Содержание
Лучшие российские технологии переработки отходов лучше доступных западных — Игорь Мазурин
Игорь Мазурин,
18 июля 2019, 08:54 — REGNUM Доклад члена-корреспондента РАЕН, доктора технических наук, профессора Игоря Михайловича Мазурина (НИУ «МЭИ») «Наиболее доступные отечественные технологии переработки бытовых отходов и проблемы их использования в России» на заседании Общественно-экспертного совета по содействию выходу из мусорного кризиса REGNUM — РАЕН 16 июля 2019 года
Переработка мусора
* * *
Введение
Выбор технологии, подходящей для конкретного случая, всегда был непростой задачей в любом виде хозяйственной деятельности человека. Для того и появилось высшее образование, чтобы дать необходимый уровень знаний будущему специалисту для решения этой сложной и ответственной задачи. Но времена меняются, и в эпоху «цивилизованных потребителей» показалось, что задача не столь уж и сложна и вполне может быть решена «эффективными менеджерами» самостоятельно по образцу, например, с помощью Справочника наиболее доступных технологий (НДТ) или ещё проще — с помощью приобретения устаревших, а потому проверенных временем, «доступных» технологических решений на Западе.
В своей предыдущей статье «НДТ — наихудшие дорогие технологии» я показал, что без прикладной науки, которая была у нас уничтожена в 1990-е годы, без инженеров и санитарных врачей решение столь сложной и многофакторной задачи, как выбор оптимальной технологии переработки отходов, обречено на провал. Сегодня я хотел бы представить инженерный аспект решения этой задачи, ни в коей мере не умаляя экономической, экологической и медицинской его составляющих. Попробуем обрисовать основные критерии выбора технологии переработки ТБО в российских условиях для случая проведения классического конкурса со стендовыми испытаниями предлагаемых технологий.
* * *
О конкурсе по выбору лучшей технологии
В первую очередь принципиально важно отметить основные положения конкурса как способа выбора наилучшей технологии или технологического процесса. Автор процесса, который признан экспертами наилучшим, передаёт свои права на процесс устроителю конкурса в обмен на объявленный размер премии и обязательства устроителя организовать серийное или массовое производство изделия по наилучшей технологии, победившей по результатам конкурса.
При этом устроитель до начала конкурсных испытаний публикует критерии и порядок выбора наилучшей технологии, а также состав конкурсной комиссии.
Базовым критерием выбора наилучшей технологии был и остаётся приоритет безопасности процесса в его пяти основных составляющих: токсической,
радиационной, эпидемиологической,
пожарной и бризантной (взрывоопасной). Это можно отнести к первой главной группе критериев. Любой вид опасности из пяти перечисленных возможен в процессах переработки бытовых отходов, поскольку начальный состав отходов может быть любым. По каждому виду опасности устроитель конкурса представляет граничные условия в виде нормативов, которые и лягут в основу выбора наилучшей технологии с точки зрения конституционного приоритета безопасности процесса как для человека, работающего на заводе, так и живущего рядом с санитарной зоной завода или даже в 50 км от завода.
Вторая группа критериев классификации процессов переработки бытовых отходов — это «Эффективность» и «Универсальность» процесса. Эффективность по удельным затратам энергии, труда, времени, а также капитальных вложений на переработку сортированных и несортированных бытовых отходов, и отдельно расходы на захоронение остатков процесса.
Третья группа критериев для классификации процессов — их «Зависимость от зарубежных комплектующих и услуг» при осуществлении технологии. Полностью остаться независимыми сегодня не получится, поскольку, например, приборы для определения диоксинов в России не выпускаются, а специалистов по анализу диоксинов на хромато-масс-спектрометрах днём с огнём не отыщешь. Придётся пользоваться услугами четырёх отечественных лабораторий, которые ещё чудом сохранились; покупать зарубежные приборы и расходные материалы; приглашать специалистов-аналитиков на эти приборы, поскольку своих мы уже не готовим. Однако российские технологии, в которых диоксины принципиально не образуются, были и есть.
О них будет сказано ниже.
И наконец, четвёртое основание классификации процессов — «Экспертная оценка авторитетными учёными или заключения государственных санитарных служб», полученные в доперестроечные времена, когда ещё научная, техническая и санитарная истина не зависела в такой степени от источника финансирования, как сегодня.
К базовым группам критериев сравнения технологий организатор конкурса может добавить дополнительные критерии. Например, такие как «Полное исключение возможности образования супертоксинов» или «Отсутствие платежей населения за услугу по переработке мусора» и даже «Окупаемость технологии при
покупке мусора у населения» (как ни странно, технологии, удовлетворяющие этим критериям, реально существуют). В этой категории параметров сравнения возможно и разделение процессов по производительности, поскольку малые и крупные установки имеют существенные отличия, поэтому не все критерии сравнения являются универсальными.
Переработка отходов
ropable
* * *
ПЕРВЫЕ РОССИЙСКИЕ УЧАСТНИКИ КОНКУРСА
Теперь можно попытаться оценить шансы на успех известных на сегодня отечественных процессов переработки бытовых отходов. Эти процессы известны узкой группе специалистов, так как техническая литература по этому направлению практически отсутствует. По возможности, не гарантирующей полноты охвата, восполним этот пробел.
