Термическая переработка мусора

Термические методы переработки твердых отходов

Твердые бытовые отходы представляют собой гетерогенную смесь, в которой присутствуют почти все химические элементы в виде различных соединений. Наиболее распространенными элементами являются углерод, на долю которого приходится около 30% (по массе), и водород (4% по массе), входящие в состав органических соединений. Теплотворная способность отходов во многом определяется именно этими элементами. В промышленно развитых европейских регионах теплотворная способность ТБО составляет (7955—10045) кДж/кг, а в ряде случаев достигает 13816 кДж/кг, и прогнозируется дальнейший рост теплотворной способности отходов, что окажет влияние на конструктивные особенности элементов термического оборудования. Удельный вес термических методов переработки в общем объеме утилизируемых твердых отходов приведен в табл. 6.1.

Удельный вес термических методов переработки твердых отходов

Количество сжигаемых отходов, тыс. т/г.

Термические методы предусматривают тепловое воздействие на отходы, которое приводит к изменению их первоначального состава. Среди существующего многообразия термических методов переработки твердых отходов наибольшее применение нашли два: сжигание (огненная переработка ТБО) и пиролиз отходов. Их существенное отличие друг от друга заключается в разной степени окисленности атмосферы, в которой они реализуются. Так, сжигание горючих отходов проводят в окислительной атмосфере, пиролиз — в неокислительной (без доступа воздуха). Окислительная, нейтральная, восстановительная атмосфера или ее отсутствие (вакуум) характерны также и для термических способов переработки негорючих отходов.

В основу огневого метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. Процесс сжигания отходов бывает двух видов:

  • • слоевое или камерное сжигание исходных, т.е. специально неподготовленных отходов в топках мусоросжигательных котлов;
  • • слоевое или камерное сжигание специально подготовленных (обогащенных) отходов (освобожденных от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав) в топках энергетических котлов или цементных печах.

С учетом типа отходов и способов их обезвреживания к огневым методам относят:

  • • сжигание отходов, способных гореть самостоятельно — наиболее простой способ; горение происходит при температурах не ниже 1200—1300°С (следует отметить, что данный способ не является целесообразным ввиду некоторой — большей или меньшей — ценности горючих отходов и возможности их использования в данное время или в будущем);
  • • огневой окислительный метод обезвреживания негорючих отходов — сложный физико-химический процесс, состоящий из различных физических и химических стадий. Огневое окисление применимо в большей степени по отношению к твердым и пастообразным отходам.

Огневой окислительный метод используется для уничтожения токсичных отходов без получения каких-либо побочных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в качестве сырья или товарных продуктов. В результате образуются безвредные дымовые газы и стерильный шлак, сбрасываемый в отвал. Так можно обезвреживать газообразные и твердые выбросы, бытовые отходы и некоторые другие. Эта разновидность огневого обезвреживания обеспечивает не только природоохранные, но и ресурсосберегающие цели.

При сжигании необходимо учитывать, что в ТБО могут присутствовать потенциально опасные элементы, характеризующиеся высокими токсичностью и летучестью, например, различные соединения галогенов (фтора, хлора, брома), азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова, ртути). В условиях сжигания ТБО галогены преимущественно находятся в их соединениях с водородом (НС1, HBr, HF), являющихся наиболее устойчивыми продуктами сгорания. Сера преимущественно (до 70%) переходит в нелетучие сульфаты, попадающие в шлак, и в летучий диоксид серы S02.

Все летучие продукты реакций попадают в дымовые газы. В неочищенных дымовых газах примерные концентрации выбросов, мг/м 3 , составляют: НС1 – 300. 1000; HBr – 100. 500; HF – 2. 10; S02-100. 500. Сухие ТБО содержат около 1% азота (по массе), основным продуктом окисления которого является мопооксид азота NO). Его обычная концентрация в неочищенном газе 200. 400 мг/м 3 . Некоторые содержащиеся в ТБО тяжелые металлы (железо, хром, никель) не образуют летучих продуктов при сжигании и в основном переходят в шлак. Из летучих металлов свинец и кадмий образуют хлориды, уносящиеся с дымовыми газами. При охлаждении последних до 200°С они конденсируются и улавливаются вместе с золой на стадии газоочистки. В то же время один из наиболее токсичных металлов — ртуть и ее соединения остаются главным образом в газовой фазе и при более низких температурах. Таким образом, мусоросжигание обеспечивает минимальное содержание в шлаке и золе разложимых веществ и является источником их выбросов в атмосферу.

Пиролиз отходов основан на способности органической массы отходов при нагревании в инертной среде выделять продукты термического разложения, такие как горючий газ (смесь СО, С02, Н2, СН4, С77Н„7), жидкие продукты и твердый углеродный остаток: СЛ7/07 — СО, Н2, С02, С/7Н;77, С. Этот процесс происходит при подводе тепла (эндотермический процесс). В наиболее общем случае при пиролизе отходов протекают связанные между собой процессы — сушка, сухая перегонка (пиролиз), газификация, а также взаимодействие исходных горючих компонентов отходов с образующимися газообразными продуктами. Количество и качество продуктов пиролиза определяются составом отходов, их влажностью и температурой процесса. Различают два типа пиролиза токсичных отходов: окислительный и сухой.

Окислительный пиролиз — процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненной мазутом, маслами и другими соединениями земли, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгорают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др. Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

Сухой пиролиз отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов. Сухой пиролиз — процесс термического разложения без доступа кислорода, в результате которого образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.

В зависимости от температуры, при которой протекает процесс, различают пиролиз:

  • • низкотемпературный, или полукоксование (450—550°С). Для него характерны максимальный выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы — ценного жидкого топлива и переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива;
  • • среднетемпературный, или среднетемпературное коксование (до 800°С), что дает выход большего количества газа с меньшей теплотой сгорания и меньшего количества жидкого остатка и кокса;
  • • высокотемпературный, или коксование (900— 1050°С). Здесь наблюдаются минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания высококачественного горючего, годного для транспортировок на дальние расстояния. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделения ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники. Анализ технологий переработки твердых отходов термическими способами показал, что они обладают рядом недостатков, основным из которых является неудовлетворительная экологическая чистота. Это связано с содержащимися в отходах хлорорганическими веществами и выделяющимися в процессе обработки высокотоксичными соединениями (фураны, диоксины и т.д.). Устранить отмеченные недостатки термических методов переработки твердых отходов можно используя другие физические явления.

В настоящее время одним из эффективных методов термической переработки горючих отходов является термическая переработка отходов на основе фильтрационного горения в сверхадиабатическом режиме.

Данный метод основан на использовании нового физического явления, когда в результате передачи тепла от продуктов горения к еще непрореагировавшему горючему температура в зоне горения может стать существенно выше адиабатической (определяемой отношением теплоты сгорания к теплоемкости продуктов горения). При этом повышение температуры в зоне реакции носит ярко выраженный резонансный характер.

Механизм и закономерности фильтрационного горения разработаны в процессе теоретического и экспериментального исследований явления самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, открытого в отделении Института химической физики (ИХФ РФ) в Черноголовке. Установлено, что при организации фильтрационного горения, когда направление распространения тепловой волны совпадает с направлением движения фильтрующегося газа, тепло, извлекаемое из продуктов горения фильтрующимся газом, возвращается в зону реакции. Сверхадиабатический эффект имеет теплофизическую природу и зависит от химических превращений. Наиболее интересен в практическом плане способ организации сверхадиабатического процесса, когда внешние силы проталкивают газ через пористую среду и происходит так называемая вынужденная фильтрация.

Специфической особенностью данного процесса является такая его организация, когда выделяющееся при горении тепло не выводится из ректора, а концентрируется в зоне газификации и используется для получения водорода из воды и частично окиси углерода из углеродосодержащих соединений. Применительно к задаче газификации углеродосодержащих материалов суть метода заключается в том, что процесс разбивается на две стадии.

На первой стадии перерабатываемый материал подвергается паровоздушной газификации в сверхадиабатическом режиме горения. Получаемое при этом газообразное топливо (энергетический продукт — газ), содержащее водород, окись углерода и в ряде случаев углеводороды или другие органические соединения, сжигается на второй стадии в обычных устройствах (например, паровых или водогрейных котлах) с получением тепловой и электрической энергии. Целенаправленное использование сверхадиабатических режимов фильтрационного горения открывает широкие возможности для утилизации горючих отходов с высокой энергетической эффективностью, экологической чистотой и относительно невысокими затратами.

Проведение процесса в таком режиме дает возможность осуществлять сжигание низкокалорийных горючих материалов либо проводить его так, что до 90—95% тепловой энергии сгорания горючего будет перенесено в калорийность образующегося продукт-газа. К числу таких материалов могут быть отнесены твердые отходы с весьма низким содержанием углерода (от 10%) и высокой влажностью (до 60%) (несортированные ТБО, отходы медицинских учреждений, целлюлозно-бумажной нромышленности, торфо- и лесозаготовки, золоотвалы ТЭЦ и предприятий металлургии, иловые осадки от зачистки рек и каналов, низкосортные угли и пр.). На основе этой технологии налажено производство универсального оборудования для термической переработки твердых горючих материалов и получения тепловой и электрической энергии с высоким коэффициентом полезного действия (КПД) (до 95%). Помимо утилизации отходов и некондиционных (низкокалорийных) видов топлива применяемое оборудование позволяет извлекать из отходов вторичные продукты и возвращать их в оборот.

