Отримання відновлюваних видів енергії з харчових відходів і ТПО

Основні термічні технології знищення відходів

Плазмове знищення відходів також відноситься до термічних  методів, але тут не розглядається, тому що масового застосування не має  з ряду об'єктивних причин. Найбільш широко поширеними термо-вогневими технологіями знищення небезпечних та інших відходів є спалювання та піроліз. Знищенню піддаються органічні відходи, тобто містять або повністю складаються з вуглеводнів природного або штучного походження, а також горючі неорганічні речовини та сполуки. В обох процесах використовуються високі температури як головний засіб зміни хімічного, фізичного або біологічного характеру або складу шкідливих відходів. Але на цьому схожість методів і закінчуються. [18,19 ]

Спалювання - процес окислення знищуваних відходів при достатньому або надлишковій кількості кисню. Висока температура, насамперед, призводить до окислення таких хімічних елементів як вуглець (С) і водень (Н), з яких складаються вуглеводневі молекули. Складні вуглеводневі ланцюги можуть містити азот, хлор, фтор, бром, йод. Окисленню підлягають також сполуки сірки, фосфору та інші речовини.

Окислення - реакція, при якій під дією температури  речовина з'єднується з киснем або  іншим електронегативний елементом, наприклад, галогеном або втрачає водень - у вигляді води або молекулярного водню.

Побічними продуктами спалювання є в основному вода, вуглекислий газ і зола. Негорючі матеріали, в тому числі кислоти, оксиди металів, оксиди азоту, сірки, фосфору  і інші неорганічні сполуки несуться димовим газом або накопичуються в золі і шлаку. [14,16 ]

Особливо треба  сказати про горінні полімерів. Горіння полімерів являє собою  дуже складний фізико-хімічний процес. Він включає в себе:

-Хімічні реакції перетворення і окислення газових продуктів;

-Хімічні реакції деструкції, зшивання та карбонізації полімеру в конденсованої фазі;

-Фізичні процеси інтенсивних тепло-і массопередачі.

-Реакції в конденсованої фазі призводять до двох основних типів речовин:

1) газоподібним  речовинам (пальним і негорючим);

2) твердим продуктам  (вуглецевмісних і мінеральним).

Вимоги в  області охорони навколишнього  середовища у всьому світі постійно посилюються». У відповідності з  міжнародним законодавством - документами  ООН (Програма ООН з навколишнього  середовища - Підпрограма UNEP по хімічним речовинам - Методичне керівництво по виявленню та кількісній оцінці викидів діоксинів і фуранів) процеси спалювання всіляких відходів діляться на 4 класи по факторам емісії:

Клас 1: низькотехнологічних  спалювання, без системи контролю забруднення повітря.

Клас 2: Контрольоване  спалювання, мінімальна система контролю забруднення повітря.

Клас 3: Контрольоване  спалювання, хороша система контролю забруднення повітря.

Клас 4: Високотехнологічне спалювання, складна система контролю забруднення повітря.

У разі прямого  спалювання відходів виділяється велика кількість забруднюючих речовин. Тому всі сучасні сміттєспалювальні  установки повинні обладнуватися  високоефективними пристроями для  уловлювання твердих і газоподібних забруднюючих речовин. Вартість цих пристроїв за різними оцінками сягає 30 ... 50% від вартості самої установки і капітальних витрат на будівництво разом узятих. Апарати очищення від летючої золи повинні мати ефективність не нижче 99%. Хімічне очищення від газоподібних забруднюючих речовин повинна вловлювати такі викиди, як S02, NOх, HCI, HF та ін

Як правило, встановлення прямого спалювання не оснащуються складними і дорогими системами газоочистки або ГОУ (ГОУ - газоочисне й пилеуловлювальне установка). Найбільшим недоліком прямого кисневого спалювання є викиди в атмосферу надзвичайно отруйних для всього живого діоксинів і фуранів, які утворюються за наявності в спалюваних відходах хлорвмісних полімерів. [11]

Піроліз (від  грец. Pyr - вогонь, жар і lysis - розкладання, розпад) відбувається за відсутності або недоліку кисню з утворенням ряду інгредієнтів. Органічні речовини відходів, в т.ч. хлорсодержащие, в результаті піролізу перетворюються в суміш менш шкідливих сполук, так званий піролізний газ. Склад піролізного газу такий: чадний газ, вуглекислий газ, водородосодержащие з'єднання - пари Н2О, HCl, HF, H2S, сполуки азоту NOх та інші. Залишок - негорючі мінералізовані з'єднання або зола.

Існує два типи піролізу: низькотемпературний (400 ... 850 ° С) і високотемпературний (850 ... 1200 ° С). Процес низькотемпературного піролізу тут не розглядається в якості ефективного і безпечного методу знищення небезпечних відходів.

Високотемпературний піроліз. Високотемпературний піроліз  дозволяє швидко розкладати тверді і  рідкі відходи на газоподібні компоненти. Підвищення температури призводить до збільшення виходу газу і зменшення виходу рідких і твердих продуктів. Піроліз при температурі понад 850 ° С проводиться без розділення відходів на органічну і неорганічну фракції. Перевага піролізу в порівнянні з безпосереднім спалюванням відходів полягає, насамперед, у його ефективності з точки зору запобігання забрудненню навколишнього середовища.

Після піролізу не залишається біологічно активних речовин, тому підземне складування  піролізних відходів у вигляді золи не наносить шкоди природному середовищу. Різко зменшується обсяг відходів, що піддається підземному складуванню, що, безумовно, є його перевагою по відношенню до прямого кисневого спалювання. До переваг піролізу відносяться і легкість зберігання і транспортування одержуваних продуктів. В цілому процес вимагає менших капітальних вкладень. Установки або заводи з переробки відходів (включаючи промислові, небезпечні медичні та тверді побутові) способом високотемпературного піролізу функціонують у Франції, Данії, США, ФРН, Японії та інших країнах.

Цей спосіб утилізації відходів, по суті, є не що інше, як їх газифікація. Технологічна схема цього  способу передбачає отримання з  органічної складової відходів вторинної  синтез-газу з метою використання його для отримання пари, гарячої води, електроенергії. Складовою частиною процесу високотемпературного піролізу є тверді продукти у вигляді золи, що становлять лише 3-5% від вихідної кількості відходів. Даний метод є одним з найперспективніших напрямків переробки відходів з точки зору, як екологічної безпеки, так і отримання вторинних корисних продуктів синтез-газу, золи, металів та інших матеріалів, які можуть знайти широке застосування в народному господарстві. Високотемпературна газифікація дає можливість економічно вигідно, екологічно чисто і технічно відносно просто переробляти відходи без їх попередньої підготовки, тобто сортування, сушіння і т. д. [4,13]

 

 Цей спосіб  утилізації ТПВ , по суті , є  не що інше , як газифікація  сміття. Технологічна схема цього способу передбачає отримання з біологічної складової ( біомаси) відходів вторинної синтез- газу з метою використання його для отримання пари , гарячої води , електроенергії. Складовою частиною процесу високотемпературного піролізу є тверді продукти у вигляді шлаку , т. е. непіролізуючі залишки . Технологічний ланцюг цього способу утилізації складається з чотирьох послідовних етапів: відбір зі сміття великогабаритних предметів , кольорових і чорних металів за допомогою електромагніту і шляхом індукційного сепарування ; переробка підготовлених відходів у газофікаторе для отримання синтез- газу і побічних хімічних сполук - хлору , азоту , фтору , а також шкала при расплавлении металів , скла , кераміки; очищення синтез- газу з метою підвищення його екологічних властивостей і енергоємності , охолодження і надходження його в скрубер для очищення лужним розчином від забруднюючих речовин сполук хлору , фтору , сірки , ціанідів ; спалювання очищеного синтез- газу в котлах - утилізаторах для отримання пари , гарячої води чи електроенергії . Електропіч повинна мати роздільний випуск металу , який надалі переробляється , і шлаку , з якого передбачається виготовляти будівельні блоки або гранулювати з подальшим використанням у будівельній індустрії . Паралельно в електропіч подаватимуться ТПВ , де вони газифікуються під дією високої температури розплавленого шлаку. Кількість повітря , що подається в розплавлений шлак , має бути достатнім для окислення вуглецевої сировини і ТПВ. [12,14]Конструкція апаратури та технологічне забезпечення дозволяє отримати вторинну енергію у вигляді гарячої води або перегрітої водяної пари з подачею їх споживачеві , а також вторинної продукції у вигляді керамічної плитки або гранульованого шлаку і металу. По суті , це і є варіант комплексної переробки ТПВ , їх повної екологічно чистої утилізації з отриманням корисних продуктів і теплової енергії з " непридатного " ​​сировини - побутового сміття.

Високотемпературний піроліз є одним з найперспективніших напрямів переробки твердих побутових відходів з точки зору як екологічної безпеки , так і отримання вторинних корисних продуктів синтез- газу , шлаку , металів та інших матеріалів , які можуть знайти широке застосування в народному господарстві . Високотемпературна газифікація дає можливість економічно вигідно , екологічно чисто і технічно відносно просто переробляти тверді побутові відходи без їх попередньої підготовки , т. е. сортування , сушіння і т. д.

Пропонована технологія газифікації дозволяє переробляти  горючі відходи в закритому реакторі з отриманням горючого газу . Можуть бути перероблені відходи наступних типів:

-горюча фракція твердих побутових відходів (ТПВ ) , виділена при сортуванні;

-тверді промислові відходи - нетоксичні тверді відходи , вироблені промисловими , торговими та іншими центрами , наприклад : пластик , картон , папір і т. д.; [12,17,19]

-тверді горючі продукти переробки автомобілів: більшість автомобільних пластиків , гума , піноматеріали , тканина , дерево і т. д.;

-стічні води після осушення (найбільш ефективна переробка стічних вод досягається при використанні біотермічної технології) ;

суха біомаса , така як відходи деревообробки , тирса , кора і т. д.

Процес газифікації  є модульною технологією . Цінним продуктом переробки є горючий  газ , вироблений в обсязі від 85 до 100 м3 на хвилину ( для модуля переробки 3.000 кг / год) , з приблизною енергетичною цінністю від 950 до 2,895 ккал/м3 залежно від вихідної сировини. Газ може бути використаний для виробництва тепло-/електроенергіі для супутніх виробництв або на продаж . Модуль газифікації не виробляє викидів в атмосферу і не має труби: продуктом технології є горючий газ, що направляється на виробництво енергії , і , таким чином , викиди утворюються тільки на виході двигунів , бойлерів або газових турбін , переробних горючий газ. Основне обладнання монтується на рамах із загальними зовнішніми розмірами 10 х 13 х 5 м. Технологія проста в управлінні і експлуатації і може бути використана в рамках комплексних схем переробки відходів. [12,20 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

На сьогоднішній день ТПВ представляють собою суміш, яка складається з різноманітного непотребу. Але більш прискіпливий аналіз показує, що вона складається з:харчових відходів, паперу, картону, деревини, металобрухту чорних і кольорових металів, кісток, шкіри, гуми, текстилю, скла, полімерних матеріалів. Але разом з тим, в цій суміші можна знайти солі ртуті з батарей, фосфоро-карбонати з флуоресцентних ламп, токсичні хімікати, які містяться в залишках фарб та розчинників, лаків та аерозолів, акумуляторах і т. п.

Його кількість залежить від: пори року, побутових та харчових потреб людини, розвитку економіки товарів народного вжитку, тари та інших чинників.

Так, осінню кількість  твердих побутових відходів зростає  за рахунок опавшого листя з дерев  та відходів фруктів та овочів.

Зростанню кількості  ТПВ сприяють товари одноразового використання; товари народного споживання з короткочасним  терміном служби людині, які ми купуємо, споживаємо та викидаємо не дивлячись  на їх залишкову вартість.

Сприяє росту потоку сміття і тара, яка до того ж видозмінює його. Так за останні п'ятдесят років в твердих побутових відходах зменшилась кількість скла та жерстяних банок, в той же час значно зросла кількість пластику та інших полімерних матеріалів. На сучасному етапі розвитку суспільства кожна людина за даними статистики в середньому за одну добу створює від 2 до 3 кг твердих побутових відходів. І мають тенденцію до постійного зростання, що заставляє муніципальну владу всіх міст постійно шукати оптимальні шляхи утилізації відходів своїх громадян.

Найкращим із них являється  шлях по елементного збирання відходів, який дає змогу оптимально вирішувати проблему їх утилізації та всебічного використання вторинних ресурсів сировини та матеріалів.

Другим шляхом утилізації ТПВ, являється їх вивіз до санітарних зон, де вони сортуються для одержання вторинної сировини і спалюють в спеціальних печах для отримання енергії.

Третім шляхом утилізації твердих побутових відходів являється  їх захоронення на спеціальних сміттєзвалищах або полігонах.

Четвертим шляхом утилізації ТПВ являється його зберігання на відкритих площадках, яке приводить до розмноження гризунів та забруднення атмосфери, підземних і поверхневих вод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список використаної літератури

1. Збірка нормативних документів міністерств та відомств України з питань екології та природокористування / Під ред. С. С. Куруленка, ч. 2. – Донецьк: Державне управління екології та природних ресурсів в Донецькій області, 2003. – 208 с.;
2. Концепція програми охорони навколишнього природного середовища та забезпечення екологічної безпеки до 2010 року: Розроблене Держуправлінням екологічної безпеки Мінекобезпеки України в, 1999. – 24 с.;
3. Земля тривоги нашої. За матеріалами доповіді про стан навколишнього природного середовища області у 2005 році / Під ред. С. В. Третьякова, 2006. – 108 с.;
4. Регіональна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Донецькій області у 2008 році, Донецьк, 2009. – 116 с.;
5. Остапко В. М., Глухов О. З., Блакберн А. А., Мулєнколва О. Г., Єндеберя А. Я. Регіональна екологічна мережа Донецької області: концепція, програма та схема / Під загальною ред. Остапко В. М. – Донецьк: Видавництво – ТОВ «ТЕХНОПАК», 2008. – 96 с.;
6. Донбас заповідний. Науково-інформаційний довідник-атлас / Під заг. ред. С. С. Куруленка, С. В. Третьякова. – Донецьк: ДФДІПКПК Мінекоресурсів України, 2003. – 160 с.;
7. Посібник з моніторінгу полігонів твердих битових відходів – Донецьк: Тасис. – 2004. – 293 с.;
8. Сайт Міністерства Екології та природних ресурсів України. [Электронний ресурс] – Режим доступа: http://www.menr.gov.ua/ ;
9. Учебное пособие «Утилизация и рекуперация отходов» (для студентов специальности 7.07081 «Экология и охрана окружающей среды») / Краснянский М.Е., Донецк: ООО «Лебедь» – 122с.;
10. Гонопольский А.М. и др. Твердые бытовые отходы как энергетическое топливо. Инженерная защита окружающей среды. – М.: МГУИЭ, 2002 – 244с.
11. Пальгунов П.П., Сумарохов М.В. Утилизация бытовых отходов./ П.П.      Пальгунов. – М.: Стройиздат, 1990. – 352 с.
12. Пособие по мониторингу полигонов твердых бытовых отходов.Донецк: Тасис, 2004. – 291 с.
13. Богоявленский Р.Г., Рыжов В.А. Мировые тенденции в области современных технологий утилизации твердых промышленных и бытовых отходов. М.: ЭКОС, 2000. – с. 42-51.
14. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов./ В.И. Сметанин. – М.: Колос, 2000. – 232 с.
15. Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Переработка отходов производства и потребления. - М.: Интермет Инжиниринг, 2000. – 496 с.
16. Строительство региональных полигонов ТБО Донецкой области – регионального полигона в г.Краматорске. Проектно – изыскательские работы. Рабочий проект. – Донецк, 2008. – 111 с.  
17. Переработка мусора: :WebDigest по материалам Гурвич В.И., Лифшиц А.Б.
18. Краткий анализ состояния и тенденций решения проблемы твердых бытовых отходов в мировой практике // Менеджер-эколог. – 2008. – N 4. – С.15-18.
19. Булычев Э.Ю., Миронов Л.В., Сухорукова С.М. Химико-технологические решения проблемы твердых бытовых отходов и их социо-эколого-экономические аспекты // Вестн. МИТХТ. – 2008. – Т.3, N 2. – С.24-28.
20. Алборов И.Д., Степанова С.В. Исследование биохимических процессов, происходящих на полигонах твердых бытовых отходов // Вестн. МАНЭБ. – 2002. – Т.7, N 9(57). – С.32-34.