Твердые бытовые отходы – альтернативное топливо

Размещено на http://www.allbest.ru/

Твердые бытовые отходы - альтернативное топливо

Мусор считается экологической проблемой номер один. Мировой климат может становиться более теплым, а солнце более опасным, но это не так заметно, как мусор, который мозолит глаза уже сегодня. Население на планете выбрасывает большое количество мусора, очевидное решение этой проблемы - выбрасывать меньше мусора или же пытаться бороться с ним, использовать его.

Загрязнение окружающей среды бытовым мусором и отбросами увеличивается быстрее, чем население планеты. Отсюда сотни миллионов тонн бытовых отходов и мусора.

Улучшение качества человеческой жизни при увеличении численности населения ограничено предельными возможностями окружающих экосистем и биосферы. Согласно разработанным наукой биосферной и ресурсной моделям мировой системы допустимая для Земли численность населения соответственно составляет 7-8 млрд. человек. При численности населения 6 млрд. человек (по данным ЮНЕСКО.), с точки зрения биосферной модели, мир находится в закритическом состоянии, а с точки зрения ресурсной - близок к потере устойчивости развития.

С учетом демографической ситуации в мире и её тенденции мировая система идет не к выходу из кризисной ситуации, а к углублению глобального экологического кризиса, составной частью которого является «мусорный кризис». Возрастание отходов производства и потребления - одна из актуальнейших экологических проблем современного мира.

Твёрдые бытовые отходы (ТБО, мусор) -- товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления. Ежегодно количество мусора возрастает примерно на 3 % по объёму. Количество ТБО в СНГ составляет около 100 млн. тонн/год, причём на долю России приходится более четверти этого объёма.

В России ежегодно производится около 3,8 млрд. тонн отходов. В среднем перерабатывается 10 % -- 15 % мусора. Твердые бытовые отходы подвергаются переработке только на 3 % -- 4 %, промышленные на 35 %. В основном мусор свозится на свалки -- их в России около 11 тысяч. В них захоронено около 82 млрд. тонн отходов.

Состав и объем бытовых отходов чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности, но и от времени года и от многих других факторов. Объемы бытовых отходов для некоторых стран приведены в таблице. Бумага и картон составляют наиболее значительную часть ТБО (до 40% в развитых странах).

Средний состав ТБО по компонентам:

Проблема полного уничтожения или частичной утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) -- бытового мусора -- актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Твердые бытовые отходы - это богатый источник вторичных ресурсов (в том числе черных, цветных, редких и рассеянных металлов), а также -- "бесплатный" энергоноситель, так как бытовой мусор возобновляемое углеродсодержащее энергетическое сырье для топливной энергетики.

В настоящее время во всем мире практикуется в той или иной степени промышленная переработка твердых бытовых отходов (ТБО) и части промышленных отходов, по своим характеристикам идентичным бытовым. Среди многообразия способов переработки (сортировка с выделением из отходов коммерческих составляющих; получение компоста как сельскохозяйственного удобрения и т.п.) наиболее рациональным и распространенным в мире методом является использование ТБО в качестве ежедневно возобновляемого местного топлива, низшая теплота сгорания (Qрн) которого колеблется в настоящее время от 5 МДж/кг (1200 ккал/кг) до 16,5 МДж/кг (3950 ккал/кг). Эта теплота сгорания сопоставима с Qрн торфа, сланцев, подмосковного бурого угля, бурых углей Березовского бассейна. Она зависит от ряда показателей, и в частности от влажности Wр и зольности Ар. Наивысшие значения Qрн относятся к топливу, специально подготовленному из отходов (Qрн=16,5 МДж/кг).

Известно, что при экологически чистом сжигании ТБО на различных специальных топочных решетках и использовании тепла продуктов сгорания котлами-утилизаторами решаются, по меньшей мере, 5 задач:

¦ ликвидируются свалки отходов, заражающие окружающую среду и выводящие огромные территории из сферы полезного использования;

¦ обезвреживаются ТБО и при помощи специального оборудования содержание вредных веществ в уходящих газах доводится до допустимого уровня;

¦ шлаки и зола от сжигания отходов обезвреживаются и полезно используются в строительной индустрии;

¦ достигается экономия ископаемого топлива (сжигание 1 т ТБО замещает в среднем 450 кг у.т.);

¦ вырабатывается и полезно используется электрическая и тепловая энергия.

