Методы утилизации твердых бытовых отходов

Содержание

Введение…………………………………………………………………...............3

1. Термические методы обезвреживания ТБО………..…………………………5

2. Компостирование ТБО …………………………….………………..………..10

3.Захоронение  ТБО……………………………………………………...……….12

4.Комплексный подход к решению проблемы ТБО ……….…………………15

Заключение………………………………………………………………………19Список литературы………………………………………………………………20

 

 

Введение

 

 Рост  потребления, особенно в крупных  городах России, приводит к увеличению  объемов образования бытовых  отходов. По данным Росприроднадзора  основной технологией утилизации  таких отходов в нашей стране  является их захоронение на  полигонах, а также на санкционированных  и несанкционированных свалках.

Проблемы переработки и утилизации бытовых отходов связаны со сложностью их морфологического состава. До настоящего времени не существует единого мнения относительно того, какая из технологий их переработки и утилизации является наиболее рациональной. Сложность решения проблем утилизации бытовых отходов обуславливается необходимостью применения капиталоемкого оборудования и трудностью решения многофакторной задачи эколого-экономического обоснования выбора конкретной технологии утилизации бытовых отходов.

Наиболее распространенными методами решения проблемы отходов являются: термические методы, компостирование и захоронение

Преобладающее количество твердых бытовых отходов (далее ТБО) (около 97%) вывозится для захоронения на загородных полигонах, большинство которых не имеют необходимой технической документации и эксплуатируются без соблюдения экологических требований и нормативов. Около 70% полигонов эксплуатируются сверхнормативно. Часть ТБО оседает на территории и за чертой города в местах неорганизованного складирования - свалках, которые представляют собой серьезную опасность для окружающей среды и здоровья населения. Состав отходов, попадающих на свалки, зачастую не контролируется, и в связи с этим на свалки могут вывозиться высокотоксичные промышленные отходы.

Небольшая часть ТБО в России (2,3 %) обезвреживается термическими методами. Большинство заводов по сжиганию отходов, функционирующих на территории России, не отвечают в полной мере современным экологическим стандартам и являются источниками эмиссии широкого спектра загрязняющих веществ. Оставшаяся часть ТБО (1%) попадает на предприятия по производству компоста.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Термические методы обезвреживания ТБО

Наиболее отработанным и распространенным в мировой практике методом обезвреживания ТБО является их сжигание.

С середины 70-х годов XX века (в разгар мирового энергетического кризиса) на твердые бытовые отходы стали смотреть как на дополнительный сырьевой источник энергии: тепло отходящих газов, образующихся при сжигании мусора, можно утилизировать (пять тонн мусора равны тонне условного топлива). Это привело к интенсивному развитию технологий по термическому обезвреживанию бытовых отходов на мусоросжигающих установках и заводах. В настоящее время создано нескольких типов таких установок, отличающихся условиями и режимами сжигания, технологий сепарации и подготовки мусора к сжиганию, очистки отходящих газов, а также переработки твердых отходов сжигания.

В зависимости от температуры процесса все методы термической переработки ТБО, нашедшие промышленное применение или прошедшие опытную апробацию, можно разделить на две большие группы: процессы переработки при температурах ниже температуры плавления шлака и процессы переработки при температурах выше температуры плавления шлака (табл. 5.5), более 1300 °С.

 

Таблица 5.5 Классификация методов термической переработки ТБО

 

Температурный уровень процесса	Принципиальный характер процесса
1. Термические процессы при температурах  ниже температуры плавления шлака	1. Слоевое сжигание с принудительным  перемешиванием материала
	2. Сжигание в кипящем слое
2. Термические процессы при температурах  выше температуры плавления шлака	1. Сжигание в слое шлакового  расплава
	2. Сжигание в плотном слое кускового  материала и шлаковом расплаве без принудительного перемешивания и перемещения материала
	3. Комбинированные процессы

В термических процессах, осуществляемых при температурах ниже температуры плавления шлака, используются следующие типы печей: решетчатые печи, вращающиеся барабанные печи и печи кипящего слоя.

1.Метод  слоевого сжигания в решетчатых печах является наиболее распространенным и изученным. При таком способе обезвреживания сжиганию подвергают все поступающие на завод отходы без какой-либо их предварительной подготовки или обработки. Он позволяет значительно экономить земельные площади по сравнению с таковыми, отводимыми под полигоны. При этом методе, помимо целей обезвреживания отходов, возможно получение тепловой и электрической энергии, сокращение до минимума расстояния между местом сбора ТБО и мусоросжигательным заводом.

2.Барабанные вращающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО применяют очень редко, чаще эти печи используют для сжигания специфичных (например, больничных) отходов, а также жидких и пастообразных промышленных отходов, обладающих абразивным действием.

Барабанные печи устанавливают с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Со стороны загрузки подают отходы, воздух и топливо, шлак и золу выгружают с противоположного конца печи. Ранее такие печи часто использовались с целью дожигания продуктов сжигания ТБО на колосниковых решетках.

3.В печах с кипящим слоем термическую деструкцию компонентов ТБО осуществляют за счет создания двухфазной системы «твердое – газ» путем превращения слоя отходов в «псевдожидкость». Это достигается за счет действия динамического напора восходящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. Слой отходов в данном типе печей напоминает кипящую жидкость, что и дало название печам данного типа. Такая технология получила наибольшее распространение в Японии.

Печи кипящего слоя, по сравнению с решетчатыми, обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала. Они обладают более простой конструкцией ввиду отсутствия в них движущих частей. С другой стороны, печи данного типа накладывают определенные ограничения на гранулометрический и морфологический состав ТБО.

В качестве теплоносителя в печах кипящего слоя обычно используется тонкозернистый песок, частицы которого создают большую поверхность нагрева.

После разогревания песка начинают подачу ТБО в кипящий слой, где последние смешиваются с песком. В процессе движения в кипящем слое отходы истираются частицами песка и начинают гореть. Тепло, выделяющееся в процессе горения ТБО, обеспечивает поддержание песка в горячем состоянии, что позволяет работать печам данного типа без подвода дополнительного топлива для обеспечения режима горения.

На смену традиционным процессам термической деструкции постепенно приходят методы высокотемпературного обезвреживания ТБО. Это связано с тем, что для снижения количества отходящих газов и образующихся шлаков необходимо обеспечить температуру процесса выше температуры плавления шлаков (около 1300 °С), что требует, как правило, либо использования кислорода, либо подвода дополнительной энергии.

В настоящее время в мировой практике апробирован ряд методов высокотемпературной переработки ТБО.

1.Сжигание в слое шлакового  расплава осуществляется при снижении в составе дутьевого воздуха инертных компонентов. Это связано с тем, что на нагрев инертных компонентов дутьевого воздуха требуется большое количество энергии. В начале 90-х годов в России для высокотемпературного обезвреживания ТБО были предложены металлургические печи Ванюкова. Сжигание в них осуществляют в слое находящегося в ванне печи барботируемого шлакового расплава (образуется из загружаемых в печь золошлаковых отходов ТЭЦ). Сбрасываемые в ванну ТБО погружаются в интенсивно перемешиваемый вспененный расплав. Барботаж расплава осуществляют с помощью окислительного кислородно-воздушного дутья, подаваемого через фурмы в нижней части боковых стенок печи (ниже уровня расплава), для дожигания дымовых газов предусмотрена подача дутья через ряд верхних фурм (выше уровня расплава). Минеральная часть отходов растворяется в шлаке, а металлические компоненты расплавляются.

2.Сжигание с использованием электрошлакового расплава является электротермическим методом, который наиболее целесообразно применять для обезвреживания шлаков, образующихся при низкотемпературном сжигании ТБО. Технологический процесс осуществляют при помощи электроплавильной печи, выполненной в виде металлического кожуха, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом. Температура жидкой шлаковой ванны составляет 1400-1500 °С. Разогрев шлака в электропечи осуществляют с помощью графитовых электродов (обычно трех), подключенных к источнику питания. Шлак выгружают из электропечи периодически.

Преимуществами электроплавки шлаков являются отсутствие необходимости подачи дутьевого воздуха и простота поддержания температуры процесса. Основным недостатком данного метода является большой расход электроэнергии (около 100 кВт×ч /1 т) и относительно высоким расходом графитовых электродов (10 кг/1000 кВт×ч).

Пиролизом отходов принято называть процессы термического разложения топлива без доступа окислителя. При пиролизе макромолекулярных органических веществ происходит разложение больших молекул на мелкие. Эти процессы распада молекул имеют сложный механизм и окончательно не выяснены. Очень сложен также и состав продуктов реакций, протекающих в данных условиях пиролиза.

Соотношение количеств получаемых продуктов (газообразных, жидких и твердых) и их состав зависят от условий пиролиза и состава сырья. Особое влияние на процесс оказывают скорость нагревания и температура, с повышением которых значительно увеличивается выход газа (растет содержание водорода) и жидких продуктов.

Комбинированные методы обезвреживания ТБО связаны с осуществлением различных сочетаний процессов пиролиза, сжигания и газификации отходов.

Сравнивая термические методы обезвреживания ТБО, можно отметить, что к основным достоинствам этих методов относится:

• существенное сокращение объема и массы отходов;
• возможность обезвреживания несортированных отходов;
• возможность использования тепла, образующегося при обезвреживании отходов.

Основным недостатком предприятий, занимающихся термическим обезвреживанием ТБО, является негативное воздействие дымовых газов на окружающую среду. Установлено, что при входе термической деструкции ТБО в печи интенсивно протекают различного рода химические реакции, в результате которых образуется большое количество загрязняющих веществ, которые входят как в состав дымовых газов, так и в состав шлака. К ним относятся соединения тяжелых металлов, другие токсичные вещества (НС1, HF, NO2, SO2).

Наличие в составе дымовых газов высокотоксичных загрязняющих веществ требует разработки новых и совершенствования уже функционирующих систем газоочистки.

Недостатком заводов по сжиганию ТБО являются вторичные отходы: шлак, а также твердые продукты газоочистки. Для их захоронения чаще всего создаются специальные полигоны. В настоящее время большое внимание уделяется проблеме использования этих продуктов (например в асфальтовых смесях, при производстве технического стекла, гранулированных шлаков и облицовочной плитки).

2 Компостирование ТБО

Компостирование твердых бытовых отходов представляет собой биохимический процесс переработки, способной к биотрансформации органической компоненты ТБО в компост – продукт, подобный гумусу.

Производство компоста из органических материалов было известно еще в глубокой древности. Из этих отходов формировали компостные ямы (кучи), которые дополнительно увлажняли в естественных условиях, в результате чего отходы превращались в гумусоподобное вещество коричневого цвета без неприятного запаха. Полученный компост вносили в почву с целью улучшения ее структуры и повышения плодородия.

В начале XX века в России ТБО без предварительного измельчения закладывались в штабеля (бурты) и в естественных условиях при периодическом увлажнении и ворошении (перекапывании) превращались в компост.

В настоящее время в мире в основном используются два способа компостирования: микробиологический метод компостирования и вермикомпостирование.

Первый метод представляет собой метод биотермической переработки и обезвреживания ТБО, при котором происходит микробиологический биохимический распад органических веществ с превращением их в гумус. Протекающие при этом биохимические процессы приводят к саморазогреванию массы отходов до температуры, обеспечивающей обезвреживание патогенных микроорганизмов. Получаемый гумус используется в сельском хозяйстве для формирования и стабилизации почвенной структуры в качестве органического удобрения.

При компостировании ТБО помещаются в штабеля (бурты), кучи (полевое компостирование) или в различные виды реакторов - биобарабаны, биобашни (промышленное компостирование), где содержащиеся в отходах органические вещества при доступе кислорода воздуха интенсивно окисляются бактериями. Микрофлора разлагает биологически окисляемые органические вещества отходов до форм, легкорастворимых в воде и хорошо усваиваемых растениями.

Микробиологический процесс окисления органического вещества отходов при компостировании протекает в несколько фаз, и в нем принимают участие различные виды микроорганизмов,