Kinh nghiệm nén chất thải của Hy Lạp

Quản lý chất thải ở Hy Lạp chủ yếu dựa vào các hoạt động xử lý chất thải không bền vững (chủ yếu là chôn lấp và đổ chất thải chưa qua xử lý một cách mất kiểm soát). Mặc dù đã đạt được những cải tiến lớn trong việc tái chế chất thải rắn đô thị trong những năm gần đây, vẫn có một số rào cản cản trở nước này tăng tỷ lệ tái chế rác thải. Phân loại chất thải rắn đô thị từ nguồn đã được công nhận là một giải pháp đầy hứa hẹn để sản xuất vật liệu tái chế chất lượng cao có thể dễ dàng hướng đến thị trường vật liệu thứ cấp.

Mô hình máy nén rác quy mô hộ gia đình

Tại Hy Lạp, một mô hình máy nén/tách chất thải thu nhỏ cải tiến đã được thiết kế và phát triển để phân loại nguồn chất thải rắn đô thị ở cấp hộ gia đình. Thiết kế này phù hợp với Chỉ thị Khung về Chất thải của Hy Lạp (2008/98/EC), cho phép thu gom và nén riêng chất thải rắn đô thị, cụ thể là: nhựa (polyethylene terephthalate và polyethylene mật độ cao), giấy (bìa cứng và hộp Tetrapak) và kim loại (lon nhôm và thiếc).

Ở Hy Lạp, rác thải bao bì có thể tái chế được thu gom thành một luồng hỗn hợp duy nhất bởi hệ thống HE.R.R.CO của Hy Lạp. HE.R.R.CO đã hợp tác với chính quyền địa phương phát triển một mạng lưới thùng rác rộng khắp để thu gom riêng các loại rác tái chế từ các dòng CTRSH khác. Rác thải tái chế được thu gom rồi chuyển đến các cơ sở phân tách trung tâm (cơ sở thu hồi vật chất (MRF)) để phân loại. Cho đến hiện tại, 28 cơ sở MRF đang hoạt động ở Hy Lạp.

Theo chỉ thị Khung về Chất thải, đến năm 2015, việc thu gom riêng sẽ được áp dụng cho ít nhất là các loại vật liệu sau: giấy, kim loại, nhựa và thủy tinh. Sự sụt giảm về lượng rác thải có thể tái chế được kể từ năm 2010, một phần được cho là do khủng hoảng kinh tế. Người tiêu dùng được cho là tiêu thụ ít hơn trước và loại bỏ các rác thải có giá trị khỏi thùng rác. Ngoài ra, tỷ lệ rác tái chế được phân loại thấp, dẫn đến tăng nhu cầu xử lý và chi phí vận chuyển. Trên Hình 1. là phân tích tổng hợp CTRSH ở Hy Lạp (dữ liệu năm 2011). Để giải quyết các hạn chế nêu trên, cần có một công cụ xử lý chất thải đột phá ở quy mô nhỏ. Đặc biệt là đối với những khu vực có chi phí vận chuyển cao, chẳng hạn như hải đảo và vùng sâu vùng xa. Đặc tính đổi mới về công nghệ trong giải pháp này nằm ở chỗ nó hoạt động ở quy mô gia đình nhưng cho phép phân loại rác từ nguồn và thu gom được các loại rác thải tái chế, cụ thể là nhựa, kim loại và giấy. Quá trình này liên quan đến việc nén các vật liệu có thể tái chế nên thủy tinh không được xem xét. Trước đó, một hệ thống tương tự đã được Bigbelly phát triển vào năm 2003. Hệ thống này cũng cho phép thu gom và nén riêng các dòng chất thải đô thị. Tuy nhiên, công nghệ này được áp dụng ở cấp huyện trong Thành phố chứ không phải ở cấp hộ gia đình. Máy nén được áp dụng trong hệ thống Bigbelly lớn hơn máy nén được trình bày trong bài viết này và do đó, nó không thể đáp ứng các yêu cầu thực tế của một hộ gia đình điển hình.

Mô tả thiết bị

Thiết bị tái chế thu nhỏ được giới thiệu trong bài viết này được thiết kế và thi công bởi nhóm công tác của Đơn vị Khoa học và Công nghệ Môi trường của Trường Kỹ thuật hóa học thuộc Đại học Kỹ thuật Quốc gia Athens, trong khuôn khổ dự án Recycling @ Home (LIFE11 ENV / GR / 000950). Phòng thí nghiệm Công nghệ chế tạo, thuộc Trường Kỹ thuật cơ khí, đã hỗ trợ trong việc mô phỏng quá trình nén vật liệu có thể tái chế.

Thiết kế của hệ thống hướng tới sự đơn giản. Kích thước và hình dạng được lựa chọn để có thể dễ dàng chế tạo. Thiết bị sử dụng vật liệu phổ biến và tiết kiệm chi phí. Hệ thống sẽ được vận hành thông qua một thiết bị điều khiển có thể điều chỉnh áp suất tương ứng với tỷ lệ nén tùy thuộc mỗi loại rác thải. Người vận hành sẽ sử dụng các nút để tạo áp lực khác nhau cho các dòng chất thải đã được phân loại. Vật liệu được sử dụng chủ yếu là thép không gỉ, vừa đảm bảo độ bền và nâng cao tính thẩm mỹ. Năng lượng tiêu thụ ở mức tối thiểu: Tỷ lệ nén tối ưu trên mỗi dòng rác thải được xác định để giảm thiểu yêu cầu năng lượng của hệ thống tái chế, dưới 1 kWh/ngày. Tỷ lệ nén mục tiêu> 3: 1. Kích thước và hình dạng của hệ thống đã được thiết kế để có thể dễ dàng tích hợp, cả trong khu vực bếp hoặc ngoài trời. Chi phí tổng thể của thiết bị được tính toán ở mức thấp nhất nhằm nâng cao tính khả thi của thiết bị.

Các yêu cầu tiên quyết của thiết bị nén: (a) có khả năng nén chất thải có thể tái chế với tỷ lệ cao; (b) có thiết kế tối giản; (c) có thể điều khiển dễ dàng và tự động chỉ bằng một thao tác; (d) an toàn khi vận hành; và (e) nhẹ.

Thiết bị có hai thành phần chính để nén các chất thải khác nhau:

(1) buồng nén;

(2) pít tông/chân nén.

Piston chuyển động theo hai hướng (lên và xuống) bằng cách sử dụng một động cơ điện ba chiều và một bơm dầu trong một vòng kín. Hệ thống ép thủy lực cung cấp tỷ số nén cao. Thiết bị vận hành tự động với tốc độ cao trong suốt quá trình nén và giải phóng các vật được nén. Vỏ (hộp) chính cứng, nhẹ và chống ăn mòn. Một hộp thứ cấp có thể tháo rời được đặt trong hộp chính, có công dụng ép và lưu trữ chất thải đồng thời. Ở dưới cùng của hộp thứ cấp, một lỗ lớn được thiết kế để dễ dàng loại bỏ các chất thải đã nén. Phần động cơ được bao phủ bởi một lớp vỏ kim loại chống nước. Bốn bánh xe nhỏ phải được gắn trên hộp chính để dễ dàng xếp dỡ và vận chuyển toàn bộ thiết bị.

Thiết kế và phân tích ứng suất của đơn vị tái chế tại nhà

Thiết bị nén gia đình (máy nén) bao gồm các thành phần chính: (a) hộp chính); b) phần tử máy nén và piston thủy lực; (c) hộp thứ cấp có thể tháo rời; (d) vỏ bọc; (e) bánh xe nhựa; và (f) hệ thống điện/thủy lực (xem Hình 2).

Máy nén có khả năng nén đồng thời nhiều loại rác thải khác nhau, sử dụng hộp thứ cấp hoặc không cần sử dụng hộp thứ cấp. Các đồ phế thải có thể tái chế có thể được đặt ở bất kỳ khu vực nào của hộp chính mà không có khả năng gây hỏng các bộ phận. Tổng chi phí, trọng lượng và tính thực tế là những tiêu chí thiết kế quan trọng nhất. Tổng chi phí liên quan đến việc lắp ráp, vật liệu, khả năng gia công, kích thước, lực tối đa và các yếu tố môi trường. Kích thước của hộp chính và hộp phụ được tính toán theo kích thước tối đa của chất thải và khối lượng chất thải, như có thể thấy trong Hình 2. Khả năng nén của năm loại chất thải khác nhau đã được khảo sát. Lực tác dụng lớn nhất được tính toán có xem xét đến phân tích số dẻo đàn hồi của các loại chất thải khác nhau và được đặt bằng F = 15.000 N. Lực nén dẫn đến các tỷ số nén khác nhau theo các kết quả thử nghiệm và số xem trước. Tỷ lệ compres-sion (CR) cho các vật liệu khác nhau là: (a) CR (Thiếc) = 12; (b) CR (Al) = 22; (c) CR (HDPE) = 8,4; (d) CR (PET) = 8; và (e) CR (Tetrapak) = 17,4. Mỗi hộp thứ cấp có thể chứa: (a) 7k g Thiếc; (b) 5,6k g lon nhôm; (c) chai HDPE 1,6k g; (d) 1 kg chai PET; hoặc (e) 4,5 kg Tetrapak.

Thiết bị được thiết kế với khả năng lắp ráp dễ dàng để tránh tăng thêm chi phí dụng cụ và thiết bị lắp ráp. Các bộ phận của có thể được lắp ráp rất nhanh và có thể được cố định bằng cách sử dụng chốt đặc biệt hoặc hàn điểm. Độ dày tối thiểu của các bộ phận được xác định bằng phần mềm FEM (phần mềm phân tích thiết kế cấu trúc), liên quan đến độ võng tối đa và hệ số an toàn tổng thể của máy nén. Việc lựa chọn vật liệu của từng bộ phận của thiết bị cũng rất quan trọng. Vật liệu của thiết bị phải chịu được các điều kiện thời tiết, muối và nước, đồng thời phải được thiết kế tốt về mặt thẩm mỹ. Vì những lý do đã nói ở trên, Nhôm 6065 và Nhựa dẻo đã được lựa chọn cho phần lớn các bộ phận.

Lực tác dụng tối đa được nghiên cứu như mô tả tiếp theo (Hình 9). Tình huống xấu nhất đã được kiểm tra, để dự đoán ứng suất tối đa và hệ số an toàn tối thiểu của người sử dụng. Vì lý do này, lực được đặt lệch trục, do việc đặt chất thải chính xác vào tâm của máy nén mỗi lần là rất khó xảy ra.

Hai cách tiếp cận thiết kế khác nhau đã được nghiên cứu, liên quan đến piston và phần tử nén, vì cách tiếp cận trong trường hợp xấu nhất (tải lệch trục) để tránh biến dạng và ứng suất cao trong quá trình đầm nén. Hộp chính và phần tử nén / piston đã được sửa đổi bằng phần mềm FEM. Hộp chính bao gồm 75% vật liệu tổng thể của hệ thống. Vì lý do này, việc giảm tổng trọng lượng có tương quan chặt chẽ với việc giảm trọng lượng của hộp chính. Hộp chính đã được tối ưu hóa liên quan đến độ dày của các Phần 1, 2 và 3 (Hình 10). Một phỏng đoán ban đầu về độ dày của từng phần đã được nghiên cứu và giả định. Sau lần mô phỏng đầu tiên, các ứng suất lớn nhất được đặt (như dự kiến) gần biến dạng cố định lấy giá trị 180 MPa bằng cách sử dụng các đặc tính vật liệu Aluminium’s 6065.

