Способы утилизации твердых бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

ВВЕДЕНИЕ

мусоросжигание свалочный газ утилизация

Бытовая жизнедеятельность человека образует после себя твердые бытовые отходы. Человек не может существовать не оставляя отходы сферы потребления. Принято считать, что в среднем на одного жителя земли в год накапливается 250 кг. мусора.

ТБО представляют собой изделия и материалы, не пригодные для дальнейшего использования в быту.

Это отходы, накапливающиеся в жилом фонде, учреждениях, предприятиях общественного назначения (школах, зрелищных и детских учреждениях, гостиницах, столовых и т.п.).

К твердым бытовым отходам, учитываемым нормой накопления, относятся отходы, образующиеся в жилых зданиях, включая отходы от текущего ремонта квартир, отходов продуктов сгорания в устройствах местного отопления, смет, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий и крупногабаритные предметы домашнего обихода.

Норма накопления ТБО изменяется, отражая состояние снабжения населения товарами, и в тоже время она в значительной мере зависит от местных условий.

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, таких как благосостояние населения, климат и др.. Огромное влияние оказывает система сбора в городе стеклотары и макулатуры. Он меняется зависимости от сезона и погодных условий,например, осенью происходит увеличение количества выбросов пищевых отходов, это связанно с большим увеличение фруктов и овощей в рационе питания человека. Бумага и картон составляют наиболее значительную часть ТБО (до 40% в развитых странах). Вторая по величине категория в России - это так называемые органические, в т.ч. пищевые, отходы; металл, стекло и пластик составляют по 7-9% от общего количества отходов. Примерно по 4% приходится на дерево, текстиль, резину и т.д. Количество муниципальных отходов в России увеличивается, а их состав, особенно в крупных городах приближается к составу ТБО в западных странах с относительно большой долей бумажных отходов и пластика.

По морфологическому признаку ТБО состоит из следующих компонентов:

1.бумага-газеты, журналы, упаковочные материалы

2.Пластмассы

3.Пищевые и растительные отходы

4.Различные металлы(цветные и черные)

5.Стеклобой

6.Текстиль

7.Древесина

8.Кожа, резина

9.Кости

10.Смет

11.Пищевые отходы

В настоящее время деятельность жилищно-коммунального хозяйства в области управления ТБО сопровождается весьма большими потерями ресурсов, а также увеличением загрязнения окружающей среды. Первым этапом системы управления отходами является организация сбора в местах их образования. Сбор производится в металлические контейнеры, устанавливаемые на территории домовладения. Тип и вместимость применяемых контейнеров зависят от количества накапливаемых отходов, типа и этажности застройки, а также от способа погрузки и вывоза ТБО. Изготовленные из металла контейнеры обладают значительной массой, невысокой коррозионной стойкостью и адгезией к влажным отходам, а также большими затратами на их эксплуатацию. Срок службы таких контейнеров не превышает 2 лет, что в 2 - 2,5 раза ниже нормы. Фактические потери страны составляют 5-7млн.т листовой стали ежегодно. В России выпускается достаточно широкий спектр машин для вывоза ТБО, которые отличаются : - назначением (машины для вывоза отходов из жилых и общественных организаций, машины для вывоза крупногабаритных отходов); - вместимостью кузова (мини-мусоровозы вместимостью 7 - 10 куб. м; средние вместимостью 16 - 45 куб. м; большегрузные транспортные мусоровозы вместимостью более 45 куб. м); - механизмами загрузки отходов; - характером процесса уплотнения отходов (непрерывный, циклический); - системой выгрузки отходов из кузова (самосвальный или принудительный с помощью выталкивающей плиты). Сопоставление показателей технического уровня выпускаемых отечественной промышленностью специальных машин для санитарной очистки городов с лучшими зарубежными аналогами показало, что отечественные машины в основном обеспечивают технологический процесс загрузки, транспортирования и выгрузки ТБО, но отстают от лучших зарубежных образцов по следующим показателям : - массе машин и спецоборудования; - номинальной мощности двигателя; - расходу топлива; - эффективности работы гидравлического привода рабочих органов. Отсутствуют отечественные машины для обслуживания городов Севера и Крайнего Севера, которые должны выполняться в специальном исполнении, что увеличивает в 2 - 2,5 раза себестоимость удаления ТБО в этих районах. Также не выпускаются серийно машины для мойки несменяемых контейнеров, что ухудшает экологическую обстановку в городах. В связи с ростом городского населения все большее значение приобретает проблема вывоза отходов на дальнее расстояние. Среднее по России расстояние вывоза ТБО составляет 20 км, в крупных городах с населением более 500 тыс. жителей оно возрастает до 45 км и более. По данным обследования 100 городов РФ (без Москвы и Санкт-Петербурга), около 45% всех ТБО транспортируются на расстояние 10 - 15 км, 40% - на 15 - 20 км, а 15% всех отходов - на более чем 20 км. Как показывают статистические данные, дальность вывоза ТБО ежегодно возрастает в среднем на 1,5 км, а себестоимость их транспортировки соответственно на 15 - 20%. Одним из реальных путей сокращения транспортных расходов является переход к двухэтапной системе вывоза ТБО с применением мусороперегрузочных станций (МПС) и большегрузных транспортных мусоровозов. Анализ показывает, что путем внедрения двухэтапного вывоза можно сократить транспортные расходы на 30%. Одновременно сокращаются выбросы в атмосферу от мусоровозного транспорта. Накопление ТБО в РФ в 1998 году составило около 30 млн. т. С учетом увеличения удельных норм накопления прогнозируется их рост к 2005 году до 35 млн. т. Основная масса ТБО вывозится из городов и поселков городского типа на свалки и полигоны, занимающие в стране свыше 40 тыс. га земли; кроме того, около 50 тыс. га составляет площадь закрытых (заполненных) свалок и полигонов. Дополнительно ежегодно для захоронения ТБО отчуждается около 1 тыс. га. Из всего количества полигонов только около 8% отвечают санитарным требованиям, большинство полигонов представляют значительную эпидемиологическую опасность, нарушают природный ландшафт и являются источником загрязнения почвы, подземных и грунтовых вод, атмосферного воздуха. Следует отметить, что, несмотря на опасность для окружающей среды, многие из уже переполненных и формально закрытых полигонов продолжают принимать значительные объемы ТБО, что обеспечивает их владельцам получение высоких доходов. При обращении с ТБО необходимо учитывать, что они содержат ценные утильные компоненты. В табл. 1 представлен ориентировочный морфологический и физико-химический состав ТБО городов России, расположенных в разных климатических зонах.



