Переработка твердых бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

План:

1. Вступление……………………………………………………….стр. 3

2. Что такое ТБО?…………………………………………….….стр. 5

2.1 Проблемы мусорной свалки…………………………….…стр. 6

2.2 Мегаватты из отходов………………………………….……стр. 7

2.3. Безотходная переработка отходов…………………………..стр. 8

2.4 Диоксины и фураны………………………………………….стр. 10

2.5 Ситуация в России и Москве………………………………..стр. 10

2.6 Дешевый завод для крупного города ………………………стр. 12

3. Технологии Переработки……………………………………….стр. 14

3.1 Cжигание и пиролиз ТБО…………………………………….стр. 14

3.2 Действующие схемы переработки, и оборудование……….стр. 18

3.3 Работа с максимальной пользой!…………………………….стр. 20

4. Cписок использованной литературы……………………….…стр. 22

1. Вступление.

Введение

Экономика природопользования - часть экономической науки, предметом изучения которой являются два раздела: экономика природных ресурсов и экономика охраны окружающей среды. Главная эколого-экономическая задача - нормализация воздействия человеческой деятельности на окружающую среду. Я решила разобраться с этой темой на примере свалок ТБО.

Дымящиеся свалки, кучи выброшенного хлама. Разлагаясь, они отравляют воздух, почву, подземные воды и превращаются, таким образом, в серьезную опасность для окружающей среды и человека. Подсчитано, что каждый год в стране скапливается только твердых бытовых отходов 140 миллионов кубометров.

Во всем мире переработка и утилизация бытовых отходов становятся все более злободневной проблемой. Главным образом это касается крупных густонаселенных городов, где ежегодно скапливаются миллионы кубометров всевозможного мусора Проблему уничтожения такой огромной массы, бесспорно, можно отнести к категории экологических, с другой стороны, она самым тесным образом связана с решением сложных технических и экономических вопросов.

Среди методов ликвидации отходов в настоящее время первое место принадлежит полигонам твердых бытовых отходов, на которые вывозят порядка 90-95% отходов (сжигание составляет не выше 10%). При этом сложилось устойчивое мнение: будь-то бы, если ТБО складируются, то тем самым они обезвреживаются. Это далеко от истины. Полигоны - мины замедленного действия, которые будут действовать десятки лет, нанося огромный экологический и социальный ущерб природной среде и, тем самым, населению.

По результатам работ различных авторов, исследовавших все аспекты размещения ТБО на полигонах, отмечается не только сильное поверхностное загрязнение почв на больших территориях, но и подземных вод и грунтов до глубин более 20 м. При этом установлено, что воды фильтратов являются также источником загрязнения поверхностных вод по: Fe, Ba, Cr, P, Ti, Ni, нитратам, аммонию, Cl от 2 до 100 ПДК. Кроме того, в состав загрязняющих компонентов при многократном превышении ПДК входят: Co, W, Mo, V, Zr, Pb, Bi, Zn, Li, Sr и т.д. Воды эти токсичны для живых организмов.

Помимо этого на природную среду оказывает влияние выделение биогаза - метана, кислорода, углекислого газа, содержание которых может составлять десятки процентов. Эти величины превышают санитарные нормы и могут вызвать удушье человека. Биохимическое разложение и химическое окисление материала свалки может сопровождаться образованием очагов выделения тепла с повышением температур до 75°С, т.е. возможно самовозгорание отходов. Гниение материала ТБО сопровождается распространением запаха на расстояние более 1 км.

Вторым направлением утилизации ТБО является переработка в органическое удобрение (компост). Из известных методов переработки (с продувкой воздуха в штабелях, в сетчатых камерах, на жалюзийных полках, в вертикальных башнях) наиболее эффективным и гигиеничным на сегодняшний день является метод биопереработки во вращающихся цилиндрических барабанах (диаметром до 4 метров и длиной до 30-60 метров). Процесс происходит в полной изоляции от человека.

Трудность осуществления данного метода состоит в необходимости сложной сортировки и предварительной переработки ТБО, т.к. в России отсутствует система целевого сбора отсортированного и незагрязненного вторичного сырья у населения, что влечет за собой необходимость строительства дополнительного завода по сортировке мусора для разделения и сбора вторичного сырья: пленка, бумага, черные и цветные металлы, стекло.

К сожалению, из-за низкой экологической культуры населения в бытовые отходы попадают краски, батарейки, люминисцентные лампы и многое другое, что может привести к перенасыщению компоста тяжелыми металлами и вредными компонентами.