К преимуществам данной технологии по сравнению с методами прямого сжигания можно отнести:

  • • процесс газификации, который имеет высокий энергетический КПД (до 95%), позволяющий перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 90%) или с высокой влажностью (до 60%; однако оптимальная влажность: 25—30%);
  • • низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрацию через слой исходного перерабатываемого материала, обеспечивающие крайне низкий вынос пылевых частиц с продукт-газом, что дает возможность значительно сократить капитальные затраты на газоочистиое и энергетическое оборудование;
  • • частичное разложение азотсодержащих органических соединений в бескислородной среде (при газификации), что снижает содержание окислов азота в дымовых газах;
  • • выбор оборудования для утилизации тепла при сжигании продукт- газа, позволяющий использовать тепловую энергия как для целей горячего водоснабжения, гак и для получения электрической энергии в автономных мини-ТЭЦ;
  • • предлагаемую схему переработки, которая легче вписывается в имеющуюся промышленную инфраструктуру, например, продукт-газ может подаваться в имеющуюся топку для замены части кондиционного топлива;
  • • сжигание в две стадии, которое позволяет резко уменьшить образование диоксинов (полихлорирован-ных дибензодиоксинов и дибензофура- нов), относящихся к группе стойких органических загрязнителей. Даже при наличии соединений хлора двухстадийный процесс сжигания подавляет появление в дымовых газах ароматических соединений (предшественников диоксинов) и тем самым обеспечивает низкое содержание пылевых частиц (катализаторов образования диоксинов в дымовых газах);
  • • наличие золы, выгружаемой из реактора, которая имеет низкую температуру и практически не содержит недогоревшего углерода.

Переработка и обезвреживание ТБО с применением низкотемпературной плазмы — одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов, так как недостатки огневого сжигания определили необходимость поиска новых эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

Плазма — частично или полностью ионизированный газ, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов практически одинакова. Процесс ионизации газа происходит при его термической обработке.

Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слабо радиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный метод может использоваться для обезвреживания отходов двумя путями:

  • • плазмохимической ликвидацией особо опасных высокотоксичных отходов;
  • • плазмохимической переработкой отходов с целью получения товарной продукции.

Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием СО, С02, Н2, СН4. Безрасходиый плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката (в основном водорода и оксида углерода) — синтез- газа, а также расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю. Синтез-газ может быть использован в качестве энергетического источника получения пара па ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, этанола, ацетилена. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ, как иолихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, нолиароматические красители, достигает 99,9998% с образованием С02, Н20, НС1, HF, Р4О10.

Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:

  • • конверсия отходов в воздушной среде;
  • • конверсия отходов в водной среде;
  • • конверсия отходов в паро-воздушной среде;
  • • пиролиз отходов при малых концентрациях. Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу. Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип конструкции и порядка работы которых заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру, в которой поддерживаются постоянное давление и температура, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, НС1 и продукты на их основе. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95—98% по массе НС1 и HF. Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния.

Высокая энергоемкость и сложность процесса ограничивала его широкое применение для переработки всех видов твердых отходов. Его использовали только для переработки тех отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяло экологическим требованиям.

В перспективе ТБО могут стать неисчерпаемым видом низкокалорийного топлива в силу непрерывного массового воспроизводства их населением. Как известно, топливом принято называть любое вещество, которое способно вступать в быстропротекающий окислительный процесс (горение) с окислителем и которое по технико-экономическим соображениям целесообразно использовать для целей получения тепловой энергии в энергетических, промышленных и отопительных установках. С этой точки зрения практический интерес представляют виды топлива, отвечающие следующим требованиям:

  • • доступность и распространенность для массового использования;
  • • достаточная химическая активность топлива, обеспечивающая возникновение и поддержание процесса горения;
  • • обеспечение достаточного тепловыделения на единицу массы сжигаемого вещества.

Твердые бытовые отходы отвечают всем перечисленным требованиям. Если рассматривать ТБО как один из видов топлива, то следует отметить, что компонентами любого топлива являются горючие элементы и негорючие примеси, или балласт. К горючим элементам топлива относится углерод С, водород Н и горючая сера S, образующие вместе с внутренним балластом (кислородом О и азотом N) сложные химические соединения. Внешний балласт составляют зола Л и влага W. Зола — негорючий остаток, полученный после сгорания топлива, представляющая собой смесь различных минеральных веществ, находящихся в топливе. Для примера: каменный уголь содержит 4. 25% золы, дрова — 0,6%. Влага является вредной примесью топлива, поскольку уменьшает долю горючих веществ, так как часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, тратится на испарение влаги.

Массу топлива, поступающую к потребителю, называют рабочей. Поскольку состав ТБО достаточно сложен и обычно неизвестен, то ТБО как топливо характеризуют массовым содержанием образующих его элементов, выраженным в процентах. Элементарный состав, отнесенный к рабочей массе, обычно отмечают верхним индексом «р»:

Термическая переработка мусора

Если из топлива полностью удалена влага, то имеет место сухая масса (на что указывает верхний индекс «с»):

Термическая переработка мусора

Если считать, что в дополнение к этому еще удалена и зола, то получим горючую массу (индекс «г»): Термическая переработка мусора

Пересчет элементарного состава осуществляется путем составления соответствующих пропорций, переходные коэффициенты которых приведены в табл. 6.2.

Коэффициенты для пересчета элементарного состава топлива

Термический способ переработки отходов

В экономически развитых странах все меньше бытовых отходов вывозится на свалки и все больше перерабатывается промышленными способами. Самый эффективный из них – термический. Он позволяет почти в 10 раз снизить объем отходов, вывозимых на свалки, причем несгоревший остаток уже не содержит органических веществ, вызывающих гниение, самопроизвольное возгорание и опасность эпидемий.

Сейчас зарубежные специалисты делают ставку на мусоросжигательные установки, которые не только сжигают отходы, но и перерабатывают выделяемое при этом тепло в энергию. Тем не менее, в большинстве стран выработка и утилизация тепловой и электрической энергии рассматриваются всего лишь как дополнение к обезвреживанию отходов. В этой связи особое внимание привлекает концепция “энергетического баланса”, предложенная рабочей группой Всемирного энергетического совета: полученная энергия должна покрывать энергетические затраты на саму переработку мусора. Поэтому выбор технологии чаще всего определяется балансом производимой и потребляемой энергии. Наибольший эффект дают комплексные технологии (утилизация материалов и сжигание) или непосредственное сжигание неподготовленных отходов, а наименьший – компостирование отходов с захоронением неорганических остатков.

Специалисты считают, что уже в ближайшее время сжигание с выработкой электрической и тепловой энергии будет основным способом переработки отходов. В будущем мусоросжигательные энергетические установки, скорее всего, войдут в интегрированную систему управления отходами вместе с предприятиями по утилизации и вторичному использованию некоторых материалов (стекла, металла, бумаги и т. д.). В этой области первыми добиваются успехов те страны, где остро ощущается “дефицит территории” и введены ограничения на захоронение определенных видов отходов.

Опыт показывает, что для крупных городов с населением более 0,5 млн. жителей целесообразнее всего использовать термические методы обезвреживания ТБО.

Термические методы переработки и утилизации ТБО можно подразделить на три способа:

  • * слоевое сжигание исходных (неподготовленных) отходов в мусоросжигательных котлоагрегатах (МСК);
  • * слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов (освобожденных от балластных фракций) в энергетических котлах совместно с природным топливом или в цементных печах;
  • * пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Несмотря на разнородность состава твердых бытовых отходов, их можно рассматривать как низкосортное топливо (тонна отходов дает при сжигании 1000–1200 Гкал тепла). Термическая переработка ТБО не только их обезвреживает, но и позволяет получать тепловую и электрическую энергию, а также извлекать имеющийся в них черный металлолом. При сжигании отходов процесс можно полностью автоматизировать, а следовательно, и резко сократить обслуживающий персонал, сведя его обязанности до чисто управленческих функций. Это особенно важно, если учесть, что персоналу приходится иметь дело с таким антисанитарным материалом, как ТБО.

Слоевое сжигание ТБО в котлоагрегатах. При данном способе обезвреживания сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. Метод слоевого сжигания исходных отходов наиболее распространен и изучен. Однако при сжигании выделяется большое количество загрязняющих веществ, поэтому все современные мусоросжигательные заводы оборудованы высокоэффективными устройствами для улавливания твердых и газообразных загрязняющих веществ, стоимость их достигает 30% капитальных затрат на строительство мусоросжигательных заводов.

Сжигание полимерных материалов, содержащих хлор, неизбежно сопровождается появлением в дымовых газах хлорсодержащих токсичных компонентов – диоксинов и фуранов. Так называют большую группу веществ, основу молекул которых составляют два шестичленных углеродных кольца. В органической химии известно 210 подобных соединений. Если в них нет атомов хлора, то эти вещества токсичны не больше, чем, например, бензин, однако при замещении в кольцах атомов водорода на атомы хлора образуются опасные для природы и человека диоксины и фураны – всего около 20 соединений разной степени токсичности. Они привлекают внимание экологов и специалистов на протяжении двух последних десятилетий.

Источники диоксинов и фуранов – не только аварийные ситуации на предприятиях химической промышленности. Эти ядовитые вещества образуются в обычных условиях при сжигании древесины, отходов, дизельного топлива, при выплавке меди, производстве целлюлозы, в цементных печах и других (особенно химических) производствах. Все это – контролируемые выбросы диоксинов, но существуют и более мощные неконтролируемые источники, главным образом горящие свалки, костры, в которых сжигают мусор и растительные отходы, в том числе и на садовых участках. При таком режиме образуется в десятки раз больше диоксинов и фуранов, чем на мусоросжигательных заводах, где используется высокотемпературный процесс. Если заводская технология строго соблюдается, концентрация хлорсодержащих токсичных компонентов в дымовых газах опускается до самых низких нормативных значений, принятых в европейских странах, а сейчас и в Москве. Иначе говоря, в отличие от захоронения на свалках при сжигании отходов на заводе можно не только контролировать их количество и воздействие на окружающую среду, но и, что очень важно, управлять этим процессом.

