортирования к местам ее утилизации.
При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что в крупнопанельном домостроении в первые годы индустриального жилищного строительства использовался тяжелый бетон марок М75МЗОО (В5В25) и легкий бетон марок М50М150 (В3,5В10). Полное же разделение бетона по видам и маркам практически невозможно. В процессе дробления и сортировки физико-механические характеристики щебня из строительного лома могут несколько изменяться в зависимости от характеристик применяемого оборудования.
Для предварительной подготовки строительных отходов к первичному дроблению используют дополнительное оборудование, состоящее из гидравлического экскаватора с быстросменным (специальным) оборудованием «клещи», способным разрезать бетонные элементы толщиной до 300 мм с арматурой до 40 мм. При необходимости гидроножницы легко заменяются на гидромолот. Затем автопогрузчиком с ковшом шириной 45 м и глубиной 1,4 м строительные отходы загружаются в вибрационный питатель для процесса первичного крупного дробления.
Хотелось бы более подробно остановиться на конусных дробилках. Дело в том, что с их помощью можно получить кубовидный щебень, который используется для посыпания дорог и в строительстве для получения бетона. Стоит заметить, что конусная дробилка для щебня хороша тем, что тут используется технология «камень о камень». Заключается она в том, что создаются стесненные условия, при которых примерно 30% щебня измельчается трением друг о друга. Но для реализации такого метода работа дробилки осуществляется под завалом. Подвижный конус при таком подходе полностью закрывается щебнем («завал»). Тут есть небольшой недостаток в виде закрупнения фракции на выходе. Для этого выгрузочная щель имеет несколько большие размеры, нежели перерабатываемый материал. О преимуществах и недостатках конусных дробилок. Есть множество плюсов и минусов, о которых обязательно нужно упомянуть. Так как форма дробящей поверхности не образует правильный конус, то на разных этапах и участках сила дробления может значительно отличаться. Но это вынужденное действие, добиться которого удалось при помощи изменения угла наклона конуса по его высоте, чего требует технология. Стоит обратить ваше внимание на то, что основным недостатком конусной дробилки (КД) является её повышенная энергоемкость. Немного раньше было сказано о том, как добиваются некоторой экономии во время работы устройства. Кроме того, конструкция сама по себе довольно емкая и громоздкая, что в некоторых случаях затрудняет её эксплуатацию. Раньше часто сталкивались с такой проблемой, как заклинивание дробилки из-за попадания твердой породы. Сегодня этот недостаток удалось устранить путем установки пружинной подвески чаши к раме. При необходимости выпускная щель увеличивается в размере, и твердый кусок породы падает вниз. За последние годы была несколько усовершенствована конусная дробилка. Чертежи новаторов имели одну отличительную делать – вибраторы дебалансного типа. Последние обеспечивают подвижному конусу дополнительную вибрацию, которая делает дробление качественнее. Кроме того, к преимуществам КД стоит отнести высокую производительность. Важную роль играет и непрерывность процесса, и возможность запуска «с завалом», то есть с заполненным подвижным конусом. КД с гидравлическим регулированием щели Мы сказали о том, что дебалансиры относят к новаторским решениям. Несмотря на то, что конструкция дробилки стала несколько сложнее, удалось снизить вибрацию агрегата во время работы, а также нет необходимости возведения больших фундаментов, так как практически отсутствуют динамические нагрузки. Все это улучшило качество дробления и производительность, правда, вопрос энергопотребления остался на прежнем уровне. Что же касается гидравлики в конструкции КД, то это нововведение уже прижилось. Такой подход помог добиться более легкой настройки размера щели на выходе. Гидравлическое устройство может быть использовано и в качестве компенсатора, то есть предохранителя. Нужно это тогда, когда на рабочий орган попадает твердый кусок породы. Нашли свое применение и гидравлические затворы, защищающие втулки и приводные узлы от попадания пыли и грязи, и, как следствие, от повышенного износа. Но на сегодняшний день далеко не каждая компания способна изготовить такой агрегат.
Различают следующие типы дробилок ударного действия: молотковые дробилки с шарнирно-подвешенными молотками, роторная дробилка с жестко закрепленными билами.
Преимущества дробилок ударного действия: высокая степень измельчения (до 30) и малые удельные энергозатраты. В них можно осуществлять крупное, среднее и мелкое дробление.
Недостатки дробилок ударного действия: возможность измельчения в них лишь не абразивных пород с прочностью до 1200-1500 кг*с/см2, преимущественно известняков, быстрый износ молотков, при возможности попадания в дробилку кусков металла происходит поломка, при влажности материала более 15% дробилка замазывается, непригодность молотковых дробилок для дробления очень твердых пород.
Роторные дробилки классифицируются по следующим признакам: по количеству роторов – однороторные дробилки, двухроторные дробилки; по конструкции отбойных поверхностей – роторные дробилки с колосниковыми решетками и ударно – центробежные дробилки с гладкими отбойными плитами; по принципу дробления в двухротоных дробилках – параллельно и последовательно.
