Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Кафедра химических технологий

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Утилизация и рекуперация отходов»

Тема работы «Технология утилизации твердых бытовых отходов»

Руководитель работы, Е. С. Пикалов

Кандидат технических наук, доцент

Студент гр. ЗХТуд-118 Н. И. Козлова

Владимир 2020 г.



Оглавление

• Введение
• 1. Объемы мусора
• 2. Источники мусора
• 3.Характер мусора
• 3.1 Морфологический состав ТБО
• 3.2 Сокращение потока отходов как способ борьбы с увеличением массы ТБО
• 3.3 Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
• 4. Анализ способов и оборудования утилизации коммунально-бытовых отходов
• 5. Основные методы переработки твердых бытовых отходов
• 5.1 Захоронение ТБО
• 5.1.1 Побочные процессы, протекающие при захоронении ТБО
• 5.2 Полевое компостирование ТБО
• 5.3 Биотермическое компостирование ТБО
• 5.4 Сжигание ТБО
• 5.5 Пиролиз высоко и низкотемпературный
• 5.5.1 Низкотемпературный пиролиз
• 5.5.2 Высокотемпературный пиролиз
• 5.6 Гидросепарация ТБО
• 5.7 Механобиологической способ переработки ТБО
• 5.8 Рентгеновский сепараторный метод переработки ТБО
• 6. Рециклинг (вторичное использование, утилизация)
• 7. Сжигание предварительно неподготовленных отходов и гранулированного топлива
• 8. Блок-схема по утилизации ТБО методом сжигания
• 9. Выбор оборудования для процесса сжигания ТБО
• Заключение
• Используемая литература


Введение

С развитием цивилизации к середине XX в. определились 4 основных упаковочных материала: бумага (и картон), стекло, пластмассы и металлы. Со второй половины XX столетия к ним добавились так называемые комбинированные упаковочные материалы. В это же время во многих странах были созданы научно-исследовательские конструкторские, дизайнерские и учебные структуры в области упаковки. Россия занимает огромную территорию со значительным количеством небольших населённых пунктов, в которых перспектива цивилизованного решения проблем утилизации твёрдых бытовых отходов (ТБО) достаточна далека. Значительную долю ТБО составляют отходы пластмасс, которые, с одной стороны, являются ценным сырьём для вторичного использования, а с другой - длительно разлагающимися материалами, существенно загрязняющими природную среду. загрязняющий атмосфера бытовой отход

На городских свалках даже среднего населённого пункта ежегодно скапливаются сотни тысяч тонн бытовых отходов. Дымящиеся свалки, кучи выброшенного хлама, переполненные мусорные баки - в России такие картины знакомы многим городским и сельским жителям. В последнее десятилетие значительно возросло количество автомобильного транспорта, бытовой техники, в том числе холодильного оборудования, электронной аппаратуры, сотовых телефонов кондиционеров и др. Дальнейшее развитие приобрела технология получения биоразлагаемой полимерной упаковки, переработка древесных. Одним из наиболее осязаемых результатов антропогенной деятельности является образование отходов, среди которых отходы пластмасс занимают особое место в силу своих уникальных свойств. Использование изделий из полимерных материалов неуклонно связано с образованием отходов.

Особенность полимерных отходов - их устойчивость к агрессивным средам, они не гниют, процессы деструкции в естественных условиях протекают достаточно медленно, но с образованием вредных веществ, отравляющих окружающую среду. Всё это делает проблему утилизации отходов полимерных материалов актуальной. Пластмассы - это химическая продукция, состоящая из высокомолекулярных, длинноцепных полимеров. Производство пластических масс на современном этапе развития возрастает в среднем на 5…6% ежегодно и к 2020 г., по прогнозам, достигнет 250 млн. т. Их потребление на душу населения в индустриально развитых странах за последние 20 лет удвоилось, достигнув 85...90 кг.

К концу десятилетия как полагают, эта цифра повысится на 45...50% [1]. Насчитывается около 150 видов пластиков, 30% из их - это смеси различных полимеров. Для достижения определённых свойств, лучшей переработки в полимеры вводят различные химические добавки, которых уже более 20, а ряд из них относятся к токсичным материалам. Выпуск добавок непрерывно возрастает. Если в 1980 г. их было произведено 4000 т, то к 2000 г. объём выпуска возрос уже до 7500 т, и все они будут введены в пластики. А со временем потребляемые пластики неизбежно переходят в отходы. Одним из быстроразвивающихся направлений использования пластмасс является упаковка. Из всех выпускаемых пластиков 41% используется в упаковке, из этого количества 47% расходуется на упаковку пищевых продуктов. Удобство и безопасность, низкая цена и высокая эстетика являются определяющими условиями ускоренного роста использования пластических масс при изготовлении упаковки. Такая высокая популярность пластмасс объясняется их лёгкостью, экономичностью и набором ценнейших служебных свойств. Пластики являются серьёзными конкурентами металлу, стеклу, керамике. Например, при изготовлении стеклянных бутылей требуется на 21% больше энергии, чем пластмассовых.

Но наряду с этим возникает проблема с утилизацией отходов, которых существует свыше 400 различных видов, появляющихся в результате использования продукции полимерной промышленности. В наши дни, как никогда прежде, люди задумались над огромным засорением Земли непрерывно возрастающими отходами пластиков. Учебное пособие восполняет знания в области утилизации и вторичной переработки пластиков с целью возврата их в производство и улучшения экологии в РФ и в мире.



1. Объемы мусора

По данным Росприроднадзора, российские свалки занимают 4 миллиона гектаров.

Это равно площади Нидерландов или Швейцарии. Территория, занятая мусором, увеличивается на 400 тысяч гектаров ежегодно. Если такие темпы сохранятся, то к 2050 году свалки займут 1% площади России.

Правда, почти все это -- промышленные отходы, которые не являются мусором в обычном понимании. Например, статистики считают отходами горную породу, которую вынимают при добыче руды, а потом складывают в отвалы. Предприятия, которые занимаются добычей полезных ископаемых, производят основную часть отходов -- 6,9 млрд тонн. Три четверти этого показателя -- угольная промышленность.

Мусор в привычном понимании, который коммунальные службы вывозят на свалки или специальные перерабатывающие заводы, называют твердыми бытовыми отходами (ТБО) и твердыми коммунальными отходами (ТКО). В России ежегодно образуется около 60 млн тонн таких отходов. Количество бытового мусора тоже растет: за двадцать лет производство ТКО выросло вдвое. В Росприроднадзоре говорят, что это связано с активным использованием упаковочных материалов: полиэтилена, пластика, бумаги. Правда, какую долю в общем объеме мусора занимает упаковка, точно не известно.

Среднестатистический россиянин производит в год около двух кубометров мусора -- примерно 400 кг. Это около 1,1 кг в день. Если верить статистике Всемирного банка, на общемировом фоне Россия выглядит не так уж и плохо: в целом по планете этот показатель составляет 1 кг. Больше всего мусора производят жители Исландии: 4,3 кг в день. Меньше всего -- граждане Лесото: всего 100 г.

Более четверти объема мусорного ведра россиянина занимают пищевые отходы, еще почти 20% -- бумага и картон, 17% -- стекло. В разных странах эти пропорции сильно различаются: в Китае и Бразилии на помойку в основном отправляются пищевые отходы, в США -- бумага, а в Великобритании -- пластик.

Большую часть бытового мусора в России вывозят на свалки. Сейчас в стране насчитывается около 15 тысяч легальных свалок. Сколько отходов россияне выбрасывают в ближайшей лесопосадке -- никто не считает.

По данным Министерства природных ресурсов, перерабатывают только 8% отходов. Например, ежегодно на свалки отправляется 9 млн тонн макулатуры, 2 млн тонн пластика и 0,5 млн тонн стекла -- все это могло бы перерабатываться, но ни системы сбора таких отходов, ни специальных заводов в стране просто нет.

Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года.

Если верить социологическим опросам ВЦИОМа, россияне считают свалки второй по значимости экологической проблемой после загрязнения воздуха. При этом больше половины опрошенных считают, что вопросы, связанные с окружающей средой, должны решать власти. Только пятая часть россиян говорит, что за сохранение природы ответственны и сами граждане.

Незаконных свалок в стране больше нет, а на этих местах цветут сады. Тех, кто выбрасывает мусор где не положено, штрафуют.



2. Источники мусора

Согласно официальной статистике, в России перерабатывается всего четыре процента отходов. Остальной мусор складируется на свалках, с каждым годом территория которых увеличивается. По данным на территории нашего государства расположено более 1 тысячи мусорных полигонов и около 15 тысяч официальных свалок, на которых в настоящее время скопилось около 60 миллиардов тонн мусора, и эта цифра постоянно растет. Свалки занимают огромные территории -- около четырех миллионов гектаров.

Статистические данные говорят о том, что на территории нашей страны около 17 тысяч свалок -- несанкционированные и ежегодно мусор отвоевывает себе территорию сравнимую по площади со столицей нашей родины.

Наиболее часто отходы производства и потребления, образуются в следующих источниках:

ѕ Жилой фонд (индивидуальные и многоквартирные дома).

ѕ Дачные, гаражные кооперативы и садовые товарищества.

ѕ Склады и логистические центры.

ѕ Офисные центры.

ѕ Гостиницы.

ѕ Торгово-развлекательные центры.

ѕ Спортивно-оздоровительные комплексы.

ѕ Объекты оптово-розничной торговли.

ѕ Стадионы, выставочные центры и места проведения культурномассовых мероприятий.

ѕ Кухни и заведения общепита.

ѕ Производственные цеха.

ѕ Парки, скверы, пляжи,зоны отдыха

ѕ Объекты дорожно-коммунального хозяйства.

ѕ Ремонтно-строительные участки.

ѕ Кладбища.

Казалось бы, процесс сбора и вывоза отходов производства и потребления давно систематизирован и упорядочен. Однако горы мусора в зеленых зонах, на месте пикников, на обочинах дорог, возле водоемов, переполненные мусорные баки и заваленные мусорные площадки -- нередкая картина для любого населенного пункта, особенно если свернуть с центральных улиц.

Чаще всего, эта проблема возникает из-за элементарного отсутствия «санитарного» воспитания и сознательности населения за экологическую чистоту планеты. Второй момент -- отсутствие или не достаточное количество мусорных контейнеров для сбора и временного хранения ТБО. Третье -- непонимание ответственности, которую возложило государство на частных лиц и собственников бизнеса о необходимости заключения договора на вывоз ТБО.



3. Характер мусора

3.1 Морфологический состав ТБО.

По морфологическому признаку ТБО можно разделить на следующие компоненты: картон, бумагу, металл (чёрный и цветной), дерево, пищевые отходы, кости, текстиль, кожу, стекло, камни, резину и другие полимерные материалы, прочие (неклассифицируемые виды), в том числе медицинские отходы больниц, медпунктов и санаториев страны. Как показал анализ, состав мусора в нашей стране несколько отличается от состава мусора западных стран. В нём достаточно велико содержание строительного мусора (достигает 10%) и высокая доля пищевых отходов потребления. Кроме того, на городских свалках часто встречается промышленный мусор. Большое влияние на состав ТБО оказывает организация сбора в городе пищевых отходов, утильной бумаги и стеклотары. С течением времени, как показывает опыт других стран, состав ТБО претерпевает незначительные изменения. Происходит увеличение количества бумаги, различных видов полимерных материалов, отходов фруктов и овощей, цветных металлов. После 1992 года резко возросло содержание отходов полимерных упаковочных материалов. При этом практически не изменилось соотношение содержания пищевых отходов к общей массе ТБО.

Таблица1.1

Состав ТБО средне значение по России

Наименование	Средняя плотность, т./м3	Количество
		%	т./год
Бумага, картон	0,06-0,09	37	40700
Пищевые отходы	0,31-0,5	24	26400
Дерево, ветки, листья, деревянная упаковка	0,17-0,19	4,9	5390
Черные металлы	0,18-0,39	4,3	4730
Цветные металлы	0,18-0,39	0,1	110
Кости	0,44-0,49	1,1	1210
Кожа, резина	0,18-0,23	1,5	1650
Текстиль	0,17-0,22	5,5	6050
Бой стекла	0,37-0,52	5,5	6050
Камни, керамика	-	0,8	880
Полимерные материалы	0,01-0,1	5,3	5830
Фракции менее 16 мм.	-	9,0	9900
Прочие материалы	-	1,0	1100
Итого:	0,16-0,23	100	110000

3.2 Сокращение потока отходов как способ борьбы с увеличением массы ТБО

Под сокращением отходов понимают запланированную серию мероприятий, которые направлены на уменьшение количе- 7 ства и вредных свойств производимых отходов и увеличение доли отходов, используемых в качестве вторичного сырья. На Западе данные кампании ведутся давно и в первую очередь они направлены против излишнего образования отходов упаковки, которые составляют значительная часть ТБО: - около 30% отходов по весу и 50% по объёму составляет различная упаковка; - 13% веса и 30% объёма упаковки изготовлено из полимерных материалов; в последнее время в развитых странах абсолютное количество отходов из пластика удваивается каждые десять лет. Как отмечалось ранее, одним из важнейших направлений работы по сокращению отходов является уменьшение отходов, связанных с упаковкой товаров. В значительной степени упаковка товаров зависит от предпочтений потребителей, которые, в свою очередь, формируются рекламой, средствами массовой информации, и т.п. При покупке товаров нужно учитывать следующие рекомендации: - отдавать предпочтение продуктам многоразового использования; - избегать ненужной упаковки; - отдавать предпочтение минимальной упаковке - приобретать товары в лёгкой упаковке и товары, продающиеся в больших объёмах; - отдавать предпочтение упаковке, которую можно вторично перерабатывать и использовать; - отдавать предпочтение упаковке, изготовленной из вторично переработанных и/или экологически чистых материалов. Необходимым элементом сокращения отходов является удаление из потока ТБО особо опасных отходов, а именно детергентов, ядохимикатов, лакокрасочных материалов, аккумуляторов и батареек. Данные изделия и вещества не должны попадать на мусоросжигательные заводы и обычные полигоны. Обращение с опасными отходами, включая их сбор, транспортировку и хранение требует применения дорогостоящих сложных технологий и, в большинстве случаев, осуществляется организациями, имеющими государственную лицензию на деятельность такого типа, работа которых оплачивается производителем опасных отходов, или, в некоторых случаях, государством и страховыми компаниями .

3.3 Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

Основными источниками загрязнения атмосферы воздуха при эксплуатации полигона ТБО является:

ѕ Выбросы от мусоровозов, доставляющих отходов;

ѕ Выбросы от специальной техники, работающий на территории полигона ТБО;

ѕ Выбросы при заправке специальной техники дизтопливом;

ѕ Выбросы от котельной;

ѕ Выбросы компонентов биогаза при анаэробном разложении органической составляющей отходов.

Выбросы компонентов биогаза будут осуществляться равномерно с поверхности полигона. Согласно ОНД-86 высота источника выброса при эмисси биогаза принимается равной 2м. выбросы от специальной техники сосредоточены в районе захоронения. Выбросы от мусоровозов рассредоточены от въезда на полигон до места захоронения. Согласно «Методическому пособию по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух» (С-Пб,2012г) высота выбросов от прогрева двигателей, проезда и работы техники по территории предприятия, разгрузке принимается равной 5м.

При проведении работ по захоронению отходов на полигоне в атмосферу будут выбрасываться 17 загрязняющих веществ, образующих 8 групп суммации. Прогнозный перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу на период эксплуатации полигона, представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Печень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Наименование вещества	Критерии качества атмосферного воздуха
	ПДК м.р.(мг\м3)	ПДК с.с.(мг\м3)	ОБУВ (мг\м3)	Класс опасности
Азота диоксид	0,085	0,04	-	3
Аммиак	0,2	0,04	-	4
Азота оксид	0,4	0,06	-	3
Сажа (углерод)	0,15	0,05	-	3
Серы диоксид (сернистый ангидрид)	0,5	0,05	-	3
Сероводород	0,008	-	-	2
Углерода оксид	5,0	3,0	-	4
Метан	-	-	50,0	-
Диметилбензол;ксилол	00,2	0,2	-	3
Толуол; метилбензол	0,6	0,6	-	3
Этиленбензол	0,02	0,02	-	3
Бенз\а\пирен	-	0,000001	-	1
Формальдегид	0,35	0,003	-	2
Керосин	-	-	1,2	4
Алканы С12-С19 (Углеодороды предельные С12-С19)	1,0	-	-	4
Пыль неорганическая 70-20% SiO2	0,3	0,1	-	3
Пыль неорганическая менее 20% SiO2	0,5	0,15	-	3



Таблица 1.3

Перечень групп суммации загрязняющих веществ

Наименование	ПДК м.р.(мг\м3)	ПДК с.с.(мг\м3)	ОБУВ (мг\м3)	Класс опасности
Группа 03
Аммиак	0,2	0,04	-	4
Сероводород	0,008	-	-	2
Группа 04
Аммиак	0,2	0,04	-	4
Сероводород	0,008	-	-	2
Формальдегид	0,035	0,003	-	2
Группа 05
Аммиак	0,2	0,04	-	4
формальдегид	0,035	0,003	-	2
Группа 39
Сероводород	0,008		-	2
Формальдегид	0,035	0,003	-	2
Группа 30
Серы диоксид	0,5	0,05	-	3
Сероводород	0,008	-	-	2
Группа 31
Серы диоксид	0,2	0,04	-	3
Азота диоксид	0,5	0,05	-	2
Группа 41
Углерод оксид	5,0	3,0	-	4
Пыль неорг. 70-20% SiO2--	0,3	0,1	-	3
Пыли
Пыль неорг. 70-20%SiO2	0,3	0,1	-	3
Пыль неорг. менее 20%SiO2	0,5	0,15	-	3



4. Анализ способов и оборудования утилизации коммунально-бытовых отходов

Выбор метода переработки отходов потребления определяется для конкретного региона в зависимости от необходимости решения проблем охраны окружающей среды, здоровья населения, а также от экономической эффективности и рационального использования земельных ресурсов. Учет климатических, географических, градостроительных условий, а также численности обслуживаемого населения определяет решение проблемы обезвреживания и утилизации отходов в конкретных условиях. Известно более двадцати методов обезвреживания и утилизации ТБО.

По технологическому принципу методы переработки и обезвреживания ТБО можно разделить на биологические, термические, химические, механические и смешанные. По конечной цели методы переработки и обезвреживания ТБО делятся на ликвидационные и утилизационные (рис. 1.1).

Рисунок. 11. Классификация методов обезвреживания и утилизации ТБО

5. Основные методы переработки твердых бытовых отходов

Сбор и промежуточное хранение отходов.

Часто сбор отходов является наиболее дорогостоящим компонентом всего процесса утилизации ТБО. Правильная организация сбора отходов позволить сэкономить значительные средства, которые можно направить на организацию вторичной переработки ТБО. Система сбора ТБО, существующая, с точки зрения экономически должна оставаться стандартизированной.

На базе полигонов ТБО во многих городах созданы специализированные муниципальные предприятия по сбору, складированию и временному хранению ТБО. Очень часто полигоны контролируются природоохранными организациями, деятельность которых частично финансируется из экологических фондов.

Мусороперегрузочные станции (МПС) и вывоз ТБО.

В последнее время в отечественной и мировой практике наблюдается тенденция замены прямого вывоза ТБО двухэтапным с использованием так называемых мусороперегрузочных станций. Наибольшее распространение такая технология получила в крупных городах, в которых свалки и полигоны ТБО расположены далеко от населённого пункта. При двухэтапном вывозе ТБО наиболее широко используются транспортные мусоровозы большой вместимости и съёмные пресс-контейнеры.

Двухэтапная система вывоза ТБО включает в себя следующие технологические операции:

- сбор ТБО в местах накопления;

- вывоз отходов обычными собирающими мусоровозами на мусороперегрузочную станцию (МПС);

- перегрузка в транспортные мусоровозы большой вместимости;

- перевозка ТБО к местам их утилизации или захоронения;

- выгрузка ТБО.

Использование МПС позволяет:

- уменьшить расходы на транспортировку ТБО в места утилизации или захоронения;

- снизить количество обычных собирающих мусоровозов;

- сократить суммарные выбросы в атмосферу от мусоровозного транспорта;

- улучшить технологию складирования ТБО. Также применение МПС положительно с точки зрения охраны окружающей среды, поскольку уменьшает количество полигонов для складирования ТБО.

5.1. Захоронение ТБО.

Это наиболее старый способ удаления ТБО во всём мире. Захоронение осуществляется в приповерхностной геологической среде.

Зная высокую санитарно-эпидемиологическую и химическую опасность неорганизованного сбора, складирования и хранения ТБО, при выборе площадки, предназначенной под полигон, необходимо тщательно изучить ряд вопросов:

- особенности местности;

- тип (рельеф) местности;

- особенности геологического состава земных слоёв места, предназначенного под полигон ТБО;

- особенности окружающего природного ландшафта;

- преобладающую розу ветров.

После тщательного анализа указанных факторов, проведённого компетентными профессиональными специалистами и экологической экспертизы, выполненной независимыми экспертами-профессионалами, осуществляют выбор участка под полигон ТБО.

Традиционно применяемые свалки несут в себе множество проблем - мусор на них самовозгорается, они загрязняют атмосферу и водоёмы, являются причиной многих болезней, рассадниками грызунов и птиц. В конце 50-х годов прошлого века начинают внедрять так называемые «санитарные полигоны», на которых отходы определённый промежуток времени пересыпают почвой.

Современные полигоны представляют собой сложную систему, обеспечивающую отсутствие контакта отходов с окружающей средой. Однако это затрудняет процесс разложения отходов, и они представляют собой своеобразную «бомбу замедленного действия». Поэтому особенно важно спланировать мероприятия по выводу полигона из эксплуатации с его последующей рекультивацией.

5.1.1 Побочные процессы, протекающие при захоронении ТБО

Под действием окружающей среды (в первую очередь светопогоды) ТБО постепенно подвергаются естественному старению, а именно, органические и неорганические вещества, в том числе отходы чёрных и цветных металлов.

Старение химических материалов, содержащих серу, мышьяк, различные галогены (хлор, бром и пр.), тяжёлые металлы (медь, свинец, хром и др.), вызывает постепенное, незаметное, медленное отравление почв, поскольку, например, тяжёлые металлы обладают мутагенными и канцерогенными свойствами.

ТБО из органики природного происхождения (картон, целлюлозно-бумажные материалы, белковые материалы, в том числе разнообразные пищевые отходы, а также волокнистые материалы из клетчатки или из её производных), в первую очередь, подвергаются старению под воздействием биохимических и биологических факторов. Особенно в тёплый период времени (при температурах выше 0 °С).

Природные материалы разлагаются под действием следующих факторов:

а) биологических:

- микрофлоры

- актиномицет, бактерий, которые развиваются и растут при температурах выше 0 °С; дрожжей; различных грибков; вирусов и водорослей;

- микрофауны - червей, простейших, двупароногих, клещей, многоножек;

б) биохимических:

- ферментов (энзимов) различного происхождения и характера.

В условиях биохимического и биологического разложения отходов природных материалов происходит образование так называемой патогенной флоры - большого числа бактерий, вызывающих серьёзные инфекционные заболевания (например, холеру). Наиболее высокую опасность представляют отходы научно-исследовательских и лечебных организаций, а именно стоматологические и хирургические отходы (отходы поликлиник, больниц, санаториев и т.п.), поскольку они являются потенциальными носителями и возбудителями тяжёлейших инфекционных заболеваний.

Старение ТБО, содержащих синтетические полимерные материалы, опасно образованием канцерогенных веществ. В результате сложных химических реакций и микробиологической деятельности на различных участках свалки температура колеблется в пределах от 50 до 100 градусов, обеспечивая самопроизвольное возгорание и отравляя окружающую среду различными соединениями класса диоксинов.

Под действием ультрафиолетовых лучей в ясную погоду на воздухе протекает фотохимическая реакция с возникновением различных экзотических веществ (прежде всего газов) с неизученными свойствами. Периодическое нахождение человека в такой атмосфере может вызвать у него в лучшем случае аллергию, в худшем - различные новообразования.

Атмосферные осадки способствуют взаимодействию химических элементов и их проникновению в грунтовые воды. Также опасно периодическое поступление химических веществ с поверхностным и подпочвенным стоком. Токсичные газы, выделяющиеся со свалок, распространяются на большие расстояния преимущественно в направлении преобладающей розы ветров, а также вступают в реакции с вы- 12 бросами ближайших промышленных предприятий, ухудшая и без того тяжёлую экологическую обстановку. Ещё одним побочным эффектом свалки ТБО может быть возникновение крыс и тараканов, особенно устойчивых к химическим препаратам.

На свалках отходы ежедневно подвергаются процессу биохимического разложения. В результате этого интенсивно формируются анаэробные условия, вызывающие биоконверсию органического вещества. При этом образуется биогаз, называемый свалочным газом (СГ). Удельный выход свалочного газа составляет 120…200 м3 на тонну ТБО, и образуется преимущественно в первые 10 - 50 лет работы свалки, особенно интенсивно

СГ выделяется в первые 5 лет - около 50% от полного запаса.

Основными способами утилизации СГ являются:

- факельное сжигание, процесс, обеспечивающий снижение пожароопасности на территории полигона ТБО и устранение неприятных запахов, при этом выделяемая энергия в хозяйственных целях не используется;

- использование СГ в качестве топлива для газовых двигателей с целью получения тепла и электроэнергии;

- прямое сжигание СГ для производства тепловой энергии;

- доведение содержания метана в СГ (процесс обогащения) до 94…95% с последующим его использованием в газовых сетях общего назначения;

- использование СГ в качестве топлива для газовых турбин с целью получения тепловой и электрической энергии.



5.2 Полевое компостирование ТБО

Наиболее простым и дешевым методом утилизации ТБО является полевое компостирование. Его целесообразно использовать в городах с населением свыше 50 тыс. жителей. Правильно организованное полевое компостирование обеспечивает защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения ТБО. Технология полевого компостирования позволяет производить совместное обезвреживание и переработку ТБО с обезвоженным осадком сточных вод (в соотношении 3:7), получаемый при этом компост содержит больше азота и фосфора.

Процесс обезвреживания и переработки осуществляется за счет саморазогревания мусора, и поэтому называется биотермическим. Этот процесс происходит в результате роста и развития разнообразных, в основном термофильных, микроорганизмов в аэробных условиях (т.е. при достаточном доступе воздуха).

В ходе процесса мусор разогревается до 60 °С, что губительно действует на болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов, личинки и куколки мух и обеспечивает надежное обезвреживание мусора. Под действием развивающейся микрофлоры сложные, быстрогниющие органические вещества разлагаются с образованием форм, легко устраиваемых растениями, получается компост.

Схематически основные фазы микробиологического процесса разложения органического вещества отходов можно представить следующим образом. Сначала компостируемая масса имеет температура окружающего воздуха. Затем с ростом микроорганизмов растет и температура компоста. До 40 °С в нем усиленно размножаются мезофильные микроорганизмы (оптимальная температура из развития 25-30 °С). Повышение температуры в компостируемой массе свыше 40 °С приводит к гибели мезофиллов и размножению более теплолюбивых микробов - термофилов. Это наиболее важная стадия в процессе компостирования, так как микроорганизмы проявляются здесь наибольшую активность и окислительные процессы интенсифицируются. Затем температура постепенно снижается, доходит до мезофильнойстадии и процесс затухает.

При компостировании органического вещества существует определенная последовательность в разложении составляющих компонентов отходов микроорганизмами. Сахар и крахмал используются микроорганизмами более активно, чем другие компоненты. Наибольшая потеря водорастворимых веществ происходит за счет высокого потребления сахара; липоиды или жиры тоже не очень стойки к разложению. Целлюлоза и гемицеллюлоза имеют среднюю стойкость, лигнин является наиболее стойким к распаду. Поэтому дерево и бумага, содержащие большое количество лигнина, медленно компостируются.

В результате разложения, количество органических веществ уменьшается, происходит потеря сухой массы, часто доходящая 50 %. Большинство органических азотистых веществ в составе растительных и животных остатков содержится в виде белковых соединений.

При компостировании сложные белковые соединения легко разлагаются и переходят в более простые соединения - сначала аминокислоты, конечная фаза расщепления которых сопровождается выделением аммиака. Аммиак окисляется сначала в азотистую, а затем в азотную кислоту. Процесс этот называется нитрификацией, так как его вызывают особые нитрифицирующие микроорганизмы.

При ускоренном механизированном компостировании, когда процесс разложения органического вещества в установке длится несколько дней, обычно имеют место процессы аммонификацией. Нитрификация может наступить лишь во время последующего дозревания в штабелях или в почве при соответствующих условиях.

Технология процесса компостирования отходов должна обеспечить создание оптимальных условий, способствующих обезвреживанию отходов в короткие сроки и получению из них высококачественного компоста.

К наиболее важным факторам, влияющим на процесс обезвреживания и компостирования, относятся: влажность компостируемой массы, аэрация, температура и состав исходного мусора.

Влажность. Активность биотермического процесса компостирования во многом зависит от влажности бытового мусора, так как микроорганизмы, участвующие в этом процессе, питаются необходимыми веществами только в виде водных растворов. Недостаточная влажность лишает их воды, необходимой для обмена веществ, и приводит к прекращению биотермического процесса. Излишняя же влага заполняет пустоты между частицами мусора, вытесняя воздух, в результате чего создаются анаэробные условия из-за недостатка кислорода, и процесс компостирования резко затормаживается.

Аэрация. Наличие достаточно количества кислорода является одним из главных условий жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Для начала биотермического процесса достаточно воздуха, содержащегося в массе отходов перед компостированием. В центре компостируемой массы, куда приток воздуха извне затруднен, кислород быстро используется бактериями и повышение температуры в компостируемой массе приостанавливается. Если такую массу оставить без вмешательства, то температура в ней постепенно понизится и процессы разложения вещества замедляется. Поэтому при биотермическом компостировании очень важно равномерное проникновение кислорода во весь объем отходов.

Аэрация компостируемой массы может происходить как за счет естественной циркуляции воздуха, так и за счет искусственной подачи воздуха.

Ускоренное компостирование в специальных установках на мусороперерабатывающих заводах возможно только при использовании принудительной аэрации. Однако избыточная аэрация может усилить теплоотдачу массы отходов и привести к пересыханию и снижению температуры. Поэтому аэрация компостируемой массы осуществляется с регулированием подачи воздуха в зависимости от температуры и влажности.

Отношение углерода к азоту. Большое влияние на процесс компостирования оказывают углерод и азотистые вещества, содержание которых в отходах определяется отношением С:N.

Для роста и развития микроорганизмов требуется в несколько раз больше углерода, чем азота, так как углерод используется и как источник энергии и как питание, а азот необходим только для построения клеток. Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности потребляют в среднем около 30 частей углерода на каждую часть азота. Следовательно, для интенсивного хода компостирования желательно, чтобы отношение углерода к азоту в отходах было 30:1 (при этом указанные вещества должны быть в доступных формах).

Если углерода в отходах оказывается больше указанной величины, то разложение органического вещества значительно замедляется и для интенсификации процесса необходимы минеральные формы азота. Если углерода меньше, чем азота, микроорганизмы полностью используют углерод, а излишек азота выделяется в виде аммиака, что часто приводит к обеднению компоста.

Реакция среды (концентрация водородных ионов). Микроорганизмы, находящиеся в твердых бытовых отходах, довольно чувствительны к реакции среды (pH). Нейтральная реакция среды соответствует pH = 7,07. Все значения ниже этой величины указывают на кислую реакцию, а выше - на щелочную.

Разные группы микроорганизмов по-разному реагируют на реакцию среды. Для одних микроорганизмов оптимальная величина pH находится в пределах 6-7,5 (бактерии), для развития других достаточно значения pH = 3,5-5,5 (плесневые грибы).

В начале процесса компостирования бытового мусора основное участие принимают бактерии. Поэтому важно, чтобы исходный материал имел реакцию среды, благоприятную для развития бактерий. Несмотря на то, что бытовой мусор (за некоторым исключением) имеет слабокислую или кислую реакцию среды, процесс компостирования развивается довольно интенсивно. Это связано со значительным образованием аммиака в начале процесса компостирования и усреднения кислой реакции среды отходов.

Размер частиц. Измельчение мусора перед компостированием увеличивает суммарную поверхность компостируемого материала; материал становится более однородным и доступным для бактерий, участвующих в процессе обезвреживания и компостирования. Дробленые отходы равномерно нагреваются и аэрируются, что препятствует их чрезмерному высушиванию. По зарубежным данным, оптимальный размер частиц составляет 25-35 мм.

Таким образом, дробление способствует интенсификации процесса обезвреживания и компостирования.

Существует две принципиальные схемы полевого компостирования [3, 51]:

· с предварительным дроблением ТБО;

· без предварительного дробления.

При использовании схемы с предварительным дроблением ТБО для измельчения отходов используют специальные дробилки.

Во втором случае (без предварительного дробления) измельчение происходит за счет многократного перелопачивания компостируемого материала. Неизмельченные фракции отделяют на контрольном грохоте.

5.3 Биотермическое компостирование ТБО

Этот один из способов утилизации ТБО, основанный на ускоренных, естественных реакциях трансформации мусора при температуре порядка 60 °С в среде кислорода, подаваемого в виде горячего воздуха. В результате такого воздействия биомасса ТБО превращается в компост в специальной биотермической установке (барабане). Необходимо отметить, что для реализации данного технологического процесса исходный мусор должен быть очищен от крупногабаритных предметов, а также стекла, металлов, пластмассы, керамики и резины. В биотермических барабанах очищенная фракция мусора подлежит выдержке в течение 2 суток с целью получения товарного продукта. Затем компостируемый мусор снова очищается от цветных и чёрных металлов, подлежит измельчению и складированию с целью дальнейшего использования в качестве биотоплива в топливной энергетике или компоста в сельском хозяйстве. Процесс биотермического компостирования проще всего проводить на предприятиях по механической переработке ТБО, что обычно является составной частью технологической цепи таких предприятий. Однако существующие в настоящее время технологии компостирования не позволяют избавиться от солей тяжёлых металлов, что приводит к фактической непригодности компоста из ТБО для использования в сельском хозяйстве. Чаще всего, такие предприятия убыточны. В связи с этим предпринимаются попытки разработки концепций производства синтетического жидкого и газообразного топлива для автотранспорта из продуктов компостирования, полученных на предприятиях мусороперерабатывающего сектора. Например, использовать полученный компост как полуфабрикат с целью его дальнейшей переработки в газ.

5.4 Сжигание ТБО

Мусоросжигание - это один из наиболее сложных и «высокотехнологичных» видов утилизации отходов. Процессу сжигания предшествует предварительная обработка ТБО с получением топлива, извлечённого из отходов. В процессе разделения ТБО из них удаляют металлы, крупные объекты и дополнительно их измельчают. Также из отходов следует извлечь аккумуляторы и батарейки, листья, пластик, чтобы уменьшить вредные выбросы. В настоящее время процесс сжигания неразделённого потока отходов является чрезвычайно опасным. В связи с этим становится ясно, что мусоросжигание должно стать только одним из компонентов сложной комплексной программы утилизации ТБО.

Вес отходов при сжигании уменьшается в среднем в 3 раза, также устраняются некоторые неприятные свойства: выделение токсичных бактерий и жидкостей, запах, привлекательность для грызунов и птиц. В свою очередь, выделенная дополнительная энергия, может быть направлена на получение отопления и электричества.

Главной целью сжигания является уменьшение объёма ТБО перед вывозом на свалку. Вывоз шлака и золы составляет примерно 30% от массы ТБО, подвергнутых сжиганию.

В отечественной и мировой практике наибольшее распространение получили три метода утилизации и термического обезвреживания ТБО:

- слоевое сжигание неподготовленных, исходных отходов в мусоросжигательных котлах;

- камерное или слоевое сжигание обогащённых отходов (специально подготовленных), очищенных от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав в цементных печах или в топках энергетических котлов;

- пиролиз отходов, как обогащённых (прошедших предварительную подготовку), так и нет (исходных, неподготовленных).

Для обеспечения экологической безопасности при сжигании мусора необходимо соблюдать ряд принципов. Поддерживать заданную температуру и продолжительность сжигания, которые зависят от типа сжигаемых веществ; создавать турбулентные воздушные потоки, обеспечивающие полноту сжигания отходов. В связи с тем, что отходы сильно различаются по физико-химическим свойствам и источникам образования, существует множество типов оборудования и технических средств для сжигания. В настоящее время ведутся исследования, направленные на совершенствование процессов сжигания. Они обусловлены ужесточением экологических норм и изменением состава ТБО. Например, замена воздуха, подаваемого к месту сжигания отходов на кислород, приводит к ускорению процесса сжигания, что обеспечивает снижение объёма горючих отходов, изменяет их состав, позволяет получить стеклообразный шлак и полностью исключить фильтрационную пыль, подлежащую подземному складированию.

5.5 Пиролиз высоко и низкотемпературный

В нашей стране методы утилизации ТБО с использованием пиролиза малоизвестны из-за своей дороговизны. Суть процесса пиролиза заключается в необратимом химическом изменении ТБО под действием температуры без доступа кислорода. В зависимости от используемой температуры пиролиз условно можно разделить на низкотемпературный (до 900 °С) и высокотемпературный (свыше 900 °С).

5.5.1 Низкотемпературный пиролиз

Существует несколько вариантов процесса пиролиза мусора: пиролиз отходов органического происхождения под действием температуры без доступа воздуха; пиролиз при температуре 760 °С в присутствии воздуха, обеспечивающего неполное сгорание отходов; пиролиз с использованием вместо воздуха кислорода с целью получения большого количества тепла; пиролиз при температуре 850 °С без разделения отходов на неорганическую и органическую составляющие. Дальнейшее увеличение температуры пиролиза приводит к уменьшению выхода твёрдых и жидких продуктов и к повышению выхода газа. Главным преимуществом пиролиза по сравнению с процессом непосредственного сжигания отходов является его высокая эффективность с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды. Кроме того, с помощью пиролиза можно перерабатывать различные составляющие ТБО, не поддающиеся утилизации, а именно, пластмассы, автопо- 16 крышки, отстойные вещества, отработанные масла и др. После проведения пиролиза практически не остаётся биологически активных веществ, в связи с чем, подземное складирование отходов пиролиза не несёт в себе вреда окружающей среде. Образующийся в результате пиролиза пепел имеет высокую плотность, что значительно уменьшает объём отходов, подвергаемых подземному складированию. При пиролизе невозможно восстановление (выплавка) тяжёлых металлов. К преимуществам пиролиза можно отнести малую мощность используемого оборудования и лёгкость транспортировки и хранения полученных продуктов. Поэтому, пиролиз требует меньших капитальных затрат. Предприятия по переработке ТБО пиролизом в настоящее время функционируют в США, Дании, Японии, Германии и других развитых странах. Наиболее широко научные исследования и практические разработки в этой области начались в 70-х годах прошлого века, в период так называемого «нефтяного бума». С этого времени получение энергии и тепла путём пиролиза из резиновых, пластмассовых и других горючих отходов стало рассматриваться как один из важных источников выработки энергетических ресурсов. Наибольшее значение этому процессу придают в Японии.

5.5.2 Высокотемпературный пиролиз

Технология этого метода подразумевает получение из ТБО (в первую очередь из биологической составляющей) вторичного сырья - синтез-газа, с целью использования его для получения горячей воды, пара и электроэнергии. Также в результате процесса высокотемпературного пиролиза образуются твёрдые продукты в виде шлака и золы, т.е. непиролизуемые остатки. Технологическая схема этого метода утилизации включает в себя четыре последовательных этапа: удаление из мусора крупногабаритных предметов, чёрных и цветных металлов с использованием электромагнита и путём индукционного сепарирования; обработка подготовленных ТБО в камере газофикатора с целью получения синтез-газа и вторичных побочных химических соединений - азота, хлора, фтора; очистка синтез-газа от вредных примесей с целью повышения его энергоёмкости и экологических свойств, охлаждение и поступление синтез-газа в скруббер для последующей очистки щелочным раствором, в первую очередь, от соединений фтора, хлора, цианидов и серы; сжигание очищенного синтез-газа в специальных котлах-утилизаторах для получения горячей воды, пара, или электроэнергии.

Комбинированная технология переработки зольных и шлаковых отвалов ТЭЦ с добавлением части ТБО является одним из вариантов процесса высокотемпературного пиролиза. Этот способ высокотемпературного пиролиза переработки мусора характеризуется комбинацией следующих процессов: сушка - пиролиз - сжигание - электрошлаковая обработка. Основным оборудованием выступает рудно-термическая электропечь в специальном герметичном варианте, обеспечивающем расплавление подаваемых шлака и зола, выжигание из них углеродных остатков, а также осаждение металлических включений. Электропечь снабжена элементами, обеспечивающими раздельный выпуск металла, в дальнейшем перерабатываемого, и шлака, предназначенного для изготовления строительных блоков или гранулята используемого в строительной индустрии. Параллельно в электропечь подаются ТБО, где они преобразуются в газ под действием высокой температуры расплавленного шлака. Количество воздуха, который подаётся в расплавленный шлак, должно обеспечить окисление углеродного сырья и ТБО.

Одним из перспективных процессов является экологически чистая технология высокотемпературной (плазменной) переработки ТБО. При осуществлении данного процесса к бытовым отходам при предварительной подготовке не предъявляется жёстких требований по влажности, химическому и морфологическому составам, а также агрегатному состоянию. Технологическое обеспечение и конструкция аппаратуры позволяют получать вторичную энергию в виде перегретого водяного пара или горячей воды с подачей их потребителю, а также вторичную продукцию в виде гранулированного металла и шлака или керамической плитки. По сути, это один из видов комплексной переработки ТБО с получением тепловой энергии и полезных продуктов из бытового мусора, являющийся при этом экологически чистым. Таким образом, следует отметить, что высокотемпературный пиролиз является наиболее перспективным направлением переработки ТБО, как с точки зрения экологической безопасности, так и с точки зрения получения таких вторичных полезных продуктов как шлак, синтез-газ, различные металлы и другие материалы, которые имеют широкое применение в народном хозяйстве. Высокотемпературный пиролиз позволяет экологически чисто, экономически выгодно и технически довольно просто перерабатывать ТБО без их предварительной подготовки, т.е. сортировки, сушки и т.д.

5.6 Гидросепарация ТБО

Радикальное смена утилизации твердых бытовых отходов склоняется в сторону использования гидросепарации. Известно, что в Пятигорске обсуждались варианты реконструкции действующего МСЗ. Компания NigaraTraidingGo. Ltdпредложила гидротермический способ переработки ТБО WasteAway. Мусор превращается в гомогенный, биологически стабильный материал, так называемый пух. Он прессуется и может быть использован в качестве альтернативного топлива, удобрения или в строительстве. Этот способ является практически безотходным. Однако руководство города, избегая риска, поскольку способ WasteAway пока не имеет широкого распространения, приняло решение в пользу технологии сжигания, предложенную компанией CNIM.



5.7 Механобиологической способ переработки ТБО

Одним из таких альтернативных сжиганию способов может быть технология механобиологической переработки ТБО, разработанная фирмой HeseGmbH. Технология осуществляется в нескольких связанных между собой модулях. В голове процессе стоит модуль «Обогащения», задачей которого является выделение из ТБО металлов, инертных материалов (камней, керамики и др.), а также биологической части для производства альтернативного топлива и сырого субстрата для получения окатышей или направления в модуль компенсирования или ферментации. Основной присудствующего во всех вариантах комбинаций модуля «Обогащения» является каскадная мельница. В мельнице осуществляется изменение ТБО металлическими шарами. Максимальный размер предметов и кусков ТБО, входящих в мельницу, определяется диаметром горловины (1м). предметы крупнее 1 м удаляются переходом входом в мельницу. Попадающие между шарами фольга, органика, бумага, картон, пищевые отходы измельчаются до крупности 10-40мм. биологические компоненты раздавливаются, в то время как металлические предметы, батарейки, пластиковые бутылки только деформируются. Органические компоненты (пищевые отходы), содержание которых составляет чуть более 5%, измельчаются до 25-40мм. при этом выход фракций от 0 до 10 мм составляет 80-85%. Эти фракции, измельченные и дезинтегрированные, насыщаются кислородом, что способствует их последующей ферментации или компостированию. Но выходе из каскадной мельницы имеется бутара (барабанное сито), в которой и осуществляется выделение тонко измельченной биологической фазы. Фракции крупнее 40мм после батуры подвергаются магнитной сепарации для выделения черных металлов и затем извлечению цветных металлов в электродинамическом сипараторе. Фракция мельче 3-8мм имеет повышенную влажность, что весьма благоприятно для преследующих просевов ферментации или компостирования. При производительности установки 120 тыс. т ТБО, при трехсменной работе, за 250рабочих дней установка обеспечивает получение:

ѕ 6 тыс. т железосодержащих продуктов;

ѕ 0,4 тыс. т цветных металлов;

ѕ 14 тыс. т топливозаменителяEBS 1(содержит вязкие пластики);

ѕ 65 тыс. т топливозаменителяEBS;

ѕ 2,29 тыс. т мелкого продукта (<5 мм) для биологической переработки;

ѕ 5 тыс. т инертных материалов.

Это означает, что технология механобиологической переработки обеспечивает более чем 90%-ное использование ТБО.

5.8 Рентгеновский сепараторный метод переработки ТБО

Примером использования рентгеновской сортировки твердых бытовых отходов является схема, предложенная немецкими фирмами Mogensen и CommoDas. Принцип действия сепаратора фирмы Mogensen основан на использовании облучения рентгеновскими лучами движущегося на конвейерной ленте материала, выделенного после аэросепарации ТБО. При прохождении рентгеновских лучей через куски материала наблюдается эффект их ослабления, который зависит от атомного строения и плотности материала.

В пробах тяжелой фракции аэросепарации крупностью 30-60 мм различимы органические и неорганические компоненты. Преимущество этого способа, например, перед сепаратором, работающим в ближней инфракрасной области спектра, заключается в том, что критерием разделения является плотность материала. Этот критерий не зависит ни от размера частиц, ни от их формы, веса и цвета поверхности. Такая тонкость восприятия недоступна человеческому глазу.

Согласно схеме, сепарируемый материал из бункера-питателя поступает на транспортирующий лоток, который дозирует материал и подает на стол, на котором осуществляется разобщение частиц и образование монослоя. Из источника происходит облучение движущегося материала в диапазоне угла 80?. Интенсивность прошедших через материал лучей измеряется двумя быстрострочными сенсорами с различной спектральностью.

Специально разработанные для Mogensen однострочные сенсоры, которые при разрешении 0,8 мм и глубине обработки в 10 бит соответствуют скорости и разрешению однострочной камеры CCD при сортировке по цвету. Классификация частиц осуществляется устройством обработки данных с помощью ЭВМ 6 в течение нескольких миллисекунд. По результатам сверхскоростного анализа принадлежности частиц к тому или иному сорту ЭВМ передает команду на устройство, оснащенное быстродействующими пневматическими клапанами, являющимися аналогом руки рудоразборщика с гравюры Агриколы.

Струи сжатого воздуха отдувают частицы органического и неорганического состава в отсек с двумя контейнерами. Фирмой Mogensen выпускаются сепараторы двух типов: AR1200 и AQ1100, имеющие производительность по твердым бытовым отходам от 5 до 20 мі/час. Расход электроэнергии составляет 7,5 квт/час. При обогащении твердых бытовых отходовполучают органическую фракцию, которая может быть использована в качестве альтернативного топлива, и неорганическую, содержащую менее 5%органики, которая может бытьнаправлена на депонирование. Сепаратор оснащен защитой от облучения, и уровень излучения находится значительно ниже допустимой дозы радиации.

...