Установки и заводы по переработке отходов

Рассмотрим некоторые отечественные и зарубежные установки и заводы по переработке бытовых и промышленных отходов.

На рис. 10.4 представлена отечественная установка для сжигания токсичных жидких и твёрдых отходов предприятий машиностроения, химической и лакокрасочной промышленности, в технологических циклах которых

используются эмульсии, растворители, нефтепродукты. Одновременно в установке осуществляется очистка металлической тары и металлолома от остатков красок, смол и клеевых материалов. Установка позволяет сжигать отходы с различной теплотворной способностью до практически чистой золы,

перерабатывать жидкие негорючие отходы с оптимальным ведением процесса, безопасной эксплуатации оборудования, наличием эффективной системы газоочистки и отсутствием вредных веществ в  отходящих газах. При этом  обеспечивается сокращение объёма отходов в 50…100 раз.

Другим примером является центр TREDI  (г. Лион, Франция), построенный в 1985 г. и специализирующийся на переработке промышленных отходов примерно 2500 видов от 1000 клиентов. Твёрдые, пастообразные и жидкие

Рис. 10.4.  Схема установки для сжигания токсичных отходов:

A1 - камера прокалки металлической тары; А2 - камера сжигания твердых отходов; A3 -камера сжигания жидких отходов; А4 - камера дожигания дымовых газов; Б1…Б5 -баки; HI - Н6 - насосы; С1 - скруббер; ATI - АТ2 - теплообменники; В1 - вентилятор; К1 - узел загрузки; Т1 - тележка; Р1 - рекуператор; Ф1 - фильтр рукавный;----- сжатый воздух;       масла и нефтешламы;    техническая вода;    

дымовые газы

отходы, поставляемые в цистернах или бочках. При этом состав поставляемых отходов анализируется как на месте их отправки, так и по прибытии (длительность анализа 10 мин). По характеру происхождения это могут быть отходы:

 - химических и парахимических производств (осадки после дистиляции, побочные продукты или отходы производства медикаментов, косметики, фитосанитарии и т. д.);

- нефтяной промышленности (сливные остатки и др.);

- механопроизводства (масла, СОЖ и др.);

- лакокрасочного производства (краски, лаки, растворители  и др.);

- загрязнённая земля и вода;

 - отходы выборочных сборов (фитосанитарии, сборных пунктов отходов).

Годовая производительность Центра – 100 000 т отходов. Центр TREDI  состоит из трех линий, где на одной из них сжигаются отходы, сильно загрязнённые галогенами. Центр обеспечивает жёсткие требования новых евро-пейских стандартов по ПДК выбросов газов и твёрдых остатков, состав которых круглосуточно контролируются соответствующей аппаратурой. Эти данные систематически передаются в наблюдающие и властные структуры. Тепло, выделяющееся при сгорании, идёт на выработку перегретого пара, который используется расположенным в этом регионе химическим производством.

Ниже приводится принципиальная схема работы другого завода южного Лиона по сжиганию городских отходов (рис. 10.5). Мусоросжигающий завод в Лионе введён в эксплуатацию в 1990 г., перерабатывает 270 000 т/год, имеет три линии (3 печи). В зал выгрузки 1 ежедневно прибывают 120 грузовиков с мусором и сбрасывают его в приёмный бункер 2 ёмкостью  5000 м³,  где  мусор  перемешивается,  и  операторы, манипулируя двумя грейферами 3 из диспетчерской переносят его к приёмным бункерам печей 4. Из них по трубам мусор опускается на подвижные ступенчатые решетки 5, где и осуществляется его сжигание.

   Воздух поступает от вентилятора 6 через подогреватель 7 в печь из помещения разгрузки. Три печи сжигают отходы 12 т/час при 850 ^оС без потребления другого топлива. В экономайзере 8 используется тепло отходящих газов для производства перегретого до 350 ⁰С пара. В год вырабатывается

Рис. 10.5. Схема завода по сжиганию ТБО (Лион, Франция)

.