В России успешно работают технологические дробильносортировочные комплексы по переработке твердых строительных отходов.
Дробильно-сортировочные заводы представляют собой сложный комплекс технологического оборудования, работающего в единой технологической цепи оборудования и обеспечивающего следующие производственные операции: прием горной породы (массы), дробление, сортировку, мойку, обезвоживание, транспортирование, складирование и отгрузку готовой продукции. Надежность и эффективность работы завода зависят от технологических задач производства и соответствия выбранного оборудования виду перерабатываемого материала.
В зависимости от вида перерабатываемого материала и выпускаемой продукции предприятия промышленности нерудных материалов могут быть щебеночными, гравийно-песчаными и песчаными. Стационарные дробильно-сортировочные заводы сооружаются вблизи месторождений технологического сырья, если его запасы обеспечивают работу предприятия при проектной мощности не менее 25 лет. Производительность предприятий нерудных строительных материалов должна соответствовать утвержденным оптимальным мощностям.
На дробильно-сортировочных заводах материал измельчается, как правило, за несколько стадий исходя из требуемой степени измельчения. Степень измельчения одной дробильной машины составляет 3 … 7. Выбор схемы дробления (одно — или многостадийной) зависит от необходимой степени измельчения. Типовые технологические схемы дробильно-сортировочных заводов показаны на рис.14.
Установки и заводы представляют собой комплекс машин и оборудования расположенного в соответствии с принятым технологическим процессом. Продукцией таких установок и заводов является уже отсортированный по фракциям щебень.
Дробильно-сортировочные установки и заводы могут работать в открытом или замкнутом цикле.
а — одностадийное дробление с открытым циклом;
б — одностадийное дробление в замкнутом цикле;
в — двухстадийное дробление;
I — дробилка; 2 — транспортер; 3 — грохот; 4 — бункер;5 — дробилка второй стадии.
При открытом цикле материал через дробилку проходит только один раз и неизбежно получающийся сверхмерный материал повторному дроблению в этой же дробилке не подвергается. При замкнутом цикле весь сверхмерный материал подвергается повторному дроблению и сортировке на тех же машинах, т.е. он может проходить через дробилку несколько раз.
Дробление материала может быть одностадийным, при котором дробимый материал пропускается через одну или несколько параллельно установленных однотипных дробилок, после которых он направляется на сортировку. Или многостадийным, при этом дробимый материал, крупность которого больше заданных размеров, проходит через две или три последовательно установленные дробилки. Для получения щебня стандартных фракций, как правило, применяется двух или трехстадийное дробление. Число стадий дробления определяется в основном заданными размерами фракции готового щебня и крупностью кусков исходного материала. В зависимости от характеристики дробимого материала по крупности и заданной производительности в первой стадии применяются, как правило, конусные (ККД), щековые дробилки. Во второй и третьей — конусные (КСД и КМД), роторные (ДРС), щековые со сложным движением щеки, валковые дробилки.
Дробление — процесс весьма трудоемкий и энергоемкий, по этому необходимо стремиться к току, чтобы не загружать дробилку мелкими фракциями. Для этого перед каждой дробилкой целесообразно сортировать материал на грохоте.
При разработке технологической схемы установки или завода определяются, исходя из требований к готовому продукту, характеристики горной порода и заданной производительности, число стадий дробления, вид процесса — открытый или замкнутый цикл, номенклатура дробильного, сортировочного и транспортирующего оборудования и его минимально необходимое количество, последовательность установки. Технологические схемы должны быть «гибкими» и обеспечивать получение щебня разных характеристик путем изменения режимов работы оборудования.
Щебень для строительных работ в зависимости от крупности зерен разделяют на фракции: 5 — 10; 10 — 20, 20 -40, 40-60;60 — 80; 80 — 120 мм.
Установки по утилизации железобетонных конструкций, основанные на электроразрядной технологии.
Представляют собой не имеющую аналогов в России и за рубежом установку, для безотходной утилизации (переработки) изношенных или некондиционных железобетонных конструкций (которая может быть исполнена как в стационарном, так и в мобильном вариантах), основанную на оригинальной электроразрядной технологии.
Сущность технологии
С помощью электроразряда в толще железобетонного изделия, погруженного в ванну с технической водой, формируются сквозные цилиндрические каналы. После заполнения каналов водой повторные электроразряды вызывают в тех же каналах взрывное повышение температуры и давления, что сопровождается генерацией цилиндрических ударных волн, нагружающих бетон с образованием радиальных трещин и отколом бетона под действием растягивающих напряжений, возникающих при отражении ударных волн от обнаженных поверхностей разрушаемого изделия. Одновременная генерация множественных пробоев, распределенных на некоторой площади, существенно усиливает процесс дробления бетона из-за взаимодействия разрушающих ударных волн многих источников (каналов пробоя). Повторные электроразряды сообщают обломкам бетона дополнительные радиальные скорости, что приводит к дальнейшему дроблению бетона, сопровождаемому очисткой от него практически неповрежденной арматуры и образованию щебеня, мелкозернистого бетона и практически чистого гравия.
