Сжигание бытового мусора. Сжигание отходов. Печь из кирпича

Материалы, которые принимают на полигонах:

• Бытовые отходы жилых домов, учреждений, предприятий, занимающихся торговлей пром- и продтоваров.
• Отходы строительных организаций, которые могут быть приравнены к твердым бытовым отходам.
• Могут приниматься промышленные отходы 4 класса опасности, если их количество не превышает третьей части принимаемого мусора.

Отходы, ввоз которых запрещен на полигон:

• Строительный мусор 4 класса опасности, который содержит асбест, золу, шлаки.
• Промышленный мусор 1, 2, 3 класса опасности.
• Радиоактивные отходы.
• Полигоны устраиваются согласно строгим санитарным нормам и только на тех участках, где риск заражения человека бактериями через воздушное или водное пространство сводится к минимуму. Занимаемая площадь рассчитана примерно на 20 лет.

Компостирование

Этот метод переработки знаком огородникам, которые для удобрения растений применяют перегнившие органические материалы. Компостирование отходов - метод утилизации, основанный на естественном разложении органических материалов.

Сегодня известен способ компостирования даже неотсортированного потока бытовых отходов.

Из мусора вполне реально получить компост, который впоследствии мог бы использоваться в сельском хозяйстве. В СССР было построено множество заводов, но прекратили они функционировать из-за большого количества тяжелых металлов в мусоре.

Сегодня технологии компостирования в России сводятся к сбраживанию неотсортированного мусора в биореакторах.

Полученный продукт нельзя использовать в сельском хозяйстве, поэтому он находит применение тут же, на свалках - им покрывают отходы.

Этот метод утилизации считается эффективным при условии, что завод оснащен высокотехнологичным оборудованием. Из отходов вначале удаляют металлы, аккумуляторы, а также пластик.

Преимущества мусоросжигания:

• меньше неприятных запахов;
• уменьшается количество вредных бактерий, выбросов;
• полученная масса не привлекает грызунов и птиц;
• есть возможность при сжигании получать энергию (тепловую и электрическую).

Недостатки:

• дорогостоящее строительство и эксплуатация мусоросжигательных заводов;
• строительство занимает не менее 5 лет;
• при сжигании отходов в атмосферу попадают вредные вещества;
• зола от мусоросжигания токсична и не может храниться на обычных свалках. Для этого нужны специальные хранилища.

По причине нехватки городских бюджетов, несогласованности с мусороперерабатывающими компаниями и по другим причинам в России пока не налажено производство мусоросжигающих заводов.

Пиролиз, его виды и преимущества

Пиролизом называют сжигание мусора в специальных камерах, препятствующих доступу кислорода . Есть два вида :

• Высокотемпературный - температура сжигания в печи свыше 900°С.
• Низкотемпературный - от 450 до 900°С.

При сравнении обычного сжигания как метода утилизации мусора и низкотемпературного пиролиза можно выделить следующие преимущества второго способа:

• получение пиролизных масел, которые впоследствии используют при производстве пластмасс;
• выделение пиролизного газа, который получают в достаточном количестве для обеспечения производства энергоносителей;
• выделяется минимальное количество вредных веществ;
• установки для пиролиза перерабатывают почти все виды бытовых отходов, но мусор предварительно должен быть отсортирован.

Высокотемпературный пиролиз в свою очередь имеет достоинства перед низкотемпературным:

• не требуется сортировать отходы;
• масса зольного остатка значительно меньше, и его можно использовать в промышленных и строительных целях;
• при температуре горения свыше 900°С разлагаются опасные вещества, не попадая в окружающую среду;
• полученные пиролизные масла не требуют очистки, так как они имеют достаточную степень чистоты.

Преимущества есть у каждого из методов переработки мусора, но все упирается в стоимость установок: чем эффективнее и выгоднее метод утилизации, тем дороже его установка и длиннее срок окупаемости. Несмотря на эти недостатки, государство стремится реализовать проекты по эффективной и безопасной переработке мусора, понимая: за этими технологиями будущее.

Новая Россия в полной мере унаследовала от СССР ресурсно-экологическое неблагополучие в обращении с промышленными и бытовыми отходами, накопление которых приобрело лавинообразный и необратимый характер.

Рябов Юрий Васильевич
известный технолог-обогатитель, старший научный сотрудник, кандидат технических наук. Выпускник Фрейбергской горной академии (Германия).
В институте горно-химического сырья (ГИГХС Минхимпрома СССР) разрабатывал схемы обогащения различных видов горнохимического сырья (фосфатного, серного, борного и др.). Неоднократно оказывал научно-техническое содействие в организации его переработки за рубежом (Сирия, Египет, Тунис, Вьетнам,
Финляндия)

Все отходы, как было показано нами ранее в информационно-аналитических обзорах, представляют собой материальную базу промышленных производств, инновационно-технологический потенциал и в то же время источник медико-экологической опасности для среды обитания. Однако, если сложный поликомпонентный состав различных видов промышленных отходов ГПК, ХМК и ТЭК требует их специального изучения и оценки для выбора направлений и технологий их переработки, то твердые бытовые отходы (ТБО) представляют собой вторичное сырье, готовое к употреблению при условиях изначального сбора и сортировки. Очевидно, что несоблюдение этих условий приводит к необходимости захоронения или утилизации как накапливаемых (текущих) ТБО, так и лежалых. При сложившемся обращении с отходами в значительной мере утрачивается потребительская ценность различных видов вторичного сырья, но не устраняются экологические риски его хранения и процессов утилизации, среди которых преобладает сжигание. В нашей стране сложились устойчивые представления о том, что вовлечению техногенных ресурсов, включая вторичное сырье, в промышленное использование препятствует отсутствие необходимых технологий. К сожалению, новейшие отечественные технологии прикладной академической науки остаются невостребованными бизнесом и органами власти всех уровней.

В Объединенном институте высоких температур РАН только в последние 10–15 лет разработаны инновационные технологии 100%-ной переработки зольных отходов углесжигания на ТЭС, глубокой очистки промстоков различных специализированных предприятий с использованием нового эффективного реагента - флококоагулянта АСР, герметизации и консервирования с его применением лежалых тонкодисперсных отходов, включая высокотоксичные, и т. д. В ОИВТ РАН сосредоточен научно-методический опыт и возможности организации комплексного ресурсно-экологического картирования, изучения и оценки различных видов техногенных ресурсов, в том числе - на содержащиеся в них особо ценные (редкие и благородные) и экологически лимитируемые токсичные компоненты (Be, Hg, As, Cd, Tl и др.).

Портфель российских технологических разработок вполне достаточен для ускоренного программно-целевого решения актуальных задач их реализации в целях очистки территорий землепользования от складируемых отходов производства и потребления и тем самым устранения одной из главных причин эндемической экологически обусловленной заболеваемости и преждевременной смертности населения.
При этом авторы не исключают необходимость привлечения к решению рассматриваемых задач зарубежных технологий и опыта как успешной ликвидации негативных экологических последствий промышленной и бытовой деятельности, так и их предупреждения с использованием наилучших доступных технологий (НДТ). В связи с этим информационной основой нашей публикации явились появившиеся в последнее время материалы специалистов в области организации рециклинга, то есть промышленной переработки и использования вторичного сырья. Подобный сравнительный анализ отечественных и зарубежных разработок представляется необходимым для радикального решения проблемы переработки ТБО в нашей стране.
Пока же из реальных действий стоит отметить только личную инициативу Президента РФ по ликвидации накопленных и брошенных военными на Арктическом побережье свалок металлолома, включая бочки с неиспользованными горюче-смазочными материалами.

Российская панацея: все в землю
Необъятные просторы нашей страны, традиционная специфика менталитета населения, отсутствие необходимой и внятной государственной политики в совершенствовании систем обращения с отходами производства и потребления, включая радикальное совершенствование нормативно-законодательной базы, обусловили преимущественное захоронение ТБО на свалках-полигонах как в СССР, так и в новой России. К середине 90-х годов их количество превысило 35 тысяч. При этом ежегодные объемы ТБО, учтенные при вывозе из городов, составили 35 млн т, то есть 260 кг/чел. в год. Всего на учтенных полигонах и свалках в России сейчас накоплено более 65 млрд м3 ТБО с ежегодными поступлениями с середины 2000-х годов около 200 млн м3 и темпах роста 2% в год, что требует увеличения площадей для захоронения на 2,5–4%.
Согласно оценкам специалистов Минприроды и экологии РФ, в России насчитывается 110 тысяч несанкционированных свалок, учет, оценка и ликвидация которых представляют собой самостоятельную проблему. В период 2011–2014 годов силами Минприроды РФ ликвидировано 54 тысячи таких нелегальных свалок, что явно недостаточно, учитывая непрерывный рост их количества. Согласно оценкам Счетной палаты, количество функционирующих в стране МСЗ и МПЗ должно быть утроено, то есть речь идет о создании индустрии переработки как бытовых, так и промышленных отходов. Поэтому задачи экологизации действующих производств и коммунального хозяйства требуют и их одновременной коммерциализации за счет использования наилучших доступных технологий ликвидации как текущих, так и лежалых отходов.
В советское время существовали организованный сбор и система потребления макулатуры, текстиля, пищевых отходов и металлолома. В настоящее время подобные инициативы принадлежат единичным частным малым эколого-технологическим предприятиям (МЭТП) в некоторых крупных городах (Москва, Чебоксары, Вологда, Мурманск и др.), деятельность которых носит локальный характер и не объединена в какую-либо систему. Более того, в СМИ сложилось необоснованное мнение о неприменимости в российской действительности систем раздельного сбора мусора и переработки бытовых отходов, которое не опровергается должным образом природоохранными органами, в том числе примерами зарубежных промышленно-развитых стран (Германии, Японии, США и др.).

Многие полигоны и свалки ТБО созданы и эксплуатируются без надлежащего контроля муниципальных и природоохранных органов, с серьезными технологическими нарушениями и за пределами сроков эксплуатации, предусмотренных проектами, в том числе в Мурманске, Владимире (до 2000 г.) и других городах. Крупные мегаполисы расширяют зоны вывоза и захоронения своих ТБО за счет соседних административных территорий, тем самым сокращая их рекреационный потенциал. В частности, только вокруг Москвы на сегодняшний день существует более 100 официальных полигонов и свалок (причем только в ближайшем Подмосковье - более 10), а существующие мусоросжигательные заводы не справляются с накопленными объемами ТБО. Объемы ежегодного вывоза ТБО только в Пушкинском районе составляют ≥360 тыс. т. Кроме того, в Московской области необратимо возрастает количество собственных промышленных и бытовых отходов, а также несанкционированных свалок, в том числе обогащенных элементами-токсикантами 1-го класса опасности - ртутью, свинцом, кадмием и другими, а также радиоактивными элементами и высокотоксичной хлорорганикой (ПВХ и др.). Все эти свалки, не оборудованные в соответствии с передовым зарубежным опытом геомембранными системами гидроизоляции, дренажа и аккумуляции сточных вод и биогаза (метана), образующегося за счет разложения биомассы, представляют собой опасные очаги распространения экологического неблагополучия - от химического и бактериального загрязнения окружающей среды и прежде всего грунтовых вод до скоплений бродячих собак, крыс. Кроме того, захороненный мусор склонен к самовозгоранию, ликвидация которого представляется не менее затруднительной, чем пожаров на торфяниках. Создание, обустройство и содержание свалок, а также отводы под них земель тяжелым бременем ложатся как на бюджеты муниципальных образований, так и мегаполисов: захоронение 1 т мусора в развивающихся странах стоит 20–60 долл., а в промышленно развитых обходится еще дороже.
В ОИВТ РАН разработан радикальный способ объемной герметизации полигонов (свалок) ТБО. В этих целях предложено использовать способность нового эффективного алюмосиликатного реагента (АСР) - флококоагулянта - превращаться из золь-раствора в гель и твердый коллоид с полимерно-матричной структурой в течение 1–50 часов. Разработаны технологии непрерывного приготовления АСР и закачки его в тело полигона-свалки ТБО по сети буровых скважин. При этом реагент вытесняет воду из всего объема обработанного им хранилища ТБО благодаря своей большей плотности. Дальнейшее твердение АСР превращает ТБО в монолит, то есть обеспечивает надежную герметизацию полигона-свалки и изолирование его от любых внешних воздействий. Одновременно достигается исключение внутренних возгораний ТБО и каких-либо водных сбросов или фильтратов на рельеф. В ОИВТ создана установка для приготовления АСР и модель-аквариум для наглядной демонстрации процесса объемной герметизации эталона ТБО. Разработка в середине 2000-х годов была предложена для внедрения при обсуждении вариантов обезвреживания городских свалок в Сочи и Кузнецке, где инновационному техническому решению проблемы надежного захоронения ТБО предпочли традиционные инженерно-строительные решения. В настоящее время авторы рекомендуют использовать эти разработки для надежной изоляции от среды обитания полигонов-свалок ТБО в Московском регионе.
В зарубежном мире, в отличие от России, в качестве альтернативы захоронению ТБО широкое распространение получили промышленное мусоросжигание, раздельный сбор, сортировка и переработка городских отходов, то есть их рециклинг. Общее количество таких комплексных термических предприятий в мире составило в 1996 году 2400, а к 2005 году - 2800. Ведущая роль в их создании и техническом совершенствовании принадлежит Германии как лидеру природоохранных технологий (21%) и родине рециклинга, который в 1990-х годах осуществлялся там более чем на 160 заводах. В Японии количество подобных предприятий в те же годы составляло 49. В результате умелого сочетания целенаправленной государственной политики и интересов частных предпринимателей в Японии перерабатывается и уничтожается на МПЗ до 75% ТБО и лишь 25% захоранивается. В Германии и Голландии до 50% ТБО перерабатывается и уничтожается на термических предприятиях, во Франции - 40%, в Испании и США - 30–35%, в Италии, Канаде, Польше - от 10 до 30%. При этом стоимость термической обработки мусора на промышленных предприятиях развивающихся стран составляет 150–200 долл./т, а в промышленно развитых - значительно выше. Тем не менее суммарная экономическая эффективность, а также соответствие национальным и международным требованиям экологической безопасности обусловили преимущественное развитие промышленной мусоропереработки и сжигания относительно уходящего в прошлое захоронения ТБО на полигонах и свалках. Основным принципом глобальной программы ООН провозглашено превентивное «подавление» отходов производства и потребления, включая ТБО и выбросы, путем применения новых технологических процессов, сберегающих природные ресурсы, позволяющих использовать вторичное сырье и материалы и тем самым обеспечивающих ресурсно- и энергосбережение и экологическую безопасность. В соответствии с этой программой Франция и Голландия уменьшили объемы захоронения ТБО в период с 1998 по 2000 год с 50 до 7%, при этом доля мусоросжигания во Франции возрастала с 40 до 65%, а в Голлан-дии - с 10 до 20% при увеличении объемов вторичного использования и переработки (рециклинга) полезных компонентов ТБО с 50 до 70%.

От рудоразборного стола агриколы - к ленточному конвейру
Одной из основных операций в технологиях утилизации твердых бытовых отходов в России и многих странах остается ручная сортировка. Идея этой технологии появилась в свое время при ручной рудоразборке. На рисунке первого признанного европейского геолога, горняка, металлурга Георгия Агриколы показана идея этой технологии: с неподвижного стола, на котором находится рудная масса, одетые в кожаные фартуки средневековые работники отбирают полезные минералы. В лотках полезные и бесполезные компоненты переправляются в деревянные бочки (контейнеры).

Эта технология, рассчитанная на цветовое зрение и резвость сортировщиков (Klauber, нем. - «Крохобор»), осуществлена в настоящее время на движущихся ленточных конвейерах многих мусороперерабатывающих комплексов России (их насчитывается на сегодня свыше 250). Отличие современной сортировочной ленты от гравюры Агриколы заключается только в ее подвижности и в использовании вместо деревянных бадей пластиковых контейнеров. Составляющими элементами при ручной сортировке на неподвижном столе Агриколы или на движущемся со скоростью не более 0,5 м/сек современном конвейере были и остаются визуальная оценка компонентов, их классификация, разделение и выборка.
Несмотря на создание комфортных условий для сортировщиков ТБО, которые позволяют им отбирать и отправлять в контейнеры до полутонны бумаги, до 800 кг стеклотары, 280 кг пластика, 55 кг алюминиевых банок в час, ручная сортировка представляется в известной степени анахронизмом для крупных МПЗ, но незаменима для малых и средних МЭТП. Она позволяет решать две взаимосвязанные задачи - экономическую и экологическую: селективной переработки составляющих ТБО с получением вторичных материалов и изъятия из несортированной массы, подлежащей термической обработке на МСЗ и МПЗ, особо токсичных компонентов, к которым относятся ртуть (люминесцентные лампы), свинец (аккумуляторы), кадмий (аккумуляторы, батарейки и пластмассы) и другие элементы трех классов опасности, а также хлорорганические соединения, в основном связанные с полимерными материалами 1-го класса опасности. Раздельный сбор ТБО по видам от городского населения, учреждений и предприятий давно и широко практикуется в Германии, США, Франции и других промышленно развитых странах, включая бывший СССР, обеспечивая высокое качество получаемых из них материалов. Однако при этом пока в переработку вовлекается не более 15–20% общей массы ТБО. Механизированное обогащение и сортировка ТБО, поступающих на термические предприятия для переработки и сжигания в объемах от 100–250 тыс. т до 0,5–1,0 млн т в год, значительно продуктивнее, но не обеспечивает необходимой чистоты выделяемого вторсырья и, следовательно, качества получаемых из него вторичных материалов. При этом возможны оптимальные варианты сочетания ручной сортировки ТБО (после предварительной сушки) на конвейерной ленте «до печи» с их механизированной сортировкой, и «после печи» для дробления и разделения шлака и золы с выделением фракций черных и цветных металлов.
Предварительная сортировка ТБО с удалением и вывозом на полигоны негорючих материалов уменьшает при их термической обработке выбросы ртути на 76%, мышьяка - на 72%, свинца - на 41%, а КПД сгорания, напротив, повышает на 22%.

Аэросепарация - один из самых дешевых способов сортировки ТБО
Удалось ли человечеству за почти 500 лет придумать что-то, позволяющее уйти от этого трудоемкого, всё еще живущего примитива? Ответ можно считать положительным. Аэросепарация - это разделение бытовых отходов в восходящем потоке воздуха. Существует множество конструкций аэросепараторов, учитывающих морфологию, материальный и гранулометрический состав ТБО.
В легкой фракции аэросепарации большой практический интерес представляет смесь полиэтиленовых (ПЭТ) и полихлорвиниловых (ПВХ) пластиков. Важно это и с экологической точки зрения. Если отправить органическую часть на сжигание, то выделение хлора при сжигании смеси пластиков приведет к превышению его содержания в отходящих газах. Предложен флотационный способ разделения ПЭТ и ПВХ. Измельченная смесь пластиков обрабатывается депрессором quebraccho или arabic gun и при подаче вспенивателя pain oil подается во флотационную камеру. При подаче в камеру воздуха частицы, содержащие ПВХ, всплывают в пену, тем самым отделяясь от ПЭТ. Однако более интересным представляется сухой способ разделения этих пластиков электросепарацией, который технологически и экономически хорошо сочетается с аэросепарацией. Целью этой операции является снижение содержания ПВХ с 0,1 до 0,004%. Измельченная смесь пластиков поступает в трибокамеру, где при взаимном трении частицы ПЭТ и ПВХ получают различные электрические заряды. В электросепараторе EKS фирмы Hamos GmbH (Германия), имеющем два плоских пластинчатых электрода, в поле высокой напряженности положительно заряженные частицы ПЭТ притягиваются к отрицательному электроду, отдают ему свой заряд и выделяются из аппарата в виде готового продукта.

Если сжигать, то как?
Одним из самых древних способов переработки отходов, который используется и сегодня как на бытовом уровне, так и в промышленных масштабах, является их сжигание. Но при сжигании бытовых отходов, содержащих значительное количество полиэтиленовой упаковки, особенно экологически вредной ПВХ, выделяется большое количеств диоксинов и фуранов, являющихся канцерогенами. Бороться с этой опасностью можно, организовав в печи эффективный режим сжигания и установив достаточное количество ступеней очистки отходящих газов. В Европе эта задача, в принципе, решена. В европейском сообществе насчитывается более 400 заводов, сжигающих около 59 млн т ТБО в год, которые вырабатывают 22 млрд кВт/час энергии в год для энергоснабжения самих заводов и городов. При этом решается задача переработки токсичных золошлаков от сжигания ТБО. В 1996 году на 51 мусоросжигательном заводе (МСЗ) в Германии было сожжено 11 млн т ТБО. При этом образовалось до 3 млн т шлакозольных отходов (ШЗО), из которых 70% были подвергнуты обогащению. Эти ШЗО содержали от 50 до 90% минеральных фракций, от 1 до 5% углерода и 9–10% металлов.
Количество МСЗ в Германии возросло с 70 в 2007 году и до 85 в 2013 году, то есть более чем на 20%. Там же используются технологии, альтернативные сжиганию: сортировка, механобиологическая переработка с последующей ферментацией или компостированием биологической части ТБО и т. д. Тем не менее распространено мнение, что сжиганию ТБО нет альтернативы. Частичная замена природного топлива (газа, нефти, угля), содержание в котором вредных примесей выше, чем в ТБО, бытовыми отходами является, по мнению авторов, экологически предпочтительным.
В последние годы в разных странах мира был выполнен большой объем научно-технических исследований и практических работ по созданию теплоэлектростанций, использующих в качестве топлива бытовые отходы. Существуют конструкции камер сгорания, системы очистки отходящих газов, которые позволяют достичь энергетической и экологической эффективности процесса сжигания ТБО и производства из них электро-энергии, не уступающих мировому уровню. Концерн Fisia Babkok Environment GmbH разработал и сдал в эксплуатацию МСЗ производительностью 360 тыс. т ТБО в год. При этом на предприятии обеспечиваются уровни выбросов в атмосферу вредных газов, в том числе диоксинов и фуранов, на порядок ниже ПДК, а извлекаемые из шлаков металлы могут быть реализованы на сумму 4 млн евро в год. Указывается, что удельные капитальные и эксплуатационные затраты с гарантией высоких экологических показателей существенно ниже, чем на действующих установках по переработке ТБО. Концерн готов поставить десятки установок в РФ и организовать утилизацию ТБО.
В России из 35–40 млн т ТБО, образующихся ежегодно, только 4–5% подвергаются переработке. Остальные отправляются на депонирование, проще говоря, - на захоронение, как и в далекие времена. Суммарная мощность семи наиболее крупных российских МСЗ составляет около 1 млн т в год. В Москве три МСЗ, еще четыре более или менее мощных МСЗ работают во Владивостоке, Череповце, Пятигорске и Мурманске.
На ряде МСЗ ТБО подвергаются ручной сортировке на ленточном конвейере, что позволяет, например, на МСЗ № 4 в Москве при переработке 275 тыс. т ТБО получать 10 тыс. т бумаги и картона, 4 тыс. т пластика, 3 тыс. т стекла, 7 тыс. т черных и 1 тыс. т цветных металлов. Отходы после сортировки поступают на сжигание. Образовавшийся после сжигания шлак используется в дорожном строительстве, а зола обрабатывается реагентами-отвердителями, после чего она депонируется. Однако сортировку отходов перед сжиганием используют не все МСЗ. Выделение пластиков из потока перед сжиганием считают невыгодным, так как поступающий на сжигание материал должен иметь определенную калорийность, чтобы производство пара и электроэнергии было экономичным.
При этом получается так, что мусоросжигательные заводы, предназначенные для решения экологических проблем, в то же время сжигают пластики, включая ПВХ, которые являются основным источником высокотоксичных диоксинов и фуранов. Многие МСЗ находятся в длительной эксплуатации и используют устаревшие технологии, особенно ущербные с точки зрения очистки отходящих газов. В качестве положительного примера решения проблемы снижения концентрации вредных веществ в отходящих после сжигания газов можно привести МСЗ № 3 в Москве. Завод был сдан в эксплуатацию в 1984 году. В 2012 году он был реконструирован при участии инвестора - австрийского концерна ENV AG - для достижения производительности 360 тыс. т ТБО в год. Благодаря использованию топочной камеры новой конструкции удалось обеспечить практически полное сгорание отходов с недожогом не более 1%. Трехступенчатая очистка дымовых газов обеспечивает уровень концентрации загрязняющих веществ менее 60% от ПДК, а содержание особо вредных диоксинов и фуранов не превышает 45% от ПДК. Магнитная сепарация золошлаковых отходов обеспечивает получение до 5 тыс. т черного металла, реализация которого пополняет доход завода.
Несмотря на заверения сторонников технологии сжигания бытовых отходов в ее экологичности, в стране существует широкое общественное движение против строительства МСЗ в Москве, Санкт-Петербурге и в других населенных пунктах. Дело доходит до того, что протестующие приковывают себя цепями к ограде мест, где планируется возведение таких, с точки зрения жителей, губительных для человека производств.
Изначально мусоросжигание рассматривалось как альтернатива захоронению ТБО. В бывшем СССР действовало 10 МСЗ, в том числе - 3 в Москве и по одному - в Мурманске, Нижнем Новгороде, Владивостоке, Череповце и других городах. Все они оказались энергоемкими и не производящими никакой продукции, кроме пара за счет тепловой энергии, то есть убыточными и дотационными. Стоимость утилизации на МСЗ 1 т ТБО составляет сейчас 220–240 руб./т, что дороже всех остальных способов переработки, и тем более - захоронения мусора. В настоящее время эти МСЗ либо остановлены и реконструируются в мусороперерабатывающие заводы - МПЗ (Москва), либо продолжают работать по прежней схеме (Мурманск), представляя собой в отличие от свалок активные и экологически опасные источники загрязнения окружающей среды. Мусоросжигательные заводы были построены в начале 1980-х годов. Их оборудование, преимущественно чешское (фирмы «Дукла»), морально и технологически устарело и не обеспечивает как высокую температуру сжигания мусора (более 1300 ˚С), необходимую для разложения высокотоксичной органики (диоксинов, фуранов и др.), так и многостадийную очистку отходящих газов (6 тыс. м3 на 1 т ТБО), принятую в настоящее время за рубежом. У нас мусоросжигание происходит в одну стадию, за рубежом - в 5–6. Нормирование выбросов на российских МСЗ производится по ограниченному количеству ингредиентов загрязнения.

Результаты специальных исследований СЗ НТЦ «Экология и ресурсы» деятельности Мурманского завода ТО ТБО в 1997–98 годах свидетельствуют о комплексном и крайне опасном воздействии предприятия на окружающую среду в Северном районе Мурманска, занимающем порядка 30% площади города. В зольных уносах, шлаках и лежалых шлакозольных отходах обнаружены высокие концентрации целого ряда тяжелых металлов всех трех классов опасности, причем наиболее значительные превышения над ПДК, нормированными для почв, установлены для свинца и цинка (до 100–150 раз), кадмия (100–1300 раз), сурьмы, меди, хрома (от 3 до 30 раз) и ванадия (1,3–7 раз). Относительно общесанитарного показателя вредности эти концентрации превышают нормативы по меди в 200–300 раз, по цинку и свинцу в 80–100 раз, по ванадию в 1,3–6,7 раза. В сточных водах МСЗ после промывки шлака установлены превышения ПДК для хозяйственно-бытовой канализации концентрациями Cr, Ni, Cu, нефтепродуктов, фенолов, диоксида азота, хлора и сульфат-иона. Как известно, присутствие фенолов и хлора в сточных водах обусловливает образование в них диоксинов, прежде всего характерных для газопылевых выбросов МСЗ, где их концентратором является летучая зола. В промывочных водах Мурманского завода ТО ТБО были установлены концентрации ртути, превышающие ПДК в 8 раз, кадмия и свинца в 2–4 раза, цинка и меди в 148–165 раз, железа, никеля и кобальта в 5–10 раз.
В течение десятилетий Мурманский завод ТО ТБО, сжигавший ежегодно 100 тыс. т ТБО, помимо загрязнения атмосферного воздуха в городе, практиковал отсыпку шлакозольными смесями различных стройплощадок и прежде всего гаражей, официальный вывоз этих смесей на городскую свалку и, наконец, несанкционированный вывоз в зеленую зону с отсыпкой в верховьях малых рек, дренирующих городскую застройку и впадающих в Кольский залив. Неоднократные попытки администрации г. Мурманска, продавшей в свое время свою долю акций частным владельцам завода, приостановить его экологически опасную деятельность, встречали сопротивление хозяев предприятия и лавинообразный рост числа несанкционированных свалок.

Рециклинг ТБО за рубежом и в России
Согласно зарубежному опыту, не менее 25–30% мусора в случае его предварительной сортировки подлежат рециклингу, то есть вторичной переработке с получением различных ценных материалов и изделий. Так, например, переработка 1 т макулатуры экономит 3,5 м3 древесины, 6,3–14,6 ГДж тепла, 300–800 кВт/час электроэнергии и уменьшает загрязнение окружающей среды. В Германии девиз «Здесь благодарят за мусор» стал одним из стимулов замены природной древесины, импортируемой из Скандинавии, вторичным упаковочным сырьем. Там же для ежегодного производства 10 млрд упаковочных пакетов расходуется более 0,2 млн т картонного материала, то есть по 2,5 кг на каждого жителя. В течение двух лет после постановления правительства об упаковке из вторсырья вывоз мусора на свалки сократился на 15%. На сортировочной ленте выбирается до 95% картонной упаковки. Предприятия по утилизации вторсырья оснащаются компьютерами, инфракрасными определителями металла, вибросепараторами и другими механическими, оптическими и электронными приборами.
В России объемы ШЗО мусоросжигательных заводов составляют порядка 30% от исходной массы ТБО. Согласно расчетам по результатам опытного фракционирования ШЗО на московских МСЗ, за счет переработки всего объема ТБО (2,5 млн т/год) может быть получено: стеклокерамической массы - 123,7 тыс. т, железного лома - 33 тыс. т, алюминия - 3,95 тыс. т, меди -
1,7 тыс. т, магнитного и шлакового песка - 371,2 тыс. т. Концентрат тяжелых металлов содержит 37% меди, 12,6% цинка, 4,3% свинца и соответствует по качеству вторсырью меди класса Г сорта 1 (ГОСТ 1639-78). Содержание алюминия в легкой фракции (после додрабливания) составляет 50–60%, что соответствует требованиям того же ГОСТа к сырью для производства вторичного алюминия. Все операции по переработке ШЗО выполняются на простом оборудовании (пресс для лома черных металлов, дробилка, виброгрохот, магнитный сепаратор, отсадочная машина). В результате исключается необходимость вывоза, складирования или захоронения объемных шлакозольных отходов, создается еще одно направление малого экологического предпринимательства и соблюдаются требования экологической и санитарной безопасности в обращении с отходами МСЗ и МПЗ.
Следует отметить, что все отечественные разработки промышленной технологии переработки мусора, предложенные в последние 25 лет, остались нереализованными. В известной степени это было обусловлено заимствованием разработчиками технологий мусоросжигания из собственной сферы деятельности - металлургической (домна), энергетической (котел электростанций), оборонной и других, не учитывающих специфику термообработки ТБО и не подтвержденных пока экспериментально. С другой стороны, при использовании зарубежных технологий не учитывалась специфика состава и состояния российских ТБО, которые существенно отличаются от западных стандартов несортированностью, высокой влажностью, низкой теплопроводностью, высокой зольностью (до 30%) и т. д. Нередко согласие западных партнеров предоставить кредиты на создание МПЗ в России сопровождалось условиями ввоза и сжигания на них зарубежных отходов. Отечественные проекты строительства предприятий по переработке мусора предусматривают окупаемость затрат в течение 3,5–5 лет при удельном показателе капиталовложений на 1 тонну ТБО около 190,3 долл. За рубежом этот показатель значительно выше: в Нидерландах - 417 долл., в США - 450 долл., в Германии - 715 долл. Стоимость западных проектов МПЗ, как правило, превышает финансовые возможности регионов России за исключением Москвы, где создана городская сеть мусороперегрузочных станций; с использованием зарубежных технологий и техники осуществляется прессование мусора в брикеты, что позволяет уменьшать объем вывозимых на загородные свалки (в Икшу, Хметьево и др.) ТБО до четырех раз, обеспечивать максимальную загрузку мусоропроводов и тем самым экономить средства на автотранспорте и объемах захоронения мусора.
С целью реализации такой политики в Москве были созданы ГУП «Экопром» и МГУП «Промотходы», причем последнее объединило в Ассоциацию «Вторэкоиндустрия» 16 коммерческих организаций, занятых селективным сбором и переработкой вторсырья, преимущественно промышленных предприятий и нежилого сектора с использованием отечественных технологий и оборудования. Особое внимание уделяется восстановлению утраченного в 1990-х годах рынка сбора и вторичного использования макулатуры. Заготовки ее в Москве для вторичного использования тогда составляли 350 тыс. т, в Московской области -75 тыс. т. Эта макулатура вывозилась для переработки в города Ступино и Серпухов на бумажные фабрики (2–4%), а остальной объем - в Ленинград, Рязань, Муром и другие города из-за отсутствия подобных производств в Москве. На 52 предприятиях с использованием макулатуры (от 20 до 100% загрузки) производилось 50 видов бумаги и картона. Как известно, целевой сбор макулатуры был организован централизованно по всей стране.
В 2000-е годы в Москве был создан целый ряд частных фирм по переработке вторичного сырья: макулатуры, ртутных ламп, свинцовых аккумуляторов, гальваношламов и гальваностоков, автомобильных шин и др. Кроме того, на городских стройплощадках и несанкционированных свалках обнаруживаются многочисленные участки радиоактивного загрязнения: ежегодно НПО «Радон» выявляет 10–15 таких участков при рытье котлованов по всему городу.
Несмотря на солидные капиталовложения (сотни млн долл.) в строительство и реконструкцию объектов по утилизации и переработке мусора в Москве, до сих пор на полигоны и свалки Московской области приходится вывозить и захоранивать до 90% городских отходов. Проблема усугубляется ежегодным образованием в Москве еще 6 млн т промышленных отходов и более 1 млн т иловых осадков очистных сооружений, загрязненных тяжелыми металлами и токсичной органикой, накопление которых составляет десятки миллионов кубических метров.
В ограниченных объемах (до 10%) переработка ТБО осуществляется в Нижнем Новгороде, Уфе и Санкт-Петербурге. Примечательно, что в последнем случае используется биотермическая технология, в основу которой заложен принцип превращения органической части ТБО, составляющей порядка 40–50% (пищевые отходы, древесина, макулатура и др.), в компост с удалением, пиролизной обработкой и захоронением некомпостируемых составляющих. Однако высокие содержания в компосте неустраняемых тяжелых металлов и других токсикантов резко ограничили возможности сельскохозяйственного использования такого компоста, так же как и иловых осадков городских очистных сооружений.
Согласно богатому зарубежному опыту и отечественным разработкам энтузиастов, любая биомасса при определенных условиях может быть переработана в биогаз (метан), который в изобилии выделяется при разложении ТБО на полигонах и свалках, при складировании компоста и навоза и т. д. Биогаз может быть получен как на малогабаритных установках для автономного тепло- и энергосбережения в городских и сельских условиях, так и на крупных заводах, расположенных на полигонах и свалках ТБО. Мировым лидером в создании и широком использовании биоэнергетических установок является Китай, где работает около 5 млн домашних биогазовых установок, производящих более 1 млрд м3 газа в год для 20 млн человек. До 0,5 млн биоэнергетических установок (БЭУ) используется в Индии, сотнями исчисляется их количество в Японии, странах Европы и Америки.
В США более 30 крупных заводов извлекают метан из продуктов разложения городских свалок.

В нашей стране ежегодно образуется до 500 млн т органических отходов (по сухому веществу), что эквивалентно по энергосодержанию 100 млн т условного топлива. Впервые, еще в 1940–1950 годах в СССР были высказаны идеи биотехнологической переработки органических отходов, однако до недавнего времени работала только одна подобная установка на Октябрьской птицефабрике в Подмосковье, а вторая испытывалась на птицефабрике во Владимирской области. Затем центр «ЭкоРос» сконструировал две серийные биогазовые установки: ИБГУ-1 для крестьянской усадьбы и БИОЭН-1 для фермерского хозяйства. Их испытания и эксплуатация доказали тройной эффект: экологический (уничтожение отходов биомассы), энергетический (производство метана) и экономический (производство нетрадиционных, экологически безопасных и высокоэффективных удобрений из остатков перерабатываемой биомассы). По эффективности 1 т новых удобрений эквивалентна 60 т навоза. Годовая производительность БЭУ как фабрики удобрений достигает 70 т при расходе 1 т на гектар земельных угодий. Первые 65 БЭУ усадебного типа выпустили заводы в Туле и Кемеровской области. Потребность в усадебных БЭУ определена на ближайшие 5 лет в 50 тыс. шт. при стоимости 20 тыс. рублей. Заказы на российские установки поступили из Казахстана и Белоруссии, ЮАР, Объединенных Арабских Эмиратов, Дании, Финляндии и даже Китая - ведущего в мире производителя биогаза.

Опытные пиролизные установки для переработки различных видов биомассы, включая древесину, созданы в Канаде, Италии, Испании, Финляндии, Нидерландах, США и Греции, а исследователи и их создатели объединены в Пиролизную сеть - Pyroysis NetWork (PyNe), работы которой финансируются Европейской комиссией. Наиболее «продвинутыми» являются канадские установки фирмы Ensyn, используемые также в США и Великобритании. Пиролиз биомассы, в том числе специально выращиваемой древесины, рассматривается в качестве одного из приоритетных направлений энергетики в европейских странах.

Есть ли перспектива использования "мокрых" способов переработки ТБО?
В Интернете появилось сообщение о радикальной смене направления в утилизации отходов в сторону использования гидросепарации. Известно также, что в Пятигорске обсуждались варианты реконструкции действующего МСЗ. Компания Niagara Traiding Co. Ltd предложила гидротермический способ переработки ТБО Waste Away. Мусор превращается в гомогенный, биологически стабильный материал, так называемый пух. Он прессуется и может быть использован в качестве альтернативного топлива, удобрения или в строительстве. Этот способ является практически безотходным. Однако руководство города, избегая риска, поскольку способ Waste Away пока не имеет широкого распространения, приняло решение в пользу технологии сжигания, предложенную компанией CNIM. В Интернете есть сообщения о том, что власти отказываются от строительства заводов для сжигания бытовых отходов. Нет уверенности в том, что сооружение новых МСЗ в Москве и других регионах РФ состоится. В качестве альтернативы называются гидравлические способы переработки ТБО, хотя детали этих способов не уточняются.
На наш взгляд, одним из таких альтернативных сжиганию способов может быть технология механобиологической переработки ТБО (МБП ТБО), разработанная фирмой Hese GmbH (Германия). Технология осуществляется в нескольких связанных между собой модулях. В голове процесса стоит модуль «Обогащение», задачей которого является выделение из ТБО металлов, инертных материалов (камней, керамики и др.), а также биологической части для производства альтернативного топлива и сырого субстрата для получения окатышей или направления в модуль компостирования или ферментации.
Основой присутствующего во всех вариантах комбинаций модуля «Обогащение» является каскадная мельница. В мельнице осуществляется измельчение ТБО металлическими шарами. Максимальный размер предметов и кусков ТБО, входящих в мельницу, определяется диаметром горловины (1 м). Предметы крупнее 1 м удаляются перед входом в мельницу. Попадающие между шарами фольга, органика, бумага, картон, пищевые отходы измельчаются до крупности 10–40 мм. Биологические компоненты раздавливаются, в то время как металлические предметы, батарейки, пластиковые бутылки только деформируются. Органические компоненты (пищевые отходы), содержание которых составляет чуть более 5%, измельчаются до 25–40 мм. При этом выход фракций от 0 до 10 мм составляет 80–85%. Эти фракции, измельченные и дезинтегрированные, насыщаются кислородом, что способствует их последующей ферментации или компостированию. На выходе из каскадной мельницы имеется бутара (барабанное сито), в которой и осуществляется выделение тонко измельченной биологической фазы. Фракция крупнее 40 мм после бутары подвергается магнитной сепарации для выделения черных металлов и затем извлечению цветных металлов в электродинамическом сепараторе. Фракция мельче 3–8 мм имеет повышенную влажность, что весьма благоприятно для последующих процессов ферментации или компостирования. При производительности установки 120 тыс. т ТБО, при трехсменной работе, за 250 рабочих дней установка обеспечивает получение: 6 тыс. т железосодержащих продуктов, 0,4 тыс. т цветных металлов, 14 тыс. т топливозаменителя EBS 1 (cодержит вязкие пластики); 65 тыс. т топливозаменителя EBS, 2,29 тыс. т мелкого продукта (<5 мм) для биологической переработки, 5 тыс. т инертных материалов. Это означает, что технология механобиологической переработки обеспечивает более чем 90%-ное использование бытовых отходов!
Вышеизложенные материалы свидетельствуют о необходимости программно-целевого решения проблемы вовлечения в переработку в масштабах всей России промышленных и бытовых отходов с созданием новой индустриальной отрасли. Не только Арктика и ближний космос нуждаются в «зачистке» в соответствии с инициативами президента страны и академиков. Прежде всего в этот процесс должны быть вовлечены моногорода и густонаселенные территории, где переработка отходов способна активизировать инновационно-технологический потенциал, обеспечить занятость населения, повысить его социально-экономический статус и снизить уровни экологически обусловленной заболеваемости.
Что для этого необходимо? Прежде всего - политическая воля в совершенствовании существующей нормативно-законодательной базы и проявление инициатив в организационно-финансовой поддержке научных и техноэкологических разработок и программ на федеральном, региональном и муниципальном уровнях. В этих целях представляется целесообразным проведение в 2016 году парламентских слушаний в Госдуме РФ и затем специальных территориальных конференций. В результате может быть создана технологическая платформа будущей программы действий и сформирован Межрегиональный координационный совет (МКС). Рекомендуемая организация корпоративного взаимодействия специалистов-экологов, технологов и экономистов РАН, вузов и предприятий, имеющих прямое отношение к рассматриваемой проблеме и тем самым уже участвующих в ее решении, способна, со своей стороны, обеспечить реализацию государственных инициатив, вплоть до создания сетевых структур научно-производственного государственно-частного партнерства.
Со своей стороны редакция журнала «Редкие земли» выражает готовность оказывать информационную поддержку, включая обмен организационно-технологическим опытом между действующими крупными и малыми предприятиями, занятыми утилизацией и переработкой отходов, в первую очередь на территориях Москвы и Московской области при содействии МПР и экологии и Минпромторга РФ.

Схема рентгеновского сепаратора фирмы Mogensen (Германия)

Примером использования рентгеновской сортировки твердых бытовых отходов является схема, предложенная немецкими фирмами Mogensen и CommoDas. Принцип действия сепаратора фирмы Mogensen основан на использовании облучения рентгеновскими лучами движущегося на конвейерной ленте материала, выделенного после аэросепарации ТБО. При прохождении рентгеновских лучей через куски материала наблюдается эффект их ослабления, который зависит от атомного строения и плотности материала.
В пробах тяжелой фракции аэросепарации крупностью 30–60 мм различимы органические и неорганические компоненты. Преимущество этого способа, например, перед сепаратором, работающим в ближней инфракрасной области спектра, заключается в том, что критерием разделения является плотность материала. Этот критерий не зависит ни от размера частиц, ни от их формы, веса и цвета поверхности. Такая тонкость восприятия недоступна человеческому глазу.
Согласно схеме, сепарируемый материал из бункера-питателя 1 поступает на транспортирующий лоток 2, который дозирует материал и подает на стол 3, на котором осуществляется разобщение частиц и образование монослоя. Из источника 4 происходит облучение движущегося материала в диапазоне угла 80˚. Интенсивность прошедших через материал лучей измеряется двумя быстрострочными сенсорами с различной спектральностью. Специально разработанные для Mogensen однострочные сенсоры, которые при разрешении 0,8 мм и глубине обработки в 10 бит соответствуют скорости и разрешению однострочной камеры CCD при сортировке по цвету. Классификация частиц осуществляется устройством обработки данных с помощью ЭВМ 6 в течение нескольких миллисекунд. По результатам сверхскоростного анализа принадлежности частиц к тому или иному сорту ЭВМ передает команду на устройство 7, оснащенное быстродействующими пневматическими клапанами, являющимися аналогом руки рудоразборщика с гравюры Агриколы.
Струи сжатого воздуха отдувают частицы органического и неорганического состава в отсек 8 с двумя контейнерами. Фирмой Mogensen выпускаются сепараторы двух типов: AR 1200
и AQ 1100, имеющие производительность по твердым бытовым отходам от 5 до 20 м³/час. Расход электроэнергии составляет 7,5 квт/час. При обогащении твердых бытовых отходов
получают органическую фракцию, которая может быть использована в качестве альтернативного топлива, и неорганическую, содержащую менее 5% органики, которая может быть
направлена на депонирование. Сепаратор оснащен защитой от облучения, и уровень излучения находится значительно ниже допустимой дозы радиации.

Литература
1. Делицын Л.М., Власов А.С. Иммобилизация конденсированных вредных промышленных веществ. В сб. Техногенные ресурсы и инновации в техноэкологии. Под ред. Е.М. Шелкова и Г.Б. Мелентьева. – М: ОИВТ РАН, 2008. – С. 352.
2. Малышевский А.Ф. Обоснование выбора оптимального способа обезвреживания твердых бытовых отходов жилого фонда в городах России. Министерство природных ресурсов РФ, 2012 г. 3. Мелентьев Г.Б. Создание индустрии переработки возобновляемых техногенных ресурсов и инновационная техноэкология как альтернатива экстенсивному недропользованию. В сб. Север и рынок. – Апатиты: КНЦ РАН, 2007. С. 178-184.
4. Мелентьев Г.Б. Техногенный потенциал: в ожидании промышленного освоения. В ж. Редкие земли, вып. 3, 2014. С. 132–141.
5. Мелентьев Г.Б., Шуленина З.М., Делицын Л.М., Попова М.Н., Крашенинников О.Н. Промышленные и бытовые отходы: инновационная политика и научно-производственное предпринимательство как средства решения проблемы. В ж. Экология промышленного производства, вып. 4, 2003 (ч. 1). С. 43–54; вып. 1, 2004 (ч. 2). С. 41–51.
6. Шубов Л.Я., Ставровский М.Е., Шехирев Д.В. Технология отходов мегаполиса. Технологические процессы в сервисе, 2002, Москва.
7. W.L. Kaltentindt, W.L. Dalmijin. Improved Separation of Plastics by Flotation Using a Combined Treatment. Freiberger Forschungshefte, A 850, 1999, Sortierung der Abfaelle und mineralischen Rohstoffe, Technische Uni Bergakademie Freiberg, s. 132–141.
8. P. Koch Die Rolle der Zerkleinerung in Anlagen zur mechanisch- biologischen Abfallbehandlung von Hausmuell (MBA). Aufbereitungs Technik, 4, 2002/43. Jahrgang, s. 25-32.
9. P. Koch, W. Weining, B. Pickert Haus- und Restmuellbehandlung mit dem modularen Hese – MBA – Verfahren, Aufbereitungs Terchnik, 6, 2001/42. Jahrgang, s. 284–296.
10. R. Meier – Staude, R. Koehlechner «Elektrostatische Trennung von Leiter-/Nichtleitergemischen in der betrieblichen Praxis». Aufbereitungs Technik, 3, 2000/41. Jahrgang, s. 118–124. 11. G. Nimmel Aerostrommsortierung bei der Restabfallaufbereitung. Aufbereitungs Technik, 4, 2006/47. Jahrgang, s. 16–28.
12. T. Nisters. Ersatzstoffherstellung mit NIR – Technologie. Aufbereitungs Technik, 12, 2006/47. Jahrgang, s. 28 – 34.
13. T. Petz, Ja. Meier – Kortwig Aufbereitung von Muellverbrennungsaschen unter besonderer Beruecksichtigung der Metallrueckgewinnung. Aufbereitungs Technik, 3< 2000/41. Jahrgang, s. 124–132
14. A. Trogl. Was waere die Entsorgungswirtschaft ohne die Abfallverbrennung?. Aufbereitungs Technik, 5, 2007/48. Jahrgang, s. 4–13.
15. E. Zeiger Sortierung verschiedener Abfallstroeme mit Mogensen – Roentgen – Sortiertechnik. Aufbereitungs Technik, Nr.3, 2006, 47. Jahrgang, s. 16–23.

ТЕКСТ: Ю.В. Рябов, Г.Б.Мелентьев, Л.М. Делицын
Объединенный институт высоких температур РАН

Термические методы переработки отходов

Термические методы переработки и утилизации ТБО разделяют на три способа:

слоевое сжигание неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках;

слоевое и камерное сжигание специально подготовленных отходов в виде гранулированного топлива (освобожденного от балластных составляющих и имеющего постоянный фракционный состав) в топках энергетических котлов или цементных печах;

пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Все термические методы переработки и утилизации отходов помимо их обезвоживания направлены на получение энергии, а также твердого, жидкого или газообразного топлива при их пиролизе.

Сжигание предварительно не подготовленных отходов

Методы слоевого сжигания неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках наиболее распространен и изучен. В этом случае помимо выполнения санитарно-гигиенических мероприятий можно получить тепловую или электрическую энергию, сократить до минимума расстояние между местом сбора отходов и мусоросжигательным заводом (МСЗ), значительно экономить земельные площади.

Однако при сжигании отходов выделяются твердые и газообразные отравляющие вещества, поэтому все современные МСЗ должны быть оборудованы высокоэффективными газоочистными устройствами, стоимость которых достигает 50 % общих капиталовложений на строительство МСЗ.

Технологическая схема термообезвреживания отходов на мусоросжигательном заводе приведена на рис. 4.

Рис. 4. Технологическая схема переработки отходов на мусоросжигательных заводах

1 - мостовой грейферный кран; 2 и З - мусорный и шлаковый отсеки бункера-накопителя; 4 - вентилятор первичного дутьевого воздуха; 5- станция гидропривода; 6- паровые калориферы-воздухоподогреватели; 7- шлакоизвлекатель; 8 - ленточные транспортеры для удаления шлака и золы; 9- дымосос; 10 - дымовая труба; 11- электростатический фильтр; 12- котел-угилизатор; 13- вентилятор вторичного воздуха; 14- загрузочный бункер; 15- растопочная горелка; 16 - колосниковая решетка; I - пар; II- вода; III- воздух; IV- шлак.

При поступлении на завод мусоровозы взвешивают на платформенных автоматических весах. Затем по эстакаде мусоровозы поступают для разгрузки в приемное помещение, оборудованное в виде холла с воротами. Несколько пунктов разгрузки предусматривают гравитационную выгрузку одновременно нескольких мусоровозов в бункер-накопитель. Мусор из бункера-накопителя частями забирает мостовой кран, оборудованный грейферным ковшом типа «Полип» вместимостью 5м 3 с гидроэлектрической системой управления. В приемном отделении поддерживается некоторое разряжение воздуха за счет забора из него дутьевого воздуха для поддержания процесса горения ТБО в котлоагрегатах, что предотвращает выброс неприятных запахов и пыли за пределы отделения. Мусор из приемного бункера подают в загрузочный желоб питателя печи котлоагрегата до определенной высоты. Емкость желоба образует буферный резерв питания печи. Образуемая таким образом колонна мусора обеспечивает герметичность между камерой горения и загрузочным бункером. Нижняя часть желоба защищена водяной рубашкой от перегрева в случае подъема пламени. Питатель распределяет мусор по колосниковой решетке, на которой сжигают мусор. Она является основным элементом печи (рис. 5).

Рис. 5 . Схема процесса горения в топке мусоросжигательного котла

1 - исходный мусор; 2, 3, 4, 5 - зоны, соответственно, выхода летучих продуктов, газификации, горения кокса и образования шлака; 6 - колосниковые валки; 7 - подрешетный бункер для сбора золы и просоров.

Имеется несколько видов колосниковых решеток. Наибольшее применение получило топочное устройство, оборудованное обратно переталкивающей колосниковой решеткой системы «МАРТИН» (Германия), шириной 3 м и наклоненной под углом 26 0 в горизонтальной плоскости. По ширине решетка имеет одну или несколько секций, каждая из которых состоит из 13 рядов чередующихся подвижных и неподвижных колосников. Схема устройства колосниковой решетки распределение зон горения мусора на ней показаны на рисунке 3.2.

Каждый второй колосник приводится в возвратно-поступательное движение общим устройством управления. Амплитуда возвратно-поступательного движения в направлении решетки снизу вверх составляет около 400 мм, а число циклов может плавно изменяться от 0 до 60 в 1 ч.

Перемещение колосников решетки существенно влияет на процесс сжигания слоя мусора, который при каждом цикле медленно перемешивается и раскладывается по поверхности. Часть горящей массы перемещается ко входу решетки, давая запал для вновь поступающей массы мусора. Таким образом, уже в начале решетки образуется интенсивное пламя, при котором все стадии сжигания – сушка, возгорание и сжигание – происходят одновременно.

Благодаря наличию сильного пламени в начале решетки газы, выделяющиеся на стадии сушки, смешиваются с очень горячими газами горения и сжигания.

Мусор, сжигаемый на решетке, постепенно перемещается вниз, постоянно перемешиваясь. Сжигание мусора завершается приблизительно на 2/3 длины решетки, а на оставшейся части мусор, превратившейся в шлак, постепенно охлаждается под действием подаваемого в топку воздуха.

В горящем слое на решетке системы «МАРТИН» не образуется «кратеров», что обеспечивает почти полное сгорание отходов.

Конструкция колосниковой решетки позволяет сжигать отходы с различной теплотой сгорания (3,5-10,5 МДж/кг) и большим (до 50 %) содержанием золы при высокой (более 400 кг/м 2 * ч) удельной производительности. Площадь колосниковой решетки каждого агрегата 20м 2 , номинальная производительность 8,33 т/ч при теплоте сгорания ТБО 6,3 МДж/кг. Гарантийный срок работы колосниковой решетки около 30 тыс.ч. Температура в топочном пространстве регулируется автоматически и составляет 800-1000 0 С, что обеспечивает выгорание твердых и газообразных горючих составляющих отходов.

Для обеспечения требуемого качества сжигания, т.е. для получения хорошо перегоревшего шлака, необходимо удалять его одновременно. Шлак составляет около 25 % по массе (4-5 т/ч) от общего количества сжигаемых отходов.

Для этого колосниковую решетку оснащают барабаном удаления шлака с регулируемой скоростью вращения, что позволяет и сглаживать толщину слоя мусора и шлака на решетке, а также удалять шлак в буккер шлакового экстрактора.

Горячий шлак падает в бункер, а затем в бак с водой, в котором охлаждается до 80…90 0 С. Из бака шлак удаляется толкателем, который проталкивает его в желоб, установленный с обратным уклоном. Конструкция желоба позволяет, с одной стороны, уплотнять удаляемый материал без риска закупорки рабочего сечения желоба, а с другой – стекать избыточной влаге. Таким образом, потери воды на гашение сводятся к минимуму, т.е. на испарение и на поглощение ее шлаком.

Далее охлажденный шлак по системе ленточных транспортеров проходит через виброполотно, с которого из шлака удаляют металлические частицы, для чего над ленточным транспортером устанавливают магнитный сепаратор, оборудованный мощным электромагнитом. Куски металла удаляют в специальные емкости, а освобожденный от металла шлак поступает по ленте в шлаковый отсек бункера-накопителя. Зола из под воздушного короба и из бункеров котла удаляется вместе со шлаком.

Для обеспечения процесса горения отходов подают воздух, нагнетаемый вентилятором первичного дутья через короб, установленный под решеткой и состоящий из нескольких отсеков или зон. Каждая зона подачи воздуха под решетку обеспечивает впуск определенного количества воздуха под решетку и в слой мусора для обеспечения горения; сбор и удаление мелких частиц, просеивающихся под решетку.

В нижней части в подрешеточной зоне установлены воронки асимметричной формы, которые предназначены для сбора и удаления просева.

Дополнительно воздух подается вентилятором вторичного дутья под высоким давлением через сопла, расположенные на передней и задней стенках камеры горения, для завершения окисления и полного сжигания газов в нижней части камеры сжигания.

Рассмотренная технология слоевого сжигания отходов направлена на санитарно-гигиеническое (огневое) обезвреживание ТБО с получением тепловой энергии, которую утилизируют через котел, установленный над колосниковой решеткой.

Возможно различное использование энергии: городское отопление; пар для промышленных установок; выработка электроэнергии для собственных нужд или для сбора в единую систему, а также их сочетание, например городское отопление плюс производство электроэнергии.

Выбор технологии обезвреживания и переработка ТБО методом сжигания предшествует детальное технико-экономическое обоснование схемы сбыта получаемой тепловой энергии, так как строительство МСЗ требует больших капиталовложений. Следует отметить, что строительство современных ТЭЦ (котельных) равноценной мощности (по производимой энергии) в 8-10 раз дешевле.

Оптимальная схема сбыта вырабатываемой энергии – на нужды централизованного теплоснабжения. В это случае пар, вырабатываемый МСЗ, можно использовать для подогрева сетевой воды в специальном дополнительном подогревателе, установленном после основных подогревателей. В теплое время года пар от МСЗ частично вытесняет пар теплофикационных отборов, а в холодное время года, когда нагрузка районов превышает мощность теплофикационных отборов, восполняет часть пиковой нагрузки. Возможно также параллельное (по воде) включение тепловых магистралей ТЭЦ и МСЗ, когда подогреватели компонуют на МСЗ. В этом случае температурные графики ТЭЦ и завода совпадают. По другим схемам подогреватель МСЗ включен последовательно с основным и пиковыми подогревателями ТЭЦ, что применимо в условиях, когда МСЗ расположен вблизи транзитной магистрали ТЭЦ. Наиболее простая схема включения тепловых сетей МСЗ – установка подогревателя последовательно на обратной линии теплосетей ТЭЦ.

Пиролиз отходов

Как показывает практика переработки ТБО на МСЗ, наиболее перспективен способ обезвреживания ТБО в две ступени: аэробное биотермическое компостирование органической части ТБО (биотермический метод) с получением компоста – ценного органического удобрения, или биотоплива; пиролиз некомпостируемой части бытовых отходов (НБО), включающих резину, кожу, пластмассы, дерево и т.д.

Под пиролизом понимают процесс термического разложения отходов без доступа кислорода, в результате которого образуются пиролизный газ и твердый углеродистый остаток. Количество и состав продуктов пиролиза зависит от состава отходов и температуры разложения.

Пиролиз НБО способствует созданию безотходных и малоотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Пиролизные установки в зависимости от температурного режима процесса разделяют:

на низкотемпературные (450…500 0 С), характеризующиеся минимальным выходом газа, максимальным количеством смол, масел и твердых остатков;

среднетемпературные (до 800 0 С), характеризующиеся увеличенным выходом газа с уменьшенным количеством смол и масел;

высокотемпературные (свыше 800 0 С), характеризующиеся максимальным выходом газов и минимальным количеством смолообразных продуктов.

Процесс пиролиза НБО состоит: из пиролиза НБО в печи с внешним обогревом; дожига пиролизных газов; утилизации тепла отходящих газов в котле-утилизаторе с получением пара; очистки дымовых газов от пыли и химических примесей в пенном абсорбере; сушки абсорбционных растворов в распылительной сушилке; охлаждения пирокарбона в барабане-холодильнике; сепарации черного и цветного металла из пирокарбона; сепарации камней из пирокарбона; измельчения пирокарбона в конусной инерционной дробилке; фасовки пирокарбона в мешки и складирования.

Основной узел пиролизной установки - реактор, представляющий собой шахтную печь со встроенной швельшахтой и системой эвакуации газов, предотвращающей смешивание пиролизных и дымовых газов (рис. 6)

Рис. 6. Схема установки высокотемпературного пиролиза:

1 - приемная воронка; 2 - затворы; 3 - конденсатор жидких продуктов; 4 - дроссельные заслонки; 5 - вентилятор; 6 - газоанализатор; 7- дымосос; 8 - система газоочистки; 9- сопло подачи подогретого воздуха; 10 - воздухоподогреватель; 11 - водяная ванна: 12- швельшахта; I, II и III- направления движения соответственно конденсата, охлажденного воздуха и отходящих газов.

Из сортировочного отдела НБО по системе конвейерных транспортеров попадают в приемный бункер пиролизной установки, обеспечивающей двухсуточный запас хранения отходов для бесперебойной ее работы. Из бункера отходы забирают грейферным ковшом, смонтированным на подъемном кране грузоподъемностью 5 т. Кран подает отходы в промежуточный бункер, днищем которого служит пластинчатый питатель шириной 1,2 м и длиной 4 м, предназначенный для загрузки отходов в верхнюю часть реактора, оборудованную тремя затворами шиберного типа.

В печи пиролизной установки при температуре 500-550 0 С без доступа воздуха происходит термическая деструкция (пиролиз) НБО. В результате образуется парогазовая смесь, содержащая в своем составе летучие вещества, пары смолы и твердый углесодержащий продукт – пирокарбонат.

Для использования тепла горения углеводородов и перевода ряда химических веществ (меркаптан, сероводород, циановодород и т.д.) в безвредные элементы предусматривают их дожиг в специальной камере при температуре 100 0 С в потоке отходящих от печей пиролиза газов.

Камера дожига оборудована рубашкой, в которую поступает воздух, охлаждающий стенки камеры, в результате чего температура газов на выходе из камеры дожига снижается до 800 0 С. Воздух на горение и разбавление подают дутьевыми вентиляторами.

Дымовые газы из камеры дожига направляются в рубашку печи пиролиза, где тепло дымовых газов используется для обогрева печи. Из рубашки печи пиролиза дымовые газы температурой 600-700 0 С направляются для утилизации тепла в котел-утилизатор. В последнем в результате снижения температуры дымовых газов до 300-350 0 С получают пар, который в дальнейшем используют для нужд теплоснабжения производства. Затем дымовые газы температурой 300-350 0 С поступают на распылитель для сушки абсорбционных растворов, использованных в абсорберах, а оттуда с температурой 120 0 С - на абсорбцию и после очистки выбрасываются в атмосферу.

Полученный в печи пирокарбонат с температурой 450-450 0 С поступает в холодильный барабан, где охлаждается до 40-50 0 С, и по ленточному конвейеру подается на размол, предварительно пройдя электромагнитный сепаратор для извлечения остатков черного металла, и затем поступает на полигональное сито.

Проходя через полигональное сито, пирокарбонат освобождается от крупных камней, которые вывозят на свалку, и подается на мельницу, где измельчается до фракции 0,5мм и менее. После измельчения пирокарбонат вновь подают на сепарацию для извлечения цветных металлов, которые накапливают в контейнерах, а пирокарбонат направляют на расфасовку и затем на склад готового продукта.

Поступающие на установку отходы НБО более чем на 90 % состоят из органических веществ, в основной массе которых соотношение углерод: водород: кислород приблизительно соответствует их соотношению в целлюлозе.

Целлюлоза – высокомолекулярный полисахарид, эмпирическая формула которого (С 6 Н 10 О 5) n . Клетчатка – главная составная часть органической части отходов, например бумага почти на 100% состоит из целлюлозы; хлопчатобумажные и текстильные изделия – более чем на 90; древесина – примерно на 50% из целлюлозы.

При термической обработке целлюлозы (при отсутствии доступа кислорода) она разлагается, образуя большое количество различных продуктов.

Присутствующие в НБО кожа, пластмасса, резина и другие продукты разлагаются, образуя летучие вещества, которые помимо СО 2 и H 2 О, Сl, F, SO 2 содержат углеводороды (олефины, парафины и т.д.). Пиролизные газы подвергаются дальнейшему окислению в камере дожига при температуре 1100 0 С, превращаясь в менее опасные вещества. Тепло дымовых газов используется для проведения процесса пиролиза НБО, что уменьшает количество топлива, используемого со стороны.

К вредным составляющим НБО относят: серу, основным источником которой является резина; хлор, выделяющийся при сжигании полимерных материалов; оксиды азота; соединения фтора и т.д.

Для защиты окружающего атмосферного воздуха от загрязнений дымовые газы необходимо тщательно очищать как отзолы, так и от химических веществ. Наиболее высокие требования очистки дымовых газов предъявляют заводам, расположенным вблизи жилой застройки.

Завод по сжиганию мусора – это предприятие, которое в своей работе использует принцип термического разложения. В печах для сжигания отходов производится сжигание ТБО под воздействием очень высоких температур.

Уничтожение мусора на таких заводах помогает уменьшить объем складируемых , что способствует уменьшению количества площадей, занятых мусорными свалками. Огромное количество бытовых отходов и проблема их размещения на сегодняшний день стоит достаточно остро, одним из способов решения её является строительство и ввод в эксплуатацию мусоросжигательных заводов. Уничтожения мусора на данных заводах имеет ещё плюсы. Например, энергия, полученная при сгорании отходов, может использоваться, как энергия для теплоснабжения и электроснабжения. На сегодняшний день все способы переработки мусора на таких заводах являются безопасными для экологии, но только при условии использования новейших методов газоочистки, так как при сгорании мусора выделяется огромное количество дыма и вредных веществ.

Так какие же технологии переработки мусора сегодня используются на мусоросжигательных заводах:

1. Слоевое сжигание отходов в печи происходит с помощью подачи раскаленных потоков воздуха на мусор находящийся на колосниковой решетке. Слоевое сжигание также делится разновидности. Данный способ утилизации бытового мусора подразумевает под собой хорошую систему газоочистки, которая позволит очистить большие объемы выделяемого при сгорании газа от вредных веществ.

2. Технология кипящего слоя - отходы делят на гомогенные фракции, которые в установках для сжигания отходов сгорают с использованием абсорбента, имеющего высокую тепло проводимость, например, песок. При данном способе уничтожения мусора совокупное количество вредных веществ в выделяемом газе значительно меньше.

3. Пиролиз и газификация - бытовые отходы нагревают при высоком давлении и при полном отсутствии кислорода, в результате воздействия температур образуются жидкости и газы. Выделенный газ можно использовать как источник энергии. Этот способ на сегодняшний день является считается самым безопасным для экологии.

Сегодня в России ведут свою деятельность всего 7 мусоросжигательных заводов, из них 4 находится на территории Москвы и Московской области. Первый завод по сжиганию мусора был построен в Москве в 1975 году (Спецзавод №2). В неизменном виде он просуществовал до 1995 года, когда был закрыт для замены технического оборудования, в связи с изменением норм по сжиганию твердых бытовых отходов и качеству очистки выделяемых газов, которым ранее действующее оборудование и используемые технологии уже не соответствовали. В 2000 году Мусоросжигательный завод № 2 возобновил свою работу с уже полностью обновленным оборудованием. Новые линии по переработке отходов и современная система газоочистки при наличии автоматизированной системы мониторинга делают утилизацию мусора безопасной для окружающей среды. На сегодняшний день этот мусоросжигательный завод соответствует как Российским, так и Европейским нормам по количеству попадающих в атмосферу вредных веществ.

Сжигание и пиролиз твердых бытовых отходов

Опыт показывает, что для крупных городов с населением более 0,5 млн. жителей целесообразнее всего использовать термические методы обезвреживания ТБО.

Термические методы переработки и утилизации ТБО можно подразделить на три способа:

-слоевое сжигание исходных (неподготовленных) отходов в мусоросжигательных котлоагрегатах (МСК);

-слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов (освобожденных от балластных фракций) в энергетических котлах совместно с природным топливом или в цементных печах;

-пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Несмотря на разнородность состава твердых бытовых отходов, их можно рассматривать как низкосортное топливо (тонна отходов дает при сжигании 1.000-1.200 ккал тепла). Термическая переработка ТБО не только их обезвреживает, но и позволяет получать тепловую и электрическую энергию, а также извлекать имеющийся в них черный металлолом. При сжигании отходов процесс можно полностью автоматизировать, следовательно, и резко сократить обслуживающий персонал, сведя его обязанности до чисто управленческих функций. Это особенно важно, если учесть, что персоналу приходится иметь дело с таким антисанитарным материалом, как ТБО.

Слоевое сжигание ТБО в котлоагрегатах . При данном способе обезвреживания сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. Метод слоевого сжигания исходных отходов наиболее распространен и изучен. Однако при сжигании выделяется большое количество загрязняющих веществ, поэтому все современные мусоросжигательные заводы оборудованы высокоэффективными устройствами для улавливания твердых и газообразных загрязняющих веществ, стоимость их достигает 30% кап. затрат на строительство МСЗ.

Первая мусоросжигательная установка общей производительностью 9 т/ч введена в эксплуатацию в Москве в 1972 году. Она предназначалась для сжигания остатков после компостирования на мусороперерабатывающем заводе. Мусоросжигательный цех находился в одном здании с остальными цехами завода, который в связи с несовершенством технологического процесса и получаемого компоста, а также из-за отсутствия потребителя на этот продукт в 1985 году был закрыт.

Первый отечественный мусоросжигательный завод был построен в Москве (спецзавод №2). Режим работы завода - круглосуточный, без выходных дней. Тепло, получаемое от сжигания отходов, используется в городской системе теплоснабжения .

В 1973 году предприятие «ЧКД-Дукла» (ЧСФР) приобрело у фирмы «Дойче - Бабкок» (ФРГ) лицензию на изготовление МСК с валковой колосниковой решеткой. По внешнеторговым связям котлы, выпускаемые этим предприятием, приобретены для ряда городов нашей страны.

В 1984 году введен в эксплуатацию в Москве самый крупный отечественный мусоросжигательный спец. завод № 3. Производительность каждого из четырех его агрегатов составляет 12,5т сжигаемых отходов в час. Отличительная особенность агрегата - дожигательный барабан, установленный за каскадом наклоннопереталкивающих колосниковых решеток.

Опыт эксплуатации отечественных заводов позволил выявить ряд недостатков, влияющих на надежность работы основного технологического оборудования и на состояние окружающей среды. Для устранения обнаруженных недостатков необходимо:

-обеспечить раздельный сбор золы и шлака;

-предусмотреть установку резервных транспортеров для удаления золошлаковых отходов;

-повысить степень извлечения лома черных металлов из шлака;

-обеспечить очистку извлеченного металлолома от золошлаковых загрязнений;

-предусмотреть дополнительное оборудование для пакетирования извлеченного лома черных металлов;

-разработать, изготовить и установить технологическую линию по подготовке шлака для вторичного использования;

Установки или заводы по переработке твердых бытовых отходов способом пиролиза функционируют в Дании, США, ФРГ, Японии и других странах.

Активизация научных исследований и практических разработок в этой области началась в 70-х годах ХХ столетия, в период "нефтяного бума". С этого времени получение из пластмассовых, резиновых и прочих горючих отходов энергии и тепла путем пиролиза стало рассматриваться как один из источников выработки энергетических ресурсов. Особенно большое значение придают этому процессу в Японии.

Высокотемпературный пиролиз. Этот способ утилизации ТБО, по существу, есть не что иное, как газификация мусора. Технологическая схема этого способа предполагает получение из биологической составляющей (биомассы) отходов вторичного синтез-газа с целью использования его для получения пара, горячей воды, электроэнергии. Составной частью процесса высокотемпературного пиролиза являются твердые продукты в виде шлака, т. е. непиролизуемые остатки. Технологическая цепь этого способа утилизации состоит из четырех последовательных этапов:

1. отбор из мусора крупногабаритных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и путем индукционного сепарирования;

2. переработка подготовленных отходов в газофикаторе для получения синтез-газа и побочных химических соединений - хлора, азота, фтора, а также шлака при расплавлении металлов, стекла, керамики;

3. очистка синтез-газа с целью повышения его экологических свойств и энергоемкости, охлаждение и поступление его в скруббер для очистки щелочным раствором от загрязняющих веществ соединений хлора, фтора, серы, цианидов;

4. сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

При переработке, например, древесной стружки синтез-газ содержит (в %): влагу - 33,0; окись углерода - 24,2; водород - 19,0; метан - 3,0; двуокись углерода -10,3; азот - 43,4, а также 35-45 г/нм дегтя.

Из 1т твердых отходов, состоящих из 73% ТБО, 7% резиновых отходов (в основном автомобильные шины) и 20% каменного угля получают 40 кг смолы, используемой в котельной и м3 влажного газа. Объемная доля компонентов сухого газа следующая (в %): водород - 20, метан - 2, окись углерода - 20, двуокись углерода - 8, кислород - 1, азот - 50. Низшая теплота сгорания 5,4-6,3 МДж/м3. Шлака получается 200 кг/т.