Технология энергетической утилизации

Данное направление обработки отходов преследует две цели:

1. Сокращение объёма и обезвреживание отходов, в том числе опасных и токсичных.

2. Получение тепла иэлектроэнергии при обработке отходов.

Эти цели достигаются сжиганием отходов или получением топлива из них и последующего его использования в качестве энергоносителя. Существуют три способа энергетической утилизации: сжигание, получение топлива термическим или механическим способами  и биологическая обработка (компостирование).

а) Сжигание отходов. Технология сжигания включает пять стадий, которые чаще всего протекают последовательно - это сушка, газификация, воспламенение, горение и дожигание. Сжигание ТБО и промышленных твёрдых, жидких и пастообразных отходов производится на мусоросжигательных и перерабатывающих заводах в печах с температурой до 1000 ^оС или  в специальных плазменных установках с температурой свыше 2500 ^оС. На рис. 10.3 показана цепочка обработки отходов при сжигании.

Особенно опасно сжигание токсичных отходов, требующее особых мер предосторожности, поэтому стоимость такой переработки отходов весьма высока: в США в 80-х годах – 150 $/т, а в начале  90-х поднялась до 5000 $/т.

Опасные и токсичные отходы лучше обезвреживать там, где они образуются. Для обезвреживания отходов используют цементные и мартеновские печи, реакторы с интенсивной турбулизацией, инфракрасные проточные печи, плазменные установки, ванны с расплавленным стеклом или солью и др.

Основными критериями выбора технологии сжигания являются степень разложения вредных веществ, экологическое воздействие на окружающую среду, экономичность, надёжность и простота обслуживания.

Сжигание отходов, особенно ТБО в цементных и подобных печах используется часто, но считается, что эта технология достаточно дорогая и экологически не очень перспективная из-за высокого загрязнения воздуха.

Рис. 10.3. Схема обработки отходов при сжигании

б) Получение топлива термическим способом из отходов осуществляют путём пиролиза и газификации.

Пиролиз - это распад веществ молекулярного строения в более легкие вещества (газы, жидкости или твёрдые остатки, используемые в качестве топ-

лива) при температуре  выше 400^оС без кислорода в атмосфере нейтральных газов (аргона, гелия, азота) или в вакууме.

В качестве достоинств пиролиза можно отметить:

- переработку трудно поддающихся утилизации отходов (шины, лом пластмасс, отработанные масла, отстойные вещества и др.);

- не восстанавливаются тяжёлые металлы, отсутствуют биологически активные вещества, сокращается  выброс сажи, образуется пепел с высокой плотностью и, как следствие, меньшее загрязнение атмосферы;

- резкое снижение объёма отходов;

- превращение отходов в ценные источники энергии, которые легко транспортировать и хранить.

Так при пиролизе древесных остатков получают продукты: 50…80 % газового топлива, состоящего из окиси углерода (45 %), углекислого газа (15%), водорода (30 %) и метана (10 %); «сок пиролиза» (гудрон 20…30 %, остальное вода) и 5 % древесного угля.

Отходы полиэтилена при пиролизе переходят на 80 % в жидкую фазу, остальное - в газообразную. Полихлорвиниловые отходы при пиролизе образуют негорючую газовую фазу, состоящую на 96 % из соляной кислоты и твёрдой фазы в виде угольной пыли.

Газификация - это по сути высокотемпературный пиролиз отходов с повышенной влажностью при 1000 ^оС в присутствии кислорода. Из растительной биомассы получают бедный газ, содержащий  10…40 % СО, 10…30 % СО₂ и  20…40 % Н₂ с теплотой сгорания 12…15 МДж/м³.

в) Получение топлива механическим способом. Горючие материалы из отходов сортируются, измельчаются, сушатся и брикетируются в форме прямоугольных брусков (пеллеты) и поступают в продажу в качестве топлива.

г) Биологическая обработка. Этот вид обработки используется для отходов органического происхождения (биоосадки сточных вод, испражнения скота, жмых семян и др.). Эти и подобные отходы легко подвергаются биологическому распаду в контролируемых условиях при отсутствии кислорода (анаэробная ферментация) или с добавкой кислорода (аэробный процесс). Распад органических отходов происходит под действием различных микроорганизмов и приводит к стабилизации отходов (процесс минерализации) или получению продуктов, совместимых с окружающей средой (компостирование).

При анаэробной ферментации в зависимости от температуры, водородного показателя  рН, давления и времени процесса образуется биогаз состава: СН₄  от 50 до 70 %, СО₂ от 30 до 40 %, Н₂S от 0.2 до 5 % и N₂ от 0,2 до 3 % или спирты.

При минерализации отходы с помощью микроорганизмов перерабатываются сначала в аммоний содержащие соединения, затем в нитриты, нитраты и, наконец, в азот, переходящий в атмосферу по цепочке: NH₄⁺ ® NO₂^- ® NO₃^- ® N₂. Процесс идет в автоклавах с продолжительностью от 10 до 40 дней, в итоге получается продукт подобный гумусу.

При компостировании бумаги, древесины, навоза, отходов пищи, биологических остатков сточной очистки, жмыха семян и других подобных отходов в присутствии кислорода распад идёт по схеме: углеводы ® простые сахариды ® органические кислоты ® углекислый газ и бактериальная протоплазма. Процесс зависит от влажности, температуры, рН и потребности в кислороде.