Твердые отходы и их переработка

Все виды промышленных отходов, загрязняющих литосферу, делятся на твердые и жидкие. К твердым отходам относятся отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыль минерального и органического происхождения, мусор, состоящий из различных органических и минеральных веществ: резины, бумаги, тканей, песка, шлака и т.п.

К жидким отходам относятся осадки СВ после их обработки, а также шламы минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов.

Шламы из отстойников очистных сооружений и прокатных цехов содержат большое количество твёрдых материалов, концентрация которых составляет 20 – 300 г/л. После обезвреживания и сушки шламы используют в качестве добавки к агломерационной шихте или удаляют в отвалы. Шламы термических, литейных и других цехов содержат токсичные соединения свинца, хрома, меди, цинка, а также цианиды, хлорофос и др.

Отходы производства, технология переработки которых ещё не разработана, складируют и хранят до появления новых технологий переработки отходов.

Различают три варианта технологий использования отходов: переработка и использование; переработка и консервация (хранение); уничтожение.

Схематически процесс обработки отходов представлен на рис.3.2.

Концепция интегральных систем утилизации охватывает переработку ценных веществ, компостирование, выработку энергии в результате термической обработки, хранения шлаков и пыли из фильтров, а также логическую связь этих элементов. Оптимальное использование всех возможностей утилизации отходов предполагает исследования процессов их образования, транспортировки, учета региональной нагрузки на ОПС, экономической целесообразности.

Обезвреживание и утилизация твердых бытовых отходов. Характеристика твердых бытовых отходов (ТБО).

В городах и населенных пунктах происходит интенсивное накопление отходов, которые при неправильном и несвоевременном удалении и обезвреживании могут загрязнять окружающую среду.

По морфологическому признаку ТБО подразделяются на компоненты:

бумагу (картон), пищевые отходы, дерево, металл (черный и цветной), тектиль, кость, стекло, кожа, резина, камни, полимерные материалы, прочие трудноклассифицируемые части), отсев (уличный смет — менее 15 мм). При функционировании предприятий по переработке ТБО необходимы сведения о морфологическом составе ТБО различных климатических зон.

Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 20—25% весной до 40—55% осенью, что связано с увеличением потребления овощей и фруктов в рационе питания (особенно в городах южной зоны). Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева, уличного смета) с 20 до 7% в городах южной зоны и с 11 до 5% в средней зоне.

Нормы накопления ТБО — это количество отходов, образующихся на учетную единицу: человек — для жилищного фонда; одно место в гостинице, 1 м2 торговой площади для магазинов и складов; в единицу времени — год. Нормы накопления определяют в единицах массы (кг) или объема куб. м).

На нормы накопления и состав ТБО влияют следующие факторы:

• степень благоустройства жилищного фонда (наличие мусоропроводов, водопровода, канализации, системы отопления);

• вид топлива при местном отоплении;

•развитие общественного питания, культура торговли, степень благосостояния населения и т. д.;

•климатические условия (различная продолжительность отопительного периода — от 150 дней в южной зоне до 300 дней в северной);

•специфика питания и др.

Для крупных городов нормы накопления ТБО несколько выше, чем для средних и малых.

Качество получаемого в процессе переработки ТБО органического удобрения или биотоплива зависит от химического состава исходных ТБО. Важным показателем физических свойств ТБО является плотность.

Плотность ТБО благоустроенного жилищного фонда в весенне-летний сезон (в контейнерах) составляет 0,18—0,22 т/м³; в осенне-зимний — 0,20-0,23 т/м³. Для различных городов среднегодовое значение 0,19—0,23 т/м3. Удельная теплоемкость ТБО и компоста [Дж/(кг-°С)] зависит от влажности.

ТБО обладают механической (структурной) связностью благодаря волокнистым фракциям (текстиль, проволока и др.) и сцеплениям, обусловленным наличием влажных липких компонентов. Вследствие связности обладают склонностью к свободообразованию и не просыпаются в повижную решетку с расстоянием между стержнями 20—30 см). ТБО могут налипать на металлическую стенку с углом наклона к горизонту до 65—70°.

Благодаря наличию твердых балластных фракций (керамика) ТБО и компост обладают абразивностью, т. е. свойством истирать coприкасающиеся с ними взаимопересекающиеся поверхности. ТБО обладают слеживаемостью, т.е. при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются (с возможностью выделения фильтрата) без всякого внешнего воздействия. При длительном контакте с металлом ТБО оказывают корродирующее воздействие, что связано с высокой влажностью и наличием в фильтрате растворов различных солей.

При проектировании установок для прессования ТБО необходимо знать компрессионную характеристику материала, т. е. зависимость степени уплотнения ТБО от давления.

В зависимости от нагрузки свойства ТБО меняются следующим образом. При повышении давления до 0,3—0,5 МПа происходит ломка разного рода коробок и емкостей. Объем ТБО (в зависимости от его cocтава и влажности) уменьшается в 5—8 раз, плотность возрастает до 0,8—1 т/м. В пределах этой стадии работают прессовые устройства, применяемые при

сборе и удалении ТБО.

При повышении давления до 10—20 МПа происходит интенсивное выделение влаги (выделяется до 80—90% всей содержащейся в ТБО воды).

Объем ТБО снижается еще в 2—2,5.раза при увеличении плотности в 1,5 раза. Спрессованный до такого состояния материал на некоторое время стабилизируется, так как содержащейся в материале влаги недостаточно для активной деятельности микроорганизмов и доступ кислорода затруднен.

При повышении давления до 60 МПа незначительно снижается объем (в основном за счет выдавливания влаги) и практически не возрастает плотность ТБО.

В зависимости от первоначальной влажности и условий прессования выдавливание влаги начинается при давлении 0,4—1,0 МПа, что следует учитывать при разработке устройств для брикетирования ТБО.

Критерии выбора метода и размещения сооружений обезвреживания и утилизации ТБО

Направление мотивированных исследований и выбора оптимального метода обезвреживания переработки ТБО для конкретного региона (или населенного пункта) определяется необходимостью решения проблемы охраны окружающей среды, здоровья населения, а также экономической эффективности и рационального использования земельных ресурсов. Учет климатических, географических, градостроительных условий и численности обслуживаемого населения играет существенную роль при решении проблемы обезвреживания и утилизации ТБО для конкретных условий. Известно более 20 методов обезвреживания и утилизации ТБО (классификация методов представлена на рис.). По каждому методу имеется до 10 (по отдельным до 50) разновидностей технологий, технологических приемов, типов сооружений. Методы обезвреживания и переработки ТБО по конечной цели делятся на:

• ликвидационные (решают в основном санитарно-гигиенические задачи);
• утилизационные (решают, кроме того, задачи экономики — использования вторичных ресурсов).

По технологическому принципу бывают биологические, механические, химические, механические, смешанные.

Наибольшее распространение у нас и за рубежом получили такие методы как складирование на полигонах (ликвидационный биолого-механический), сжигание (ликвидационный термический) и компостирование (утилизацинный биологический).

Анализ прогнозируемого состава ТБО крупных городов до 2010 г. показал, что для их обезвреживания и утилизации могут быть применены все рассмотренные методы.

ТБО будут содержать достаточное количество биогенных веществ для того, чтобы из них вырабатывать компост. Прогнозируется рост теплоты сжигания ТБО, что повысит их ценность как топлива. Содержание полимерных материалов не достигнет к 2010 г. уровня, который препятствовали компостированию или сжиганию.

В связи с этим для сооружений мощностью менее 30 тыс. т/год применяют упрощенные схемы. Все рассмотренные направления— складирование на полигонах, сжигание, компостирование, механизированная сортировка — позволяют обезвреживать и утилизировать ТБО, соблюдая нормативы требований охраны окружающей среды.

Оптимальными условиями строительства завода по механизирован переработке ТБО в компост являются наличие гарантированных потребителей компоста (органического удобрения или топлива). Оптимальными условиями строительства завода по сжиганию ТВО с утилизацией тепловой энергии могут быть: обеспечение гарантированного посуточными и полугодичными потребителями тепловой энергии в 1 комплексе с подстраховывающей ТЭЦ или котельной (если потребитель не допускает временных перебоев подачи тепловой энергии); размещение завода в пределах городской застройки (в промзоне) и радиусе до 7 км (при одновременном вывозе ТБО без применения перегрузочных станций) от центра сбоpa ТБО и до 0,5 км от врезки в существующий теплопровод; наличие шлакоотвала или потребителя шлака в качестве вторичного сырья не далее 10 км, численность обслуживаемого населения более 350 тыс. человек.

Оптимальными условиями строительства полигонов складирования ТБО:

наличие свободного участка с основанием на водоупорных грунтов, расположение уровня грунтовых вод ниже 3 м от поверхности площадки; участки с выходами ключей исключаются); обеспечение грунтом или силикатными отходами для изоляции ТБО; конфигурация участка, близкая к квадрату; получение разрешения на высоту складирования ТБО свыше 20 м; размещение на расстоянии до 15 км от центра сбора ТБО (при одноэтапном вывоозе ТБО без применения перегрузочных станций).

Важное значение при обустройстве неосвоенных территорий имеет вопрос об экологической опасности (в токсикологическом отношении) сооружаемых объектов обезвреживания и утилизации ТБО.

Значительный эколого-экономическйй эффект может быть получен вследствие блокирования или хозяйственной кооперации сооружений по обезреживанию и утилизации ТБО с другими городскими объектами.

При разработке технико-экономического обоснования выбора метода обезвреживания и утилизации ТБО для каждого варианта подбирают земельныйi участок, устанавливают расстояние и транспортные затраты по вывозу отходов. При необходимости закладывают двухэтапный вывоз ТБО. Для каждого объекта в качестве обязательного планируют вариант складирования на полигонах, как наиболее простой.

Если существующий участок полигона не отвечает требованиям охраны окружающей среды или если его размер не обеспечивает прием ТБО на предстоящие 20—25 лет, то в качестве расчетного варианта рассматривают полигон на новом участке, отвечающем всем санитарно-гигиеническим и экологическим требованиям.

Вариант, рассчитанный на получение компоста (органического удобрения или топлива), должен быть обоснован документами от конкретных потребителей продукции (совхозов или колхозов, трестов зеленого строительста и т. п.).

Термические методы обезвреживания и утилизации ТБО

Существует три метода термического обезвреживания и утилизации ТБО слоевое или камерное сжигание исходных — неподготовленных отхдов в топках мусоросжигательных котлов; слоевое или камерное сжигание специально подготовленных (обогащенных) отходов (освобожденных от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав) в топках энергетических котлов или в цементных печах; пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее. Горение отходов в топке, их слоевое сжигание — сложный химический процесс, состоящий из элементарных химических реакций окислительно-восстановительного характера.

Пиролиз отходов основан на способности органической массы отходов при нагревании в инертной среде выделять продукты термического разложения, такие, как СО, СО2, Н2, СН4, СпНт и др.

Этот процесс происходит при подводе тепла (эндотермический процесс). В наиболее общем случае при пиролизе отходов протекают связанные между собой процессы— сушка, сухая перегонка (пиролиз), газификация, а также взаимодействие исходных горючих компонентов отходов с образовавшимися газообразными продуктами.

В отличие от пиролиза при газификации получаются частично окисленные газы (СО, альдегиды, фенолы, эфиры, кислоты, углеводороды, в т.ч. ПАУ и т. д.) благодаря восстановительным реакциям, в которые вступают продукты полного окисления, такие, как СО2, Н2О, HCI и другие с углеродом или водородом, содержащимися в отходах, а также за счет неполного или частичного окисления углерода отходов. Газификация может протекать как с подводом тепла (эндотермические реакции), так и с выделением тепла (экзотермические реакции).

Рассмотренные методы направлены, с одной стороны, на санитарно-гигиеническое (огневое) обезвреживание ТБО, а с другой — на получение тепла при слоевом сжигании исходных или подготовленных отходов, а также на производство твердого, жидкого или газообразного топлива при пиролизе.

Методы полевого компостирования ТБО

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 металлоемких установках-ферментаторах (биобарабанах, биобашнях), то на площадках полевого компостирования — в открытых штабелях.

При этом увеличивается срок переработки с 2-4 сут до нескольких месяцев, а также площадь сооружений.

Правильно организованное полевое компостирование, так же как и завод механизированной переработки бытовых отходов (МПБО), обеспечивают защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения 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 используются весь осадок сточных вод и ТБО, образующиеся в городе. Компост, полученный из такой смеси, содержит больше азота и фосфора.

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 перелопачивания компостируемого материала. Измельченные фракции отделяют. Установки по компостированию, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства.

ТБО измельчают молотковыми дробилками или небольшими биотермическими барабанами. При вращении барабана с частотой до 3,5 об/мин материал находится в нем 4—6 ч. После такой обработки 60—70% материала [проходит через сито обечайки барабана с отверстиями диаметром 38 мм. Плотность отсева достигает 0,73— 0,8 т/м3. Барабан обеспечивает достаточное для дальнейшей обработки измельчение ТБО за 800—1200 оборотов.

Как и заводы МПБО, сооружения и оборудование полевого компостирования должны обеспечить прием и предварительную подготовку ТБО, биотермическое обезвреживание и окончательную обработку компоста. ТБО выгружают в приемный буфер или в наиболее простом случае на выровненную площадку. Бульдозером, грейферным краном или специальным оборудованием формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного и биотермического компостирования.

В процессе компостирования интенсивно снижается влажность материала, в связи с чем для повышения активности биотермического разложения наряду с перелопачивакием и принудительной аэрацией производят увлажнение материала. Зрелый компост перед отправкой потребителю направляют на грохот, где его очищают от крупных балластных фракций. В некоторых схемах ТБО разделяют на фракции до компостирования. Из ТБО и компоста или (там, где нет дробления) только из компоста электромагнитным способом извлекают черный металлолом.

Простейшими и наиболее распространенными сооружениями по oбезвреживанию ТБО являются полигоны. Отходы складируют на грунт с соблюдением условий, обеспечивающих защиту от загрязнения атмосферы и почвы прилегающих участков, поверхностных и грунтовых вод, препятствующих распространению болезнетворных микроорганизмов. На полигонах производят уплотнение ТБО, позволяющее увеличить нагрузку отходом на единицу площади сооружений и обеспечивающее экономное использование земельных участков. После закрытия полигонов поверхность земли рекультивируют для последующего использования.

Полигоны ТБО должны обеспечивать охрану окружающей среды по шести показателям вредности: органолептичеекому, общесанитарному, биоаккумуляционному (транслокационному), миграционно-водному, миграционно-воздушному и санитарно-токсикологическому.

Как правило, переработку промышленных отходов в РФ производят на специальных полигонах, создаваемых в соответствии с требованиями СНиП2.01.28-85 и предназначенных для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, НИИ и учреждений. Приему на полигон не подлежат отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов и других веществ, нефтепродукты, подлежащие регенерации, радиоактивные отходы, токсичные отходы 1-2 класса. Устройство полигона предусматривает максимально возможное не воздействие складируемых отходов на окружающую среду. Для этого предусматривается создание изоляционного слоя на дне полигона в виде естественного глиняного замка или прокладки искусственных изоляционных материалов. Укладываются в несколько слоев фильтрующие материалы для свободного просачивания вод атмосферных осадков и образующихся в результате биохимического разложения отходов.

Отходы укладываются слоями в качестве прокладки используют инертные материалы – строительный мусор и т.п., слои плотно утрамбовываются. Когда очередная карта заполняется, ее засыпают слоем почвы и переходят для заполнения на другую карту.

Полигон ограждают земляным валом, организовывают санитарно-защитную зону отчуждения, где не разрешается никакой вид деятельности. Кроме того, организовывают лесную защитную полосу для предотвращения распространения выделяемых на полигоне газов.

Мусоросжигающие заводы применяют в случае ограниченности земельных ресурсов. Они требуют строгого разделения отходов по видам, т.к. их эффективность повышается при увеличении энергоотдачи. Однако многие современные материалы содержат хлор, при сжигании таких отходов при высокой температуре образуются высокоопасные вещества диоксинового ряда. Это обстоятельство требует внедрения дорогостоящих систем очистки отводящих газов, стоимость таких систем обезвреживания вредных выбросов составляет 50% от стоимости мусоросжигающего завода. Несомненным достоинством этого метода помимо небольшой площади является возможность получения энергии при сжигании мусора.

Дата добавления: 2014-01-04