Термические методы обезвреживания и утилизации ТБО

Содержание

1. Характеристика  твёрдых бытовых отходов......................................................3

2. Критерии выбора  метода и размещения сооружений  обезвреживания и утилизации  ТБО.......................................................................................................4

3. Термические  методы обезвреживания и утилизации ТБО..............................6

4. Методы полевого  компостирования ТБО.......................................................10

5. Список использованной  литературы...............................................................12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Характеристика твёрдых  бытовых отходов

Твёрдые бытовые  отходы — товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления. Ежегодно количество мусора возрастает примерно на 3 % по объёму. Твердые бытовые отходы представляют собой сложную гетерогенную смесь. 
По морфологическому признаку ТБО в настоящее время состоит из следующих компонентов: 
1) Бумага — газеты, журналы, упаковочные материалы 
2) Пластмассы 
3) Пищевые и растительные отходы 
4) Различные металлы (цветные и чёрные) 
5) Стеклобой 
6) Текстиль 
7) Древесина 
8) Кожа, резина 
9) Кости 
10) Смёт 
Фракционный состав ТБО (массовое содержание компонентов, проходящих через сита с ячейками разного размера) сказывается как на сборе и транспортировке отходов, так и на технологии их последующей переработки, сортировки. 
Химический состав ТБО необходим для определения качества получаемого при переработке ТБО компоста или биогаза. 
Состав ТБО отличается в разных странах, городах. Он зависит от многих факторов, включая благосостояние населения, климат и благоустройство. На состав мусора существенно влияет система сбора в городе стеклотары, макулатуры и т. д. Он может меняться в зависимости от сезона, погодных условий. Так на осень приходится увеличение количества пищевых отходов, что связано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания. А зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета). 
С течением времени состав ТБО несколько меняется. Увеличивается доля бумаги и полимерных материалов. А с переходом на централизованное теплоснабжение практически исчезает в ТБО уголь и шлак. 
Воздействие ТБО на живую природу. 
Свалки бытовых отходов служат источником пищи синантропным видам — переносчикам инфекции, прежде всего, крысам. Банки, бутылки и прочие ёмкости с остатками органики могут играть роль ловушек для диких животных, для насекомых.

2. Критерии выбора  метода и размещения  сооружений обезвреживания  и утилизации ТБО. 
          Все возможные методы переработки и утилизации отходов в самом общем виде можно разделить на две группы: значительная часть отходов перерабатывающиеся совместно с первичным сырьем по схемам и на оборудовании, предназначенном для этого сырья можно назвать индустриальными. Вторая группа включает способы, получившие преимущественное распространение в процессах специальной переработки вторичного сырья или защиты окружающей среды (воздушной, водной, почв). Методы этой группы можно назвать утилизационными. Она представляет наиболее сложную классификацию технологий. Для нее может быть принято неограниченное количество признаков, но наиболее фундаментальной классификацией является по характеру превращений в веществе, обеспечивающих переработку отходов. По этому признаку все процессы переработки и обезвреживания отходов можно разделить на физические, химические, физико-химические, биохимические и комбинированные методы. 
         Реальные технологии редко могут быть сведены только к какому-либо одному виду превращений, методу. Как правило, имеют место комбинированные процессы, являющиеся сочетанием двух и более типов превращений, один из которых может быть преобладающим. Такой подход обусловлен неоднородным составом отходов, особенно бытовых.     Эффективность каждого метода зависит от того насколько состав отходов отвечает требованиям данного метода, например биохимическими методами лучше утилизировать органические отходы, содержащие в своем составе пищевые отходы, также ветошь бумагу, картон древесину и т.д.       Химическими и физико-химическими методами утилизировать отходы, содержащие в своем составе либо пластиковые и полиэтиленовые изделия, либо стекло или металлы, но не смесь этих материалов. В связи с этим для применения того или иного метода необходима сортировка отходов промышленным способом, которая осуществляется с помощью физического метода (уменьшение размеров, просеивание, воздушная классификация, магнитная сепарация, оптические системы сепарации и др.). После прохождения сортировки промышленным способом и процессов обезвреживания и переработки отходы приобретают статус вторичного сырья, далее готовая продукция, ее сбыт, возврат и заново процесс переработки. 
         Основными критериями для выбора технологий утилизации бытовых отходов могут быть следующими: 
1. Мощность мусоросортировочного комплекса должна на 20-30% превышать ежегодно образующегося потока бытовых отходов с учетом развития и роста города. 
2. Применение сортировки промышленным способом, в т.ч. разборка крупногабаритного мусора (отслужившая бытовая техника, так например, в среднем одна единица бытовой радиоэлектронной техники содержит около 0,5 кг алюминия, 1,4 кг меди, около 0,5 кг никеля, 0,041 кг кобальта, 0,066 кг олова, 8,9 кг стекла, 4,4 кг дерева, 1,1 кг полимерных материалов) [4]. 
3. Объемы формирования вторичного сырья в пределах 85-90% от ежегодно поступающего потока бытовых отходов 
4. Количество отходов не подлежащие утилизации не более 15% от ежегодно поступающего потока бытовых отходов 
5. Технология и план проведения мероприятий по закрытию или реабилитации полигонов бытовых отходов

    3. Термические методы  обезвреживания и  утилизации ТБО. 
         Основными методами термической утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) являются: сжигание, сжигание в кипящем слое, пиролиз и газификация. Все методы утилизации являются термическими. 
Рассмотрим отходы, которые могут быть обезврежены термическим (огневым) методом. Как правило, эти отходы содержат высокотоксичные органические соединения, имеют сложный химический состав, переработка их в полезные продукты экономически нецелесообразна, а удаление в отвалы ведет к загрязнению природной среды. Твердые отходы представляют собой пришедшую в негодность загрязненную тару из металла, дерева, картона, ткани и пластмасс; обтирочные материалы; спецодежду, отработанные фильтрматериалы, обрезки полимерных труб, кабельной продукции и т.п. 
          В основу термического (огневого) метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. 
           Метод прямого сжигания энергетической фракции происходит в топках с горизонтальной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. 
Одним из примеров сжигания в кипящем слое является сжигание в шлаковом расплаве. Основным преимуществом сжигания в шлаковом расплаве считается то, что при высоких температурах порядка 2200-2500°С происходит полное разложение вредных соединений, полное окисление горючих компонентов и небольшой процент (1-2%) выноса пыли. Способ сжигания в шлаковом расплаве для обезвреживания бытового мусора требует весьма значительных капитальных затрат, а окупаемость процесса эксплуатации может быть только при больших мощностях предприятия. 
Сжигание в кипящем слое позволяет достигать наилучшего сжигания топлива с уменьшением количества вредных выбросов таких опасных соединений, как угарный газ, бензопирены, диоксины и некоторые другие вещества, благодаря равномерному и эффективному перемешиванию и выжиганию во всем объеме топки. Использование данного вида утилизации позволяет использовать различные виды топлива, включая низкосортный уголь, торф и твердые бытовые отходы. 
          Пиролиз - это процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. Он характеризуется относительно низким температурным уровнем, т.к. реакции, проходящие в реакторе, эндотермичны, и предполагает производство горючего газообразного топлива, способного к сжиганию в каком-нибудь газогорелочном устройстве теплогенератора или котельной установки. В составе такого газообразного топлива должны содержаться продукты неполного сгорания, образующиеся в результате процесса пиролиза, происходящего при обязательном недостатке (или полном отсутствии) кислорода. Иными словами, коэффициент избытка воздуха в реакторе, где происходит пиролиз, должен быть всегда меньше единицы. При адаптации процесса пиролиза для бытовых отходов необходимо учитывать, что в составе ТБО имеются хлор- и фторсодержащие компоненты. Наличие этих компонентов и недостатка кислорода, способствующего образованию продуктов неполного сгорания, предполагает образование таких вредных веществ, как диоксины (C12H4Cl4O2), фураны (C12H4Cl4O), НС1, HF, СО и такого отравляющего вещества, как фосген (СОCl2) и производных его ряда. Указанные соединения будут выделяться в атмосферу при последующем сжигании пиролизного газа. Нельзя не сказать о том, что диоксины и фураны традиционными газоочистными устройствами не улавливаются. Большие трудности представляет и очистка газового потока от фосгена и других отравляющих веществ его ряда. Исключение их из газового потока может быть достигнуто только предотвращением их образования. Однако предусмотреть мероприятия по предотвращению образования указанных, весьма опасных веществ, в процессе пиролиза практически невозможно. Решение этой задачи возможно лишь специальными способами очистки пиролизного газа, стоимость которых делает процесс утилизации ТБО методом пиролиза убыточным. Пиролиз не был разработан специально для бытовых отходов. Он заимствован из нефтехимии и не учитывает такие специфические особенности бытового мусора, как непостоянство состава и влажности. Таким образом, пиролиз (газификация) твердых бытовых отходов в виде конечных продуктов позволяет получить весьма опасный пиролизный газ, вторичные отходы в виде минерального остатка, неоднозначного с точки зрения экологической безопасности, а также канцерогенного смолообразного продукта, образующегося при этом процессе.  Для бытовых отходов пиролиз оказался малопригодным и до сих пор не нашел промышленного применения. Дополнительным негативным фактором, использования метода пиролиза в промышленном масштабе является отсутствие серийно производимого оборудования необходимой мощности. Все предлагаемые разработки основываются на реакторах базовой мощности 1тонна ТБО в час, что делает их промышленное использование экономически малопривлекательным. Мощности опытно-промышленных производств не превышают 100 тысяч тонн ТБО в год. 
Данный вид утилизации энергетической фракции ТБО не нашел широкого применения из-за дополнительной переработки образующегося в процессе горения пиротоплива. 
           Газификация представляет собой процесс высокотемпературного превращения энергетической фракции ТБО при нормальном или повышенном давлении в газ, называемый генераторным газом, а также небольшое количество золы, в специальных реакторах (газогенераторах) с ограниченным доступом воздуха или кислорода. После очистки генераторный газ можно сжечь в двигателе внутреннего сгорания или в дизельном двигателе. Эффективность газификации достигает 85-90%. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является более эффективным и чистым процессом, чем сжигание. 
          В индустриальном обществе, несмотря на большую эффективность пиролиза и газификации, в основном используют сжигание отходов. 
На стадии выбора наиболее эффективного метода утилизации необходимо учитывать степень получения тепловой энергии и внедрение новых технологий, т.к. существующие на сегодняшний день установки требуют реконструкции. Также необходимо учитывать увеличение выброса в атмосферу отходящих газов и их очистку с минимизацией содержания загрязняющих веществ. 
          Сжигание отходов в неоптимальных условиях приводит к появлению токсичных компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах, чем опасно неорганизованное сжигание отходов на свалках и в малоприспособленных для этих целей устройствах. 
Известно, что решения по очистке дымовых газов от установок и заводов по термической утилизации отходов зависят от морфологического и химического состава отходов и методов их термической переработке. 
Из-за необходимости очистки вредных выбросов, золы и загрязненных стоков, образующихся при современных технологиях переработки отходов, до нормативных значений стоимость мусороперерабатывающих установок стремительно растет. На обычных мусоросжигательных предприятиях теплота сгорания отходов почти полностью расходуется на их сушку, сортировку, измельчение и очистку, поэтому необходимо разрабатывать устройства, в которых используется более щадящая для окружающей среды технология переработки отходов.  
          Для повышения КПД установок используют измельченные ТБО, что позволяет повысить КПД на 15%. Так же для наилучшей переработки отходов необходимо добавлять в узлы переработки отходов: узлы для отделения органики, удаления токсичных веществ и экономной сушки, что позволяет сделать переработку отходов экологически чистыми без сложных устройств для очистки газов и шлаков. 
На сегодняшний день наиболее распространенным методом утилизации энергетической фракции ТБО является сжигание, т.к. этот метод требует наименьших экономических затрат и перереконструкции установок. 
           Рассмотрев каждый из способов решения проблемы обезвреживания бытовых отходов можно констатировать, что ни один из этих способов не учитывает специфические особенности бытового мусора, его состав и физико-химические характеристики, а поэтому не позволяет кардинально решить главную задачу процесса полной утилизации ТБО.  
          Учитывая вышеизложенное очевидно, что по экологическим критериям наиболее целесообразным является использование комплексных технологий, способных суммировать положительные черты различных технологических подходов, исключить образование вторичных отходов и минимизировать воздействие комплексного производства на окружающую среду.  
          Способ сжигания бытового мусора в топочных устройствах котлоагрегатов является наиболее приемлемым для реального решения проблемы обезвреживания и утилизации бытовых отходов в качестве основного технологического процесса. Именно поэтому различные способы сжигания ТБО получили широкое распространение в мировой практике.  
Используя в качестве топлива бытовой мусор для выработки тепловой и электрической энергии, тепловая электростанция в составе комплексного предприятия способна обеспечить значительную экономию традиционного ископаемого топлива. Иными словами, она является не только природоохранным, но и энергосберегающим предприятием.

4. Методы полевого  компостирования 
           Методы полевого компостирования ТБО целесообразно применять в городах с населением до 500 тыс. чел. как наиболее простой и дешевый метод обезвреживания и переработки отходов. Технология этого метода заключается в компостировании отходов в открытых штабелях. Применяют две принципиальные схемы полевого компостирования: с предварительным дроблением ТБО и без предварительного дробления. В первом случае для измельчения твердых отходов используют специальные дробилки, во втором — измельчение за счет многократного перелопачивания материала. Не-измельченные фракции отделяют на контрольном грохоте (устройство для механической сортировки сыпучих материалов по крупности частиц просеиванием их через колосники, решетки и сита). Установки, оснащенные дробилками для предварительного измельчения, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства. Сооружение и оборудование полевого компостирования должны обеспечить прием и предварительную подготовку отходов, биотермическое обезвреживание и окончательную обработку компоста. Отходы разгружают в приемный бункер или на ровную площадку. Затем бульдозером или грейдерным краном формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования. Для повышения активности биотермического процесса наряду с перелопачиванием и принудительной аэрацией производят увлажнение материала. Зрелый компост перед отправкой потребителю направляют на грохот, где его очищают от крупных фракций. Из отходов и компоста электромагнитным сепаратором извлекают черный металлолом.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы

    1.    Багрянцев Г.И., Псахис Б.И., Черников В.Е. Огневое обезвреживание отходов химических производств // Энергосбережение в химических производствах.- Новосибирск, 1986. - 81с. 
        2.    Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. - М.: Химия, 1990. - 304 с. 
        3.    Очистка и обезвреживание дымовых газов из установок, сжигающих отходы и мусор: Сборник научно-технических статей. – Новосибирск, 1999. – 238с. 
         4. Лотош В.Е.Классификация утилизационных технологий переработки отходов // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. – 2002. - №6. - С.109-113. 
          5. Большая советская энциклопедия 
          6. Национальная стратегия Украины по управлению с муниципальными отходами // Проблема окружающей среды и природных ресурсов. - 2006. №1. - Т.1. С.3-72 
          7. Цыганков, А.П., Сенин, В.Н 
Циклические процессы в химической технологии. Основы безотходных производств //— М.: Химия, 1988. — 320 с.