Снижение затрат на транспортировку отходов диктуют необходимость строительства двух мусоросжигательных заводов производительностью по 200 тыс. т отходов в год. Это наиболее рациональный вариант.

Таковы на сегодняшний день термические методы обработки твердых бытовых отходов.

Термическая переработка мусора

В бытовых отходах достаточно высок процент содержания органической фракции, а потому целесообразно применять для переработки ТБО термические методы. Термическая переработка мусора предполагает тепловое воздействие на отходы с целью уменьшения их объема и массы, обезвреживания, а также — самое главное — получения энергоносителей и инертных материалов.

Основные преимущества термической переработки мусора:

  1. 100% обезвреживание отходов;
  2. уменьшение массы (объема) отходов до 10 раз;
  3. получение энергии.

Наиболее простой, универсальный, проверенный временем метод — это сжигание мусора. Однако метод небезвреден для экологии — отходы процесса горения загрязняют атмосферу, сами места переработки невозможно размещать вблизи жилых зон. А потому в последние десятилетия активно исследуются возможные альтернативы — более совершенные методы термической обработки, позволяющие обеспечить эффективную утилизацию мусора.

Наиболее перспективным на сегодняшний день можно считать применение плазменных технологий.

Плазменная переработка мусора (высокотемпературный пиролиз ТБО) в сущности представляет собой процесс газификации — перехода мусора в газообразное состояние. Составная часть процесса плазменной переработки — твердые продукты в виде не поддающихся плазменному плавлению остатков или шлака.

Наиболее ценное преимущество высокотемпературного пиролиза — возможность экологичной переработки мусора и уничтожения бытовых отходов без необходимости их предварительной подготовки, сушки, сортировки и т.п. К тому же, плазменная переработка мусора более выгодна с экономической точки зрения.

Термическая переработка отходов электронной промышленности Текст научной статьи по специальности « Химия»

Аннотация научной статьи по химии, автор научной работы — Акаев Олег Павлович, Войнаровская Амелия , Желязный Сильвестер , Жуковский Витольд

В статье описывается процесс термической утилизации отходов электронного электрооборудования. Установлено, что преобразования тепловой энергии отходов, газовых выбросов и выхлопных газов (NOx, CO, CO2, LZO, SO2) можно осуществить в результате разработки простого, экономически эффективного способа. При этом предложена технология извлечения дорогостоящих и дефицитных цветных металлов

Похожие темы научных работ по химии , автор научной работы — Акаев Олег Павлович, Войнаровская Амелия, Желязный Сильвестер, Жуковский Витольд,

Текст научной работы на тему «Термическая переработка отходов электронной промышленности»

доктор технических наук Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

кандидат технический наук,

доктор технический наук Краковский политехнический институт им. Тодеуша Костюшко

ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В статье описывается процесс термической утилизации отходов электронного электрооборудования. Установлено, что преобразования тепловой энергии отходов, газовых выбросов и выхлопных газов (N0, СО, С02, Ц10, &0) можно осуществить в результате разработки простого, экономически эффективного способа. При этом предложена технология извлечения дорогостоящих и дефицитных цветных металлов.

Ключевые слова: электронное и электрическое оборудование, реактор с кипящим слоем.

В настоящее время в мире возрастают проблемы, связанные с утилизацией огромных объемов отходов электронной и электрохимической промышленности. По отношению к количеству отходов других видов деятельности человека их объем составляет 3-5% [1]. Считается, что только в государствах Евросоюза ежегодно производится в год 10,3 млн. тонн новых электронных и электрических приборов. Предполагают, что до 2020 года общее количество отходов, образующихся из отработанных приборов этих отраслей, достигнет величины 12,3 млн. тонн [2].

Возрастающее количество этих отходов связано, прежде всего, с постоянно развивающимися технологиями и желанием располагать новыми, более современными техническими изделиями. Основной проблемой является утилизация отработанных электрических и электронных приборов. Складируемые использованные приборы негативно влияют на здоровье людей и окружающую среду. Это связано с тем, что в состав материалов приборов входят тяжелые металлы, а также органические соединения, которые приводят к стойким загрязнениям окружающей среды.

Ввиду сильно различающегося состава этого типа отходов, необходимо организовать их селективный сбор и утилизацию, что является очень актуальным в настоящее время.

Переработка отработавших свой срок приборов электронной и электрохимической промышленности должна быть прибыльной. Это может быть достигнуто путем снижения объемов этих отходов, утилизации энергии, аккумулированной в химических связях горючих компонентов, а также утилизации цветных металлов, содержащихся в отходах.

Для наглядности химического разнообразия компонентов только одного из утилизируемых частей приборов – электронной платы принтера – приведем ее химический элементный состав.

Списанное оборудование электронной и электротехнической промышленности содержит множество элементов, которые можно разделить механическим способом (стальные конструкционные элементы, пластмассовый корпус и т.д.).

В настоящее время практически каждый вид прибора содержит электронные платы, что вызвано применением более сложных конструкций их схем.

Химические элементы, входящие в состав электрической схемы на плате принтера

Состав электрической платы принтера Содержание (% массы) Состав электрической платы компьютера Содержание (% массы)

Искусств. материал 49,8 Аи 0,083

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2012

© Акаев О.П., Войнаровска А., Желязны С., Жуковски В., 2012

Интегральные электронные платы представляют собой комбинированный материал, где все элементы соединены в определенной последовательности, обеспечивающей надежное функционирование прибора. Демонтаж различных элементов таких плат является весьма энергоемким, трудоемким процессом и не ведет к получению частей, которые могут быть использованы повторно. Сама плата, являющаяся носителем электроники (так называемый ламинат) состоит из металлических, проводящих электрический ток и изолирующих слоев. Последние состоят из искусственных материалов с неорганическими наполнителями. Разнообразные компоненты электронных плат, их функциональные электронные элементы приготовлены также из различных материалов – металлов, полупроводников, синтетических полимерных материалов.

Из-за отсутствия возможности механического демонтажа различных элементов электронных плат единственным способом их утилизации является сжигание в кипящем слое с использованием инертного носителя. Это позволяет сжечь детали из полимеров и получить негорючие элементы (металлы) в виде порошкообразного материала, из которого можно выделить их различными приемами.

Термическая утилизация отходов. Согласно положению 2001/77 Европейского Сообщества сжигание отходов должно исполнять роль возобновляемого источника энергии. Это положение приобретает все большее значение в аспекте снижения оплаты жителями коммунальных услуг за обезвреживание отходов.

Только в странах Евросоюза около 12% опасных отходов образуется после сжигания, причем в год это составляет около 22 млн. тонн в массовом выражении.

Позитивным примером может служить построенный в Великобритании завод по переработке использованного электронного оборудования. На это предприятие доставляется материал из школ, госпиталей, а также других организаций, применяющих различные электроприборы. Завод способен переработать 120 холодильников, 60 телевизоров и 6 тонн других мелких электроприборов в час. Он имеет современное оборудование, способное утилизировать приборы, которые до этого момента попадали на свалки в связи с отсутствием специального оборудования для проведения его демонтажа.

Фирма выработала концепцию, согласно которой строящиеся заводы по переработке таких отходов должны занимать минимум площадей, оказывать минимальное влияние на окружающую среду, потреблять минимум энергии [4].

Различают несколько типов термических процессов, которые могут быть использованы при утилизации отходов, например: сушка, газификация, пиролиз, сжигание. Однако принято полагать, что

сжигание является конечным этапом утилизации отходов, а другие технологии, как, например, пиролиз и газификация, являются этапами промежуточными и ведут к их термодеструкции [8].

В результате процессов газификации и пиролиза получаются продукты, которые после очистки можно утилизировать или сжечь. Однако целью термического преобразования отходов является использование их энергетического потенциала. При этом следует использовать возможно простые способы, а также способы, не влияющие отрицательно на окружающую среду. Исходя из этого принято, что наиболее рациональным методом утилизации является сжигание [3].

Типовая печь для сжигания отходов представляет собой вращающийся цилиндрический аппарат. Воздух в топку подается, как правило, снизу. За топкой располагаются камеры дожигания сырьевых компонентов. Чем больше объем камер сжигания, тем больше время пребывания в них продуктов сгорания. Однако при этом происходит повышение инвестиционных затрат на создание таких заводов. Высокая температура сжигания (особенно по отношению к так называемой температуре дожигания), а также достаточно большое время пребывания в камере дожигания являются наиважнейшими параметрами, позволяющими получить выхлопные газы, содержащие минимальное количество вредных примесей, в том числе полихлорированных диоксинов и фуранов.

В процессе сжигания важное значение имеет утилизация твердых продуктов реакции. Узлом очистки от твердых продуктов сжигания, то есть пыли, являются рукавные фильтры и электрофильтры. Рукавные фильтры, однако, выходят из строя, когда температура газов является высокой. Поэтому приходится использовать теплообменники, которые, утилизируя тепловую энергию горячих газов, служат дополнительным источником тепла.

Далее продукты горения поступают в «основной узел», задачей которого является поглощение сернистого газа. Наиболее эффективным способом поглощения сернистого газа является барботирование его через раствор гидроксида кальция. Поглощение диоксида серы по этому способу достигает 99%, а конечным продуктом является незначительное количество суспензии гипса в качестве шлама.

При протекании процесса поглощения диоксиды серы происходит частичное связывание диоксида углерода, поглощаются сопутствующие кислые продукты горения, а также соединения тяжелых металлов. Чтобы повысить эффективность очистки выделившихся газов от НС1 и НР, в технологическую схему включена стадия мокрой очистке, так называемый «кислый узел», в котором активным реагентом является гидроксид натрия.

