ПОНЯТИЕ ОБ ОТХОДАХ, ИСТОЧНИКИ ОТХОДОВ
ВВЕДЕНИЕ
Ускоряющееся образование и накопление во многих отраслях белорусского производства и потребления отходов обусловлено отставанием технического уровня переработки, как первичного природного сырья, так и вторичного в виде твердых (газообразные уносятся воздушными потоками, жидкие смываются водотоками) отходов, от их добычи.
Существующая в нашей стране система обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО) сложилась еще во времена СССР и базируется на полигонном захоронении. И на сегодняшний день большая часть бытовых отходов в белорусских городах вывозят на примитивные свалки, расположенные в пригородах.
Выбор оптимального метода и технологии обезвреживания и переработки ТБО базируется, прежде всего, на недопущении негативного воздействия отходов на окружающую среду, ухудшения здоровья человека, обострения социальных аспектов развития общества и повышении экономической эффективности процессов обезвреживания отходов и рационального использования земельных ресурсов.
В данном курсовом проекте будут рассмотрены источники образования промышленных и твердых бытовых отходов, определен состав данных отходов, класс опасности, описано влияние на окружающую среду и человека. Также в работе будут рассмотрены возможные методы пиролиза промышленных и твердых бытовых отходов.
ПОНЯТИЕ ОБ ОТХОДАХ, ИСТОЧНИКИ ОТХОДОВ
Негативное воздействие промышленности выражается в воздействии на конкретные части природы и на биосферу в целом отходов от процессов добычи и переработки природных ресурсов. Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.
Отходами называются вещества или предметы, образующиеся в процессе осуществления экономической деятельности, жизнедеятельности человека и не имеющие определенного предназначения по месту их образования либо утратившие полностью или частично свои потребительские свойства. Отходами производства являются отходы, образующиеся в процессе осуществления юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями экономической деятельности (производства продукции, энергии, выполнения работ, оказания услуг), побочные и сопутствующие продукты добычи и обогащения полезных ископаемых. Отходы потребления – отходы, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека, не связанной с осуществлением экономической деятельности, отходы, образующиеся в гаражных кооперативах, садоводческих товариществах и иных потребительских кооперативах, а также уличный и дворовый смет, образующийся на территориях общего пользования населенных пунктов.
В объем отходов производства включаются отходы, образующиеся в процессе осуществления экономической деятельности (производства продукции, энергии, выполнения работ, оказания услуг), побочные и сопутствующие продукты добычи и обогащения полезных ископаемых. В 2005—2009 гг. в Беларуси за год в среднем образовывалось около 34656 тыс. т таких отходов, из них около 23901 тыс. т (68%) составляли галитовые отходы и шламы галитовые глинистосолевые, образующиеся на РУП «Производственное объединение «Беларуськалий».
Всего в Беларуси образуется более 1,4 тыс. видов отходов с широким спектром морфологических и химических свойств. Если рассматривать структуру образования отходов производства без учета отходов переработки калийных руд, то в общей массе доля отходов минерального происхождения составляет около 53%, отходов растительного и животного происхождения — 35%, отходов жизнедеятельности населения и подобных им отходов производства, а также отходов химических производств и производств, связанных с ними, — от 5 до 6%, отходов (осадков) водоподготовки котельно-теплового хозяйства и питьевой воды, очистки сточных, дождевых вод и использования воды на электростанциях — около 1,4%, медицинских отходов — менее 1%.
К твердым коммунальным отходам (ТКО) относятся отходы, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека, не связанной с осуществлением экономической деятельности; отходы, образующиеся в гаражных кооперативах, садоводческих товариществах и иных потребительских кооперативах; уличный и дворовый смет, образующийся на территориях общего пользования населенных пунктов; а также отходы производства, перечень которых утверждается постановлением Министерства жилищно-коммунального хозяйства Республики Беларусь и удаление которых организуют местные исполнительные и распорядительные органы.
В период 2005 — 2009 гг. в Беларуси за год в среднем образовывалось 3060 тыс. т твердых коммунальных отходов.
В последнее десятилетие наблюдается постепенное увеличение объемов образования твердых коммунальных отходов — показатель их удельного образования за этот период увеличился с 0,485 кг/чел. в день до 0,877 кг/чел. в день, т.е. почти в 2 раза, и приблизился к величине, характерной для стран Евросоюза (0,85—1,70 кг/чел. в день). С 2005 по 2009 г. объем образования твердых коммунальных отходов в Беларуси увеличился с 2760 до 3347 тыс. т, или на 21%
2 КЛАССИФИКАЦИИ ОТХОДОВ И ИХ СОСТАВ
Классификация отходов, образующихся в результате производственной деятельности человека, необходима как средство установления определенных связей между ними с целью определения оптимальных путей использования или обезвреживания отходов.
Обобщение и анализ литературных данных показывают, что классификация отходов основана на систематизации их по отраслям промышленности, возможностям переработки, агрегатному состоянию, токсичности и т. д. В каждом конкретном в случае характер используемой классификации соответствует рассматриваемым аспектам: складированию, очистке, переработке, захоронению промышленных отходов, предотвращению их токсичного воздействия и пр. Каждая отрасль промышленности имеет классификацию собственных отходов.