600000 т пара высокого давления для городской теплосети 9 (отапливается 40000 квартир) и промышленности. Другая часть пара направляется в турбогенераторы 10 (мощностью 9 и 2 МВт) и производимая ими электроэнергия поступает в EDF (Единая энергосистема Франции).

Отходящие газы подвергаются  очистке в электрофильтрах 11. Здесь при напряжении 40 кВ задерживается на сотнях электродов до 90 % пыли. Затем дымы направляются в редукционные колонны 12, где осуществляется обеспыливание и нейтрализация дыма при его взаимодействии с известковым молочком, подаваемым из пульверизатора 13. Здесь же нейтрализуется соляная кислота и перехватывается тонкодисперсная пыль, а тяжёлые металлы, например, ртуть, связываются в форме менее опасных гидрооксидов и концентрируются в массу дехлорирования. Очищенные газы удаляются в атмосферу через тройную трубу 14 высотой  60 м от каждой печи с установленными на них анализаторами кислотности. Зола после пылеулавливания и пастообразная масса после промывки направляются на захоронение (около 5000 т/год).

Сжигание позволяет сократить объём мусора на 90 % и получить золу массой 67 000 т (25 % первоначальной массы), которая накапливается в бункере 15. Зола выводится из печей транспортёрами 16 и вибротранспортёрами 17 в бункер 18, из которого подъёмным краном она перегружается в автомобили и следует на захоронение. Из зольного остатка экстрактором 19 извлекается ежегодно 3500 т железных остатков, продаваемых сталеплавильщикам. Оба завода перерабатывают весь мусор, образующийся в этом регионе.

Мусороперерабатывающий завод МПБО С. Петербурга одновременно использует  технологию  пиролиза  и  биотехнологию при переработки ТБО. В структуру ЗАО «Опытный завод МПБО» входят:

   - опытный завод механизированной переработки ТБО площадью 20,4 га и мощностью  0,9·10⁶ м³/год;

   - полигон бытовых отходов «Южный» (ПТО-1) для складирования ТБО мощностью 2,3·10⁶ м³/год;

   - полигон бытовых отходов «Новоселки» (ПТО-3) для обезвреживания и размещения ТБО и промышленных отходов мощностью 2,3·10⁶ м³/год;

   - полигон промышленных отходов «Северная Самарка» (ПТО-2) мощностью  3,98·10⁵ м³/год.

Эксплуатационные затраты (около 70 %) покрываются за счёт производства тепла и электроэнергии, а также продукции: биологически чистого компоста, макулатуры, цветных и чёрных металлов, стеклобоя, пластмассовых и строительных изделий.

Наиболее совершенная технология переработки отходов, особенно опасных и токсичных (фосген, бензапирен, диоксин, компаунды, кубовые остатки лакокрасочных материалов и др.) - плазменное сжигание. Оно обеспечивает высокую степень разрушения органохлоридов (до 99,5 %) с образованием малого количества газов (в 30 раз меньше, чем при обычном сжигании) и отсутствием необходимости использования в них катализаторов.

.

   Но стоимость такой обработки весьма высокая – 3…4 тыс. $/т. Создание малогабаритных передвижных плазменных установок позволяет избежать транспортировки опасных отходов и обрабатывать их на месте возникновения с производительностью 4…12 л/мин. Мощность такой установки составляет 750 кВт

Существуют 2 типа электрических плазменных установок (ПУ):

- ПУ, работающие на постоянном токе (источник питания – управляемый выпрямитель УВ). Здесь плазма возникает между двумя электродами (рис. 10.6, а);

- ПУ, работающие на переменном токе высокой частоты 0,44 и 5,0 МГц  (рис. 10.6, б). В этих установках нет электродов, источник питания – ламповый генератор ЛГ мощностью 1…2 тыс. кВт. Такие установки можно использовать для химических агрессивных отходов. Отсутствие электродов обеспечивает большой ресурс работы.

Плазменные установки отличаются высокой рабочей температурой, малой инерционностью и позволяют уничтожать трудносжигаемые отходы химической промышленности, больниц и т. п. В плазменной струе происходит распад отходов до атомарного состояния. Обычно темпе-ратурный режим составляет 3000 < Т < 9000 К.

Преимущества  плазменной обработки состоят в высокой скорости процесса (0,01…0,1 с), регулировании температуры и состава плазменной струи в зависимости от вида отходов. Процесс является экологически чистым благодаря высоким температурам, реализуемым в зоне реактора. В газообразных продуктах отсутствуют смолы, фенолы, диоксины и сложные углеводороды, загрязняющие отходящие газы. Пыли в отходящих газах меньше в 8…12 раз. Зола, удаляемая из реактора в жидком состоянии, безопасна при захоронении. Шлаковый расплав можно при выпуске гранулировать и направлять в строительство, а металлический расплав поставлять на металлургические заводы.  При этом объёмы захоронения уменьшаются примерно в 100 раз. Тепловая энергия газов используется в теплообменниках.

В низкотемпературной плазменной установке, разработанной акад.       Ф. Рутбергом в течение часа перерабатывается до 200 кг различных отходов. Изготовлен модуль на сжигание двух тонн отходов в час. Получаемый достаточно чистый синтез-газ может использоваться в качестве топлива для газовых турбин, газопоршневых двигателей и дизель-генераторов. На установках (разновидность ТЭЦ) с использованием синтез-газа  60 % энергии преобразуется в электричество и 30 % в тепло.

Обычно промышленные плазменные установки разрабатываются на мощности от 150 кВт до 3 МВт. Считается целесообразным для города с населением до 1 млн. человек построить такую установку, оборудованную плазмотронами с суммарной мощностью 20 МВт, которая обеспечит переработку ТБО в объёме 200…210 тыс. т/год или 600 т/сут. При этом собственно плазменная печь займет относительно малую площадь – 70 м² при высоте 7…8 м.

Последние опубликованные данные по переработке отходов с использованием плазменной технологии позволят получить прибыль: в США – 41 млрд. $/год, в Европе – 30 млрд. $/год, в Китае – 20 млрд. $/год, в России – 1,4 мрлд. $/год.

Пылевидные отходы - самая неприятная составляющая для переработки. Фирма «SKF Steel Engineering» (Швеция) разработала и внедрила плазменную установку для восстановления металлов из пыли, собираемой в системах газоочистки. Одежда людей, работающих с радиоактивными веществами, также сжигается в плазменных установках и затем остекловывается для последующего захоронения. Плазменная технология сжигания используется в США, Австралии, Голландии и других странах. Однако она пока не получила широкого распространения из-за достаточно высокой стоимости переработки отходов.

      Кроме стационарных мусоросжигательных заводов и установок, а также взамен спецполигонов, фирмой «Турмалин» (Россия) разработаны универсальные высокопроизводительные комплексы (УВК) для сжигания и обезвреживания отходов в стационарном и контейнерном исполнении. Для переработки нефтезагрязнённых грунтов, отходов бурения, нефтешламов, применяют УВК типа ИН-50 с различным способом сжигания производительностью от 500 до 5000 кг/час. Для уничтожения отходов I-III  класса опасности используют установки типа УВК ИН-50 также различной модификации.

Складирование отходов

Большая часть твёрдых бытовых и промышленных отходов после соответствующей обработки размещается на определённых территориях, называемых свалками или полигонами. Санкционированные свалки - это отведённые властями участки земли для размещения отходов, но не обустроенные в соответствии с нормативными требованиями санитарно-эпидемиологи-ческого надзора и являются временными до постройки завода или полигона, утилизирующего отходы.

Полигон - это природоохранное сооружение для централизованного сбора, обезвреживания и стабилизации отходов, обеспечивающее защиту окружающей среды от загрязнения. Захоронение отходов должно решать две проблемы: во-первых, отходы должны попасть на полигон в нужное время и, во-вторых, храниться там надёжно и долго.

Многие годы общество не очень интересовало, где, куда и как будут захоронены отходы. Ими заполняли лощины, овраги, понижения, карьеры, сбрасывали в водоёмы и другие места. Наиболее опасные отходы захоранивались глубоко под землей или в океане. Со временем появились проблемы с их безопасным размещением, так как в местах складирования отходов не было надёжного покрытия дна, не улавливались утечки, отсутствовал контроль. На месте бывших свалок часто строили жилые дома, что приводило к непоправимым последствиям.

В последние десятилетия неоднократно ужесточались правила захоронений и обустройства свалок, чтобы сделать их безопасными. В результате стоимость захоронения, особенно твёрдых опасных отходов, непомерно выросла. Но при этом конечная судьба опасных отходов в захоронениях остаётся неясной, так как со временем меры защиты, предусмотренные для их изоляции от внешней среды, могут быть разрушены. В подобных случаях произойдет заражение почвы и грунтовых вод, что представляет повышенную опасность для здоровья людей.

Проблему захоронения отходов следует рассматривать с четырёх точек зрения:

1 - необходимости обеспечения безопасности от загрязнения запасов воды для питья и орошения;

2 - восстановления качества грунтовых вод;

3 - обезвреживания тысяч существующих хранилищ, представляющих угрозу окружающей среде;

4 - разработки эффективного способа транспортирования и хранения опасных отходов настоящего и будущего времени.

Захоронение является временным решением по удалению отходов, особенно опасных и токсичных. Существуют два основных типа захоронения: подземное и наземное. Подземные захоронения – шахты, пустоты, скважины, старые нефтяные поля и другие выработки, используемые для размещения опасных и радиоактивных отходов.

Наземные захоронения различных видов используют для размещения ТБО, а также промышленных отходов с точно учтённым небольшим содержанием токсичных компонентов. Существуют различные типы наземных захоронений отходов: отвальный, на склонах, в котлованах, в подземных бункерах. Центры для их захоронения должны иметь:

  · систему приёмки и контроля отходов;

 · агрегаты для обработки  отходов;

  · «альвеолы»-камеры хранения;

· соответствующие меры безопасности, которые, в свою очередь, включают гидроизоляцию для защиты против проникновения воды и фильтрации, систему дренажа и обнаружения утечек, мониторинг грунтовых вод, экологическую совместимость продуктов выщелачивания твёрдых отходов, контроль и удаление несовместимых отходов при приёмке.

Рис. 10.7. Система пересечений между свалкой и экосистемой

     Как только отходы оказались на свалке, возникает ряд проблем биологического, химического и физико-химического характера. Неоднородные отходы реагируют между собой, а также с флорой, фауной и такими естественными реагентами, как вода и воздух. Система пересечений между свалкой и экосистемой представлена на рис.10.7.

В итоге свалка вызывает возникновение новой микроэкосистемы, находящейся внутри данной. При этом в ней происходят следующие процессы:

  · испускание газовых выбросов, сопровождаемое появлением запахов, возможности взрывов и пожаров из-за образования метана;

  · образование жидких фильтратов, которые загрязняют грунтовые воды и геологические слои, некоторая часть фильтратов увлекается газовым потоком в атмосферу;

    · загрязнение окружающей среды за счёт разноса бумаги, мусора и плёнки;

 · размножения грызунов, птиц и других живых организмов, возникновения санитарного риска возможных заболеваний и распространения болезней. Возможны также генетические изменения живых существ под воздействием отходов.

Таким образом, образование свалок сопровождается значительным негативным влиянием на окружающую среду.