Переработка твердых бытовых отходов

Специалисты считают, что уже в ближайшее время  сжигание с выработкой электрической  и тепловой энергии будет основным способом переработки отходов. В  будущем мусоросжигательные энергетические установки, скорее всего, войдут в интегрированную  систему управления отходами вместе с предприятиями по утилизации и  вторичному использованию некоторых  материалов (стекла, металла, бумаги и  т. д.). В этой области первыми добиваются успехов те страны, где остро ощущается "дефицит территории" и введены  ограничения на захоронение определенных видов отходов. Еще в 1990 году в  Японии сжигалось 74% отходов, в Швейцарии - 77%, в Дании - 54%. В прошлом году в Германии работало 57 мусоросжигательных заводов, в Великобритании - 23, а к концу века планируется ввести в строй еще 22. В США количество отходов, сжигаемых в установках с выработкой энергии, должно увеличиться с 30 миллионов тонн в 1990 году до 70 миллионов тонн в 2000-м.

2.3.Безотходная  переработка отходов

Сейчас в мировой  практике применяется больше десятка  технологий сжигания бытовых отходов. По оценке Всероссийского теплотехнического  института (ВТИ), вырабатываемая при  их реализации тепловая энергия наиболее эффективно используется в трех случаях: при сжигании твердых отходов  на колосниковых решетках, в топке  с псевдоожиженным (кипящим) слоем  и по технологии, называемой "Пиролиз - высокотемпературное сжигание".

Сжигание на колосниках в слоевой топке считается  самой распространенной технологией. По этому методу работают большинство  зарубежных мусоросжигательных заводов  и все, построенные до настоящего времени в России. Сжигание отходов  в топках с псевдоожиженным слоем  широко распространено в Японии. В  Европе таких заводов только два - в Испании и Германии, строительство  еще двух ведется во Франции и  в России (Москва). В США работает завод по сжиганию отходов в циркулирующем  псевдоожиженном слое. К сожалению, обе эти технологии не решают проблему утилизации и обезвреживания твердых  остатков - шлака и особенно летучей  золы, которая улавливается системой газоочистки. Но если шлак можно использовать, например на засыпке оврагов или  в строительстве (см. "Наука и  жизнь" № 5, 1996 г.), то золу приходится захоранивать на специально оборудованных  полигонах, поскольку она адсорбирует  тяжелые металлы и другие токсичные  вещества. Есть и другие пути переработки  твердых остатков, но все они требуют  дополнительных материальных затрат.

      Обезвредить  золу и шлак позволяют комбинированные   технологии сжигания отходов при высокой температуре. К ним относится, например, практически безвредная комбинированная технология немецкой фирмы "Сименс" под названием "Пиролиз - высокотемпературное сжигание". С ее внедрением переработка ТБО стала почти полностью безотходной.

Первый крупномасштабный завод, работающий по данной технологии, построен в городе Вюрте (Германия). Новый метод сочетает в себе низкотемпературный пиролиз (обработку отходов без  доступа кислорода) и последующее  их сжигание при высокой температуре. Сейчас на заводе идут промышленные испытания. После начала эксплуатации он сможет принимать 100000 тонн бытовых отходов  в год.

Комбинированная технология фирмы "Сименс" выгодно  отличается от прочих тем, что, во-первых, из бытовых отходов получают материалы, пригодные для использования  практически без дальнейшей обработки. Во-вторых, выходящие из установки  газы по степени очистки отвечают самым строгим требованиям, более  того, зачастую содержание в них  вредных веществ гораздо ниже установленных пределов. Наконец, метод  дает возможность использовать выделяемое при сжигании отходов тепло для  производства электроэнергии и централизованного  теплоснабжения или направлять его  на технологические нужды.

2.4 Диоксины и фураны

Сжигание полимерных материалов, содержащих хлор, неизбежно  сопровождается появлением в дымовых  газах хлорсодержащих токсичных  компонентов - диоксинов и фуранов. Так называют большую группу веществ, основу молекул которых составляют два шестичленных углеродных кольца. В органической химии известно 210 подобных соединений. Если в них  нет атомов хлора, то эти вещества токсичны не больше, чем, например, бензин, однако при замещении в кольцах  атомов водорода на атомы хлора образуются опасные для природы и человека диоксины и фураны - всего около 20 соединений разной степени токсичности. Они привлекают внимание экологов и  специалистов на протяжении двух последних  десятилетий, особенно после взрыва на химическом предприятии в городе Севезо в Италии. Тогда облако, содержащее в больших концентрациях диоксин, распространилось на территории 16 квадратных километров и вызвало массовое отравление людей и домашних животных.

Источники диоксинов  и фуранов - не только аварийные ситуации на предприятиях химической промышленности. Эти ядовитые вещества образуются в  обычных условиях при сжигании древесины, отходов, дизельного топлива, при выплавке меди, производстве целлюлозы, в цементных  печах и других (особенно химических) производствах. Все это - контролируемые выбросы диоксинов, но существуют и  более мощные неконтролируемые источники, главным образом горящие свалки, костры, в которых сжигают мусор  и растительные отходы, в том числе  и на садовых участках. Температура  их горения относительно низкая - до 600^оС. При таком режиме образуется в десятки раз больше диоксинов и фуранов, чем на мусоросжигательных заводах, где используется высокотемпературный процесс (свыше 1000^оС). Если заводская технология строго соблюдается, концентрация хлорсодержащих токсичных компонентов в дымовых газах опускается до самых низких нормативных значений, принятых в европейских странах, а сейчас и в Москве. Иначе говоря, в отличие от захоронения на свалках при сжигании отходов на заводе можно не только контролировать их количество и воздействие на окружающую среду, но и, что очень важно, управлять этим процессом.

2.5 Ситуация в России  и Москве

По сравнению  с Западной Европой утилизация отходов  в России имеет ряд особенностей. Главные из них - суровый климат и  сбор всех отходов в общий контейнер  без предварительной сортировки. Из-за большой доли несгораемых веществ  и высокой влажности бытовых  отходов их калорийность невысока - всего 1000-1500 ккал/кг. Это почти в  два раза ниже, чем в большинстве  городов Европы, США и Японии. Объемы промышленной переработки и  утилизации мусора в стране до сих  пор ничтожно малы. Сейчас действуют  всего лишь 7 заводов по термической  переработке отходов, причем два  из них реконструируются, а остальные  работают не на полную мощность. На всех этих предприятиях, вместе взятых, обезвреживается  меньше 1% бытовых отходов.

Для строительства  новых заводов нужны большие  материальные средства, а переработка  отходов на тех, что есть, экономически невыгодна из-за устаревшей технологии. Первое обстоятельство связано с  тем, что нет отечественного оборудования, а закупать его за рубежом очень  дорого, второе - с неэффективным  использованием тепловой энергии и  невысокой теплотворной способностью самих отходов, хотя их приравнивают к низкокалорийным топливам, таким, как сланцы или торф.

Проблема избавления от мусора стоит наиболее остро в  крупных городах, особенно в Москве. Население столицы приближается к 9 миллионам человек, а вместе с  приезжими превышает 10 миллионов. Каждый год Москва выбрасывает около 10 миллионов  кубометров мусора (бытовых отходов, осадков водопроводной, канализационной  сети и ливневоочистных сооружений). Большая их часть добавляется  к накопившимся за многие годы горам  отходов на столичных свалках. Вокруг Москвы их свыше двухсот. Самые большие  по площади - Тимохово, Хметьево, Саларьево, Щербинка. Кроме санкционированных  часто образуется множество так  называемых самовольных свалок. Кучи мусора можно встретить в поймах рек, в лесах и вокруг дачных участков. В Московской области свалки занимают свыше 800 гектаров.

Переработка бытовых  отходов в столице многократно  усложняется из-за высокой плотности  населения - более 3 тысяч человек  на квадратный километр. По решению  правительства Москвы эту задачу в целом решают городские власти, а сбор и вывоз мусора возложены  на административные округа. В ближайшем  будущем в Москве будут построены 6 мусоропрессовочных станций, несколько  мусоросжигательных заводов, намечено реконструировать существующие предприятия  и рекультивировать закрытые полигоны. На юго-востоке столицы, например, всего  в нескольких километрах от кольцевой  дороги, на промышленной площадке "Руднево" строится новый завод с тремя  технологическими линиями, каждая производительностью 13,5 тонны в час. Отходы здесь будут  сжигаться в псевдоожиженном  вихревом слое. Завод начнет работать в конце 1998 - начале 1999 года. Примерно в это же время будет завершена  реконструкция мусоросжигательного  завода № 2 - его производительность поднимется до 150 тысяч тонн отходов  в год. Оба завода оснащаются разветвленными многоступенчатыми системами газоочистки, они будут отвечать принятым в  Германии, кстати, самым строгим  в Европе, ограничениям по содержанию вредных веществ в дымовых  газах.

2.6 Дешевый завод  для крупного города

Для большинства  промышленных городов России - Челябинска, Магнитогорска, Екатеринбурга и  многих других - очень важно, чтобы  строительство мусоросжигательного  завода было под силу городскому бюджету. Для того чтобы снизить капитальные  затраты, нужно оснастить завод  отечественным оборудованием. Но не менее важно выбрать рациональную технологическую схему, которая  позволила бы совместить работу завода с ТЭЦ или котельной и тем  самым повысить экономичность переработки  отходов. Специалисты подсчитали, что  для городов с населением 500-600 тысяч человек оптимальным будет  завод производительностью 120-150 тысяч  тонн бытовых отходов в год, а  наиболее экономичным способом использования  энергии - отпуск тепла. С учетом этого  во Всероссийском теплотехническом институте сейчас разрабатывается  отечественная технология сжигания твердых бытовых отходов, созданная  под оборудование российского производства.

Примером может  служить строящийся мусоросжигательный завод в Тракторозаводском районе Челябинска, который будет работать в единой системе с городской  ТЭЦ-2. Его технологическая схема  достаточно проста: вода с ТЭЦ поступает  на завод, где в котлоагрегатах вырабатывается пар. оттуда одна его часть через  общий коллектор с ТЭЦ подается потребителям, другая - на технологические  нужды мусоросжигательного завода. Себестоимость переработки отходов  в этом случае значительно ниже, чем при автономной схеме.

Отходы поступают  на переработку без какой-либо предварительной  подготовки. Подъехавшие мусоровозы проходят через автовесовую и  сразу направляются по эстакаде в  приемное отделение на разгрузку. Приемный бункер, рассчитанный на трехсуточный запас отходов, обслуживается двумя  мостовыми грейферными кранами  грузоподъемностью по 10 тонн. С помощью  многочелюстных захватов - грейферов  ТБО перемешиваются и из них удаляются  крупногабаритные предметы. Затем отходы попадают в топку мусоросжигательного  котла. Для его растопки и стабилизации горения влажных отходов используются четыре газовые горелки. Одновременно с отходами в топку подают негашеную известь-пыленку. Она связывает вредные примеси (HCl, HF и SO₂) в дымовых газах. На подвижной решетке начинается процесс подсушивания отходов горячим воздухом и потоком тепла из топки. Продвигаясь дальше, отходы воспламеняются и интенсивно горят. Вращающиеся валки под колосниковой решеткой помогают интенсивной шуровке (ворошению) отходов и одновременно перемещают их из одной температурной зоны в другую, включая зону максимальных температур (950-1000^оС). В конце топочной камеры остатки отходов догорают и остывает шлак, который потом сбрасывается в устройство выгрузки. Далее на входе в котел-утилизатор, в так называемой зоне дожигания, поток газов интенсивно перемешивается с воздухом, в результате дожигается токсичный оксид углерода. Процесс горения отходов регулируется и контролируется с центрального диспетчерского пульта, оснащенного компьютером.

Котел-утилизатор и расположенная под ним топка  скомпонованы как одно целое. С котлом соединяется первый подъемный газоход. Газы проходят по нему при температуре 850-1000^оС в течение 2 секунд. За это время успевают разложиться почти все наиболее токсичные вещества (диоксины и фураны). Далее дымовые газы попадают в циклоны (сепараторы), затем в полусухой абсорбер и роторный фильтр, а оттуда зола и продукты газоочистки поступают в систему золоудаления. Такая многоступенчатая система очистки дымовых газов дает хорошие результаты - концентрация вредных веществ на выходе из дымовой трубы не превышает нормативов зарубежных установок.

Шлак, зола и  продукты газоочистки направляются в бункеры-накопители, но предварительно шлак очищается на магнитном сепараторе от металла. Отделенный металл пакетируется на прессе и идет во "Вторчермет", а зола и продукты газоочистки  специальным транспортом направляются на переработку. Шлак грузится на самосвалы  и вывозится на предприятия строительной индустрии. Там из него делают шлакоблоки или используют на строительстве  дорог.         

 Чтобы достичь  запланированной производительности - 150 тысяч тонн твердых бытовых  отходов в год, заводу нужны  две технологические линии производительностью  по 10 тонн в час при круглосуточном  режиме работы. Все оборудование, включая газоочистное, на завод  поставляют отечественные производители.  Лишь один важный элемент мусоросжигательного  агрегата - механическая решетка  приобретается у фирмы ЧКД-Дукла  (Чехия). Стоимость такого мусоросжигательного  завода, как Челябинский, в несколько  раз ниже стоимости аналогичных  заводов, поставляемых зарубежными  фирмами. Специалисты ВТИ считают,  что опыт его строительства  послужит примером для других  городов России.

График иллюстрирует, как изменялось соотношение способов переработки  бытовых отходов в США за последние 30-35 лет: если до середины 80-х годов  объем захоронения отходов на свалках постоянно увеличивался, то в последнее десятилетие он пошел на спад; доля сжигания отходов  с утилизацией тепла неуклонно  растет, а без утилизации - резко  падает практически до нулевого уровня.

Так что же такое  мусоросжигательный завод? Дополнительный источник энергии и помощник в  решении проблемы санитарной очистки  городов от бытовых отходов, как  считают энергетики и коммунальщики, или генератор диоксинов, как  утверждают оппоненты? А что такое  автомобиль? Средство передвижения или  главный источник загрязнения атмосферы  оксидом углерода и другими вредными веществами? Все зависит от того, в какие руки попадет автомобиль или мусоросжигательный завод, каков  уровень компетентности их создателей и обслуживающего персонала и  какова серьезность подхода к  строительству и эксплуатации объекта. Пока же из двух "зол" между вывозом  мусора на свалки и сжиганием его  на мусоросжигательных заводах нужно  безоговорочно выбирать наименьшее - сжигание.