Другой технологической операцией, которая должна быть составной частью современных заво-

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 2, 2012

дов по сжиганию отходов, является узел восстановления оксидов азота N0 . Эти загрязнения являются опасными ввиду того, что могут формировать вместе с другими компонентами топочных газов так называемый фотохимический «смог» и далее переходить в виде тумана в жидкую фазу (дождь, содержащий азотную кислоту). Однако в температурном интервале 850-1000° С оксиды азота редуцируются до элементарного азота [5].

Термическая переработка электрических проводов и изучение возможности извлечение из них металлов. Термическую переработку изолированных электрических проводов с элементами электроники (конденсаторы, резисторы, элементы микросхем) проводили в обогреваемом реакторе с псевдоожиженным слоем. Этот слой является той средой, которая характеризуется практически нулевым градиентом высоких температур, а также высокой степенью турбулентности газовой и твердой фаз, обеспечивающей доступ окислителя к сжигаемому материалу (особенно полимерам). Основным видом топлива, которое позволяет обеспечить постоянную высокую температуру процесса, а также постоянную динамику горения, является газ пропан-бутан. Одновременно источником тепла становятся элементы электрической схемы компьютеров, которые периодически вводятся в зону реакции в специальной жаропрочной металлической корзине. В процессе сжигания проводится постоянный мониторинг содержания газов в продуктах горения,^0х,С02 ,802), которые должны иметь низкий уровень и не превышать установленных норм [6].

Замечено, однако, что содержание оксида углерода несколько превышено. Это не создает проблем, так как процесс осуществляется в агрегате без дожигающего устройства, которое привело бы к увеличению его содержания в выхлопных газах.

Также проведены исследования, направленные на экстракцию металлов из обработанного термически материала. Для этого изучаемый материал после термообработки подвергался измельчению до размеров частиц менее 0,2 мм. При отработке технологии регенерации металлов следует соблюдать условие, при котором процесс был бы экологичным, экономичным и эффективным.

До настоящего времени в качестве экстрагирующих растворов использовали гидроксид калия (30%), а также серную кислоту (25%, 45%, 65%, 95%). Основными требованиями к экстрагентам

является то, чтобы используемые материалы были минимально токсичны для окружающей среды и не вызывали больших затрат на их приобретение. В свете изложенных требований наиболее перспективным является использование серной кислоты.

Полученный раствор, содержащий металлы, может являться непосредственным сырьем для электрохимического или металлургического их разделения.

Термическая переработка в «кипящем слое» элементов электрических приборов позволяет снизить количество отходов, токсичных для окружающей среды, а также получить тепловую энергию, которая позволяет проводить обработку в автотер-мическом режиме протекания процесса.

Термообработку можно проводить при постоянном мониторинге концентраций выделяемых газов^0х,С0,С02 ,SO2) и, таким образом, не превышать их допустимый выброс в атмосферу.

Метод сжигания дает возможность с помощью несложных технологических приемов возвращать металлы в производственные циклы и пополнить их традиционную сырьевую базу

1. Divom V. Zarz^dzanie elektroodpadami w Bulgarii // Recykling. – 2009. – № l (97).

2. Funkcjonowanie i nieprawidlowosci w systemie zarzadzania zuzytym spr^tem elektrycznym i elektronicznym (ZSEE) w Polsce. Instytut Badan Nad Gospodark^. Rynkow^.. – Warszawa, Marzec, 2010.

3. Nadziakiewicz J., Waclawiak K., Stelmach S. Procesy termiczne utylizacji odpadow. Wydawnictwo Politechniki Sl^skiej. – Gliwice, 2007.

4. Pajak Т. Stan zaawansowania oraz ocena projektow // Przeglad Komunalny. – 2009. – №1, dodatek specjalny.

5. Piecuch Т. Termiczna utylizacja odpadow wdrazac czy nie? PAN Oddzial w Gdansku. -Szczecin, 1999.

6. Rozporzadzenie Ministra Srodowiska z dnia 22.04.201 lr. w sprawie standardow emisyjnych z instalacji, Dziennik Ustaw z 201 lr. Nr 62 poz. 627.

7. Sun J., Wan W., Ma C, Dong Y. Study on pyrolysis characteristics of electronic waste // Proceedings of the 2009 International Conference on Chemical, Biological and Environmental Engineering. CBEE 2009. Shandong University Janin, PR China.

Термические методы переработки твердых бытовых отходов

Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), ее актуальность в России. Преимущества современных способов термической переработки ТБО, их усредненный морфологический состав. Воздействие бытовых отходов на окружающую среду. Отходы – источник энергии.

Термическая переработка мусора

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский национальный исследовательский технический университет им.А.Н. Туполева

Кафедра общей химии и экологии

по дисциплине “Промышленная экология”

Термические методы переработки твердых бытовых отходов

    Введение
  • 1. Анализ проблемы твердых бытовых отходов
  • 1.1 Морфологический состав ТБПО
  • 1.2 Химический состав ТБПО
  • 1.3 Физические свойства ТБО
  • 1.4 Воздействие бытовых отходов на окружающую среду
  • 2. Термические способы переработки отходов
  • 2.1 Сжигание ТБО
  • 2.2 Пиролиз отходов
  • 2.3 Газификация
  • Отходы как источник энергии
  • Выводы
  • Литература

Введение


В мировой практике применяются следующие способы переработки ТБПО [1-3]: складирование на свалках и полигонах; сортировка (извлечение ценных компонентов и фракций отходов для вторичного использования); термическая переработка; биотермическая аэробная ферментация (с получением удобрений, биотоплива, топлива и др.); анаэробная ферментация (с получением биогаза); комплексная переработка.


Задачей любой технологии является: уменьшение объема и массы отходов, подлежащих захоронению, с перспективой перехода на безотходное производство; обезвреживание отходов; рациональная утилизация отходов (материальная и энергетическая, с выделением ценных компонентов, производством новых видов товарной продукции).


Все эти задачи выполняются при термической переработке отходов. К ним относятся: сжигание; газификация; пиролиз; гидрогенизация; плазменная обработка.


Важными преимуществами современных способов термической переработки являются снижение объемов отходов в 10 раз, эффективное обезвреживание отходов, попутное использование энергетического потенциала органических отходов. При энергетическом использовании отходы можно рассматривать как альтернативное топливо.

твердый бытовой отход переработка

Цель курсовой работы – анализ термических методов переработки ТБО.

Задачи курсовой работы следующие:

1. Анализ морфологического и химического состава ТБО.

2. Анализ технологий утилизации ТБО.

3. Выбор оптимального метода утилизации ТБО.

1. Анализ проблемы твердых бытовых отходов


В работе рассматриваются термические методы утилизации ТБО с извлечением энергетической фракции и дальнейшим выбором наиболее эффективного метода утилизации. Актуальность выделения энергетической фракции из твердых бытовых отходов заключается в том, что использование ее в качестве топлива позволяет сократить объемы использования ископаемого топлива, значительно сократить объем отходов, направленных на полигон и сократить площади занимаемые полигоном. По стратегии европейских стран к 2010-му г. возобновляемые энергоносители, к числу которых отнесены твердые бытовые отходы, должны составлять 10-15% энергобаланса. Во многих странах Европы разрабатываются стратегии дальнейшего развития индустрии переработки отходов, примером могут послужить следующие принципы:


1. Сокращение массы упаковочных материалов;


2. Утилизация отходов с получением полезной продукции с нулевым выходом отходов;


3. Создание технологии утилизации отходов с минимальным воздействием на окружающую среду;


4. Повышение КПД мусоросжигающих установок с 15-20% в настоящее время до 30-40%;


5. Стабилизация выработки энергии, получение расплавов и золы, пригодных для использования их в дорожном строительстве.


В данной работе проанализирован морфологический состав твердых бытовых отходов на содержание энергетических фракций, а так же рассмотрены основные энергетические характеристики компонентов ТБО.


Для начала необходимо подробно рассмотреть исходный морфологический состав твердых бытовых отходов на содержание энергетических фракций, проанализировать калорийность энергетических фракций.


Используя предварительную сортировку твердых бытовых отходов перед процессом термической утилизации, позволяет выделить наиболее энергоемкие фракции отходов, при сжигании которых можно получать тепловую энергию с меньшими выбросами в окружающую среду.


1.1 Морфологический состав ТБПО


Рис. 1. Усредненный морфологический состав ТБО


Из диаграммы (рис.1) видно, что основную массу ТБПО составляют пищевые отходы и бумага, а так же прочие компоненты. Для разных городов и регионов России морфологический состав ТБО изменяется в широких пределах, а так же зависит от дней недели и сезонов года. В последние годы наметилась тенденция к увеличению содержания упаковочных материалов: картона, бумаги, полимерных материалов, основных составляющих энергетической фракции отходов.


Содержание энергетических фракций (картон, бумага, дерево, текстиль, полимерные отходы) составляют 81,9% от общего объема ТБПО.


Для дальнейшего анализа в моей работе были рассмотрены основные физико-химические характеристики фракции ТБПО: влажность, зольность и теплотворная способность, приведенные в табл. №1.


Таблица 1


Физико-химические характеристики энергетической фракции ТБПО

Теплотворная способность, кДж/кг

Бумага, покрытая пластиком

Табл.1 показывает, что при сжигании фракции отходов можно получать тепловую энергию, которую можно использовать для отопления котельных, сушки ТБПО или подогрева воды, заменяя при этом ископаемое топливо.

Необходимо так же отметить, что на процесс сжигания отходов влияет влажность исходных компонентов отходов, на измерение влажности отходов влияет соотношение пищевых отходов и отходов упаковки. Далее в табл.2 приведена зависимость теплотворной способности отходов от влажности.