В связи с этим в работе предлагается метод безотходной утилизации ТБО. Суть предлагаемого решения сводится к проведению ряда технологических стадий переработки органических отходов в зависимости от агрегатного состояния. Твердые органические отходы в смеси с окисью кальция переводятся в карбид кальция. Жидкие и газообразные отходы превращаются в синтетические нефтепродукты путем пропускания их через карбид кальция в сверхкритических для ацетилена условиях T>=500°C и P>=0,2 МПа и последующей конденсацией и сепарацией полученных продуктов.

Новизна этого решения состоит в осуществлении последовательных вышеназванных химико-технологических стадий превращения отходов в ценное энергетическое сырье (сначала в карбид кальция, затем в углеводороды нефтяного ряда) При этом глубина утилизации достигает 90% и более.

Ожидаемые научные результаты сводятся к существенной корректировке наших знаний о гидролизе ионных карбидов. Принято считать, что при взаимодействии карбида кальция с водой образуется ацетилен. Ацетилен является неустойчивым газом, так нагретый до 500°C ацетилен взрывается (без кислорода или другого окислителя) при P<0,2 МПа. Следовательно, если проводить взаимодействие CaC₂ с H₂O при Т>=500°C и P>=0,2 МПа, то в этих условиях ацетилен существовать, а следовательно, образовываться не может.

Но и карбид кальция в присутствии воды существовать не может. Условий выше критического для ацетилена бесконечно много. Схематично этот процесс можно записать в следующем виде:

CaC₂ + H₂O > CaO + CH₄ (газ)

CaC₂ + H₂O > CaO + CH₃ (газоконденсат)

CaC₂ + H₂O > CaO + CH₂ (нефть)

CaC₂ + H₂O > CaO + CH (графит)

1. Что такое ТБО?

Экологическую обстановку в городах с высокой плотностью населения независимо от того, есть в них вредные производства или нет, во многом определяет состояние системы санитарной очистки от непромышленных отходов. К ним относятся главным образом твердые бытовые отходы, или ТБО, как называют их специалисты. Так обозначают весь мусор, который ежедневно скапливается в наших домах и квартирах и проделывает путь от мусоропровода до дворового контейнера и дальше до городской свалки. Сюда же относятся отходы, сопровождающие деятельность коммерческих и производственных фирм, пользующихся услугами коммунальных служб, садовый и уличный мусор, листва и некоторые другие.

Существуют рассчитанные на год нормы накопления бытовых отходов на одного человека, на одно место в гостинице, на квадратный метр торговой площади магазина и т.д. В крупных городах на нормы накопления мусора, как правило, влияют уровень развития легкой и пищевой промышленности, индустрии упаковочных материалов, климатическая зона и, конечно же, менталитет и благосостояние населения. В промышленных городах центральной части России норма отходов на душу населения оценивается сейчас в 225-250 килограммов в год. Для сравнения: в развитых европейских странах, таких, как Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Италия, Нидерланды, Швеция, Швейцария, Япония, этот показатель уже в 1995-1996 годах достиг 340-440 килограммов, в Австрии и Финляндии - свыше 620, а в США превысил 720 килограммов на одного человека в год.

Постоянные компоненты бытовых отходов, обычно попадающие в дворовые контейнеры, - бумага, картон, пищевые остатки, текстиль, древесина, листва, черный и цветной металл, кости, стекло, кожа, резина, камни, керамика, полимерные материалы. Зачастую туда же выбрасываются крупногабаритные отходы: строительный мусор, отслужившая свой век мебель, бытовая техника и другие. Многие отходы токсичны. Только одна «пальчиковая» батарейка заражает солями тяжелых металлов и химикатами 20 кубометров мусора, а с разбитыми термометрами и ртутьсодержащими приборами на свалки ежегодно попадает большое количество ртути, во Франции эта цифра подсчитана - 5 тонн.

Доля полимерных материалов в бытовых отходах за последние 30 лет резко возросла во всех развитых странах. В Японии и Италии она составляет сейчас 10-15%, в Москве - 6%.

Последние 20-25 лет при более или менее постоянном составе всех прочих компонентов в общей массе отходов растет доля полимерных материалов. В промышленно развитых странах, таких, как Япония и государства Европейского Союза, она наибольшая - 10-15%, в Москве - всего 6%, но рост налицо: в 1960 году доля полимеров в бытовых отходах столицы составляла 0,7%. Это, очевидно, связано со все большим применением полимерной упаковки, которая в 1960-х годах была большой редкостью.

