Сжигание твердых отходов

Современные технологии утилизации и переработки твердых бытовых и промышленных отходов

Как утверждают специалисты, с начала ХХ в. в России накопилось 80 млрд.т твердых отходов и ежегодно к ним добавляется еще по 7 млрд.т. Ежегодное количество твердых бытовых отходов -130-140 млн.м³, из них большая часть – токсичные и особо токсичные.

Захоронение твердых отходов.

Доля отходов, которые подвергаются захоронению или которые вывозятся на свалки, в настоящее время очень велика. Специальные полигоны, действующие в течение 25 лет, отчуждают значительные площади. После полной загрузки полигона его закрывают растительным грунтом, поверхность которого в дальнейшем может быть использована для устройства парков, садов, игровых площадок. В закрытых от соприкосновения с воздухом бытовых и пищевых промышленных отходах, находящихся в насыпях полигона, возникает анаэробный процесс, при этом выделяется биогаз (смесь метана и углекислого газа), который при определенных условиях можно использовать как топливо. Такой опыт имеется. При высоте засыпки отходов 7 м и более этот газ отбирают с помощью труб. Дополнительные устройства, необходимые для отбора биогаза и его утилизации, быстро окупаются.

В 70-80-е гг получила развитие термическая переработка отходов путем сжигания их а печах на мусоросжигательных заводах. Такие заводы работают во многих странах мира, в Москве, в Санкт-Петербурге, в Мурманске и в других городах страны. Существующие системы сжигания дают высокую степень деструкции отходов (до 99%), позволяют рекуперировать отходящее тепло. Однако недостатки таких систем более существенны. Во-первых, стоимость процесса сжигания в сравнении с традиционными методами (вывозом на свалку, сбросом в море, захоронением в отработанные шахты) достаточно высока. Во-вторых, мусоросжигательные установки являются источниками выбросов в атмосферу соединений цинка, олова, кадмия, хлористого, фтористого водорода и других вредных веществ. Среди токсичных металлов особо опасна ртуть, которая в процессе сжигания вследствие повышенной летучести легко переходит в парообразное –состояние и выделяется в атмосферу. Только соответствующая тщательная сортировка и подготовка мусора, а также эффективная очистка дымовых газов (с использованием электрофильтров) могут снизить уровень загрязнения атмосферы.

Переработка твердых отходов

Круговорот веществ в природе – прекрасный пример безотходного производства. Отходы природных процессов (сухостой, листья и т.п.) преют, перегнивают и естественным путем удобряют землю. Аэробы – это микробы, которые дышат кислородом и перерабатывают легкогниющие вещества в органические удобрения, богатые азотом, т.е. – в компост. При этом выделяется тепловая энергия. Природа подсказала людям схему технологии компостирования бытовых отходов.

В 1970 г. в г. Ленинграде был пущен в эксплуатацию опытный завод по механизированной переработке бытовых отходов. На начальном этапе переработки из массы отходов выделялся черный металл электромагнитными сепараторами. Далее отходы измельчались в дробилках и поступали во вращающиеся барабаны – ферменторы, в которых осуществлялась переработка отходов в компост. Однако в обрабатываемой массе были и некомпостируемые элементы (полиэтиленовые пленки, стекло, жестяные банки и пр.). засоряющие удобрение. Необходимо было научиться очищать компост.

В конце 70-х – начале 80-х гг появилось второе поколение заводов по переработке отходов с улучшенной и усовершенствованной технологией. В настоящее время в России имеется девять специализированных заводов по переработке твердых отходов. Идет проектирование в Санкт-Петербурге подобного завода для г. Омска.

Технология переработки отходов такова. По широкой эстакаде мусоровозы подъезжают к приемному отделению и выгружают отходы на восемь платформ. Затем отходы загружаются в восемь теплоизолированных барабанов длиной до 60 м, во внутреннюю полость которых с помощью вентиляторов подается воздух, обогащенный кислородом. При вращении барабанов отходы перемешиваются и измельчаются, удельная поверхность их увеличивается. Постоянная аэрация (на 1 кг отходов подается 0,2-0,8 м³ воздуха) пробуждает к жизни аэробную микрофлору. В работу вступают микроорганизмы (мезофилы), разогревающие массу до 50⁰С. При этом активно размножается микрофлора другого вида – термофилы, за счет которых температура доходит до 70⁰С. Лавинообразный биотермический процесс в течение двух суток обеззараживает отходы. Обезвреженные отходы через перфорированную насадку на конце барабана равномерно подаются на ленточный конвейер. Но это еще не компост – здесь имеются загрязнения в виде стекла, кусков дерева, пластмассы, камней, консервных банок и пр. Далее идет очистка. Сначала отделяют черный металл с помощью электромагнитного сепаратора, который укреплен над конвейером. Этот металллом попадает в бункер-накопитель, прессуется в брикеты весом в 80 кг и направляется на переплавку. Освобожденная от черного металла масса продолжает свой путь. С конвейера она попадает на цилиндрическое сито (грохот) с ячейками диаметром 45-60 мм. Грохот вращается довольно быстро, со скоростью 15 об/мин, так что мелкие частицы проваливаются. а крупные – остаются над решеткой. Оба продукта – надрешетный и подрешетный – освобождаются от цветного металла с помощью специальных установок, создающих электромагнитное поле, под действием которого предметы из цветного металла отбрасываются в сторону. Для выделения из компоста стекла используют баллистические стеклосепараторы. Освобождение компоста от полиэтиленовой пленки осуществляется сильной струей воздуха. Полученный компост используется в сельском хозяйстве. Но вначале компост еще недозревший и долгое время в нем продолжается биотермический процесс и держится высокая температура. Такой компост может применяться в качестве биотоплива для подогрева грунта в теплицах. Остывший и дозревший компост используется вторично в открытом грунте на полях или в городском озеленении как органическое удобрение. Для обработки некомпостирующихя фракций используется пиролиз – термическая обработка без доступа кислорода. В процессе пиролиза образуется парогазовая смесь, а также твердый углеродистый остаток – пирокарбон, который используется в металлургии как заменитель графита. Экономическая целесообразность рассмотренного процесса очевидна, ибо из одной тонны твердых отходов выделяются 20 кг черного металла, 2 кг цветного металла, 200-250 кг некомпостирующихся фракций и 600-700 кг компоста. Из одной тонны некомпостирующихся фракций получают примерно 200 кг нефтеподобных масел, 190 кг газообразных продуктов, 330 кг пирокарбона.

По данным в целом по России промышленным методом (на мусоросжигательных и мусороперерабатывающих заводах) перерабатывается лишь около 5% отходов, а остальные вывозятся на полигоны и свалки (санкционированные и неразрешенные). В последнее время возникла проблема переработки осадков водопроводных и канализационных станций очистки вод.

Способы утилизации отходов из полимерных материалов.

Отходы из полимерных материалов не поддаются естественному разложению и поэтому они являются сильными загрязнителями окружающей среды. Большинство полимеров хорошо горит, выделяя значительное количество тепла и потребляя большое количество воздуха, Выделяющуюся энергию можно использовать. Однако при сжигании многие полимеры образуют вредные газы, такие как аммиак, окислы азота, цианистые соединения, хлористый водород и другие вещества, что требует дополнительных устройств для очистки и обработки газовых выбросов.

Наиболее распространенным способом утилизации отходов из полимерных материалов является захоронение и вывоз их на свалки. В настоящее время все чаще применяют специальные полигоны для полимерных материалов.

Имеется опыт переработки старой полиэтиленовой пленки и превращение ее в новую, а также получения труб, неподверженных коррозии. Создание полимеров с регулируемым сроком службы – эффективный, перспективный способ защиты окружающей среды. В ряде стран разработаны и уже выпускаются специальные, самоуничтожающиеся виды упаковок. Это фото- или биоразрушающиеся полимеры, которые под действием света, тепла, кислорода воздуха или микроорганизмов разлагаются до низкомолекулярных продуктов, не загрязняя почву.