Зависимость теплотворной способности отходов от влажности

Теплотворная способность, кДж/кг

Деревянная мебель, ящики, лом

Для дальнейшего обоснования использования ТБПО, в качестве альтернативного топлива необходимо сравнить ее энергетические характеристики с характеристиками традиционного вида топлива, например угля, а также с энергетическими характеристиками ТБПО (несортированных). Данные приведены в табл.3.

Сравнение свойств энергетической фракции ТБПО

Энергетическая фракция ТБО

Из табл.3 следует, что энергетическая фракция ТБПО обладает меньшим энергетическим потенциалом по сравнению с углем. Но при сравнении с ТБО обладает большим энергетическим потенциалам и лучшими экологическими свойствами при сжигании, за счет меньшей зольности.

В последние годы в зарубежной практике внедряются новые методы термического обезвреживания ТБО с использованием их в качестве топлива и одновременным получением побочных полезных продуктов, например тепловой энергии для отопления жилых помещений или нагрева воды.

Как известно, топливом называется любое вещество, способное вступать с окислителем в быстропротекающий окислительный процесс. Такой процесс сопровождается выделением продуктов сгорания с высокой температурой и, один раз начавшись, в состоянии поддерживаться самопроизвольно, вплоть до полного исчерпания запаса горючего вещества (топлива) в очаге горения, при этом практическое значение могут иметь только такие виды топлива, которые удовлетворяют трем обязательным условиям. Прежде всего, это топливо должно быть достаточно распространенным и доступным для массового применения. В приведенных выше данных о теплотворной способности компонентов ТБО, можно сделать вывод, что ТБО можно использовать в качестве альтернативного топлива.

Необходимо также отметить, что ресурсы ТБПО практически неисчерпаемы, так как они все время воспроизводятся населением, проживающим на данной селитебной территории, вблизи которой можно разместить установки для их использования.

1.2 Химический состав ТБПО


Таблица 4


Химический состав ТБПО в различных климатических зонах

Способы переработки отходов

В мировой практике для утилизации и обезвреживания ТБО используют термические, химические, биологические и физико-химические методы.

Термические методы переработки отходов

Термические методы до сих пор остаются основным альтернативным методом уничтожения ТБО. К ним относятся сжигание, газификация и пиролиз.

Сжигание

Сжигание – наиболее отработанный и используемый способ. Этот метод осуществляется в печах различных конструкций при температурах не менее 1200°С. В результате сгорания органической части отходов образуются диоксид углерода, пары воды, оксиды азота и серы, аэрозоль, оксид углерода, бенз(а)пирен и диоксины. Зола, имеющая в своем составе неподвижную форму тяжелых металлов, накапливается в нижней части печи и периодически вывозится на полигоны для захоронения или используется в производстве цемента.

Сжигание не может рассматриваться как экономически оправданный или ресурсосберегающий метод, поскольку многие органические вещества, которые могли бы быть использованы, сжигаются с дополнительными затратами энергии. К тому же существующие и предлагаемые к использованию мусоросжигающие установки имеют целый ряд недостатков, главным из которых является тот, что они при работе образуют вторичные чрезвычайно токсичные отходы (полихлорированные дибензодиоксины, фураны и бифенилы), выделяемые в окружающую среду вместе с тяжелыми металлами, дымовыми газами, сточными водами и шлаком.

Другим серьезным недостатком мусоросжигателей является их низкая экономичность. Это объясняется крайне низким коэффициентом полезного использования тепловой энергии, который даже на лучших мусоросжигающих предприятиях не превышает 65%, и значительным количеством дополнительно используемого жидкого топлива, доходящего до 70 галлонов на тонну сжигаемых отходов.

Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе бытового мусора.

При сжигании ТБО получают 28-44% золы от сухой массы и газообразные продукты в виде двуокиси углерода, паров воды, различных примесей. Запыленность отходящих газов составляет 5-10 г/м 3 (25-50 кг/т ТБО). Так как процесс горения отходов происходит при температуре 800900°С, то в отходящих газах присутствуют органическое соединения – альдегиды, фенолы, хло- рорганические соединения (диоксин, фуран), а также соединения тяжелых металлов.

Теплотворная способность бытовых отходов примерно соответствует бурому углю. В среднем теплотворная способность бытовых отходов колеблется от 1000 до 3000 ккал/кг. Выявлено также, что по теплотворной способности 10,5 г ТБО эквивалентны 1 т нефти; по калорийности бытовые отходы уступают каменному углю всего в два раза; примерно 5 т мусора выделяют при сгорании столько же тепла, сколько 2 т угля или 1 т жидкого топлива.

Сжигание можно разделить на два вида:

  • • непосредственное сжигание, при котором получается только тепло и энергия,
  • • пиролиз, при котором образуется жидкое и газообразное топливо.

Для повышения экологической безопасности необходимым условием при сжигании мусора является соблюдение ряда принципов. К основным из них относятся температура сжигания, которая зависит от вида сжигаемых веществ; продолжительность высокотемпературного сжигания, зависящая также от вида сжигаемых отходов; создание турбулентных воздушных потоков для полноты сжигания отходов. Различие отходов по источникам образования и физико-химическим свойствам предопределяет многообразие технических средств и оборудования для сжигания.

К модернизированным способам сжигания отходов можно отнести замену воздуха, подаваемого к месту сжигания, на кислород. Это позволяет ускорить процесс, снизить выбросы оксидов азота, однако выброс наиболее опасных компонентов – диоксинов, фуранов, бифенилов, тяжелых металлов – остается неизменным. Кроме того, подобная технология требует дополнительно значительных затрат на производство кислорода.

Термическая переработка мусора

Государственное унитарное предприятие

Чистый город — наша работа

Правительство города Москвы
Департамент жилищно-коммунального хозяйства города Москвы

ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МУСОРА. ОБЪЕКТИВНЫЙ ВЗГЛЯД: ПЛЮСОВ ОКАЗАЛОСЬ БОЛЬШЕ

Термическое уничтожение – простой, экологически безопасный и экономичный метод утилизации.

Отходы , являясь нежелательным продуктом жизнедеятельности человека, создают значительную экономическую и экологическую нагрузку на общество, которое вынуждено ставить «мусорный вопрос» в один ряд с глобальными проблемами энергетики, продовольствия и воды. Основные методыборьбы с отходами за последние 100 лет не изменились: захоронение, сжигание и частичная переработка. Цена потребных ресурсов для этой борьбы высока, но более-менее известна.

Так, для захоронения на современном полигоне 5 млн. м3 твердых бытовых отходов (ТБО) – это годовой объем отходов Санкт-Петербурга, необходимо каждый год выводить из пользования 40 Га пригородных земель, что немало по любому счёту, и это не считая всё время увеличивающихся расстояний и затрат на перевозку отходов. Однако, традиционно, полигонное захоронение так и остаётся основным методом борьбы с отходами.

Сколько-нибудь достоверной информации, позволяющей выполнить объективный сравнительный анализ технико-экономических и экологических характеристик трёх вышеупомянутых методов борьбы с отходами, нет, поэтому зачастую выбор конкретного метода превращается в политические манипуляции, которые под собой не имеют ничего общего с действительностью.

Свое мнение по данному вопросу обществу в основном навязывают многочисленные «зелёные» организации и их лоббисты во властных структурах, беззастенчиво пользуясь тем, что подавляющее большинство граждан страны имеют весьма слабое представление об экологии.

А вот действительное положение вещей! В современном многомиллионном городе основными загрязнителями атмосферы являются теплоэнергетические предприятия и автотранспорт.

В соответствии со статистическими данными по Центральной Европе в воздух выбрасывается около 13,4 млн. т/г токсичных газов. [1] Из них СО – 3,45 млн. т/г, NOх – 2,6 млн. т/г, SO2 – 6,54 млн. т/г, пыли – 0,48 млн. т/г, HCl – 0,3 млн. т/г. Выбросы автотранспорта составляют 7,08 млн. т/год, в том числе СО – 5,25 млн. т/г, NOх – 1,34 млн. т/г и сажи 0,4 млн. т/г.
В то же время на мусоросжигательных заводах (МСЗ) Европы сжигается около 20% ТБО, а их суммарные токсичные выбросы составляют 0,32 млн. т/г, т.е. в 64 раза меньше выбросов предприятий и автотранспорта.

Нельзя оставить без внимания «пресловутую» проблему диоксинов. Их влияние на здоровье человека впервые было установлено в период Вьетнамской войны, когда был определен эквивалент токсичности – это сумма массы 210 молекул диоксинов. Нормы за прошедшие 45 лет варьировались от 1 до 0,001 частей от этих 210. Сейчас эквивалент безопасности принят равным 0,1 нг/м3. Пока это принятая норма, но замерить эти величины практически невозможно, особенно если учесть, что диоксины это продукт окисления только галогенорганических соединений, масса которых в ТБО составляет менее 0,1%. Так, многократно проведенные анализы дымовых газов инсинераторов ИН-50 на содержание диоксинов при сжигании ТБО «Химико-аналитическим центром » при ВНИИ им. Д.И. Менделеева, подтвердил их полную безопасность по этому параметру.

Термическая переработка мусора

Рис. 1 – Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу(на примере Европы)

Как видно из этих данных проблема мусоросжигания ничего общего не имеет с экологией. Трудно объяснить, почему в странах и городах, расположенных часто в одних и тех же климатических условиях, придерживаются диаметрально-противоположных взглядов на сжигание, переработку и компостирование, почему ТБО – постоянно возобновляемый источник энергии, в одних условиях является рентабельным, а в других убыточным.

Например, в Париже около 60% потребляемой энергии производится за счетсжигания городских отходов. Примерно такая же картина наблюдается в Гётеборге (Швеция), где эксплуатируется МСЗ производительностью 400 тыс. т/г ТБО. Ежегодно завод вырабатывает 1184 тыс. мВт тепловой энергии и 288 тыс. мВт электричества, что равносильно сбережению 120 тыс. тонн мазута.