Отходы, в том числе коммунальные отходы, разделяются по видам в зависимости от:
· происхождения — на отходы производства и отходы потребления;
· агрегатного состояния — на твердые отходы и жидкие отходы;
· степени опасности — на опасные отходы и неопасные отходы;
· возможности их использования — на вторичные материальные ресурсы и иные отходы производства и потребления.
Установление степени опасности отходов и класса опасности отходов осуществляется на основании определения опасных для окружающей среды, здоровья граждан, имущества свойств отходов (токсичность, патогенность, взрывоопасность, пожароопасность, высокая реакционная способность, способность при обезвреживании образовывать стойкие органические загрязнители) и иных опасных свойств отходов.
Опасные отходы классифицируются по классам опасности:
· первый класс опасности — чрезвычайно опасные;
· второй класс опасности — высокоопасные;
· третий класс опасности — умеренно опасные;
· четвертый класс опасности — малоопасные.
Отходы обладают рядом важных свойств (состав, плотность, степень влажности и т. д.) Свойства отходов определяют технические приемы для сбора отходов, для их транспортировки, переработки и захоронения.
Состав и объем бытовых отходов чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности, но и от времени года и от многих других факторов. Для Республики Беларусь характерен состав приведенный в таблице1.
Таблица 1. Усредненный морфологический состав ТБО
| Компонент | Количество, % массы |
| 1. Бумага, картон | 10 - 20 |
| 2. Пищевые отходы | 15 - 25 |
| 3. Металлы | 4 - 8 |
| 4. Текстиль | 6 - 10 |
| 5. Стекло | 6 - 12 |
| 6. Пластмассы | 10 - 12 |
| 7. Кость | 4 - 6 |
| 8. Дерево | 4 - 6 |
| 9. Отсев | 6 - 10 |
| 10. Прочие | 6 - 10 |
Любые ТБО состоят из трех компонентов: органической и неорганической субстанций и физической воды. Вода обусловливает такое важное свойство ТБО, как влажность. Органическая субстанция (горючая масса) является нетрадиционным возобновляемым источником энергии, поэтому ее исследование представляет особый интерес. Элементарный состав ТБО приведен в таблице 2.
Таблица 2. Элементарный состав ТБО.
| Компонент | Элементарный состав ТБО, % | ||||||
| Углерод, С | Водород, H | Кислород, O | Азот, N | Сера, S | Зола, A | Влажность, W | |
| Бумага | 27,7 | 3,7 | 26,3 | 0,16 | 0,14 | 15,0 | |
| Пищевые отходы | 12,6 | 1,8 | 8,0 | 0,95 | 0,15 | 4,5 | |
| Текстиль | 40,4 | 4,9 | 23,2 | 3,4 | 0,1 | 8,0 | |
| Древесина | 40,5 | 4,8 | 33,8 | 0,1 | - | 0,8 | |
| Отсев | 13,9 | 1,9 | 14,1 | - | 0,1 | 50,0 | |
| Пластмасса | 55,1 | 7,6 | 17,5 | 0,9 | 0,3 | 10,6 | |
| Зола, шлак | 25,2 | 0,45 | 0,7 | - | 0,45 | 63,2 | |
| Кожа, резина | 5,0 | 12,6 | 0,2 | 0,67 | 11,6 | ||
| Прочее | 5,3 | 27,7 | 0,1 | 0,2 | 11,7 |
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ И КЛАССА ОПАСНОСТИ ОТХОДОВ
Согласно Классификатору отходов, образующихся в Республике Беларусь, утвержденному постановлением Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 31 декабря 2010 г. N 63 (Национальный реестр правовых актов Республики Беларусь, 15.02.2011, N 19, 8/23266), твердые бытовые отходы относятся к следующим классам опасности. Данные приведены в таблице 5.
Таблица 3. Классификация отходов по степени опасности
| Код | Наименование отхода | Степень и класс опасности <*> |
| Прочие отходы бумаги и картона, не вошедшие в группу VII В | ||
| Отходы кухонь и предприятий общественного питания | Неопасные | |
| Металлоотходы прочие | ||
| Отходы бытового текстильного тряпья (некондиционные) | 3-й | |
| Стеклобой прочий | Неопасные | |
| Прочие отходы пластмасс затвердевшие, не вошедшие в группу VI А | ||
| Отходы костей животных | Неопасные | |
| Прочие древесные отходы, не вошедшие в группу VI Б | ||
| Отсев песка | ||
| Отходы жизнедеятельности населения | Неопасные |
<*> В случае отсутствия в графе 3 какой-либо записи собственник отходов устанавливает степень опасности отходов производства и класс опасности опасных отходов производства в соответствии с Инструкцией о порядке установления степени опасности отходов производства и класса опасности опасных отходов производства, утвержденной постановлением Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь.
4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ОТХОДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЧЕЛОВЕКА
Отходы могут создать для общественности серьезные проблемы, если они не обработаны подобающе. Спектр проблем образуется, начиная с эстетически непривлекательной среды, запаха и т.д., до загрязнения сточных вод, превращений свободных земель в свалки, изменении стоимости имущества, а также отходы создают угрозы человеческому здоровью. Возобновляемые в результате хозяйственных действий ресурсы (воздух, вода, почва) регулярно засоряются. Есть три главных фактора, которые определяют отрицательное влияние загрязнения на среду:
• химическая природа;
• концентрация;
• скорость разделения.
Негативное влияние отходов на среду главным образом появляется из-за их неправильной обработки. Основные виды, которые характеризуют отрицательное влияние отходов, это:
• непосредственный ввод отходов в окружающую среду, производя загрязнение в воде, воздухе или почве;
• загрязнение, созданное несоответствующими процессами переработки отходов (выбросы при сжигании отходов и других видах переработки, шум процессов транспортировки и обработки, пыли, эмиссии газов);
• загрязнение, созданное несоответствующим захоронением отходов.
Неубранные отходы создают различные проблемы окружающей среде и здоровью, это и токсические испарения, антисанитарные условия и т. д.
Токсические вещества (тяжелые металлы, устойчивые органические источники загрязнения, диоксины) могут вызвать серьезные угрозы здоровью (также с летальным исходом), если они находятся в соприкосновении с человеком, а также при вдыхании. Они могут создать также опасное загрязнение воды, воздуха и почвы. Пожары на нелегальных свалках отходов, а также открытое сжигание, создают загрязнение воздуха, в составе которого есть диоксины, которые очень вредны для окружающей среды и человека.
В зависимости от того, какой вид обработки отходов выбран (захоронение, компостирование, сжигание, переработка), происходят различные виды влияния на окружающую среду. Однако можно выделить 3 главных вида влияний, независимо от вида обработки:
1) парниковые газы (от переработки отходов, включая сжигание и захоронение)
2) использование земли (переработка, захоронение)
3) эмиссии инфильтрата (от захоронения).
Самые существенные факторы негативного влияния на окружающую среду и здоровье:
• Захоронение. Занимает ценную землю, вызывает загрязнение почвы, воды и воздуха, создает выбросы двуокиси углерода (CO2) и метана (CH4), а также загрязнения химических соединений другого вида в почве и в грунтовых водах. Если отходы захоронены в закрытом виде, без вывода газов, газы со свалок в определенной концентрации могут быть взрывчатыми. Многие старые и неадекватно устроенные свалки создают выбросы токсических веществ, которые вредно влияют на окружающую среду и человеческое здоровье. Захороненные химические отходы создают испарения и жидкости, которые причиняют серьезный вред здоровью людей и даже их жизни, а также экосистемам.
• Сжигание создает выбросы вредных веществ, это диоксины, кислые газы (окислы азота (NOx), диоксиды серы (SO2) и хлористый водород (HCl)), которые вредны как для человеческого здоровья, так и окружающей среды. Оборудование для сжигания создает выбросы в ходе всех своих процессов: при сжигании и при обработке пепла. Кроме того, эти выбросы могут содержать в разных количествах всевозможные загрязняющие вещества, как, например, очень токсичные фураны, кадмий, ртуть, свинец, частицы или испарения других тяжелых металлов, такие летучие органические соединения, как бензол, толуол, полихлорированные бифенилы, а также щелочи, кислоты, и другие химические соединения. Эти выбросы могут вызвать острые заболевания, а также нанести другой вред, например, наследственные дефекты, астму, болезни дыхания и рак.
• Компостирование также может негативно влиять на здоровье, однако не столь существенно, как в ранее описанных случаях. Есть наблюдения, которые свидетельствуют, что у очень близко живущих от площадок компостирования людей повысилось количество болезней дыхания.
Твердые бытовые отходы опасны в санитарно-гигиеническом и пожарном отношениях. Они являются благоприятной средой для развития патогенной микрофлоры, питательной средой для насекомых и грызунов-переносчиков инфекций. В условиях достаточного снабжения кислородом начинается аэробное разложение ТБО, сопровождающееся саморазогревом внутренних слоев до температуры 70-90 0С. При этом верхний слой быстро высыхает и легко воспламеняется. При большой увлажненности (85-95 %) и недостатке кислорода начинается анаэробное разложение ТБО с выделением сероводорода и таких соединений, как индол и скатол. Выделяющаяся при этом влага приводит к загрязнению почвы и грунтовых вод. Таким образом, проблема полного уничтожения ТБО актуальна, прежде всего, с точки зрения их отрицательного воздействия на окружающую среду. Кроме этого, ТБО это богатый источник вторичных энергоресурсов и «бесплатный» энергоноситель.
5 РАСЧЕТ НОРМАТИВОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ
Норматив образования отходов производства – предельно допустимое количество отходов, образуемое при переработке единицы сырья, производстве единицы продукции или энергии, а также выполнении работ, оказания услуг.
Нормативы образования коммунальных отходов производства разработаны на основании Постановления Министерства жилищно-коммунального хозяйства от 27.07.2003г. №18/27 «Правила определения нормативов образования коммунальных отходов».
В соответствии с этим постановлением нормативы образования коммунальных отходов являются основанием:
при планировании системы санитарной очистки населенного места;
расчета между производителями отходов и организациями жилищно-коммунального хозяйства за оказанные услуги по санитарной очистке;
расчета лимитов размещения отходов производства, входящих в состав коммунальных отходов,
Местные исполнительные и распорядительные органы утверждают для каждого населенного пункта нормативы образования коммунальных отходов (дифференцированные и общие средние), организуют сбор, перевозку, хранение и обезвреживание коммунальных отходов, находящихся на их территории, а также взимание платежей за размещение отходов.
Дифференцированный норматив образования коммунальных отходов устанавливает количество образующихся коммунальных отходов дифференцированно в жилищном фонде по видам благоустройства и по объектам обеспечения жизнедеятельности человека в населенных местах в течение определенного промежутка времени на расчетную единицу. Так же он используется при выборе системы сбора, в том числе раздельного сбора, определения количества контейнеров, разработке транспортных схем вывоза, расчете лимитов размещения отходов производства, входящих в состав коммунальных отходов, а также при проведении расчетов за оказанные услуги по санитарной очистке.
Общий средний норматив образования коммунальных отходов устанавливает общее количество образующихся в течение года коммунальных отходов на территории населенного места на одного жителя. И используется при планировании системы санитарной очистки населенного места: проектировании объектов по захоронению и переработке коммунальных отходов, определении количества специальной коммунальной техники и работников, расхода горюче-смазочных материалов и других затрат на санитарную очистку.
6 МЕТОДЫ ПИРОЛИЗА ТБО
Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. Характеризуется протеканием реакций взаимодействия и уплотнения остаточных фрагментов, исходных молекул, в результате чего происходит расщепление органической массы, рекомбинация продуктов расщепления с получением термодинамически стабильных веществ: твердого остатка, смолы, газа. Применяя термин "пиролиз" к термическому преобразованию органического материала, подразумевают не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимно связаны и протекают одновременно с тем лишь различием, что каждая из них преобладает в определенном интервале температуры или времени.
Общую схему пиролиза можно представить следующим образом: твердые отходы + Q — твердый остаток + жидкие продукты + газы ± Qi (где Q — дополнительное тепло, Qi — вторичное тепло).
Следует отличать пиролиз от близкого к нему процесса газификации. Газификация является термохимическим высокотемпературным процессом взаимодействия органической массы или продуктов ее термической переработки с газифицирующими агентами, в результате чего органическая часть или продукты ее термической переработки обращаются в горючие газы. В качестве газифицирующих агентов применяют воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода, а также их смеси.
Процессы пиролиза отходов получили большее распространение, чем газификация. Пиролизу подвергаются твердые бытовые и близкие к ним по составу промышленные отходы, отходы пластмасс, резины (в том числе, автомобильные покрышки), другие органические отходы.
С санитарной точки зрения процесс пиролиза обладает лучшими показателями по сравнению с сжиганием. Количество отходящих газов, подвергаемых очистке, намного меньше, чем при сжигании отходов. Объем твердого остатка, получаемого по схеме высокотемпературного пиролиза, может быть значительно уменьшен. Твердый остаток можно использовать или в промышленности (сажа, активированный уголь и др.).Таким образом, некоторые схемы пиролиза отходов могут быть безотходными.
В настоящее время известно более 50 систем по пиролизу отходов, отличающихся друг от друга видом исходного сырья (отходов), температурой процесса и конструктивными решениями технологической схемы переработки сырья.
В основу классификации пиролизных установок положен температурный уровень процесса, так как именно температура в реакторе определяет выход и качество продуктов пиролиза отходов того или иного состава.
Высокотемпературный пиролиз по сравнению с другими методами имеет ряд преимуществ: при нем происходит более интенсивное преобразование исходного продукта; скорость реакций возрастает с экспоненциальным увеличением температуры, в то время как тепловые потери возрастают линейно; увеличивается время теплового воздействия на отходы; происходит более полный выход летучих продуктов; сокращается количество остатка после окончания процесса.
Примером низкотемпературного пиролиза может служить разработанный фирмой "Монсанто" (США) метод термической обработки вращающейся печи при недостаточном доступе кислорода, при этом часть горючих составляющих сгорает.
Доставленные на установку производительностью 35 т/сут отходы по двум виброжелобам направляются в дробилку, а затем в бункер, откуда их можно непрерывно подавать во вращающуюся печь. Эта печь изнутри футерована огнестойким материалом и установлена с небольшим наклоном, благодаря чему измельченные отходы в ней легко перемещаются, при этом часть горючих составляющих сгорает.
Отходы, подлежащие пиролизу, движутся противотоком по отношению к обогревающим газам. Процесс эндотермичен, и для его осуществления подводится дополнительное топливо.
Остаток от сгорания твердых отходов попадает в находящуюся в конце печи ванну для гашения, питаемую водой из установки для очистки отходящих газов. Затем шлак направляется на флотационную установку, после которой отделенные легкие компоненты в виде угольного шлама вытекают, сгущаются и фильтруются перед вывозом, тогда как тяжелые составные части поступают на магнитный сепаратор. Освобожденный от железа остаток представляет собой стеклосодержащее темное вещество. Отходящие от печи газы полностью сгорают в камере с огнеупорной футеровкой, в которую подается воздух. Тепло используется для производства пара. Газ попадает в скруббер, а оттуда через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу (рисунок 1).
Рисунок 1. Технологическая схема Ландгарт: 1 приемный бункер; 2 дробилка грубого дробления; 3 бункер для дробленых отходов; 4 вращающаяся печь (реактор); 5 шлаковая ванна; 6 магнитный сепаратор; 7 камера сжигания газа; 8 парогенератор; 9 скруббер; 10 дымосос; 11 дымовая труба; 12 очистка воды.
Установка, работающая на основе этого принципа, построена в Балтиморе (штат Мериленд, США). Стоимость установки — 15 млн. 852 тыс. долл. Годовая мощность (при коэффициенте использования оборудования 0,85) — 810 тыс. т. Стоимость переработки 1 т отходов 5,87 долл. (за вычетом дохода на реализацию).
В США разработан метод высокотемпературного пиролиза ТБО — Торракс. Метод характеризуется процессами распада и частичного окисления горючих компонентов, а также плавлением инертных материалов при температурах до 1650°С. С помощью этого метода можно обрабатывать, кроме бытовых, отходы мелких промышленных производств, близкие по составу к бытовым отходам, а также старые автопокрышки, обезвоженный осадок сточных вод, отходы медицинских учреждений и т.п.
ТБО и промышленные отходы могут быть загружены в установку непосредственно в том виде, в каком они были доставлены с мест сбора, без предварительной обработки, за исключением дробления громоздких предметов до кусков размером около 1 м.
Рисунок 2. Реактор высокотемпературного пиролиза Торракс: 1 загрузка отходов; 2 выход горючего газа; 3 удаление и охлаждение шлака; 4 зона сжигания и плавления; 5 подача горячего воздуха в зону горения; 6 зона пиролиза; 7 зона сушки; 8 загруженные отходы.
Важнейшей частью системы является реактор (рисунок 2). Он работает как вертикальная шахтная печь и обеспечивает процесс пиролиза отходов и шлакообразование несгораемых компонентов. По форме корпус реактора напоминает вагранку, но отличается от нее рядом особенностей. Внутри корпуса отсутствуют колосниковые решетки и движущиеся части. Высота его приблизительно 15 м, внутренний диаметр шахты — около 3 м. При таких размерах шахты и круглосуточной работе оборудования обеспечивается производительность 300 т/сут.
Отходы периодически загружаются в верхнюю часть реактора. Под действием собственной массы они проходят сверху вниз через три зоны: сушки, пиролиза, первичного сгорания и плавления.
Горючие газы из зоны сгорания проходят вверх сквозь слой отходов и отдают тепло в зонах сушки и пиролиза. В зоне сушки влага, содержащаяся в отходах, испаряется. Поступающие сверху отходы создают пробку, что предотвращает подсос воздуха через открытое загрузочное отверстие. Под зоной сушки расположена зона пиролиза, где высушенные отходы эндотермически (практически без доступа воздуха) разлагаются на горючий газ, углерод и инертные материалы. Горючие газы поднимаются вверх по шахте и попадают в кольцеобразный канал, откуда они в смеси с паром отсасываются вентилятором.
Важнейшими компонентами горючего газа являются водород, оксид углерода и метан. Теплота сгорания этой смеси, по разным данным, составляет 6680—10450 кДж/м3 состав и теплота сгорания горючего газа зависят от состава отходов и характера процесса пиролиза.
Твердые продукты пиролиза (углерод и инертные материалы) оседают, а затем поступают в зону первичного сгорания и плавления в нижней части реактора, где высокие температуры поддерживаются за счет подачи подогретого до 300—500°С воздуха и тепла, выделяемого при сгорании углерода. Для подвода нагретого воздуха служит кольцеобразная труба, которая играет роль коллектора при его распределении и подаче через фурмы в топку.
Коксовый остаток, образовавшийся при пиролизе, окисляется в оксид углерода, а инертные материалы оплавляются. В нижней части газогенератора находится зона плавления с максимальными температурами до 1650°С. Расплавленный жидкий шлак выводится через шлаковую ванну; при этом расплавленный шлак, имеющий в основном силикатные компоненты, гранулируется и используется в промышленности строительных материалов.
Часть энергии получаемого газа (до 10—15 %) используется в самой системе для нагрева воздуха, подаваемого в зону сжигания реактора. Остальная энергия может быть передана потребителю непосредственно в виде газообразного топлива или в виде пара.
Первый экспериментальный завод, работающий по методу "Система газ", мощностью 75 т/сут, был построен в г. Оргард Парк, штат Нью-Йорк. Завод был создан для ликвидации твердых городских отходов и отходов торговых предприятий, к которым добавляется определенное количество твердых ПО.
Эксплуатация промышленной установки Торракс выявила ее достоинства: непрерывность процесса, отсутствие двигающихся частей в термически нагруженной зоне; незначительный унос твердых частиц дымовыми газами благодаря оплавлению пылевидных компонентов.
В г. Чарлстон (штат Виргиния, США) вступил в строй опытный завод мощностью 200 т/сут. Предполагается проверить технические показатели и режим работы завода на несортированных городских отходах. Американская фирма Юнион Карбайд разработала высокотемпературный пиролизный реактор Пьюрокс. Основным продуктом процесса является горючий газ. Опытный образец реактора, высота которого около 3 м, мощность 5 т/сут, был испытан в г. Терри-Таун (штат Нью-Йорк).
На рисунке 3 представлена схема процесса Пьюрокс. Основным элементом системы является вертикальная шахтная печь. ТБО подаются в верхнюю часть печи через питатели. В основание реактора подается кислород (0,2 т на 1 т отходов), где он реагирует с выпадающим продуктом процесса пиролиза. Создается зона достаточно высокой температуры, в которой происходит плавление или шлакование несгораемых материалов. Расплавленные негорючие включения (в основном металл и стекло) непрерывно стекают в водную ванну, образуя тяжелый гранулированный материал.
Рисунок 3. Схема пиролизной установки Пьюрокс: 1 загрузочная воронка; 2 питатель; 3 реактор; 4 подача кислорода; 5 расплавленный остаток; 6 выход пиролизного газа; 7 водяная ванна; 8 выход избыточного газа; 9 конденсатор; 10 газоочистка; 11 вода от очистки газов.
Горючие газы, образующиеся в результате реакции кислорода с углеродом, поднимаются вверх, проходя через опускающиеся твердые отходы и обеспечивают тепло, необходимое для пиролиза. Дополнительного топлива для поддержания процесса пиролиза не требуется. В верхней части печи этот газ охлаждается в ходе сушки поступающих твердых отходов. Выходящий газ (температура при выходе из реактора около 120°С) содержит значительное количество водяных паров, некоторое количество "масляного тумана" и следы вредных примесей. Эти примеси удаляются путем очистки газа в электрофильтре.
Полученный в результате пиролиза газ, по данным фирмы, представляет собой чистое горючее топливо со средней теплотой сгорания 9000 кДж/м3. Этот газ имеет большое преимущество перед природным, так как не содержит соединений серы и оксидов азота, а температура горения при прочих равных условиях примерно одинакова. При сжигании газа потребность в воздухе составляет 80 % объема требуемого для сжигания природного газа. Таким образом, получаемый в процессе Пьюрокс газ может с успехом заменить природный.
Весьма сложной является проблема аккумуляции и хранения газа, полученного в процессе пиролиза, поэтому фирма считает, что потребитель должен находиться на расстоянии не более 1,5—3 км от установки.
Фирма определила ориентировочные экономические показатели для полномасштабной установки. Капиталовложения на установку мощностью 1000 т/сут составляют 14 млн. долл. Эта система должна иметь три реактора мощностью 350 т/сут каждый, которые будут обслуживаться одной кислородной установкой. Эксплуатационные расходы (включая амортизацию) составят около 3 млн. долл. в год, прибыль от продажи газа — 1,6 млн. долл. Мощность установки при коэффициенте использования оборудования 0,85 определяется в 310 тыс. т в год.
7 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБРАЩЕНИЮ С ОТХОДАМИ.
Проведенная в нашей работе оценка воздействия твердых бытовых отходов и отходов производства на окружающую среду служит основанием для дальнейшего совершенствования природоохранных мероприятий прямо или косвенно направленных на предотвращение или уменьшение воздействия объекта на окружающую среду. С этой точки зрения к ним относятся:
– организационные мероприятия;
– технические мероприятия.
Организационные мероприятия хотя и не изменяют принципиального характера воздействия отходов на окружающую среду, однако, не требуют существенных капитальных вложений, предшествуют техническим мероприятиям и результат их наблюдается довольно быстро. К ним относятся:
1. Организация экологически безопасного сбора, хранения, транспортировки, использования и обезвреживания опасных отходов.
2. Создание эффективной системы информирования населения, юридических лиц и индивидуальных предпринимателей по вопросам обращения с отходами и вовлечения вторичных материальных ресурсов в гражданский оборот.
Технические мероприятия являются центральным звеном в системе мероприятий по снижению уровня воздействия предприятия на среду, так как они способны кардинально менять характер воздействия предприятия на среду, при этом, требуют значительных капитальных затрат, а также предварительного технико-экономического обоснования. В качестве технических мероприятий предлагаются следующие:
1. Строительство новых и реконструкция имеющихся объектов по сбору, использованию и (или) обезвреживанию отходов.
2. Повышение уровня извлечения вторичных материальных ресурсов из отходов и использование их в качестве вторичного сырья.
3. Внедрение новых технологий использования вторичных материальных ресурсов, позволяющих обеспечить получение качественной продукции при рентабельности производства.
В качестве технического мероприятия рассмотрим схему пиролиза отходов по технологии Waste Conversion Pyrolysis.
Технология Waste Conversion Pyrolysis разработана компанией Green Light Energy Solutions специально для переработки твердых бытовых отходов, поступающих в несортированном виде на свалки и полигоны. Данная технология может использоваться для переработки бытовых отходов даже в отсутствие раздельного сбора отходов и предварительной сортировки.
Технологическое преимущество системы заключается в использовании непрерывного процесса пиролиза, при котором происходит разложение вещества под воздействием высоких температур в бескислородной среде. Благодаря отсутствию процесса горения и правильному подбору температурного режима в процессе не образуется летучей или остаточной золы. Более того, применение высокотемпературного пиролиза (850 °С) позволило избежать образования дикосинов и фуранов в твердом коксующемся остатке, делая его пригодным для дальнейшего использования. Система Waste Conversion Pyrolysis является единственной системой переработки смешанных отходов, в которой достигается полный молекулярный распад и уничтожение диоксинов и фуранов.
Преимущества технологии:
· Переработка 90-98% отходов, при промышленном применении коксующегося остатка достигается полная переработка отходов.
· Возможность одновременной переработки различных видов отходов, в том числе несортированных бытовых отходов
· Экологическая безопасность
· Отсутствие диоксинов в атмосферных выбросах и твердом остатке
· Не требуется специальной обработки и захоронения побочных продуктов процесса переработки
· Не требуется организации раздельного сбора отходов
· Низкие эксплуатационные расходы за счет максимального потребления собственных ресурсов и отходящего тепла
· Несколько источников прибыли
· Имеет высокую производительность и энергоэффективность
· Является возобновляемым источником энергии
· Совместимость с механизмами Киотского протокола
Отходы, перерабатываемые установками Waste Conversion Pyrolysis:
· Твердые бытовые отходы
Основную трудность для эффективной и экологически безопасной переработки ТБО существующими способами представляет его неоднородный состав, в который входит множество различных материалов и токсичных веществ, особенно в отсутствие раздельного сбора отходов. Система Waste Conversion Pyrolysis позволяет одновременно перерабатывать различные виды отходов, которые содержатся в обычном потоке бытового мусора, включая пищевые отходы, бумагу, картон, пластик всех видов, древесные отходы, лакокрасочные изделия, резинотехнические изделия, текстиль и др.
· Автомобильные покрышки
В настоящее время используется несколько технологий для увеличения срока службы покрышек или переработки измельченных шин во вторсырье или энергию. Применимые сегодня технологии, однако, имеют негативное влияние на окружающую среду и дороги в эксплуатации. Использованные автомобильные покрышки могут перерабатываться системой Waste Conversion Pyrolysis в "зеленую" электроэнергию и коксующийся угольный остаток, имеющий коммерческую ценность. Извлечение в процессе подготовки к пиролизу металлов, генерация значительного количества электроэнергии и отсутствие вредного воздействия на окружающую среду выделяют технологию Waste Conversion Pyrolysis как целесообразное решение для переработки отработанных покрышек.
· Отходы биомассы
В последнее время существенно возрос интерес к биомассе как источнику энергии.Использование технологии Waste Conversion Pyrolysis позволит достичь целевых показателей выработки возобновляемой энергии из биомассы: энергетических культур, древесных отходов, включая отходы лесных хозяйств, строительства и сноса, бревна, ветви, опилки, послеуборочных растительных отходов, соломы, картона, бумаги, отходов пищевой и сельскохозяйственной промышленности.
· Отходы производств
Этот рынок включает отходы, образовавшиеся в результате промышленного производства или коммерческой реализации продукции: от отходов и шламов производств до упаковочных материалов и паллет, которые в основном свозятся на свалки наряду с бытовыми отходами. Крупные предприятия являются идеальной площадкой для установки систем Waste Conversion Pyrolysis. Огромные количества смешанных отходов могут быть утилизированы на месте, сокращая расходы на транспортировку и утилизацию, и являясь источником энергии или пара для производственного потребления.
· Опасные и токсичные отходы
Эти отходы образуются на каждой стадии производства, использования и утилизации продукции, и включают в себя токсичные материалы и вещества: от ПВХ, бытовой химии и лакокрасочных изделий до трансформаторных масел и различных отходов промышленности. Все эти отходы могут быть безопасно и эффективно переработаны в энергию системой Waste Conversion Pyrolysis.
· Пластик
По своему весу, пластик составляет менее 1% всех отходов упаковки, что, однако, не идет ни в какое сравнение с количеством его потоков: коммерческие, производственные, ведомственные учреждения с каждым днем используют и выбрасывают все больше пластика. Технология Waste Conversion Pyrolysis предоставляет муниципалитетам и частному промышленному сектору уникальную возможность безопасной утилизации пластиковых отходов и уничтожения опасных химических соединений, содержащихся в них, при одновременном производстве экологически чистой электроэнергии.
· Отходы очистки сточных вод
Осадок сточных вод можно смешивать с другими видами отходов для достижения необходимого уровня влаги в потоке отходов, перерабатываемых системой WCP. При расположении установки непосредственно возле очистных сооружений, вырабатываемая ей энергия может использоваться для нужд водоочистки.
· Нефтешламы
Отработанные масла и нефтяные сланцы свозятся на свалки и полигоны и отравляют почву, грунтовые воды и здоровье окружающих. В процессе очистки нефтесодержащих сточных вод на нефтеперерабатывающих заводах образуется значительное количество шламов. Устранение этих шламов – головная боль многих предприятий. Широко распространенная практика накапливания нефтешламов в специальных прудах лишь усугубляет проблему последующей утилизации шламов. Использование технологии Waste Conversion Pyrolysis позволит безопасно и эффективно решить эту проблему.
Процесс переработки ТБО по технологии Waste Conversion Pyrolysis представлен на рисунке 4.
Система подачи
Первое звено системы — система подачи и подготовки отходов, состоящая из сортировочной линии, дробилки, сушки отходов и бункера.
На сортировочной линии отходы сортируются для того, чтобы отобрать инертные материалы (камень, щебень, песок, бетон), металлы, стекло. Извлеченные в процессе сортировки вторичные ресурсы имеют высокую коммерческую ценность и являются дополнительным источником прибыли данного проекта. В дробилке сырье измельчается до максимальной фракции 50мм. Поступающие на свалку бытовые отходы обладают в среднем влажностью около 60%. Для большей эффективности реакции пиролиза в сушке влагосодержание измельченных отходов уменьшается до 20%.
Рисунок 4. Принципиальная схема процесса переработки ТБО методом среднетемпературного пиролиза по технологии Waste Conversion Pyrolysis.
· Пиролизный реактор
Реактор разработан по уникальной технологии, позволяющей преобразовать поступающее сырье в синтетический горючий газ (90-98%) и коксующийся угольный остаток (2-10%, в зависимости от состава отходов). Температурный режим внутри реторты препятствует образованию диоксинов в твердом остатке, делая его пригодным для дальнейшего применения, в качестве материала для производства строительных смесей или в качестве твердого топлива после брикетирования. Специальная шлюзная камера осуществляет непрерывную подачу отходов, не допуская проникновение кислорода в реактор.
Производительность реактора - 125 тонн отходов в сутки при влажности отходов 20%.
· Установка термического окислителя
Синтетический газ далее сжигается в термическом окислителе, в котором при температуре до 1200С, необходимой для уничтожения диоксинов и фуранов, содержащиеся в газе, происходит преобразование синтетического газа в углекислый газ, оксиды азота и водяной пар.
· Генерация энергии
Тепловая энергия дымовых газов, выходящих из окислителя, используется для производства пара в бойлере, который затем подается на паровую турбину для выработки электроэнергии, с коэффициентом преобразования 30%. Мы можем обеспечить стабильный поток электроэнергии, ведь у нас нет недостатка в сырье.
· Система очистки газов
Отводимые от котла-утилизатора отходящего тепла газы проходят через пылеуловитель, а затем через мокрый газоочиститель и после этого могут быть выпущены в атмосферу.
8 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ
Выбранная технология утилизации ТБО должна обосновываться следующими оценками:
1. Экологическая приемлемость с точки зрения сокращения загрязнения атмосферы, водных источников, 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.
Реализация утильного сырья из ТБО позволит не только сократить количество отходов на свалках, но и получить высокий доход.
Для значительного увеличения объемов переработки и использования вторичного сырья необходимо проведение комплекса организационных мероприятий, которые позволили бы создать эффективно действующий рынок отходов, вторичного сырья и изделий из вторичного сырья. При этом в настоящее время нет необходимости в приобретении специализированного оборудования и комплексных линий для переработки вторичного сырья в изделия и комплексных линий по переработке большей части отходов во вторичные материалы.
Комплекс организационных мер для увеличения доли использования утильных фракций ТБО сводится к следующему:
1. Организация центров сбора и первичной обработки отходов.
2. Создание нормативно-законодательной базы, обязывающей юридические лица (промышленные предприятия, торговые центры, магазины, оптовые рынки, банки) осуществлять вывоз отходов на центры сбора и первичной обработки. При этом данная нормативная база должна обеспечивать экономическую эффективность деятельности этих центров.
3. Создание нормативно-законодательной базы, обеспечивающей применение изделий из вторичных материалов в городском хозяйстве.
Для того, чтобы направить отходы на пункты сбора и сортировки, необходимо экономически стимулировать всю систему сбора, переработки и утилизации вторичного сырья. Необходимо разработать расценки на вывоз отходов на пункты сбора в зависимости от количества отходов, их типа, степени загрязненности механическими примесями и остатками упаковочных веществ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе курсового проекта была изучена научная и научно-техническая литература, нормативные документы по вопросам утилизации отходов. Были рассмотрены источники образования промышленных и твердых бытовых отходов, определен состав данных отходов, класс опасности, описано влияние на окружающую среду и человека.
Подробно была дана характеристика утилизации отходов методом пиролиза. Детально описан процесс переработки отходов методом среднетемпературного пиролиза по технологии .
На основании проведенной работы можно выделить следующие преимущества утилизации отходов методом пиролиза:
достигаются практически полная утилизация материально-энергетических ресурсов ТБО и энергоавтономность всего технологического цикла;
поскольку термическое разложение происходит без доступа воздуха, нет условий для образования таких токсичных соединений, как диоксин, фуран, бензапирен и др.;
замкнутость схемы, компактность оборудования и экологическая чистота определяют возможность размещения такого предприятия в черте любого города;
учитывая, что минеральная составляющая ТБО — экологически чистый после термообработки шлак — может использоваться для дорожных работ, такую технологию можно отнести к категории полностью безотходных;
эти установки позволяют получать прибыль за счет реализации произведенной продукции (пар, электроэнергия) в отличие от действующих сегодня производств, где эксплуатационные затраты значительно превосходят доход от реализации, а рентабельность предприятий основывается на платежах населения за переработку мусора.