Переработка твердых отходов
Твёрдые бытовые отходы (ТБО, бытовой мусор) — предметы или товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления. ТБО делятся также на отбросы (биологические ТО) и собственно бытовой мусор (небиологические ТО искусственного или естественного происхождения), а последний часто на бытовом уровне именуются просто мусором. Ежегодно количество мусора возрастает примерно на 3 % по объёму. Количество ТБО в СНГ составляет около 100 млн тонн/год, причём на долю России приходится более четверти этого объёма.
Твердые бытовые отходы представляют собой сложную гетерогенную смесь.
По морфологическому признаку ТБО в настоящее время состоит из следующих компонентов:
Бумага — газеты, журналы, упаковочные материалы
Пластмассы
Пищевые и растительные отходы
Различные металлы (цветные и чёрные)
Стеклобой
Текстиль
Древесина
Кожа, резина
Кости
Смёт
Раздельный сбор разных категорий отходов определяет эффективность и стоимость утилизации отдельных компонентов. Наиболее неудобны для утилизации смешанные отходы, содержащие смесь биоразлагаемых влажных пищевых отходов, пластмасс, металлов, стекла и пр. компоненты.
Самый дешёвый способ избавиться от отходов — произвести их захоронение. Этот способ восходит к простейшему пути — выбросить что-либо из дому, на свалку.
История показала, что простым выбрасыванием непригодных предметов из дому проблему решить не удаётся. В XX веке пришлось перейти от стихийного создания свалок к проектированию и реализации специальных инженерных объектов, полигонов для захоронения бытовых отходов. Проектом предусматривается минимизация ущерба окружающей среде, строгое соблюдение санитарно-гигиенических требований.
Наиболее распространённым методом утилизации ТБО является сжигание с последующим захоронением образующейся золы на специальном полигоне. Метод обладает серьёзными недостатками, такими как образование сильно ядовитых химических соединений, например диоксинов и фуранов. Для их нейтрализации требуется так называемое «дожигание» (нагрев исходящих газов до температуры выше 850 градусов и поддержание её в течение как минимум двух секунд). Существует довольно много технологий сжигания мусора — камерное, слоевое, в кипящем слое. Мусор может сжигаться в смеси с природным топливом. Наиболее опасным с экологической точки зрения является низкотемпературное сжигание в котлах.
Значительная часть ТБО с успехом утилизируется в современных печах цементной промышленности. Существующие технологии позволяют производить данную операцию без снижения качества готовой продукции и без негативного влияния на окружающую среду. Мусор перед попаданием на цементный завод должен пройти стадию дробления и сортировки. Наличие передовых систем таких как By-pass и Hot Disc значительно повышает эффективность утилизации отходов в современных вращающихся печах.
В России ежегодно производится около 3,8 млрд тонн отходов. В среднем перерабатывается 10 % — 15 % мусора. Твердые бытовые отходы подвергаются переработке только на 3 % — 4 %, промышленные на 35 %. В основном мусор свозится на свалки — их в России около 11 тысяч. В них захоронено около 82 млрд тонн отходов.
Процесс переработки несортированных ТБО является одним из сложнейших вследствие наличия в них разнообазных (оганических и неорганических) веществ, а также вследствие наличия в них большого количества различных по размерам отходов. При создании процесса необходимо учитывать широкий диапазон состава веществ и отходов по размерам и назначению.
На завершающем этапе переработки неорганических соединений используются общеизвестные технологические процессы.
В начале процесса в блоке отделения от общей массы ТБО отделяются крупногабаритные отходы, которые затем разделяются на отходы, состоящие преимущественно из органической и неорганической частей.
технологическая схема
Неорганические крупногабаритные отходы поступают в блок разделки, где разделываются на части, размеры которых определяются загрузочным устройством камеры окисления. После прохождения камеры окисления они соединяются с неорганическими отходами основного потока и направляются на дальнейшую переработку в соответствии с общеизвестными технологиями.
Крупногабаритные отходы, состоящие преимущественно из органической части (пластмасса, древесина и т.д.) после грубого дробления (блок предварительного дробления) попадают в основной поток движения отходов.
Оставшиеся после удаления крупногабаритных предметов органические и неорганические отходы поступают в блок измельчения, затем направляются в камеру предварительного подогрева (температура в камере порядка 200 oС или выше). Температура в камере определяется условиями удаления воды и других относительно легкокипящих соединений.
Из камеры предварительного подогрева отходы попадают в реактор термоудара, где мгновенно нагреваются до температуры 650-700 oС. При этой температуре протекает высокоскоростной пиролиз органических соединений с образованием твердых и газообразных продуктов. В камере предварительного подогрева и реакторе термоудара процессы проводятся без доступа воздуха.
Твердые отходы, содержащие и неорганическую часть, из реактора поступают в блок сбора и направляются в блок разделения, где более легкий по плотности органический остаток отделяется от неорганического. Органический остаток, представляющий собой углеподобный продукт, сушится и направляется на дальнейшее использование.
Неорганический остаток попадает в камеру окисления, где удаляются последние следы органических соединений. К неорганическому остатку основного потока , вышедшего из камеры окисления, добавляется неорганический остаток крупногабаритных отходов, прошедший через блок разделки и камеру окисления.
Оставшийся после окисления неорганический остаток, содержащий соединения металлов, стекло и т.д., направляется на плавление, разделение и по известным технологиям перерабатывается в полезный продукт.
Содержание неорганического остатка обычно ниже, чем 10% от исходного ТБО.
Получаемые на различных стадиях газовые фракции направляются на очистку и частичную конденсацию с выделением полезных продуктов. Оставшийся газ разделяется на компоненты и/или дожигается в установке. После дожигания газ очищается и выводится. В соответствии с требованиями экологии в схеме может содержаться блок поглощения основного количества CO2.
Выделяемые в процессе для дальнейшего использования продукты определяются составом ТБО и пожеланиями Заказчика.
При наличии в ТБО радиоактивных соединений они должны контролироваться на входе (отходы) и выходе (продукты) процесса. Оставшаяся радиоактивная часть отходов подлежит захоронению.
Вследствие значительного колебания исходного состава несортированных ТБО в процессе большое внимание уделяется контролирующим и регулирующим системам (приборам).
Преимущества процесса:
относительно небольшие энергозатраты при переработке единицы ТБО вследствие нагрева до высоких температур меньшего количества вещества, чем в обычно используемых процессах, и преимущественно энтропийного характера процесса пиролиза,
использование малого количества кислорода (воздуха),
максимальная степень допустимой переработки или уничтожения отходов,
минимальное возможное количество выводимых из системы соединений.