Инженерная экология

компост из ТБО фактически малопригоден для использования в сельском хо-

зяйстве. Предпринимаются разработки концепций получения синтетического газообразного и жидкого топлива для автотранспорта из продуктов компости-

рования, выделенных на мусороперерабатывающих заводах. Например, пред-

полагается реализовать получаемый компост в качестве полуфабриката для дальнейшей его переработки в газ.

Способ утилизации бытовых отходов пиролизом известен достаточно мало, особенно в нашей стране, из-за своей дороговизны. Он может стать де-

шевым и не отравляющим окружающую среду приемом обеззараживания от-

ходов. Технология пиролиза заключается в необратимом химическом измене-

нии мусора под действием температуры без доступа кислорода. По степени температурного воздействия на вещество мусора пиролиз как процесс условно разделяется на низкотемпературный (до 900°С) и высокотемпературный (свы-

ше 900°С).

Низкотемпературный пиролиз – это процесс, при котором размельчен-

ный материал мусора подвергается термическому разложению. При этом про-

цесс пиролиза бытовых отходов имеет несколько вариантов: пиролиз органи-

ческой части отходов под действием температуры в отсутствии воздуха; пиро-

лиз в присутствии воздуха, обеспечивающего неполное сгорание отходов при температуре 760°С; пиролиз с использованием кислорода вместо воздуха для получения более высокой теплоты сгорания газа; пиролиз без разделения от-

ходов на органическую и неорганическую фракции при температуре 850°С и др. Повышение температуры приводит к увеличению выхода газа и уменьше-

нию выхода жидких и твердых продуктов. Преимущество пиролиза, по срав-

нению с непосредственным сжиганием отходов, заключается в его эффектив-

ности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды. С по-

мощью пиролиза можно перерабатывать составляющие отходов, неподдаю-

щиеся утилизации, такие как автопокрышки, пластмассы, отработанные масла,

отстойные вещества. После пиролиза не остается биологически активных ве-

ществ, поэтому подземное складирование пиролизных отходов не наносит

140

вреда природной среде. Образующийся пепел имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся подземному складирова-

нию. При пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых метал-

лов. В целом процесс требует меньших капитальных вложений. Установки или заводы по переработке твердых бытовых отходов способом пиролиза функ-

ционируют в Дании, США, ФРГ, Японии и других странах.

Высокотемпературный пиролиз. Этот способ утилизации ТБО, по суще-

ству, газификация мусора. Технологическая схема 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 твер-

дые продукты в виде шлака, т. е. непиролизуемые остатки. Технологическая цепь утилизации состоит из четырех этапов: отбор из мусора крупногабарит-

ных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и пу-

тем индукционного сепарирования; переработка подготовленных отходов в га-

зофикаторе для получения синтез-газа и побочных химических соединений – хлора, азота, фтора, а также шлака при расплавлении металлов, стекла, кера-

мики; очистка синтез-газа с целью повышения его экологических свойств и энергоемкости, охлаждение и поступление его в скруббер для очистки от со-

единений хлора, фтора, серы, цианидов; сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

Высокотемпературный пиролиз является одним из самых перспективных направлений переработки твердых бытовых отходов с точки зрения как эколо-

гической безопасности, так и получения вторичных полезных продуктов.

Основная задача, стоящая перед системами переработки ТБО – это наи-

более полно утилизировать отходы. При подборе технологий для реализуемых проектов нужно руководствоваться двумя важными требованиями: обеспечить минимум или полное отсутствие выбросов и произвести максимум ценных ко-

нечных продуктов, для реализации их на рынке.

141

Комбинации указанных технологических решений устанавливаются на нескольких площадках в регионе так, чтобы обеспечить минимальную транс-

портировку отходов к месту переработки и непосредственную поставку цен-

ных конечных продуктов на сопутствующие производства. Полный завод по переработке ТБО состоит из модулей всех видов и может включать сопутст-

вующие производства. Количество технологических линий в каждом модуле определяется требованиями к производительности завода. Минимальное оп-

тимальное соотношение достигается для завода производительностью 90 000

тонн ТБО в год.

Переработка горючих отходов. Предлагаемая технология газификации позволяет перерабатывать горючие отходы в закрытом реакторе с получением горючего газа. Могут быть переработаны отходы следующих типов:

горючая фракция твердых бытовых отходов (ТБО), выделенная при сортировке;

твердые промышленные отходы – произведенные промышленными,

торговыми и другими центрами (пластик, картон, бумага и т. д.);

твердые горючие продукты переработки автомобилей: большинство автомобильных пластиков, резина, пеноматериалы, ткань, дерево и т. д.;

сточные воды после осушения (наиболее эффективная переработка сточных вод достигается при использовании биотермической технологии);

сухая биомасса, такая как отходы деревообработки, опилки, кора

и т. д.

