) в год, но что происходит с ним после и как процесс переработки поставлен в России и за границей?
Ресурсы, из которых производятся привычные для нас пластиковые бутылки и упаковки, относятся к категории невозобновляемых. Однажды нефть и нефтепродукты все-таки закончатся, но задуматься об этом надо уже сейчас. Рециклинг может отодвинуть это событие и позволить нам найти альтернативные источники топлива.
Рост населения Земли повышает и темпы производства и потребления, а значит, пропорционально увеличивается и количество отходов. Популярные способы избавиться от твердых бытовых отходов (ТБО) - уничтожение и захоронение - перестают быть эффективными. Более того, если использовать только их, велик риск нанести ущерб окружающей среде и превратить собственное место обитания в большую свалку.
Важно! Пластиковые бутылки и , к примеру, разлагаются никак не меньше 100 лет, полиэтиленовая плёнка 200 лет, а тара из алюминия - 500.
Проблема переработки ТБО - явление отнюдь не новое, и попытки решения предпринимаются давно: мероприятия по сбору макулатуры и металлолома, знакомые почти всем бывшим советским школьникам, приём стеклотары для вторичного использования.
Сегодня ситуация изменилась: в производстве упаковки используется больше пластика, который на широкое повторное использование не годится (быстро затирается, деформируется, мутнеет). А за последние годы выросли и стандарты безопасности, и наши требования к внешнему виду товаров и упаковки.
Логичным шагом в этой ситуации становится переработка ТБО и дальнейшее использование продуктов этого процесса.
Способы и технологии переработки
Вывоз мусора на полигоны - не единственный способ от него избавиться. Мало кто задумывался, что именно происходит с содержимым мусорных вёдер после того, как оно покидает дом. Но с распространением интернета у нас появился доступ к информации по экологическим проблемам и защите окружающей среды. Забота о сохранении природы даже вошла в моду. Теперь многих уже не устраивает, что мусор просто увезут куда-то, где он будет лежать без всякой пользы.
Чтобы сократить разрастающиеся свалки, в мире применяется более десяти способов переработки ТБО. Самым перспективным признан пиролиз:
- низкотемпературный;
- высокотемпературный;
- плазменная переработка.
Низкотемпературный , в отличие от обычного сжигания, позволяет сократить загрязнение атмосферы, но для него необходима предварительная сортировка. Один из побочных продуктов работы пиролизного завода - тепловая энергия - используется для получения электричества и отопления.
Другим продуктом пиролиза становится твердое топливо, пригодное для замены природного угля и древесины, и жидкое - на замену нефтепродуктам. Переработка ТБО в дизельное топливо, подходящее для двигателей внутреннего сгорания, изобретена недавно, но уже зарекомендовала себя как перспективная технология.
Обратите внимание! Вторичное жидкое топливо не содержит серы и позволяет двигателям служить гораздо дольше.
Высокотемпературный пиролиз менее требователен к сырью, сортировка для него не обязательна. В результате обработки получается синтез-газ, тоже использующийся как топливо, и твердый непиролизируемый шлак, применяющийся в строительстве. Пиролиз происходит при температуре от 850 °С в несколько этапов:
- сортировка фрагментов мусора по размеру, извлечение крупногабаритных предметов;
- обработка в газификаторе и выработка синтез-газа;
- очистка газа от примесей серы, цианидов, фтора и хлора.
Плазменная переработка обладает всеми плюсами пиролиза, но синтез-газ получается гораздо чище. Благодаря применению анаэробных технологий переработки (то есть без доступа воздуха), любой завод пиролизной переработки на плазме - замкнутая система с нулевым уровнем выброса токсинов. Цех по переработке мусора плазмой можно разместить даже в черте города.
Для создания плазмы применяются мощные электроды, которые ионизируют инертный газ. Температура в плазменном конвертере - от 6000 °С и выше. Нагревание позволяет получать полностью очищенный от вредных примесей твердый остаток, пригодный для строительства.
При обработке биоразлагаемых отходов ТБО используется метод компостирования. Органика в результате работы микроорганизмов разлагается и перепревает в компост, полезный для обогащения и удобрения почвы.
Проблемы переработки
Самая глобальная проблема в сфере - финансовая. Несмотря на обилие в сети статей на тему «построй свой завод по переработке ТБО и начни зарабатывать», высокие технологии доступны не всем. Стоимость обычного перерабатывающего завода - около 20 млрд рублей, такую сумму небольшие компании позволить себе не могут.
Рентабельность завода составляет 30%, что делает отрасль непривлекательной для малого и среднего бизнеса. Рынок оборудования для переработки в основном наполняется зарубежными производителями, немецкими и китайскими компаниями. Необходимость покупать оборудование за рубежом повышает затраты.
Для того чтобы запустить завод пиролизной переработки и вывозить на него мусор, нужна лицензия. Управляют выдачей разные инстанции, что тоже препятствует созданию прозрачной и рентабельной системы. При таком количестве контролирующих инстанций разработать бизнес-план для небольшого перерабатывающего завода становится затруднительно.
Рынок вторичных ресурсов всё ещё очень ограничен - перед перерабатывающими компаниями встает проблема сбыта продукции. Зарубежный опыт показывает, что для нормального функционирования отрасли необходимы требования использовать в производствах вторичное сырьё, льготные кредиты для заводов и производств из вторсырья, скидки в системе госзакупок.
Переработка ТБО в России
С ростом потребления уровень загрязненности крупных городов России резко пошел вверх. Около четырёхсот килограммов мусора в год приходится на каждого россиянина. По статистике больше трети всех бытовых отходов - ценный ресурс, пригодный для вторичного использования, но на заводы попадает не больше десяти процентов от общего количества мусора.
На всю Россию сейчас работает 243 перерабатывающих завода, 10 мусоросжигательных и 50 предприятий сортировки. Для такой большой страны этого не хватает, но это открывает широкое поле для инвестиций, в том числе и иностранных - их привлекает твердость расценок и низкая конкуренция. Перерабатывающих заводов полного цикла в России ещё нет, как нет и широкой практики сортировки отходов.
Зарубежный опыт
В развитых странах переработка отходов - отдельная отрасль, в которой вращаются большие капиталы. Система разделения мусора работает практически во всех странах ЕС и закреплена законом, как и высокие требования к стандартам перевозки, складирования и переработки. Требования эти куда выше, чем в современной России. Ведется и работа с населением: внушительные штрафы за «мусорные» нарушения и программы лояльности со скидками на оплату услуг ЖКХ для ответственных граждан.
Система раздельного сбора мусора позволяет тратить меньше средств на сортировочное оборудование. Гораздо лучше развит и рынок вторичных ресурсов: компании, использующие вторсырьё, получают льготы и привлекают клиентов не только качеством, но и ответственным отношением к окружающей среде.
Япония, Китай и Южная Корея тоже входят в лидеры по переработке мусора. Пластик в Азии идет на изготовление одежды, канцтоваров, мебели. Стекло, глина, фарфор и керамика - на изготовление плитки для мощения улиц и облицовки домов.
В этом ролике показана работа корейской линии по . Сначала тара проходит сепаратор, потом очиститель и пресс, после чего пластик измельчается:
Оборудование для переработки
Минимальный комплект оборудования для первичной переработки ТБО:
- бункер-накопитель;
- сортировочная линия;
- дробильная система (шредер);
- пресс или компактор.
Существуют также специальные устройства для разных видов мусора, который нельзя подавать в пресс без предварительной обработки:
- прокалыватели бутылок;
- разрыватели пакетов;
- шредеры для бумажного сырья.
Важно! Прокалыватели и разрыватели нужны, чтобы избежать повреждения аппаратуры и травм, так как наполненная воздухом бутылка с закрытой крышкой может взорваться в прессе.
Дополнительное оборудование:
- печи для пиролиза (нужны для переработки ТБО в топливо);
- печи для переплавки стекла.
Выбор производителя зависит от финансовых возможностей и расположения. Например, для работы в восточной части страны выгоднее будет заказать оборудование в Китае. Высококачественное (но недешёвое) оборудование делают в Германии и Испании. Возможность поддержать отечественного производителя тоже есть: мусороперерабатывающее оборудование в России производят компании «Дробмаш», «Механобр-техника» и «Златмаш».
Из-за малой конкуренции отрасль переработки мусора для современной России - одна из наиболее перспективных и привлекательных для инвестиций. Рынок сбыта вторичного сырья внутри страны ещё не заработал в полную силу, но это вопрос времени и нашего отношения к использованию ресурсов.
Комплекс технических и технологических решений, сопровождающих процессы обращения с отходами с момента их образования и до захоронения неутилизируемых компонентов, является основой управления в системе обращения с отходами.
Основными методами переработки отходов являются:
компостирование,
биоразложение,
сжигание.
Эти методы особенно эффективны при переработке ТБО.
1. Компостирование.
Компостирование считается формой переработки, нацеленной на сырую органическую отходную массу. Компостирование – это биологический метод обезвреживания ТБО. Иногда его называют биотермическим методом.
Сущность процесса заключается в следующем: разнообразные, в основном теплолюбивые микроорганизмы активно растут и развиваются в толще мусора, в результате чего происходит его саморазогревание до 60 0 С. При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы. Разложение твердых органических загрязнений в бытовых отходах продолжается до получения относительно стабильного материала, подобного гумусу.
Механизм основных реакций компостирования такой же, как при разложении любых органических веществ. При компостировании более сложные соединения разлагаются и переходят в более простые.
Стоимость методов компостирования растет с применением специализированной техники и может достигать значительных величин.
Схема работы мусороперерабатывающего завода следующая . Законченный цикл обезвреживания ТБО состоит из трех технологических этапов:
прием и предварительная подготовка мусора;
собственно биотермический процесс обезвреживания и компостирования;
обработка компоста.
Переработка мусора должна обязательно сочетаться с выдачей продукции, безопасной и в эпидемиологическом отношении.
Обезвреживание отходов обеспечивается в первую очередь высокой температурой аэробной ферментации. В ходе биотермического процесса происходит гибель большей части патогенных микроорганизмов.
Однако, компост, получаемый в результате биотермического обезвреживания ТБО на мусороперерабатывающих заводах, не должен быть использован в сельском и лесном хозяйства, т.к. содержит примеси тяжелых металлов, которые через травы, ягоды, овощи или молоко могут причинить вред здоровью человека.
2. Биоразложение органических отходов
Общепризнанно, что биологические методы разложения органических загрязнений считаются наиболее экологически приемлемыми и экономически эффективными.
Технология процесса биоразложения отходов различна. Например: в биопрудах – жидкие отходы, в биореакторах – жидкие, пастообразные, твердые, в биофильтрах - газообразные. Существуют и другие модификации биотехнологии.
Существенными недостатками аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией большого количества образующегося избыточного ила (до 1–1,5 кг биомассы микроорганизмов на каждый удаленный килограмм органических веществ).
Исключить указанные недостатки помогает анаэробная обработка сточных вод методом метанового сбраживания. При этом не требуется затрат энергии на аэрацию, что играет большую роль в условиях энергетического кризиса, уменьшается объем осадка и, кроме того, образуется ценное органическое топливо – метан.
В перечень веществ, биоразлагаемых анаэробным способом, входят органические соединения различных классов: спирты; альдегиды; кислоты алифатического и ароматического рядов.
Последовательное многоступенчатое разрушение молекул органических веществ возможно благодаря уникальным способностям определенных групп микроорганизмов осуществлять катаболический процесс – расщепление сложных молекул до простых и существовать за счет энергии разрушения сложных молекул, не имея доступа ни к кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов (нитрат, сульфат, сера и др.). Микроорганизмы используют для этой цели углерод органических веществ. Следовательно, в процессе восстановительного расщепления сложные органические молекулы разрушаются до метана и углекислого газа.
3. Сжигание отходов
Твердые бытовые отходы представляют собой гетерогенную смесь, в которой присутствуют почти все химические элементы в виде различных соединений. Наиболее распространенными элементами являются углерод, на долю которого приходится около 30% (по массе) и водород 4% (по массе), входящие в состав органических соединений. Теплотворная способность отходов во многом определяется именно этими элементами. В промышленно развитых европейских регионах теплотворная способность ТБО составляет 1900–2400 ккал/кг, а в ряде случаев достигает 3300 ккал/кг и прогнозируется дальнейший рост теплотворной способности отходов, что окажет влияние на конструктивные особенности элементов термического оборудования.
Сжигание ТБО, как правило, является окислительным процессом. Поэтому и в камере сжигания превалируют окислительные реакции. Главными продуктами сгорания углерода и водорода являются соответственно СО 2 и Н 2 О.
При сжигании необходимо учитывать, что в ТБО присутствуют потенциально опасные элементы, характеризующиеся высокой токсичностью, высокой летучестью и содержанием, такие как например различные соединения галогенов (фтора, хлора, брома), азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова, ртути).
Можно отметить два основных пути образования диоксинов и фуранов при термической переработке ТБО:
первичное образование в процессе сжигания ТБО при температуре 300–600 º С;
вторичное образование на стадии охлаждения дымовых газов, содержащих HCl , соединения меди (и железа) и углеродсодержащие частицы при температуре 250–450 º С (реакция гетерогенного оксихлорирования частиц углерода).
Температура начала распада диоксинов –700 º С, нижний температурный предел образования диоксинов –250–350 º С.
Для того, чтобы при сжигании на стадии газоочистки обеспечить снижение содержания диоксинов и фуранов до требуемых норм (0,1 нг/м 3) должны быть реализованы так называемые первичные мероприятия, в частности, «правило двух секунд» – геометрия печи должна обеспечить продолжительность пребывания газов не менее 2 сек. в зоне печи с температурой не менее 850 º С (при концентрации кислорода не менее 6%).
Стремление к достижению при сжигании максимально высоких температур и созданию каких-либо дополнительных зон дожигания не решает полностью проблему снижения концентрации диоксинов в отходящих газах, так как не учитывает способности диоксинов в новому синтезу при снижении температуры.
Высокие температуры приводят к увеличению выхода летучих компонентов и росту выбросов опасных металлов.
Теоретически возможны два способа подавления образования диоксинов:
связывание образующегося при сжигании ТБО HCl с помощью соды, извести или гидроксида калия;
перевод в неактивную форму ионов меди и железа, например, связывание меди в комплексы с помощью аминов.
В зависимости от температуры процесса, все методы термической переработки ТБО, нашедшие промышленное применение или прошедшие опытную апробацию, можно разделить на две большие группы:
процессы при температурах ниже температуры плавления шлака;
процессы при температурах выше температуры плавления шлака.
Слоевое сжигание ТБО осуществляют на подвижных решетках (колосниковых и валковых) и во вращающихся барабанных печах.
3.1. Слоевое сжигание.
Сжигание на колосниковых решетках.
Все колосниковые решетки устанавливаются в топке, которая представляет собой камеру сгорания, куда подаются отходы и дутьевой воздух в качестве окислителя органических веществ.
Переталкивающие решетки как с прямой, так и с обратной подачей материала представляют собой систему, состоящую из подвижных и неподвижных колосников для перемещения и перемешивания отходов. Колосниковые решетки с прямой подачей (поступательно-переталкивающие решетки) имеют малый угол наклона (6–12,5 º) и переталкивают материал в сторону выгрузки шлака (в направлении перемещения материала). Колосниковые решетки с обратной подачей (обратно-переталкивающие решетки) имеют большой угол наклона (обычно 21–25 º) и переталкивают материал (нижний слой отходов) в сторону, противоположную выгрузке шлака и перемещению отходов. При этом часть горящего слоя отходов возвращается к началу решетки, что интенсифицирует процесс горения.
Сжигание на валковых решетках.
Слоевое сжигание ТБО на валковых решетках применяется в промышленной практике достаточно широко. При использовании топок с валковыми решетками, заимствованными из практики сжигания угля, материал перемещается с помощью вращающихся валков (барабанов).
Опыт эксплуатации заводов, на которых реализовано слоевое сжигание ТБО в топках с валковыми решетками, позволил выявить целый ряд недостатков:
неудовлетворительная работа и отрицательное экологическое влияние вследствие плохой стабилизации процесса сжигания;
часто не достигается оптимальная температура;
большой выход недожога;
плохое качество шлака;
значительная потеря черных металлов;
эксплуатационные осложнения при попадании в печь бордюрного камня и больших количеств металла;
сложность организации эффективной газоочистки при нестабильном горении отходов и др.
Механическое внедрение европейского оборудования, предназначенного для прямого сжигания неподготовленных городских отходов в России недопустимо, так как в городах РФ практически отсутствует сбор отходов.
Сжигание в барабанных печах.
Барабанные вращающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО применяют редко. Чаще всего эти печи используют для сжигания специальных, в том числе и больничных, отходов, а также жидких и пастообразных промышленных отходов, обладающих абразивным действием.
Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Скорость вращения печи от 0,05 до 2 об./мин. Со стороны загрузки подаются отходы, воздух и топливо. Шлак и зола выгружаются с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются до температуры 400 º С а затем происходит газификация и сжигание, обычно при температуре 900–1000 º С.
В практике мусоросжигания барабанные печи ранее часто использовали в качестве дожигательных барабанов после колосниковых решеток.
Практика применения барабанных печей в качестве дожигательных барабанов на мусоросжигательных заводах считается устаревшей и подобная технология не закладывается в проекты новых заводов.
3.2. Сжигание в кипящем слое.
Сжигание в кипящем слое осуществляется за счет создания двухфазной псевдогомогенной системы «твердое-газ» за счет превращения слоя отходов в «псевдожидкость» под действием восходящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии.
Слой напоминает кипящую жидкость, и его поведение подчиняется законам гидростатики.
Считается, что сжигание в кипящем слое по эколого-экономическим параметрам в ряде случаев превосходит традиционное слоевое сжигание.
Печи для сжигания ТБО в кипящем слое обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала и по этим характеристикам превосходят котлоагрегаты с переталкивающими решетками. Кроме того, аппараты кипящего слоя не имеют движущихся частей или механизмов. Однако необходимость обеспечения режима псевдоожижения обрабатываемого материала накладывает ограничение на его гранулометрический и морфологический состав, а также на теплотворную способность. В ряде случаев процесс сжигания в кипящем слое, особенно в циркулирующем кипящем слое, оказывается более дорогим, чем слоевое сжигание.
Производительность печей для сжигания ТБО в кипящем слое составляет от 3 до 25 т/час. Преобладающая температура сжигания 850–920 º С.
В связи с тем, что температура сжигания ТБО в кипящем слое на 50–100 º С ниже по сравнению со слоевым сжиганием, заметно снижается возможность образования оксидов азота за счет окисления азота воздуха, в результате чего снижаются выбросы NO с отходящими газами.
Роль теплоносителя в системах кипящего слоя обычно выполняет тонкозернистый песок , поверхность частиц которого создает большую по сравнению с традиционным колосниковым сжиганием поверхность нагрева.
После разогревания песка с помощью запальной горелки до температуры 750–800 º С начинают подачу отходов в кипящий слой, где они смешиваются с песком и в процессе движения истираются.
В результате хорошей теплопроводности песка отходы начинают быстро и равномерно гореть. Выделяющееся при этом тепло обеспечивает поддержание песка в горячем состоянии, что позволяет работать в автогенном режиме без подвода дополнительного топлива для поддержания режима горения.
3.3. Сжигание при температурах выше температуры плавления шлака.
Основными недостатками традиционных методов термической переработки ТБО являются большой объем отходящих газов (5000–6000 м 3 на 1 т отходов) и образование значительных количеств шлаков (около 25% по массе или менее 10% по объему). Кроме того, шлаки имеют повышенное содержание тяжелых металлов и по этой причине находят лишь ограниченное применение, в основном, в качестве пересыпного материала на свалках.
Для получения расплава шлака непосредственно в процессе термической переработки ТБО необходимо обеспечить температуру в аппарате выше температуры плавления шлаков (около 1300 º С). Это, как правило, требует либо использования кислорода, либо подвода дополнительной энергии. Замена части дутьевого воздуха на кислород одновременно обеспечивает снижение количества отходящих газов.
Наиболее очевидным способом повышения температуры сгорания отходов является уменьшение содержания в используемом окислителе (воздухе) доли инертного компонента (азота), на нагрев которого расходуется значительная часть выделяющейся энергии.
Вторым значительным преимуществом сжигания в кислороде является резкое сокращение объема дымовых газов и следовательно, снижение затрат на газоочистку. Кроме этого, сниженная концентрация азота в дутьевом воздухе позволяет уменьшить количество образующихся при высоких температурах оксидов азота, очистка от которых представляет собой серьезную проблему.