В г.Риихимяки (Финляндия) фирма ЕКОКЕМ построила и эксплуатирует уже более 20 лет МСЗ для уничтожения опасных промышленных отходовпроизводительностью 100 тыс. тонн/год. Более 70 % этих отходов перерабатываются в тепловую энергию, а чистая годовая прибыль составляет 6 млн. евро.

В центре Вены построен МСЗ Шпиттелау с обзорным центром и рестораном на дымовой трубе, обеспечивающий теплом 60 тыс. квартир.

Таких примеров можно привести достаточно много не только в Европе, но и в мире. Однако в России реально определить экономическую эффективность МСЗ очень сложно из-за весьма сомнительной статистики. По одним данным стоимость сжигания 400 тыс. тонн отходов обходится москвичам 15 млн. долларов, по другим 28 млн. долларов. Исходя из этих цифр, стоимость одной тонны мусора, сжигаемой на МСЗ, составит 1120 рублей и 2100 рублей. Как видим, цифры весьма разноречивые.

Термическая переработка мусора
Рис. 2 – Удельные выбросы загрязняющих веществ (г/кг), образующихся при работе автотранспорта, теплоэнергетики, переработке и сжигании отходов

Радует то, что, наконец, стали слышны доводы тех, кто утверждает, что полигонное захоронение отходов со всех точек зрения является крайне сомнительным мероприятием. Однако тут же панацеей от всех мусорных бед назначена всеобщая сортировка и переработка отходов.

На первый взгляд всё просто. Надо изготовить десятки тысяч красивых разноцветных контейнеров, одни заполнить стеклом, вторые макулатурой, третьи – пищевыми отбросами, и дело сделано. Правда, надо построить ещё и сотни предприятий для переработки этих отходов, что бы превратить их в качественную продукцию, при этом научив граждан собирать и сортировать отходы как надо. Но ведь эту проблему много лет не могут решить ни в законопослушной Европе, ни Америке.

А так ли всё это целесообразно? Проанализируем с экологической точки зрения работу предприятий по переработке двух видов наиболее массовой продукции: макулатуры и полимеров.

Представленные в работе [2] данные показывают, что на производство 1 т бумаги из макулатуры затрачивается 15,2 т воды, выбрасывается в атмосферу 20 кг Сl и SO2 (вследствие применения химикатов NaClO и NaHSO2), затрачивается 0,45 т пара и 0,5 кВт электроэнергии. Учитывая эти данные, подсчитано [3], что суммарные выбросы, приходящиеся на изготовление 1 т бумаги, составят более 20 кг, или 21 г выбросов на килограмм произведенной макулатуры.

С точки зрения экономики, вероятно, это очень выгодный процесс, но с точки зрения экологии, это запредельные величины, и такие производства должны быть немедленно ликвидированы либо коренным образом модернизированы путем установки мощной системы газоочистки, не уступающей по качеству газоочистке МСЗ.

В России годовой объем образования отходов картонно-бумажной упаковки составляет 1,0 – 1,2 млн. тонн, а объем использования макулатуры около 500 тыс. тонн, т.е. при её переработке в атмосферу выбрасывается более 10 тыс. тонн Cl и SO2. При этом основная масса загрязнителей падает на Санкт-Петербургский КПК, Набережо-Челинский КБК, Ступинский КПК, Майкопскую «Картонопару», Светогорский ЦБК.

В среднем, затраты электрической энергии для переработки отходов полимеров в необходимую продукцию, составляют около 2,15 кВт/кг, что соответствует 17 г выбросов на 1 кг продукции (рис. 2). Приведенные цифры несколько ниже, чем в случае изготовления бумаги и картона из макулатуры, но и они категорически развенчивают миф об экологической «чистоте» переработки таких отходов.

В настоящее время, для решения «мусорных» проблем Санкт-Петербурга планируется выделить огромные средства, ок. 60 млрд. рублей. От того, куда и как они будут вложены, будет зависеть эффективность решения этих проблем.

К сожалению, термическим методам утилизации отходов в проекте вообще нет места, хотя более эффективного и совершенного метода утилизации отходов в настоящее время трудно найти. Подтверждением этому служит и то, что в мире эксплуатируются более 2500 МСЗ и среди них заводы наших соседей – Швеции и Финляндии.

ТБО современного города на 80% состоит из органики и обладают достаточной теплотворностью (6000-8500 кДж/кг), а современные методы сжигания и очистки дымовых газов позволяют выполнять эти процессы эффективно и экологически чисто.

Термическое уничтожение отходов не только позволяет более чем на 90% избавиться от них, но и в разы сократить объёмы перевозок зольного остатка на полигоны. Помимо этого коренным образом изменяется технология мусоропереработки, так как полностью исключается ручная работа людей в нечеловеческий условиях на зловонных сортировочных конвейерах.

На наш взгляд, в Санкт-Петербурге наиболее просто в техническом плане построить МСЗ рядом с функционирующей ТЭЦ. В этом случае МСЗ производительностью

200 тыс. т/г может разместиться на площади не более 1,5 Га. Такая схема не только позволит утилизировать «с колес» отходы, но и отдавать, например, Южной ТЭЦ более 80 т/ч пара высоких параметров, что повысит ее производительность на 3%. Такое сочетание существующей мощности ТЭЦ и строящегося МСЗ является оптимальным, так как в нем используются энергетические и тепловые сети ТЭЦ и специальное термоутилизационное и газоочистительное оборудование МСЗ. Стоимость такого комплекса составит

600 млн. руб, т.е. в 100 раз меньше запланированных, а его окупаемость не превысит пяти лет.

Всё вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы:

1. Термическое уничтожение является наиболее простым, экологически безопасным и экономически эффективным методом утилизации как коммунальных, так и органических промотходов, в сравнении с их полигонным захоронением и переработкой.

2. В силу неразвитости и проблемности организации системы селективного сбора, переработке могут и должны подвергаться отходы только тех предприятий и перевозчиков, которые обеспечивают их поставку и номенклатуру в соответствии с техусловиями перерабатывающих предприятий.

3. Захоронению на спецполигонах подлежат только отходы , законодательно запрещённые к сжиганию и переработке – СОЗ, фреоны, отходы содержащие супертоксиканты более 1% и др.

Кофман Д.И. – главный конструктор ЗАО «Турмалин», к.т.н
Востриков М.М. – генеральный директор ЗАО «Турмалин», к.т.н

1. Кофман Д.И., Чарнецкий А.Д., Востриков М.М. Как нейтрализовать яд. /Журнал Берг-Коллегия. – № 2. – Февраль 2007 г.
2. Десяткова К.С. Способы переработки макулатуры ТБО. – № 6. – 2007 г.
3. Кофман Д.И., Востриков М.М. Экологические проблемы переработки отходов ТБО. – № 1. – 2009 г.

Термическое уничтожение отходов

Твердые бытовые отходы: утилизация и конверсия

Преподаватель Бахарева О.П

2) Проблемы вызванные ТБО__________________________________4

3) Захоронение ТБО__________________________________________5

4) Переработка ТБО__________________________________________5

5) Термическая переработка отходов____________________________5

6) Биодеградация ТБО________________________________________6

7) Биоконверсия ТБО_________________________________________7

9) Литература_______________________________________________ 9

Твердые бытовые отходы(ТБО) — предметы( различные материалы, остатки пиши,и т.д) утратившие потребительские назначение, ТБО делятся на отбросы (биологические ТО) и бытовой мусор (небиологические ТО искусственного или естественного происхождения), а последний часто на бытовом уровне именуются просто мусором. Каждый год объемы мусора увеличиваются примерно на 3% от всего количества.

Изучением мусора, способов его устранения занимается наука – Гарбология.

ТБО состоят из следующих компонентов :

Проблемы вызванные ТБО

С каждым годом наша планета становится все более и более загрязнена твердыми бытовыми отходами, но их утилизация все еще остается проблемой . Количество отходов растет с населением Земли и нуждается в своевременной и качественной переработке. Хотелось бы что бы это переработка не была бессмысленной и приносила даже пользу — это промышленная переработка мусора, которая может заменить свалки и захоронения ТБО. На данный момент в некоторых станах выполняются условия при которых утилизация мусора, пройдя определенный процессы переработки превращается в источник энергии и удобрения для с/х угодий. Но в этом есть минус- это требует больших финансовых затрат страны, что не всегда является возможным, поэтому не все государства могут себе это позволить.

В России несколько лет назад уничтожение твердых бытовых отходов преимущественно производилась путем сжигания их в печах. Но не весь мусор является возможным утилизировать таким способ, поэтому производятся захоронения ТБО. Однако, на данный момент, резкое ухудшение экологической обстановки планеты, вызванная ТБО, заставила людей искать выход из данной ситуации, чтобы значительно снизить вред для окружающей нас среды. У людей проживающих в непосредственно вблизи со свалками или мусоросжигательными заводами наблюдается частое ухудшение здоровья- заболевание дыхательных путей, развитие раковых опухолей. Меры переработки также должны быть направлены на то , что бы вредные вещества поступающие в атмосферу при утилизации не приносили вред человеку и не загрязняли воздух.

Получается, утилизация отходов – это вопрос экологической и национальной безопасности, как в части утилизации промышленных отходов.

Захоронение ТБО

Самый дешевый способ, этот способ значит просто выбросить мусор из дома на свалку. Что значительно загрязняет окружающую среду.

Поэтому в 20 веке люди придумали создавать специальные полигоны, для захоронения мусора.

Переработка ТБО

Переработка — повторное использование уже утративших свои потребительские свойства материалов. Наиболее распространена переработка пластика, железа, бумаги, алюминия, стекло.

