Утилизация твердых бытовых отходов

     Таким образом, существующая  в большинстве крупных городов  Республики Казахстан система  обращения с ТБО в основном  базируется на полигонном захоронении.  К настоящему времени в большинстве  городов Республики Казахстан  ресурс существующих полигонов  близок к исчерпыванию, что требует  срочного радикального пересмотра  сложившейся схемы обращения  с ТБО.

    Проблемы управления  отходами требуют модернизации  с учетом международного опыта.  Огромный положительный опыт  можно перенять в организации  управления отходами за рубежом  и адаптировать для условий  Республики Казахстан.

Целесообразность применения того или иного из методов обращения  с ТБО зависит от численности  населения, состава и свойств  ТБО данного города или региона, потребности в утильных фракциях, тепловой энергии или удобрении, климатических условий и многих других факторов.

    Выбранная технология  обезвреживания ТБО должна обосновываться  следующими критериальными оценками:

   1. Экологическая приемлемость  с точки зрения сокращения  загрязнения атмосферы, водоисточников, земли.

   2. Санитарная и эпидемиологическая  безопасность всей системы сбора,  транспортирования, обезвреживания  и утилизации отходов.

   3. Выполнение законодательных норм по выбросу загрязняющих веществ в окружающую среду из комплексов по обезвреживанию отходов (экологическая безопасность), включая системы газоочистки, удаления золы, шлака и очистки сточных вод.

    4. Эффективность технологических  и конструктивных решений, включающих:

- производительность технологии;

- уровень ее автоматизации;

- степень защищенности от аварийных  ситуаций и залповых выбросов;

- коэффициент использования энергоносителей,  применяемых в технологии.

   5. Капитальные вложения  и сроки реализации капитальных  вложений, приведенные стоимостные  удельные затраты на обезвреживание  единицы массы ТБО.

Вопросы вывоза и сбора ТБО нельзя рассматривать отдельно от организации  переработки и утилизации отходов. И начало работ по развитию и модернизации мусороперерабатывающей отрасли Республики Казахстан должно начинаться с укрепления действующей системы обращения  с ТБО, решения существующих проблем в сфере обращения ТБО в Республике Казахстан.

    В Республике Казахстан  мусороперерабатывающая отрасль  нуждается в разработке комплексной  программы и в серьезных финансовых  инвестициях с целью развития  и модернизации. Построение системы переработки и утилизации отходов способно внести огромный вклад в оздоровление экологической ситуации в стране и в снижении тех типов отходов, которые образуются на территории предприятий и местах проживания населения.

Выбор рациональной технологии переработки  ТБО применительно к тому или  иному городу можно осуществить, исходя из пяти основных условий:

- необходимой производительности;

- морфологического состава ТБО;

- числа компонентов, входящих  в состав ТБО, которые в данных  технико-экономических условиях  представляют практическую ценность  и должны извлекаться в самостоятельный  продукт;

- кондиций, предъявляемых к продуктам  обогащения;

- число компонентов, которые  являются опасными и должны  быть удалены из ТБО либо  по экологическим соображениям, либо исходя из требований  процессов дальнейшей обработки.

    Компостирование твёрдых бытовых отходов. Основной целью компостирования является обеззараживание ТБО и переработка в удобрение – компост – за счёт биохимического разложения органической части ТБО микроорганизмами. Применение компоста в качестве удобрения в сельском хозяйстве позволяет повысить урожайность выращиваемых культур, улучшить структуру почвы и увеличить содержание гумуса в ней. Весьма существенным является и то, что при компостировании в атмосферу выделяется меньшее количество «парниковых» газов (прежде всего диоксида углерода), чем при сжигании или вывозе на свалки. Основной недостаток компоста – высокое содержание тяжёлых цветных металлов в нём.

    Оптимальными условиями компостирования  являются: рН от 6 до 8, влажность 40 – 60 %, время компостирования осуществляется в специальных закрытых бассейнах или тоннелях в течение месяца.

    Технологической схемой предусматривается  разгрузка мусоровозов в приёмные  бункеры, из которых пластинчатыми  питателями или грейферными кранами  отходы подаются на ленточные  конвейеры, а затем – во  вращающиеся биотермические барабаны.

    В биобарабанах при постоянной подаче воздуха происходит стимуляция жизнедеятельности микроорганизмов, результатом которой являлся активный биотермический процесс. В ходе этого процесса температура отходов повышалась до 60 °С, что способствовало гибели болезнетворных бактерий.

    Компост представляет собой рыхлый  продукт без запаха. В расчёте  на сухое вещество компост  содержит 0,5 – 1 % азота, 0,3 % калия  и фосфора и 75 % органического  гумусного вещества.

Просеянный  компост проходит магнитную сепарацию  и направляется в дробилки для  измельчения минеральных составляющих, а затем транспортируется на склад  готовой продукции. Выделенный металл прессуется. Отсеянная некомпостируемая часть ТБО – кожа, резина, дерево, пластмасса, текстиль и другие – направляются на установку пиролиза.

     Технологической схемой этой  установки предусматривалась подача  некомпостируемых отходов в бункер-накопитель, из которого они направлялись в загрузочную воронку сушильного барабана. После сушки отходы поступали в печь пиролиза, в которой без доступа воздуха происходило их термическое разложение. В результате получали парогазовую смесь и твёрдый углеродистый остаток – пирокарбон. Парогазовую смесь направляли в тепломеханическую часть установки на охлаждение и разделение, а пирокарбон – на охлаждение и дальнейшую переработку. Окончательными продуктами пиролиза являлись пирокарбон, смола и газ. Пирокарбон используется в металлургической и некоторых других отраслях промышленности, газ и смола – в качестве топлива.

    Сжигание с использованием  тепла и без использования  тепла. Метод сжигания (или в общем виде термические методы обезвреживания ТБО) имеет как несомненные достоинства (можно использовать теплоту сгорания ТБО для получения электроэнергии и отопления зданий, надёжное обезвреживание отходов), так и существенные недостатки.

    Необходима хорошая система очистки топочных газов, так как при сжигании ТБО в атмосферу выделяются хлористый и фтористый водород, сернистый газ, оксиды азота, а также металлы и их соединения (Zn, Cd, Pb, Hg и т. д. в основном в виде аэрозолей) и, что особенно важно, в процессе горения отходов образуются диоксины, дифенилы, присутствие которых в

отходящих газах значительно осложняет их очистку из-за малой концентрации этих высокотоксичных соединений.

   Разновидностью процесса сжигания  является пиролиз – термическое  разложение ТБО без доступа  воздуха. Применение пиролиза  позволяет уменьшить воздействие  ТБО на окружающую среду и  получать такие полезные продукты, как горючий газ, масло, смолы  и твёрдый остаток (пирокарбон).

  Широко  рекламируется процесс высокотемпературной  переработки бытовых и промышленных  отходов в барботируемом шлаковом расплаве (рис.1). Основным агрегатом технологической схемы является барботажная печь, конструкция которой разработана в содружестве со специалистами института Стальпроекта (Москва).

   Печь проста и имеет небольшие  габариты, высокую производительность  и высокую эксплуатационную надёжность.

   Процесс осуществляется следующим  образом. Бытовые отходы подают  в загрузочное устройство периодически. Толкатель сбрасывает их в  шлаковую ванну, продуваемую воздухом, обогащенным кислородом. В ванне  отходы быстро погружаются в  интенсивно перешиваемый вспененный  расплав.    Температура шлака  составляет 1400 – 1500 °С. За счёт  интенсивной теплопередачи отходы подвергаются скоростному пиролизу и газифицируются. Минеральная их часть растворяется в шлаке, а металлические предметы расплавляются, и жидкий металл опускается на подину. При низкой калорийности отходов для стабилизации теплового режима в качестве дополнительного топлива в печь подают в небольших количествах энергетический уголь. Вместо угля может быть использован природный газ. Для получения шлака заданного состава загружают флюс.

Рисунок 4

 Печь для термической обработки бытовых и промышленных отходов в барботируемом шлаковом расплаве

 

1 – слой шлака, через который барботирует воздух; 2 – слой спокойного шлака; 3 – слой металла; 4 – огнеупорная подина; 5 – сифон для выпуска шлака; 6 – сифон для выпуска металла; 7 – переток; 8 – водоохлаждаемые стенки; 9 – водоохлаждаемый свод; 10 – фурмы для подачи воздуха;

11 – фурмы для подачи топлива; 12 – загрузочное устройство; 13 – крышка; 14 – загрузочная воронка; 15 – патрубок для отвода газа.

 

   Шлак выпускается из печи через  сифон непрерывно или периодически  и подаётся на переработку.  Химический состав шлака можно  регулировать в широких пределах, получая композиции, подходящие  для производства различных строительных  материалов – каменного литья,  щебня, наполнителей для бетонов,  минерального волокна, цемента. 

   Металл через переток поступает в сифон и непрерывно или порциями сливается в ковш и далее передаётся на переработку или непосредственно у печи разливается в чушки, либо гранулируется.

  Горючие газы – продукты пиролиза и газификации отходов и угля, выделяющиеся из ванны, – дожигают над ванной путём подачи воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода.

  Печные  высокотемпературные (1400 – 1600 °С) газы отсасываются дымососом  в паровой котёл для охлаждения  и полезного использования их  энергии. В котле осуществляется  полное дожигание газов. Затем  охлаждённые газы направляются  в систему очистки. Перед сбросом  их в атмосферу производится  их очистка от пыли и вредных  примесей.

   Высокие температуры процесса, рациональная  схема сжигания, заключающиеся в  сочетании окислительно-восстановительного  потенциала газовой фазы и  температурного режима, обуславливают  низкое содержание оксидов азота  (NOx) и других примесей в дымовых газах.

   Дымовые газы благодаря высокотемпературному  сжиганию содержат значительно  меньше органических соединений, в частности диоксинов.

Перевод в условиях процесса щелочных и щелочноземельных металлов в парогазовую фазу способствует связыванию хлора, фтора и оксидов  серы в безопасные соединения, улавливаемые при газоочистке в виде твёрдых  частиц пыли.

   Замена воздуха кислородом позволяет  в 2 – 4 раза снизить объём  дымовых газов, облегчить их  очистку и уменьшить сброс  токсичных веществ в атмосферу. 

   Вместо большого количества зольного  остатка (до 25 % при обычном сжигании), содержащего тяжёлые цветные  металлы и диоксины, образуется инертный шлак, являющийся сырьём для производства строительных материалов.

   Пыль, выносимая из печи с дымовыми  газами, селективно улавливается  на разных ступенях очистки.  Количество пыли в 2 – 4 раза  меньше, чем при использовании  традиционных печей. Крупная пыль (до 60 %) возвращается в печь, мелкая, представляющая собой концентрат  тяжёлых цветных металлов (Zn, Pb Cd, Sn и др.), пригодна для дальнейшего использования.

    Современные методы термической  переработки твёрдых бытовых отходов

   Институтом «Гинцветмет» совместно с другими российскими организациями разработана технология термической переработки ТБО в барботируемом расплаве шлака. Основным её достоинством является решение актуальной общемировой диоксиновой проблемы: уже на выходе из барботажного агрегата практически отсутствуют высокотоксичные соединения (диоксины, фураны, полиароматические углеводороды). Вместе с тем сейчас имеется ряд отечественных и зарубежных методов термической переработки ТБО, находящихся на разных стадиях освоения. В таблице приведены основные показатели термических методов переработки ТБО, наиболее известных экологам и специалистам по утилизации таких отходов.      Эти методы или уже получили промышленное распространение или прошли крупномасштабную апробацию. Суть используемых процессов:

- процесс  КР – сжигание ТБО в печи  с колосниковыми решетками (КР) или котлоагрегате на колосниковых решётках разных конструкций;

- процесс  КС – сжигание отходов в  кипящем слое (КС) инертного материала  (обычно песок определённой крупности);

- процесс  «Пироксэл» – электрометаллургический, включающий сушку, пиролиз (сжигание) отходов, обработку минерального остатка сжигания в шлаковом расплаве, а также пылегазоочистку дымовых газов;

- процесс  в агрегате типа печи Ванюкова (ПВ) – плавка в барботируемом расплаве;

- процесс,  разработанный в Институте химической  физики РАН – сжигание –  газификация отходов в плотном  слое кускового материала без  его принудительного перемешивания  и перемещения; 

- процесс  «Thermoselect» – комбинированный, включающий стадии уплотнения отходов, пиролиз и высокотемпературную газификацию (с получением синтез-газа, инертных и некоторых минеральных продуктов и металлов);

- процесс  «Siemens» – пиролиз – сжигание пирогаза и отсепарированного углеродистого остатка с использованием необогащённого кислородом дутья.