Развитие черной металлургии всегда было тесно связано с использованием собственных отходов или отходов смежных отраслей. Металлургия является отраслью, полностью перерабатывающей отходы потребления из черных металлов, замыкая их жизненный цикл. Как отмечает профессор Московского института стали и сплавов Ю.С. Юсфин, «с переработки стального лома в мартеновских печах, конвертерах, а затем и в электропечах началась эра промышленного рециклинга».

В последние годы вовлечение металлургических агрегатов в переработку различных видов отходов наблюдается во всем мире. Металлурги разных стран мира, начиная со второй половины ХХ века, предлагают и успешно реализуют идеи утилизации в высокотемпературных металлургических агрегатах различных горючих компонентов ТБО. Это обусловлено тем, что ни один мусоросжигатель не может конкурировать с такими высокотемпературными металлургическими агрегатами как кислородный конвертер или доменная печь по условиям обезвреживания токсичных отходов, включающим температуру до 2500 - 2700 0С, активную окислительную или восстановительную атмосферу, интенсивный тепло - и массообмен, наличие высокоактивных основных шлаков, связывающих негорючий остаток от сжигания отходов и переводящий его в остеклованный шлак. В таких условиях практически невозможно образование диоксинов. Кроме этого, мощные металлургические агрегаты оснащены полным набором оборудования для улавливания и очистки выделяющихся газов, а также имеют замкнутую систему водоснабжения.

Известно, что металлургические компании Германии и Японии уже более 10 лет перерабатывают отходы пластмасс в доменных печах.

Немецкая фирма «Stahlwerke Bremen GmbH» перерабатывает в доменных печах свыше 70 тыс. т. в год отходов пластмасс. Регулярный мониторинг выбросов в атмосферу показал, что количество выбросов пыли, SO2 и NOx при использовании пластмасс находится существенно ниже уровня предельно допустимых выбросов. В выбрасываемых в атмосферу газах были обнаружены следовые концентрации диоксинов - менее 0,001 нг/м3, что более чем в 100 раз ниже уровня ПДК диоксинов в атмосферном воздухе, составляющего в Германии 0,1 нг /м3. Фирма «Eko-Stahl» в г. Айзенхюттенштадт вдувает отходы пластмасс в доменные печи с 1996 г. с устойчивым расходом 30-60 кг/т чугуна. В Японии использование отходов пластмасс в доменных печах ведется с 1993 г. Металлургическая компания «Ниппон Кокан» в г. Кейхане более 10 лет вдувает отходы пластмасс в доменную печь объемом 4907 м3 с расходом до 200 кг/т чугуна, в 2004 г. на переработку на металлургический комбинат было направлено около 20 % муниципальных отходов. По мнению руководителей компании, металлургические предприятия, расположенные вблизи крупных городов, находятся в зоне образования большой массы отходов и их уникальные технологические возможности должны быть использованы для их утилизации. В настоящее время система рециклинга пластмасс, разработанная этой компанией, широко используется другими японскими металлургическими предприятиями, поддерживающими международный стандарт ISO 14001. В состав типичных пластмассовых отходов, утилизируемых в доменных печах, входят офисное оборудование, бутылки и контейнеры, пленка и др. В настоящее время Япония приближается к уровню 1 млн. т в год отходов пластмасс, перерабатываемых в доменных печах, что составляет 10 % от уровня их ежегодного образования.

В России разработки в области переработки отходов в черной металлургии традиционно ведутся государственными техническими университетами - Московским институтом стали и сплавов (МИСИС), Сибирским государственным индустриальным университетом (СибГИУ) и др. Учеными МИСИС разработан ряд технологий переработки отходов пластмасс, отработанных масел и других видов отходов в доменных печах. Проведенные исследования с использованием метода математического моделирования при помощи программ IVTANThermo, позволяющих рассчитать равновесное состояние сложных систем в условиях металлургических агрегатов, показали, что в условиях доменной печи концентрация диоксинов и фуранов составляет менее 10-30 %. На основании полученных результатов учеными МИСИС сделан вывод о том, что появление в отходящих газах доменной печи суперэкотоксикантов (фуранов, диоксинов, HCN, COS и др.) при вдувании в печь пластмасс исключено.

Таким образом, металлургические агрегаты обеспечивают более безопасное сжигание горючих компонентов отходов, чем мусоросжигательные заводы. Идея использования металлургии для утилизации наиболее трудноутилизируемых видов отходов, включая особо токсичные, принадлежит самим металлургам. Сжигание горючих компонентов отходов в металлургических агрегатах более 10 лет используется в наиболее промышленно развитых странах мира, известных строгим отношением к защите окружающей среды. Отечественный опыт подтверждает возможность и эффективность использования высокотемпературных металлургических агрегатов для утилизации и обезвреживания целого ряда отходов, что позволяет металлургическим предприятиям помочь в решении острых экологических проблем в регионах, на территории которых они размещаются. В связи с этим государственным контролирующим природоохранным организациям целесообразно начать рассматривать металлургию как отрасль, способную эффективно и наиболее безопасно утилизировать и обезвреживать такие отходы как отработанные автомобильные покрышки, не утилизируемая горючая часть после сортировки ТБО, отходы лечебно-профилактических учреждений и другие, и содействовать развитию данного направления.

В последние 10-15 лет появился и получил действительно новый метод утилизации, эффективный как экономически, так и экологически - это использование отходов пластмассы при производстве чугуна в доменных печах (ДП).

В отличие от окислительных процессов в установках для сжигания, в ДП происходят преимущественно восстановительные процессы. Отходы пластмассы при вдувании их в ДП большей частью разлагаются на восстановительные газы (, ). Эти газы в дальнейшем восстанавливают железную руду до железа, что и лежит в основе процесса получения чугуна. Такая функция отходов пластмассы подобна функции восстановления коксом или углеводородным топливом (природный газ, мазут, уголь).

Восстановительная среда, высокие температуры и ряд условий такого способа утилизации делают его эффективной альтернативой сжиганию:

· ДП обеспечивает более безопасную утилизацию отходов, чем мусоросжигательный завод, так как при достигаемой в зоне вдувания температуре около 2000 полностью разрушаются токсичные и диоксиноопасные компоненты отходов. При дальнейшем движении в восстановительной среде практически отсутствуют условия для их повторного образования, а так же затруднено образование , .

· ДП позволяет утилизировать даже сильно смешанные отходы пластмасс невысокого качества и чистоты, непригодные или слишком затратные для материального рециклинга.

· Отпадает необходимость капитальных затрат на ввод соответствующих мощностей для мусоросжигания, и, далее, для очистки отходящих газов, для удаления и обезвреживания зольного остатка.

· ДП уже оснащены полным набором средств для очистки газов, для удаления пыли и шлаков, а также имеет замкнутую систему водоснабжения.

· Постройка установки для вдувания отходов в ДП осуществляется в условиях развитой инфраструктуры металлургического предприятия, что предпочтительнее постройки мусоросжигающего завода «с нуля».

· Многие металлургические предприятия находятся в крупных городах или регионах, то есть около источников образованиях утилизируемых отходов.

· Уничтожение отходов пластмассы в ДП приводит не только к прямому экологическому эффекту, но и сберегает замещаемые природные ресурсы: кокс, природный газ, мазут, уголь. Это дает еще и косвенный экологический эффект. Например, вредные выбросы при производстве кокса в десятки раз превышают выбросы при получении и использовании замещающего его материала.

Об использовании технологии E.S.C.H.

Вдувание отходов пластмассы в виде крупнозернистого гранулированного или пеллетированного (спрессованного) материала производится в нижнюю часть ДП с помощью инжекционных копий. Каждое копье устанавливается в модернизированную фурму воздушного дутья. Максимальное число копий может соответствовать числу фурм. Функции приема материала на территории металлургического предприятия, его промежуточного хранения (определенного запаса), транспортировки по трубам, дозирования и вдувания в ДП выполняет установка E.S.C.H. (рис.1, рис. 2).

Рисунок 1. Место технологии E.S.C.H в общем процессе утилизации отходов пластмассы в ДП

1 - сильно смешанные отходы пластмассы; 2 - измельчение; 3 - грануляция или пеллетирование; 4 - обработка материала на территории металлургического предприятия с помощью установки E.S.C.H (прием, хранение, транспортировка, дозирование и инжекция в ДП); 5 - получение чугуна в ДП для выплавки стали.

бытовой отход альтернативное топливо

Изготовителем и поставщиком установок для инжекции является предприятие E.S.C.H. Engineering Service Center und Handel GmbH. Материал подготавливается внешней фирмой и транспортируется к бункерам установки E.S.C.H.

Размещено на Allbest.ru