Процесс газификации является модульной технологией. Ценным про-

дуктом переработки является горючий газ. Газ может быть использован для производства тепло-электроэнергии для сопутствующих производств или на продажу. Модуль газификации не производит выбросов в атмосферу и не име-

ет трубы: продуктом технологии является горючий газ, направляемый на про-

изводство энергии, и, таким образом, выбросы образуются только на выходе двигателей, бойлеров или газовых турбин. Технология проста в управлении и

142

эксплуатации и может быть использована в рамках комплексных схем пере-

работки отходов.

Переработка гниющих отходов. Органическая фракция ТБО, получен-

ная в результате сортировки, а также отходы ферм и очистных сооружений могут быть подвергнуты анаэробной переработке с получением метана и ком-

поста, пригодного для сельскохозяйственных и садоводческих работ.

Переработка органики происходит в реакторах, где бактерии, произво-

дящие метан, перерабатывают органическую субстанцию в биогаз и гумус.

Субстанция выдерживается в реакторе при определенной температуре 15–20

дней. Размер одного реактора может достигать 5000 куб. м. Это примерно со-

ответствует отходам, производимым населением в 200 000 человек. Для пере-

работки большего объема отходов требуется два или более параллельных ре-

актора. При необходимости по окончании анаэробной переработки субстанция пастеризуется и после этого полностью осушается в твердую массу, состав-

ляющую 35–45% от первоначального объема. На следующей стадии масса мо-

жет быть подвергнута постаэрации и просеиванию для улучшения показателей хранения, эстетического вида и удобства использования.

Конечный продукт, гумус, полностью переработан, стабилизирован и пригоден для ландшафтных работ, садоводства и сельского хозяйства. Метан может быть использован для производства тепло/электроэнергии.

Переработка использованных шин. Для переработки шин используется технология низкотемпературного пиролиза с получением электроэнергии, сор-

бента для очистки воды или высококачественной сажи, пригодной для произ-

водства автопокрышек.

Линии демонтажа старых автомобилей. Для переработки старых авто-

мобилей используется технология промышленного демонтажа, позволяющая вторично использовать отдельные детали. Стандартная линия линии промыш-

ленного демонтажа способна перерабатывать 10 000 старых автомобилей в год или до 60 машин в день. Линия предназначена для оптимального демонтажа деталей в безопасных рабочих условиях. Основными элементами линии явля-

143

ются автоматический конвейер, передвигающий автомобили, устройство пе-

реворачивания автомобилей для демонтажа деталей днища и подготовки авто-

мобиля к снятию двигателя, а также оборудование для демонтажа деталей и хранения снятых материалов. Предприятие состоит из цеха линии демонтажа,

зоны для удаления аккумуляторов и слива автомобильных жидкостей, крытых складских помещений. Экономическая эффективность предприятия обеспечи-

вается продажей автомобильных деталей и отсортированных материалов. Для эффективной эксплуатации завода в зависимости от транспортных тарифов в радиусе 25 – 30 км от завода должно быть в наличии 25000 остовов старых ав-

томобилей. В среднем, для завода требуется площадка в 20000 м2.

Утилизация медицинских отходов. Предлагаемая технология очистки медицинских отходов стерилизует такие виды медицинских отходов как иглы,

ланцеты, медицинские контейнеры, металлические зонды, стекло, биологиче-

ские культуры, физиологические вещества, медикаменты, шприцы, фильтры,

пузырьки, подгузники, катетеры, лабораторные отходы и т.д. Технология очи-

стки медицинских отходов измельчает и стерилизует отходы, так, что они пре-

вращаются в сухую, однородную пыль без запаха (гранулы диаметром 1–2

мм). Этот остаток является целиком инертным продуктом, не содержит мик-

роорганизмов и не обладает бактерицидными свойствами. Остаток может быть утилизирован как обычные городские отходы или использован при ландшафт-

ных работах. Технология переработки медицинских отходов – это закрытый процесс. Стандартное оборудование работает в полуавтоматическом режиме, в

функции оператора входит загрузка установки при помощи подъемника и за-

пуск процесса. После начала процесса все операции осуществляются автома-

тически и контролируются программируемым модулем, в то время как сооб-

щения о состоянии процесса и сигналы о возможных неисправностях отобра-

жаются на пульте управления. Возможна поставка целиком автоматической системы. Учитывая специфический вес материала и время переработки, произ-

водительность установки составляет 100 кг/час.

144

Предлагаемые современные технологии позволяют одновременно ре-

шить проблему утилизации мусора и создать местные источники энергии.

7. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОТХОДОВ КАЛИЙНОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Калий хлористый – это бесцветные кристаллы или белый кристалличе-

ский порошок без запаха, соленый на вкус; растворим в воде (1:3), практиче-

ски нерастворим в спирте. Формула: KCl.

Калий хлористый получают в результате переработки калийных руд га-

лургическим и флотационным методами. Основным сырьем для производства хлористого калия являются природные калийные соли (сильвинит и карналлит

– соли с содержанием чистого вещества на уровне 12–15% с примесями солей натрия и магния).

Калий хлористый применяют как удобрение в сельском хозяйстве и в розничной торговле, а также для промышленности при производстве химиче-

ских продуктов и других целей: производства заменителей кожи, синтетиче-

ского каучука, хлебопекарных и кормовых дрожжей, лечебно-

профилактической соли [34].

Хлористый калий является концентрированным калийным удобрением.

Представляет собой белое кристаллическое вещество и легко растворяется в воде. Содержание питательного вещества K2O находится на уровне 52-62%.

Хлористый калий применяют на любых почвах как основное удобрение. Осо-

бенно эффективно при использовании под корнеплоды, картофель, подсолнеч-

ник, плодовые и другие культуры. На бедных калием легких почвах и торфя-

никах все без исключения сельскохозяйственные культуры нуждаются в ка-

лийных удобрениях. Калийные удобрения, как правило, применяются в ком-

плексе с азотными и фосфорными удобрениями.

Помимо увеличения урожайности, калийные удобрения повышают каче-

ственные характеристики выращиваемой продукции: это проявляется в повы-

шении сопротивляемости растений к заболеваниям, повышении стойкости

145

плодов при хранении и транспортировке, а также улучшении их вкусовых и эстетических качеств.

Многие калийные удобрения представляют собой природные калийные соли, используемые в сельском хозяйстве в размолотом виде. Значительное количество хлора во многих калийных удобрениях отрицательно влияет на рост и развитие растений, а содержание натрия (в калийной соли и сильвини-

те) ухудшает физико-химические свойства многих почв, особенно чернозем-

ных, каштановых и солонцовых.

Из сильвинита хлористый калий получают методами галургии и флота-

ции.

Флотационный способ обогащения сильвинитовых руд ведется в насы-

щенных солевых растворах. Он основан на селективной гидрофобизации реа-

гентами – собирателями поверхности калийных минералов, создающей усло-

вия для закрепления частиц на пузырьках воздуха и извлечения их в пенный продукт. Флотационный метод переработки включает подготовительные опе-

рации по крупности минеральных зѐрен (измельчение и классификация) и по выделению глинисто-карбонатных шламов (обесшламливание). Окончатель-

ный концентрат с содержанием KCl 95,3–96,2% подвергается обезвоживанию и сушке. «Хвосты» флотации с содержанием KCl 2,5 – 3,0% после обезвожи-

вания транспортируются на складирование на солеотвал. Шламовый продукт после сгущения и осветления щелоков транспортируется на шламохранилище.

Извлечение полезного компонента при флотационном методе переработки со-

ставляет 84 – 85%.

Галургический метод. Этот процесс переработки калийсодержащего сы-

рья основан на растворении хлористого калия из руды горячим раствором при

120° и раздельной кристаллизации солевых составляющих перерабатываемой руды. Галургия (в переводе с греческого – «соляное дело») включает изучение состава и свойств природного солевого сырья и разработку способов промыш-

ленного получения из него минеральных солей. Галургический метод разделе-

ния основан на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных

146

температурах. Технологический процесс галургического способа складывает-

ся из дробления сильвинитовой руды, растворения сильвинита горячим щело-

ком в растворителях со шнековыми мешалками и ковшовыми элеваторами,

охлаждения (с целью кристаллизации хлорида калия из осветленного насы-

щенного раствора), сгущения в отстойниках. Затем сгущенная суспензия через промежуточную мешалку подается на центрифуги. Сушка отфильтрованного хлорида калия осуществляется на сушильных барабанах или печах кипящего слоя. Содержание хлористого калия в концентрате составляет 95–98%, в гали-

товых отходах 2,5–3,0%, извлечение 86,5-87,5%. Для выделения хлорида калия этот метод используется шире метода флотации, который базируется на разной смачиваемости веществ.

В России выпускаются различные марки хлористого калия.

WMOP (белый хлористый калий).

Белый хлористый калий производится на обогатительных фабриках из сильвинитовой руды, являющейся разновидностью калийной руды. ОАО

«Уралкалий» является единственным производителем белого (галургического)

хлористого калия с содержанием К2О не менее 62% в мелкокристаллической и стандартной (обеспыленной) формах в РФ.

Сильвинитовая руда доставляется конвейером на химические обогати-

тельные фабрики, где измельчается для дальнейшей переработки. После из-

мельчения до необходимого размера сильвинит смешивается с маточным рас-

твором – раствором хлорида магния и хлоридом калия, – для осуществления процесса выщелачивания

Маточный раствор растворяет соль в сильвинитовой руде, оставляя бо-

лее высокой концентрацию хлорида калия в суспензии. Соляные отходы уда-

ляются и перекачиваются в отдельную камеру вместе с маточным раствором,

удаляемым из данных отходов. Маточный раствор перекачивается обратно в камеру выщелачивания

Полезная суспензия, полученная в результате процесса выщелачивания,

очищается от примесей в горячем концентраторе, который отделяет и удаляет

147

глинистые отходы и соляные примеси, оставляя горячую концентрированную жидкость. Некоторые из отходов, полученных в процессе очистки, которые еще содержат полезное количество хлорида калия, перекачиваются обратно в камеру выщелачивания для извлечения еще большего количества хлорида ка-

лия

Горячий концентрат помещается в систему кристаллизации, где он мгновенно охлаждается и подвергается дальнейшей кристаллизации. В ходе данного процесса образуется очищенная суспензия кристаллов калия, которая высушивается с помощью гидроциклонов и промышленных центрифуг для получения «сгустка» калия

Сгусток транспортируется в барабанную сушилку, работающую на жид-

ком топливе или природном газе, для окончательного удаления воды. Влаж-

ность конечного продукта – сухого белого хлористого калия – составляет ме-

нее 0,2% от веса

PMOP (розовый хлористый калий).

Розовый хлористый калий производится на флотационных обогатитель-

ных фабриках После добычи основная масса калийной руды транспортируется по кон-

вейерной ленте на ближайшую фабрику, где измельчается для подготовки к последующей переработке.

После измельчения до необходимого размера калийная руда подвергает-

ся обесшламливанию – процессу, в ходе которого мелкие материалы, такие как глина и песок, отделяются от калийной руды посредством турбуленции в гид-

роциклонных машинах Процесс обесшламливания завершается помещением частично очищен-

ной калийной руды во флотационную машину, в которой определенные хими-

ческие вещества создают пузырьки, которые приклеиваются к частицам хло-

рида калия и выталкивают данные частицы на поверхность смеси для их по-

следующего отделения

148

Полученная пенистая смесь очищается во флотационной машине триж-

ды с целью увеличения концентрации хлорида калия. Высокая степень влаж-

ности калия приводит к образованию комков в ходе хранения и транспорти-

ровки, а также к разрушению гранулированной структуры Для снижения уровня влажности до 5 % ОАО «Уралкалий» использует

сепараторы, вакуумные фильтры и термокамеры. Дальнейшая просушка в вер-

тикальной трубной сушильной установке при высоких температурах позволяет снизить влажность с 5 % до приблизительно 0,1 %. Затем продукт обрабатыва-

ется химикатами с целью предотвращения образования комков из частиц ка-

лия, а также с целью предотвращения образования пыли при внесении продук-

та в почву

GMOP (гранулят).

Процесс производства гранулята идентичен тому, который используется при производстве розового хлористого калия вплоть до окончания последнего этапа просушки

На этой стадии вместо подготовки к отгрузке высушенный калийный порошок спрессовывается в комки с помощью вальцовых прессов под давле-

нием в 250 атмосфер Гранулы необходимого размера отделяются через просеиватели, которые

предназначены для удаления острых краев и трещин, а также закаляются в термокамерах с целью увеличения прочности. Полученные гранулы обрабаты-

ваются химическими веществами с целью предотвращения образования ком-

ков из гранул, а также с целью предотвращения образования пыли при внесе-

нии в почву В настоящее время ОАО «Уралкалий» производит гранулят в качестве

дополнения к производству розового хлористого калия, но в случае дальней-

шего роста спроса на него предприятие может использовать технологию про-

изводства гранулята из белого хлористого калия.

149