Понятие об отходах и их классификация

4. Утилизация твердых  отходов различного происхождения

 
Проблема переработки и утилизации твердых отходов производства и потребления продолжает оставаться одной из наиболее острых. Несмотря на большое количество проектов создания аппаратов по экологически чистой утилизации опасных веществ и их смесей у большинства из них рано или поздно обнаруживаются серьезные просчеты в конструкции. Различные компании-производители установок указывают на безупречность именно их конструкций.

4.1. Переработка отходов  в высокотемпературной шахте

 
Работниками НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология» Объединенного института высоких температур РАН и АОЗТ «Резонант» был разработан способ Поскольку доменные печи могут работать только на дорогостоящем коксе, то для переработки отходов их необходимо реконструировать. Доменные печи оснащаются воздушными фурмами (3 – 5 шт.), подающими в печь горячий воздух на уровне жидкой металлической ванны, т. е. несколько выше обычного. Это позволяет значительно повысить температуру жидких продуктов в печи (на 200 – 300 ºС), позволяет вводить в шихту определенное количество угля (вместо кокса) и превращает обычную доменную печь в высокотемпературную шахтную печь. В приложении на основе работы [9] существует схема технологического комплекса высокотемпературной шахты. 
 
В США фирмой «Андко-Торрекс» в г. Буффало в течение 6 лет эксплуатировалась шахтная печь на основе доменной печи с производительностью 2.8 т отходов в час (24000 т. в год). Ее экологические показатели соответствовали требованиям санитарных норм всех стран. В последствии аналогичные и более производительные установки стали появляться и в других странах, однако несбалансированность горючих компонентов в перерабатываемых отходах может привести к преждевременному выходу из строя установки. Для предотвращения, как выяснилось необходимо добавлять в шихту 50 – 100 кг низкосортного угля на тонну перерабатываемых отходов [9]. 
 
Для придания образующимся в печи шлакам большей легкоплавкости и меньшей вязкости, повышении степени поглощения шлаками серы и галогенов следует вводить в шихту небольшое количество известняка, что также способствует стабилизации работы печи при допустимых экологических и экономических показателях. 
 
При достижении определенного температурного запаса через горн (но не через засыпной аппарат) можно загружать в печь жирные и бурые угли, пластмассовые и хлорвиниловые отходы, отходы нефтепродуктов, автомобильные покрышки, лакокрасочные изделия и т. п. Степень очистки дымовых газов в системах обычных доменных печей достаточно высока и качество их проверено в промышленных условиях многих стран мира. 
 
Возможно использования шлаков в качестве сырья для производства облицовочных плит, возможна попутная выплавка чугуна или стали [9].

4.2. Переработка отходов  на основе сжигания в барботируемом расплаве шлака

 
Институтом «Гинцветмет» (г. Москва) совместно с другими Российскими организациями была разработана технология переработки (утилизации) твердых бытовых и промышленных отходов, на основе так называемого принципа Ванюкова, превосходящей по экологическим и экономическим показателям широко распространенные в мире термические методы.  
 
Существуют четыре модификации установки, разработанных компанией «Гинцветмет», для переработки отходов: МПВ – 30, МПВ – 60, МПВ – 120, МПВ – 240 – отличающихся по производительности, количеству затрат различных ресурсов (например, электроэнергия, вода, при необходимости, топлива) [1]. 
 
Суть технологического процесса заключается в высокотемпературном разложении компонентов рабочей массы в слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1250 – 1400 ºС и выдерживании их в течение 2 – 3 секунд, что обеспечивает полное разложение всех сложных органических соединений (в том числе дибензодиоксинов и дибензофуранов) до простейших компонентов. Экологическая эффективность подтверждена крупномасштабными испытаниями на полупромышленной барботажной печи при переработке обычного бытового мусора от жилых домов на опытном заводе Гинцветмета в г. Рязани: уже на выходе пылегазового потока из печи отсутствуют высокотоксичные соединения типа диоксинов, фуранов и др. Остающиеся вредные микропримеси (пылевозгоны, хлористый водород, сернистые соединения и др.) улавливаются и нейтрализуются благодаря высокоэффективной пылегазоочистной системе оборудования, широко применяемого на заводах цветной металлургии. 
 
Заводы имеют следующие основные преимущества:

•  
  Обеспечивают решение острейшей социально-экологической проблемы – очистку от ТБПО территорий промышленных районов и городов при полной экологической безопасности.

•  
  Отличаются простой, в отличие от известных процессов не требуют предварительной сортировки и не имеет ограничений по исходной влажности отходов.

•  
  Могут быть построены и введены в эксплуатацию в течение 1 – 2-х лет при небольших капитальных затратах, практически в любом районе России и за рубежом.

•  
  Являются рентабельными и окупаются при оптимальной производительности в 4 – 5 лет с начала строительства (1 – 2 лет эксплуатации).

•  
  Позволяют перерабатывать промышленные отходы, переработка которых либо не рентабельна, либо еще не разработана.

•  
  При оптимальной производительности полностью обеспечивают себя электроэнергией, кислородом, сжатым воздухом и теплом.

•  
  Избытки электроэнергии тепла и продуктов разделения воздуха от кислородной станции (кислород, аргон, азот) используются для нужд населения и города (других промышленных предприятий).

•  
  Являются безотходными, не имеют требующего утилизации остатка и, следовательно, полигона для его захоронения.

•  
  При проектировании и строительстве предусматривают применение типового оборудования и типовых строительных конструкций, в том числе полной заводской готовности.

 
Модули топок, кроме МПВ-30, работают в автогенном режиме (т. е. без дополнительного топлива) за счет теплотворности самих отходов. Теплом отработанного пара турбогенератора в зависимости от мощности модуля можно отапливать от 3 до 30 гектаров тепличных хозяйств. Получаемый шлак, используется для изготовления строительных изделий (минеральная вата, декоративная керамическая плитка, фундаментные блоки и др.), а также для строительства дорог. Из газов топки возможно получение товарной угольной кислоты (сухого льда) и метанола (сырья для получения высокооктанового бензина). Условная экономия земельных площадей при переработке 120 тыс. тонн отходов (базовый модуль МПВ-120) за счет высвобождения ее при ликвидации или сокращении полигонов составит 150 га при продолжительности эксплуатации модуля в течение 30 лет [1].  
 
Барботаж осуществляется за счет подачи через стационарные дутьевые устройства окислительного дутья. Отходы рассматривается как топливо с теплотворной способностью 1500 – 1800 ккал на кг при влажности 51,7 %. Переработка осуществляется автогенно без добавления топлива на дутье, с обогащением кислородом до 50 – 70 %. Комплекс по утилизации отходов позволяет перерабатывать шихту без предварительной сортировки и сушки со значительными колебаниями по химическому и морфологическому составу. 
 
Экологическая безопасность достигается за счет отсутствия на выходе из печи высокотоксичных соединений и применения системы очистки газа, имеющей запас по пропускной способности и рассчитанной на улавливание практически всех возможных вредных соединений, встречающихся в бытовых и промышленных отходах и образующихся при их переработке. 
 
Отходы и флюсы поступают на завод автотранспортом. Материалы взвешиваются и проходят дозиметрический контроль. В результате переработки образуются: газы, содержащие продукты сгорания и разложения отходов, и шлак, состоящий из силикатов и оксидов металлов. Возможно образование донной фазы, содержащей черные и цветные металлы. Шлак после водной грануляции поступает на предприятия стройиндустрии или на строительство автодорог. Донная фаза отливается в слитки и отправляется на переработку на предприятия черной и цветной металлургии. Газы охлаждаются в газоохладителе с получением пара энергетических параметров, очищаются от пыли, возгонок, вредных примесей и сбрасываются в дымовую трубу. Пылевынос не более 2 – 3 %. Крупная пыль до 60 % по массе возвращается в печь. Мелкая пыль: концентрат тяжелых цветных металлов (цинк, свинец, кадмий, олово) отправляется потребителю. Кроме этого, в качестве товарной продукции можно получать электроэнергию, тепло (отработанный пар), азот жидкий, аргон жидкий, аргон газообразный. 
Независимо от мощности в состав модуля входят следующие объекты:

•  
  Автомобильные платформенные весы.

•  
  Дозиметрический пункт контроля уровня радиации.

•  
  Главный корпус в составе:

 
- приемного склада ТБПО;  
 
- отделения переработки;  
 
- отделения очистки газов;  
 
- отделения грануляции шлаков;  
 
- турбогенераторной станции.

•  
  Кислородная станция.

•  
  Газорегуляторный пункт.

•  
  Узел оборотного водоснабжения.

•  
  Очистные сооружения промливневой канализации.

•  
  Насосная станция бытовых сточных вод.

•  
  Главная понизительная подстанция.

 
Унифицированные модули являются рентабельными и окупаются при оптимальной производительности в условиях средней полосы России за 4-5 лет с начала строительства. 
продолжение

4.3. Высокотемпературная  переработка отходов в электротермическом  реакторе

 
Высокотемпературная переработка твердых отходов – это единственная гарантия уничтожения опаснейших биологических, биохимических, химических продуктов и супертоксикантов – диоксинов и диоксиноподобных веществ [2].  
 
Во Владимире и Владимирской области ведутся работы по переработке твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО), в том числе отходов лечебных учреждений, с помощью электротермического способа с получением синтез-газа для его последующего использования в качестве дешевого топлива с высокой теплотворной способностью. Сущность технологии заключается в электротермическом нагреве массы реактора до температуры от З00 до 2000 ºС, с подачей в зону реактора твердых отходов и воды. В перспективе возможно создание промышленной установки для ликвидации таких отходов.  
 
Многие специалисты считают, что решение проблемы использования ТП и БО невозможно без того, чтобы их переработке предшествовала сепарация по группам с использованием каждого компонента в качестве сырья. Однако, если сепарация экономически нецелесообразна, то их следует перерабатывать на установках под воздействием высокой температуры. В то же время, такое воздействие не может не вызвать образование вредных веществ, в частности образование одного из опаснейших классов веществ, которые все чаще стали упоминаться экологами и другими специалистами, - галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ [40] (ДО).  
 
ДО – это супертоксиканты, особо вредные и опасные продукты синтетической химии, побочные продукты ряда химических производств и попутные микровыбросы промышленности и хозяйственной деятельности человека. ДО – практически нигде не упоминающийся до 90-х годов в учебной и научной литературе класс опаснейших веществ. В отличие от простейших диоксинов, галоидсодержащие диоксины (ДО) представляют собой хлорированные или бромированные бензольные кольца, соединенные кислородными мостиками. Это так называемые полихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны и соответственно полибромдибензодиоксины и полибромдибензофураны. Особую опасность диоксины представляют в связи с тем, что, несмотря на свою нерастворимость в чистой воде и в чистом воздухе, эти опасные вещества легко растворяется в воде, содержащей гуминовые кислоты или фульвокислоты из почвенного гумуса ввиду их высокой способности к комплексообразованию с составными частями гумуса. С аэрозолями воздуха ДО образует комплексные соединения и благодаря их высокой способности к прилипанию они хорошо переносятся не только по земле, но и по воздуху. В почве ДО разлагаются в течение 20 – 30 лет и более, в воде разложение ДО длится от 2-х лет и более. Находясь в сфере обитания, ДО накапливаются в тканях живых организмов ввиду их большого сродства с белком [39]. 
 
Основными источниками диоксинов являются:

•  
  Химическая промышленность - 86%;

•  
  Целлюлозно-бумажная промышленность - 6%;

•  
  Цветная металлургия - 2-3%;

•  
  Коммунальное хозяйство - 3%;

•  
  Переработка промышленных и бытовых отходов - до 3%.

 
В химической промышленности главным источником поступления ДО в сферу обитания является производство хлор- и бромсодержащих препаратов. Наблюдается рост загрязнения ДО вследствие беспрепятственного переноса их по многим пищевым цепям, особенно продуктами мясного и молочного характера. Действие диоксинов, находящихся в природной среде в следах, опасно тем, что оно практически не обнаруживается обычными способами анализа. В то же время, накапливаясь в живом организме, диоксины являются причинами возникновения многих онкологических заболеваний, гиперхолестеринемии и т.п.  
 
При всей актуальности анализа на ДО природных объектов для его проведения требуются специальные методы анализа (концентрирование и отделение от фоновых веществ, определение с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии с высокой разрешающей способностью).  
 
В последние годы типичным источником заражения галоидированными ДО природной среды кроме названных производств является низкотемпературное сжигание ТП и БО. Специальные испытания ряда зарубежных специалистов показали, что диоксины устойчивы к воздействию высокой температуры. Более того, при температуре 800 ºС происходит образование бромсодержащих ДО, а не их разрушение. Исследования последних лет показали, что только при температуре 1200 – 1400 ºС в течение 4 – 7 часов происходит необратимое разрушение галоидированных ДО. Следовательно, именно переработка опасных отходов при таких условиях является наиболее экологически безопасной и экономически оправданной. При таких условиях разрушаются также и другие вредные вещества.  
 
Реализация промышленной установки по высокотемпературной переработке промышленных и бытовых отходов позволит полностью решить проблему отходов в крупных городах и тем самым обезопасить население от распространения вредных химических, биохимических и биологических отходов.  
 
Пуск и работа промышленной установки по утилизации отходов позволит получать в процессе утилизации синтез-газ, который может быть использован в качестве топлива с высокой теплотворной способностью.  
 
Работа установки по высокотемпературной переработке твердых отходов (1500 ºС) и получению синтез-газа – это наиболее экономически оправданный и экологически безопасный и надежный способ ликвидации многих токсичных веществ и одного из типичных путей распространения галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ, опаснейших ядов, чрезвычайно опасных для человека и других организмов.