Ирина Новикова - Туалеты, компосты, утилизация отходов
При сжигании в шлаковом расплаве 1 т бытовых отходов потребляется:
– кислород – 400 м3;
– уголь – 200 кг;
– природный газ – 100 м3.
При повышении температуры увеличивается испарение тугоплавких компонентов, которые при обычном способе сжигания бытовых отходов находятся в твердом состоянии. Для их нейтрализации нужны эффективные очистные сооружения.
При сжигании в шлаковом расплаве выделяется небольшое количество пыли, которая поглощает испаряемую ртуть. Вследствие ртуть выбрасывается в атмосферу.
Метод сжигания бытовых отходов в шлаковом расплаве требует огромных материальных затрат, обладает большой энергоемкостью и не до конца обеспечивает экологическую безопасность.
Плазменная газификацияМетод плазменной газификации бытовых отходов отличается использованием сверхвысоких температур (2000–3200 °C). В процессе газификации бытовые отходы разжижаются и доходят до плазменного состояния.
При переработке мусора (рис. 53) образуется высококалорийный синтез-газ, который используется для производства энергии в виде пара или горячей воды. Образовавшийся шлак применяется для строительных нужд (например, для строительства дорог).
Рис. 53. Схема плазменного способа переработки бытовых отходов: 1 – печь; 2 – циклон; 3 – теплообменники; 4 – компрессор; 5 – рессивер; 6 – электрогенератор; 7 – газотурбинный двигатель; 8 – скруббер; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба; 11 – выход жидкого шлака; 12 – выход жидкого металла.
В процессе газификации происходит окисление бытовых отходов в шлаковом расплаве. Бытовые отходы перерабатываются в шахтной печи. Размер бытового мусора должен быть не больше 40 см, что обеспечивает непрерывность загрузки.
Под воздействием высоких температур происходит разрушение органических компонентов. Неорганические компоненты в процессе плазменной газификации расплавляются. Все летучие вредные вещества удаляются из выделяющихся газов с помощью газоочистных устройств. Образующийся синтез-газ применяется для производства тепла и электроэнергии.
Перед началом процесса плазменной газификации бытовой мусор должен пройти определенную подготовку:
– бытовые отходы необходимо предварительно просушить, для чего нужно дополнительное оборудование;
– бытовой мусор необходимо раздробить до размеров 20–40 см.
Для полного сгорания бытовых отходов (при условии уменьшения образования диоксинов, фуранов и других вредных веществ) нужна многоуровневая система сгорания с периодическим нагревом и охлаждением дымовых газов, которые необходимо предварительно очистить от окислов фтора и хлора.
Метод плазменной газификации, также как и сжигание в шлаковом расплаве, очень энергоемкий. Это дорогостоящий метод утилизации бытовых отходов, который не обеспечивает экологическую безопасность.
Пиролиз
Этот метод считается намного безопаснее сжигания. Пиролиз представляет собой процесс разложения органических соединений под действием высоких температур при отсутствии или недостатке кислорода. В процессе пиролиза (рис. 54) получается газообразное вещество, которое впоследствии используется в энергетике или других отраслях промышленности. Это трудоемкий процесс. Трудности возникают при хранении и транспортировке полученного продукта, а также при регулировании самого процесса.
Рис. 54. Оборудование для пиролиза: 1 – приемная воронка; 2 – затвор; 3 – конденсатор жидких продуктов; 4 – заслонки; 5 – вентилятор; 6 – газоанализатор; 7 – дымосос; 8 – система газоочистки; 9 – сопло подогретого воздуха; 10 – воздухоподогреватель; 11 – водяная ванна; 12 – швельшахта.
Во время процесса пиролиза происходит необратимое химическое изменение составляющих бытовых отходов, в результате чего образуются различные химические соединения. По сравнению с сжиганием мусора во время пиролиза значительно сокращаются выбросы в атмосферу, а следовательно и уменьшается ее загрязнение.
При термическом разложении бытовых отходов происходят следующие процессы:
– сушка;
– сухая перегонка;
– газификация;
– горение остатков.
Количество образовавшихся газообразных, твердых и жидких веществ зависит от начального состава бытовых отходов и от условий, при которых происходит процесс пиролиза.
Процесс пиролиза может протекать с различным температурным уровнем:
– низкотемпературный пиролиз (450–500 °C). Выход газа при таком пиролизе минимален, а количество смол, масел и твердого остатка максимально;
– среднетемпературный пиролиз (500–800 °C). Количество получаемого газа увеличивается, а количество смол и масел уменьшается;
– высокотемпературный пиролиз (свыше 900 °C). Выход газа максимален, выход смол минимален.
На заводах по пиролизу бытовых отходов при температуре 1000 °C утилизируются практически все материальные и энергетические компоненты. Однако технологический процесс при этом очень трудоемкий.
Пиролиз обеспечивает преобразование исходной массы бытовых отходов. Увеличивая температуру, можно увеличить скорость реакции. В слишком высоких температурах нет необходимости, так как при температуре свыше 1000 °C начинается плавление шлаков, что может привести к поломке техники.
Главным элементом пиролизной установки является реактор, который состоит из шахтной печи и швельшахты. Смешивание пиролизных и дымовых газов позволяет избежать система эвакуации газов. В верхнюю часть реактора поступают бытовые отходы, которые спускаются через швельшахту в нижнюю часть реактора. Полученные продукты поступают в конденсатор, где из них выделяется влага и смола. Дымовые газы, пройдя через систему газоочистки, выводятся в атмосферу.
В процессе пиролиза происходит высокоэффективное обезвреживание бытовых отходов, которые впоследствии используют в качестве топлива и сырья для химической промышленности и народного хозяйства.
Переработка бытовых отходов в анаэробных условиях
Посредством переработки бытовых отходов в анаэробных условиях получают горючий газ и органическое удобрение. Выпуская 8000 т бытовых отходов в год, завод обслуживает около 25 тыс. человек.
Бытовые отходы сваливают в приемный бункер, оттуда они через питатель поступают в дробилку. Проходя через ленточный конвейер, измельченные бытовые отходы очищаются от черного металла. Очищенная масса поступает на несколько суток в метантенк, в котором происходит сбраживание органического вещества. Из тонны бытовых отходов выделяется около 170 кг (130 м3) газа, который содержит:
– метан (65 %);
– органическое удобрение (410 кг, влажность 30 %);
– металлолом (50 кг);
– крупный отсев (250 кг);
– газовые потери и фильтрат (120 кг).
Вместе с бытовыми отходами завод перерабатывает сельскохозяйственные отходы и отходы пищевой промышленности.
Брикетирование бытовых отходов
Новый метод в решении проблемы утилизации бытовых отходов – это их брикетирование (рис. 55). Брикетирование давно применяется в промышленности и сельском хозяйстве. Оно представляет собой простейшую и экономичную форму упаковки.
Рис. 55. Оборудование для брикетирования бытовых отходов: 1 – загрузочный бункер-накопитель; 2 – панель управления процессом брикетирования; 3 – непрерывная подача материала с дозатором и транспортным шнеком; 4 – гидравлическое управление для поддержания плотности брикета при смене материала; 5 – камера прессования с двумя компрессорами и сенсорами, контролирующими все параметры для оптимального режима прессования; 6 – компактная конструкция для достижения максимальной стабильности.
В процессе переработки происходит уплотнение бытовых отходов, что приводит к уменьшению их объема. Это, в свою очередь, экономит средства, выделяемые для хранения и транспортировки мусора.
Основным материалом для брикетирования служит бумажное и тряпичное сырье. Технология работы с ним не представляет особой сложности, так как оно гомогенно по составу. Некоторые затруднения возникают при брикетировании коммунальных отходов из-за их неоднородности. Осложняет работу наличие песка, стекла и камня, а также присутствие кислот, растворителей и лаков.
Решение проблемы утилизации бытовых отходов должно сводиться к 3 основным принципам: экономичность, технологичность и экологичность.
Технология брикетирования заключается в следующем: бытовые отходы без предварительной сортировки поступают на специальный пресс, где начинается их уплотнение и автоматическая обвязка проволокой. Брикет имеет форму параллелепипеда размером примерно 1100 х 1100 х 2000 мм и весом около 2500 кг.
При поступлении на полигон брикеты обычно складываются рядами по 5 блоков высотой 5,5 м и засыпаются 20-сантиметровым слоем земли. Плотность бытовых отходов в брикетах высокая, провалы или серьезные деформации не наблюдаются. Прессовочные станции могут располагаться и на полигонах, и в пределах города.