Таблица 1 - МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТБО ДЛЯ РАЗНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН, % ПО МАССЕ

Компонент	Климатическая зона
	средняя	южная	северная
Морфологический состав ТБО
Пищевые отходы	35...45	40...49	32...39
Бумага, картон	32...35	22...30	26...35
Дерево	1...2	1...2	2...5
Черный металлолом	3...4	2...3	3...4
Цветной металлолом	0,5...1,5	0,5...1,5	0,5...1,5
Текстиль	3...5	3...5	4...6
Кости	1...2	1...2	1...2
Стекло	2...3	2...3	4...6
Кожа, резина	0,5...1	1	2...3
Камни, штукатурка	0,5...1	1	1...3
Пластмасса	3...4	3...6	3...4
Прочее	1...2	3...4	1...2
Отсев (менее 15 мм)	5...7	6...8	4...6
Физико-химический состав ТБО
Зольность на раб. массу, %	10...21
Зольность на сух. массу, %	20...32
Органическое вещество на сухую массу, %	68...80
Влажность, %	35...60
Плотность, кг/куб. м	190...200
Теплота сгорания низшая на рабочую массу, кДж/кг	5000...8000
Агрохимические показатели, % на сухую массу
Азот общий N	0,8...1
Фосфор P2О5	0,7...1,1
Калий К2О	0,5...0,7
Кальций СаО	2,3...3,6

Как видно из приведенных данных, ТБО российских городов содержат такие ценные компоненты, как бумага, картон, стекло, полимерные материалы, металлы. При захоронении ТБО на полигонах эти утильные фракции безвозвратно теряются. В частности, теряется 9 млн. т макулатуры, 1,5 млн. т черных и цветных металлов, 2 млн. т полимерных материалов, 10 млн. т пищевых отходов, 0,5 млн. т стекла.



1. СПОСОБЫ УТИЛИЗАЦИИ ТБО

В мировой практике до настоящего времени подавляющее количество ТБО все еще продолжают вывозить на свалки (полигоны) : в СНГ на свалки вывозят 97% образующихся ТБО, в США - 73%, в Великобритании - 9О%, в Германии - 70%, в Швейцарии - 25%, в Японии - около 30%. Недостатки складирования ТБО на свалках: большая потребная площадь земли, сложность организации новых свалок в связи с отсутствием свободных земельных участков, значительные затраты на транспортировку ТБО, потеря ценных компонентов ТБО, экологическая опасность (загрязнение грунтовых вод и атмосферы, распространение неприятных запахов, потенциальная опасность в отношении пожаров и распространения инфекций и пр.).

В мировой практике нашли промышленное применение четыре метода переработки ТБО: термическая обработка (в основном сжигание); биотермическое аэробное компостирование (с получением удобрения или биотоплива); анаэробная ферментация (с получением биогаза); сортировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов для вторичного использования).

Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, свои оптимальные области применения, зависящие главным образом от морфологического состава ТБО и региональных условий.

Наиболее рациональным методом переработки ТБО является мусоросжигание. Его зарождение относится еще к 1870 г. Основное его преимущество - сокращение объемов отходов более чем в 10 раз, а их массы - в 3 раза. Главный же недостаток прямого сжигания необработанных ТБО связан с серьезной опасностью загрязнения атмосферы вредными выбросами.

Компостирование - это биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами. В биохимических реакциях взаимодействуют органический материал, кислород и бактерии, а выделяются углекислый газ, вода и тепло. В результате саморазогрева до 60-650С происходит уничтожение большинства болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Продуктом компостирования является органическое удобрение - компост или биотопливо (сырой компост).

Третий метод промышленной переработки ТБО - получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов ТБО - чаще всего используется непосредственно на полигонах захоронения.

С середины 60 годов находит практическое применение 4-й метод переработки ТБО - их механизированная сортировка. В настоящее время в различных странах действует несколько десятков заводов, применяющих сортировку ТБО (извлечение металлов, легкой фракции, стеклобоя и др.).

2. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ И РЫНОК ПРОДУКЦИИ НА ЕГО ОСНОВЕ

Одним из основных показателей, определяющих эффективность системы обращения с твердыми отходами, является степень их утилизации. Разработанные процессы первичной сортировки ТБО, а также ручного или механизированного разделения на предприятиях по их переработке позволяют выделить такие ценные компоненты отходов, как черный и цветной металл, пластмасса, стекло, и превратить основную массу ТБО в органическое удобрение, тепловую энергию, строительные материалы.

Таким образом, уже на сегодняшнем уровне технологии утилизации имеется возможность практического использования более 70% ТБО.

Проблема подготовки утильных фракций и превращения их во вторичное сырье не всегда решается просто и эффективно. Отходы черного и цветного металла после отделения от основной массы ТБО прессуются и пакетируются, что обеспечивает их готовность к отправке на соответствующие литейные производства.

Отходы стекла могут быть использованы для переработки в изделия из технического стекла, например, для строительства, где чистота стекла не имеет определяющего значения.

Основные трудности вторичного использования полимерных материалов обусловлены двумя факторами: загрязнением и несоответствием свойств вторичного полимера свойствам исходного сырья (гранул для переработки из расплава). Оценка стоимости переработки вторичной полимерной тары в те же изделия показывает, что этот процесс невыгоден - предматериал требуемой чистоты получается дороже исходного и потому неконкурентоспособен.

Анализ применения вторичной пластмассы ориентирует ее рынок прежде всего на неполимерные области, например на производство древесно-полимерных плит, бетона и т.п. Для этих целей не требуется столь высокой степени очистки и сортировки вторичных полимеров. Однако и в этом случае процессы их сбора, подготовки и переработки должны осуществляться под строгим контролем. Основные этапы такой работы включают в себя:

- определение технических требований к вторполимеру для конкретного применения;

- разработка материала на основании заданных его характеристик;

- проверка качества изготовленного материала.

Первый этап особенно эффективен при работе с постоянными поставщиками ТБО, в частности с торговыми и промышленными предприятиями. Отходы розничной торговли представлены в основном упаковочной пленкой различной толщины. Отходы предприятий - некондиционной продукцией и собственно отходами, например, процессов гранулирования или литья.

Особое место среди полимерных отходов занимают бутылки для напитков из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Объем их производства по стране превышает 200 тыс. т в год. Для производства таких бутылок используют специальный пищевой полиэфир, не содержащий, в частности, альдегидов. Основное производство ПЭТФ, созданное в СССР, находится в настоящее время в Белоруссии. Небольшое производство этого полимера в Курске не обеспечивает необходимым сырьем выпуск волокна лавсан. Пищевой ПЭТФ поступает из-за границы. Поэтому проблема вторичного использования бутылок стоит крайне остро. Регенерированный ПЭТФ может быть использован для изготовления полиэфирного штапельного волокна-наполнителя утепленных изделий (курток, пальто и т.п.), для ковровых изделий, контейнеров, лотков и поддонов для непищевых продуктов, бамперов, решеток и дверных панелей автомобилей и т.п. В настоящее время основная трудность использования бутылок связана с их отбором и транспортировкой к месту переработки. Радикальным решением этого вопроса может быть создание заводов по механизированной переработке ТБО с отбором бутылок как одной из утильных фракций.

Несмотря на рост производства синтетических полимеров и изделий из них, природные полимеры, и в первую очередь целлюлоза, еще продолжительное время будут иметь преобладание в общем объеме производства полимерных материалов технического и бытового назначения. В настоящее время годовое производство только двух видов продукции - бумаги и волокна на основе целлюлозного сырья - в пять-шесть раз превышает объем выпуска синтетических полимерных материалов. Это соотношение увеличивается еще больше при учете использования целлюлозных материалов в строительстве.

Следовательно, количество макулатуры в отходах будет увеличиваться, что подтверждают данные исследований за последние десять лет. Поскольку целлюлозный материал универсален, он широко применяется для изготовления полиграфической продукции, упаковки, тепло- и электроизоляции и т.п. Однако необходимо учитывать, что на характеристики отходов целлюлозного материала оказывают влияние фактор времени, соли тяжелых металлов, влага, загрязненность гидрофобизирующими пропитками и ряд других факторов.

Рост доли макулатуры в ТБО не привел к увеличению использования ее в промышленном секторе экономики. Объем макулатуры в производстве продукции за пять последних лет упал в 16,5 раза, однако уровень использования макулатуры по отношению к объемам ее образования снизился в целом с 22,6 до 3,3%.

Снижение доли использованной макулатуры вызывает необходимость включить в оборот целлюлозно-бумажного комплекса свыше 10 млн. куб. м древесины. В настоящее время потребность макулатуры в таких отраслях, как строительная, упаковочная, тепло- и электроизоляционная, составляет 6 - 8 млн. т.

Реализация утильного сырья из ТБО позволит не только сократить количество отходов на свалках, но и получить доход свыше 1 млн. рублей при сегодняшних ценах на указанные виды сырья.

Для значительного увеличения объемов переработки и использования вторичного сырья совершенно необходимо проведение комплекса организационных мероприятий, которые позволили бы создать эффективно действующий рынок отходов, вторичного сырья и изделий из вторичного сырья. При этом в настоящее время нет необходимости в приобретении специализированного оборудования и комплексных линий для переработки вторичного сырья в изделия и комплексных линий по переработке большей части отходов во вторичные материалы.

Комплекс организационных мер для увеличения доли использования утильных фракций ТБО сводится к следующему:

1. Организация центров сбора и первичной обработки отходов.

2. Создание нормативно-законодательной базы, обязывающей юридические лица (промышленные предприятия, торговые центры, магазины, оптовые рынки, банки) осуществлять вывоз отходов на центры сбора и первичной обработки. При этом данная нормативная база должна обеспечивать экономическую эффективность деятельности этих центров.

3. Создание нормативно-законодательной базы, обеспечивающей применение изделий из вторичных материалов в городском хозяйстве.

Для того, чтобы направить отходы на пункты сбора и сортировки, необходимо экономически стимулировать всю систему сбора, переработки и утилизации вторичного сырья. Необходимо разработать расценки на вывоз отходов на пункты сбора в зависимости от количества отходов, их типа, степени загрязненности механическими примесями и остатками упаковочных веществ.

В мировой практике федеральные и местные власти всех развитых стран стимулируют использование и потребление вторичных полимеров. Методы стимулирования включают в себя снижение ставок налогов на предприятия, занимающиеся производством изделий из вторичных материалов, и обеспечение государственного (федерального и местного) заказа на изделия из вторичных материалов. Государственный заказ, как правило, заключается в том, что предприятия, выполняющие федеральные и местные заказы, обязаны использовать определенное количество изделий из вторичных материалов.

Мировую практику стимулирования предприятий - производителей изделий из вторичных материалов следует использовать в условиях России. Для этого необходимо из номенклатуры изделий из материалов, потребляемых в городском хозяйстве, выбрать те, которые могут быть изготовлены из вторичных материалов, и подготовить нормативные документы, которые гарантировали бы их сбыт. При составлении этих документов необходимо обеспечить заинтересованность самих предприятий в использовании вторичных материалов. В частности, для сбыта упаковочных материалов из вторичных полимеров можно использовать европейский опыт. В Швейцарии по законодательству упаковку бытового мусора, мусора гостиниц, торговых центров проводят только в мешки из вторичных материалов. Местные власти не принимают мусор, если он упакован в другие мешки. При этом продажу этих мешков, имеющих так называемую зеленую метку и специальное клеймо муниципалитета, владельцам частных домов, гостиниц и торговых центров производят сами муниципалитеты, которые являются оптовыми покупателями мешков у фирм-производителей. Муниципалитеты имеют от продажи мешков для упаковки дополнительную прибыль и заинтересованы в их продаже.

Развитый рынок вторичных материалов в России в настоящее время отсутствует. Однако анализ деятельности фирм, работающих на рынке вторичных материалов, позволяет сделать следующие выводы:

1. Цены вторичных материалов на рынке определяются степенью их подготовки к переработке в изделия. Можно рассмотреть уровень цен на вторичные материалы на примере наиболее распространенного продукта на рынке России - пленки полиэтилена низкой плотности. Цена чистой измельченной подготовленной к переработке полиэтиленовой пленки составляет от 8 до 13% стоимости первичного полимера. Цена агломерата полиэтиленовой пленки составляет от 20 до 30% стоимости первичного полимера. Цена гранулята полиэтиленовой пленки составляет от 45 до 60% стоимости первичного полимера.

2. Цена большинства гранулированных вторичных полимеров, усредненных по составу, составляет от 45 до 70% цены первичных полимеров.

3. Цена вторичных полимеров сильно зависит от их цвета, то есть от предварительной сортировки полимерных отходов по цветам. Разница в цене вторичных полимеров чистых цветов и смешанных по цветам может достигать 10 - 20%.

4. Цены на изделия, полученные из первичных и вторичных полимеров, как правило, практически одинаковы, что делает использование вторичных полимеров в производстве исключительно выгодным.



3. МУСОРОСЖИГАНИЕ

Мусоросжигание - это наиболее сложный и «высокотехнологичный» вариант обращения с отходами. Сжигание требует предварительной обработки ТБО (с получением т.н. топлива, извлеченного из отходов). При разделении из ТБО стараются удалить крупные объекты, металлы (как магнитные, так и немагнитные) и дополнительно его измельчить. Для того чтобы уменьшить вредные выбросы, из отходов также извлекают батарейки и аккумуляторы, пластик, листья. Сжигание неразделенного потока отходов в настоящее время считается чрезвычайно опасным. Таким образом, мусоросжигание может быть только одним из компонентов комплексной программы утилизации.

В настоящее время в России эксплуатируются 4 мусоросжигательных завода и 4 мусороперерабатывающих (табл. 2 и 3). Все мусоросжигательные заводы укомплектованы импортным оборудованием, все мусороперерабатывающие - отечественным.

Таблица 2 - ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЕЙСТВУЮЩИХ В РФ МУСОРОСЖИГАТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ

Показатель	Местонахождение мусоросжигательного завода
	Москва N 2	Москва N 3	Пятигорск	Мурманск
Год пуска в эксплуатацию	1975	1983	1985	1986
Мощность по приему ТБО, тыс. куб. м/год (тыс. т/год)	370 (75)	1500 (300)	750 (150)	600 (120)
Изготовитель технологического оборудования	Франция	Дания	Чехия	Чехия
Количество вырабатываемого тепла, ГДж/год	335	1090	330	830
Число агрегатов, шт.	2	4	3	2
Производительность агрегата по ТБО, т/ч	8,3	12,5	15	15
Тип колосниковой решетки	Обратно-переталкивающая	Наклонно- переталкивающая с дожигательным барабаном	Валковая	Валковая
Занимаемая площадь, га	2,1	3,5	5,1	3,7

Таблица 3 - ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЕЙСТВУЮЩИХ В РФ МУСОРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ

Показатель	Мусороперерабатывающие заводы в городах
	С.-П. N 1	Нижн. Новгород	С.-П. N 2	Тольятти
Год пуска в эксплуатацию	1971	1987	1994	1998
Мощность по приему ТБО, тыс. куб. м/год (тыс. т/год)	1000 (200)	200 (40)	600 (120)	300 (67)
Изготовитель основного технологического оборудования	Россия, Украина	Россия, Украина	Россия, Украина	Россия, Украина
Выход компоста и биотоплива, тыс. т/год	140	22	70	41
Выход черного металлолома, т/год	4500	600	2500	1400
Число биобарабанов, шт.	6	2	4	2
Тип биобарабана	4 x 60	4 х 36	4 х 60	4 x 60
Занимаемая площадь, га	8	5,7	6	5

Главный недостаток мусоросжигательных заводов - трудность очистки выходящих в атмосферу газов от вредных примесей, особенно от диоксинов и оксидов азота.

На мусоросжигательных заводах используется одноступенчатая схема очистки газов, что не позволяет реализовать их полную очистку и может вызвать загрязнение воздушного бассейна. В настоящее время разрабатываются технологии более глубокой очистки газов.

На всех мусоросжигательных заводах обеспечивается утилизация тепла и извлечение черного металлолома.

В процессе сгорания ТБО на мусоросжигательном заводе наряду с дымовыми газами образуются еще два вида отходов: шлак и зола. Важной задачей при эксплуатации мусоросжигательных заводов является утилизация или захоронение токсичных золы и шлака, масса которых составляет до 30% сухой массы ТБО. Проблема утилизации золы и шлака в настоящее время решена и находится в стадии внедрения.

Мусороперерабатывающие заводы работают по технологии аэробного биотермического компостирования, при которой значительная (более 50%) часть ТБО обезвреживается и превращается в компост - ценное органическое удобрение.

При переработке на заводах из ТБО извлекаются лом черных и цветных металлов и другие утильные фракции, для чего предприятия оснащаются комплектом специального оборудования: сепараторами черного и цветного металла, стекла, пластмассы, а также грохотами, дробилками и др.

Наряду с полезными компонентами (органика, азот, фосфор, калий, кальций и др.) в компосте присутствуют микроэлементы металлов, поэтому при его внесении в почву необходимо учитывать фоновые концентрации этих элементов в почве с тем, чтобы не превысить значения предельно допустимых концентраций (ПДК) в почве и в сельскохозяйственной продукции.

Можно достаточно четко сформулировать преимущества и недостатки мусоросжигания.

Преимущества этого метода:

уменьшение объема отходов в 10 раз;

снижение риска загрязнения почвы и воды отходами;

возможность рекуперации образующегося тепла.

Недостатки мусоросжигания исходных ТБО:

опасность загрязнения атмосферы;

уничтожение ценных компонентов;

высокий выход золы и шлаков (около 30% по массе);

низкая эффективность восстановления черных металлов из шлаков;

сложность стабилизации процесса сжигания.

Как убедительно показывает многолетняя практика, механический перенос европейского оборудования технологий, например, в российских условиях положительных результатов не дает (различие морфологического состава ТБО, систем сбора и др.). Плохая работа завода в г. Владимире, укомплектованного отечественным оборудованием, во многом объясняется несовершенством применяемой технологии, мало учитывающей состав и свойства исходного сырья как объекта для сжигания: сжигание смешанных отходов всегда сопровождается выделением супертоксикантов - диоксинов, вызывающих рак и бесплодие.

Мусоросжигание уменьшает объем отходов, попадающих на свалки, и может использоваться для производства электроэнергии. Хотя сжигание всех отходов без разбора - это технология прошлого, современные мусоросжигательные установки, оборудованные системами очистки выбросов, генераторами электроэнергии и используемые в комбинации с другими методами утилизации ТБО могут помочь справиться с потоком мусора, особенно в плотно населенных областях.

Так называемый рециклинг (вторичное использование) отходов путём их селективного сбора или сортировки на специальных мусороперерабатыающих заводах (МПЗ) позволяет снизить объём захораниваемых отходов максимум на 50% (это доля, достижимая в перспективе при условии дальнейшего совершенствования оборудования МПЗ) и требует использования термической переработки или захоронения в качестве последнего звена технологической цепочки по управлению отходами. Процесс сжигания ТБО не только обеспечивает санитарно-гигиеническую обработку отходов, но и снижает объемы захоронения остатков от переработки ТБО до 10% от первоначального. Следует подчеркнуть, что твердые бытовые отходы - это биотопливо. Низшая теплота сгорания на рабочую массу составляет, для отходов Москвы, в среднем 7500-8000 кДж/кг, влажность - около 30-40%, зольность - 25-30%. За счет изменения морфологического состава (увеличения доли упаковки, пластика, бумаги, уменьшения пищевых отходов) наблюдается тенденция к повышению теплоты сгорания ТБО (в странах западной Европы эта величина достигает 10 500-12 500 кДж/кг). Использование ТБО как топлива для выработки тепловой и электрической энергии в противовес их захоронению с одной стороны, экономит традиционные виды топлива (уголь, газ, мазут), с другой стороны, способствует снижению выбросов парниковых газов в атмосферу. Принятие законодательных актов, поощряющих переработку ТБО в энергию, в странах ЕС привело в последние десятилетия к расширению строительства новых и реконструкции существующих заводов по термической переработке отходов с выработкой тепловой и/или электрической энергии.

Таблица 4 - НОРМАТИВНЫЕ ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С УХОДЯЩИМИ ГАЗАМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК, СЖИГАЮЩИХ ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ И ОРГАНИЧЕСКОЕ ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО

	Энерготехнологические установки, сжигающие ТБО (EU 94/67/EEC)	Энергетические установки для сжигания твердых топлив (ГОСТ 50831-95)
	среднесуточные	среднеполучасовые	a=1,4	в пересчете на a=2,0
Твердые частицы	10	30	150-250	100-165
Монооксид углерода, СО	50	100	300-400	200-260
Оксиды азота,NOx	200	400	300-640	200-420
Оксиды серы, SOх	50	200	1200-1400	800-920
Хлористый водород, HCl	10	60	не нормируется	не нормируется
Фтористый водород, HF	1	4	не нормируется	не нормируется
Тяжелые металлы:	среднее по пробам	не нормируется
Ртуть, Hg	0,05
Кадмий, талий, Cd, Tl	0,05
Суммарно другие: (Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V)	0,05	не нормируется
ПХДД/ПХДФ	0,1 нг/нм3TEQ

Величины приведены для сухих газов, приведенных к стандартным условиям (температура - 273К, давление - 101,3 кПа, концентрация О2 - 11%).

1) TEQ - в пересчете на токсичный эквивалент 2, 3, 7, 8 - ТХДД. 2) Для котлов с паропроизводительностью до 320 т/ч. 3) Большее значения для приведенного содержания золы Апр более 2,5%-г/МДж, меньшее - для Апр < 0,6%-г/МДж. 4) Меньшее значение для сжигания бурых углей, большее - для сжигания углей с жидким шлакоудалением. 5) Меньшее значение для приведенного содержания серы Sпр менее 0,045%-кг/МДж, большее - для Sпр.

Указанные нормативные выбросы, приняты в настоящее время в качестве базовых для Москвы при проектировании, строительстве и эксплуатации заводов по сжиганию ТБО.

Первым шагом в наращивании мощностей по переработке ТБО и техперевооружении московских спецзаводов явилась реконструкция Спецзавода № 2. На месте старого завода к 2000г. была построена фактически новая электростанция на альтернативном топливе. В отличие от всех, построенных до этого в России заводов по переработке ТБО, тепло от сгорания отходов используется не в городской системе теплоснабжения, а преобразуется в электроэнергию, часть которой покрывает расходы на собственные нужды, а часть поступает в городскую сеть. В состав станции в настоящее время входят три турбины П-12-13/6 Калужского турбинного завода и три энерготехнологических линии для термической переработки ТБО поставки мирового лидера в области производства оборудования для мусоросжигательных заводов - французской компании «CNIM». Каждая линия укомплектована котлом, позволяющим обеспечить необходимый режим для существенного снижения образование диоксинов, фуранов и монооксида углерода; многоступенчатой системой газоочистки полусухого типа, а также АСУ ТП, позволяющей осуществлять автоматическую эксплуатацию установки. На станции реализовано слоевое сжигание отходов. В топку с обратно-переталкивающей решеткой системы «Мартин» питателем непрерывно подаются ТБО. При розжиге и для поддержания необходимой температуры в топке (850-930 С) используются газовые горелки. Отходы перемещаются от питателя к нижней части наклонной колосниковой решётки, где расположен шлакоудалитель, под действием собственного веса и ворошения слоя подвижными колосниками. Часть воздуха (первичный воздух) подогревается в паровом воздухоподогревателе и подается распределенно снизу через отверстия в колосниках решётки. Для дожигания продуктов неполного горения в надслоевое пространство подается вторичный воздух. Тепло дымовых газов преобразуется в перегретый пар в котле-утилизаторе.

Для минимизации образования диоксинов и продуктов неполного горения время пребывания дымовых газов в топке при температуре более 850С составляет не менее двух секунд при избытке воздуха не менее 1,4. Снижение концентраций вредных веществ в дымовых газах осуществляют впрыском карбомида в топку котла и распылением смеси реагентов (активированного угля с щелочным сорбентом) в мокро-сухом абсорбере за котлом. Для очистки дымовых газов от золы и дополнительной очистки от газообразных компонентов в качестве последней ступени газоочистки установлен рукавный фильтр. Очищенные дымовые газы направляются дымососом в дымовую трубу. Вырабатываемый пар с параметрами (р = 1,4 МПа, t = 240С) от всех трех линий поступает в общую паровую магистраль и далее в турбины.

В 2005 г. закончены режимно-наладочные работы, и сдан в постоянную эксплуатацию московский Спецзавод № 4 в промзоне «Руднево», оборудованный тремя технологическими линиями для сжигания твердых бытовых отходов в вихревом кипящем слое поставки немецкой фирмы «Holter ABT». В нижней части топочного устройства (ТУ) за счет распеределённой подачи воздуха с высокими скоростями, формы решетки и профиля топочной камеры создаётся режим псевдоожижения топливо-воздушной смеси с двумя симметричными вихрями - так называемый вихревой кипящий слой. Для удаления шлака используют контур внешней циркуляции материала слоя, состоящий из водоохлаждаемых шнеков выгрузки, вибросита, из которого крупная зола слоя (шлак) отводится вне установки, а мелкая зола с помощью горизонтального шнека и элеватора поступает в перепускной бункер и возвращается в ТУ. Таким образом, обеспечивается хорошее перемешивание материала слоя, длительное время пребывания в топке частиц ТБО, восполнение потерь материала слоя с уносом и полное выгорание углерода в отходах при низких (550-700С) температурах в слое. Коэффициент расхода воздуха в слое для поддерживания низкого уровня температур всегда меньше единицы, а дожигание продуктов неполного сгорания происходит при температурах более 850С в надслоевом пространстве, куда подают вторичный воздух. В результате такого двухступенчатого сжигания уменьшается образование оксидов азота, концентрация которых в дымовых газах не превышает 200 мг/нм3 (в пересчете на сухие газы и 11% кислорода). Топочное устройство рассчитано на сжигание измельченных твердых бытовых отходов с расходом 13,5 т/час при теплоте сгорания рабочей массы 6500 КДж/кг. (Максимальный размер отходов - не более 300 мм).

Измельчение отходов осуществляется в цехе подготовки к сжиганию, где также происходит частичная сортировка ТБО и утилизация некоторых вторично используемых материалов (черный металл, картон, пластиковые бутылки, стекло). Таким образом, на Спецзаводе № 4 впервые в России в промышленном масштабе реализован один из вариантов так, называемых комплексных технологий, сочетающих в себе различные методы переработки ТБО (в данном случае это «рециклинг-сжигание»). Эти технологии рассматриваются сегодня как наиболее перспективный путь энергоиспользования ТБО и интенсивно развиваются в промышленно развитых странах. Кроме топочного устройства, в состав каждой технологической линии входят расположенные за ТУ последовательно по ходу газов котел-утилизатор, циклон, распылительный абсорбер, узел подачи реагентов для улавливания диоксинов, фуранов и ртути, рукавный фильтр и дымосос. Концентрация основных загрязнителей в дымовых газах регистрируется автоматическим газоанализатором, установленным на входе в дымовую трубу. На основании измеренных концентраций HCl и SO2 регулируется подача известковой суспензии в абсорбер. Для выработки электроэнергии установлены два турбоагрегата мощностью по 6 МВт каждый Калужского турбинного завода.

В ближайшее время в Москве будут введены в эксплуатацию ещё две электростанции на ТБО использующих новейшее оборудование для традиционной технологии слоевого сжигания. Строительство одной из них близко к завершению на площадке Спецзавода № 3. Строительство под «ключ» осуществляется известной австрийской компанией «EVN Holding», с использованием собственных технологических линий и паровых котлов, изготовленных Подольским машиностроительным заводом. Электростанция на альтернативном топливе на площадке Спецзавода №1, возводимая выигравшей тендер венгерской компанией «Будапро», находится в начальной стадии строительства. Основное технологическое оборудование будет изготовлено по инжинирингу или поставлено одним из ведущих производителей мусоросжигательного оборудования - швейцарской компанией «Von Roll». Опыт промышленной эксплуатации ТЭС, работающих на ТБО в Москве, показал, что установки работают с соблюдением принятых в России и ЕС экологических требований, предъявляемых к процессу термического обезвреживания ТБО. Оборудование новых электростанций на альтернативном топливе отвечает современным требованиям и позволяет решать как проблемы санитарной очистки от ТБО, так и задачи энергоснабжения прилегающих районов города. Вместе с тем существует ряд проблем, связанных со строительством установок по переработке ТБО. Пока не решена задача переработки всех образующихся при сжигании ТБО золо-шлаковых остатков и твёрдых продуктов газоочистки. Региональная энергетическая компания, используя свое монопольное положение, покупает электроэнергию, вырабатываемую на спецзаводах по цене существенно ниже рыночной. Это не позволяет полностью компенсировать эксплуатационные издержки и снизить тариф на принимаемые ТБО до уровня тарифов полигонов. Для сравнения в европейских странах, как правило, наоборот, законодательно закреплены льготные (повышенные) цены на отпускаемую электрическую энергию для предприятий, производящих энергию из ТБО, в целях стимулирования энергоиспользования биоотходов. В целом опыт энергоиспользования ТБО, накопленный в Москве, демонстрирует хорошие перспективы развития биоэнергетики на основе термической переработки биоотходов для крупных городов России.



4. ЗАХОРОНЕНИЕ

Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу достиг почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. тонн в год. Влияние потока ТБО остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда биофильных элементов, в частности органического углерода. Так, масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн. тон в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет лишь 41,4 млн. тонн в год.

Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде. В этих условиях отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению, которое вызывает в частности генерацию свалочного газа.

Эмиссии СГ, поступающие в природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ. Это фактически привело к возникновению самостоятельной отрасли мировой индустрии, которая включает добычу и утилизацию СГ.

С традиционно применявшимися свалками обычно связано множество проблем - они являются рассадниками грызунов и птиц, загрязняют водоемы, самовозгораются, ветер может сдувать с них мусор и т.д. В 50-х годах впервые начинают внедряться т. наз. «санитарные полигоны», на которых отходы каждый день пересыпаются почвой.

Свалка или полигон по захоронению отходов представляет собой сложнейшую систему, подробное исследование которой началось только недавно. Дело в том, что большинство материалов, которые захороняют на полигонах, появились, как и сами современные полигоны, не более 20-30 лет назад. Никто не знает, за какое время они полностью разложатся. Когда ученые приступили к раскопке старых полигонов, они обнаружили удивительную вещь: за 15 лет 80% органического материала, попавшего на полигон (овощи, хот-доги) не разложилось. Иногда удавалось прочитать откопанную на свалке газету 30-летней давности. Современные полигоны оборудованы всеми типами систем, чтобы не допустить контакта отходов с окружающей средой. По иронии, именно вследствие этого, разложение отходов затруднено и они представляют из себя своеобразную «бомбу замедленного действия».

При недостатке кислорода органические отходы на свалке подвергаются анаэробному брожению, что приводит к формированию смеси метана и угарного газа (т.н. «свалочного газа»). В недрах свалки также формируется весьма токсичная жидкость (“фильтрат”), попадание которой в водоемы или в подземные воды крайне нежелательно.

Требования к современным полигонам включают требования к выбору площадки, конструкции, эксплуатации, мониторингу, выводу из эксплуатации и к предоставлению финансовых гарантий (страховка на случай бедствий и проч.).

При выборе площадки стараются избегать соседства аэропортов, площадки не располагают в поймах водоемов, поблизости от водно-болотных угодий, тектонических разломов и сейсмически небезопасных зон.

Безопасная эксплуатация полигона подразумевает следующие меры:

процедуры исключения опасных отходов и ведение записи по всем принимаемым отходам и точным координатам их захоронения;

обеспечение ежедневного покрытия сваливаемых отходов грунтом или специальной пеной для предотвращения разноса отходов;

борьбу с переносчиками болезней обычно обеспечивается использованием ядохимикатов;

откачку взрывоопасных газов из недр свалки, для этого в нее должны быть встроены специальные вертикальные перфорированные трубы;

на полигон должен осуществляться только контролируемый доступ людей и животных - периметр должен быть огорожен и охраняться;

гидротехнические сооружения должны минимизировать попадание дождевых стоков и поверхностных вод на полигон, а все поверхностные стоки с полигона должны направляться на очистку; жидкость, которая выделяется из отходов не должна попадать в подземные воды - для этого создаются специальные системы гидроизоляции;

эта жидкость должна собираться системой дренажных труб и очищаться перед попаданием в канализацию или природные водоемы;

регулярный мониторинг воздуха, грунтовых и поверхностных вод в окрестностях полигонах.

Особое внимание уделяется выводу полигона из эксплуатации и последующей рекультивации. Как правило, исходный проект полигона уже включает план мероприятий по рекультивации, длительному мониторингу закрытого полигона и т.п. В США законы многих штатов требуют от компании, управляющей полигоном, создания специального фонда рекультивации. Такой фонд формируется в течение всего времени работы полигона за счет отчислений от получаемого дохода и должен обеспечить необходимые средства независимо от смены собственника полигона, банкротства компании и т.п.

Добыча и утилизация свалочного газа (СГ) - самостоятельная отрасль мировой индустрии

Процессы газообразования

Существенная часть фракций ТБО повсеместно представлена различными органическими материалами. Основными группами среди них являются пищевые остатки и бумага. Их соотношение меняется в зависимости от уровня развития страны и ее географического положения и культурных особенностей. Однако в целом доля органических фракций ТБО колеблется по миру не столь значительно, от 56% в развитых странах до 62% - в развивающихся. Если учесть фракции представленные древесными отходами, то эти величины возрастут соответственно до 61% и 69%.

В условиях захоронений, куда поступает практически 80 % общего потока отходов, быстро формируются анаэробные условия, в которых протекает биоконверсия органического вещества (ОВ) с участием метаногенного сообщества микроорганизмов. В результате этого процесса образуется биогаз или, так называемый, свалочный газ (СГ), макрокомпонентами которого являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2).

Можно утверждать, что в среднем газогенерация заканчивается в свалочном теле в течение 10-50 лет, при этом удельный выход газа составляет 120-200 куб. м на тонну ТБО. Стехиометрия процесса газообразования может быть описана следующим упрощенным уравнением реакции:

n C6H10O5 + n H2O -------> 3n CH4 + 3n CO2 (1)

Существенное варьирование газопродуктивности и скорости процесса определяется условиями среды, сложившимися в конкретном свалочном теле. К числу параметров контролирующих биоконверсию относятся влажность, температура, рН, состав органических фракций. Их комплексное влияние отражается в следующем уравнении кинетики реакции газообразования первого порядка (6):

Q=M*q*e-kt, где:

Q - количество биогаза (куб. м), генерированное за время t (годы);

M - масса отходов (т);

q - удельный газовый потенциал (куб. м/т);

k - константа скорости реакции газообразования (1/год).

На практике, для прогноза газообразования применяют различные модификации формулы (2). Их основное различие сводится к количеству фракций органического вещества (ОВ) ТБО, включаемых в рассмотрение. Как правило, в составе ОВ выделяют быстро-, средне- и медленно разлагаемые материалы. Они существенно различаются по своим физико- химическим свойствам и сроком биологического распада. Так, например, разложение "быстрых" фракций завершается в течение 2-4 лет, в то время как биоконверсия "медленных" - протекает в течение десятилетий. В зависимости от количества фракций, включаемых в формулу (2), прогнозные модели принимают вид одно-, двух- и трехфазных.

Так, долголетние исследования позволили фирме "Геополис" установить, что обобщенная двухфазная модель, использующая константы скоростей реакций оцененные на основании полевых наблюдений, является адекватным средством прогноза образования СГ для условий России и Италии. Кривая реализации удельного газового потенциала ТБО, отражающая данную модель позволяет сделать вывод о том, что наиболее интенсивно процесс протекает в первые 5 лет, за которые выделяется около 50% полного запаса СГ.

Состав и свойства свалочного газа

Макрокомпонентами СГ являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2) их соотношение может меняться от 40-70% до 30-60% соответственно. В существенно меньших концентрациях, на уровне первых процентов присутствуют как правило - азот (N2), кислород (О2), водород (Н2). В качестве микропримесей в состав СГ могут входят десятки различных органических соединений.

Состав биогаза обуславливает ряд его специфических свойств. Прежде всего СГ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м3. В определенных концентрациях он токсичен. Конкретные показатели токсичности определяются наличием ряда микропримесей, таких, например как сероводород (Н2S). Обычно СГ обладает резким неприятным запахом. Также СГ, относится к числу так называемых парниковых газов, что придает ему глобальную значимость и делает его объектом пристального внимания мирового сообщества.

Масштабы газообразования

Глобальная эмиссия СГ является важным параметром для расчета прогнозных моделей изменения климата Земли в целом. Также на оценках потоков свалочного метана строятся национальные стратегии природоохранной деятельности в некоторых развитых странах. Так, например, в США вступил в силу закон о необходимости оборудования всех без исключения полигонов страны системами добычи и обезвреживания биогаза, после того как американскими исследователями было показано, что свалки являются основным антропогенным источником метана в США.

Первые глобальные оценки потока свалочного метана начали проводиться в прошлом десятилетии. Так, в одной из первых наиболее авторитетных работ 1987 года было показано, что глобальная эмиссия свалочного СН4 составляет 30-70 млн. т в год, или 6-18% от его общепланетарного потока. При этом отмечалось, что данная величина превышает массу метана выделяемого угольными шахтами. На основании роста объемов образования ТБО в развивающихся странах делался прогноз о том, что в следующем столетии свалки будут основным глобальным источником метана.

В середине девяностых годов оценка глобальной эмиссии свалочного метана проводилась экспертной группой Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC), была получена величина равная 40 млн. т/год. Практически она подтвердила правильность прежних оценок, и окончательно поставила свалочный метан в реестр основных источников парниковых газов планеты.

Интересно отметить, что существенный вклад в глобальную эмиссию производит Россия. По тем же оценкам IPCC свалки России ежегодно выбрасывают в атмосферу 1,1 млн. т, что составляет примерно 2.5% от планетарного потока.

Виды негативного влияния СГ

Свободное распространение СГ в окружающей среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального масштабов, обусловленных его специфическими свойствами.

При накоплении СГ могут формироваться взрыво- пожароопасные условия в зданиях и сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО. Такие ситуации регулярно возникают в случае нелегального захоронения ТБО в зонах жилой застройки. Например, в Москве, десятки объектов были построены в последнее десятилетие в зонах распространения так называемых насыпных грунтов, которые в большинстве случаев были представлены массами газогенерирующих ТБО. Только разработка специальных защитных мероприятий позволила ввести указанные объекты в строй. Вместе с тем известны случаи взрывов зданий из-за накопления СГ в их техподпольях. Ряд серьезных инцидентов такого рода, сопровождавшихся человеческими жертвами, имел место, в частности, в США и Англии. Частые пожары на полигонах также в основном являются последствием стихийного, бесконтрольного распространения СГ.

Накопление СГ в замкнутых пространствах также опасно с токсикологической точки зрения. Известно довольно много случаев отравлений при техническом обслуживании заглубленных инженерных коммуникаций, которые сопровождались смертельными исходами. К сожалению, открытая статистика таких инцидентов отсутствует. Высока вероятность того, что причиной несчастий было накопление СГ, источником которого являлись старые насыпные грунты.

СГ также оказывает гибельное воздействие на растительный покров. Так, причиной подавления растительного покрова, которое регулярно наблюдается вокруг свалочных тел, является накопление СГ в поровом пространстве почвенного покрова, вызывающее асфиксию корневой системы.

Свободное распространение СГ приводит также к загрязнению атмосферы прилежащих территорий, токсичными и дурно пахнущими соединениями. И наконец как уже отмечалось СГ является парниковым газом, который усиливает эффект изменения климата Земли в целом.

Приведенный перечень негативных явлений, обусловленных СГ, убедительно свидетельствует о необходимости борьбы с его эмиссиями. В большинстве развитых стран существуют специальные законы, обязывающие владельцев полигонов предотвращать стихийное распространение СГ. Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология экстракции и утилизации СГ.

Технологическая схема экстракции и утилизации СГ.

Для экстракции СГ на полигонах обычно используется следующая принципиальная схема: сеть вертикальных газодренажных скважин соединяют линиями газопроводов, в которых компрессорная установка создает разрежение необходимое для транспортировки СГ до места использования. Установки по сбору и утилизации монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела. Принципиальная технологическая схема системы по сбору СГ приведена на рисунке.