Các trường ứng suất ở Phần 1, 2 và 3 ở mức thấp so với Phần 4, ở đó ứng suất tối đa đã được trình bày. Vì những lý do nêu trên, độ dày của Phần 4 không đổi và độ dày của Phần 1, 2 và 3 giảm từ 5 mm xuống (a) 3 mm xuống (b) 2 mm. Hệ số an toàn tổng thể và sự dịch chuyển của Phần 1 và 2 đã được kiểm tra để tránh tiếp xúc với hộp thứ cấp. Hệ số an toàn tổng thể đã giảm từ 1,51 xuống 1,13. Đặt hệ số an toàn tối thiểu bằng 1,1, độ dày tối thiểu của các Phần 1, 2 và 3 có thể được xác định và bằng 1,8 mm.

Hộp chính và phần tử nén/piston đã được tính toán bằng phần mềm FEM. Hộp chính bao gồm 75% vật liệu tổng thể của hệ thống. Vì lý do này, việc giảm tổng trọng lượng có tương quan chặt chẽ với việc giảm trọng lượng của hộp chính. Hộp chính đã được tối ưu hóa liên quan đến độ dày của các Phần 1, 2 và 3 (Hình 10). Một phỏng đoán ban đầu về độ dày của từng phần đã được giả định. Sau lần mô phỏng đầu tiên, ứng suất lớn nhất được đặt (như mong đợi) gần giá trị liên kết cố định ở 180M Pa bằng cách sử dụng thuộc tính vật liệu Aluminium’s 6065.

Trường ứng suất ở Phần 1, 2 và 3 ở mức thấp so với Phần 4, trong đó ứng suất lớn nhất đã được chọn sử dụng.

Vì những lý do nêu trên, độ dày của Phần 4 không đổi và độ dày của Phần 1, 2 và 3 giảm từ 5 mm xuống (a) 3 mm xuống (b) 2 mm. Hệ số an toàn tổng thể và sự dịch chuyển của Phần 1 và 2 đã được kiểm tra để tránh tiếp xúc với hộp thứ cấp. Hệ số an toàn tổng thể đã giảm từ 1,51 xuống 1,13.

Đặt hệ số an toàn tối thiểu bằng 1,1, độ dày tối thiểu của các Phần 1, 2 và 3 có thể được xác định và bằng 1,8 mm. Chuyển vị (∆ly) của Phần 1 và 2 gần như bằng nhau đối với tất cả các trường hợp (0,42–0,44 mm) như trong Hình 16. Trường ứng suất tại piston / máy nén liên quan đến cách tiếp cận đầu tiên là rất cao, với ứng suất tối đa bằng nhau đến 639 MPa. Hơn nữa, độ dịch chuyển tối đa xấp xỉ bằng 8 mm. Cách tiếp cận thiết kế thứ hai dẫn đến trường ứng suất thấp hơn đáng kể. Vật liệu piston và máy nén tương ứng là thép và nhôm 6065. Đặt hệ số an toàn tổng thể bằng 1,1, độ dày cho phép dự đoán của các Phần 1, 2 và 3 bằng 1,8m m. Dự đoán ban đầu của các bộ phận (1, 2 và 3) độ dày là 5 mm và độ dày được sử dụng cuối cùng là 1,8 mm. Điều này dẫn đến giảm trọng lượng đáng kể và theo đó là chi phí của thiết bị mà không có bất kỳ sự khác biệt nào khác giữa các bộ phận được lắp ráp (biến dạng, ứng suất tối đa, chức năng, v.v.). Cụ thể hơn, giảm trọng lượng bằng 37% so với dự đoán ban đầu, với tỷ lệ giảm chi phí nguyên vật liệu tương đương. Tổng trọng lượng của hộp chính chỉ 4,8 kg.

Nhìn chung, hệ thống Recycling @ Home là một giải pháp sáng tạo để phân loại rác tại nguồn và nén CTRSH có thể dễ dàng được tích hợp ở cấp hộ gia đình. Đây là ý tưởng phù hợp nhất cho các khu vực ít dân cư, nơi mà chi phí vận chuyển cao là vấn đề lớn nhất. Năng lượng sử dụng cho hoạt động của hệ thống ở mức thấp, ít hơn 1kWh mỗi năm cho một gia đình bốn thành viên, và rất thân thiện với người dùng.

CHUYÊN TRANG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG