Отримання відновлюваних видів енергії з харчових відходів і ТПО

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Реферат

з дисципліни "Технічна біоенергетика"

Тема: "Отримання відновлюваних видів енергії з харчових відходів і ТПО"

Виконала:

студентка

Перевірив:

Київ 2013

План

Вступ

1.Склад,властивості й обсяг твердих побутових відходів

1.1.Хімічний склад

1.2.Фізичні властивості ТПВ: щільність,зв'язаність і зчеплення

1.3.Абразивні корозійні властивості

1.4.Теплотехнічні властивості ТПВ

1.5.Санітарно-бактеріологічні властивості

1.6.Паливне використання ТПВ

2.Сучасні рішення по переробці харчових відходів і ТПВ

2.1.Попереднє сортування

2.2.Санітарна земельна засипка

2.3.Спалювання

2.4.Високотемпературний піроліз

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Природні ресурси , які споживає людство , можна умовно розділити на дві частини: поновлювані і непоновлювані. До поновлюваних ресурсів відносяться всі ті ресурси , які можна відновити за допомогою фотосинтезу в осяжний відрізок часу. Мова йде в першу чергу про всіх видах рослинності і тих ресурсах, які можна з неї отримати. До не поновлюваних відносяться корисні копалини, які в доступний для огляду геологічний час вже не відновляться. [1]

Використовувані людством технології орієнтовані в першу чергу на використання невідновлюваних природних ресурсів . Це нафта, вугілля, руди тощо При цьому їх використання технологічно тягне за собою порушення в навколишньому світі: зменшується родючість ґрунтів і кількість прісної води, забруднюється атмосфера і т.п. [2]

Сьогодні, використовуючи сформовані технології, людство має структуру всіляких відходів побутового і промислового походження. Ці відходи, поступово накопичуючись, перетворилися на справжнє лихо. Уряди розвинених країн починають все більшу увагу приділяти питанням охорони навколишнього середовища та заохочують створення відповідних технологій. Розвиваються системи очищення територій від сміття і технології його спалювання. Однак є досить багато причин вважати, що технології спалювання сміття є тупиковими . Вже в даний час витрати на спалювання 1 кг сміття становлять 65 центів. Якщо не перейти на інші технології ліквідації відходів, то витрати будуть зростати. При цьому слід мати на увазі, що необхідні такі нові технології, які з часом могли б забезпечити , з одного боку, споживчі запити населення, а з іншого боку, збереження навколишнього середовища.

В даний час такі технології вже з'явилися. З'явилася принципова можливість не тільки істотно знизити витрати на ліквідацію відходів , а й отримати при цьому економічний ефект.

1 Склад,властивості й обсяг твердих побутових відходів

На сьогоднішній день ТПВ представляють собою суміш, яка складається з різноманітного непотребу. Але більш прискіпливий аналіз показує, що вона складається з:харчових відходів, паперу, картону, деревини, металобрухту чорних і кольорових металів, кісток, шкіри, гуми, текстилю, скла, полімерних матеріалів. Але разом з тим, в цій суміші можна знайти солі ртуті з батарей, фосфоро-карбонати з флуоресцентних ламп, токсичні хімікати, які містяться в залишках фарб та розчинників, лаків та аерозолів, акумуляторах і т. п.

Його кількість залежить від: пори року, побутових та харчових потреб людини, розвитку економіки товарів народного вжитку, тари та інших чинників.

Так, осінню кількість твердих побутових відходів зростає за рахунок опавшого листя з дерев та відходів фруктів та овочів.

Зростанню кількості ТПВ сприяють товари одноразового використання; товари народного споживання з короткочасним терміном служби людині, які ми купуємо, споживаємо та викидаємо не дивлячись на їх залишкову вартість.

Сприяє росту потоку сміття і тара, яка до того ж видозмінює його. Так за останні п'ятдесят років в твердих побутових відходах зменшилась кількість скла та жерстяних банок, в той же час значно зросла кількість пластику та інших полімерних матеріалів. На сучасному етапі розвитку суспільства кожна людина за даними статистики в середньому за одну добу створює від 2 до 3 кг твердих побутових відходів. І мають тенденцію до постійного зростання, що заставляє муніципальну владу всіх міст постійно шукати оптимальні шляхи утилізації відходів своїх громадян. [3 ]

Найкращим із них являється шлях по елементного збирання відходів, який дає змогу оптимально вирішувати проблему їх утилізації та всебічного використання вторинних ресурсів сировини та матеріалів.

Другим шляхом утилізації ТПВ, являється їх вивіз до санітарних зон, де вони сортуються для одержання вторинної сировини і спалюють в спеціальних печах для отримання енергії.

Третім шляхом утилізації твердих побутових відходів являється їх захоронення на спеціальних сміттєзвалищах або полігонах.

Четвертим шляхом утилізації ТПВ являється його зберігання на відкритих площадках, яке приводить до розмноження гризунів та забруднення атмосфери, підземних і поверхневих вод.

До складу харчових відходів входять картопляні очистки, відходи овочів, фруктів, хліба і хлібопродуктів, м'ясні і рибні відходи, яєчна шкарлупа й ін. Вони містять крохмаль, жири, білки, вуглеводи, клітковину, вітаміни. Вологість харчових відходів коливається від 60--70% навесні до 80--85% влітку і восени. Вологість харчових відходів ресторанів, столових і інших підприємств харчування досягає 95%. Баластові домішки харчових відходів представлені кістка, боєм скла і фаянсу, металевими кришками і банками. [8]

З метою схоронності і можливості використання харчових відходів їх варто зберігати влітку при t > 6--7° С не більш 10 годин, узимку при тій же температурі до 30 годин.

Ємності для збереження харчових відходів необхідно мити 2% розчином кальцинованої соди або розчином хлорного вапна, що містить 2% активного хлору, і потім полоскати чистою водою.

Фракційна сполука. Основна маса ТПВ представлена фракціями до 150 мм (80--90%) і тільки менш 2% (баластові домішки) представлені фракціями більш 350 мм.

1.1 Хімічний склад

Усереднені дані хімічного складу ТПВ по кліматичних зонах наведені в таблиці. Україна відноситься до середньої кліматичної зони, за винятком Південного берега Криму, що відноситься до південної. Як видно з результатів, наведених у цій таблиці, по змісту таких елементів, як азот, фосфор, калій і кальцій, ТПВ можуть бути віднесені до речовин, з яких можна одержувати цінні добрива.

Таблиця Хімічний склад ТПВ в різних кліматичних зонах, % від сухої маси

Показники	Кліматичні зони
	Середня	південна
Органічна речовина	56 - 72	56 - 80
Зольність	28 - 44	20 - 44
Загальний азот	0,9 - 1,9	1,2 - 2,7
Кальцій	2 - 3	4 - 5,7
Вуглець	30 - 35	28 - 39
Фосфор	0,5 - 0,8	0,5м0,8
Загальний калій	0,5 - 1	0,5 - 1,1
Вологість (% від загальної маси)	40 - 50	35 - 70

1.2 Фізичні властивості ТПВ: щільність, зв'язаність і зчеплення

Щільність ТПВ міст України складає в середньому 0,19--0,23 т/м3.

Зв'язаність і зчеплення. Папір і картон, текстиль і пластмасові плівки формують структуру ТПВ і додають їм механічну зв'язаність. Липкі і вологі компоненти забезпечують зчеплення. [4]

1.3 Абразивні і корозійні властивості

(від лат. abrasio -- скобління і corrosio -- роз'їдання). Скобління тертьових поверхонь відбувається за рахунок баластових фракцій (метал, бій скла, фаянсу, кістки й ін.). У зв'язку з цим ТПВ можуть стирати дотичні з ними поверхні. При контакті з металами ТПВ роблять кородуючий вплив, що пов'язано з їх високою вологістю, наявністю у фільтраті розчинів різних солей і кислим середовищем (рН=5--6,5). [4]

1.4 Теплотехнічні властивості

Наявність у ТПВ великої кількості органічних речовин обумовлює їхню теплотворну здатність. Питома теплоємність ТПВ визначається за формулою:

Дж/кг * град.,

де W- вологість ТПВ, %.

Питома теплоємність основних компонентів ТПВ (у Дж/кг * град.) наступна: вода -- 4190; дерево, картон, папір -- 2000--2500; стекло, камені -- 800--1000; залізо -- 400; алюміній -- 860.

Теплотворна здатність ТПВ також залежить від їхньої щільності. Так, при зміні щільності від 0,2 т/м³ до 0,5 т/м³ теплотворна здатність ТПВ знижується з 2000 до 940 ккал/кг. [5 ]

1.5 Санітарно-бактеріологічні властивості

ТПВ містять велику кількість вологих органічних речовин, що, розкладаючись, виділяють гнильні запахи і фільтрат. При висиханні продукти неповного розкладання утворять насичену забруднювачами і мікроорганізмами (від 300 до 15 млрд. на 1 м сухої речовини) пил. У результаті відбувається інтенсивне забруднення повітря, ґрунтів, поверхневих і ґрунтових вод. Рознощиками патогенних мікроорганізмів є мухи, пацюки, птахи, бездомні собаки і кішки. [6 ]

1.6.Паливне використання твердих побутових відходів (ТПВ)

Одним з ефективних способів отримання енергії в майбутньому може стати використання в якості палива твердих побутових відходів (ТПВ). Перевага побутових відходів полягає в тому, що їх не треба шукати, не треба добувати, проте в будь-якому випадку вони повинні бути знищені - що вимагає великих грошових коштів. Тому раціональний підхід тут дозволяє не тільки отримати дешеву енергію, але й уникнути зайвих витрат.

Цілеспрямоване промислове використання твердих побутових відходів як палива почалося з будівництвом першого "сміттєспалювального закладу" поблизу Лондона в 1870 році. Однак активне застосування ТПВ як енергетичної сировини почалося тільки в середині 1970-х років у зв'язку з поглибленням енергетичної кризи. Було підраховано, що при спалюванні однієї тонни відходів можна одержати 1300-1700 кВт / год теплової енергії або 300-550кВт/год електроенергії.

Саме в цей період почалося будівництво великих сміттєспалювальних заводів у Мадриді, Берліні, Лондоні, а також у країнах з відносно малою площею та високою щільністю населення. До 1992 року у світі діяло близько 400 заводів, на яких застосовувалося спалювання ТПВ з виробництвом пари і виробленням електроенергії. До 1996 року їх кількість досягла 2400. 

У нашій країні термічна переробка ТПВ почалася з 1972 року, коли у восьми містах СРСР було встановлено 10 сміттєспалювальних заводів першого покоління. Ці заводи були практично без газоочистки і майже не використовували вироблене тепло. В даний час вониморально застаріли і не відповідають сучасним вимогам по екологічним показникам. У зв'язку з цим велика частина цих заводів закрита, а решта підлягають реконструкції.

У Москві було побудовано три таких підприємства. Сміттєспалювальний завод № 2 (ССЗ-2) був побудований в 1974 році для спалювання несортованих твердих побутових відходів в обсязі 73 тис. тонн на рік. Він мав дві технологічні лінії, що включають в себе котли французької фірми "кнім" і електрофільтри. Рішенням уряду Москви про реконструкцію ССЗ-2 пропонувалося збільшення потужності заводу до 130 тис. тонн відходів на рік з одночасним зменшенням кількості шкідливих викидів у навколишнє середовище і, тим самим, поліпшенням екологічної обстановки в районі підприємства. Для виконання зазначеного завдання була знову залучена французька фірма "кнім", яка повинна була розробити і поставити три модернізовані технологічні лінії продуктивністю по спалюваних ТПВ в 8,33т/год кожна.

Крім того, передбачалося використання тепла, одержуваного при спалюванні твердих побутових відходів, для вироблення електроенергії [4].

За результатами експлуатації реконструйованої першої черги заводу, що складається з двох технологічних ліній, можна констатувати, що всі зазначені вище вимоги виконані. Принципово новий для Росії сміттєспалювальний завод продуктивністю 300 тис. тонн ТПВ в рік був побудований в Москві на початку 2000-х. Завод складається з відділень підготовки та сортування відходів, спалювання неутилізованих частини ТПВ, очищення димових газів від шкідливих домішок, переробки золи та шлаку, енергоблоку та інших допоміжних відділень. Технологічна схема заводу з переробки неутилізованих частини відходів включає в себе три технологічні лінії з печами киплячого шару, котлами продуктивністю 22-25 т / год, газоочисним обладнанням і двома турбінами по 6 МВт кожна.

На заводі впроваджено ручна і механічна сортування ТПВ та їх дроблення. Технологія дозволяє, по-перше, відібрати цінна сировина для його вторинної переробки, по-друге, відібрати харчову фракцію відходів для подальшого компостування, по-третє, відібрати сировину, що представляє екологічну небезпеку при спалюванні, і нарешті, підвищити теплотехнічні та екологічні показники сировини, призначеного для спалювання. Завдяки такій підготовці нижча теплота згоряння ТПВ досягає 9 МДж / кг, а за змістом золи, вологи, сірки та азоту характеристики практично відповідають характеристикам підмосковних бурого вугілля.

Однак слід відзначити, що низькі параметри пари, які застосовуються на вітчизняних сміттєспалювальних заводах, істотно знижують питомі показники по виробленню електроенергії в порівнянні з паросиловими електростанціями. Застосування аналогічних потужностей і параметрів пари на сміттєспалювальних заводах обмежено властивостями сировини: кусковим паливом, низькою температурою плавлення золи і корозійними властивостями димових газів, одержуваних при спалюванні.

Суттєвого підвищення ефективності застосування ТПВ як палива для вироблення електроенергії та досягнення питомих показників, близьких до серійно застосовуваним ТЕС, по всій видимості, можна досягти за рахунок часткового заміщення енергетичного палива побутовими відходами.

У цьому випадку при спалюванні на ТЕС бурого вугілля доцільно використання предтопок для спалювання твердих побутових відходів з напрямком димових газів, одержуваних у предтопке, в топковий простір існуючого котельного агрегату. При спалюванні на ТЕС природного газу доцільно використовувати установку для газифікації ТПВ з подальшим очищенням отриманого продукту - газу і спалюванням його в топках котлів, що працюють на природному газі. Роками відпрацьована паросилових установок, застосовувана на ТЕС, зберігається при цьому в первозданному вигляді.

Тобто пропонується розробка суміщеної (інтегральної) компонування ТЕС для спалювання природного палива і твердих побутових відходів. Частка ТПВ за кількістю тепла може становити приблизно 10% від теплової потужності котла. У цьому випадку тільки за рахунок підвищених параметрів пари і збільшеної потужності котлів і турбін ефективність використання побутових відходів підвищиться в 2-3рази.

Істотний економічний ефект може бути отриманий за рахунок зниження капітальних вкладень завдяки використанню існуючої на ТЕС інфраструктури та скорочення витрат на газоочисне обладнання.

Важливим економічним фактором є і те, що енергетичне паливо, в тому числі і буре вугілля, що має практично рівноцінні енергетичні показники з твердими побутовими відходами, треба купувати, а ТПВ, навпаки, приймається з грошовою доплатою.

І головне - аналіз техніко-економічних показників, отриманих при частковому, десятипроцентному, заміщенні енергетичного палива на одному із стандартних блоків, що працюють на природному газі або бурому вугіллі, показує, що в цьому випадку вартість природного газу, використовуваного на ТЕС, може бути повністю покрита "доходами " від прийому ТПВ. [6,7]

2 Сучасні рішення по переробці твердих побутових відходів і продуктів промислового виробництва

Недоліком технологій термічного фракціонування є необхідність попередньо класифікувати відходи за видами сміття, що вимагає впровадження на державному рівні технологій по збору сміття. У цій області вже є позитивні приклади. Наприклад , Австрія. Але для більшості країн такі технології ще необхідно створювати.

Тому дуже великий інтерес представляють технології переробки сміття (міських звалищ тощо) з отриманням при цьому корисних продуктів і позитивного економічного ефекту. [1,8 ]

Крім серйозного забруднення повітря , технології утилізації відходів за допомогою спалювання, за твердженням екологічних організацій, "спалюють не тільки сміття, а й реальні гроші". Альтернативою цьому методу є переробка сміття, з його подальшим сортуванням на складові. Тут відсутні процеси хімічної та термічної переробки сміття, що істотно підвищує екологічну безпеку. А спресовані відходи реалізуються на ринку перероблених матеріалів.

За оцінками фахівців, більше 60 % міських відходів - це потенційне вторинну сировину , яке можна переробити і з вигодою реалізувати. Ще близько 30% - це органічні відходи , які можна перетворити на компост.

Проблема повного знищення або часткової утилізації твердих побутових відходів (ТПВ ) - побутового сміття - актуальна, перш за все, з точки зору негативного впливу на навколишнє середовище. Тверді побутові відходи - це багате джерело вторинних ресурсів (у тому числі чорних, кольорових, рідкісних і розсіяних металів), а також "безкоштовний" енергоносій, так як побутове сміття - поновлювана вуглецевмісна енергетична сировина для паливної енергетики. Однак для будь-якого міста і населеного пункту проблема видалення або знешкодження твердих побутових відходів завжди є в першу чергу проблемою екологічною . Вельми важливо, щоб процеси утилізації побутових відходів не порушували екологічну безпеку міста, нормальне функціонування міського господарства з точки зору суспільної санітарії та гігієни, а також умови життя населення в цілому. Як відомо, переважна маса ТПВ в світі поки складується на сміттєвих звалищах, стихійних або спеціально організованих у вигляді "сміттєвих полігонів ". Однак це самий неефективний спосіб боротьби з ТПВ, так як сміттєві звалища, які займають величезні території часто родючих земель і характеризуються високою концентрацією вуглець матеріалів (папір, поліетилен, пластик, дерев, гума) , часто горять , забруднюючи навколишнє середовище газами, що відходять. Крім того, сміттєві звалища є джерелом забруднення як поверхневих , так і підземних вод за рахунок дренажу звалищ атмосферними опадами. Зарубіжний досвід показує, що раціональна організація переробки ТПВ дає можливість використовувати до 90 % продуктів утилізації в будівельній індустрії, наприклад як заповнювач бетону.

За даними спеціалізованих фірм, які здійснюють в даний час навіть малоперспективні технології прямого спалювання твердих побутових відходів, реалізація термічних методів при спалюванні 1000 кг ТПВ дозволить отримати теплову енергію, еквівалентну спалюванню 250 кг мазуту. Однак реальна економія буде ще більше , оскільки не враховують сам факт збереження первинної сировини та витрати на видобуток його, тобто нафти і отримання з неї мазуту. Крім того, у розвинених країнах існує законодавче обмеження на вміст у 1 м3 викидається в атмосферу димового газу не більше 0,1 х10 - 9 г двоокису азоту і фуранів при спалюванні відходів. Ці обмеження диктують необхідність пошуків технологічних шляхів знезараження ТПВ з найменшим негативним впливом на навколишнє середовище, особливо сміттєвих звалищ. Отже, присутність побутового сміття у відкритих звалищах вкрай негативно впливає на навколишнє середовище і як наслідок - на людину.

В даний час існує ряд способів зберігання і переробки твердих побутових відходів, а саме: попередня сортування, санітарна земляна засипка, спалювання, біотермічні компостування, низькотемпературний піроліз, високотемпературний піроліз. [3,10]

2.1 Попереднє сортування

Цей технологічний процес передбачає поділ твердих побутових відходів на фракції на сміттєпереробних заводах вручну або за допомогою автоматизованих конвеєрів. Сюди входить процес зменшення розмірів сміттєвих компонентів шляхом їх подрібнення і просіювання, а також витяг більш-менш великих металевих предметів, наприклад консервних банок. Відбір їх як найбільш цінної вторинної сировини передує подальшої утилізації ТПВ (наприклад , спалюванню ). Оскільки сортування ТПВ - одна із складових частин утилізації сміття, то є спеціальні заводи для вирішення цього завдання, тобто виділення зі сміття фракцій різних речовин: металів, пластмас, скла, кісток, паперу та інших матеріалів з метою подальшої їх роздільній переробки. [9]

2.2 Санітарна земляна засипка

Такий технологічний підхід до знешкодження твердих побутових відходів пов'язаний з отриманням біогазу та подальшим використанням його в якості палива. З цією метою побутове сміття засипають за певною технологією шаром грунту товщиною 0,6-0,8 м в ущільненому вигляді. Біогазові полігони забезпечені вентиляційними трубами , газодувками і ємностями для збору біогазу. Наявність в товщах сміття на звалищах пористості і органічних компонентів створить передумови для активного розвитку мікробіологічних процесів. Товщу звалища умовно можна розділити на декілька зон (аеробне, перехідну та анаеробну), що розрізняються характером мікробіологічних процесів. У самому верхньому шарі, аеробному (до 1-1,5 м), побутове сміття завдяки мікробному окисленню поступово мінералізується до двоокису вуглецю, води, нітратів, сульфатів і ряду інших простих сполук. У перехідній зоні відбувається відновлення нітратів і нітритів до газоподібного азоту та його оксидів, тобто, процес денітрифікації . Найбільший обсяг займає нижня анаеробна зона, в якій інтенсивні мікробіологічні процеси протікають при малому (нижче 2% ) вмісті кисню. У цих умовах утворюються самі різні гази і летючі органічні речовини. Однак центральним процесом цієї зони є утворення метану. Постійно підтримувати тут температура (30-40 ° С) стає оптимальною для розвитку метаноутворюючих бактерій. Таким чином, звалища є найбільш крупні системи з виробництва біогазу з усіх сучасних. Можна припустити, що і в перспективі роль сміттєвих звалищ помітно не зменшиться, тому вилучення біогазу з них з метою його корисного використання залишатиметься актуальним. Проте можливо і суттєве скорочення сміттєвих звалищ за рахунок максимально можливого вторинного використання побутових відходів шляхом селективного збору складових його компонентів - макулатури, скла, металів і т. д.

Цей технологічний метод знешкодження ТПВ пов'язаний з отриманням біологічного газу та подальшим його використанням як палива. Для цього побутові відходи закопуються на полігоні за спеціальною технологією півтораметровим -метровим шаром ґрунту в ущільненому вигляді. Такі сміттєві полігони забезпечені газодувками, вентиляційними трубами і ємностями для збору газу. Передумовою для розвитку в надрах сміття мікробіологічних процесів створюється за рахунок наявності в товщах відходах пористості і органічних процесів. [10, 12 ]

Товща сміття умовно поділяється на три зони, які різняться за характером мікробіологічних процесів:

- Аеробна

- Перехідна

- Анаеробна

У першому, самому верхньому шарі (1-1,5 м) завдяки мікробному окисленню побутове сміття поступово мінералізується до нітратів , двоокису вуглецю, води, сульфатів та інших простих сполук.

У другій , перехідній зоні відбувається процес денітрифікації, тобто нітрати і нітрити відновлюються до газоподібного азоту та його оксидів .

Нижня, анаеробна зона займає найбільший обсяг. Інтенсивні мікробіологічні процеси в ній відбуваються при дуже малому вмісті кисню (менше 2 %). Найрізноманітніші леткі органічні речовини і гази утворюються тут, а головне, утворюється метан.

Надалі, в ідеалі, кількість звалищ і сміттєвих полігонів за рахунок вторинної переробки відходів має зменшиться. Однак через безперервне зростання населення Землі кількість сміття так само зростає. Тому вилучення з них метану та інших біогазів може залишатися актуальним.

2.3 Спалювання

Це широко поширений спосіб знищення твердих побутових відходів, який широко застосовується з кінця XIX в. Складність безпосередній утилізації ТПВ обумовлена, з одного боку, їх виключної багатокомпонентністю, з іншого - підвищеними санітарними вимогами до процесу їх переробки. У зв'язку з цим спалювання досі залишається найбільш поширеним способом первинної обробки побутових відходів. Спалювання побутового сміття, крім зниження обсягу і маси, дозволяє отримувати додаткові енергетичні ресурси, які можуть бути використані для централізованого опалення та виробництва електроенергії. До числа недоліків цього способу належить виділення в атмосферу шкідливих речовин, а також знищення цінних органічних і інших компонентів, які у складі побутового сміття. [16] Спалювання можна розділити на два види: безпосереднє спалювання, при якому виходить тільки тепло і енергія, і піроліз , при якому утворюється рідке й газоподібне паливо. В даний час рівень спалювання побутових відходів в окремих країнах різний . Так, із загальних обсягів побутового сміття частка спалювання коливається в таких країнах , як Австрія , Італія, Франція, Німеччина, від 20 до 40 %; Бельгія, Швеція - 48-50 %, Японія - 70 %, Данія, Швейцарія 80 %, Англія і США - 10%. У Росії спалюванню піддаються поки лише близько 2 % побутового сміття, а в Москві - близько 10 %. Для підвищення екологічної безпеки необхідною умовою при спалюванні сміття є дотримання низки принципів.

До основних з них відносяться температура спалювання, яка залежить від виду спалюваних речовин ; тривалість високотемпературного спалювання, що залежить також від виду спалюваних відходів; створення турбулентних повітряних потоків для повноти спалювання відходів. Різниця відходів за джерелами утворення та фізико - хімічними властивостями зумовлює різноманіття технічних засобів та обладнання для спалювання. В останні роки ведуться дослідження з удосконалення процесів спалювання, що пов'язано із зміною складу побутових відходів, посиленням екологічних норм. До модернізованим способам спалювання відходів можна віднести заміну повітря, що подається до місця спалювання відходів для прискорення процесу, на кисень. Це дозволяє знизити обсяг горючих відходів, змінити їх склад, отримати склоподібний шлак і повністю виключити фільтраційний пил, що підлягає підземному складування. Сюди ж відноситься і спосіб спалювання сміття у псевдозрідженому шарі. При цьому досягається висока повнота згоряння при мінімумі шкідливих речовин. За зарубіжними даними, спалювання сміття доцільно застосовувати у містах з населенням не менше 15 тис. жителів при продуктивності печі близько 100 т / добу. З кожної тонни відходів можна виробити близько 300-400 кВт - год електроенергії. В даний час паливо з побутових відходів отримують в подрібненому стані, у вигляді гранул і брикетів. Перевага віддається гранульованому паливу, так як спалювання подрібненого палива супроводжується великою пиловиносу, а використання брикетів створює труднощі при завантаженні в піч і підтримці стійкого горіння. Крім того, при спалюванні гранульованого палива набагато вище ККД котла. Сміттєспалювання забезпечує мінімальний вміст у шлаку і золі розкладаються речовин, проте воно є джерелом викидів в атмосферу. Сміттєспалювальний завод ( МСЗ ) викидаються в газоподібному вигляді хлористий і фтористий водень, сірчистий газ, а також тверді частинки різних металів: свинцю, цинку, заліза, марганцю, сурми, кобальту, міді, нікелю, срібла, кадмію, хрому, олова, ртуті та ін. Встановлено, що вміст кадмію, свинцю, цинку та олова в кіптяви і пилу, що виділяються при спалюванні твердих горючих відходів, змінюється пропорційно вмісту в смітті пластмасових відходів. [11, 15 ] Викиди ртуті обумовлені присутністю у відходах термометрів , сухих гальванічних елементів і люмінесцентних ламп. Найбільша кількість кадмію міститься в синтетичних матеріалах, а також у склі, шкірі, гумі. Дослідженнями США виявлено, що при прямому спалюванні твердих побутових відходів більша частина сурми, кобальту, ртуті, нікелю та деяких інших металів надходить у відходять гази з негорючих компонентів, тобто, видалення негорючої фракції з побутових відходів знижує концентрацію в атмосфері цих металів. Джерелами забруднення атмосфери кадмієм, хромом, свинцем, марганцем, оловом, цинком є однаковою мірою як горюча, так і негорюча фракції твердих побутових відходів. Суттєве зменшення забруднення атмосферного повітря кадмієм і міддю можливо за рахунок відділення з горючою фракції полімерних матеріалів.

Таким чином, можна констатувати , що головним напрямком у скороченні виділення шкідливих речовин в навколишнє середовище є сортування або роздільний збір побутових відходів. Останнім часом все більше поширюється метод спільного спалювання твердих побутових відходів та шламів стічних вод. Цим досягається відсутність неприємного запаху, використання тепла від спалювання відходів для сушіння осадів стічних вод. Треба відзначити, що технологія ТПВ розвивалася в період, коли не були ще посилені норми викиду газової складової. Однак зараз вартість газоочистки на сміттєспалювальних заводах різко зросла. Всі сміттєспалювальні підприємства є збитковими. В зв'язку з цим розробляються такі способи переробки побутових відходів, які дозволили б утилізувати і повторно використовувати цінні компоненти, що містяться в них. [10,15 ]

Одним з ефективних способів знищення ТПВ є використання шахтної печі на основі доменної печі.

Для використання доменної печі для утилізації ТПВ необхідно внести деякі зміни в її конструкцію. У доменній печі роблять повітряні фурми (3-5 шт.), що подають в піч гаряче повітря не на звичайному рівні (трохи вище ванни рідких продуктів плавки в печі), а на рівні рідкої металевої ванни. Решта фурми такої печі залишаються на тому ж місці.

Також зміна конструкції печі дає можливість значно підвищити температуру рідких продуктів в печі 200-300 ° С, дозволяє вводити в шихту вугілля (замість коксу) і перетворює звичайну доменну піч у високотемпературну шахтну піч (ВШП).

У США фірмою "Андко-Торрекс" протягом 6 років експлуатувалася піч на основі доменної печі.

Продуктивність печі була 2,8 т. ТПВ на годину (24000 т / рік). Її екологічні показники відповідали вимогам санітарних норм усіх країн, згодом аналогічні (але більш високою продуктивністю) сміттєспалювальні установки (ПСУ) були побудовані і в інших країнах, проте великі коливання кількості негорючих компонентів перероблюваних відходів та відсутність належного контролю за роботою печей призвели до передчасного виходу їх з ладу. [13,14 ]

Аналіз результатів роботи цих печей показав, що для їх нормальної роботи при надмірно великих коливаннях вмісту горючих компонентів потрібно додавати в шихту 50-100 кг вугілля (можна з низькосортного) на тонну перероблюваних відходів. Тим більше що це вугілля витрачався б не на спалювання відходів (в них в середньому і так буває достатньо горючих компонентів), а для газифікації шихти, що саме по собі економічно вигідно.

Крім того необхідно було вводити в шихту невелику кількість вапняку. Це зробило б шлаки більш легкоплавкими і менш в'язкими, що також сприяло б стабілізації роботи печей при хороших екологічних і економічних показниках.

Розроблена для металургії високотемпературна шахтна піч дає можливість організовувати безвідходну переробку побутових відходів без попереднього сортування і пакетування в товарну продукцію з високою екологічною та економічною ефективністю. Крім того можна переробляти і відходи, знищення яких в даний час вимагає великих витрат.

2.4 Високотемпературний піроліз

Обсяг спалювання відходів зростає в усьому світі. Загальна продуктивність заводів по спалюванню відходів зросла з 160 до 200 мільйонів метричних тонн за рік в останньому десятилітті і очікується, що збільшиться до 240 млн. тонн на рік за наступні п'ять років. Це відповідає приблизно 20% від утворених у світі щорічно муніципальних відходів або 8-10% від всіх утворених безпечних відходів (промислових і муніципальних).

Збільшується дефіцит земель для полігонного захоронення буде вимагати, щоб нові заводи будувалися в усіх столичних регіонах світу. Області з високою щільністю населення не в змозі мати справу з постійно збільшується, обсягом відходів і все більше воліють використовувати промислове спалювання відходів. Досвід переробки відходів розвинених країн показує, що будь-які дії з відходами (від повторного використання до поховання) так чи інакше завдають шкоди навколишньому середовищу.

Головне завдання при проектуванні об'єктів переробки відходів-мінімізувати цю шкоду при існуючих в конкретному місці ресурсних обмеженнях. Великі зусилля в європейських країнах були направлені на повторне використання вторинної сировини, що міститься у відходах. Однак навіть при високому рівні селективного збору або первинної сортування залишається 80-85% не утилізованого залишку (залишкові відходи), обробка якого може йти трьома шляхами:

- складування на полігоні (найгірший варіант з точки зору впливу на навколишнє середовище, що вимагає земельних ресурсів та супроводжується виділенням забруднюючої землю фільтрату і великого обсягу парникових газів); [20 ]

- пряме захоронення на полігонах практично заборонено в європейських країнах; механіко-біологічна переробка на спеціалізованих підприємствах з подальшими похованням істотно меншого обсягу на полігонах або термічною переробкою;

- переробка на спеціалізованих підприємствах в електроенергію і тепло (технологія "відходи -в-енергію" або "waste-to-energy"). У всіх розвинених європейських країнах (за винятком Греції та Ірландії, де поки використовується тільки полігонне поховання) застосовуються різні комбінації з цих трьох підходів.

Основні термічні технології знищення відходів

Плазмове знищення відходів також відноситься до термічних методів, але тут не розглядається, тому що масового застосування не має з ряду об'єктивних причин. Найбільш широко поширеними термо-вогневими технологіями знищення небезпечних та інших відходів є спалювання та піроліз. Знищенню піддаються органічні відходи, тобто містять або повністю складаються з вуглеводнів природного або штучного походження, а також горючі неорганічні речовини та сполуки. В обох процесах використовуються високі температури як головний засіб зміни хімічного, фізичного або біологічного характеру або складу шкідливих відходів. Але на цьому схожість методів і закінчуються. [18,19 ]

Спалювання - процес окислення знищуваних відходів при достатньому або надлишковій кількості кисню. Висока температура, насамперед, призводить до окислення таких хімічних елементів як вуглець (С) і водень (Н), з яких складаються вуглеводневі молекули. Складні вуглеводневі ланцюги можуть містити азот, хлор, фтор, бром, йод. Окисленню підлягають також сполуки сірки, фосфору та інші речовини.

Окислення - реакція, при якій під дією температури речовина з'єднується з киснем або іншим електронегативний елементом, наприклад, галогеном або втрачає водень - у вигляді води або молекулярного водню.

Побічними продуктами спалювання є в основному вода, вуглекислий газ і зола. Негорючі матеріали, в тому числі кислоти, оксиди металів, оксиди азоту, сірки, фосфору і інші неорганічні сполуки несуться димовим газом або накопичуються в золі і шлаку. [14,16 ]

Особливо треба сказати про горінні полімерів. Горіння полімерів являє собою дуже складний фізико-хімічний процес. Він включає в себе:

-Хімічні реакції перетворення і окислення газових продуктів;

-Хімічні реакції деструкції, зшивання та карбонізації полімеру в конденсованої фазі;

-Фізичні процеси інтенсивних тепло-і масопередачі.

-Реакції в конденсованої фазі призводять до двох основних типів речовин:

1) газоподібним речовинам (пальним і негорючим);

2) твердим продуктам (вуглецевмісних і мінеральним).

Вимоги в області охорони навколишнього середовища у всьому світі постійно посилюються. У відповідності з міжнародним законодавством - документами ООН (Програма ООН з навколишнього середовища - Підпрограма UNEP по хімічним речовинам - Методичне керівництво по виявленню та кількісній оцінці викидів діоксинів і фуранів) процеси спалювання всіляких відходів діляться на 4 класи по факторам емісії:

Клас 1: Низькотехнологічне спалювання, без системи контролю забруднення повітря.

Клас 2: Контрольоване спалювання, мінімальна система контролю забруднення повітря.

Клас 3: Контрольоване спалювання, хороша система контролю забруднення повітря.

Клас 4: Високотехнологічне спалювання, складна система контролю забруднення повітря.

У разі прямого спалювання відходів виділяється велика кількість забруднюючих речовин. Тому всі сучасні сміттєспалювальні установки повинні обладнуватися високоефективними пристроями для уловлювання твердих і газоподібних забруднюючих речовин. Вартість цих пристроїв за різними оцінками сягає 30 ... 50% від вартості самої установки і капітальних витрат на будівництво разом узятих. Апарати очищення від летючої золи повинні мати ефективність не нижче 99%. Хімічне очищення від газоподібних забруднюючих речовин повинна вловлювати такі викиди, як S02, NOх, HCI, HF та ін.

Як правило, встановлення прямого спалювання не оснащуються складними і дорогими системами газоочистки або ГОУ (ГОУ - газоочисне й пилеуловлювальна установка). Найбільшим недоліком прямого кисневого спалювання є викиди в атмосферу надзвичайно отруйних для всього живого діоксинів і фуранів, які утворюються за наявності в спалюваних відходах хлоровмісних полімерів. [11]

Піроліз (від грец. Pyr - вогонь, жар і lysis - розкладання, розпад) відбувається за відсутності або недоліку кисню з утворенням ряду інгредієнтів. Органічні речовини відходів, в т.ч. хлоровмісні, в результаті піролізу перетворюються в суміш менш шкідливих сполук, так званий піролізний газ. Склад піролізного газу такий: чадний газ, вуглекислий газ, водневмісні з'єднання - пари Н2О, HCl, HF, H2S, сполуки азоту NOх та інші. Залишок - негорючі мінералізовані з'єднання або зола.

Існує два типи піролізу: низькотемпературний (400 ... 850 С) і високотемпературний (850 ... 1200 С). Процес низькотемпературного піролізу тут не розглядається в якості ефективного і безпечного методу знищення небезпечних відходів.

Високотемпературний піроліз дозволяє швидко розкладати тверді і рідкі відходи на газоподібні компоненти. Підвищення температури призводить до збільшення виходу газу і зменшення виходу рідких і твердих продуктів. Піроліз при температурі понад 850 ° С проводиться без розділення відходів на органічну і неорганічну фракції. Перевага піролізу в порівнянні з безпосереднім спалюванням відходів полягає, насамперед, у його ефективності з точки зору запобігання забрудненню навколишнього середовища.

Після піролізу не залишається біологічно активних речовин, тому підземне складування піролізних відходів у вигляді золи не наносить шкоди природному середовищу. Різко зменшується обсяг відходів, що піддається підземному складуванню, що, безумовно, є його перевагою по відношенню до прямого кисневого спалювання. До переваг піролізу відносяться і легкість зберігання і транспортування одержуваних продуктів. В цілому процес вимагає менших капітальних вкладень. Установки або заводи з переробки відходів (включаючи промислові, небезпечні медичні та тверді побутові) способом високотемпературного піролізу функціонують у Франції, Данії, США, ФРН, Японії та інших країнах.

Цей спосіб утилізації відходів, по суті, є не що інше, як їх газифікація. Технологічна схема цього способу передбачає отримання з органічної складової відходів вторинної синтез-газу з метою використання його для отримання пари, гарячої води, електроенергії. Складовою частиною процесу високотемпературного піролізу є тверді продукти у вигляді золи, що становлять лише 3-5% від вихідної кількості відходів. Даний метод є одним з найперспективніших напрямків переробки відходів з точки зору, як екологічної безпеки, так і отримання вторинних корисних продуктів синтез-газу, золи, металів та інших матеріалів, які можуть знайти широке застосування в народному господарстві. Високотемпературна газифікація дає можливість економічно вигідно, екологічно чисто і технічно відносно просто переробляти відходи без їх попередньої підготовки, тобто сортування, сушіння і т. д. [4,13] тпв утилізація піроліз

Цей спосіб утилізації ТПВ, по суті, є не що інше, як газифікація сміття. Технологічна схема цього способу передбачає отримання з біологічної складової ( біомаси) відходів вторинної синтез- газу з метою використання його для отримання пари, гарячої води, електроенергії. Складовою частиною процесу високотемпературного піролізу є тверді продукти у вигляді шлаку, тобто непіролізуючі залишки. Технологічний ланцюг цього способу утилізації складається з чотирьох послідовних етапів: відбір зі сміття великогабаритних предметів, кольорових і чорних металів за допомогою електромагніту і шляхом індукційного сепарування; переробка підготовлених відходів у газофікаторі для отримання синтез- газу і побічних хімічних сполук - хлору, азоту, фтору, а також шкала при розплавленні металів, скла, кераміки; очищення синтез- газу з метою підвищення його екологічних властивостей і енергоємності, охолодження і надходження його в скрубер для очищення лужним розчином від забруднюючих речовин сполук хлору, фтору, сірки, ціанідів; спалювання очищеного синтез- газу в котлах - утилізаторах для отримання пари, гарячої води чи електроенергії. Електропіч повинна мати роздільний випуск металу, який надалі переробляється, і шлаку, з якого передбачається виготовляти будівельні блоки або гранулювати з подальшим використанням у будівельній індустрії. Паралельно в електропіч подаватимуться ТПВ, де вони газифікуються під дією високої температури розплавленого шлаку. Кількість повітря, що подається в розплавлений шлак , має бути достатнім для окислення вуглецевої сировини і ТПВ. [12,14]Конструкція апаратури та технологічне забезпечення дозволяє отримати вторинну енергію у вигляді гарячої води або перегрітої водяної пари з подачею їх споживачеві, а також вторинної продукції у вигляді керамічної плитки або гранульованого шлаку і металу. По суті, це і є варіант комплексної переробки ТПВ, їх повної екологічно чистої утилізації з отриманням корисних продуктів і теплової енергії з "непридатної" сировини - побутового сміття.

Високотемпературний піроліз є одним з найперспективніших напрямів переробки твердих побутових відходів з точки зору як екологічної безпеки, так і отримання вторинних корисних продуктів синтез- газу, шлаку, металів та інших матеріалів, які можуть знайти широке застосування в народному господарстві. Високотемпературна газифікація дає можливість економічно вигідно, екологічно чисто і технічно відносно просто переробляти тверді побутові відходи без їх попередньої підготовки, тобто сортування, сушіння і т. д.

Пропонована технологія газифікації дозволяє переробляти горючі відходи в закритому реакторі з отриманням горючого газу . Можуть бути перероблені відходи наступних типів:

- горюча фракція твердих побутових відходів (ТПВ ), виділена при сортуванні;

- тверді промислові відходи - нетоксичні тверді відходи, вироблені промисловими, торговими та іншими центрами, наприклад: пластик, картон, папір і т. д.; [12,17,19]

- тверді горючі продукти переробки автомобілів: більшість автомобільних пластиків, гума, піноматеріали, тканина, дерево і т. д.;

- стічні води після осушення (найбільш ефективна переробка стічних вод досягається при використанні біотермічної технології);

- суха біомаса, така як відходи деревообробки, тирса, кора і т. д.

Процес газифікації є модульною технологією. Цінним продуктом переробки є горючий газ , вироблений в обсязі від 85 до 100 м3 на хвилину (для модуля переробки 3.000 кг / год), з приблизною енергетичною цінністю від 950 до 2,895 ккал/м3 залежно від вихідної сировини. Газ може бути використаний для виробництва тепло-/електроенергії для супутніх виробництв або на продаж . Модуль газифікації не виробляє викидів в атмосферу і не має труби: продуктом технології є горючий газ, що направляється на виробництво енергії , і , таким чином , викиди утворюються тільки на виході двигунів , бойлерів або газових турбін , переробних горючий газ. Основне обладнання монтується на рамах із загальними зовнішніми розмірами 10 х 13 х 5 м. Технологія проста в управлінні і експлуатації і може бути використана в рамках комплексних схем переробки відходів. [12,20 ]

Висновок

На сьогоднішній день ТПВ представляють собою суміш, яка складається з різноманітного непотребу. Але більш прискіпливий аналіз показує, що вона складається з:харчових відходів, паперу, картону, деревини, металобрухту чорних і кольорових металів, кісток, шкіри, гуми, текстилю, скла, полімерних матеріалів. Але разом з тим, в цій суміші можна знайти солі ртуті з батарей, фосфоро-карбонати з флуоресцентних ламп, токсичні хімікати, які містяться в залишках фарб та розчинників, лаків та аерозолів, акумуляторах і т. п.

Його кількість залежить від: пори року, побутових та харчових потреб людини, розвитку економіки товарів народного вжитку, тари та інших чинників.

Так, осінню кількість твердих побутових відходів зростає за рахунок опавшого листя з дерев та відходів фруктів та овочів.

Зростанню кількості ТПВ сприяють товари одноразового використання; товари народного споживання з короткочасним терміном служби людині, які ми купуємо, споживаємо та викидаємо не дивлячись на їх залишкову вартість.

Сприяє росту потоку сміття і тара, яка до того ж видозмінює його. Так за останні п'ятдесят років в твердих побутових відходах зменшилась кількість скла та жерстяних банок, в той же час значно зросла кількість пластику та інших полімерних матеріалів. На сучасному етапі розвитку суспільства кожна людина за даними статистики в середньому за одну добу створює від 2 до 3 кг твердих побутових відходів. І мають тенденцію до постійного зростання, що заставляє муніципальну владу всіх міст постійно шукати оптимальні шляхи утилізації відходів своїх громадян.

Найкращим із них являється шлях поелементного збирання відходів, який дає змогу оптимально вирішувати проблему їх утилізації та всебічного використання вторинних ресурсів сировини та матеріалів.

Другим шляхом утилізації ТПВ, являється їх вивіз до санітарних зон, де вони сортуються для одержання вторинної сировини і спалюють в спеціальних печах для отримання енергії.

Третім шляхом утилізації твердих побутових відходів являється їх захоронення на спеціальних сміттєзвалищах або полігонах.

Четвертим шляхом утилізації ТПВ являється його зберігання на відкритих площадках, яке приводить до розмноження гризунів та забруднення атмосфери, підземних і поверхневих вод.

Список використаної літератури

1. Алборов И.Д., Степанова С.В. Исследование биохимических процессов, происходящих на полигонах твердых бытовых отходов // Вестн. МАНЭБ. - 2002. - Т.7, N 9(57). - С.32-34.

2. Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Переработка отходов производства и потребления. - М.: Интермет Инжиниринг, 2000. - 496 с.

3.Богоявленский Р.Г., Рыжов В.А. Мировые тенденции в области современных технологий утилизации твердых промышленных и бытовых отходов. М.: ЭКОС, 2000. - с. 42-51.

4. Булычев Э.Ю., Миронов Л.В., Сухорукова С.М. Химико-технологические решения проблемы твердых бытовых отходов и их социо-эколого-экономические аспекты // Вестн. МИТХТ. - 2008. - Т.3, N 2. - С.24-28.

5. Гонопольский А.М. и др. Твердые бытовые отходы как энергетическое топливо. Инженерная защита окружающей среды. - М.: МГУИЭ, 2002 - 244с.

6. Донбас заповідний. Науково-інформаційний довідник-атлас / Під заг. ред. С. С. Куруленка, С. В. Третьякова. - Донецьк: ДФДІПКПК Мінекоресурсів України, 2003. - 160 с.;

7. Збірка нормативних документів міністерств та відомств України з питань екології та природокористування / Під ред. С. С. Куруленка, ч. 2. - Донецьк: Державне управління екології та природних ресурсів в Донецькій області, 2003. - 208 с.;

8. Земля тривоги нашої. За матеріалами доповіді про стан навколишнього природного середовища області у 2005 році / Під ред. С. В. Третьякова, 2006. - 108 с.;

9. Концепція програми охорони навколишнього природного середовища та забезпечення екологічної безпеки до 2010 року: Розроблене Держуправлінням екологічної безпеки Мінекобезпеки України в, 1999. - 24 с.;

10. Краткий анализ состояния и тенденций решения проблемы твердых бытовых отходов в мировой практике // Менеджер-эколог. - 2008. - N 4. - С.15-18.

11. Остапко В. М., Глухов О. З., Блакберн А. А., Мулєнколва О. Г., Єндеберя А. Я. Регіональна екологічна мережа Донецької області: концепція, програма та схема / Під загальною ред. Остапко В. М. - Донецьк: Видавництво - ТОВ "ТЕХНОПАК", 2008. - 96 с.;

12. Пальгунов П.П., Сумарохов М.В. Утилизация бытовых отходов./ П.П. Пальгунов. - М.: Стройиздат, 1990. - 352 с.

13. Переработка мусора: :WebDigest по материалам Гурвич В.И., Лифшиц А.Б.

14. Посібник з моніторінгу полігонів твердих битових відходів - Донецьк: Тасис. - 2004. - 293 с.;

15. Пособие по мониторингу полигонов твердых бытовых отходов.Донецк: Тасис, 2004. - 291 с.

16. Регіональна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Донецькій області у 2008 році, Донецьк, 2009. - 116 с.;

17. Сайт Міністерства Екології та природних ресурсів України. [Электронний ресурс] - Режим доступа: http://www.menr.gov.ua/ ;

18. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов./ В.И. Сметанин. - М.: Колос, 2000. - 232 с.

19. Строительство региональных полигонов ТБО Донецкой области - регионального полигона в г.Краматорске. Проектно - изыскательские работы. Рабочий проект. - Донецк, 2008. - 111 с.

20. Учебное пособие "Утилизация и рекуперация отходов" (для студентов специальности 7.07081 "Экология и охрана окружающей среды") / Краснянский М.Е., Донецк: ООО "Лебедь" - 122с.;

Размещено на Allbest.ru

...