В настоящее время отработаны все параметры и режимы работы электрических устройств, необходимые для разработки и создания опытно-промышленной установки для любых видов утилизируемых изделий, а также требования к необходимому стандартному и нестандартному оборудованию, электрические схемы его подключения.
Вариант реализации электроразрядной технологии.
Установки для утилизации бетона могут быть выполнены как в стационарном (для ДСК, пунктов и полигонов по утилизации ЖБ конструкций), так и в мобильном исполнении. Для опытно-промышленного образца мобильный вариант (автотранспортные средства, ж. д. платформа) представляется более предпочтительным как в силу необходимости меньших затрат и времени на его изготовление, так и с позиции проведения демонстрационных мероприятий. В свою очередь, мобильная установка может быть изготовлена в двух вариантах: первый — единый мобильный комплекс, включающий в себя энергетическую установку и рабочий реактор (ванну с жидкостью и утилизируемым изделием), установленные на одной единой основе (автомобильный полуприцеп, ж. д. платформа и т.п.); второй — размещение силовой установки в виде мобильного универсального энергетического комплекса в 40 футовом (например) контейнере, устанавливаемом либо на автотранспортном, либо на ж.д., либо на ином шасси, и мобильного комплекса на аналогичных шасси с универсальным рабочим реактором для размешения в нем широкого ассортимента утилизируемых изделий. В пользу второго варианта выступает и то обстоятельство, что помимо утилизации железобетона, мобильная силовая установка может быть использована также для разрушения (утилизации) автомобильных шин, органических твердых отходов и материалов, для чего понадобится только модернизация мобильной системы реактора (теоретические и экспериментальные возможности чего полностью подтверждены). С учетом этого, предлагается создание опытно-экспериментальной установки со следующими характеристиками:
1. Энергетический модуль:
- амплитуда импульсов генератора, кВ — 300-500
- длительность импульса, мкс — не более 10
- число электродов, шт. — 6-12
- энергия импульса, кДж — не более 30
- расход электроэнергии на 1 куб.м. разрушаемой конструкции, кВт.час — 0,6
- производительность без учета погрузочно-разгрузочных работ, куб. м./час — не менее 20
- степень дробления бетона, мм (при полном освобождении неповрежденной арматуры) — 3-100 мм
- размеры модуля — не более размеров стандартных 20-40 футовых контейнеров
- вес модуля — не более 5 тонн
2. Рабочий модуль:
- утилизируемые ж. б. изделия — все стандартные плиты не более 3 на 12 метров при толщине от 20- 80 см.
- габариты модуля — не более габаритов стандартного полуприцепа панелевоза.
- масса (без учета полуприцепа) — не более 3 тонн
- напряжение питания — 380 В, 50 Гц.
- установочная мощность — 2 квт/час
Сравнение с существующими установками утилизации железобетонных конструкций
Наименее эффективными из применяемых в настоящее время являются машины ударного действия, совершающие работу разрушения и дробления строительных конструкций (с деформацией арматуры) за счет ударного действия при направленном падении бабы — ударника весом до 30 тонн, подъем которого выполняется электрическим или механическим приводом в башенных и крановых копрах.
Более эффективны механические мельницы и грохоты, выполняющие разлом и дробление в результате непрерывных ударных и трущих воздействий, сопровождающихся разрушающими напряжениями изгиба, сдвига и кручения (перемалывание). Как правило, это стационарные громоздкие механические системы весом от 10 и выше тонн стоимостью от 300 000 долларов США до нескольких миллионов долларов США. Например, выпускаемое в Германии и Финляндии оборудование этого класса производительностью до 30 куб.м в час весит более 15 тонн и предназначено только для стационарной установки. Его стоимость составляет от 300 до 800 тысяч долларов в зависимости от степени дробления бетона. При этом металлическая арматура подлежит утилизации только как металлолом. Следует отметить, что при общем ресурсе этих установок 7-8 лет, ресурс режущих (дробящих) инструментов, составляющих до 30 % стоимости установки, не превышает 2-3 месяца, после которых необходима их замена. При этом, затраты на утилизации конструкций на таких установках обходятся более чем в 7 кВт на 1 куб.м. (помимо зарплаты 5 чел. обслуживающего персонала, амортизации оборудования и запасных частей).
Предлагаемая установка аналогичной мощности имеет ресурс более 30 лет и при весе не более 8 тонн и стоимости (в серии) около 150 тысяч долларов США обеспечивает затраты на переработку 1 куб.м. конструкций 0,6 кВт, что в 10 раз эффективнее по сравнению с действующими системами. При этом установка обслуживается всего 2-мя операторами, а замена отдельных элементов, цена которых составляет доли процента общей стоимости, осуществляется не чаще одного раза в несколько лет эксплуатации. Помимо этого важно, что продукты утилизации являются 100% товарным продуктом полностью подлежащим возврату в хозяйственный оборот. Предлагаемая установка имеет обратное водоснабжение и практически бесшумна, экологически чиста.