* * *
1. Малотоннажные установки
Малотоннажные установки сегодня представлены в двух решениях. Это установки ЭЧУТО, разработанные в конце 1980-х годах в ЭНИН им. Г. М. Кржижановского, в которых реализуется процесс пиролиза. Разработка конструкции и изготовление установки выполнено ООО НПО «Экотехсплав» из города Переславля-Залесского. Установка ЭЧУТО к настоящему времени довольно широко применяется в различных отраслях по причине простоты обслуживания и ремонтопригодности.
Подробные параметры установки можно найти в интернете.
К группе малотоннажных установок можно отнести и установки, использующие процесс переработки бытовых отходов с помощью прессования при температурах от 20 °C до 40 °C. Перед прессованием мусор измельчают и сушат, после чего смешивают с магнезиальными вяжущими веществами — каустическими магнезитом/доломитом (MgO) и бишофитом (MgCl2). В результате прессования получаются блоки, пригодные для строительства промышленных, жилых и общественных зданий, что подтверждается гигиеническим заключением Госсанэпидслужбы от 24.12.1998. Разработчиком документации является Научное Государственно-Кооперативное Объединение «ВТОРДРЕВ», г. Балабаново, Калужской области. Важно отметить, что сырьевая база для осуществления процесса в России практически не ограничена, цена сырья соизмерима со стоимостью портландцемента, а процесс переработки бытовых отходов практически не имеет условий для образования диоксинов, поскольку происходит при температурах окружающей среды.
Очевидным преимуществом малотоннажного процесса с магнезиальными вяжущими, помимо отсутствия условий образования диоксинов, является возможность его автоматизации, что существенно для задачи переработки мусора. Но измельчение мусора предполагает и его разделение, поскольку не всякие отходы можно подвергать этой операции.
К малотоннажным относится и разработанный в 1940-е годы в ЭНИН им. Г. М. Кржижановского профессором Марком Борисовичем Равичем процесс получения топливных брикетов на основе каталитического окисления торфяного полукокса. Важным преимуществом этого процесса является заложенная в нём возможность переработки тяжёлых углеводородов, в том числе мазутов, асфальтенов и угольных ФУСов. Правда ещё и в том, что присадка «трудных отходов» к торфяному полукоксу не превышает 15% по весу брикета, а сами брикеты должны окисляться с малой скоростью без образования пламени, иначе полного окисления «трудных отходов» не произойдёт, и всё будет как на российском варианте проекта МСЗ Hitachi Zosen Inova.
Но эти условия вовсе не значат, что процесс тупиковый. Скорее наоборот. В силу того, что в составе отходящих газов нет ничего, кроме СО2 и Н2О, брикеты по технологии профессора М. Б. Равича в городских условиях идеальны в качестве бездымного энергетического сырья для автономных систем теплофикации. В отличие от газовых систем, жидкого топлива и пеллет, они совершенно взрыво‑ и пожаробезопасны, а при окислении выделение тепловой энергии осуществляется исключительно за счёт инфракрасного излучения. Последнее свойство крайне важно для аварийных систем теплоснабжения, поскольку позволяет решить непростую задачу по подаче в сжатый срок большого количества безопасного тепла, например, в жилой многоэтажный дом при размораживании систем теплоснабжения в северных районах. Кроме всего прочего, торф, являющийся исходным сырьём для брикетов, является возобновляемым сырьём, запасы которого в России сегодня составляют 700 млрд тонн, и они имеют тенденцию к увеличению на 9% ежегодно, что является важным конкурентным преимуществом в контексте перспективы введения глобального углеродного налога.
Но все эти преимущества надо осмыслить и превратить в работающие системы. Однако сегодня в России нет ни заказчика, ни исполнителей для такой разработки. Есть только нарастающие запасы торфа.
* * *
2. Стеднетоннажные установки
К среднетоннажным установкам по переработке мусора можно отнести установку по проекту «ЭКУОТ», а также установки, реализующие процессы ПИРОКСЕЛ и ВОЛТРОН. Все три вида установок работают по безотходной схеме. «ЭКУОТ» производит товарную продукцию в виде топливных продуктов жидкого, газообразного и твердого агрегатного состояния, а процессы ПИРОКСЕЛ и ВОЛТОРОН производят шлаковату или базальтовое волокно и смесь металлов (передельный чугун) в виде слитков, пригодных к последующей переработке.
Процессы ПИРОКСЭЛ и ВОЛТРОН близки по физике основной операции. В обоих случаях осуществляется процесс пиролиза при высоких температурах (не ниже 1700 °С). Отличие — в тепловых источниках процессов: в ПИРОКСЕЛ — это электрическая дуга на угольных электродах, в процессе ВОЛТРОН — нагретый до 1700 °C водяной пар.
В обоих случаях твёрдые отходы разлагаются до газообразного состояния в отсутствии кислорода воздуха при достаточно длительной экспозиции, и на последней стадии полученный синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода) сжигается для получения электроэнергии в турбинном цикле для обеспечения энергопотребления процесса.
По технологии «ЭКУОТ» коммунальные отходы после измельчения и сушки подаются в пиролизный реактор, где происходит деструкция углеродосодержащих отходов. Затем выполняется конденсация парогазовой смеси в жидкое топливо. Оставшийся после конденсации пиролизный газ после очистки подаётся в когенерационную станцию для выработки тепловой и электрической энергии, а жидкое пиролизное топливо после крекинга превращается в биодизель, биобензин, печное топливо и биокеросин. В процессе остаётся углистый остаток, который перерабатывается в топливные брикеты. Весь процесс выполняется без доступа кислорода воздуха, что в значительной мере препятствует возможности образования диоксинов, хотя принципиальная возможность появления супертоксинов в продуктах процесса не исключается, как и в любых других термохимических процессах с многокомпонентным исходным сырьём переменного состава.
К процессам пиролизной переработки отходов можно отнести и процесс дуплексной переработки по технологии ООО «Гринэнерго». Как и процесс «ЭКУОТ», это довольно свежая разработка, интересная тем, что в ней используется и пиролиз, и газификация измельчённых и высушенных твёрдых отходов. Эта технология, как и три другие, также безотходная и на выходе даёт твёрдое, газообразное и жидкое моторное топливо, а также удобрения и стройматериалы.
Все четыре процесса были выполнены в виде пилотных установок и имеют практическую наработку. Два процесса реализованы в конце 1980-х годов, а два — совсем свежие. «ЭКУОТ» защищён патентом совсем недавно, если судить по дате заявки на патент №2 576 711 — 19 октября 2014 года. Процесс от «Гринэнерго» защищён четырьмя патентами периода с 2014 по 2018 год.
Во всех случаях пилотные установки вполне могли быть модулями крупных систем по переработке бытовых отходов любого вида и любой производительности, поскольку сортировка отходов для процессов «ЭКУОТ» и «Гринэнерго» не является проблемой и входит в состав установки, а два других процесса вообще могут работать без сортировки.
В отношении наличия диоксинов на выходе газообразных продуктов, получаемых после сжигания синтез-газа в турбинном цикле генерации электроэнергии, заявлять об их полном отсутствии нет оснований. Но два аргумента в пользу процессов стоит отметить. Главный аргумент состоит в том, что процесс сжигания синтез-газа управляемый, поскольку синтез-газ имеет практически постоянный состав. Второй аргумент — расход отходящих газов при этом на порядок меньше в сравнении с проектом МСЗ Hitachi Zosen Inova и практически не содержит пыли, что в значительной степени упрощает задачу очистки газа от возможного присутствия в них диоксинов известными методами с использованием традиционной адсорбции в аппаратах и электрофильтров на выходе. Но в любом случае текущий анализ состава отходящих газов необходим, поскольку ошибки при выполнении процессов не исключены, как и контроль за окружающей средой в зоне шлейфа. Но это азбучные истины технологической культуры для очистных процессов доперестроечного времени, сложившейся начиная с 30-х годов прошлого века, когда в СССР появились первые НИИ при министерствах.
С наступлением в России эпохи «вульгарного рынка» эта культура была утрачена. Ярким свидетельством современной деградации культуры безопасности является проект МСЗ Hitachi Zosen Inova, выбранный для федерального проекта «Чистая страна», в котором проведение анализов состава выбросных газов на присутствие супертоксинов планируется всего раз в полгода.
* * *
3. Крупнотоннажные установки
Крупнотоннажные установки по переработке бытовых отходов по типу известных заводов Hitachi Zosen Inova, у которых цикл переработки в одном блоке выше 100 тыс. тонн отходов в год, можно изготовить и по технологиям, отнесённым выше к среднетоннажным. Однако иметь в одном блоке производительность больше 200 тыс. тонн в год не очень выгодно, поскольку выбросы, хоть и минимальные, не исключены. И не всегда речь идёт о супертоксинах. Пределы загрязнений могут быть и по малотоксичной пыли. По этой причине любой из выбранных заводов обязательно через некоторое время исчерпает лимит по какому-либо загрязнителю прилегающей территории, и завод придётся закрывать.
Важно правильно рассчитать это время.
Необходимо упомянуть и процессы плазменной переработки бытовых отходов. Их главными преимуществами принято считать универсальность в отношении видов перерабатываемых отходов и неограниченную производительность. На самом деле это далеко не так. Стекло, металл, бетон и нефтешламы нежелательны как компоненты для процесса плазменной газификации. Для смесей переменного состава и с разными фазовыми состояниями исходных компонентов процесс плазменной обработки совершенно неэффективен энергетически. Кроме того, итогом плазменного процесса будет переменный состав продуктов термохимической реакции и рекомбинации радикалов.
Кроме перечисленных отечественных высокотемпературных процессов не упомянут процесс переработки бытовых отходов, выполняемый в печах Ванюкова. Его реализация осуществлена недавно, но автор пока не видел опубликованных результатов анализа отходящих газов. Вполне возможно, что они положительны, поскольку процесс по физике довольно близок к процессам высокотемпературного пиролиза и не обременён гигантскими расходами воздуха и генерацией пыли.
Однако переменный состав сырья, поступающего на переработку, как и в любых других термохимических процессах с переменным составом сырья, требует постоянного контроля за содержанием супертоксинов в продуктах реакции.
Современный завод по переработке отходов
Cdip150
* * *
Перечисленные отечественные процессы не исчерпывают полностью возможные варианты исполнения реального процесса переработки отходов, поскольку в состав реального процесса всегда входят сочетания различных видов основных и второстепенных технологических приёмов, которые разработчики процесса всегда будут подбирать под конкретное техническое задание с учётом реальных условий. Коммерческий подход сегодня, как и политический подход в недавнем прошлом, для решения технических задач принципиально неприемлем и обязательно войдет в противоречие с реальными обстоятельствами, в первую очередь в вопросах безопасности человека и окружающей среды по причине однофакторности анализа при выборе технологии.
В коммерческом подходе этим фактором является прибыль или размер дилерской премии. Судя по результатам работы московских МСЗ, техническое совершенство процесса или его безопасность для человека начинают обсуждаться лишь через несколько лет после начала эксплуатации заводов, когда уже поздно что-либо исправлять. Справочник НДТ в этой логике событий для чиновников выполняет роль индульгенции при принятии ошибочных решений: «технология справочником рекомендована как наилучшая и тем более доступная, так что же вы от меня хотите».
* * *
Сравнение российских технологий
с МСЗ
HitachiZosenInova
В Табл. 1 приведены основные показатели четырёх высокотемпературных отечественных процессов переработки отходов в сравнении с процессом от Hitachi Zosen Inova. Процесс ВТОРДРЕВ выполняется при температуре окружающей среды и не требует затрат электроэнергии. Из четырёх горячих отечественных процессов, приведённых в Табл.
1, два разработаны и испытаны тридцать лет назад. Относительно новой является установка по технологии ЭКУОТ. Не упомянуты несколько относительно новых плазменных процессов с газификацией, разработанных на основе плазмохимической технологии «трансзвукового горения» А. И. Папуши, а также пиролиз органических отходов с получением полукокса по технологии 1940−1950-х годов, разработанной М. Б. Равичем.
Оценка перспектив внедрения отечественных разработок приводит к заключению о полном отсутствии интереса к российским технологиям переработки ТБО со стороны правительства Москвы и Минприроды. Это стойкое безразличие наблюдается с 1991 года. На основе сравнительных данных, приведённых в Табл. 1, а также на основе анализа последствий эксплуатации МСЗ, использующих технологию сжигания на колосниковых решётках [2], можно обоснованно сделать вывод о полной непригодности для российских условий процесса по технологии Hitachi Zosen Inova, рекомендованного Росприроднадзором в качестве наиболее доступной технологии, несмотря на жёсткую критику со стороны расширенного экспертного совета Росприроднадзора.
Помимо технологии переработки ТБО, нерешённой проблемой так и остаётся достоверный мониторинг окружающей среды. Четырёх лабораторий, которые сегодня в России могут выполнять анализ диоксинов, слишком мало, чтобы обеспечивать работу 238 будущих заводов по сжиганию мусора. Такую лабораторию должен иметь каждый завод. Кроме того, необходимо иметь текущие данные по содержанию всех супертоксинов в земле по длине шлейфа от заводской трубы и постоянно их публиковать для сведения населения, проживающего рядом с МСЗ.
Помимо текущего анализа по наличию известных супертоксинов в трёх средах, необходимо ещё и иметь банк материальных свидетелей по ежегодному состоянию почвы. Эта необходимость вызвана неполным знанием действительного состава примесей в выбросных газах МСЗ из-за отсутствия методик анализа всех металлорганических соединений, которые могут присутствовать в выбросных газах. Со временем методики анализа неизвестных ныне металлоорганических соединений будут созданы и банк материальных свидетелей состояния почвы в зоне шлейфа МСЗ поможет получить истинную картину опасностей для человека, живущего рядом с МСЗ.
Отечественные разработки по этой теме известны, но они в последние тридцать лет не финансировались и выполнялись в инициативном порядке.
Табл.1. Перечень наиболее известных
среднетоннажных российских технологий в сравнении с технологией
HitachiZosenInova
|
Производитель или автор технологии |
ЭКУОТ, ООО «ОЗОМ» Россия |
РТ-Инвест по технологии «Хитачи — Цосен» |
НГКО «ВТОРДРЕВ» и корпорация «ТОНАР» Россия |
АО ВНИИЭТО» Процесс ПИРОКСЭЛ Россия |
ООО «Компания «Волтрон» Россия |
ООО «Гринэнерго» Россия |
|
Технология переработки ТБО |
Низко — темпераурный пиролиз |
Колосников. |
Прессование ТБО в смеси с вяжущими (MgO и MgCl2) |
Высокотемп. пиролиз с элек.-дуговой ванной и с очисткой газа |
Высокотемп пиролиз на водяном паре при 1700оС |
Дуплексный пиролиз |
|
Технологич. остатки для захоронения на полигонах |
нет |
30−35% |
нет |
нет |
нет |
нет |
|
Ограничения по составу ТБО |
Стекло, металл, бетон, |
Стекло, металл бетон, кислые гудроны |
Кислые гудроны, минеральн. |
нет |
нет |
Нет |
|
Привод для генерации эл. энергии |
ДВС жидко — топливный. |
Паровая турбина |
Нет необходи мости |
Газо-турбинная Установка |
Газотурбин-ная установка |
ГПУ или газовая турбина |
|
% российских комплектующих |
90% |
50% |
100% |
100% |
100% |
100% |
|
Конечная продукция |
Газ, твёрдое и котельное топливо |
Эл. |
Строительные блоки для стен |
Базальтовое волокно, плитка, чугун |
Базальтовое волокно, плитка, чугун |
Твёрдое, жидкое и газообразн. топливо |
|
Расчётная окупаемость |
3−5 лет |
15 лет |
2−3 года |
3−5 лет |
3−5 лет |
3−5 лет |
сжигание ТБО при подаче воздуха и метана
масла
энергия 65 МВт* * *
Выводы
1. Покупка импортных МСЗ приведёт к полной утрате отечественного рынка и потере рабочих мест для разработчиков и изготовителей мусороперерабатывающего оборудования.
2. В России есть достаточное количество отечественных процессов переработки бытовых отходов, которые по безопасности для человека, уровню инженерных решений и диапазону возможностей гораздо выше импортного процесса пламенного сжигания на колосниковых решётках, который совершенно не соответствует необходимым условиям эксплуатации на территории России.
3. Основной причиной кризиса в вопросе переработки бытовых отходов является нарушение структурных связей, существовавших до 1991 года, что привело к безнадзорной загрузке полигонов бытовыми отходами вплоть до 2004 года и отсутствию профессионального санитарного надзора за работой полигонов и МСЗ по настоящее время.
4. Выход из кризисного состояния в задаче переработки бытовых отходов возможен лишь при восстановлении разрушенных структурных связей и налаживании производства оборудования для переработки бытовых отходов на отечественных заводах.
* * *
Литература
1. Сывороткин В. Л. Дегазация Земли и разрушение озонового слоя. // «Природа», 1993, №9. С.35−45.
2. Javier Garcia Perez, Pablo Fernandez-Navarro, Adela Castello, Maria Felicitas Lopez-Cima, Rebeca Ramis, Elena Boldo, Gonzalo Loprz-Abente. Cancer mortality in towns in the vicinity of incinerators and installations for the recovery or disposal of hazardous waste. Environment International 51 (2013) S.
31−44.
Продолжение следует.
Читайте ранее в этом сюжете:
Госсовет Татарии отказался проводить референдум по вопросу мусорного завода
Читайте развитие сюжета:
Троянский конь западного мусоросжигания: российская наука в роли Кассандры
Переработка мусора (ТБО) — инвестиции в будущее
Переработка твердых бытовых отходов сегодня является одной из самых острых и злободневных тем экологии. Потребление человечеством продуктов с каждым годом только повышается, соответственно, растут и темпы производства. А рост производства, что вполне логично, сопровождается и количеством производимых отходов. Как показывает экологический мониторинг последних лет, сегодня уровень загрязнённости российских городов резко увеличился.
И далеко не последнюю роль в этом играем мы сами.
Сегодня мусор, который заполнил лесные массивы, берега водоёмов и пустыри уже у большинства из нас не вызывает недоумения и, более того, успел стать для большинства из нас обычной нормой жизни. Люди уже не возмущаются тому, что на обочинах дорог годами лежат изделия из полиэтилена. Однако, это просто ужасно, поскольку сегодня ученые подтвердили тот факт, что для распада всего одной пластиковой бутылки необходимо несколько сотен лет.
И если мы прямо сейчас не займемся вопросами утилизации мусора, то мы рискуем оставить своим потомкам после себя одну гигантскую свалку. Более того, загрязнение окружающей среды твердыми бытовыми отходами способно привести к экологической катастрофе, поскольку из-за мусора популяции многих видов животных сегодня поставлены под угрозу исчезновения.
Еще с советских времен мы привыкли, что утилизация мусора должна осуществляться путем его вывоза на огромные полигоны. На этих полигонах мусор просто складировался и лежал.
И вполне естественно, что это привело к тому, что сегодня свалки забиты мусором. Само собой, ни к чему хорошему это привести не могло.
Самое ужасное здесь то, что и сегодня во многих городах России никто не собирается заниматься проблемой утилизации мусора. А между тем, это является одним из наиболее прибыльных видов коммерческой деятельности в мире. Всего один завод по полной переработке ТБО способен стать для своего владельца источником стабильного дохода, поскольку продукты, получаемые в результате переработки мусора, сегодня пользуются огромным спросом, ну а сырья для переработки, благодаря бездумной деятельности людей, сегодня накопилось в избытке. Итак, рассмотрим, какие способы переработки мусора сегодня являются наиболее актуальными.
В настоящее время в мировой практике успешно реализовано более десятка различных технологий переработки твердых бытовых отходов (ТБО). Наибольшее распространение среди них получили термические способы, к которым относится:
- Сжигание на полигонах
- Низкотемпературный пиролиз
- Плазменная переработка мусора
Сжигание мусора на полигонах является самым старым, и в то же время неэффективным способом утилизации мусора.
Данный способ помогает существенно сократить объемы отходов, однако он является достаточно вредным с экологической точки зрения, поскольку все вредные вещества, содержащиеся в мусоре, при сжигании попадают в атмосферу. Кроме того, как мы уже говорили ранее, мусор является источником многих полезных веществ, поэтому довольно глупо сжигать то, из его можно получать деньги. Именно по этой причине сжигание является весьма непопулярным способом утилизации ТБО.
При низкотемпературном пиролизе выброс вредных веществ в атмосферу сводится к нолю, поэтому данный способ является довольно перспективным. Кроме того, при низкотемпературном пиролизе образуется и достаточно большое количество теплоты, которую можно использовать для получения тепловой и электрической энергии. Помимо этого, если осуществлять по данной технологии переработку отсортированного мусора, то из него можно получить довольно много полезных веществ. Таким образом, переработка мусора методом низкотемпературного пиролиза является достаточно выгодной с экономической точки зрения.
Высокотемпературный пиролиз ТБО является самым перспективным из всех методов термической переработки мусора, поскольку при данном способе не предъявляется каких-то жестких требований к исходному сырью, а значит, утилизироваться может и несортированный мусор. При данном способе образуется синтез-газ, который может быть использован для получения тепловой энергии и электричества. Также при данном процессе образуется совершенно безопасная вторичная продукция, используемая для изготовления керамической плитки и иных строительных материалов.
Еще одним достаточно перспективным способом утилизации ТБО является засыпка полигона ТБО для получения свалочного газа. При данном способе утилизации мусор оказывается засыпанным слоем земли, где происходит его разложение, сопровождаемое выделением газа, содержащего метан. Данный газ, получивший название свалочного газа, после его очистки может применяться как обычный природный газ, поэтому данный способ является довольно выгодным с экономической точки зрения.
Однако стоит помнить, что для такого способа подойдет не любой полигон, а только сконструированный специально для этих целей.
И наконец, еще одним способом переработки мусора является его компостирование. Данный способ применим только к отходам органического происхождения (пищевые отходы, растительность, бумага и так далее). Переработка ТБО методом компостирования позволяет получить из отходов компост, являющийся ценным удобрением, использующимся в сельском хозяйстве. Однако такой способ утилизации отходов достаточно редко используется на заводах по переработке ТБО, поскольку данная технология куда больше подходит для применения в частных жилых домах.
Как вы можете убедиться, современные заводы по переработке ТБО способны быть весьма рентабельными, поскольку они способны производить ценное и востребованное сырье, топливо и энергию из обычного мусора, попутно решая актуальную проблему экологии.
Технологии обращения с твердыми отходами | Encyclopedia.com
Введение
Ежегодно в США производится одиннадцать миллиардов тонн твердых отходов.
Большая часть его по-прежнему захоронена на свалках без какой-либо предварительной обработки, кроме удаления материалов, которые могут быть переработаны. Однако стоимость полигонов стремительно растет, а количество подходящих площадок сокращается. Поэтому возрастает интерес к переработке твердых отходов для повторного использования их материала или извлечения из них энергии, а не просто для их захоронения.
Сжигание и компостирование являются традиционными подходами к переработке твердых отходов. Тем не менее, новые разработки могут привести к более широко применимым, более безопасным и более эффективным версиям этих методов лечения. Например, технология газификации и плавления золы применяется для сжигания твердых отходов, чтобы справиться с оставшейся золой и тем самым снизить вероятность загрязнения диоксинами. Между тем, обработка опасных твердых отходов, в том числе токсичных отходов, важна для их обезвреживания и предотвращения широкомасштабного загрязнения окружающей среды.
Историческая справка и научные основы
Бытовая, коммерческая и промышленная деятельность человека производит почти 11 миллиардов тонн твердых отходов в год. Около половины этого количества приходится на сельское хозяйство и включает в себя навоз и пожнивные остатки, которые фермеры обычно возвращают в почву. На горнодобывающую промышленность и металлообработку приходится еще треть твердых отходов, образующихся в год. Другие отрасли промышленности производят около 400 миллионов метрических тонн твердых отходов, большая часть которых может быть утилизирована соответствующей компанией на их собственных объектах. Около 60 миллионов метрических тонн из них являются опасными отходами, в том числе токсичными, и для обеспечения их безопасности может потребоваться специальная обработка. По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), муниципальные отходы, которые представляют собой бытовые и коммерческие отходы, составляют более 200 миллионов метрических тонн в год.
В основном этим занимаются местные агентства по вывозу мусора.
Раньше твердые отходы сбрасывали на землю везде, где только можно было найти место. Захоронение стало социально и экономически неприемлемым в промышленно развитых странах, хотя в некоторых развивающихся странах все еще можно увидеть обширные свалки. За последние 50 лет стало понятно, что переработка твердых отходов может уменьшить нашу зависимость от ресурсов Земли. Твердые отходы могут приносить пользу с точки зрения энергии и материалов, что создает стимулы для разработки все более сложных технологий их извлечения.
Большая часть твердых отходов в Соединенных Штатах по-прежнему утилизируется на свалках. Твердые отходы проходят минимальную обработку перед отправкой на свалку, за исключением удаления предметов, которые могут быть переработаны. Оказавшись на объекте, отходы необходимо контролировать на наличие утечек. Более современные свалки используются для производства метана, который можно использовать в качестве источника энергии.
Полигоны становятся все дороже, а подходящих площадок становится все меньше. В Японии, где мало земли, пригодной для захоронения, твердые отходы, скорее всего, будут перерабатываться путем переработки или сжигания.
В Соединенных Штатах увеличилось количество твердых отходов, перерабатываемых или сжигаемых. Переработка начинается с отделения перерабатываемых материалов от твердых отходов. Переработанный материал может быть переработан для создания другой версии того же объекта. Например, алюминиевые банки перерабатываются в большее количество алюминиевых банок. Переработанный материал также можно перерабатывать, чтобы сделать что-то совершенно другое, например, шины, которые превращаются в материал для покрытия дорог.
Сжигание используется для утилизации около 20% твердых отходов в США. Отходы могут быть сначала отсортированы для удаления любых негорючих материалов, особенно пластмасс, которые могут выделять токсичные вещества. Этот отсортированный материал называется топливом из отходов.
Это особенно полезно для рекуперации энергии, когда тепло от
СЛОВА, КОТОРЫЕ НУЖНО ЗНАТЬ
БИОРЕМЕДИАЦИЯ: Использование живых организмов для устранения повреждений, например, вызванных разливами нефти.
КОМПОСТИРОВАНИЕ: Разложение органического материала микроорганизмами.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ: Разборка, сортировка и извлечение ценных или токсичных материалов из электронных продуктов, таких как телевизоры и компьютеры.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ: Сжигание твердых отходов для производства энергии.
ОТХОДНОЕ ТОПЛИВО: Твердые отходы, из которых были удалены негорючие материалы.
Инсинератор используется либо непосредственно, либо для выработки электроэнергии. Строительство мусоросжигательных заводов требует больших затрат, но инвестиции окупаются, если наряду с утилизацией отходов производится энергия. Часто общественность сопротивляется строительству мусоросжигательных заводов в том или ином районе, потому что зола, остающаяся после сжигания, может содержать токсины.
При сжигании пластмасс образуются диоксины, очень токсичные для человека, которые, как правило, остаются в виде мелкодисперсной золы, которая может попасть в окружающий воздух. Таким образом, контроль загрязнения на мусоросжигательных заводах должен быть очень строгим, если установка должна эксплуатироваться безопасно. Пластмасса и батареи, содержащие токсичные тяжелые металлы, должны быть удалены из твердых отходов перед сжиганием.
Компостирование является другим основным методом обработки твердых отходов. Компостирование предполагает использование микробного действия для превращения отходов с органическим содержанием, таких как кухонные и садовые отходы, в богатую питательными веществами добавку к почве. Компостирование может производиться отдельными домохозяйствами или в более крупных масштабах. Компост сам по себе не имеет высокой рыночной стоимости, но в процессе компостирования также образуется метан, который можно улавливать и продавать в качестве топлива на передовых установках для компостирования.
Опасные и токсичные отходы требуют тщательной обработки, чтобы сделать их безопасными. Одной из важных областей является снятие производства, которое применяется к растущему количеству выбрасываемых компьютеров, телевизоров, сотовых телефонов и холодильников. Это включает извлечение токсичных тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец и галлий, из электронных компонентов, а также пластика из корпуса. Опасные промышленные отходы могут подвергаться химической обработке, такой как окисление или нейтрализация, с целью превращения их в безвредные вещества. Иногда достаточно изолировать токсичный компонент, например, поместить его в угольный фильтр.
Некоторые токсичные материалы, такие как полихлорированные дифенилы, которые широко использовались в промышленности до того, как была оценена их опасность для здоровья, часто могут быть обработаны биоремедиацией. Многие микробы будут питаться необычными углеродосодержащими соединениями, даже если они токсичны для человека, расщепляя их на углекислый газ и воду.
При нанесении на землю, загрязненную токсичными отходами, они могут стать безопасными в долгосрочной перспективе. Такие растения, как горчица, тростник и водяной гиацинт, обладают способностью обезвреживать отходы, поглощая своими корнями тяжелые металлы и другие опасные вещества. Фиторемедиация является привлекательным и дешевым вариантом обработки токсичных отходов, хотя необходимо следить за тем, чтобы растения не выбрасывали токсины обратно в окружающую среду.
Опасные твердые отходы не всегда можно обработать, чтобы сделать их безопасными, и в этом случае безопасное хранение может быть единственным вариантом. Места хранения включают глубокое захоронение, возможно, в заброшенной шахте или в удаленном охраняемом здании. Часто извлекаемое хранилище используется для того, чтобы в случае утечки отходов их можно было спасти до того, как они нанесут ущерб окружающей среде. Витрификация, при которой отходы вводятся в стекло, иногда используется для долгосрочного безопасного хранения опасных материалов, включая радиоактивные отходы.
Воздействия и проблемы
Все большее число новых технологий применяется для обработки твердых отходов. Например, в процессе термической конверсии тепло и высокое давление применяются к смеси навоза, шин, пластика и осадка сточных вод, превращая ее в результате сложной серии химических реакций в бензин, масло и метан. Другой подход, разрабатываемый в Японии, заключается в газификации и плавлении золы при сжигании. Этот метод использует энергию отходов для обработки золы и снижения содержания в ней диоксинов до безвредного уровня в системе, которая легко адаптируется к муниципальным мусоросжигательным заводам. Если отходы рассматриваются как научная и техническая проблема, то более вероятно их безопасное удаление и восстановление ценных материалов.
См. также Отходы электроники ; Опасные отходы ; Промышленное загрязнение ; Переработка ; Токсичные отходы ; Перемещение и сброс отходов
БИБЛИОГРАФИЯ
Книги
Cunningham, W.
P., and A. Cunningham. Наука об окружающей среде: глобальная проблема. New York: McGraw-Hill International Edition, 2008 г.
Веб-сайты
Виртуальный центр обмена экологическими технологиями. «Технологии обращения с твердыми коммунальными отходами будущего». http://www.apec-vc.or.jp/e/modules/tinyd00/inde.php?id=122&kh_open_cid_00=11 (по состоянию на 27 марта 2008 г.).
Susan Aldridge
5 Futuristic Waste Management Technologies
Emily Folk
Экологическая устойчивость была камнем преткновения для систем управления отходами. В 2018 году в США образовалось 292,4 млн тонн твердых бытовых отходов, половина из которых отправилась на свалки. Несмотря на то, что еще есть значительные возможности для улучшения, с годами этот процесс стал более экологичным, в основном благодаря технологиям.
Технологии предоставляют лучшие способы сбора, сортировки и использования отходов, и постоянно появляются новые инструменты и методы.
По мере того, как эти достижения становятся все более распространенными, управление отходами будет становиться все более устойчивым. Вот пять самых футуристических методов, используемых сегодня.
1. Умные мусорные баки
В настоящее время несколько компаний производят умные мусорные баки, которые предлагают широкий спектр функций. Многие из них включают датчики, которые определяют уровень мусора, чтобы они могли предупредить пользователей, когда они полны. Эта информация может помочь людям отслеживать свои привычки по вывозу мусора и оптимизировать графики вывоза мусора, сокращая расход топлива.
Некоторые из этих мусорных баков имеют интерактивные экраны, помогающие пользователям лучше управлять отходами. Они могут рассказать людям, как утилизировать различные предметы, или сообщить о воздействии мусора на окружающую среду. Таким образом, пользователи могут лучше осознавать, что они выбрасывают.
2. Плазменная газификация
Процессы преобразования отходов в энергию предотвращают попадание отходов на свалки и создают относительно экологичные источники энергии.
Одним из новейших и наиболее перспективных из этих методов является плазменная газификация. В этом процессе плазма нагревает отходы до экстремальных температур и превращает их в полезные газы, такие как водород.
Одно исследование показало, что плазменная газификация может удалить 83 миллиона тонн выбросов CO2 в год только в Калифорнии. Поскольку этот процесс производит водород, он также создает устойчивый источник топлива. Плазменная газификация еще не получила широкого распространения, потому что она такая новая, но ее потенциал впечатляет.
3. Пневматический сбор мусора
В большинстве городов и районов для сбора мусора используются грузовики, работающие на ископаемом топливе. Эта система может быть неэффективной и приводит к выбросам, поэтому в некоторых областях принят новый подход. Они используют вакуумное всасывание для опорожнения мусорных баков через сеть подземных пневматических труб.
Пневматические трубки приводятся в действие воздушными компрессорами, поэтому их потребление энергии минимально.
Поскольку грузовики не задействованы, выбросы парниковых газов также больше не вызывают беспокойства. Эти системы также работают быстрее, чем традиционные методы утилизации, что дает предприятиям по переработке отходов больше времени для сортировки мусора.
4. Системы управления автопарком
Технологии также открывают путь вперед для районов, где до сих пор используются традиционные системы сбора мусора. Технология управления автопарком, распространенная в сфере логистики, может улучшить сбор мусора. Эти системы используют сеть датчиков и данные GPS для оптимизации маршрутов транспортных средств.
Каждый день ходить по одному и тому же маршруту удобно, но не всегда эффективно. Изменения в трафике, погоде и количестве отходов могут сделать разные пути более или менее практичными. Системы управления автопарком позволяют водителям корректировать свои маршруты, чтобы сэкономить время и сократить выбросы.
5. Сортировка отходов AI
Ошибки при сортировке отходов могут привести к неправильной утилизации и упущенным возможностям переработки или повторного использования материалов.
Добавить комментарий