Переработка выгодна в трех случаях: 1) отходы являются более дешевым ресурсом для создания новых материалов, чем использование природных 2) не все природные ресурсы восполнимы 3) это уменьшает количество отходов. Для каждого типа сырья используется свой метод переработки.

Термическое уничтожение отходов

Термическое уничтожение отходов — сжигание отходов. С одной стороны это уменьшает количество мусора, и позволяет получать дополнительные энергоресурсы. С другой это выделение в атмосферу вредных веществ и уничтожение ценных отходов.

Термическое уничтожение отходов возможно поделить на 2 вида:

• сжигание, при котором получается лишь тепло и энергия,
• пиролиз, при котором появляется жидкое и газообразное горючее.

Пиролиз — переработка органических и неорганических веществ под действием температуры, при недостатке кислорода.

Например : Шины и полимеры представляют собой сырье, в результате их переработки методом низкотемпературного пиролиза (до 500 °C), получаются жидкие фракции углеводородов (синтетическая нефть), углеродистый остаток (технический углерод), металлокорд и горючий газ. В то же время, если сжечь 1 т. шин, то в атмосферу выделится 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов.

Биодеградация ТБО

1) Сначала происходит биодеградация мусора путем аэробных процессов , т.е под действием микроорганизмов ( бактерий, грибов) и беспозвоночных, разрушаются самые деградируемые вещества

2) Затем, разрушению подвергаются трудно и медленно окисляемые вещества — лигнин, меланин и т.д

В течение биопереработки при аэробных микроорганизмах, температура среды может повышаться на 80%, что вызывает гибель вирусов, личинок и т.д. По изменению температуры можно оценить состояние свалки, её увеличение повышает скорость разрушения веществ, но при этом снижается растворимость кислорода, что приводит к развитию анаэробных организмов, что в свою очередь имеет кинетическое преимущество при переработки ТБО.

В результате реакций происходящих при биодеградации мусора , образуются вещества: внедряющиеся в землю воды и газы.

Воды содержат в себе вещества включающие в себя металлы, ароматические соединения, жирные кислоты и т. д. Поэтому при выборе места для свалок важно учитывать, что бы вода не просачивалась в почву, для этого можно использовать места с плохой проницаемостью или специальные оболочки.

Газ, образующийся при переработке, может нести как полезные, так и негативные последствия. Из полезных- газ является ценным энергоносителем, из плохого — плохой запах, закисление вод. Для предотвращения утечки биогаза используют ( траншеи, системы эктракции газа и т.д) В промышленности газ используют для обогрева теплиц , получения пара.

Биоконверсия ТБО

Биоконверсия – превращение органических отходов с помощью живых организмов в вещества, пригодные для использования в сельском хозяйстве.

Пищевые отходы, всегда подлежат переработке, но иногда этому процессу мешает отсутствие сортировки. Поэтому необходимо создавать места для сортировки отходов. При помощи биоконверсии можно создавать простые полисахариды, на основе которых создаются легко усвояемые кормовые белки, таким образом можно готовить кормовые добавки для животных. Конверсия позволяет производить переработку сырья зараженного микрофлорой или испорченного насекомыми. Возможна переработка даже разложившихся отходов. В процессе переработки уничтожаются все возбудители различных заболеваний. При этом кормовая ценность сырья повышается почти в полтора раза, а затраты минимальные. Предприятие подобного типа может обеспечить круглогодичную занятость рабочих. Энергетические затраты по такой технологии очень малы.

Плазменная конверсия — утилизирует токсичные органические соединения, медицинские отходы, пестициды даже с истекшим сроком годности. В свяжи с особенностями технологии, данный вид конверсии снижает негативное воздействие на окружающую среду, и является более экономичным.

С каждым годом количество свалок растет, что существенно загрязняет окружающую среду. Создаются все новые и новые методы по переработки мусора, но большинство эффективных методов являются затратными, задача человечества найти такой способ, который бы значительно сократил количество отходов и позволил бы каждой стране использовать его, ведь чистота и сохранность окружающей среды в первую очередь необходима для жизни самого человека.

1) «Биотехнология» – Т.Г Волова 2002 год.

Дата добавления: 2015-10-27 ; просмотров: 759 | Нарушение авторских прав

Термические методы обработки отходов

Термические методы обезвреживания минерализованных стоков. Минерализованные отходы широко распространены в химических производствах, теплоэнергетике и других отраслях промышленности.

Наиболее распространенными методами, позволяющими обезвреживать минерализованные стоки являются термические. Здесь возможны следующие направления:

– значительное уменьшение объемов стоков при их предельном концентрировании и хранение этих растворов в искусственных или естественных хранилищах;

– выделение из стоков солей и других ценных веществ и применение опресненной воды для нужд промышленности и сельского хозяйства.

Процесс разделения воды и минеральных веществ может осуществляться в две стадии: концентрирование исходного раствора и выделение из него сухого остатка. Если осуществляется первая стадия, то концентрированный раствор направляется на дальнейшую переработку или, в крайнем случае, на захоронение. Можно подавать сточные воды, минуя стадию концентрирова- ния, непосредственно на выделение из них сухих веществ, например, в распылительную сушилку или в камеру сжигания, например циклонный реактор.

Концентрирование растворов может осуществляться в испарительных, вымораживающих, кристаллогидратных установках непрерывного и периодического действия.

В испарительных установках концентрация раствора повышается вследствие удаления паров раствора при испарении жидкости. Эти установки наиболее распространены в технике концентрирования растворов. Они подразделяются на выпарные установки, в которых кипение осуществляется на поверхности нагрева или в вынесенной зоне, и установки адиабатного испарения, в которых испарение перегретой жидкости происходит в адиабатной камере. Испарительные установки можно условно подразделить на установки, в которых раствор контактирует с поверхностью нагрева, и установки, в которых раствор не контактирует с поверхностью нагрева. В установках первого типа образуются отложения солей с соответствующим снижением плотности теплового потока и производительности установок. Это обусловливает периодические остановки агрегатов для очистки поверхностей нагрева, что снижает технико-экономические показатели и усложняет их эксплуатацию. Степень концентрирования раствора в них существенно ограничена из-за резкого увеличения отложений с ростом концентрации раствора. Для улучшения условий работы приходится применять специальные меры по сниже нию отложений.

В установках второго типа тепло передается промежуточному гидрофобному жидкому, твердому или газовому теплоносителю, который затем при непосредственном контакте нагревает или испаряет раствор. Нагретый раствор подается в камеры адиабатного испарения. Степень концентрирования раствора в таких установках существенно повышается, так как опасность отложений на поверхностях нагрева практически исключается. В установках, использующих методы вымораживания, концентрирование минерализованных стоков основано на том, что количество солей в кристаллах льда значительно меньше, чем в растворе, и образуется пресный лед.

Вследствие этого, по мере образования льда, концентрация солей в растворе повышается. Концентрирование минерализованных вод можно также осуществить двумя способами: вымораживанием при испарении под вакуумом либо замораживанием с помощью специального холодильного агента.

В кристаллогидратных установках концентрирование сточных вод основано на способности некоторых веществ (фреоны, хлор и др.) при определенных условиях образовывать кристаллогидраты. При этом молекулы воды переходят в кристаллогидраты, а концентрация растворов повышается. При плавлении кристаллов вновь выделяется вода, которая является гидратообразующим агентом. Процесс гидратообразования может происходить при температуре ниже и выше окружающей среды. В первом случае, как правило, необходимо применение холодильных установок, а во втором случае кристаллогидратная установка может использовать низкопотенциальное тепло.

Холодильные и кристаллогидратные методы опреснения и концентрирования минерализированных стоков применяются еще сравнительно редко, но в силу своих положительных качеств могут найти в будущем широкое применение.

Термохимическая обработка твердых отходов. При утилизации и переработке твердых отходов используют различные методы термической обработки исходных твердых материалов и полученных продуктов: это различные приемы пиролиза, переплава, обжига и огневого обезвреживания (сжигания) многих видов твердых отходов на органической основе.

Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. Характеризуется протеканием реакций взаимодействия и уплотнения остаточных фрагментов исходных молекул, в результате чего происходит расщепление органической массы, рекомбинация продуктов расщепления с получением термодинамически стабильных веществ: твердого остатка, смолы, газа. Применяя термин “пиролиз” к термическому преобразованию органического материала, подразумевают не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимно связаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температуры или времени.

Следует отличать пиролиз от близкого к нему процесса газификации. Газификация является термохимическим высокотемпературным процессом взаимодействия органической массы или продуктов ее термической переработки с газифицирующими агентами, в результате чего органическая часть или продукты ее термической переработки обращаются в горючие газы. В качестве газифицирующих агентов применяют воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода, а также их смеси.

Процессы пиролиза отходов получили большее распространение, чем газификация. Пиролизу подвергаются твердые бытовые и близкие к ним по составу промышленные отходы, отходы пластмасс, резины (в том числе, автомобильные покрышки), другие органические отходы.

С санитарной точки зрения процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению со сжиганием. Количество отходящих газов, подвергаемых очистке, намного меньше, чем при сжигании отходов. Объем твердого остатка, получаемого по схеме высокотемпературного пиролиза, может быть значительно уменьшен. Твердый остаток можно использовать или в промышленности (сажа, активированный уголь и др.). Таким образом, некоторые схемы пиролиза отходов могут быть безотходными.

Высокотемпературный пиролиз по сравнению с другими методами имеет ряд преимуществ:

– при нем происходит более интенсивное преобразование исходного продукта;

– скорость реакций возрастает с экспоненциальным увеличением температуры, в то время как тепловые потери возрастают линейно;

– увеличивается время теплового воздействия на отходы;

– происходит более полный выход летучих продуктов;

– сокращается количество остатка после окончания процесса.

