Утилизация твердых бытовых отходов в г. Уфе

Министерство  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

рОСсийской  Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Уфимская  государственная академия

экономики и  сервиса

ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ И  ТЕХНОЛОГИИ СЕРВИСА

 

Кафедра  «Охрана окружающей среды и РИПР»

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Промышленная экология»

на тему: « Утилизация твердых бытовых отходов в г. Уфе»

КР ДО спец. 28020165 группа ОД – 41 № 08969

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: ст. гр. ОД-41:	Абдуллина М.Г.
Проверила к.х.н., доцент:	Мельницкая Г.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа - 2011

Содержание

 

Введение	3
1. Литературный обзор	5
2. Характеристика сырья, продукции, отходов 2.1. Характеристика сырья	7
2.2. Характеристика продукции	8
2.3. Характеристика отходов	9
3. Основные характеристики процесса 3.1. Физико-химические основы процесса 3.1.1. Химизм процесса	10
3.1.2. Кинетика процесса и термодинамика процесса	10
4. Технологическое оформление процесса 4.1. Общая характеристика элементов и связей	11
4.2.Описание технологической  схемы 4.2.1. Механическая переработка	14
4.2.2. Технологический процесс химического производства	18
5. Пути и приемы экологизации	19
Заключение	21
Использованная литература	22

 

 

Введение

Ежегодно население и промышленный сектор Уфы производят 620000 тонн твердых бытовых отходов (ТБО)[1].Большая часть бытового мусора свозится на полигон в Черкассах, где подвергается процедуре утилизации. Все это не лучшим образом сказывается на состоянии окружающей среды и приводит к отчуждению земель. Однако, «физическое» измерение проблемы ТБО – не только не единственное, но даже и не самое важное. Существуют другие взаимосвязанные аспекты этой проблемы, которые делают ее насущной именно в наше время. Их можно сформулировать следующим образом:

• Объем ТБО непрерывно возрастает как в абсолютных величинах, так  и на душу населения;

• Состав ТБО резко усложняется, включая в себя все большее  количество экологически опасных компонентов;

• Отношение населения к традиционным методам сваливания мусора на свалки становится резко отрицательным;

• Законы, ужесточающие правила обращения  с отходами, принимаются на всех уровнях правительства.

• Новые технологии утилизации отходов, в том числе современные системы  разделения компонентов мусора, мусоросжигательные заводы, производящие тепловую и электрическую  энергию, санитарные полигоны для захоронения, все более широко внедряются в  жизнь.

В связи с этими проблемами, вторичная  переработка отходов стала актуальнейшей  задачей современности.

Состав ТБО в среднем по Уфе приведен на рисунке 1. Наиболее значительную часть отходов на этой диаграмме составляют пищевая органика – 63%. Вторая по величине категория ТБО в городе – это отходы пластмасс.

 

 

Рис. 1. Приблизительный морфологический состав отходов в г. Уфа (по данным компании Etha- Tech), % [1].

Отходы пластмасс, большую часть которых занимают полиэтилентерефталатные (ПЭТФ) тары, в отличии от органики, разлагаются более 100лет, нанося непоправимый вред экологической обстановке, а при сжигании выделяют крайне токсичные вещества – диоксины. В Уфе сбор данного вида отходов осуществляют ООО «Чистый город», ОАО «Вторпластэкология». Однако, из-за отсутствия в республике специализированных предприятий данные отходы направляются на переработку и повторное использование за пределы республики, преимущественно в г.Москву или г.Ижевск (Удмуртия)[3], что является крайне не экономично, т.к. из вторичного бутылочного полиэтилентерефталата можно получить значительный ассортиментный ряд изделий. Основным крупнотоннажным производством является получение лавсановых волокон (в основном штапельных), производство синтепонов и нетканых материалов. Большой сегмент рынка занимает экструзия листов для термоформования на экструдерах с листовальными головками, и, наконец, наиболее перспективным способом переработки повсеместно признано получение гранулята, пригодного для контакта с пищевыми продуктами, т.е. получение материала для повторной отливки преформ.

Исходя из важности данной проблемы, в  работе поставлены следующие  задачи:

1. Проанализировать существующие технологии переработки ПЭТФ-бутылок;

2.  Рассмотреть наиболее экономичную и экологичную технологию с точки зрения:

1. кинетики и термодинамики процесса;
2. технологической конструкции;
3. экологизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литературный обзор

 

Программа по утилизации ТБО и планирование стратегии демонстрируются приведенной на рис. 2 схемой. В первую очередь целесообразно рассматривать мероприятия по первичному сокращению отходов. Затем уменьшать количество отходов за счет повторного использования и переработки их части. В самую последнюю очередь осуществлять мероприятия по утилизации или захоронению тех отходов, возникновения которых не удалось избежать, и которые не поддаются переработке во вторсырье.

Рис. 2. Схема утилизации ТБО[2].

Под сокращением понимается не только уменьшение общего количества отходов, но и уменьшение их токсичности и иных вредных свойств. Сокращение отходов достигается вследствие переориентации производителей и потребителей на продукты и упаковку, приводящие к меньшему количеств отходов. В России в настоящий момент более разумно говорить не о сокращении объема отходов, а об ограничении их бесконтрольного роста.

Вторичная переработка. Довольно многие компоненты ТБО могут быть переработаны в полезные продукты. Стекло обычно перерабатывают путем измельчения и переплавки (желательно, чтобы исходное стекло было одного цвета). Стеклянный бой низкого качества после измельчения используется в качестве наполнителя для строительных материалов. Во многих российских городах существуют предприятия по отмыванию и повторному использованию стеклянной посуды. Она на 30 – 40% является оборотной тарой. Такая же, безусловно, положительная практика существует, например, в Дании.

Стальные и алюминиевые  банки переплавляются с целью получения соответствующего металла. При этом выплавка алюминия из баночек для прохладительных напитков требует только 5% от энергии, необходимой для изготовления того же количества алюминия из руды, и является одним из наиболее выгодных видов вторичной переработки.

Бумажные отходы различного типа, знакомые нам как макулатура, уже многие десятки лет применяют наряду с обычной целлюлозой для изготовления пульпы – сырья для бумаги. Из смешанных или низкокачественных бумажных отходов можно изготовлять туалетную или оберточную бумагу и картон. К сожалению, в России только в небольших масштабах присутствует технология производства высококачественной бумаги из высококачественных отходов (обрезков типографий, использованной бумаги для ксероксов и лазерных принтеров и т.д.). Бумажные отходы могут также использоваться в строительстве для производства теплоизоляционных материалов и в сельском хозяйстве – вместо соломы на фермах.

Полимерную составляющую ТБО лишь 20 – 30 лет назад стали относить к вторичному сырью. Стоимость полимерных материалов достаточно высока, поэтому и полимерные отходы рассматриваются сегодня как ценные продукты, подлежащие материальному рециклингу, то есть переработке с получением: 1). исходных полимеров, наполнителей, армирующих элементов; 2). мономеров; 3) других химических соединений, пригодных для использования.

На рис. 3 приведены данные по стоимости переработки различных видов вторсырья. Утилизация бумажной массы – наиболее дешевый по стоимости процесс регенерации отходов. Переработка пластика в целом – наиболее дорогая, сложная и трудоемкая технология.

 

Рис.3. Стоимости переработки  различных видов вторсырья[2].

Однако, учитывая сравнительно высокие цены на полимерное сырье  в России, можно с уверенностью утверждать, что при разумной организации  сбора и переработки  пластмассового отхода  данное производство будет  достаточно выгодным.

Технологические отходы ПЭТФ – это ценный продукт, из которого могут быть регенерированы исходные мономеры. На сегодняшний день существует множество путей химического разложения ПЭТФ на составляющие:

1. Гидролиз является реакцией, обратной поликонденсации. С его помощью при направленном действии воды по местам соединения компонентов поликонденсаты разрушаются до исходных соединений. Гидролиз происходит под действием экстремальных температур и давлений. Глубина протекания реакции зависит от pH среды и используемых катализаторов. Расщепление отходов водой до терефталевой кислоты и этиленгликоля может быть проведено в присутствии серной, азотной или фосфорной кислоты в качестве катализатора или щелочным раствором с концентрацией 5 –7%.
2. По сравнению с гидролизом для расщепления отходов ПЭТФ более экономичен другой способ – гликолиз. Деструкция происходит при высоких температурах и давлении в присутствии этиленгликоля и с участием катализаторов до получения чистого дигликольтерефталата.
3. Метанолиз. Наиболее часто ПЭТФ расщепляют метанолом до получения диметилтерефталата. На практике применяют и комбинацию методов гликолиза и метанолиза.
4. Следует заметить, что разработан новый способ переработки ПЭТФ-отходов с использованием суперкритической воды. Гидролиз ПЭТФ протекает за 30 мин при температуре 350–400 °С и давлении 25–30 Мпа[4]. Преимущество разработанного способа перед уже известными заключается в простоте и небольшой продолжительности процесса.

После реализации любого из описанных процессов расщепления  отходов получают мономеры, из которых в дальнейшем можно синтезировать ПЭТФ.

Рассмотренные технологии весьма разнообразны. Но далеко не все из них  применимы к отходам пищевой  тары. Многие из данных технологий позволяют  перерабатывать только незагрязненные технологические отходы. К тому же применяемые в этом случае установки  сложны в эксплуатации и ориентированы  на переработку большого объема отходов, оставляя незатронутой утилизацию пищевой  тары, которая, как правило, очень  сильно загрязнена.

В данной курсовой работе будет  рассмотрен самый распространенный химический метод переработки отходов ПЭТФ – метанолиз, т.к. при этом методе выход диметилтерефталата достигает 80% и технология является более экономичной и экологичной[4].

 

2. Характеристика продукции, сырья, отходов
1. Характеристика сырья

    Первичный   ПЭТФ (полиэтилентерефталат, более известный как ПЭТ или лавсан) представляет собой сложный термопластичный полиэфир терефталевой кислоты и этиленгликоля. По физическим свойствам это твёрдое вещество белого цвета без запаха. Полиэтилентерефталат прочный, жёсткий и лёгкий материал. Пластик не ядовит. Полиэфирные волокна находят все большее применение  в технике и в быту. Сравнительно  высокий  модуль  наряду  с  большой  прочностью,  относительно высокой термостойкостью,  а  также  высокие  диэлектрические  характеристики позволяют применять полиэфирные материалы для  производства  шинного  корда, транспортерных  лент,   приводных   ремней,   парусов,   пожарных   рукавов, электроизоляционных и других материалов. ПЭТФ обладает хорошей термостойкостью в диапазоне температур от - 40 °С до + 200 °С. Небольшое водопоглощение обусловливает высокую стабильность свойств и размеров изделий.  Изделия из ПЭТФ устойчивы к удару и растрескиванию, и могут работать при температуре до + 70 °С. ПЭТФ устойчив к действию разбавленных кислот, масел, спиртов, минеральных солей и большинству органических соединений, за исключением сильных щелочей и некоторых растворителей. ПЭТФ минимально  адсорбирует запахи и проявляет свойства хорошего газового барьера[5].

Качество сырья : 
• высокая прочность и жесткость 
• высокое сопротивление ползучести 
• высокая поверхностная твердость 
• хорошо полируется 
• высокая устойчивость к деформации 
• хорошее свойство трения скольжения и износостойкость 
• хорошие электрические изолирующие свойства 
• высокая стойкость к химикатам 
• хорошо лакируется