 |
Классификация методов и принципиальные схемы термического обезвреживания
|
|
|
|
Технология обезвреживания и использования отходов
Основные положения
Такое название дисциплина имеет в действующем рабочем учебном плане. В связи с последними изменениями в природоохранном законодательстве уточним, поэтому, некоторые определения.
Обращение с отходами - деятельность по сбору, накоплению, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов.
Обработка отходов - предварительная подготовка отходов к дальнейшей утилизации, включая их сортировку, разборку, очистку.
Утилизация отходов - использование отходов для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг, включая повторное применение отходов, в том числе:
рециклинг - повторное применение отходов по прямому назначению;
регенерация - возврат отходов в производственный цикл после соответствующей подготовки;
рекуперация - извлечение полезных компонентов для их повторного применения.
Обезвреживание отходов - уменьшение массы отходов, изменение их состава, физических и химических свойств (включая сжигание и (или) обеззараживание на специализированных установках) в целях снижения их негативного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.
Изменения коснулись практически всех перечисленных определений.
«Обращение с отходами» – теперь включает понятие деятельность по обработке отходов, а выражение «использование» заменено на «утилизация».
Накопленный за последние 15 лет практический опыт в этой области показывает, что введенные изменения имеют существенное значение.
Реальные условия образования значительного количества видов отходов таковы, что они первоначально содержат такие компоненты, которые должны быть удалены в каждом конкретном случае утилизации или обезвреживания отходов. Каждый утилизируемый или обезвреживаемый вид отхода перед соответствующей переработкой представляет собой сырье или вторичное сырье, к которому предъявляются конкретные требования по составу. Такие требования называют «технические условия» или «технологический регламент». Таким образом, понятие и процедура «обработка отходов» является вполне естественным.
|
|
|
Также, важно установить здесь приоритетную последовательность мероприятий по обращению с отходами.
Такого рода последовательность приведена на рис.1.
| Утилизация |
| Рециклинг |
| Регенерация |
| Рекуперация |
| обезвреживание |
| размещение |
| Хранение |
| Захоронение |
| обработка отходов |
| Сокращение образования отходов и снижение класса опасности на источниках образования |
| предотвращение образования отходов |
| максимальное использование ресурсов |
| Внедрение малоотходных технологий |
Рис.1. Приоритетные направления государственной политики в области обращения с отходами.
Как видно из рис.1, более высокую ступень в иерархии способов обращения с отходами, в том числе с экономической точки зрения, занимает «утилизация». Ступенью ниже стоит «обезвреживание», так как этот способ обращения обычно связан с образованием вторичных видов отходов, менее опасных для окружающей среды, чем первичные, например, золы. Наиболее низкой ступенью является «размещение» отходов.
Выбор конкретного уровня в иерархии обращения с отходами зависит от многих факторов: химического состава отхода, его энергетической ценности, расходов на подготовку и транспортировку.
По некоторым соображениям первым разделом дисциплины будет «обезвреживание отходов», а вторым разделом – «утилизация отходов» (то, что до внесения изменений в законодательство называлось «использование»).
|
|
|
Обезвреживание отходов
Классификация методов и принципиальные схемы термического обезвреживания
Обезвреживание отходов осуществляется с целью снижения степени опасности отходов для окружающей среды или существенного сокращения массы образовавшихся отходов. Сообразуясь здесь с требованиями ФККО, речь идет о снижении класса опасности отхода. Например, до обезвреживания второй класс опасности – после обезвреживания четвертый класс опасности. Например, в результате сжигания органической части отхода, имеющего зольность 10%, в твердом состоянии остается только зола, т.е. в результате сжигания масса отходов существенно сокращается.
Укрупненно, различают следующие виды обезвреживания отходов: нейтрализация, биологическое обезвреживание, термическое обезвреживание.
Нейтрализация, как способ обезвреживания, применяется в ряде случаев для жидких отходов. Кислотные жидкие отходы нейтрализуются щелочными соединениями, например, по схеме:
H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O
Также в эту группу может быть отнесено применение хемосорбентов для обезвреживания проливов нефтепродуктов.
К методам биологического обезвреживания относятся биоразложение органических отходов и компостирование.
Компостирование – процесс биологической трансформации и обезвреживания органического отхода, протекающий в аэробных условиях, позволяющих получить биостабилизированные продукты, свободные от патогенов и обладающие полезными свойствами, например, способностью улучшать плодородие почв. На практике компостирование применяют для обезвреживания отходов растительного происхождения. Сущность процесса заключается в следующем. Разнообразные, в основном теплолюбивые микроорганизмы, в том числе патогенные, активно растут и развиваются в толще отходов, в результате чего происходит его саморазогревание до 60 0С. При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы.
Биологические методы обезвреживания применяют для органосодержащих отходов, находящихся в жидкой, пастообразной и твердой формах. Наиболее крупномасштабные примеры применения связаны с аэробной или анаэробной обработкой жидких отходов, т.е. с биологической очисткой сточных вод. При аэробной обработке происходит окисление органики кислородом воздуха. Анаэробные процессы являются более сложными и заключаются в микробиологической конверсии органических веществ, в том числе спиртов, альдегидов, сложных кислот с образованием в итоге метана как основного компонента продукта, называемого биогаз.
|
|
|
Для обезвреживания проливов при транспортировке нефти, а также нефтепродуктов на грунт ли полы производственных помещений применяют биосорбенты и биопрепараты, обладающие высокой эффективностью.
Термические методы обезвреживания отходов широко распространены в различных отраслях промышленного производства.
В практике высокотемпературного обезвреживания отходов, содержащих органические вещества, нашли широкое применение три следующих основных метода:
1. Высокотемпературный окислительный метод, который заключается в сжигании органосодержащих отходов или термической обработке негорючих отходов высокотемпературным теплоносителем (например, продуктами сгорания топлива). При использовании этого метода органическая часть отходов сгорает, а вредные примеси термически разлагаются, химически превращаются с образованием газов и твердых продуктов или расплава. Пример термической обработки негорючих отходов связан с обезвреживанием медицинских игл от одноразовых шприцов.
На рис.2 приведена общая схема сжигания отходов.
Рис.2. Блок-схема сжигания отходов
2. Пиролиз — процесс термического разложения отходов, содержащих органические вещества, при недостатке или отсутствии воздуха. В результате пиролиза образуются твердый углеродосодержащий остаток и пиролизный газ, содержащий смолистые вещества. Здесь рассматриваются модификации окислительного пиролиза. Различают низко- и высокотемпературный пиролиз. При низких температурах пиролиза (~400 °C — 600 °C) больше доля образующихся жидких смолистых продуктов, а при высоких (~700 °C — 1050 °C) — больше доля газообразных продуктов. Теплота сгорания пиролизного газа ~13–21 МДж/м3.
|
|
|
На рис.3 приведена общая схема пиролиза отходов.
Рис.3. Блок-схема пиролиза отходов.
Окислительный пиролиз — это процесс термического разложения отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с продуктами сгорания топлива или части отходов, поэтому на выходе из реактора они имеют низкую теплоту сгорания, но повышенную температуру. Затем смесь газов сжигают в обычных топочных устройствах. В процессе окислительного пиролиза образуется твердый углеродосодержащий остаток (кокс). В дальнейшем кокс можно использовать в качестве твердого топлива.
3. Газификация — процесс термической обработки отходов, содержащих органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным паром, углекислым газом или их смесью) с расходом ниже стехиометрического, с получением генераторного газа, твердого продукта или расплава, а также смолистых веществ. Переработка отходов газификацией имеет следующие преимущества по сравнению с методом сжигания:
- получаемые горючие газы могут быть использованы в качестве энергетического и технологического топлива;
- получаемая смола может быть использована как жидкое топливо и как химическое сырье;
- сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.
На рис.4 приведена общая схема газификации отходов.
Объекты обезвреживания отходов — специально оборудованные сооружения, которые обустроены в соответствии с требованиями законодательства в области охраны окружающей среды и законодательства в области обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения и предназначены для обезвреживания отходов.
Далее в данном разделе более подробно будут рассмотрены вопросы термического обезвреживания отходов методом их сжигания. По физической форме и агрегатному состоянию органосодержащие отходы, направляемые на сжигание, можно подразделить на жидкие отходы (отработанные масла), твердые отходы (ТБО, древесные отходы и т.д.), пастообразные отходы (обезвоженные шламы, избыточный активный ил и т.п.).
Рис.4. Блок-схема газификации отходов.
На рис. 5 приведена схема процесса термической утилизации ТКО на Московском спецзаводе №2 (показана одна энерготехнологическая установка).
Рис. 5. Схема процесса термической утилизации ТКО на Московском спецзаводе №2 (показана одна энерготехнологическая установка):
1- приемное отделение для ТКО; 2 – приемный бункер; 3 – котлоагрегат; 4 – узел подачи активного угля; 5 – абсорбер; 6 – рукавный фильтр; 7 – бункер шлака; 8 – бункер золы.
|
|
|
|
|
|
