Пути решения «мусорной» проблемы на планете

   В результате плавки образуются газы, содержащие продукты сгорания и разложения ТБО, шлак, состоящий из силикатов оксидов металлов, в случае наличия в шихте большого количества отходов, содержащих медь и другие тяжелые цветные металлы, возможно образование донной фазы.

   Донная  фаза отливается в слитки и отправляется на переработку. Шлак поступает после  охлаждения и грануляции на строительные предприятия. Газы направляются на охлаждение в котел — утилизатор с образованием энергетического пара, затем на очистку от пыли, возгонов, вредных примесей и очищенные сбрасываются в дымовую трубу. Система газоочистки обеспечивает снижение концентрации компонентов ниже предельно-допустимых концентраций.

   Принципиальное отличие разработанной технологии от существующих термических методов переработки:

*не требуются дорогостоящие стадии предварительной сортировки, сушки и прессовки отходов;

• не образуются вторичные отходы и отпадает необходимость за хоронения токсичных зол и шлаков;
• в процессе плавки полностью разрушаются органические составляющие, в том числе и особо ядовитые диоксины и фураны;

*отсутствуют токсичные вещества на выходе из печи.

   Кроме того, технология имеет следующие  преимущества:

• процесс плавки бытовых отходов ведется в автогенном режиме (без добавки топлива) на воздушно-кислородном дутье;
• способ позволяет проводить совместную переработку текущих бытовых и промышленных (содержащих цветные металлы) отходов и накопленных на полигонах «лежалых» отходов;
• низкий пылевынос — менее 1 % от загруженных отходов;
• конечными продуктами плавки являются пригодные для дальнейшего использования сплавы цветных металлов и шлаки (силикатосодержащие материалы) для стройиндустрии;
• вторичное сырье используется для получения пара и электроэнергии (покрываются собственные нужды завода);
• аппаратурная схема обеспечена высокоэффективным пылегазоочистным оборудованием.

   В целом технология характеризуется  чистотой,  безотходностью производства, комплексностью использования сырья.

Процесс разработан институтом «Гинцветмет» совместно  с Московским институтом стали и сплавов и Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова.  

Бескислородная  переработка отходов (процесс «Пурвокс»)

   С начала 80-х годов группой независимых  ученых и специалистов на основе изучения и анализа механизма и кинетики термохимических процессов и смежных областей техники (пиролиз нефти и нефтепродуктов, газификация угля с жидким шлакоудалением, доменное производство чугуна, производство металлургического кокса и др.), а также используя последние достижения высокотемпературной техники и технологии, было обосновано и разработано нетрадиционное инженерно-технологическое решение проблемы — комплексный высокотемпературный энерготехнологический процесс термохимической переработки любых твердых материалов, включая и разнообразные твердые отходы, условно (для краткости) названный — процесс «Пурвокс».

   Техническое существо этого решения заключается  в нагреве исходных ТБО в реакторе (типа домны) до температур порядка 1650— 1750 С без доступа воздуха (кислорода и азота). Традиционное воздухосодержащее горячее дутье в этом решении полностью заменено восстановительным газом (смесь синтезгаза с водяным паром), нагретым предварительно вне реактора до указанных выше температур.

Высокий уровень температур, отсутствие свободного кислорода и азота (балласт) в  реакторе полностью исключают процессы горения и создают идеальные  условия интенсивного протекания чистого  процесса пиролиза — термического разложения органической части ТБО на газообразный продукт (горючий газ — пирогаз) и твердый мелкозернистый углеродистый остаток — пикарбон в интервале температур 500—1100°С.  Опускаясь вниз по шахте реактора под собственным 1 весом, твердый углеродистый остаток в интервале температур 1200— 1500 °С  полностью  газифицируется  по  реакции  «водяного  газа»  в синтезгаз (смесь СО и Н₂).

   Наконец, еще ниже — в интервале температур 1500—1650 °С все твердые минеральные составляющие ТБО расплавляются до жидкого состояния и выводятся из реактора через специальные летки, расположенные в нижней его части. Объединение в реакторе всей этой последовательности термохимических превращений ТБО в заданных режимных условиях приводит к качественно новым показателям процесса «Пурвокс», многократно возрастают скорость и глубина, полнота и завершенность всего многообразия протекающих здесь процессов и реакций — нагрев, испарение, пиролиз, восстановление, газификация, плавление.

  Вся смесь газообразного продукта в  парогазовой фазе, отводимая из верхней части реактора при температуре около 180°С, по своему составу слабо зависит от возможного колебания состава исходных данных ТБО. В среднем,  по сухому объему она содержит: синтез-газа — 90—94%, углекислого газа — 3—5%, углеводородных газов (преимущественно летучих) — 2—3%,  водородосодержащих соединений 1—2%,  а также следы азота.   Малое содержание негорючего балласта обеспечивает ей высокое качество как топливу или технологическому газу, в ее составе не содержится окисных соединений типа  SO,   NO,  и др.,  а также  нет условий образования таких канцерогенов как диоксин, фуран, бензапирен и др. Газоочистка от водородосодержащих соединений достаточно хорошо освоена (с утилизацией товарных химпродуктов), учитывая при этом, что их общие объемы образуемых газообразных продуктов в процессе «Пурвокс» на порядок меньше объемов газов, образующихся при горении. В системе газоочистки загрязненная конденсируемая углеводородными  соединениями  вода очищается  и  повторно используется в технологическом цикле. Сами же органические загрязнители воды (масла, смолообразный конденсат и пр.) собираются и направляются в горячую зону реактора для полной их газификации.

   Расплав минералов в жидкой фазе, отводимый  из нижней части реактора при температуре  около 1550°С, представляет собой почти стерильный продукт, не содержащий остаточного углерода. Заметная разность удельных весов металлов и шлаков позволяет их разделить. В жидком виде металлы передаются на последующий передел, а из обезуглероженного шлака производятся высокого качества строительные материалы — шлаковата, гранулы, плитки.

  Технико-экономические  и экологического плана исследования показывают, что новый процесс «Пурвокс» по сравнению с освоенными методами мусоропереработки и мусоросжигания обладает следующими существенными преимуществами:

*перерабатывается любой морфологический и химический состав ТБО без какой-либо их предварительной подготовки;

* достигается полная утилизация материально-энергетических ресурсов ТБО, энерго- и ресурсоавтономность всего технологического цикла;

* производится  из ТБО высокого качества продукция,  а иногда и энергия;

* исключается загрязнение окружающей среды и потери земли под свалки;

* высокий уровень механизации и автоматизации;

 *замкнутость схемы и компактность оборудования определяют возможность размещения такого предприятия в черте любого города, а также обеспечения безопасности, комфорта и престижности обслуживающему персоналу. 

Завод по переработке твердых бытовых  и промышленных отходов в барботируемой шлаковой ванне

   ОАО «Институт Стальпроект» совместно  с НПО «Антон» и Московским институтом стали и сплавов разработал технологии процессов и конструкции печей для экологически чистой переработки бытовых и промышленных отходов в барботируемой шлаковой ванне с попутным получением электроэнергии и строительных материалов.

   Разработанные процессы и печи отличаются от известных следующими преимуществами:

• лучшие экологические показатели: полное разложение вредных соединений, полное окисление горючих компонентов, уменьшение в десятки раз количества отходов, подлежащих захоронению;
• отсутствие сортировки твердых отходов;
• повышенная удельная производительность и меньшие капитальные вложения на каждую тонну перерабатываемых отходов;
• перевод минеральных компонентов в шлаковый расплав, состав которого легко регулируется присадками флюса. Шлак может быть использован для производства строительных материалов (щебня, каменного литья);
• тепло уходящих дымовых газов на 80—90 % используется для производства электроэнергии, пара или горячей воды и нагрева воздуха;
• высокая надежность эксплуатации;
• снижение эксплуатационных расходов за счет реализации побочной продукции.

   Сущность  технологии заключается в следующем. В печи наплавляется шлаковый расплав, на который из приемного бункера печи питателем равномерно загружаются отходы. В расплав, ниже уровня его поверхности, вдувают горячий воздух. Отходы замешиваются в расплав, равномерно распределяясь по всему его объему. В результате быстрого нагрева из отходов удаляется влага, происходит их разложение и пиролиз. Кислород воздуха, подаваемого в расплав и над расплавом, взаимодействует с горючими компонентами отходов и продуктами их пиролиза до их полного окисления. Минеральная часть отходов растворяется в шлаке. Для придания шлаку необходимого химического состава в расплав подается флюс (известняк или металлургический шлак). Образующийся жидкий шлак непрерывно или периодически выпускается из печи.

   Выделяющиеся  из расплава газы направляются в котел-утилизатор с использованием полученного пара для выработки электроэнергии на нужды завода и продажи на сторону. Охлажденные газы направляются в систему очистки их от пыли и вредных примесей.

   Часть уловленной пыли возвращается в печь. Процесс пригоден для переработки  одновременно с бытовыми отходами отходов  горючесмазочных материалов, деревообработки, больничных отходов, отходов текстильной промышленности, листвы, а также для переработки шламов газоочисток, окалины, стружки с получения чугуна.

Утилизация  отходов методом термической  ликвидации (инсинерации)

  АО  «Турмалин» разработало установки  для утилизации твердых бытовых, промышленных и биоорганических отходов методом термической ликвидации — инсинераторы серии ИН.

  Исинераторы обеспечивают уничтожение отходов  без дыма и запаха непосредственно на месте их накопления, соответствуют санитарно-гигиеническим, токсилогическим и экологическим требованиям.

12%

Конструктивные  особенности инсинератора обеспечивают сжигание отходов калорийностью от 1000 до 3000 ккал/кг, то есть весь спектр бытовых отходов, а именно: пищевые отходы бумага,  картон древесные отходы ветошь, пластмассовая упаковка, металлические (алюминиевые, железные) банки, резина, остальные негорючие материалы (бутылки,  штукатурка,  камни). 

1,5%

1,5%

4%

21%

 
4.2. КОМПОСТИРОВАНИЕ

  В городах с населением 50...500 тыс. жителей  при наличии свободных территорий вблизи города целесообразно применять полевое компостирование ТБО как наиболее простой и дешевый метод обезвреживания и переработки ТБО. Если на заводах механизированной переработки ТБО основной технологический процесс — аэробное компостирование — происходит в сложных металлоемких установках — ферментаторах (биобарабанах, биобашнях), то на площадках полевого компостирования — в открытых штабелях. Правда, при этом увеличиваются срок переработки с 2...4 суток до нескольких месяцев, а также соответственно — площадь сооружений.

   Правильно организованное полевое компостирование  так же, как и заводы МПБО, обеспечивает защиту почвы, атмосферы, фунтовых и поверхностных вод от загрязнений ТБО, позволяет получить в результате переработки ТБО компост. Технология полевого компостирования допускает совместное обезвреживание и переработку ТБО с осадком сточных вод. При смешивании обезвоженного осадка с ТБО в соотношении 3 : 7 используется весь осадок сточных вод и все ТБО, образующиеся в городе. Компост, полученный из такой смеси, содержит больше азота и фосфора.

   В мировой практике применяют две  принципиальные схемы полевого компостирования: с предварительным дроблением ТБО  и без предварительного дробления. В первом случае для измельчения ТБО используют специальные дробилки, во втором — измельчение (менее эффективное) происходит за счет многократного перелопачи-вания компостируемого материала. Неизмельченные фракции отделяют-на контрольном грохоте. Установки полевого компостирования, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства.

  Для предотвращения развеивания бумаги, выплода мух, устранения  запаха  поверхность  штабеля  покрывают  изолирующим  слоем торфа, зрелого компоста или земли толщиной 20 см. Выделяющееся под  влиянием  жизнедеятельности термофильных  микроорганизмов тепло приводит к «саморазогреванию» компостируемого материала. При этом наружные слои материала в штабеле служат гепдоизоляторами и сами разогреваются меньше, в связи с чем для надежного обезвреживания всей массы материала штабеля необходимо перелопачивать (наружные слои при перелопачивании оказываются внутри штабеля).  Кроме того, перелопачивание способствует лучшей аэрации   всей  массы  компостируемого  материала.   Продолжительность обезвреживания ТБО на площадках компостирования колеблется в пределах от 1 до 6 месяцев в зависимости от используемого оборудования, принятой технологии и сезона закладки штабелей.