Напрямки підвищення екологічної безпеки термічної утилізації твердих побутових відходів

Проблема твердих побутових відходів (ТПВ) є досить гострою для України. Загальноприйнятим методом поводження з небезпечними відходами та ТПВ є зберігання на полігонах та звалищах. За оцінками фахівців, в країнах Євросоюзу щорічно утворюється 24 млн. тон небезпечних відходів, з них 75 % зберігаються на полігонах [1]. При цьому полігонне поховання слід вважати малоефективним для відходів, які можна повторно використати іншими шляхами або утилізувати.

Альтернативним методом поводження є термічний метод утилізації (сміттєспалювання). З огляду на те, що не всі відходи можна використати повторно або переробити, сміттєспалювання є перспективним методом утилізації ТПВ, який дозволяє значно знизити об’єм і масу відходів. Так, маса шлаку, що залишається після спалювання відходів, становить 18-23 % від початкової маси відходів [2]. Особливою перевагою є можливість використання енергії, що утворюється при спалюванні органічних компонентів відходів. Так, на сміттєспалювальних заводах штату Нью-Йорк, в середньому, генерується 0,6 МВт/т відходів [3].
Існує думка, що спалювання сміття є небезпечним для навколишнього середовища, оскільки в атмосферу виділяються діоксини, фурани, біфеніли, інші шкідливі речовини та велика кількість пилу [2]. Сміттєспалювальні заводи вважаються одним з основних джерел утворення діоксинів [4]. Громадська думка про сміттєспалювання є різко негативною.
Метою даної роботи є аналіз сучасних систем спалювання сміття та формулювання напрямків підвищення екологічної безпеки процесу.
У світовій практиці найбільшого розповсюдження набули наступні види термічної утилізації ТПВ: спалювання, газифікація та піроліз. Основні методи термічної утилізації ТПВ наведені у табл. 1 [2,5,6].

Таблиця 1 – Сучасні процеси термічної утилізації ТПВ


Температурний рівень процесу

Принцип процесу та технологічна реалізація

Термічні процеси при температурах нижче температури плавлення шлаку (нижче 1200°С)

Шарове спалювання на валкових (перештовхувальних) решітках або в обертових барабанних печах з примусовим перемішуванням матеріалу

Спалювання в стаціонарному, вихровому або циркуляційному киплячому шарі

Спалювання-газифікація в щільному шарі кускового матеріалу без примусового перемішування та переміщення матеріалу (пароповітряна газифікація)

Термічні процеси при температурах вище температури плавлення шлаку (вище 1200°С)

Спалювання в шарі шлакового розплаву з використанням збагаченого киснем дуття (процес Ванюкова), дуття природним газом (фьюмінг-процес), електрошлакового розплаву.

Спалювання в щільному шарі кускового матеріалу і шлаковому розплаві без примусового перемішування та переміщення матеріалу (доменний процес з використанням підігрітого до 1000 °С повітря)

Процес «Siemens» (піроліз–спалювання пірогазу і відсепарованого вуглецевого залишку з використанням незбагаченого дуття).
Процес «Noell» (піроліз-газифікація: отримання синтез-газу при спільній термообробці пірогазу, мінеральної фракції з використанням збагаченого киснем дуття)

На основі аналізу сучасних та вітчизняних розробок термічної утилізації ТПВ, можна зробити висновок, що всі процеси сміттєспалювання включають наступні складові: система збору, система термічної утилізації та утилізації теплоти, поводження зі шлаком, система газоочищення (рис. 1).
Система збору сміття є простою та ідентичною для всіх методів утилізації ТПВ і звичайно представлена бункером для нагромадження ТПВ та завантажувальним пристроєм.
Центром технологічного процесу спалювання сміття є система термічної утилізації. Тип та конструкція печі (апарату для термічної утилізації) визначає загальну ефективність та екологічну безпеку процесу.


Рис. 1. Блок-схема термічної утилізації ТПВ

Зважаючи на гостроту проблеми ТПВ і загрозу забруднення навколишнього середовища, особливої уваги заслуговує аналіз технологічних процесів сміттєспалювання та очищення відхідних газів. Аналіз існуючих технологій показав, що утворення діоксинів та фуранів відбувається при низьких температурах спалювання відходів (при температурах нижче плавлення шлаку). У процесах, що проходять за температури 1200-1400 °С, токсиканти розкладаються в момент їх утворення, а отже на виході токсичних органічних сполук немає [7]. Таким чином, застосування високотемпературних процесів дозволяє попередити утворення забруднювачів, тобто реалізується активний метод захисту довкілля [3].
Енергія, що утворюється при спалюванні, повинна бути утилізована з отриманням пари чи електроенергії. Такі схеми ефективно впроваджені та функціонують у Китаї та країнах Євросоюзу [7,8].
Системи газоочищення проектують в залежності від типу системи термічної утилізації ТПВ. Вони призначені для видалення пилу, оксидів азоту, кислих газів, ртуті та діоксинів. Обов’язковим є встановлення системи контролю газових викидів. Сучасні системи газоочищення самі по собі не можуть бути гарантом забезпечення екологічної безпеки сміттєспалювання, оскільки жодна з них не забезпечує 100 % видалення токсикантів. Тому важливо забезпечити умови, при яких утворення забруднювачів буде мінімальним. В такому випадку навантаження на систему газоочищення буде меншим, і кількість токсикантів, що надходять у навколишнє середовище, значно скоротиться.
Таким чином, можна виділити кілька напрямків підвищення екологічної безпеки процесу сміттєспалювання:
- вдосконалення системи термічної утилізації, а саме застосування високотемпературних процесів;
- вдосконалення системи утилізація теплоти;
- вдосконалення системи газоочищення;
Приклад схеми газоочищення сміттєспалювального заводу наведений на рис. 2.

Рис. 2. Система газоочищення для термічного методу утилізації ТПВ:
 1 – електрофільтр; 2 – димосмок; 3 – труба Вентурі; 4 – скрубер; 5 – насос; 6 – гідроциклон; 7 – мокрий електрофільтр; 8 – адсорбер з активованим вугіллям; 9 –димова труба; 1.1 – забруднений газ; 1.2 – розчин соди; 1.3 – шлам

В пропонованій схемі є п’ять ступенів очищення відхідних газів, з яких один служить для видалення кислих газів, три – для видалення пилу, і один – для тонкого доочищення.
Димовий газ після печі спалювання надходить в сухий електрофільтр 1 для видалення пилу. Далі димосмоком 2 газ подається у трубу Вентурі 3, де проходить видалення частини пилу. Після цього газ потрапляє в скрубер 4, що зрошується розчином соди для вловлення кислих газів та пилу. Відпрацьований розчин соди подають у гідроциклон 6, де відділяється тверда фаза, а освітлений розчин подають на повторне використання. Гази подають у мокрий електрофільтр 7, в якому проходить остаточне очищення від пилу. Останньою стадією очищення є адсорбер з активованим вугіллям 8, який служить для видалення парів ртуті та органічних речовин (в тому числі діоксинів та фуранів, які можуть утворюватися при порушенні технологічного режиму). Після адсорбера гази викидають в атмосферу. При застосуванні високотемпературного режиму спалювання відхідні гази практично не містять токсичних речовин.
На основі огляду та аналізу новітніх промислових методів термічної утилізації сміття визначено принципи організації та напрямки підвищення екологічної безпеки сміттєспалювання. Запропоновано схему газоочищення для термічної утилізації ТПВ, що дозволяє повністю видалити пил, органічні та неорганічні токсиканти мокрими та сухими методами.

Список літератури
1. Радовенчик В.М., Гомеля М.Д. Тверді відходи: збір, переробка, складування. Навчальний посібник. – Київ: «КОНДОР», 2010. – 551 с.
2. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т. 3.- Калуга, изд. Н.Бочкаревой, 2003.
3. Систер В.Г. Твердые бытовые отходы (сбор, транспорт, обезвреживание): Справочник / В.Г. Систер, А.Н. Мирный, Л.С. Скворцов [и др.]. – М., 2001.
4. Сміття – важлива екологічна проблеми. Шляхи її вирішення. Інформаційний посібник / Під ред. М. М. Скиданюк, Т. Р. Рогів. – С. 59.
5. Кроткова, В.Ф. Термические процессы в технологиях переработки ТБО / В.Ф. Кроткова // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. Обзорная информация. – 1998. – №5.
6. Вайсберг, Л.А. Новые технологии переработки бытовых и промышленных отходов / Л.А. Вайсберг // Вторичные ресурсы. – 2001. – №5-6.
7. Cheng H. Municipal solid waste fueled power generation in China: a case study of waste-to-energy in Changchun city // H. Cheng,Y. Zhang, A. Meng, Q. Li. – Environmental Science and Technology. - 2007. – vol. 41, no. 21. – P. 7509–7515.
8. Grosso M. Efficiency of energy recovery from waste incineration, in the light of the new Waste Framework Directive // M. Grosso, A. Motta, L. Rigamonti / Waste Management. – 2010. – vol. 30, no. 7. – P. 1238-1243.

Напрямки підвищення екологічної безпеки термічної утилізації твердих побутових відходів  [Електронний ресурс]  / [Петрова М.А., Войтович М.О.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/napryamky-pidvyshchennya-ekologichnoyi-bezpeky-termichnoyi-utylizaciyi-tverdyh-pobutovyh

Оцінка: 
0
No votes yet