Различают высокотемпературные (агломерация, обжиг окатышей) и низкотемпературные (без обжига) методы окускования.

Агломерация состоит в том, что мелкие зерна шихты нагреваются до температуры, при которой происходит их размягчение и частичное плавление. При этом зерна слипаются, последующее быстрое охлаждение приводит к их кристаллизации и образованию пористого, но довольно прочного кускового продукта пригодного для металлургического передела.

Дата добавления: 2015-05-07 ; Просмотров: 1072 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

5.3 Термическая переработка бытовых отходов

Из различных методов переработки ТБО наиболее отработанным и часто используемым является сжигание. Возможность использования этого метода для переработки ТБО основана на морфологическом составе бытовых отходов, которые содержат до 70-80% органической (горючей) фракции.

Исторически сжигание явилось первым техническим направлением, которое человечество применило на практике, вступив в фазу планомерной борьбы с муниципальными отходами: первое «мусоросжигательное заведение» было построено в 1870 г. близ Лондона. Естественно, в первую очередь такие установки стали строить в странах с относительно малой площадью и высокой плотностью населения. В настоящее время мусоросжигание наиболее распространено в Японии, Швейцарии, Дании, Швеции, Германии, Нидерландах, Франции.

В 80-х годах количество сжигаемых отходов на душу населения составляло: в бывшем СССР, Норвегии и Испании – 0,05 кг/чел в сутки; в Великобритании, Италии, США, Канаде и Финляндии – 0,05-0,15; во Франции, Японии, Австрии, ФРГ, Бельгии и Нидерландах – 0,25-0,4; в Швеции, Швейцарии, Дании, Люксембурге и Монако – более 0,6. В настоящее время в европейских странах с применением термических методов перерабатывают 25-30% объема городских отходов, в Японии – 65-70%, в США – 15-20%.

Поскольку сжигание представляет собой экзотермический процесс, выделяющееся тепло может быть утилизировано.

С углублением энергетического кризиса в середине 70-х годов на ТБО стали смотреть как на энергетическое сырье. Было подсчитано, что при сжигании 1 т ТБО можно получить 1300-1700 кВт-ч тепловой энергии или 300-550 кВт-ч электроэнергии. Именно в этот период отмечается достаточно интенсивное строительство мусоросжигательных заводов с утилизацией тепла отходящих газов, а также развитие работ по получению из горючей фракции бытовых отходов топлива в виде брикетов для использования на электростанциях в смеси с углем (доля подмешиваемых отходов – до 20%). Это топливо из отходов в разных странах получило разные названия: «RDF» – в США, «BRAM» – в Германии, «Brini Fuel» – в скандинавских странах. В настоящее время производство из ТБО брикетированного топлива для продажи сторонним потребителям потеряло актуальность и применяется редко; предпочтительным является производство энергии непосредственно на заводе по переработке ТБО с обеспечением энергетических потребностей самого завода и передачей излишков энергии потребителям.

К 2000 г. в различных странах действовало более 400 заводов, на которых применялось сжигание ТБО с производством пара и выработкой электроэнергии.

Подсчитано, что в Западной Европе сжигание всех образующихся отходов могло бы покрыть 5% потребной тепловой энергии для бытового сектора. В то же время, например, в Швеции вырабатываемая на мусоросжигательных заводах тепловая энергия составляет 13% потребности бытового сектора страны в тепле.

В 1996 г. в мире действовало около 2400 заводов, на которых использовались термические процессы для переработки ТБО или выделенных из них горючих фракций. Предполагается, что к 2010 г. в мире будет действовать около 2800 таких заводов.

Большинство европейских мусоросжигательных заводов имеет производительность от 170 до 800 т/сут и преимущественно использует котлоагрегаты небольшой и средней производительности 5-15 т/час.

Техника и технология сжигания бытовых отходов непрерывно совершенствовались.

В 30-е годы были разработаны печи для непрерывного слоевого сжигания ТБО, осуществляемого на колосниковой решетке, установленной в нижней части печи.

В начале 80-х годов стали появляться котлоагрегаты с топками с псевдоожиженным слоем (система «твердое-газ»), а в конце 80-х – печи с циркулирующим кипящим слоем, в большей степени отвечающие экологическим требованиям, но требующие обязательной подготовки отходов к сжиганию.

В начале 90-х годов были проведены исследования по сжиганию ТБО в слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1350- 1500°С с применением обогащенного кислородом дутья, что в принципе позволяет снизить объем отходящих газов и получить обезвреженный шлак.

И, наконец, в последние годы были разработаны и апробированы новые комбинированные термические методы переработки ТБО, включающие процессы «пиролиз-сжигание» и «пиролиз-газификация».

Современные термические процессы являются экологически безопасными при термообработке подготовленных ТБО, при соблюдении технологических норм и при использовании современных методов газоочистки (в свою очередь, эффективность газоочистки во многом определяется реализацией так называемых первичных мероприятий в термическом процессе). В этом случае, по данным практики Германии, промышленные выбросы находятся значительно ниже пределов, регламентируемых жестким природоохранительным законодательством.

Количество и состав дымовых газов, образующихся при термической обработке ТБО, зависят от состава отходов, применяемого оборудования и режима процесса. Так, при слоевом сжигании из 1 т ТБО образуется 4,5-6 тыс. м3 газов; при газификации отходов или их сжигании с использованием кислородного дутья объем отходящих газов снижается до 1000 м3/т.

Помимо отходящих газов, при сжигании 1 т ТБО образуется 700- 1100 м3 водяного пара, 200-400 кг шлака и 20-50 кг летучей золы.

Эффективность термической переработки ТБО определяется составом отходов, технологией процесса, степенью подготовки отходов к сжиганию и стабилизацией их состава, режимом процесса (температурой процесса, временем пребывания отходящих газов в камере сжигания, температурой отходящих газов, количеством и распределением дутьевого воздуха), технологией автоматизации процесса.

Расход воздуха на сжигание в современных котлоагрегатах может поддерживаться на минимально возможном уровне (концентрация кислорода в дымовых газах не более 3% при содержании СО не более 10 мг/м3). Дутьевой воздух выполняет несколько функций: поставляет кислород для горения органических компонентов отходов, регулирует процесс сжигания неоднородного сырья, смешивает дымовые газы, охлаждает узлы котлоагрегата и дымовой газ.

В связи с тем что дорогостоящая газоочистка ухудшает экономические показатели заводов, повышается значение прямого восстановления материалов, попадающих в отходы, обогащения отходов и реализации первичных мероприятий, облегчающих газоочистку: уменьшение потока отходов, направляемых на сжигание (за счет селективного сбора и сортировки), стабилизация состава отходов, выделение перед сжиганием не только полезных, но и опасных компонентов и др.

В Германии, например, где традиционно превалируют термические методы переработки ТБО и техническое развитие в этой области до последнего времени было связано именно с совершенствованием термических технологий, названные проблемы в определенной степени решаются за счет организации селективного сбора отходов в местах их образования. При этом селективным сбором охвачены не только те или иные ценные компоненты (стекло, металлы, макулатура и др.), но и опасные отходы (отработанные сухие гальваноэлементы, отработанные ртутные лампы и др.). Можно констатировать, что такие опасные отходы, как отработанные электробатарейки, в ТБО практически не попадают. Аналогичная ситуация сложилась в Японии и ряде других стран.

В России селективный сбор ТБО практически отсутствует, поэтому при выборе технологических решений необходимо учитывать различия в составе подвергаемых термической переработке отходов в западных странах и в России. Кроме того, ТБО западных стран значительно превосходят российские по калорийному потенциалу.

Поскольку сжигание ТБО является эффективным способом обезвреживания отходов, необходимо определить оптимальное место мусо- росжигания в системе комплексной переработки ТБО. Очевидно, что сжиганию следует подвергать не всю образующуюся массу ТБО, а преимущественно их горючую, достаточно усредненную фракцию, что существенно снизит вредное влияние газовых выбросов на окружающую среду, уменьшит потребную производительность печей и позволит выделить ценные компоненты ТБО для использования в качестве вторичного сырья.

Основная тенденция развития мусоросжигания – переход от прямого сжигания ТБО к оптимизированному сжиганию выделенной из ТБО горючей (топливной) фракции и переход от сжигания как процесса ликвидации ТБО к сжиганию как процессу, обеспечивающему, наряду с обезвреживанием отходов, получение тепловой и электрической энергии.

Основные преимущества современных методов термической переработки:

• снижение объема отходов в 10 раз;

• эффективное обезвреживание отходов;

• попутное использование энергетического потенциала органических отходов.

При энергетическом использовании отходы можно рассматривать как нетрадиционное топливо. В то же время сжигание следует оценивать, прежде всего, как метод переработки отходов, а не способ производства энергии, т.е. в качестве приоритетных считать условия, оптимальные для снижения экологической опасности технологии, а не для достижения максимально возможного производства энергии.

Глава 5 термические способы переработки отходов. Одними из наиболее широко распространенных способов воздействия на отходы являются термические, при которых в зависимости от условий проведения процесса происходят окисление.

«Переработка промышленных отходов». Учебное издание. Рекомендовано Министерством общего и профессионального
Описаны способы захоронения и термического обезвреживания отходов с утилизацией образующихся материальных и энергетических ресурсов.

При смешивании отходов с плазмой происходит их испарение, термическое разложение
Одним из наиболее опасных отходов, основным методом переработки которых служит
Бытовые отходы представляют собой смесь различных отходов в том виде, в каком они.

1. Какие существуют термические методы утилизации отходов?
СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ: Переработка промышленных отходов.
. ОСАДКОВ, совместный пиролиз осадков и твердых бытовых отходов.

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий