Термические методы переработки отходов

Термические методы переработки и утилизации ТБО разделяют на три способа:

слоевое сжигание неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках;

слоевое и камерное сжигание специально подготовленных отходов в виде гранулированного топлива (освобожденного от балластных составляющих и имеющего постоянный фракционный состав) в топках энергетических котлов или цементных печах;

пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Все термические методы переработки и утилизации отходов помимо их обезвоживания направлены на получение энергии, а также твердого, жидкого или газообразного топлива при их пиролизе.

Сжигание предварительно не подготовленных отходов

Методы слоевого сжигания неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках наиболее распространен и изучен. В этом случае помимо выполнения санитарно-гигиенических мероприятий можно получить тепловую или электрическую энергию, сократить до минимума расстояние между местом сбора отходов и мусоросжигательным заводом (МСЗ), значительно экономить земельные площади.

Однако при сжигании отходов выделяются твердые и газообразные отравляющие вещества, поэтому все современные МСЗ должны быть оборудованы высокоэффективными газоочистными устройствами, стоимость которых достигает 50 % общих капиталовложений на строительство МСЗ.

Технологическая схема термообезвреживания отходов на мусоросжигательном заводе приведена на рис. 4.

Рис. 4. Технологическая схема переработки отходов на мусоросжигательных заводах

1 - мостовой грейферный кран; 2 и З - мусорный и шлаковый отсеки бункера-накопителя; 4 - вентилятор первичного дутьевого воздуха; 5- станция гидропривода; 6- паровые калориферы-воздухоподогреватели; 7- шлакоизвлекатель; 8 - ленточные транспортеры для удаления шлака и золы; 9- дымосос; 10 - дымовая труба; 11- электростатический фильтр; 12- котел-угилизатор; 13- вентилятор вторичного воздуха; 14- загрузочный бункер; 15- растопочная горелка; 16 - колосниковая решетка; I - пар; II- вода; III- воздух; IV- шлак.

При поступлении на завод мусоровозы взвешивают на платформенных автоматических весах. Затем по эстакаде мусоровозы поступают для разгрузки в приемное помещение, оборудованное в виде холла с воротами. Несколько пунктов разгрузки предусматривают гравитационную выгрузку одновременно нескольких мусоровозов в бункер-накопитель. Мусор из бункера-накопителя частями забирает мостовой кран, оборудованный грейферным ковшом типа «Полип» вместимостью 5м 3 с гидроэлектрической системой управления. В приемном отделении поддерживается некоторое разряжение воздуха за счет забора из него дутьевого воздуха для поддержания процесса горения ТБО в котлоагрегатах, что предотвращает выброс неприятных запахов и пыли за пределы отделения. Мусор из приемного бункера подают в загрузочный желоб питателя печи котлоагрегата до определенной высоты. Емкость желоба образует буферный резерв питания печи. Образуемая таким образом колонна мусора обеспечивает герметичность между камерой горения и загрузочным бункером. Нижняя часть желоба защищена водяной рубашкой от перегрева в случае подъема пламени. Питатель распределяет мусор по колосниковой решетке, на которой сжигают мусор. Она является основным элементом печи (рис. 5).

Рис. 5 . Схема процесса горения в топке мусоросжигательного котла

1 - исходный мусор; 2, 3, 4, 5 - зоны, соответственно, выхода летучих продуктов, газификации, горения кокса и образования шлака; 6 - колосниковые валки; 7 - подрешетный бункер для сбора золы и просоров.

Имеется несколько видов колосниковых решеток. Наибольшее применение получило топочное устройство, оборудованное обратно переталкивающей колосниковой решеткой системы «МАРТИН» (Германия), шириной 3 м и наклоненной под углом 26 0 в горизонтальной плоскости. По ширине решетка имеет одну или несколько секций, каждая из которых состоит из 13 рядов чередующихся подвижных и неподвижных колосников. Схема устройства колосниковой решетки распределение зон горения мусора на ней показаны на рисунке 3.2.

Каждый второй колосник приводится в возвратно-поступательное движение общим устройством управления. Амплитуда возвратно-поступательного движения в направлении решетки снизу вверх составляет около 400 мм, а число циклов может плавно изменяться от 0 до 60 в 1 ч.

Перемещение колосников решетки существенно влияет на процесс сжигания слоя мусора, который при каждом цикле медленно перемешивается и раскладывается по поверхности. Часть горящей массы перемещается ко входу решетки, давая запал для вновь поступающей массы мусора. Таким образом, уже в начале решетки образуется интенсивное пламя, при котором все стадии сжигания – сушка, возгорание и сжигание – происходят одновременно.

Благодаря наличию сильного пламени в начале решетки газы, выделяющиеся на стадии сушки, смешиваются с очень горячими газами горения и сжигания.

Мусор, сжигаемый на решетке, постепенно перемещается вниз, постоянно перемешиваясь. Сжигание мусора завершается приблизительно на 2/3 длины решетки, а на оставшейся части мусор, превратившейся в шлак, постепенно охлаждается под действием подаваемого в топку воздуха.

В горящем слое на решетке системы «МАРТИН» не образуется «кратеров», что обеспечивает почти полное сгорание отходов.

Конструкция колосниковой решетки позволяет сжигать отходы с различной теплотой сгорания (3,5-10,5 МДж/кг) и большим (до 50 %) содержанием золы при высокой (более 400 кг/м 2 * ч) удельной производительности. Площадь колосниковой решетки каждого агрегата 20м 2 , номинальная производительность 8,33 т/ч при теплоте сгорания ТБО 6,3 МДж/кг. Гарантийный срок работы колосниковой решетки около 30 тыс.ч. Температура в топочном пространстве регулируется автоматически и составляет 800-1000 0 С, что обеспечивает выгорание твердых и газообразных горючих составляющих отходов.

Для обеспечения требуемого качества сжигания, т.е. для получения хорошо перегоревшего шлака, необходимо удалять его одновременно. Шлак составляет около 25 % по массе (4-5 т/ч) от общего количества сжигаемых отходов.

Для этого колосниковую решетку оснащают барабаном удаления шлака с регулируемой скоростью вращения, что позволяет и сглаживать толщину слоя мусора и шлака на решетке, а также удалять шлак в буккер шлакового экстрактора.

Горячий шлак падает в бункер, а затем в бак с водой, в котором охлаждается до 80…90 0 С. Из бака шлак удаляется толкателем, который проталкивает его в желоб, установленный с обратным уклоном. Конструкция желоба позволяет, с одной стороны, уплотнять удаляемый материал без риска закупорки рабочего сечения желоба, а с другой – стекать избыточной влаге. Таким образом, потери воды на гашение сводятся к минимуму, т.е. на испарение и на поглощение ее шлаком.

Далее охлажденный шлак по системе ленточных транспортеров проходит через виброполотно, с которого из шлака удаляют металлические частицы, для чего над ленточным транспортером устанавливают магнитный сепаратор, оборудованный мощным электромагнитом. Куски металла удаляют в специальные емкости, а освобожденный от металла шлак поступает по ленте в шлаковый отсек бункера-накопителя. Зола из под воздушного короба и из бункеров котла удаляется вместе со шлаком.

Для обеспечения процесса горения отходов подают воздух, нагнетаемый вентилятором первичного дутья через короб, установленный под решеткой и состоящий из нескольких отсеков или зон. Каждая зона подачи воздуха под решетку обеспечивает впуск определенного количества воздуха под решетку и в слой мусора для обеспечения горения; сбор и удаление мелких частиц, просеивающихся под решетку.

В нижней части в подрешеточной зоне установлены воронки асимметричной формы, которые предназначены для сбора и удаления просева.

Дополнительно воздух подается вентилятором вторичного дутья под высоким давлением через сопла, расположенные на передней и задней стенках камеры горения, для завершения окисления и полного сжигания газов в нижней части камеры сжигания.

Рассмотренная технология слоевого сжигания отходов направлена на санитарно-гигиеническое (огневое) обезвреживание ТБО с получением тепловой энергии, которую утилизируют через котел, установленный над колосниковой решеткой.

Возможно различное использование энергии: городское отопление; пар для промышленных установок; выработка электроэнергии для собственных нужд или для сбора в единую систему, а также их сочетание, например городское отопление плюс производство электроэнергии.

Выбор технологии обезвреживания и переработка ТБО методом сжигания предшествует детальное технико-экономическое обоснование схемы сбыта получаемой тепловой энергии, так как строительство МСЗ требует больших капиталовложений. Следует отметить, что строительство современных ТЭЦ (котельных) равноценной мощности (по производимой энергии) в 8-10 раз дешевле.

Оптимальная схема сбыта вырабатываемой энергии – на нужды централизованного теплоснабжения. В это случае пар, вырабатываемый МСЗ, можно использовать для подогрева сетевой воды в специальном дополнительном подогревателе, установленном после основных подогревателей. В теплое время года пар от МСЗ частично вытесняет пар теплофикационных отборов, а в холодное время года, когда нагрузка районов превышает мощность теплофикационных отборов, восполняет часть пиковой нагрузки. Возможно также параллельное (по воде) включение тепловых магистралей ТЭЦ и МСЗ, когда подогреватели компонуют на МСЗ. В этом случае температурные графики ТЭЦ и завода совпадают. По другим схемам подогреватель МСЗ включен последовательно с основным и пиковыми подогревателями ТЭЦ, что применимо в условиях, когда МСЗ расположен вблизи транзитной магистрали ТЭЦ. Наиболее простая схема включения тепловых сетей МСЗ – установка подогревателя последовательно на обратной линии теплосетей ТЭЦ.

Пиролиз отходов

Как показывает практика переработки ТБО на МСЗ, наиболее перспективен способ обезвреживания ТБО в две ступени: аэробное биотермическое компостирование органической части ТБО (биотермический метод) с получением компоста – ценного органического удобрения, или биотоплива; пиролиз некомпостируемой части бытовых отходов (НБО), включающих резину, кожу, пластмассы, дерево и т.д.

Под пиролизом понимают процесс термического разложения отходов без доступа кислорода, в результате которого образуются пиролизный газ и твердый углеродистый остаток. Количество и состав продуктов пиролиза зависит от состава отходов и температуры разложения.

Пиролиз НБО способствует созданию безотходных и малоотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Пиролизные установки в зависимости от температурного режима процесса разделяют:

на низкотемпературные (450…500 0 С), характеризующиеся минимальным выходом газа, максимальным количеством смол, масел и твердых остатков;

среднетемпературные (до 800 0 С), характеризующиеся увеличенным выходом газа с уменьшенным количеством смол и масел;

высокотемпературные (свыше 800 0 С), характеризующиеся максимальным выходом газов и минимальным количеством смолообразных продуктов.

Процесс пиролиза НБО состоит: из пиролиза НБО в печи с внешним обогревом; дожига пиролизных газов; утилизации тепла отходящих газов в котле-утилизаторе с получением пара; очистки дымовых газов от пыли и химических примесей в пенном абсорбере; сушки абсорбционных растворов в распылительной сушилке; охлаждения пирокарбона в барабане-холодильнике; сепарации черного и цветного металла из пирокарбона; сепарации камней из пирокарбона; измельчения пирокарбона в конусной инерционной дробилке; фасовки пирокарбона в мешки и складирования.

Основной узел пиролизной установки - реактор, представляющий собой шахтную печь со встроенной швельшахтой и системой эвакуации газов, предотвращающей смешивание пиролизных и дымовых газов (рис. 6)

Рис. 6. Схема установки высокотемпературного пиролиза:

1 - приемная воронка; 2 - затворы; 3 - конденсатор жидких продуктов; 4 - дроссельные заслонки; 5 - вентилятор; 6 - газоанализатор; 7- дымосос; 8 - система газоочистки; 9- сопло подачи подогретого воздуха; 10 - воздухоподогреватель; 11 - водяная ванна: 12- швельшахта; I, II и III- направления движения соответственно конденсата, охлажденного воздуха и отходящих газов.

Из сортировочного отдела НБО по системе конвейерных транспортеров попадают в приемный бункер пиролизной установки, обеспечивающей двухсуточный запас хранения отходов для бесперебойной ее работы. Из бункера отходы забирают грейферным ковшом, смонтированным на подъемном кране грузоподъемностью 5 т. Кран подает отходы в промежуточный бункер, днищем которого служит пластинчатый питатель шириной 1,2 м и длиной 4 м, предназначенный для загрузки отходов в верхнюю часть реактора, оборудованную тремя затворами шиберного типа.

В печи пиролизной установки при температуре 500-550 0 С без доступа воздуха происходит термическая деструкция (пиролиз) НБО. В результате образуется парогазовая смесь, содержащая в своем составе летучие вещества, пары смолы и твердый углесодержащий продукт – пирокарбонат.

Для использования тепла горения углеводородов и перевода ряда химических веществ (меркаптан, сероводород, циановодород и т.д.) в безвредные элементы предусматривают их дожиг в специальной камере при температуре 100 0 С в потоке отходящих от печей пиролиза газов.

Камера дожига оборудована рубашкой, в которую поступает воздух, охлаждающий стенки камеры, в результате чего температура газов на выходе из камеры дожига снижается до 800 0 С. Воздух на горение и разбавление подают дутьевыми вентиляторами.

Дымовые газы из камеры дожига направляются в рубашку печи пиролиза, где тепло дымовых газов используется для обогрева печи. Из рубашки печи пиролиза дымовые газы температурой 600-700 0 С направляются для утилизации тепла в котел-утилизатор. В последнем в результате снижения температуры дымовых газов до 300-350 0 С получают пар, который в дальнейшем используют для нужд теплоснабжения производства. Затем дымовые газы температурой 300-350 0 С поступают на распылитель для сушки абсорбционных растворов, использованных в абсорберах, а оттуда с температурой 120 0 С - на абсорбцию и после очистки выбрасываются в атмосферу.

Полученный в печи пирокарбонат с температурой 450-450 0 С поступает в холодильный барабан, где охлаждается до 40-50 0 С, и по ленточному конвейеру подается на размол, предварительно пройдя электромагнитный сепаратор для извлечения остатков черного металла, и затем поступает на полигональное сито.

Проходя через полигональное сито, пирокарбонат освобождается от крупных камней, которые вывозят на свалку, и подается на мельницу, где измельчается до фракции 0,5мм и менее. После измельчения пирокарбонат вновь подают на сепарацию для извлечения цветных металлов, которые накапливают в контейнерах, а пирокарбонат направляют на расфасовку и затем на склад готового продукта.

Поступающие на установку отходы НБО более чем на 90 % состоят из органических веществ, в основной массе которых соотношение углерод: водород: кислород приблизительно соответствует их соотношению в целлюлозе.

Целлюлоза – высокомолекулярный полисахарид, эмпирическая формула которого (С 6 Н 10 О 5) n . Клетчатка – главная составная часть органической части отходов, например бумага почти на 100% состоит из целлюлозы; хлопчатобумажные и текстильные изделия – более чем на 90; древесина – примерно на 50% из целлюлозы.

При термической обработке целлюлозы (при отсутствии доступа кислорода) она разлагается, образуя большое количество различных продуктов.

Присутствующие в НБО кожа, пластмасса, резина и другие продукты разлагаются, образуя летучие вещества, которые помимо СО 2 и H 2 О, Сl, F, SO 2 содержат углеводороды (олефины, парафины и т.д.). Пиролизные газы подвергаются дальнейшему окислению в камере дожига при температуре 1100 0 С, превращаясь в менее опасные вещества. Тепло дымовых газов используется для проведения процесса пиролиза НБО, что уменьшает количество топлива, используемого со стороны.

К вредным составляющим НБО относят: серу, основным источником которой является резина; хлор, выделяющийся при сжигании полимерных материалов; оксиды азота; соединения фтора и т.д.

Для защиты окружающего атмосферного воздуха от загрязнений дымовые газы необходимо тщательно очищать как отзолы, так и от химических веществ. Наиболее высокие требования очистки дымовых газов предъявляют заводам, расположенным вблизи жилой застройки.

Сжигание и пиролиз твердых бытовых отходов

Опыт показывает, что для крупных городов с населением более 0,5 млн. жителей целесообразнее всего использовать термические методы обезвреживания ТБО.

Термические методы переработки и утилизации ТБО можно подразделить на три способа:

-слоевое сжигание исходных (неподготовленных) отходов в мусоросжигательных котлоагрегатах (МСК);

-слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов (освобожденных от балластных фракций) в энергетических котлах совместно с природным топливом или в цементных печах;

-пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Несмотря на разнородность состава твердых бытовых отходов, их можно рассматривать как низкосортное топливо (тонна отходов дает при сжигании 1.000-1.200 ккал тепла). Термическая переработка ТБО не только их обезвреживает, но и позволяет получать тепловую и электрическую энергию, а также извлекать имеющийся в них черный металлолом. При сжигании отходов процесс можно полностью автоматизировать, следовательно, и резко сократить обслуживающий персонал, сведя его обязанности до чисто управленческих функций. Это особенно важно, если учесть, что персоналу приходится иметь дело с таким антисанитарным материалом, как ТБО.

Слоевое сжигание ТБО в котлоагрегатах . При данном способе обезвреживания сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. Метод слоевого сжигания исходных отходов наиболее распространен и изучен. Однако при сжигании выделяется большое количество загрязняющих веществ, поэтому все современные мусоросжигательные заводы оборудованы высокоэффективными устройствами для улавливания твердых и газообразных загрязняющих веществ, стоимость их достигает 30% кап. затрат на строительство МСЗ.

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

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

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

В 1984 году введен в эксплуатацию в Москве самый крупный отечественный мусоросжигательный спец. завод № 3. Производительность каждого из четырех его агрегатов составляет 12,5т сжигаемых отходов в час. Отличительная особенность агрегата - дожигательный барабан, установленный за каскадом наклоннопереталкивающих колосниковых решеток.

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

-обеспечить раздельный сбор золы и шлака;

-предусмотреть установку резервных транспортеров для удаления золошлаковых отходов;

-повысить степень извлечения лома черных металлов из шлака;

-обеспечить очистку извлеченного металлолома от золошлаковых загрязнений;

-предусмотреть дополнительное оборудование для пакетирования извлеченного лома черных металлов;

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

Установки или заводы по переработке твердых бытовых 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 ТБО, по существу, есть не что иное, как газификация мусора. 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:

1. отбор из мусора крупногабаритных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и путем индукционного сепарирования;

2. переработка подготовленных отходов в газофикаторе для получения синтез-газа и побочных химических соединений - хлора, азота, фтора, а также шлака при расплавлении металлов, стекла, керамики;

3. 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;

4. сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

При переработке, например, древесной стружки синтез-газ содержит (в %): влагу - 33,0; окись углерода - 24,2; водород - 19,0; метан - 3,0; двуокись углерода -10,3; азот - 43,4, а также 35-45 г/нм дегтя.

Из 1т твердых отходов, состоящих из 73% ТБО, 7% резиновых отходов (в основном автомобильные шины) и 20% каменного угля получают 40 кг смолы, используемой в котельной и м3 влажного газа. Объемная доля компонентов сухого газа следующая (в %): водород - 20, метан - 2, окись углерода - 20, двуокись углерода - 8, кислород - 1, азот - 50. Низшая теплота сгорания 5,4-6,3 МДж/м3. Шлака получается 200 кг/т.

Обработке способом воздействия высоких температур могут подвергаться почти все виды отходов:

• , такие как: бумага, картон, текстиль и , кости и кожа, металлы, стекло, резина и мн. др.
  • В эту подгруппу входят и устаревшая (сломанная) мебель, и , а, также, батарейки.
• Биологические (эпидемиологически опасные) отходы:
  • использованные шприцы, системы для внутрикапельных вливаний;
  • биологические жидкости (кровь, моча, кал, мокрота и др.).
  • остатки органов, тканей после хирургических вмешательств и др.

Процесс сжигания отходов

Сжигать мусор можно и в твердом, и в жидком виде.

Процедура сжигания происходит так:

1. Подготовка отходов к сжиганию. На этом этапе происходит сортировка мусора, отделение металлических элементов и крупных предметов для их измельчения. После этого, с помощью погрузчика или вручную, происходит загрузка отходов в камеру печи.
2. Непосредственное горение. Горение проходит при температуре от 700 до 1000°С. Воздействие таких высоких температур гарантируют 100% обеззараживание отходов.
3. Сжигание горючих остатков. Недогоревшие предметы вторично подвергаются сжиганию.

Образовавшийся в процессе сжигания пепел, закапывают в землю или стабилизируют в цементе.

Оборудование для сжигания отходов

Первые мусоросжигательные заводы в России стали появляться в 1980 году. Сегодня сжигание отходов может происходить в малых (на небольших предприятиях, в ЛПУ) и крупных (в промышленных цехах, заводах) масштабах.

Проблема утилизации отходов сейчас стоит очень остро. Количество мусора растет, свалки переполнены. Метод термического воздействия на мусор – позволяет существенно сокращать площади, необходимые для полигонов с отходами.

В настоящее время изготавливают печи и топки разных конструкций, которые могут работать на газе от баллонов, или от газовых горелок, встроенных в корпус оборудования.

Сейчас производят стандартные топки и топки, которые могут сжигать как твердые, так и жидкие отходы, а, также, ярусные топки (круглой формы, разделены на этажи и загружаются сверху) и печи, работающие по принципу кипящего слоя.

Преимущества и недостатки такого способа удаления отходов
Споры относительно вреда, причиняемого экологии планеты в результате сжигания отходов, не утихают. Некоторые материалы, особенно синтетические, при нагревании становятся очень токсичными, поэтому способны выделять в воздух вредные вещества, которые негативно воздействуют на организм человека.

Вместе с этим, преимущества такого способа ликвидации отходов неоспоримы:

• В процессе сжигания мусора появляется возможность получать тепло и электроэнергию;
• Такой метод позволяет ликвидировать , так как сокращает количество мусора в среднем на 70%.

Правильная утилизация отходов - огромный шаг на пути улучшения экологии.

Существует не один способ переработки мусора.

Главная задача каждого из методов состоит в том, чтобы выполнить поставленную задачу, не допуская распространения вредных бактерий и микроорганизмов. При этом нужно минимизировать и выделяющиеся при самой утилизации вредные вещества.

Рассмотрим варианты уничтожения отходов и оценим, насколько каждый из них эффективен.

Захоронение отходов на полигонах

Полигоны служат для сбора и переработки мусора природным путем. На многих из них практикуется очень простая и понятная система утилизации: как только соберется определенный объем мусора, его закапывают. Мало того, что этот метод устаревший, он является бомбой замедленного действия, ведь есть такие материалы, которые не разлагаются десятилетиями.

Те немногие полигоны, которые имеют в своем распоряжении цеха по , работают следующим образом: приезжающие машины регистрируют на пункте пропуска. Там же измеряется объем кузова, чтобы определить стоимость утилизации; измеряется уровень радиации. Если он превышает допустимые нормы, машину не пропускают.

От пропускного пункта машина направляется в цех сортировки мусора. Сортировка происходит вручную: машина подает мусор на транспортировочную ленту, а работники оттуда выбирают бутылки, бумагу и т. д. Отсортированные материалы складывают в контейнеры без дна, из которых мусор попадает сразу в клетку и под пресс. Когда процесс окончен, оставшиеся отходы (не вошедшие ни в одну из категорий) также спрессовывают и отвозят непосредственно на свалку. Так как долго разлагающиеся материалы отсортированы, оставшийся мусор можно засыпать землей.

Пластиковые бутылки, картон и некоторые другие отходы покупаются предприятиями для производства. Например, из пластиковых бутылок и контейнеров изготовляют сетки для овощей, из стеклянных бутылок и осколков - новые изделия, из картона - туалетную бумагу.

Материалы, которые принимают на полигонах:

• Бытовые отходы жилых домов, учреждений, предприятий, занимающихся торговлей пром- и продтоваров.
• Отходы строительных организаций, которые могут быть приравнены к твердым бытовым отходам.
• Могут приниматься промышленные отходы 4 класса опасности, если их количество не превышает третьей части принимаемого мусора.

Отходы, ввоз которых запрещен на полигон:

• Строительный мусор 4 класса опасности, который содержит асбест, золу, шлаки.
• Промышленный мусор 1, 2, 3 класса опасности.
• Радиоактивные отходы.
• Полигоны устраиваются согласно строгим санитарным нормам и только на тех участках, где риск заражения человека бактериями через воздушное или водное пространство сводится к минимуму. Занимаемая площадь рассчитана примерно на 20 лет.

Компостирование

Этот метод переработки знаком огородникам, которые для удобрения растений применяют перегнившие органические материалы. Компостирование отходов - метод утилизации, основанный на естественном разложении органических материалов.

Сегодня известен способ компостирования даже неотсортированного потока бытовых отходов.

Из мусора вполне реально получить компост, который впоследствии мог бы использоваться в сельском хозяйстве. В СССР было построено множество заводов, но прекратили они функционировать из-за большого количества тяжелых металлов в мусоре.

Сегодня технологии компостирования в России сводятся к сбраживанию неотсортированного мусора в биореакторах.

Полученный продукт нельзя использовать в сельском хозяйстве, поэтому он находит применение тут же, на свалках - им покрывают отходы.

Этот метод утилизации считается эффективным при условии, что завод оснащен высокотехнологичным оборудованием. Из отходов вначале удаляют металлы, аккумуляторы, а также пластик.

Преимущества мусоросжигания:

• меньше неприятных запахов;
• уменьшается количество вредных бактерий, выбросов;
• полученная масса не привлекает грызунов и птиц;
• есть возможность при сжигании получать энергию (тепловую и электрическую).

Недостатки:

• дорогостоящее строительство и эксплуатация мусоросжигательных заводов;
• строительство занимает не менее 5 лет;
• при сжигании отходов в атмосферу попадают вредные вещества;
• зола от мусоросжигания токсична и не может храниться на обычных свалках. Для этого нужны специальные хранилища.

По причине нехватки городских бюджетов, несогласованности с мусороперерабатывающими компаниями и по другим причинам в России пока не налажено производство мусоросжигающих заводов.

Пиролиз, его виды и преимущества

Пиролизом называют сжигание мусора в специальных камерах, препятствующих доступу кислорода . Есть два вида :

• Высокотемпературный - температура сжигания в печи свыше 900°С.
• Низкотемпературный - от 450 до 900°С.

При сравнении обычного сжигания как метода утилизации мусора и низкотемпературного пиролиза можно выделить следующие преимущества второго способа:

• получение пиролизных масел, которые впоследствии используют при производстве пластмасс;
• выделение пиролизного газа, который получают в достаточном количестве для обеспечения производства энергоносителей;
• выделяется минимальное количество вредных веществ;
• установки для пиролиза перерабатывают почти все виды бытовых отходов, но мусор предварительно должен быть отсортирован.

Высокотемпературный пиролиз в свою очередь имеет достоинства перед низкотемпературным:

• не требуется сортировать отходы;
• масса зольного остатка значительно меньше, и его можно использовать в промышленных и строительных целях;
• при температуре горения свыше 900°С разлагаются опасные вещества, не попадая в окружающую среду;
• полученные пиролизные масла не требуют очистки, так как они имеют достаточную степень чистоты.

Преимущества есть у каждого из методов переработки мусора, но все упирается в стоимость установок: чем эффективнее и выгоднее метод утилизации, тем дороже его установка и длиннее срок окупаемости. Несмотря на эти недостатки, государство стремится реализовать проекты по эффективной и безопасной переработке мусора, понимая: за этими технологиями будущее.

В мировой практике до настоящего времени подавляющее количество ТБО все еще продолжают вывозить на свалки (полигоны). 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.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. 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.

60.Сжигание твердых отходов

Сжигание твердых и пастообразных отходов может осуществляться во всех типах печей, за исключением барботажных и турбобарботажных. Наиболее широкое применение получили факельно-слоевые топки. Топки для слоевого сжигания, которые более других используются для сжигания твердых отходов (прежде всего твердых бытовых отходов и их смеси с производственным мусором), классифицированы по ряду других признаков: способам подачи и воспламенения отходов, удаления шлака и т.д. По режиму подачи отходов в слой различают топочные устройства с периодической и непрерывной загрузкой. По организации тепловой подготовки и воспламенения отходов в слое различают топки с нижним,верхним и смешанным (неограниченным) воспламенением. По способу подвода к слою топлива (отходов) существуют следующие схемы, отличающиеся сочетанием направлений газовоздушного и топливно-шлакового потоков: встречные (противоток), параллельные (прямоток), поперечные (перекрестный ток) и смешанные. Многочисленные исследования горящего слоя топлива (методами зонометрии, надслойного газового анализа, газообразования в слое, распределения температур в слое) позволили условно разделить весь процесс в нем на три основных периода: подготовка топлива (отходов) к горению, собственно горение (окислительная и восстановительная зоны), дожигание горючих и очаговых остатков. В зоне подготовки отходы прогреваются, из них удаляется влага и выделяются летучие вещества, образовавшиеся в результате нагрева отходов. В кислородной зоне происходит сгорание углерода кокса с образованием диоксида и частично оксида углерода, в результате чего выделяется основное количество тепла в слое. В конце кислородной зоны наблюдается максимальная концентрация CO2 и температура слоя. Непосредственно к кислородной зоне примыкает восстановительная зона, в которой происходит восстановление диоксида углерода, оксида углерода с потреблением известного количества тепла. Заканчивается процесс горения выжиганием озоленного кокса. Слоевые топки получили широкое применение для сжигания твердых бытовых и близких к ним по морфологическому составу ПО.

Барабанные печи - основной вид теплоэнергетического оборудования, которое применяется для централизованного сжигания твердых и пастообразных отходов. Этими печами оснащены станции обезвреживания отходов. Основным узлом барабанной печи (рис. 3.12) является горизонтальный цилиндрический корпус 1, покрытый огнеупорной футеровкой 2 и опирающийся бандажами 6 на ролики 7. Барабан наклонен под небольшим углом в сторону выгрузки шлака и в процессе работы вращается со скоростью 0,8…2 мин-1, получая движение от привода 10 через зубчатый венец 9. Во избежание продольного смещения барабана предусмотрены ролики 8.

Схема барабанной печи: А - загрузка отходов; В - выгрузка золы (шлака); С - дымовые газы; D - дополнительное топливо; Е - воздух;F - тепловое излучение; 1 - корпус барабанной печи; 2 - футеровка; 3 - разгрузочный торец; 4 - присоединительные сегменты; 5 - вентилятор; 6 - бандажи; 7 - ролики опорные; 8 - ролики боковые; 9 - зубчатый венец; 10 - привод; 11 - зона испарения воды; 12 - отходы; 13 - зона горения; 14 - зола (шлак).

Твердые и пастообразные отходы подаются в корпус печи с ее торца в направлении стрелок А. В случае необходимости дополнительное топливо или жидкие горючие отходы (растворители) распыливаются через форсунку (стрелка D), повышая температуру внутри печи. В зоне 12 поступивший материал, перемешиваясь при вращении печи, подсушивается, частично газифицируется и перемещается в зону горения 13. Излучение от пламени в этой зоне раскаляет футеровку печи и способствует выгоранию органической части отходов и подсушке вновь поступившего материала. Образовавшийся в зоне 24 шлак перемещается к противоположному торцу печи в направлении стрелки В, где падает в устройство для мокрого или сухого гашения золы и шлака.