Проблемы мусорной свалки

Самый распространенный до последнего времени способ борьбы с бытовыми отходами в городах - вывоз их на свалки - не решает проблему, а, прямо скажем, усугубляет ее. Свалки - это не только эпидемиологическая опасность, они неизбежно становятся мощным источником биологического загрязнения. Происходит это из-за того, что анаэробное (без доступа воздуха) разложение органических отходов сопровождается образованием взрывоопасного биогаза, который может представлять угрозу для человека, вредно воздействует на растительность, отравляет воду и воздух. Более того, главный компонент биогаза - метан - признан одним из виновников возникновения парникового эффекта, разрушения озонового слоя атмосферы и прочих бед глобального характера. В общей сложности из отходов в окружающую среду попадает более ста токсичных веществ. Нередко свалки горят, выбрасывая в атмосферу ядовитый дым.

Под полигоны для мусора на десятки лет отчуждаются громадные территории, их, безусловно, можно было бы использовать с большей пользой. И, наконец, чтобы обустроить полигон и содержать его на уровне современных экологических требований, нужны большие средства. Очень дорого обходится рекультивация закрытых (уже не действующих) полигонов. Это целый комплекс мер, цель которых - остановить вредное воздействие свалок на окружающую среду, в том числе на почву и подземные воды. Рекультивация всего лишь одного гектара мусорного полигона обходится сегодня в 6 миллионов рублей. Велики и транспортные расходы на перевозку отходов, поскольку свалки, как правило, располагаются далеко от города.

Мегаватты из 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.



д.з. - действующие заводы; с.з. - строящиеся заводы; п.з. - планируемые заводы. 1 - Берлин; 2 - Гамбург; 3 - Киль; 4 - Бремен; 5 - Эссен; 6 - Дюссельдорф; 7 - Бонн; 8 - Аахен; 9 - Франкфурт; 10 - Гейдельберг; 11 - Штутгарт; 12 - Нюрнберг; 13 - Мюнхен. Все действующие мусоросжигательные заводы Германии расположены на территории бывшей ФРГ. В ГДР, как и в других странах социалистического лагеря, мусор в основном вывозили на свалки.

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. Еще в 1990 году в Японии сжигалось 74% отходов, в Швейцарии - 77%, в Дании - 54%. В прошлом году в Германии работало 57 мусоросжигательных заводов, в Великобритании - 23, а к концу века планируется ввести в строй еще 22. В США количество отходов, сжигаемых в установках с выработкой энергии, должно увеличиться с 30 миллионов тонн в 1990 году до 70 миллионов тонн в 2000-м.

Безотходная переработка отходов

Сейчас в мировой практике применяется больше десятка технологий сжигания бытовых отходов. По оценке Всероссийского теплотехнического института (ВТИ), вырабатываемая при их реализации тепловая энергия наиболее эффективно используется в трех случаях: при сжигании твердых отходов на колосниковых решетках, в топке с псевдоожиженным (кипящим) слоем и по технологии, называемой «Пиролиз - высокотемпературное сжигание».

Сжигание на колосниках в слоевой топке считается самой распространенной технологией. По этому методу работают большинство зарубежных мусоросжигательных заводов и все, построенные до настоящего времени в России. Сжигание отходов в топках с псевдоожиженным слоем широко распространено в Японии. В Европе таких заводов только два - в Испании и Германии, строительство еще двух ведется во Франции и в России (Москва). В США работает завод по сжиганию отходов в циркулирующем псевдоожиженном слое. К сожалению, обе эти технологии не решают проблему утилизации и обезвреживания твердых остатков - шлака и особенно летучей золы, которая улавливается системой газоочистки. Но если шлак можно использовать, например на засыпке оврагов или в строительстве (см. «Наука и жизнь» №5, 1996 г.), то золу приходится захоранивать на специально оборудованных полигонах, поскольку она адсорбирует тяжелые металлы и другие токсичные вещества. Есть и другие пути переработки твердых остатков, но все они требуют дополнительных материальных затрат.

На диаграмме показана энергетическая эффективность одиннадцати применяемых в США технологий переработки бытовых отходов. Наибольшим энергетическим эффектом обладают комбинированные методы с применением установок по утилизации материалов и сжиганию или непосредственное сжигание неподготовленных отходов с выработкой тепловой и электрической энергии, а наименьшим - компостирование с захоронением неорганических остатков: 1 - утилизация плюс сжигание; 2 - сжигание неподготовленных отходов; 3 - утилизация материалов с раздельным сбором плюс сжигание; 4 - непосредственное сжигание топлива, полученного из отходов; 5 - утилизация материалов с раздельным сбором плюс сжигание топлива, полученного из отходов; 6 - утилизация отходов с раздельным сбором плюс сжигание плюс компостирование; 7 - утилизация материалов с раздельным сбором плюс захоронение; 8 - захоронение со сбором газа; 9 - подготовка топлива, полученного из отходов, плюс компостирование; 10 - утилизация материалов с раздельным сбором плюс захоронение плюс компостирование; 11 - компостирование отходов плюс захоронение.

