10.2.3. Термические методы переработки твердых бытовых отходов

Цель термических методов переработки ТБО – обезвреживание и получение энергии (топлива). Под термическими методами понимают сжигание и пиролиз.

Сжигание. В настоящее время мусоросжигание наиболее распространено в Японии, Германии, Франции, Швейцарии, Швеции.

Достоинствами этого метода являются надежное обезвреживание, получение энергии, экономия земельных площадей. Основные недостатки – уничтожение ценных компонентов, высокие капитальные затраты и загрязнение воздушной среды взвешенными частицами золы и недожога, а также вредными газообразными примесями (оксиды серы, азота, углерода, хлорид водорода, фторид водорода, углеводороды, диоксины, фураны и др.). Современные мусоросжигательные заводы (МСЗ) должны быть оборудованы высокоэффективными газоочистными устройствами, стоимость которых достигает 50% общих капиталовложений на строительство.

Вместе с тем отсутствуют системы газоочистки, позволяющие уловить диоксины, ртуть. Поэтому в мировой практике наметилась тенденция отказа от сжигания мусора без предварительной подготовки. Закрываются старые мусоросжигательные заводы в Финляндии, США, Японии, Германии.

По прогнозам специалистов, все более широкое распространение будет получать сжигание специально подготовленных отходов. С 70-х гг. ХХ в. в США и Великобритании проводятся работы по переработке ТБО в гранулированное топливо, при сжигании которого снижается негативное воздействие на окружающую среду. При изготовлении такого топлива используются операции дробления, извлечения различных фракций, что повышает капитальные и эксплуатационные затраты, однако позволяет получить топливо более высокого качества.

В России построено 8 МСЗ, в Украине – 3. В Минске, на УП «Экорес», в течение 9 лет функционировала мусоросжигательная станция мощностью 4 т/ч, причем утилизация тепла от сжигания не проводилась. Выбросы вредных веществ (оксиды азота, серы, углерода, тяжелые металлы, пыль, сероводород) в атмосферу достигали 400 т в год. По этой причине в 1992 г. станция была выведена из эксплуатации.

Согласно постановлению Совета министров, в Республике Беларусь необходимо построить к 2008 г. 15 заводов по переработке мусора и вторичного сырья, 2 из них – в Минске.

Пиролиз. Практика показывает, что наиболее перспективным является способ обезвреживания отходов в две ступени: аэробное биотермическое компостирование органической части с получением компоста и пиролиз некомпостируемой части (резина, кожа, дерево, полимерные материалы и т. д.). При пиролизе в результате термического разложения отходов без доступа кислорода образуются пиролизные газы и твердый углеродистый остаток – пирокарбон. Пиролизные газы подвергают дожигу с утилизацией тепла и очисткой полученных дымовых газов, пирокарбон после охлаждения измельчают, выделяют черные и цветные металлы и используют в качестве топлива. Теплота сгорания пикарбона составляет 12–13 тыс. кДж/кг.

10.2.4. Компостирование твердых бытовых отходов

Различают компостирование на специальных мусороперерабатывающих заводах и полевое.

Компостирование в промышленных условиях. Метод механизированного биотермического компостирования в мировой практике начали применять в 20-е гг. прошлого столетия. Такие заводы эксплуатируются во Франции, Италии, Германии, Нидерландах. В странах бывшего СССР заводы были построены в Москве, Санкт-Петербурге, Минске, Ташкенте, Баку, Алма-Ате и др., однако в настоящее время их эксплуатация возможна только при осуществлении раздельного сбора или сортировки отходов. В противном случае содержание тяжелых металлов в компосте превышает нормативы.

Технологический процесс на мусороперерабатывающих заводах механизирован, схема представлена на рис. 53.

Рис. 53. Технологическая схема переработки ТБО с биотермическим

компостированием:

1 – приемный бункер; 2 – дозирующий бункер; 3 – пластинчатый питатель; 4 – магнитный сепаратор черных металлов; 5 – магнитный сепаратор цветных металлов; 6 – ленточный транспортер; 7 – баллистический пневмосепаратор; 8 – грохот; 9 – биотермический барабан; 10 – контрольный грохот; 11 – дробилка компоста

ТБО с мусоровозов перегружаются в бункеры, днища которых выполнены в виде пластинчатых питателей. Отходы из бункеров перегружают на ленточные конвейеры, по которым они направляются в сортировочный корпус.

Крупные некомпостируемые фракции отделяют с помощью цилиндрического грохота с размером ячеек сит 150–250 мм и направляют в бункер для сбора балласта.

Просеянный материал по конвейерам подается в главный корпус, проходя последовательно электромагнитные сепараторы для выделения черного и цветного металла и аэродинамический сепаратор, выделяющий легкие фракции – пленку и бумагу. Черный металл подвергают прессованию на гидравлических пакетировочных прессах и отгружают потребителю, цветной собирается в бункере-накопителе.

Отсортированные отходы по конвейерам подают в загрузочные устройства биотермических барабанов, где протекает компостирование. Биобарабан представляет собой сварной металлический цилиндр, установленный на роликоопорах с уклоном в сторону разгрузочного устройства. Биобарабан снабжен воздуховодами, в которые от вентиляторов подается воздух. Для сокращения теплопотерь поверхность теплоизолирована, внутри барабана в предохранительных стаканах установлены термодатчики.

Ежедневно биобарабан загружают свежими отходами на половину объема, они попадают в среду с активным биотермическим процессом, ускоряется достижение термофильной стадии. Масса разогревается до температуры 60С, при которой погибают патогенные микроорганизмы, яйца гельминтов, личинки и куколки насекомых, т. е. отходы обезвреживаются. Кроме разложения и обезвреживания отходов, в биобарабане осуществляется их механическое истирание. Выходящий продукт по внешнему виду не похож на исходный мусор, плотность отходов увеличивается в 3–4 раза.

После биобарабана отходы проходят баллистический стеклосепаратор с пневмоотсевом пленки. Он представляет собой конвейер с быстрым движением ленты (2–7 м/с), с которого материал сбрасывается в воронку, разделенную перегородкой на два отсека. Тяжелые частицы, обладающие большей инерцией (стекло, камни), отбрасываются в дальний отсек, а легкие фракции (компост) ссыпаются в ближний. В верхней части воронки встроен всасывающий патрубок, в который вентилятором засасывается пленка.

Окончательно компост очищается от балластных фракций на мелком сите (10–15 мм) грохота и по системе конвейеров подается на складские площадки. С помощью бульдозеров формируют штабеля, в которых компост дозревает. Штабеля периодически «перелопачивают» и при необходимости увлажняют. Время дозревания компоста 2–3 мес.

Некомпостируемые фракции направляют на полигон для захоронения или на сжигание.

Выход компоста составляет около 60% массы отходов, металлов выделяется около 4%, легких фракций (пленка, текстиль) – до 13%, остальное – газовые потери и некомпостируемые (балластные) фракции.

Компост как органическое удобрение используется в сельском хозяйстве для выращивания зерновых и технических культур, а также в питомниководстве, озеленении и при рекультивации земель. Компост имеет влажность 40%, содержание элементов на сухую массу составляет, %: калий – 0,3–0,5; азот общий – 1,2–1,5; кальций – 2,5–5,0; фосфор – 0,5–0,6.

За последние десятилетия в составе ТБО резко повысилось содержание тяжелых металлов в составе батарей, аккумуляторов, ламп накаливания, люминистентных ламп, синтетических материалов (красители, стабилизаторы), бумаги с типографской краской, металлических покрытий кожи и т. п. В компосте, выпускаемом на минском УП «Экорес», содержание тяжелых металлов превышало предельно допустимые концентрации, поскольку компостированию подвергались отходы, не прошедшие сортировку. Постановлением Минского городского центра гигиены и эпидемиологии в 1997 г. была запрещена реализация компоста, и завод приостановил проведение биотермического компостирования ТБО. В настоящее время на заводе осуществляется только прессование отходов в кипы для удобства их транспортирования и захоронения на свалке.

Полевое компостирование. Применяют в городах с населением 50–500 тыс. человек при наличии свободных территорий. При правильно организованном полевом компостировании в результате переработки ТБО получают компост, только в отличие от промышленных условий процесс этот более длительный (до полугода, в зависимости от сезона). При использовании предварительного дробления отходов процесс ускоряется, выход компоста увеличивается.

При выборе площадки для полевого компостирования руководствуются теми же требованиями, что и при выборе участка под полигон.

Из выгруженных отходов с помощью грейферных кранов и бульдозеров формируют штабеля, высота которых зависит от метода аэрации. При принудительной аэрации высота штабеля может превышать 2,5 м. Поверхность штабелей укрывают слоем торфа, готового компоста или грунта толщиной около 0,2 м для предотвращения рассеивания легких фракций, размножения мух и для устранения неприятного запаха.

В ходе процесса наружные слои материала разогреваются меньше, чем внутренние, поэтому для надежного обезвреживания всей массы отходов их «перелопачивают». При этом улучшаются условия аэрации.

Зрелый компост перед отправкой потребителю очищают от крупных балластных фракций с помощью грохота.

В некоторых городах осуществляют совместное полевое компостирование твердых бытовых отходов и обезвоженного осадка сточных вод.