В начале 90-х годов для термической переработки ТБО при температуре 1350–1400 º С предложены металлургические печи Ванюкова. Сжигание осуществляется в кипящем слое барботируемого шлакового расплава, который образуется из загружаемых в печь золошлаковых отходов ТЭЦ.
Механический перенос этого процесса для широкомасштабной термической переработки ТБО не может быть осуществлен из-за:
того, что КПД печи Ванюкова из-за высокой температуры отводимых газов (1400–1600 º С) очень низок;
того, что в переработку поступает преимущественно органическое сырье, т.к. ТБО на 70–80% состоят из органических компонентов. При нагревании минеральные вещества переходят в жидкую фазу, а органические в газообразную,
отсутствия широкомасштабных испытаний процесса применительно к ТБО, что не позволяет отработать: узлы загрузки и разгрузки; автоматизацию процесса с учетом колебаний состава сырья, состава и объема отходящих газов и др.; автогенность процесса применительно к термообработке отходов как гетерогенной смеси многих компонентов, отличающихся составом, крупностью и теплотворной способностью. Следует заметить, что колебания состава ТБО несопоставимы с колебаниями состава порошкообразных концентратов, направляемых для плавки в печи Ванюкова. Тщательное усреднение колебаний состава концентратов позволяет добиться колебаний в пределах 0,5%, в то время как исходные ТБО усреднению практически не поддаются;
высокой стоимость процесса и оборудования.
Таким образом, наиболее целесообразно использовать сжигание при температурах выше температуры плавления шлака для переработки не исходных ТБО, а для обезвреживания шлаков или их обогащенных фракций, образовавшихся в термических процессах переработки ТБО при температурах ниже температуры плавления шлака. Выход шлаков в этих процессах составляет 10–25% от исходных ТБО, что резко снижает потребную производительность печей и позволяет периодически вовлекать шлак в переработку.
Благодаря тому, что в стране растёт численность населения, увеличивается и спрос на потребительские ресурсы. И как результат, увеличение потребления ресурсов, увеличивает также и количество бытовых отходных материалов.
Мусорные свалки ежегодно расширяются и занимают все большую площадь, водоёмы загрязняются из-за сточных вод, которые несут в себе множество инфекций и опасных для природы элементов. Поэтому утилизация бытовых отходов, в наше время должна быть развитой не менее чем промышленность, чтобы образовавшиеся ТБО (отходы) ни могли накапливаться и загрязнять почву, атмосферу и воду.
Вполне логичным фактом, является то, что без своевременного внедрения инновационных технологий, по переработке мусора, планета в скором времени превратиться в громадную свалку и станет непригодной для существования не только людей, но и всех живых существ.
Во избежание такого результата, ученные многих стран давно ищут оптимальные способы борьбы с отходами, благодаря которым можно было бы уничтожать или перерабатывать ТБО без вреда для окружающей среды, а также избавлять территориальное пространство от огромных объёмов мусора.
На сегодняшний день утилизация твёрдых бытовых отходов проводится следующими, известными методами, позволяющими, избавится от мусора:
- Захоронение или временное хранение отходов на специальных полигонах. Здесь проводят сортировку и непригодные материалы, засыпают землёй.
- Компостирование. Естественное разложение биологических веществ, их переработка на минеральные удобрения для почвы и посадочных культур.
- Термическая обработка ТБО. Этот метод позволяет сжигать практически любые виды мусора, что максимально минимизирует их объём, а также даёт экономическую выгоду, в виде тепловой энергии.
- Низкотемпературный и высокотемпературный пиролиз.
Способы утилизации ТБО
Захоронение ТБО
Утилизация твёрдых отходов методом их захоронения, один из самых распространённых способов на сегодняшний день, чтобы избавиться от мусора. Но этот метод, распространён лишь среди несгораемых отходов, а также среди таких веществ, которые могут выделять токсичные элементы в процессе горения.
Полигон для захоронения ТБО, это необычная свалка, он оснащён всеми современными инженерными сооружениями, позволяющим системам борьбы с и подземных вод изолировать все вредные вещества. Также это распространяется и на атмосферу, то есть утечки никаких химических и токсичных элементов, практически нет, что является главной целью, для обеспечения безопасности экологии страны.
Но существуют и недостатки в таких методах, например, образования газа в процессе гниения мусора. Некоторые , оснащены специальным оборудованием, для откачки газа, который как стоит отметить, в дальнейшем применяется для получения электроэнергии. И позволяет практически автономно работать оборудованию, которое размещено на полигонах. Но к сожалению, пока что, в России лишь малая часть всех подобных полигонов оснащены таким оборудованием, в то время как все остальные площадки для отходов, не имеют возможности бороться с выбросами газа.
Но даже с учётом наличия таких установок, экология остаётся не защищённой от эффекта разложения мусора в почве, и всех выделений в процессе гниения и ферментации. Так как захороненный материал полностью исчезнет лишь через десятки, а то и сотни лет. Поэтому несмотря на относительную дешевизну такого метода борьбы с утилем, для экологии наилучшим вариантом остаётся полное избавление от мусора, путём его переработки и применение в изготовление какой-либо продукции. В случае риск загрязнения окружающей среды сведётся к минимуму.
Компостирование ТБО
Утилизация бытовых отходов путём компостирования, является технологией, позволяющей, таким образом, и ТБО путём естественного биологического разложения. Основной источник компостирования, это органические вещества и материалы, к ним этот метод применяется очень активно. Компостирование даёт не только возможность избавиться от объёмного вещества, загрязняющего экологию, но также снабжает сельские хозяйства полезными для почвы удобрениями, позволяющими нормализовать баланс минералов в земле и выращивать различные овоща и культуры.
Но так как этот метод не позволяет перерабатывать большинство видов утиля, требует тщательного процесса сортировки и занимает довольно много времени, он не получил популярности в стране и неразвит на должном уровне. В России не существует ни одного промышленного предприятия, которое осуществляло компостирование в таких объёмах и позволили очистить хотя бы один город от органических отходов.
- в мелких хозяйствах;
- на садовых участках;
- в частных домах;
- в сельскохозяйственных организациях;
- на животноводческих фермах и т. д.
Однако этот метод не требует больших затрат хоть он и не охватывает все виды и классы отходного материала, но позволяет полноценно избавиться от огромной части производимого страной утиля, который занимает треть всех отходов страны. Наладить централизованный процесс и осуществлять компостирование на специальных площадках, оборудованных всеми необходимыми строениями и сооружениями. Построить своеобразные заводы, для начала в больших городах страны, по переработке ТБО и прочего, органического мусора. Конечный продукт, компост, будет очень полезен во многих сельских хозяйствах, а, главное, его себестоимость позволит снизить затраты на выращивание многих культур и даст средства для работы таких заводов.
Термическая переработка ТБО
С помощью термической обработки, утилизация бытовых отходов позволяет избавиться от органических фракций, такой метод довольно часто применяют в масштабных объёмах образования утиля. Термическая , представляет собой несколько процессов, в совокупности позволяющих избавиться от любого нетоксичного вида отходного материала или максимально минимизировать их в объёме и массе. Также термическая обработка проводится для обезвреживания заражённых инфекционными или эпидемиологическими бактериями приборов, оборудования и прочих вещей, которые могут иметь следующее происхождение:
- медицинские учреждения;
- лаборатории;
- ветеринарные клиники;
- химические предприятия;
- нефтеперерабатывающая промышленность;
которые в дальнейшем, получивши, инертное состояние могут быть захоронены на специальных полигонах или размещены на временное хранение, для дальнейшей переработки и вторичного использования, как сырьевой материал.
Важные преимущества термической обработки или переработки являются современные методы, позволяющие получать:
- эффективное обеззараживание или обезвреживание любого отходного материала;
- полное уничтожение любой микрофлоры и даже патогенной;
- уменьшение утиля в объёме до 10 раз;
- использовать энергетический потенциал органических отходов.
Сжигание имеет множество преимуществ, над другими методами, стоит выделить главные из них, это:
- высокий уровень технологий апробирования;
- стабильно выпускаемое оборудование и долгий срок его службы;
- высокотехнологический процесс выполняется автоматизировано;
но, главное, это то, что в последнее время, заводы или организации, занимающиеся, сжиганием отходов, получают тепловую энергию или электроэнергию, которую можно использовать для автономной работы предприятия. В некоторых случаях излишки такой энергии перенаправляются на городские станции, что в итоге позволяет обеспечивать целые районы электроэнергией или отапливать их.
Плазменная переработка ТБО
Не столь развит, как выше перечисленные методы и способы избавления от утиля, но очень перспективный технологический процесс, позволяющий решить все экологические проблемы, утилизировать и в итоге предоставить полезную и нужную для общества энергию.
Технологический процесс плазменной переработке, применяет температуру плавления, намного выше, чем любая печь для плавления шлака. Таким образом, на выходе получается остекленевший продукт, абсолютно безвредный и, главное, не требующий дальнейших затрат на обезвреживание или специальное захоронение.
Плазменная переработка - это технология газификации мусора, схема этого метода, позволяет получать газ из биологических составляющих утиля. Полученный газ, в дальнейшем используют для получения электроэнергии или пара. Основной материал для плазменной переработки это ТБО в виде шлака или нейтрализуемых остатков.
Основное преимущество высокотемпературного пиролиза, заключается в способности экологически чисто избавляться от отходов, без лишних затрат:
- на предварительную подготовку;
- на сортировку;
- на сушку и т. д.
Эти качества, позволяют термической переработки по праву считаться самой экологически и экономически выгодной технологией, по утилизации ТБО.
Все эти способы, предназначены для решения .
Также посмотрите видео — как работает завод по переработке мусора ТБО
В нашем мире, благодаря тому, что численность населения постоянно увеличивается, потребление ресурсов также неуклонно растет. А потребление восстанавливаемых ресурсов и невосстанавливаемых ресурсов сопровождается увеличением количества отходов. Мусорные свалки, загрязнение водоемов – это все то, к чему приводит жизнедеятельность человека.
И логично, что без применения инновационных способов мусоропереработки, существует большая вероятность превращения планеты в одну громадную свалку. И неудивительно, что ученые постоянно придумывают и внедряют на практике новые способы переработки ТБО. Какие же методики применяются сегодня?
1. Захоронение отходов на полигонах. Сюда относятся
- Земляная засыпка
2. Естественные методы разложения ТБО. Сюда относится
- Компостирование
3. Термическая переработка ТБО. Сюда относится
- Сжигание
- Низкотемпературный пиролиз,
- Высокотемпературный пиролиз (плазменная переработка)
Расскажем обо всем вкратце.
Захоронение на полигонах сегодня является наиболее распространенным в мире способом утилизации отходов. Данный метод применяется к несгораемым отходам и к таким отходам, которые в процессе горения выделяют токсичные вещества.
Полигон отходов (ТБО) не является обычной свалкой. Современные полигоны для утилизации- это сложные инженерные сооружения, оснащенные системами борьбы с загрязнениями подземных вод и атмосферного воздуха. Некоторые полигоны умеют перерабатывать газ, образующийся в процессе гниения отходов газ в электроэнергию и тепло. К сожалению, сегодня это в большей степени относится к европейским странам, поскольку в России очень малый процент полигонов соответствует данным характеристикам.
Главный минус традиционного захоронения отходов заключается в том, что даже при использовании многочисленных систем очистки и фильтров этот вид утилизации не дает возможности полностью избавиться от таких негативных эффектов разложения отходов как гниение и ферментация, которые загрязняют воздух и воду. Поэтому, хотя относительно других способов утилизации, захоронение ТБО стоит достаточно дешево, экологи рекомендуют перерабатывать отходы, сводя к минимуму тем самым риски загрязнения окружающей среды.
Компостирование представляет собой технологию переработки отходов, которая основана на их естественном биоразложении. По этой причине компостирование широко применяется для переработки отходов имеющих органическое происхождение. Сегодня существуют технологии компостирования как пищевых отходов, так и неразделенного потока ТБО.
В нашей стране компостирование не получило достаточно широкого распространения, и обычно оно применяется населением в индивидуальных домах либо на садовых участках. Однако процесс компостирования также может быть централизован и осуществляться на специальных площадках, представляющих собой завод по переработке (ТБО) мусора органического происхождения. Конечным продуктом данного процесса является компост, которому можно найти различные применения в сельском хозяйстве.
Поскольку бытовые отходы содержат достаточно высокий процент органической фракции, для переработки ТБО довольно часто применяют термические методы. Термическая переработка мусора (ТБО) представляет собой совокупность процессов теплового воздействия на отходы, необходимых для уменьшения их объема и массы, обезвреживания, и получения энергоносителей и инертных материалов (с возможностью утилизации).
Важными преимуществами современных методов термической переработки являются:
- эффективное обезвреживание отходов (полное уничтожение патогенной микрофлоры).
- снижение объема отходов до 10 раз.
- использование энергетического потенциала органических отходов.
Из всего многообразия, которым могут похвастаться методы переработки ТБО, наиболее распространено сжигание. Основными преимуществами сжигания являются:
- высокий уровень апробированности технологий
- серийно выпускаемое оборудование.
- продолжительный гарантийный срок эксплуатации
- высокий уровень автоматизации.
Основной тенденция развития мусоросжигания является переход от прямого сжигания отходов к оптимизированному сжиганию полученной из ТБО топливной фракции и плавный переход от сжигания как процесса ликвидации мусору к сжиганию как процессу, который обеспечивает дополнительное получение электрической и тепловой энергии. И наиболее перспективно сегодня применение плазменных технологий, благодаря которым обеспечивается температура выше, чем температуры плавления шлака, что дает возможность получить на выходе безвредный остеклованный продукт и полезную энергию.
Плазменная переработка мусора (ТБО), по существу, представляет собой не что иное как процедуру газификации мусора. Технологическая схема данного способа предполагает собой получение из биологической составляющей отходов газа с целью применения его для получения пара и электроэнергии. Составной частью процесса плазменной переработки являются твердые продукты в виде непиролизуемых остатков или шлака.
Явным преимуществом высокотемпературного пиролиза является то, что данная методика дает возможность экологически чисто и относительно просто с технической стороны перерабатывать и уничтожать самые различные бытовые отходы без необходимости их предварительной подготовки, т.е. сушки, сортировки и т.д. И само собой, использование данной методики сегодня более выгодно с экономической точки зрения, чем применение других, более устаревших методик.
К тому же, при использовании данной технологии получаемый на выходе шлак является совершенно безопасным продуктом, и он может быть использован впоследствии для самых различных целей.
Наиболее распространённым методом утилизации ТБО является сжигание с последующим захоронением образующейся золы на специальном полигоне. Существует довольно много технологий сжигания мусора - камерное, слоевое, в кипящем слое. Мусор может сжигаться в смеси с природным топливом.
Термическая переработка: процесс, преимущества и недостатки
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.
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.
Сжигание ТБО в печах-котлоагрегатах (процесс КР) ввиду сравнительно низких температур (600 – 900 °С) практически не решает диоксиновой проблемы. Кроме того, при этом образуются вторичные (твёрдые несгоревшие) шлаки и пыли, которые требуют отдельной переработки или направляются на захоронение с последующими негативными последствиями для окружающей среды. Эти недостатки в определённой мере присущи и процессу КС. Здесь добавляется необходимость подготовки сырья к переработке с целью соблюдения гранулометрического состава.
К недостаткам процесса, разработанного Институтом химической физики РАН, относятся:
- необходимость сортировки и дробления отходов до определённых размеров; добавка и последующая сепарация теплоносителя заданного гранулометрического состава;
- потребность в разработке дорогостоящей системы очистки дымовых газов – синтез-газа, представляющего собой смесь моноокиси углерода и водорода.
Процесс плавки ТБО в барботируемом расплаве (в печи ПВ) следует отметить (помимо диоксиновой безопасности) ещё два преимущества: сравнительно высокую удельную производительность и низкий пылевынос. Эти показатели обусловлены барботажным эффектом (интенсивной продувкой газами ванны расплава и брызго-насыщенностью рабочего пространства печи над ванной). Немаловажный положительный фактор – наличие промышленного опыта их эксплуатации на предприятиях цветной металлургии в России и Казахстане. В целом можно констатировать, что последняя отечественная разработка превосходит по основным показателям другие отечественные и зарубежные технологии переработки ТБО и является определённым научно-техническим прорывом в решении мировой экологической проблемы.
В настоящее время одним из авторов под руководством руководителя дипломного проекта разрабатывается проект полигона ТБО для ст. Архонской РСО-Алания, где остро стоит вопрос о неудовлетворительном обращении с твердыми бытовыми отходами. При разработке указанного проекта будут учтены изложенные пути решения обращения с ТБО и в первую очередь предварительная сортировка этих отходов и извлечение полимерных и иных отходов для дальнейшей переработки.
Биотермическая переработка ТБО: Аэробная ферментация
Из биотермических методов в практике наибольшее распространение получила аэробная ферментация, которую часто называют компостированием (по названию конечного продукта ферментации - компоста, используемого в сельском хозяйстве).
Ферментация - это биохимический процесс разложения органической части отходов микроорганизмами. В биохимических реакциях взаимодействуют органический материал, кислород и бактерии (сапрофитные аэробные микроорганизмы, присутствующие в ТБО в достаточных количествах), а выделяются диоксид углерода, вода и тепло (материал саморазогревается до 60-70°С). Процесс сопровождается синтезом гумуса. Размножение микроорганизмов-деструкторов отходов возможно при определенном соотношении углерода и азота.
Наилучший контакт между органическим веществом и микроорганизмами обеспечивается при перемешивании материала, в результате саморазогрева которого в процессе ферментации происходит уничтожение большинства болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов, личинок мух.
По результатам исследований английских специалистов, на начальной стадии ферментации происходит минерализация смеси, о чем свидетельствует уменьшение общего содержания углерода органического вещества и гуминовых кислот. Образующаяся биомасса обладает высокой степенью полимеризации и характеризуется значительной (по сравнению с почвой) концентрацией азота. В процессе ферментации уменьшается содержание в биомассе фенольных групп и увеличивается содержание групп НООС и С=0.
В итоге законченного процесса ферментации масса биоразлагаемого материала уменьшается вдвое и получается твердый стабилизированный продукт.
Компостирование после утилизации ТБО в мировой практике развивалось как альтернатива сжиганию. Экологической задачей компостирования можно считать возвращение части отходов в круговорот природы.
Наиболее интенсивно компостирование ТБО развивалось с конца 60-х до начала 80-х годов преимущественно в странах Западной Европы (Италия, Франция, Нидерланды). В Германии пик строительства заводов пришелся на вторую половину 80-х годов (в 1985 г. в компост перерабатывали 3% ТБО, в 1988 г. - около 5%). Интерес к компостированию вновь повысился в середине 90-х годов на основе вовлечения в переработку не ТБО, а селективно собранных пищевых и растительных отходов, а также отходов садово-паркового комплекса (термическая переработка этих отходов затруднена из-за большой влажности, а захоронение связано с неконтролируемым образованием фильтрата и биогаза). В европейской практике к 2000 г. с применением аэробной ферментации ежегодно перерабатывали около 4,5 млн. т отходов более чем на 100 заводах (из них в 1992-95 гг. построено 60 заводов).
В странах СНГ прямое компостирование исходных ТБО применяют на девяти заводах: в Санкт-Петербурге (первый завод в бывшем СССР, построен в 1971 г.; в конце 1994 г. в Санкт-Петербурге введен в строй второй завод), Нижнем Новгороде, Минске и Могилеве, Ташкенте, Алма-Ате, Тбилиси и Баку (все заводы запроектированы институтом «Гипрокоммунстрой», Могилевский - институтом «Белкоммунпроект»), В 1998 г. вошел в строй завод в Тольятти, на котором реализована предварительная, но малоэффективная сортировка ТБО.
Следует отметить, что из-за гетерогенного состава отходов прямое компостирование ТБО нецелесообразно, поскольку получаемый компост загрязняется стеклом и тяжелыми металлами (последние, как отмечено, содержатся в опасных бытовых отходах - отработанных гальванических элементах, люминесцентных лампах).
На первых механизированных промышленных установках ТБО наиболее часто компостировали в штабелях, периодически подвергая материал ворошению.
В настоящее время в промышленности наиболее распространены три метода аэробной ферментации:
- ферментация (компостирование) в биобарабанах;
- туннельное компостирование (ферментация);
- ферментация (компостирование) в бассейне выдержки.
В СНГ с 1971 г. практикуется исключительно компостирование в биобарабанах (в режиме загрузки-разгрузки материала частота вращения биобарабана составляет 1,5 мин1, остальное время 0,2 мин1). В России (завод в г. Тольятти) на базе цементных печей выпускаются биобарабаны двух типоразмеров - длиной 36 и 60 м; диаметр биобарабанов - 4 м.
