В процессах переработки биомассы

Процесс	Первичный продукт	Степень превращения на сырье, мас. доли, %
Анаэробное усвоение	Метан	5 – 15
Брожение (целлюлоза)	Этанол	10 – 20
Термическое превращение	Синтез- газ	50 – 70

2.7. Зола и шлаки мусоросжигательных заводов

При сжигании твёрдых бытовых отходов (ТБО) образуются золошлаковые отходы, которые обычно вывозятся и складируются на свалках и в отвалах. Для этих целей отводятся земельные участки, пригодные для использования в сельском хозяйстве. Такие отвалы являются источником загрязнения окружающей среды (атмосферы и грунтовых вод). Отсутствие свободных территорий вблизи мусоросжигательных заводов (МСЗ) приводит к значительным затратам на транспортировку шлака, существенному расходу горючесмазочных материалов. В России и за рубежом ведутся определённые работы по использованию золошлаковых отходов в производстве строительных материалов (как наиболее материалоемкой отрасли).

При термическом обезвреживании (сжигании) твёрдых бытовых отходов образуются золошлаковые отходы, содержащие 3-6 % от массы сухого топлива летучей золы и 20-30 % нелетучих очаговых остатков – шлак.

Образующиеся от сжигания отходов зола и шлак представляют собой сложные минеральные композиции, имеющие силикатную основу с широким колебанием содержания основных компонентов. Состав и свойства шлака изменяются в зависимости от состава ТБО, конструкции колосниковой решётки, топочного объёма, напора и распределения дутьевого воздуха. К важнейшим показателям, определяющим возможность последующего использования шлака, относятся: минералогический, химический и гранулометрический состав, влажность, содержание недожига, истинная насыпная плотность, пористость, абразивность, адгезионные свойства.

По минералогическому составу шлак преимущественно представлен кварцем, альбитом, мелитом, а также оксидами железа, алюминия, карбонатами и сульфатами. При использовании шлака большое значение имеет его влажность, т.к. влага, попавшая в него при охлаждении, удерживается поверхностью отдельных его составляющих и капиллярами. В ходе транспортировки шлака, его складирования и обработки, влажность шлака не должно превышать 2 %, однако на практике оно нередко достигает 8 %. Насыпная плотность шлака составляет 1500-2500 кг/м³. Зола отличается более высоким, чем шлак, содержанием щёлочи Nа₂О + К₂О.

В состав летучей золы входит до 20 % сульфатов, а также большое количество растворимых в воде микропримесей, таких как соли свинца, цинка, ртути, особенно кадмия, хлоридов и фторидов. Высокая концентрация в летучей золе вредных растворимых в воде примесей делает её непригодной для использования в сельском хозяйстве, а в ряде случаев и в качестве строительного материала. Особенностью золы, препятствующей её широкому использованию, является высокое содержание недожига. Повышенные потери с недожигом свидетельствуют о недостаточно удачной конструкции топки и неправильно организованном топочном процессе. Летучая зола представляет собой полидисперсный материал с насыпной плотностью 150-500 кг/м³. Содержание тяжёлых металлов, хлора и фтора непосредственно в золе и шлаке МСЗ приведено в таблице 2.2.

Принципиальная схема переработки отходов (рис. 2.3) включает их сортировку, магнитную сепарацию, дробление, а также помол части отходов в порошок с последующим производством строительных материалов: керамической плитки, крупногабаритных плит, огнеупорного кирпича и т.д.

Таблица 2.2. Содержание различных металлов в золе и шлаке МСЗ

Наименование	Содержание, мг/кг
	Рb	Zn	 i	Сd	Сr	Сu	Нg	SO3	Cl	F
Шлак	2000	7700	230	5	9600	1300	1	800	400	2
Смесь золы и шлака	2100	14900	200	40	2300	1100	2	1000	-	2
Зола	6300	18200	270	290	1200	1000	4	7500	-	3

Утилизация золошлаковых отходов МСЗ. Шлаковые отходы могут быть использованы в полном объеме при производстве асфальтобетона, а также при производстве цементных бетонов низких марок (фундаментальные блоки, товарный бетон).

Утилизация отходов от сжигания мусора в асфальтобетон возможна только после их переработки в конди­ционные ще­бень, песок и минеральный порошок.

Принципиальная схема переработки отходов включает их сор­тировку, магнитную сепарацию, дробление, а также помол части отходов в порошок, с последующим производством строительных материалов: керамической плитки и крупногабаритных плит.

Производство огнеупорного кирпича и сухих смесей для кладочных огнеупорных растворов из золошлаковых отходов состоит из следующих технологических узлов:

• приемки шлака и лом шамота;

• приемки золы;

• приемки и дозировки фосфатного связующего;

• сортировки шлака;

• отбора металлолома и его прессования в брикеты;

• дробления шлака;

• приемки отсортированного шлака, смешения и нейтрализации, расфасовки и затаривания сухой смеси;

• смешения и приготовления сырой огнеупорной смеси;

• прессования огнеупорного кирпича;

• термообработки огнеупорного кирпича;

• склад готовой продукции (кирпич, сухая смесь).

EMBED PBrush

Обезвреживание золы-уноса. При сжигании ТБО нельзя полностью исключить образование вторичных вредных веществ, так как в топочном пространстве неизбежна возгонка тяжёлых металлов и образование высокотоксичных соединений – диоксинов. Наличие высокоэффективной пылегазоочистки обеспечивает защиту атмосферы от вредных выбросов, путем локализации их в золе-уносе. Содержание в золе-уносе тяжёлых металлов и диоксинов существенно превосходит нормативные уровни и зола-унос относится к категории опасных отходов. Большинство исследователей считает, что наиболее экологически эффективным способом обезвреживания золы-уноса является ее плавление. В мировой практике обезвреживание золы-уноса плавлени­ем осуществляют в специальных автономных плавильных уста­новках (вращающиеся газовые печи и электрические плавильные печи).

При обезвреживании золы-уноса в газовых печах требуется оснащение установки высокоэффективными аппаратами пылегазоочистки, т.к. отходящие газы высокотемпературных плавиль­ных печей содержат большое количество вредных веществ. При этом выход золы-уноса при сжигании ТБО мусоросжигающих установок мал и агрегатная производительность плавильных печей невелика (1-2 т/ч), поэто­му удельные капитальные затраты большие.

В связи с этим при плавке золы-уноса в автономной установке предпочтение отдается электрическим печам, т.к. количество газов, требующих очистки, в них существенно меньше, что значительно уп­рощает и удешевляет систему пылегазоочистки, несмотря на вы­сокие капитальные и эксплуатационные затраты собственно на электропечи.

В связи с тем, что выход золы-уноса невелик и при исполь­зовании газовых печей объем отходящих газов от установки обез­вреживания золы-уноса не превышает 5 %, представляется перспективным использовать существующую систему пылегазоочистки мусоросжигающих установок для очистки отходящих газов от установки обезвре­живания золы-уноса.

Использование теплоты сгорания природного газа первона­чально на процесс плавления золы-уноса с последующим исполь­зованием ее в топочном производстве МСУ позволяет практически с минимальными энергетическими затратами осуществлять обез­вреживание золы-уноса.

Производство шлакоблоков. В последнее время в различных технологических процессах нахо­дят все большее применение активированные гуминовые кислоты, одним из характерных свойств которых является фиксация (приведение в нерастворимую форму) солей тяжелых металлов.

Гуминовые кислоты – сложная смесь аморфных органичес­ких веществ, широко распространенных в природе.

Применение гуминовых кислот в цементных бетонах на основе золы МСЗ дает воз­можность получить композиции для изготовления бордюрных камней, мелкоштучных дорожных изделий и др.

Предлагаемый комплекс по производству золоблоков состоит из следующих основных участков:

• цех для производства золоблоков;

• смесительная установка;

• склад золоблоков.

В состав смесительной установки входят:

• бункеры для золы и продукта очистки газов с системой транспортировки;

• два силоса для цемента с системой транспортировки;

• система хранения, разбавления и дозировки гуминовых кислот;

• смеситель для приготовления бетонной смеси с системой загрузки, дозирования и транспортировки.

Получение гранулированного шлака. Суть метода заключается в высокотемпературной обработке минеральных составляющих отходов ТБО в электрошлаковой ванне.

Процесс осуществляется следующим образом. Минеральная часть отходов с помощью транспортной систе­мы поступает в шлаковую ванну, нагретую до температуры 1400-1600 °С, где она плавится, образуя в верхней части ванны шлак, а в нижней металл, осаждающийся на поде печи. Нагрев осуществляется с помощью графитовых (угольных) электродов. Через специальное приспособление в шлак добавляют флюсы для по­лучения расплава нужного состава, а также известняк для его вспенивания. Через барабан предусматривается подача мине­ральной части отходов (шлака), который имеет высокое содер­жание СаО и MgO, а также до 16 % FeO. Оксид железа используется для окис­ления избыточного углерода и повышения выхода металла.

Благодаря высокой температуре (1500-1600 °С) в шлаковой ванне минеральная часть отходов и металл расплавляются. Вслед­ствие различной плотности эти материалы легко могут быть сли­ты через лотки, расположенные на различных уровнях.

Выделяющиеся дымовые газы собираются в подвесном про­странстве печи и по дымоходу отводятся в систему пылегазоочистки.

Жидкий металл из печи поступает в приемный желоб грану­ляционной установки и небольшой струей сливается в грануля­ционный бак, в котором при погружении частиц в воду происходит их охлаждение.

Жидкий шлак через приемный желоб поступает в гранулятор, в котором расплавленный шлак размельчается и в виде капель расплава по охлаждаемым водой направляющим эк­ранам поступает в нижнюю часть медленно вращающегося бара­бана, частично заполненного водой. Частицы шлака, попадая в воду, охлаждаются и при помощи горизонтальных перфориро­ванных полос, расположенных внутри барабана, вычерпываются из воды, обезвоживаются и подсушиваются за счет собственного остаточного тепла.

Выходящие из печи дымовые газы направляются по газоходу в ловушку, представляющую собой герметичный сосуд, в котором находится сорбент, предназначенный для абсорбции соединений вредных веществ, таких как производные хлора и других галогенов. Температура в ловушке должна быть не менее 1200 °С, а время пребывания в нём газа не менее 2 с, что гарантирует окончательное разложение диоксиновых соединений.

Таким образом, в рассмотренной установке помимо получения полезных продуктов происходит их обезвреживание за счёт перевода золы в нерастворимое состояние.