Обезвредить золу и шлак позволяют комбинированные технологии сжигания отходов при высокой температуре. К ним относится, например, практически безвредная комбинированная технология немецкой фирмы «Сименс» под названием «Пиролиз - высокотемпературное сжигание». С ее внедрением переработка ТБО стала почти полностью безотходной.

Первый крупномасштабный завод, работающий по данной технологии, построен в городе Вюрте (Германия). Новый метод сочетает в себе низкотемпературный пиролиз (обработку отходов без доступа кислорода) и последующее их сжигание при высокой температуре. Сейчас на заводе идут промышленные испытания. После начала эксплуатации он сможет принимать 100000 тонн бытовых отходов в год.

Комбинированная технология фирмы «Сименс» выгодно отличается от прочих тем, что, во-первых, из бытовых отходов получают материалы, пригодные для использования практически без дальнейшей обработки. Во-вторых, выходящие из установки газы по степени очистки отвечают самым строгим требованиям, более того, зачастую содержание в них вредных веществ гораздо ниже установленных пределов. Наконец, метод дает возможность использовать выделяемое при сжигании отходов тепло для производства электроэнергии и централизованного теплоснабжения или направлять его на технологические нужды.

Диоксины и фураны

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, особенно после взрыва на химическом предприятии в городе Севезо в Италии. Тогда облако, содержащее в больших концентрациях диоксин, распространилось на территории 16 квадратных километров и вызвало массовое отравление людей и домашних животных.

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. Температура их горения относительно низкая - до 600^оС. При таком режиме образуется в десятки раз больше диоксинов и фуранов, чем на мусоросжигательных заводах, где используется высокотемпературный процесс (свыше 1000^оС). 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.

Ситуация в России и Москве

По сравнению с Западной Европой утилизация отходов в России имеет ряд особенностей. Главные из них - суровый климат и сбор всех отходов в общий контейнер без предварительной сортировки. Из-за большой доли несгораемых веществ и высокой влажности бытовых отходов их калорийность невысока - всего 1000-1500 ккал/кг. Это почти в два раза ниже, чем в большинстве городов Европы, США и Японии. Объемы промышленной переработки и утилизации мусора в стране до сих пор ничтожно малы. Сейчас действуют всего лишь 7 заводов по термической переработке отходов, причем два из них реконструируются, а остальные работают не на полную мощность. На всех этих предприятиях, вместе взятых, обезвреживается меньше 1% бытовых отходов.

Для строительства новых заводов нужны большие материальные средства, а переработка отходов на тех, что есть, экономически невыгодна из-за устаревшей технологии. Первое обстоятельство связано с тем, что нет отечественного оборудования, а закупать его за рубежом очень дорого, второе - с неэффективным использованием тепловой энергии и невысокой теплотворной способностью самих отходов, хотя их приравнивают к низкокалорийным топливам, таким, как сланцы или торф.

Проблема избавления от мусора стоит наиболее остро в крупных городах, особенно в Москве. Население столицы приближается к 9 миллионам человек, а вместе с приезжими превышает 10 миллионов. Каждый год Москва выбрасывает около 10 миллионов кубометров мусора (бытовых отходов, осадков водопроводной, канализационной сети и ливневоочистных сооружений). Большая их часть добавляется к накопившимся за многие годы горам отходов на столичных свалках. Вокруг Москвы их свыше двухсот. Самые большие по площади - Тимохово, Хметьево, Саларьево, Щербинка. Кроме санкционированных часто образуется множество так называемых самовольных свалок. Кучи мусора можно встретить в поймах рек, в лесах и вокруг дачных участков. В Московской области свалки занимают свыше 800 гектаров.

Переработка бытовых отходов в столице многократно усложняется из-за высокой плотности населения - более 3 тысяч человек на квадратный километр. По решению правительства Москвы эту задачу в целом решают городские власти, а сбор и вывоз мусора возложены на административные округа. В ближайшем будущем в Москве будут построены 6 мусоропрессовочных станций, несколько мусоросжигательных заводов, намечено реконструировать существующие предприятия и рекультивировать закрытые полигоны. На юго-востоке столицы, например, всего в нескольких километрах от кольцевой дороги, на промышленной площадке «Руднево» строится новый завод с тремя технологическими линиями, каждая производительностью 13,5 тонны в час. Отходы здесь будут сжигаться в псевдоожиженном вихревом слое. Завод начнет работать в конце 1998 - начале 1999 года. Примерно в это же время будет завершена реконструкция мусоросжигательного завода №2 - его производительность поднимется до 150 тысяч тонн отходов в год. Оба завода оснащаются разветвленными многоступенчатыми системами газоочистки, они будут отвечать принятым в Германии, кстати, самым строгим в Европе, ограничениям по содержанию вредных веществ в дымовых газах.

Дешевый завод для крупного города

Для большинства промышленных городов России - Челябинска, Магнитогорска, Екатеринбурга и многих других - очень важно, чтобы строительство мусоросжигательного завода было под силу городскому бюджету. Для того чтобы снизить капитальные затраты, нужно оснастить завод отечественным оборудованием. Но не менее важно выбрать рациональную технологическую схему, которая позволила бы совместить работу завода с ТЭЦ или котельной и тем самым повысить экономичность переработки отходов. Специалисты подсчитали, что для городов с населением 500-600 тысяч человек оптимальным будет завод производительностью 120-150 тысяч тонн бытовых отходов в год, а наиболее экономичным способом использования энергии - отпуск тепла. С учетом этого во Всероссийском теплотехническом институте сейчас разрабатывается отечественная технология сжигания твердых бытовых отходов, созданная под оборудование российского производства.

Примером может служить строящийся мусоросжигательный завод в Тракторозаводском районе Челябинска, который будет работать в единой системе с городской ТЭЦ-2. Его технологическая схема достаточно проста: вода с ТЭЦ поступает на завод, где в котлоагрегатах вырабатывается пар. оттуда одна его часть через общий коллектор с ТЭЦ подается потребителям, другая - на технологические нужды мусоросжигательного завода. Себестоимость переработки отходов в этом случае значительно ниже, чем при автономной схеме.

Отходы поступают на переработку без какой-либо предварительной подготовки. Подъехавшие мусоровозы проходят через автовесовую и сразу направляются по эстакаде в приемное отделение на разгрузку. Приемный бункер, рассчитанный на трехсуточный запас отходов, обслуживается двумя мостовыми грейферными кранами грузоподъемностью по 10 тонн. С помощью многочелюстных захватов - грейферов ТБО перемешиваются и из них удаляются крупногабаритные предметы. Затем отходы попадают в топку мусоросжигательного котла. Для его растопки и стабилизации горения влажных отходов используются четыре газовые горелки. Одновременно с отходами в топку подают негашеную известь-пыленку. Она связывает вредные примеси (HCl, HF и SO₂) в дымовых газах. На подвижной решетке начинается процесс подсушивания отходов горячим воздухом и потоком тепла из топки. Продвигаясь дальше, отходы воспламеняются и интенсивно горят. Вращающиеся валки под колосниковой решеткой помогают интенсивной шуровке (ворошению) отходов и одновременно перемещают их из одной температурной зоны в другую, включая зону максимальных температур (950-1000^оС). В конце топочной камеры остатки отходов догорают и остывает шлак, который потом сбрасывается в устройство выгрузки. Далее на входе в котел-утилизатор, в так называемой зоне дожигания, поток газов интенсивно перемешивается с воздухом, в результате дожигается токсичный оксид углерода. Процесс горения отходов регулируется и контролируется с центрального диспетчерского пульта, оснащенного компьютером.

Котел-утилизатор и расположенная под ним топка скомпонованы как одно целое. С котлом соединяется первый подъемный газоход. Газы проходят по нему при температуре 850-1000^оС в течение 2 секунд. За это время успевают разложиться почти все наиболее токсичные вещества (диоксины и фураны). Далее дымовые газы попадают в циклоны (сепараторы), затем в полусухой абсорбер и роторный фильтр, а оттуда зола и продукты газоочистки поступают в систему золоудаления. Такая многоступенчатая система очистки дымовых газов дает хорошие результаты - концентрация вредных веществ на выходе из дымовой трубы не превышает нормативов зарубежных установок.

Шлак, зола и продукты газоочистки направляются в бункеры-накопители, но предварительно шлак очищается на магнитном сепараторе от металла. Отделенный металл пакетируется на прессе и идет во «Вторчермет», а зола и продукты газоочистки специальным транспортом направляются на переработку. Шлак грузится на самосвалы и вывозится на предприятия строительной индустрии. Там из него делают шлакоблоки или используют на строительстве дорог.

Чтобы достичь запланированной производительности - 150 тысяч тонн твердых бытовых отходов в год, заводу нужны две технологические линии производительностью по 10 тонн в час при круглосуточном режиме работы. Все оборудование, включая газоочистное, на завод поставляют отечественные производители. Лишь один важный элемент мусоросжигательного агрегата - механическая решетка приобретается у фирмы ЧКД-Дукла (Чехия). Стоимость такого мусоросжигательного завода, как Челябинский, в несколько раз ниже стоимости аналогичных заводов, поставляемых зарубежными фирмами. Специалисты ВТИ считают, что опыт его строительства послужит примером для других городов России.

График иллюстрирует, как изменялось соотношение способов переработки бытовых отходов в США за последние 30-35 лет: если до середины 80-х годов объем захоронения отходов на свалках постоянно увеличивался, то в последнее десятилетие он пошел на спад; доля сжигания отходов с утилизацией тепла неуклонно растет, а без утилизации - резко падает практически до нулевого уровня.

Так что же такое мусоросжигательный завод? Дополнительный источник энергии и помощник в решении проблемы санитарной очистки городов от бытовых отходов, как считают энергетики и коммунальщики, или генератор диоксинов, как утверждают оппоненты? А что такое автомобиль? Средство передвижения или главный источник загрязнения атмосферы оксидом углерода и другими вредными веществами? Все зависит от того, в какие руки попадет автомобиль или мусоросжигательный завод, каков уровень компетентности их создателей и обслуживающего персонала и какова серьезность подхода к строительству и эксплуатации объекта. Пока же из двух «зол» между вывозом мусора на свалки и сжиганием его на мусоросжигательных заводах нужно безоговорочно выбирать наименьшее - сжигание.

2. Технологии переработки

переработка бытовой твердый отход

Cжигание и пиролиз ТБО

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% кап. затрат на строительство МСЗ.

Первая мусоросжигательная установка общей производительностью 9 т/ч введена в эксплуатацию в Москве в 1972 году. Она предназначалась для сжигания остатков после компостирования на мусороперерабатывающем заводе. Мусоросжигательный цех находился в одном здании с остальными цехами завода, который в связи с несовершенством технологического процесса и получаемого компоста, а также из-за отсутствия потребителя на этот продукт в 1985 году был закрыт.

Первый отечественный мусоросжигательный завод был построен в Москве (спецзавод №2). Режим работы завода - круглосуточный, без выходных дней. Тепло, получаемое от сжигания отходов, используется в городской системе теплоснабжения.

Институт «Гипрокоммунэнерго» спроектировал для Владивостока МСЗ, оборудованный МСК Брненского машиностроительного завода (ЧСФР) с горизонтальной переталкивающей колосниковой решеткой. На заводе смонтированы три агрегата, сжигающие в час в совокупности 18 т отходов.

Установка подобной конструкции спроектирована и в Тбилиси для ликвидации некомпостируемой части отходов. В отличие от Владивостокской здесь не. устройства для утилизации тепла уходящих газов. Ее производительность составляет 8 т/ч.

В 1973 году предприятие «ЧКД-Дукла» (ЧСФР) приобрело у фирмы «Дойче - Бабкок» (ФРГ) лицензию на изготовление МСК с валковой колосниковой решеткой. По внешнеторговым связям котлы, выпускаемые этим предприятием, приобретены для ряда городов нашей страны.

В 1980 году Кусинский машиностроительный завод и ПО «Сибэнергомаш» по техническому заданию «Харьковкоммунэнерго», ЦКТИ, АКХ и «Гипрокоммунэнерго» приступили к разработке отечественного МСК с валковой колосниковой решеткой производительностью 15 т/ч сжигаемых отходов. Котлоагрегат производительностью 3 т/ч Бийского котельного и Кусинского машиностроительного заводов применен на Владимирском экспериментальном МСЗ. В котлоагрегате использованы верхний и нижний барабаны котла типа ДКВР-10/13 с внесением минимально необходимых изменений в конфигурацию их трубной части. Котел принят государственной комиссией для повторного применения.

В 1984 году введен в эксплуатацию в Москве самый крупный отечественный мусоросжигательный спец. завод №3, основное технологическое оборудование для которого поставила фирма «Волунд» (Дания). Производительность каждого из четырех его агрегатов составляет 12,5 т сжигаемых отходов в час. Отличительная особенность агрегата - дожигательный барабан, установленный за каскадом наклоннопереталкивающих колосниковых решеток.

Опыт эксплуатации отечественных заводов позволил выявить ряд недостатков, влияющих на надежность работы основного технологического оборудования и на состояние окружающей среды. Для устранения обнаруженных недостатков необходимо:

· обеспечить раздельный сбор золы и шлака;

· предусмотреть установку резервных транспортеров для удаления золошлаковых отходов;

· повысить степень извлечения лома черных металлов из шлака;

· обеспечить очистку извлеченного металлолома от золошлаковых загрязнений;

· предусмотреть дополнительное оборудование для пакетирования извлеченного лома черных металлов;

· разработать, изготовить и установить технологическую линию по подготовке шлака для вторичного использования;

· установить дробилку для крупногабаритных отходов.

Удешевление сжигания ТБО

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

Следует рассмотреть возможность создания безотходного производства с использованием шлака и золы для дорожного строительства и стройиндустрии, обеспечив при этом извлечение остатков черного и цветного металлолома. Необходимо также предусмотреть в схеме завода двухступенчатую систему очистки выбросов, отвечающую самым жестким нормативам и требованиям. Аппараты очистки от летучей золы должны иметь эффективность не ниже 99%. Химическая очистка от газообразных загрязняющих веществ должна улавливать такие выбросы, как S0₂, NO₂, HCI и HF. Конструкция котлоагрегата должна обеспечивать полное дожигание органических и полиароматических веществ, образующихся в процессе горения отходов.

Пиролизные установки. В Академии коммунального хозяйства разработан проект установки и нестандартное оборудование для высокотемпературного пиролиза производительностью 800 кг/ч перерабатываемых ТБО. Основные узлы установки: реактор, воздухоподогреватель, охладитель газов, система газоочистки, система автоматического регулирования, газоходы и воздуховоды, вентилятор и дымосос. Первая в стране опытно-промышленная установка пиролиза некомпостируемых частей бытовых отходов (НБО) мощностью 30 тыс. т в год по перерабатываемому сырью, входящая в состав Ленинградского завода МПБО, проектировалась институтом «Гипрокоммунстрой» и «ЛенНИИГипрохим» на основании технологического регламента разработанного «ВНИИНефтехим». В комплекс установки входят три основных корпуса: подготовительный, приемный и дробильный.

В результате процесса пиролиза из сырья образуются парогазовая смесь и твердый углеродистый остаток (пирокарбон). Парогазовая смесь очищается от пыли в циклоне и далее проходит последовательно через конденсатор, в котором газовая фаза отделяется от жидких продуктов пиролиза (смеси смолы и воды). Газообразные продукты направляются вентилятором на сжигание в специальную топку.

Пирокарбон из пиролизного барабана через шлюзовой питатель выгружается на конвейер с погружными скребками и охлаждающей водяной рубашкой под днищем. Расфасованный в бумажные мешки пирокарбон отправляется на склад готовой продукции.

Таковы на сегодняшний день термические методы обработки твердых бытовых отходов.

Действующие схемы переработки, и оборудование

Мусоросортировочный комплекс для измельчения и сортировки твердых бытовых отходов (ТБО)



Пояснение:

Комплекс можно использовать как для вновь поступающих ТБО, так и для рекультивации действующих и «заброшенных» полигонов.
Производительность 60-80 куб. м/час.

Комплекс состоит из:

1. Загрузочного устройства (фронтальный погрузчик, или экскаватор с грейферным захватом, возможно использование отечественной техники).

2. Валковой дробилки DW 3080 «Mammut» (DW 2560 «Bison»).

3. Магнитного сепаратора для черных металлов.

4. Сортировочной установки барабанного типа (грохот) SM 618 profi.

5. Сортировочной установки для ручной сортировки DSA-1000.

6. Магнитного сепаратора для черных металлов (возможна установка сепаратора для цветных металлов).

Принцип работы

Поступающие ТБО загружаются в бункер дробилки, где происходит измельчение до размера = 30 см. Измельченные отходы на транспортной ленте проходят под ленточным магнитным сепаратором, происходит отбор черного металла и помещение его в накопительный бункер (около 3% от общего объема ТБО).

Далее ТБО поступают в грохот, где происходит отделение мелкой фракции до 5 см (по желанию можно установить барабан с размером ячейки от 10х10 мм до 150х150 мм; всего 30 вариантов ячеек) - около 15 -20% от общей массы ТБО.

После грохота отходы поступают в приемник ручной сортировочной установки. Скорость транспортной ленты установки возможно плавно регулировать до скорости 0,9 м/сек. Здесь вручную возможно производить отбор ПЭТФ бутылок и пластика (около 5-8%), цветных металлов (около 3%), бумаги и картона (около 20-25%) и т.п. В конце транспортной ленты установлен магнитный сепаратор для черных металлов (около 2%).

Оставшиеся ТБО поступают в накопительный бункер для вывоза на захоронение.

Возможности

Применение комплекса позволяет:

1. Уменьшить объем захороняемых ТБО примерно в 8-10 раз.

2. Извлечь из отходов примерно 40-45% вторичного сырья.

3. В результате измельчения и получения фракции материала менее 30 см и, соответственно, более плотной укладки захороняемых ТБО, исключается появление пустот и провалов поверхности полигонов.

4. Комплекс не требует капитального строительства, предназначен для работы под открытым небом и в зимних условиях.

5. Мобильность комплекса дает возможность использования его на других полигонах по мере их заполнения или на стихийных свалках, а также на строительных площадках и парковых зонах.

6. Автономность (каждая установка приводится в действие от своего дизельного двигателя) позволяет использовать отдельно каждую установку в зависимости от потребности.

Обслуживающий персонал

Обслуживание комплекса может производиться дистанционно одним техником или оператором погрузчика (экскаватора). Ручная сортировочная установка рассчитана на 4-8 рабочих места (в зависимости от поставленной задачи).

На каждом рабочем месте предусмотрено аварийное отключение движения транспортной ленты.

Дополнение

При необходимости возможна поставка «Компактора» для утрамбовки захороняемых отходов.

Комплекс поставляется в готовом к работе виде и готов к работе сразу» с колес».

Предложенное размещение установок условно и может менять конфигурацию в зависимости от габаритов площадки и заданных условий.



Мобильная дробилка «Бизон»» Mammut» (DW 2560 «Bison»).

Работа с максимальной пользой!

После длительной аналитической работы и сравнения характеристик различного оборудования мы остановили свой выбор на оборудовании, предлагаемых немецкой фирмой «Doppstadt». Это оборудование успешно работает в 34 странах мира, в том числе и в России.

Главная идея предлагаемой технологии - извлечение из мусора максимального количества полезных материалов и уменьшение объема отходов для вывоза на полигон.

Основные достоинства оборудования - мобильность, простота эксплуатации, ремонтопригодность, всепогодность, надежность.

Сам принцип очень прост:

1. Свезенные в течение дня ТБО на специально предназначенную площадку проходят первый этап сортировки (отбор крупногабаритных отходов по видам: металл, строительные отходы, дерево и т.п., что составляет 10-15% от общего числа поступивших ТБО).

2. Оставшиеся 85-90% твердых отходов измельчаются в валковой дробилке до размера не более чем 30 см.

3. Магнитные сепараторы удаляют черное железо (2-3% от объема).

4. Механическая сортировка. Позволяет отделить еще 15% мелкого песка, щебня, и просто мусора, который в дальнейшем используется для рекультивации тех же полигонов или при производстве компоста.

5. Магнитные сепараторы отделяют еще 2% металлических составляющих.

6. Воздушная сепарация позволяет разделить легкие бумажные и полиэтиленовые отходы, что составит еще 5-8%.

7. Ручная сортировка дает еще 25-30% используемых для последующей переработки материалов. Например: полиэтилен, ПЭТ-тара, пластик, цветные металлы, гофрокартон и пр.

Таким образом, на полигон для захоронения вывозится только 20% от завезенного первоначального количества ТБО.

Все оборудование исполняется в стационарном или мобильном варианте; может предвигаться в качестве прицепа за тягачем или автомобилем; может работать как под открытым небом, так и в помещении, в городской черте или на полигоне. По желанию оборудование устанавливаются дизельные или электрические приводные двигатели.

В предложенной технологии используется ручная сортировка. Но это в нашей действительности пока сознательная неизбежность, так как действующие на сегодня полностью автоматические сортировочные линии очень дороги, не совершенны, предъявляют очень серьезные требования к помещениям и обслуживающему персоналу и в наших условиях не реальны. Что подтверждает и западноевропейский опыт эксплуатации полигонов ТБО.

Cписок использованной литературы

переработка бытовой твердый отход

1. О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1998 году Государственный доклад М, 1999

2. Lund H F Industrial pollition control handbook, // New-York McGraw-Hill, 1971 570 p

3. Lewis С R, Edwards R E, Santora M A Incineration of industrial wastes // Chemical Engineering, 1976 v 83 №2 p 115-121

4. Способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов IIА В Воловик Патент Российской Федерации №2086850 10 авг>с1а 1997i

5.АС 1315738 СССР Способ переработки отходов в оарботируемом шлаковом расплаве If А Б Усачев, В А Роменецидр 1986 i

6. Головлева Л А. // Биотехнология защиты окружающей среды Конф 18, 19 октября 1994 г. - Пущино, 1993, с 3

7. Гончаров Л В Баранова В И Егоров Ю М и др // Труды Международной конференции Эволюция инженерных условий Земли» Под ред В Г Трофимова В А Королева М МГУ 1997

9. Матросов А.С. Проблемы санитарной очистки города Москвы. Известия Академии промышленной экологии, №1, 1997.

10. Эскин Н.Б., Тугов А.Н., Изюмов М.А. Разработка и анализ различных технологий сжигания бытовых отходов. Сборник. Москва, ВТИ, 1996.

11. Мусор - проблема физико-химическая. «Наука и жизнь» №7, 1978.

12. Экологический бумеранг. «Наука и жизнь» №5, 1996.

Размещено на Allbest.ru