Термические методы переработки твердых бытовых отходов

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термические методы переработки твердых бытовых отходов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ЗОСз-10

Мухаметова М.Р.

                                                                                 Проверил: Доцент

                                                                                         кафедры ООС ПНИПУ

                                                                                к.т.н. Дьяков М. С.

                                                                                                                       

                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь, 2014г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

За последнее столетие население в городах резко возросло. Если в начале ХХ века процент городского населения в России составлял всего 15%, то к концу 2010 года он был на уровне 73,1%. 

Одной из основных проблем урбанизации в России (да и во всем мире) является увеличивающаяся концентрация в городах твердых бытовых отходов, которые порождают собой свалки отходов, часто плохо организованные или просто «стихийные», являющиеся источниками загрязнений атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод.

Актуальность проблемы

Охрана городской среды от негативного влияния отходов является наиболее острой экологической проблемой.

В России доля городского населения составляет почти 2/3 от общего количества жителей страны. В связи с этим концентрация твердых бытовых отходов в крупнейших городах России резко возрастает.

При этом объем отходов увеличивается, а территориальные возможности для их утилизации уменьшаются. Соответственно доставка отходов от мест их образования до пунктов утилизации требует все больше времени и средств. Проблему только удорожания процесса транспортировки отходов путем тарифов не решить, особенно за счет потребителей. Как показывает практика, повышение тарифов приводит и к полному отказу со стороны малообеспеченных категорий населения платить за сбор и транспортировку отходов. В России, как и в других странах, крайне необходимо внедрять инновационные технологии и совершенствовать организацию процесса утилизации городских отходов.Пока они, в основном, просто собираются для "захоронения" на полигонах, что ведет к отчуждению свободных территорий в пригородных районах, ограничивает возможности использования городских территорий для строительства жилых зданий и т.д. Под полигоны по захоронению твердых бытовых отходов в России ежегодно отчуждается около 0,1 тыс. квадратных километров пригодных для использования земель, не считая земель, загрязняемых многочисленными несанкционированными свалками. Ежегодное отчуждение земель составляет 0,0006% площади страны. Кроме того, совместное захоронение различных видов отходов приводит к образованию опасных соединений, которые оказывают неблагоприятное воздействие на экологию территории и состояние здоровья населения. Проблемы, связанные с увеличением количества отходов и их влиянием на окружающую среду, создают большие трудности при разработке и реализации территориальной политики. Этими проблемами в России традиционно занимались городские власти. Но в последнее время в связи с передачей ответственности за решение значительной части городских проблем, в том числе и экологических, местным властям, ситуация изменяется, что находит выражение в передаче им финансовых ресурсов для выполнения новых обязанностей. [3]

Виды отходов

Отходы производства и потребления – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе производства и потребления, а также продукции, которая утратила свои потребительские свойства. При этом вредные отходы должны подвергаться нейтрализации, а неиспользуемые – считаются отбросами. Отходы могут быть самыми различными.

Количество бытовых отходов в расчете на одного человека увеличивается примерно на 1-4 %, а по массе – на 0,2-0,4 % в год и в настоящее время составляет, кг/год: в благоустроенных зданиях – 160-190, в неблагоустроенных зданиях – 600-700.[5]

Удаление отходов населения

Твердые бытовые отходы (ТБО) являются отходами сферы потребления, образующимися в результате бытовой деятельности населения. Они состоят из изделий и материалов, непригодных для дальнейшего использования в быту.

Это отходы, которые накапливаются в жилом фонде, учреждениях, предприятиях общественного назначения (школах, зрелищных и детских учреждениях, гостиницах, столовых и т.п.).

К твердым бытовым отходам, учитываемым нормой накопления, относятся отходы, образующиеся в жилых зданиях, включая отходы от текущего ремонта квартир, отходов продуктов сгорания в устройствах местного отопления, смет, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий и крупногабаритные предметы домашнего обихода.

Норма накопления ТБО изменяется, отражая состояние снабжения населения товарами и в тоже время она в значительной мере зависит от местных условий.

Состав и объем бытовых отходов чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности, но и от времени года и от многих других факторов. Объемы бытовых отходов для некоторых стран приведены в таблице. Бумага и картон составляют наиболее значительную часть ТБО (до 40% в развитых странах). Вторая по величине категория в России – это так называемые органические, в т.ч. пищевые, отходы; металл, стекло и пластик составляют по 7-9% от общего количества отходов. Примерно по 4% приходится на дерево, текстиль, резину и т.д. Количество муниципальных отходов в России увеличивается, а их состав, особенно в крупных городах приближается к составу ТБО в западных странах с относительно большой долей бумажных отходов и пластика.

По последним данным, производство ТБО колеблется между 0,5 и 1,2 килограмма на человека в день. Данные показатели имеют тенденцию к постоянному увеличению, что вызвано экономическим ростом стран. Существуют также периоды, когда производство ТБО значительно возрастает. В этой связи мы полагаем, что показатель производства ТБО на человека в день равняется 1 кг.

В настоящий момент наиболее распространенный способ уничтожения ТБО - это полигоны. Однако, этот простой способ сопровождают следующие проблемы:

- Чрезмерно быстрое переполнение  существующих полигонов из-за  большого объема и малой плотности  размещаемых отходов. Без предварительного  уплотнения средняя плотность  ТБО составляет 200-220 кг/м3, которая  достигает всего лишь 450-500 кг/м3 после  уплотнения с использованием  мусоровозов.

- Отрицательные факторы для  окружающей среды: заражение подземных  вод выщелачеваемыми продуктами, выделение неприятного запаха, разброс отходов ветром, самопроизвольное возгорание полигонов, бесконтрольное образование метана и неэстетичный вид являются только частью проблем, беспокоящих экологов и вызывающих серьезные возражения со стороны местных властей.

- Отсутствие площадей, пригодных  для размещения полигонов на  удобном расстоянии от крупных  городов. Расширение городов вытесняет  полигоны на все более дальнее  расстояние. Данный фактор в сочетании  с ростом цен на землю увеличивает  стоимость транспортировки ТБО.

Невозможность устранения полигонов. Несмотря на использование самых современных технологий, наше общество всегда будет нуждаться в их использовании для уничтожения не преобразуемых фракций: зола, шины, металлолом, строительный мусор. [6]

Сбор бытовых отходов 

Согласно ст.13 закона об «отходах производства и потребления» территория города подлежит регулярной очистке от отходов. 

Сбор бытовых отходов в РФ производится в металлические контейнеры. Они размещаются на контейнерных площадках между домами, так же мусоропроводами в контейнерных отсеках многоэтажных домов. В соответствии с Концепцией обращения ТБО в РФ в домах этажности и для групп малоэтажных домов следует устанавливать герметичные контейнеры на колесиках из оцинкованного железа, пластмасс, металла, обработанного антикоррозионным покрытием. 

В соответствии со ст.13 Закона порядок сбора отходов на территории города предусматривает их разделение на виды – пищевые отходы, металлические банки, текстиль, мукулатура, стекло, Пэт упаковки. В нашей стране внедрение раздельного сбора отходов только внедряется. [3]

Транспортировка бытовых отходов

Транспортировка бытовых отходов осуществляется специально оборудованными автомобилями-мусоровозами, которые отличаются:

- Назначением (для вывоза отходов  из жилых и общественных организаций, для вывоза крупногабаритных  отходов)

- Вместимостью кузова

- Механизмами загрузки отходов

- Характером уплотнения отходов (непрерывный или циклический)

- Системой выгрузки отходов  из кузова ( самосвальный или принудительны с помощью выталкивающей плиты

Отходы вывозят в места их переработки и захоронения. В связи с ростом городов обостряется проблема вывоза отходов на дальние расстояния (более 20км) Одним из путей сокращения транспортных расходов является переход к двухэтапной системе вывоза ТБО – использованию мусороперегрузочных станций и большегрузных транспортных мусоровозов. [3]

Методы переработки отходов

Методами переработки отходов является : промежуточное хранение отходов, сортировка, компостирование, термический метод, вторичная переработка, брикетирование, захоронение.

Проблема муниципальных отходов может быть эффективно решена только при активном участии местных властей и местного населения. Поскольку решение не сводится к выбору и приобретению «адекватной» технологии, а требует комплексного вмешательства во все – социальные и экономические – аспекты проблемы, то участие властей не должно сводиться лишь к принятию «руководящих решений». Плана КУО – должны происходить не одноразово, а непрерывно. [2]

 

2. Термические  способы переработки отходов

2.1 Сжигание ТБО

Сжигание - это широко распространенный, технически отработанный, традиционный способ уничтожения ТБО, применяемый еще с конца 19 века. Ликвидации путем сжигания подлежит также значительное количество промышленных отходов. В Европейских странах сжигается около 25% объема образующихся горючих отходов. В России сжиганию подвергается около 2,3% бытового мусора.

Процесс сжигания осуществляется на мусоросжигательных заводах (МСЗ), которые имеют паровые или водогрейные котлы со специальными топками. Температура в топке должна быть не менее 1000оС, чтобы сгорели все вредные примеси. Необходимость строительства МСЗ определяется следующими факторами:

отсутствием свободных земельных площадей в городах для размещения мусора;

санитарно-гигиеническими соображениями;

возможностью получения тепловой энергии.

Первый в России МСЗ был построен в Москве и запущен в 1975 году. Всего в России было построено 8 МСЗ (3 - в Москве, по одному - во Владимире, Владивостоке, Сочи, Мурманске и Пятигорске).3 завода было построено на Украине (в Харькове, Киеве и Севастополе). В настоящее время строятся МСЗ в Днепропетровске, Кишиневе и Саратове. МСЗ работают преимущественно на импортном оборудовании (французском, датском, чехословацком), только Владимирский завод работает на отечественном оборудовании. МСЗ в Ростове-на-Дону демонтируют по требованию общественности. В технологических циклах этих заводов не предусмотрена предварительная сортировка мусора, что приводит к выбросу в атмосферу вредных веществ.

К преимуществам метода сжигания относятся следующие.

1) Возможность рекуперации (возвращения, полезного использования) образующегося тепла. Теплоту сгорания  ТБО следует полезно использовать. Теплотворная способность ТБО  достигает 7500 - 8400 кДж/кг, что сопоставимо с бурым углем и другим низкосортным топливом (торфом, сланцем). Таким образом, ТБО можно рассматривать как нетрадиционный вид топлива. Вырабатываемая тепловая энергия используется на нужды централизованного теплоснабжения или для выработки электроэнергии.

Выбору метода сжигания должно предшествовать детальное технико-экономическое обоснование схемы сбыта получаемой тепловой энергии, так как строительство МСЗ требует огромных капитальных вложений. Следует заметить, что строительство современных ТЭЦ или котельных равноценной мощности (по производимой энергии) примерно в 8 - 10 раз дешевле.

Оптимальными условиями строительства МСЗ с утилизацией тепловой энергии являются:

наличие гарантированных потребителей электрической или тепловой энергии;

наличие шлакоотвала или потребителей шлака в качестве вторсырья не далее 10 км от МСЗ;

численность обслуживаемого населения не менее 350 тыс. чел.

2) Надежное обезвреживание  отходов.

3) Снижение риска загрязнения  отходами почв и грунтовых  вод.

4) Сокращение объема отходов  более чем в 10 раз, массы - в 3 раза.

Вместе с тем метод сжигания, хотя и является простым и универсальным методом утилизации, но имеет массу недостатков и низкий уровень экологичности. Функционирование МСЗ сопровождается негативным воздействием на биосферу. К недостаткам метода сжигания относятся следующие.

1) Опасность загрязнения атмосферы  вредными выбросами. Дымовые газы, образующиеся при сжигании ТБО, содержат в своем составе разнообразные  вредные вещества: оксиды серы  и азота, оксид углерода, хлористый  и фтористый водород, летучую  золу, тяжелые металлы. При неполном  окислении пищевых отходов, жиров, масел образуются альдегиды и  органические кислоты, канцерогенные  вещества (бенз (а) пирен и др.), аммиак, озон и другие вредные вещества в незначительных количествах.

Отметим диоксиновую опасность при обращении с отходами. При сжигании несортированного бытового мусора, содержащего синтетические полимерные материалы, особенно имеющие в своем составе атомы хлора (ПВХ и его сополимеры), образуются диоксины и фураны (группа элементов, родственных диоксинам, обладающих подобными токсичными свойствами), и это является самой сложной проблемой при сжигании ТБО. Диоксины - общепринятое название группы органических веществ, относящихся к классу полихлорированных полициклических соединений. Под этим названием объединено более 200 веществ - дибензодиоксинов и дибензофуранов. Расположение атомов хлора может меняться, тогда изменяются и свойства веществ, их токсичность.