Разработка научных основ совершенствования технологии переработки твердых бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

40

Агентство республики Казахстан по делам строительства

и жилищно-коммунального хозяйства

АО «казахстанский центр модернизации и развития жилищно-коммунального хозяйства»

(КазЦентр ЖКХ)

ТОО «казахстанский научно-технический центр развития ЖКХ»

(КазНТЦР ЖКХ)

НАУЧНАЯ РАБОТА

на тему: «Разработка научных основ совершенствования технологии переработки твердых бытовых отходов»

Генеральный директор

ТОО «КазНТЦ ЖКХ»

Егизбаев Д.А.

Заместитель ген. директора по науке, д.т.н., руководитель темы

Муслимов Н.Ж.

Старший научный сотрудник Лаборатории коммунальных отходов

Абилхадирова Р.И.

Астана 2012 г.

Реферат

Современные технологии переработки коммунальных отходов. Анализ технологических проблем переработки коммунальных отходов и определение рациональных путей их технологического решения. Система обращения с коммунальными отходами городского хозяйства.

Отчет 29 страниц, 2 приложения.

Ключевые слова: коммунальные отходы, раздельный сбор коммунальных отходов, переработка коммунальных отходов, пиролиз, компостирование, обращение с коммунальными отходами.

Объект исследования - система обращения с коммунальными отходами.

Цель проекта: Разработка научных основ совершенствования технологии переработки коммунальных отходов.

Методы исследований: метод сравнения.

Основные полученные результаты:

- Проведен анализ современных технологий переработки коммунальных отходов,

- Проведен анализ технологических проблем переработки коммунальных отходов и определение рациональных путей их технологического решения,

- Изучены методологические аспекты проблемы обращения с коммунальными отходами городского хозяйства.

Область применения: разработка и создание системы обращения с коммунальными отходами в Республике Казахстан. Значимость работы обусловлена необходимостью создания и внедрения системы обращения с коммунальными отходами с учетом раздельного сбора коммунальных отходов и по принципу максимального извлечения вторсырья из состава коммунальных отходов. А также в связи с назревшей проблемой удаления накопившихся коммунальных отходов и удаления не утилизируемой части коммунальных отходов («хвосты»).

Прогнозные предположения о развитии объекта исследования. Действующая система обращения с коммунальными отходами подразумевает только полигонное захоронение. Предполагается, что в дальнейшем развитие объекта исследования планируется в двух направлениях: извлечение, дальнейшая переработка ценных фракций коммунальных отходов и удаление не утилизируемых фракций.

Содержание

Определения

Обозначения и сокращения

Введение

1. Обзор современных технологий переработки коммунальных отходов

2. Методологические аспекты проблемы обращения коммунальных отходов городского хозяйства

3. Технологические проблемы переработки коммунальных отходов и определение рациональных путей их технологического решения

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Определения

В настоящем отчёте о НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Коммунальные отходы - отходы потребления, образующиеся в населенных пунктах, в том числе в результате жизнедеятельности человека, а также отходы производства, близкие к ним по составу и характеру образования;

Обращение с отходами - виды деятельности, связанные с отходами, включая предупреждение и минимизацию образования отходов, учет и контроль, накопление отходов, а также сбор, переработку, утилизацию, обезвреживание, транспортировку, хранение (складирование) и удаление отходов;

Шлак - отходы, получаемые в жидком (расплавленном) и твердом состоянии, например при плавке металлов при переделе чугуна в железо или сталь, представляющие собой при остывании каменистую или стекловидную массу;

Зола - несгоревший остаток, образовавшийся в результате сгорания органического вещества;

Сбор отходов - деятельность, связанная с изъятием отходов в течение определенного времени из мест их образования, для обеспечения последующих работ по обращению с отходами;

Сортировка отходов - разделение и/или смешение отходов согласно определенным критериям на качественно различающиеся составляющие;

Переработка отходов -- физические, тепловые, химические или биологические процессы, включая сортировку, которые изменяют характеристики отходов для уменьшения их объема или опасных свойств, облегчают обращение с ними или улучшают их утилизацию;

Хранение отходов -- складирование отходов в специально отведенных местах в целях их последующего безопасного удаления;

Сжигание отходов - термический процесс окисления с целью уменьшения объема отходов, извлечения из них ценных материалов, золы или получения энергии;

Обезвреживание отходов -- уменьшение или устранение опасных свойств отходов путем механической, физико-химической или биологической обработки;

Пиролиз - это процесс термического разложения углеводородного сырья, например, древесины (С_хН_уО_z), в бедной кислородом среде, в результате чего получают горючий газ (смесь СО, Н₂, СН₄, С₂Н₆ и др.), жидкие продукты и твердый углеродистый остаток:

С_хН_уО_z >СО, Н₂, СО₂, С_nH_m, С

Количество и качество продуктов пиролиза определяются составом отходов, их влажностью и температурой процесса. В зависимости от температуры различают следующие виды пиролиза:

- низкотемпературный пиролиз, или полукоксование (до 500 °C), при котором максимален выход жидких продуктов, твердого остатка и минимален выход пиролизного газа;

- среднетемпературный пиролиз, или средне температурное коксование (500 - 1000 °C), при котором выход газа увеличивается, а выход жидких продуктов и коксового остатка уменьшается;

- высокотемпературный пиролиз, или коксование (больше 1000 °C), при котором минимален выход жидких продуктов, твердого остатка и максимален выход пиролизного газа;

Компостирование - природный аэробный процесс, когда при доступе кислорода (в отличие от гниения) происходит разложение органических отходов под воздействием почвенных бактерий, и органические отходы превращаются в богатое гумусом удобрение - компост.

Обозначения и сокращения

В настоящем отчёте НИР применяют следующие обозначения и сокращения:

КО - Коммунальные отходы;

КПД - Коэффициент полезного действия;

ТЭО - Технико-экономическое обоснование.

Введение

Природные ресурсы, которые потребляет человечество, можно условно разделить на две части: возобновляемые и не возобновляемые. К возобновляемым ресурсам относятся все те ресурсы, которые можно восстановить с помощью фотосинтеза в обозримый отрезок времени. Речь идёт в первую очередь о всех видах растительности и тех ресурсах, которые можно из неё получить. К не возобновляемым относятся полезные ископаемые, которые в обозримое геологическое время уже не восстановятся.

Используемые человечеством технологии ориентированы в первую очередь на использование не возобновляемых природных ресурсов. Это нефть, уголь, руды и т.п. При этом их использование технологически влечёт за собой нарушения в окружающем мире: уменьшается плодородие почв и количество пресной воды, загрязняется атмосфера и т.п.

Сегодня, используя сложившиеся технологии, человечество имеет разнообразнейшую структуру всевозможных отходов бытового и промышленного происхождения. Эти отходы, постепенно накапливаясь, превратились в настоящее бедствие. Правительства развитых стран начинают все большее внимание уделять вопросам охраны окружающей среды и поощряют создание соответствующих технологий. Развиваются системы очистки территорий от коммунальных отходов и технологии его сжигания. Однако есть достаточно много причин считать, что технологии сжигания коммунальных отходов являются тупиковыми. Уже в настоящее время затраты на сжигание 1 кг мусора составляют 65 центов. Если не перейти на другие технологии ликвидации отходов, то затраты будут расти. При этом следует иметь в виду, что необходимы такие новые технологии, которые со временем могли бы обеспечить, с одной стороны, потребительские запросы населения, а с другой стороны, сохранность окружающей среды.

В настоящее время такие технологии уже появились. Появилась принципиальная возможность не только существенно снизить затраты на ликвидацию отходов, но и получить при этом экономический эффект.

Недостатком технологий термического фракционирования является необходимость предварительно классифицировать отходы по видам мусора, что требует внедрения на государственном уровне технологий по сбору мусора.

Поэтому очень большой интерес представляют технологии переработки мусора (городских свалок и т.п.) с получением при этом полезных продуктов и положительного экономического эффекта.

Помимо серьезного загрязнения воздуха, технологии утилизации отходов при помощи сжигания, по утверждению экологических организаций, "сжигают не только мусор, но и реальные деньги". Альтернативой этому методу является переработка мусора, с его последующей сортировкой на составляющие. Здесь отсутствуют процессы химической и термической переработки мусора, что существенно повышает экологическую безопасность. А спрессованные отходы реализуются на рынке вторичных материалов.

По оценкам специалистов, более 60% городских отходов - это потенциальное вторичное сырье, которое можно переработать и с выгодой реализовать. Еще около 30% - это органические отходы, которые можно превратить в компост.

Проблема полного уничтожения или частичной утилизации коммунальных отходов - актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Коммунальные отходы - это богатый источник вторичных ресурсов (в том числе черных, цветных, редких и рассеянных металлов), а также "бесплатный" энергоноситель, так как бытовой мусор - возобновляемое углеродсодержащее энергетическое сырье для топливной энергетики. Однако для любого города и населенного пункта проблема удаления или обезвреживания коммунальных отходов всегда является в первую очередь проблемой экологической. Весьма важно, чтобы процессы утилизации коммунальных отходов не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом. Как известно, подавляющая масса коммунальных отходов в мире пока складируется на мусорных свалках, стихийных или специально организованных в виде "мусорных полигонов". Однако это самый неэффективный способ борьбы с коммунальными отходами, так как мусорные свалки, занимающие огромные территории часто плодородных земель и характеризующиеся высокой концентрацией углеродсодержащих материалов (бумага, полиэтилен, пластик, дерево, резина), часто горят, загрязняя окружающую среду отходящими газами. Кроме того, мусорные свалки являются источником загрязнения как поверхностных, так и подземных вод за счет дренажа свалок атмосферными осадками. Зарубежный опыт показывает, что рациональная организация переработки коммунальных отходов дает возможность использовать до 90% продуктов утилизации в строительной индустрии, например в качестве заполнителя бетона.

По данным специализированных фирм, осуществляющих в настоящее время даже малоперспективные технологии прямого сжигания коммунальных отходов, реализация термических методов при сжигании 1000 кг коммунальных отходов позволит получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию 250 кг мазута. Однако реальная экономия будет еще больше, поскольку не учитывают сам факт сохранения первичного сырья и затраты на добычу его, т. е. нефти и получения из нее мазута. Кроме того, в развитых странах существует законодательное ограничение на содержание в 1 м3 выбрасываемого в атмосферу дымового газа не более 0,1х10-9 г двуокиси азота и фуранов при сжигании отходов. Эти ограничения диктуют необходимость поисков технологических путей обеззараживания коммунальных отходов с наименьшим отрицательным влиянием на окружающую среду, особенно мусорных свалок. Следовательно, присутствие коммунальных отходов в открытых свалках крайне отрицательно влияет на окружающую среду и как следствие - на человека.

1. Обзор современных технологий переработки коммунальных отходов

В настоящее время существует ряд способов хранения и переработки коммунальных отходов, а именно: предварительная сортировка, санитарная земляная засыпка, сжигание, биотермическое компостирование, низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз.

Предварительная сортировка.

Этот технологический процесс предусматривает разделение коммунальных отходов на фракции на мусороперерабатывающих заводах вручную или с помощью автоматизированных конвейеров. Сюда входит процесс уменьшения размеров мусорных компонентов путем их измельчения и просеивания, а также извлечение более или менее крупных металлических предметов, например консервных банок. Отбор их как наиболее ценного вторичного сырья предшествует дальнейшей утилизации коммунальных отходов (например, сжиганию). Поскольку сортировка коммунальных отходов - одна из составных частей утилизации коммунальных отходов, то имеются специальные заводы для решения этой задачи, т. е. выделения из коммунальных отходов фракций различных веществ: металлов, пластмасс, стекла, костей, бумаги и других материалов с целью дальнейшей их раздельной переработки.

Санитарная земляная засыпка.

Такой технологический подход к обезвреживанию коммунальных отходов связан с получением биогаза и последующим использованием его в качестве топлива. С этой целью коммунальные отходы засыпают по определенной технологии слоем грунта толщиной 0,6-0,8 м в уплотненном виде. Биогазовые полигоны снабжены вентиляционными трубами, газодувками и емкостями для сбора биогаза. Наличие в толщах мусора на свалках пористости и органических компонентов создаст предпосылки для активного развития микробиологических процессов. Толщу свалки условно можно разделить на несколько зон (аэробную, переходную и анаэробную), различающихся характером микробиологических процессов. В самом верхнем слое, аэробном (до 1-1,5 м), коммунальные отходы благодаря микробному окислению постепенно минерализуется до двуокиси углерода, воды, нитратов, сульфатов и ряда других простых соединений. В переходной зоне происходит восстановление нитратов и нитритов до газообразного азота и его оксидов, т. е. процесс денитрификации. Наибольший объем занимает нижняя анаэробная зона, в которой интенсивные микробиологические процессы протекают при малом (ниже 2%) содержании кислорода. В этих условиях образуются самые различные газы и летучие органические вещества. Однако центральным процессом этой зоны является образование метана. Постоянно поддерживающаяся здесь температура (30-40° С) становится оптимальной для развития метанообразующих бактерий. Таким образом, свалки представляют собой наиболее крупные системы по производству биогаза из всех современных. Можно предположить, что и в перспективе роль мусорных свалок заметно не уменьшится, поэтому извлечение биогаза из них с целью его полезного использования будет оставаться актуальным. Однако возможно и существенное сокращение мусорных свалок за счет максимально возможного вторичного использования коммунальных отходов путем селективного сбора составляющих его компонентов - макулатуры, стекла, металлов и т. д.

Сжигание. Это широко распространенный способ уничтожения коммунальных отходов, который широко применяется с конца XIX в. Сложность непосредственной утилизации коммунальных отходов обусловлена, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой - повышенными санитарными требованиями к процессу их переработки. В связи с этим сжигание до сих пор остается наиболее распространенным способом первичной обработки коммунальных отходов. Сжигание коммунальных отходов, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе коммунальных отходов. Сжигание можно разделить на два вида: непосредственное сжигание, при котором получается только тепло и энергия, и пиролиз, при котором образуется жидкое и газообразное топливо. В настоящее время уровень сжигания коммунальных отходов в отдельных странах различен. Так, из общих объемов коммунальных отходов доля сжигания колеблется в таких странах, как Австрия, Италия, Франция, Германия, от 20 до 40%; Бельгия, Швеция - 48-50%; Япония - 70%; Дания, Швейцария 80%; Англия и США - 10%. В России сжиганию подвергаются пока лишь около 2% коммунальных отходов, а в Москве - около 10%. Для повышения экологической безопасности необходимым условием при сжигании коммунальных отходов является соблюдение ряда принципов. К основным из них относятся температура сжигания, которая зависит от вида сжигаемых веществ; продолжительность высокотемпературного сжигания, зависящая также от вида сжигаемых отходов; создание турбулентных воздушных потоков для полноты сжигания отходов. Различие отходов по источникам образования и физико-химическим свойствам предопределяет многообразие технических средств и оборудования для сжигания. В последние годы ведутся исследования по совершенствованию процессов сжигания, что связано с изменением состава коммунальных отходов, ужесточением экологических норм. К модернизированным способам сжигания отходов можно отнести замену воздуха, подаваемого к месту сжигания отходов для ускорения процесса, на кислород. Это позволяет снизить объем горючих отходов, изменить их состав, получить стеклообразный шлак и полностью исключить фильтрационную пыль, подлежащую подземному складированию. Сюда же относится и способ сжигания мусора в псевдосжиженном слое. При этом достигается высокая полнота сгорания при минимуме вредных веществ. По зарубежным данным, сжигание мусора целесообразно применять в городах с населением не менее 15 тыс. жителей при производительности печи около 100 т/сут. Из каждой тонны отходов можно выработать около 300-400 кВт-ч электроэнергии. В настоящее время топливо из коммунальных отходов получают в измельченном состоянии, в виде гранул и брикетов. Предпочтение отдается гранулированному топливу, так как сжигание измельченного топлива сопровождается большим пылевыносом, а использование брикетов создает трудности при загрузке в печь и поддержании устойчивого горения. Кроме того, при сжигании гранулированного топлива намного выше КПД котла. Мусоросжигание обеспечивает минимальное содержание в шлаке и золе разлагающихся веществ, однако оно является источником выбросов в атмосферу. Мусоросжигательными заводами (МСЗ) выбрасываются в газообразном виде хлористый и фтористый водород, сернистый газ, а также твердые частицы различных металлов: свинца, цинка, железа, марганца, сурьмы, кобальта, меди, никеля, серебра, кадмия, хрома, олова, ртути и др. Установлено, что содержание кадмия, свинца, цинка и олова в копоти и пыли, выделяющихся при сжигании коммунальных горючих отходов, изменяется пропорционально содержанию в отходах пластмассовых отходов. Выбросы ртути обусловлены присутствием в отходах термометров, сухих гальванических элементов и люминесцентных ламп. Наибольшее количество кадмия содержится в синтетических материалах, а также в стекле, коже, резине. Исследованиями США выявлено, что при прямом сжигании коммунальных отходов большая часть сурьмы, кобальта, ртути, никеля и некоторых других металлов поступает в отходящие газы из негорючих компонентов, т. е. удаление негорючей фракции из коммунальных отходов понижает концентрацию в атмосфере этих металлов. Источниками загрязнения атмосферы кадмием, хромом, свинцом, марганцем, оловом, цинком являются в равной степени как горючая, так и негорючая фракции коммунальных отходов. Существенное уменьшение загрязнения атмосферного воздуха кадмием и медью возможно за счет отделения из горючей фракции полимерных материалов.

Таким образом, можно констатировать, что главным направлением в сокращении выделения вредных веществ в окружающую среду является сортировка или раздельный сбор коммунальных отходов. В последнее время все более распространяется метод совместного сжигания коммунальных отходов. Этим достигается отсутствие неприятного запаха, использование тепла от сжигания отходов для сушки осадков сточных вод. Надо отметить, что технология сжигания коммунальных отходов развивалась в период, когда не были еще ужесточены нормы выброса газовой составляющей. Однако сейчас стоимость газоочистки на мусоросжигательных заводах резко возросла. Все мусоросжигательные предприятия являются убыточными. В этой связи разрабатываются такие способы переработки сжигания коммунальных отходов, которые позволили бы утилизировать и вторично использовать ценные компоненты, содержащиеся в них.

Биотермическое компостирование. Этот способ утилизации сжигания коммунальных отходов основан на естественных, но ускоренных реакциях трансформации мусора при доступе кислорода в виде горячего воздуха при температуре порядка 60°С. Биомасса сжигания коммунальных отходов в результате данных реакций в биотермической установке (барабане) превращается в компост. Однако для реализации этой технологической схемы исходные отходы должны быть очищены от крупногабаритных предметов, а также металлов, стекла, керамики, пластмассы, резины. Полученная фракция сжигания коммунальных отходов загружается в биотермические барабаны, где выдерживается в течение 2 сут. с целью получения товарного продукта. После этого компостируемые отходы вновь очищаются от черных и цветных металлов, до измельчается и затем складируется для дальнейшего использования в качестве компоста в сельском хозяйстве или биотоплива в топливной энергетике. Биотермическое компостирование обычно проводится на заводах по механической переработке сжигания коммунальных отходов и является составной частью технологической цепи этих заводов. Однако современные технологии компостирования не дают возможности освободиться от солей тяжелых металлов, поэтому компост из сжигания коммунальных отходов фактически малопригоден для использования в сельском хозяйстве. Кроме того, большинство таких заводов убыточны. Поэтому предпринимаются разработки концепций получения синтетического газообразного и жидкого топлива для автотранспорта из продуктов компостирования, выделенных на мусороперерабатывающих заводах. Например, предполагается реализовать получаемый компост в качестве полуфабриката для дальнейшей его переработки в газ.

Способ утилизации сжигания коммунальных отходов пиролизом известен достаточно мало, особенно в нашей стране, из-за своей дороговизны. Он может стать дешевым и не отравляющим окружающую среду приемом обеззараживания отходов. Технология пиролиза заключается в необратимом химическом изменении мусора под действием температуры без доступа кислорода. По степени температурного воздействия на вещество сжигания коммунальных отходов пиролиз как процесс условно разделяется на низкотемпературный (до 900°С) и высокотемпературный (свыше 900° С).

Низкотемпературный пиролиз - это процесс, при котором размельченный материал сжигания коммунальных отходов подвергается термическому разложению. При этом процесс пиролиза сжигания коммунальных отходов имеет несколько вариантов: пиролиз органической части отходов под действием температуры в отсутствии воздуха; пиролиз в присутствии воздуха, обеспечивающего неполное сгорание отходов при температуре 760°С; пиролиз с использованием кислорода вместо воздуха для получения более высокой теплоты сгорания газа; пиролиз без разделения отходов на органическую и неорганическую фракции при температуре 850°С и др. Повышение температуры приводит к увеличению выхода газа и уменьшению выхода жидких и твердых продуктов. Преимущество пиролиза по сравнению с непосредственным сжиганием отходов заключается, прежде всего, в его эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды. С помощью пиролиза можно перерабатывать составляющие отходов, неподдающиеся утилизации, такие как автопокрышки, пластмассы, отработанные масла, отстойные вещества. После пиролиза не остается биологически активных веществ, поэтому подземное складирование пиролизных отходов не наносит вреда природной среде. Образующийся пепел имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся подземному складированию. При пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых металлов. К преимуществам пиролиза относятся и легкость хранения и транспортировки получаемых продуктов, а, также то, что оборудование имеет небольшую мощность. В целом процесс требует меньших капитальных вложений. Установки или заводы по переработке коммунальных отходов способом пиролиза функционируют в Дании, США, ФРГ, Японии и других странах. Активизация научных исследований и практических разработок в этой области началась в 70-х годах ХХ столетия, в период "нефтяного бума". С этого времени получение из пластмассовых, резиновых и прочих горючих отходов энергии и тепла путем пиролиза стало рассматриваться как один из источников выработки энергетических ресурсов. Особенно большое значение придают этому процессу в Японии.

Высокотемпературный пиролиз. Этот способ утилизации коммунальных отходов, по существу, есть не что иное, как газификация коммунальных отходов. Технологическая схема этого способа предполагает получение из биологической составляющей (биомассы) отходов вторичного синтез-газа с целью использования его для получения пара, горячей воды, электроэнергии. Составной частью процесса высокотемпературного пиролиза являются твердые продукты в виде шлака, т. е. непиролизуемые остатки. Технологическая цепь этого способа утилизации состоит из четырех последовательных этапов: отбор из коммунальных отходов крупногабаритных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и путем индукционного сепарирования; переработка подготовленных отходов в газофикаторе для получения синтез-газа и побочных химических соединений - хлора, азота, фтора, а также шкала при расплавлении металлов, стекла, керамики; очистка синтез-газа с целью повышения его экологических свойств и энергоемкости, охлаждение и поступление его в скруббер для очистки щелочным раствором от загрязняющих веществ соединений хлора, фтора, серы, цианидов; сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии. Научно-производственной фирмой "Термоэкология" акционерного общества "ВНИИЭТО" (г. Москва) предложена комбинированная технология переработки шлаковых и зольных отвалов ТЭЦ с добавлением части коммунальных отходов. Этот метод высокотемпературного пиролиза переработки отходов основан на комбинации процессов в цепи: сушка-пиролиз-сжигание электрошлаковая обработка. В качестве основного агрегата предполагается использовать рудно-термическую электропечь в герметичном варианте, в которой будут расплавляться подаваемые шлак и зола, выжигаться из них углеродные остатки, а металлические включения осаживаться. Электропечь должна иметь раздельный выпуск металла, который в дальнейшем перерабатывается, и шлака, из которого предполагается изготовлять строительные блоки или гранулировать с последующим использованием в строительной индустрии. Параллельно в электропечь будут подаваться коммунальных отходов, где они газифицируются под действием высокой температуры расплавленного шлака. Количество воздуха, подаваемого в расплавленный шлак, должно быть достаточным для окисления углеродного сырья и коммунальных отходов. Технологическая схема этого производства не предъявляет жестких требований к влажности исходного сырья - коммунальных отходов в процессе предварительной подготовки, морфологическому и химическому составам и агрегатному состоянию. Конструкция аппаратуры и технологическое обеспечение позволяет получить вторичную энергию в виде горячей воды или перегретого водяного пара с подачей их потребителю, а также вторичной продукции в виде керамической плитки или гранулированного шлака и металла. По существу, это и есть вариант комплексной переработки коммунальных отходов, их полной экологически чистой утилизации с получением полезных продуктов и тепловой энергии из "бросового" сырья - коммунальных отходов.

Высокотемпературный пиролиз является одним из самых перспективных направлений переработки коммунальных отходов с точки зрения как экологической безопасности, так и получения вторичных полезных продуктов синтез-газа, шлака, металлов и других материалов, которые могут найти широкое применение в народном хозяйстве. Высокотемпературная газификация дает возможность экономически выгодно, экологически чисто и технически относительно просто перерабатывать коммунальных отходов без их предварительной подготовки, т. е. сортировки, сушки и т. д.

Традиционные свалки не переработанных коммунальных отходов не только портят ландшафт, но и представляют потенциальную угрозу здоровью людей. Загрязнение происходит не только в непосредственной близости от свалок, в случае заражения грунтовых вод загрязненной может оказаться огромная территория. переработка коммунальный отходы

Основная задача, стоящая перед системами переработки коммунальных отходов - это наиболее полно утилизировать отходы, образующиеся на некоторой территории. При подборе технологий для реализуемых проектов нужно руководствоваться двумя важными требованиями: обеспечить минимум или полное отсутствие выбросов и произвести максимум ценных конечных продуктов, для реализации их на рынке. Наиболее полно эти задачи могут быть достигнуты при использовании систем автоматической сортировки и разделенной переработки различных видов отходов при помощи современных технологий.

Переработка горючих отходов.

Предлагаемая технология газификации позволяет перерабатывать горючие отходы в закрытом реакторе с получением горючего газа. Могут быть переработаны отходы следующих типов:

- горючая фракция коммунальных отходов, выделенная при сортировке;

- твердые промышленные отходы - нетоксичные твердые отходы, произведенные промышленными, торговыми и другими центрами, например: пластик, картон, бумага и т. д.;

- твердые горючие продукты переработки автомобилей: большинство автомобильных пластиков, резина, пеноматериалы, ткань, дерево и т. д.;

- сточные воды после осушения (наиболее эффективная переработка сточных вод достигается при использовании биотермической технологии);

- сухая биомасса, такая как отходы деревообработки, опилки, кора и т. д.

Процесс газификации является модульной технологией. Ценным продуктом переработки является горючий газ, производимый в объеме от 85 до 100 м3 в минуту (для модуля переработки 3.000 кг/ч), с приблизительной энергетической ценностью от 950 до 2.895 кКал/м3 в зависимости от исходного сырья. Газ может быть использован для производства тепло-/электроэнергии для сопутствующих производств или на продажу. Модуль газификации не производит выбросов в атмосферу и не имеет трубы: продуктом технологии является горючий газ, направляемый на производство энергии, и, таким образом, выбросы образуются только на выходе двигателей, бойлеров или газовых турбин, перерабатывающих горючий газ. Основное оборудование монтируется на рамах с общими внешними размерами 10 х 13 х 5 м. Технология проста в управлении и эксплуатации и может быть использована в рамках комплексных схем переработки отходов.

Переработка гниющих отходов.

Органическая фракция коммунальных отходов, полученная в результате сортировки, а также отходы ферм и очистных сооружений могут быть подвергнуты анаэробной переработке с получением метана и компоста, пригодного для сельскохозяйственных и садоводческих работ.

Переработка органики происходит в реакторах, где бактерии, производящие метан, перерабатывают органическую субстанцию в биогаз и гумус. Субстанция выдерживается в реакторе при определенной температуре 15-20 дней. Завод обычно состоит из двух или более параллельных линий. Биореакторы стационарны и расположены вертикально. Размер одного реактора может достигать 5000 куб. м. Это примерно соответствует отходам, производимым населением в 200 000 человек. Для переработки большего объема отходов требуется два или более параллельных реактора. При необходимости, по окончании анаэробной переработки субстанция пастеризуется и после этого полностью осушается в твердую массу, составляющую 35-45% от первоначального объема. На следующей стадии масса может быть подвергнута постаэрации и просеиванию для улучшения показателей хранения, эстетического вида и удобства использования.

Конечный продукт, гумус, полностью переработан, стабилизирован и пригоден для ландшафтных работ, садоводства и сельского хозяйства. Метан может быть использован для производства тепло/электроэнергии.

Переработка использованных шин.

Для переработки шин используется технология низкотемпературного пиролиза с получением электроэнергии, сорбента для очистки воды или высококачественной сажи, пригодной для производства автопокрышек.

2. Методологические аспекты проблемы обращения коммунальных отходов городского хозяйства

Одной из основных проблем в этом вопросе является слабая материально-техническая база существующих коммунальных служб. Это устаревшая техника и ее нехватка. На приобретение их необходимы средства, значительную часть которых должна составлять оплата потребителей. Но, не имея действенного механизма «нажима» на несознательного потребителя, игнорирующего требования контролеров и не платящего за услуги, организации вынуждены нести убытки. Информация о дебиторской задолженности за 2009-2011 годы по некоторым городам РК представлена в приложении А.

Другая сторона этой проблемы - не решается вопрос очистки прилегающих к контейнерным площадкам территорий. В результате мусор местные жители поджигают, или он самовозгорается и районы погружаются в удушливый дым, или же длинный шлейф мусора тянется на десятки метров. Здесь нужно отметить, что организации, занятые вывозом мусора, отвечают за мусор в контейнерах и на территории, прилегающей к ним в радиусе 3-х метров.

Вторая проблема - отсутствие типовых полигонов.

Имеющиеся полигоны не отвечают санитарным и экологическим требованиям, так как планировка и послойное складирование коммунальных отходов не проводятся, покрытие инертным материалом не осуществляется, в результате происходит интенсивное загрязнение окружающей среды. Наблюдаются самовозгорание коммунальных отходов, загрязнение земель и подземных вод. Необходимо отметить, что полигон расположен на участке, где грунты - гравий и галечник, обладающие высокими фильтрационными свойствами.

Росту количества отходов способствует рост потребления в городах и использование в быту и производстве низкосортных товаров и сырья.

Необходимо отметить, что в последние годы в составе коммунальных отходов уменьшается доля пищевых отходов, кожи, резины, стекла и, соответственно, возрастает содержание упаковочных материалов (бумага, картон, синтетика).

Ежегодно возрастают объемы образования коммунальных отходов и в связи с отсутствием мусороперерабатывающего завода в регионе.

В г. Алматы существует единственный в Казахстане завод по переработке отходов методом компостирования. В октябре 2007 г. в г. Астане состоялась закладка капсулы под строительство мусороперерабатывающего завода, который планируется запустить в действие уже в июле 2012 г.

3. Технологические проблемы переработки коммунальных отходов и определение рациональных путей их технологического решения

Выбор технологии переработки коммунальных отходов для населенного пункта уровня областного центра происходит по следующим критериям: экологичность, экономичность и безопасность людей, обслуживающих технологическую линию переработки.

Вещественный и материальный состав коммунальных отходов весьма сложен, зависит от времени года. Известны методы переработки с предварительным разделением и дальнейшей переработкой полученных видов сырья, либо без предварительного разделения.

С позиций безопасности труда и здоровья ручная сортировка представляет собой опасный процесс, так как участвующие в нем подвергаются действию вредных и опасных производственных факторов. Это токсичные твердые и жидкие вещества, невероятная бактериальная засоренность, отвратительный запах, возможность получения травм в процессе сортировки.

Некоторые наиболее перспективные с точки зрения использования коммунальных отходов в качестве сырья с привлечением экологически приемлемых технологий заслуживают внимания.

Получение из коммунальных отходов компоста. Наиболее эффективным и гигиеничным на сегодняшний день является метод биологической переработки во вращающихся цилиндрических барабанах диаметром до 4 м и длиной 30-60 м с получением компоста как почвенного субстрата или удобрения с продувкой воздуха в штабелях, в сетчатых камерах, на жалюзийных полках, в вертикальных башнях. Процесс происходит в полной изоляции от человека.

Недостаток его заключается в необходимости разделения на различные группы компонентов с последующей переработкой, что влечет за собой необходимость строительства дополнительного завода по сортировке мусора и заводов по переработке, либо поиска партнеров по переработке утильсырья: пленки, бумаги, черных и цветных металлов, стекла.

Технология не экологична, так как при получении компоста в него попадают токсичные вещества из краски, электрических батарей, люминесцентных ламп и др., что может привести к перенасыщению компоста тяжелыми металлами и вредными компонентами.

Получение компоста топливо-углеводородов нефтяного ряда химической технологией на основе окиси и карбида кальция.

Суть этой технологии заключается в том, что коммунальные отходы в смеси с окисью кальция переводятся в карбид кальция. Жидкие и газообразные отходы превращаются в синтетические нефтепродукты путем пропускания их через карбид в сверхкритических для ацетилена условиях Т500°С и Р0,2 МПа с последующей конденсацией и сортировкой полученных продуктов.

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

Недостаток этого метода заключается в необходимости сложной двухступенчатой технологии и для его осуществления нужны большие объемы окиси кальция.

Переработка коммунальных отходов на топливо с использованием термоудара.

Технология предназначена для переработки органических веществ, в том числе полимерных композиций, промышленных и коммунальных отходов методом термоудара. Сущность термоудара в мгновенном (со скоростью порядка 10000 град/сек) нагреве веществ до границ его существования в конденсированной фазе. При «взрывном» вскипании низкомолекулярные жидкости переходят в газообразное состояние, вследствие высокоскоростного пиролиза образуется пиролизный газ.

Процесс разделения несложен. Перед пиролизом от общей массы коммунальных отходов отделяются крупногабаритные отходы, которые затем разделяются на состоящие из органической и неорганической составляющих и на части, размеры которых определяются размером загрузочного устройства приемной камеры.

Получаемый пиролизный газ используется для получения электроэнергии для автономной работы установки и для отвода энергии потребителям, может быть сконденсирован в баллоны и использоваться как бытовое или топливо для двигателей внутреннего сгорания.

Органический осадок, представляющий собой углеподобный продукт, сушится и направляется на дальнейшую переработку, для получения топливных брикетов.

Преимущества процесса:

- минимальная трудоемкость по разделению коммунальных отходов;

- небольшие энергозатраты при переработке коммунальных отходов;

- использование малого количества кислорода;

- максимальная степень допустимой переработки или уничтожения отходов;

- минимальное возможное количество выводимых из системы соединений.

Переработка коммунальных отходов пиролизом.

Коммунальные отходы подаются в установку и нагреваются там без доступа воздуха. В результате получается пиролизный газ, углеродный остаток и некоторое количество жидких углеводородов. Производительность установки рассчитана на переработку 2 тонн сырья в сутки, но может быть и увеличена.

Экономические преимущества установки:

-перерабатывает органические вещества, имеющие чрезвычайно низкую себестоимость с получением прибыли от переработки;

- энергетически установка работает автономно, используя вырабатываемую энергию;

- мобильна и проста в эксплуатации, может быть смонтирована в любом месте;

- отличается высокой эффективностью и экономичностью (до 30% по сравнению с лучшими традиционными способами сушки и газификации);

- позволяет перерабатывать органические вещества, традиционные способы утилизации которых наносят вред окружающей среде;

- является экологически чистой и безопасной;

- первоначальный объем вещества уменьшается в 10 раз, что позволяет сократить расходы по захоронению коммунальных отходов на полигоне.

Переработка коммунальных отходов плавкой в печах Ванюкова.

Сущность процесса переработки заключается в высокотемпературной плавке компонентов коммунальных отходов в слое барботируемого шлакового расплава при выдерживании их в течение 2-3 секунд при температуре 1350-1400°С.

Конечные продукты: шлак для производства строительных материалов, слитки металлического лома для цветной металлургии и пар для производства электроэнергии.

Этот метод переработки практически не имеет недостатков и отличается рядом преимуществ перед другими:

- обеспечивает очистку от коммунальных отходов территорий промышленных районов и городов при полной экологической безопасности;

- установка рентабельна и окупается в 4-5 лет с начала эксплуатации;

- позволяет перерабатывать промышленные отходы (до 30% от веса коммунальных отходов);

- обеспечивает себя электроэнергией, кислородом, сжатым воздухом, теплом;

- избытки электроэнергии, тепла и продуктов разделения воздуха используются для нужд населения;

- получаемые шлаки пригодны для любого строительства без ограничений;

- из отходящих газов производится жидкая или твердая углекислота;

- является безотходным, не требует дальнейшей утилизации остатка;

- печи отличаются высокой производительностью от 3 до 240 тыс.тонн в год.

Экологически чистый метод переработки коммунальных отходов с получением энергии сжигания коммунальных отходов.

Процесс заключается в следующем. Отходы отгружаются в бетонный приемный накопитель, откуда они подаются по галерее в бункер одного из котлов. В бункере отходы медленно перемещаются на металлической решетке через камеру сгорания с температурой выше 1370°С, где происходит полное сгорание. Здание с накопителем отходов находится под разряжением, чтобы предотвратить распространение неприятных запахов отходов в окружающую среду.

Получаемое при сгорании тепло в котлах-утилизаторах преобразуется в пар, энергия которого преобразуется в генераторе турбины преобразуется в электрическую энергию.

Завод может произвести более 15000 кВт электрической энергии, которой достаточно для обеспечения электроэнергией 13000 домов.

Современными аппаратами выбросные газы освобождаются от кислых газов, тяжелых металлов и органических загрязнителей.

В результате сгорания и процессов восстановления металлов, объем мусора уменьшается более чем на 90%.

Патентный поиск проводился с целью определения патентоспособности планируемых результатов научно-исследовательской работы по теме: «Разработка научных основ совершенствования технологий переработки твердо-бытовых отходов», выполняемой в рамках договора об оказании услуг по разработке бюджетной программы 030 «Прикладные научные исследования в сфере ЖКХ». Это должно помочь в разработке технологии, в которой будут учтены преимущества и недостатки уже существующих подходов к переработке коммунальных отходов. Отчет по патентным исследованиям позволит учесть полученную информацию в дальнейшем при выполнении работ по теме.

Патентный поиск (приложения Б) проводился с 11.05.2012 г. по 23.05. 2012 г.

Заключение

Стратегическим направлением развития Республики Казахстан сформулированы потребности реформирования системы государственного управления в сторону постепенной либерализации, характеризующейся переходом на преимущественно экономические инструменты управления, снижением административного вмешательства в хозяйственную деятельность, повышением самостоятельности и ответственности субъектов рынка.

Система управления отходами должна охватывать все аспекты процесса обращения отходов: экологические, социальные, экономические, технологические, нормативно-правовые. Она должна решать текущие проблемы и развиваться с учетом перспективы хотя бы на ближайшие 10-15 лет.

Существующая в большинстве крупных городов Казахстана система обращения с коммунальными отходами в основном базируется на полигонном захоронении. К настоящему времени в большинстве городов Республики ресурс существующих полигонов близок к исчерпыванию, что требует срочного радикального пересмотра сложившейся схемы обращения с коммунальными отходами.

Состояние окружающей среды в Восточном Казахстане остается неудовлетворительным и основным фактором, оказывающим влияние на здоровье населения. Значительно усиливает этот фактор прогрессирующее накопление промышленных и производственных отходов, загрязняющих стоков.

Для улучшения качества окружающей среды, регулирования процессов природопользования, необходимо стабилизировать уровень выбросов, сбросов и накопления отходов при росте производства и в дальнейшем, сохраняя это условие, последовательно осуществлять конкретные природоохранные мероприятия.

Управление отходами включает в себя организацию их сбора, удаления (транспортировку), переработки и захоронения, а также реализацию мероприятий по уменьшению количества отходов, направляемых на переработку и захоронение.

Минимизация количества отходов, направляемых на объекты переработки и захоронения, решается в мировой практике на основе включения в схему управления операций сортировки коммунальных отходов и выделения ресурсов, пригодных для дальнейшего использования. Предварительная сортировка отходов является основным методом минимизации их количества, поступающих на объекты санитарной очистки.

Принципиально возможны три взаимодополняющих друг друга направления сортировки коммунальных отходов:

- раздельный сбор отходов у населения в местах образования с дополнительной сортировкой на специальных сортировочных установках;

- раздельный сбор в местах образования так называемых коммерческих отходов, образующихся в нежилом секторе населенных пунктов (отходы рынков, магазинов, учреждений, школ и др.), с последующим извлечением из них ценных компонентов на специальных объектах;

- сортировка в заводских условиях комплексной переработки коммунальных отходов;

Коммунальные отходы по своему составу фактически могут быть разделены на три категории.

1.Вторичное сырье - этот вид коммунальных отходов может быть переработан в полезную продукцию с получение прибыли, или с компенсацией затрат на переработку за счет реализации получаемой продукции (доля таких отходов в составе коммунальных отходов - около 40%).

2.Биоразлагаемые отходы - могут быть переработаны в полезную продукцию (компост), но прибыль от ее реализации не может компенсировать затраты на переработку (доля в составе около 30%).

3.Неперерабатываемые отходы - в настоящее время либо не могут быть переработаны в полезную продукцию либо затраты на такую переработку слишком велики. В лучшем случае этот вид отходов можно безопасно «спрятать», подмешивая в качестве наполнителей в различные изделия. К этой группе относятся и опасные отходы, содержащиеся в коммунальных отходах. Доля этих отходов в составе коммунальных отходов - около 30%.

Каждой из категорий соответствуют свои методы переработки:

1.Вторичное сырье - сортировка, дальнейшая переработка.

2.Биоразлагаемые - аэробное или анаэробное разложение с получением компоста, биогаза, технического спирта и др.

3. «Хвосты» - захоронение на полигоне, уменьшение объемов (прессование) и временное складирование на полигоне, использование в качестве наполнителей для строительных материалов и др.

Для улучшения ситуации необходимо внедрять ресурсо- и энергосберегающие технологии, стимулировать деятельность по переработке и использованию отходов. В связи с этим необходимо разработать предложения по мониторингу отходов, оценить воздействие захоронений на окружающую среду, разработать региональные планы действии по обращению с отходами.

Чтобы стратегически подходить к управлению обращением отходами, необходимо внедрять следующие принципы:

- планировать деятельность по обращению с отходами, быть готовыми к изменению объемов образующихся отходов;

- заниматься не только текущим управлением отходами, но и планировать деятельность в этой сфере на средне- и долгосрочную перспективу;

- планировать внедрение современных технологий, модернизацию производственного процесса на всех стадиях обращения с отходами;

- привлекать различные источники финансирования мероприятий по обращению с отходами, обеспечивая максимальную отдачу от вложенных средств;

- формировать системы экономических и регулирующих инструментов, применение которых позволит обеспечить соответствие стратегическим целям.

При разработке и реализации стратегии по обращению с отходами необходимо, чтобы она не противоречила планам развития региона в целом и действующему законодательству, была подкреплена финансовыми, материальными и кадровыми ресурсами и источниками привлечения инвестиций, разработкой технологий и приобретением технических средств.

Проблемы, с которыми сталкиваются при решении проблемы утилизации отходов, в основном одинаковы для различных городов Казахстана. Вывозимые отходы обезвреживаются на городских неусовершенствованных свалках, на которых отсутствует отвод и обезвреживание токсичного фильтрата, который проникает в подземные водоносные горизонты и способствуют их загрязнению. Свалки не оборудованы системами отвода образующихся в толще мусора газов и скважинами для мониторинга грунтовых вод. Часть отходов вывозится на стихийные (несанкционированные) свалки, расположенные в обработанных карьерах, в балках и вдоль проселочных дорог. Не разработан механизм вторичной переработки отходов.

Удаление отходов стало не только экологической, но и серьезной экономической проблемой. Отсутствие экономически обоснованных тарифов не позволяет найти финансовые средства на решение экологической проблемы утилизации отходов на современном мировом уровне и привлечь частный капитал для решения этой проблемы, основными принципами для реального решения проблемы утилизации отходов является: