Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов - файл n5.doc

приобрести
Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов
скачать (1101.6 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc493kb.08.07.2005 14:51скачать
n2.doc613kb.07.07.2005 22:03скачать
n3.doc916kb.07.07.2005 22:21скачать
n4.doc574kb.08.07.2005 16:35скачать
n5.doc590kb.07.07.2005 22:56скачать
n6.doc352kb.08.07.2005 16:23скачать
n7.doc67kb.14.05.2005 15:34скачать

n5.doc

следующего: расход воды на 1 м2 площади градирни 40 мг, расход воздуха 7 мг воды. Использование другой насадки нецелесообразно, т.к. может произойти ее забивка соединениями железа.

После аэрирования необходимо отделить осадок гидроксида железа. Для этой цели используют процессы отстаивания и фильтрования. Осадок гидроксида железа можно использовать для приготовления красок или для очистки газов от сероводорода.

В процессе осаждения гидроксида железа происходит уплотнение осадка амфотерного Fe(OН)3 в гематита Fе2О3: 2Fе(ОН)3= Fе2О3+3Н2О.

При высоком содержании железа в воде аэрационным методом его полностью удалить нельзя, поэтому применяют реагентные методы. Для этой цели используют хлор, хлорат кальция (хлорную известь), перманганат калия, озон, оксид кальция (известь), карбонат натрия (соду) и др. Реагенты дозируются в воду перед осветлителями или отстойниками.

При взаимодействии с хлором протекает следующая реакция:



Скорость этой реакции увеличивается с повышением рН. На окисление 1 мг двухвалентного железа расходуется 0,64 мг Сl;. В случае использования хлората кальция его используют в виде 1-2 %-го раствора, который дозируют непосредственно в сточную воду. Окисление двухвалентного железа перманганатом калия проходит по уравнению:



Если железо содержится в воде в виде органических соединений или коллоидных частиц, применяют озонирование. При этом на 1 массовую часть железа требуется 1 массовая часть озона.

Очистка от соединений марганца. Соединения марганца содержатся в сточной воде металлургических, машиностроительных и химических производств. При концентрации марганца более 0,05 мг/л вода окрашивается в темный цвет. Некоторые производства предъявляют жесткие требования к содержанию марганца в воде (бумажная, текстильная, кинокопировальная, синтетических волокон, пластмасс).

Удаление из воды марганца может быть достигнуто следующими методами:

1) обработкой воды перманганатом калия;

2) аэрацией, совмещенной с известкованием;

3) фильтрованием воды через марганцевый песок или марганцевый катионит;

4) окислением озоном, хлором или диоксидом хлора.

При обработке воды перманганатом калия достигается одновременная очистка от марганца и от железа. Перманганат калия окисляют с образованием малорастворимого диоксида марганца:



В этом процессе 1 мг KMnO4 окисляет 0,53 мг Мn +.Наибольший эффект достигается при обработке воды дозой 2 мг KMnO4 на 1 мг. Осадок диоксида марганца удаляют фильтрованием.

Удаление марганца аэрацией с подщелачиванием воды применяют при одновременном присутствии в ней марганца и железа. При аэрации воды удаляется часть диоксида углерода и происходит ее насыщение кислородом воздуха. При удалении СО2 возрастает рН сточной воды, что способствует ускорению процессов окисления и гидролиза железа и частично марганца с образованием гидроксидов.

Двухвалентный марганец медленно окисляется в трех- и четырехвалентный растворенным в воде кислородом. Окисление марганца происходит при рН = 9-9,5. Образующийся гидроксид марганца выпадает в осадок в виде Мn(ОН)3 и Мn(ОН)4. Растворимость этих соединений 0,01 мг/л, образующийся Мn(ОН)4 снова участвует в процессе, являясь катализатором окисления марганца.

При рН = 9,5 марганец удаляется почти полностью, при рН < 7,5 кислородом воздуха он почти не окисляется. Для ускорения процесса окисления марганца воду после аэрации до подачи на фильтры подщелачивают известью или содой для повышения рН, затем осветляют в осветлителях или отстойниках. Процесс окисления Мn2+ резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым пиролюзитом (MnO2∙H2O) либо кварцевым песком, предварительно обработанным оксидами марганца.

Двухвалентный марганец может быть удален из воды в процессе окисления его хлором, озоном или диоксидом хлора. Скорость окисления Мn хлором зависит от рН среды. При рН = 7 за 60-90 мин окисляется всего 50 % Мn2+. При подщелачивании известью до рН = 8 Мn окисляется практически полностью. Расход Cl2 на окисление 1 мг Мn составляет 1,3 мг. При наличии в воде аммонийных солей расход хлора увеличивается.

Диоксид хлора и озон при рН=6,5-7 окисляют Мn2+ за 10-15 мин. На окисление 1 мг Мn2 расходуется 1,35 мг ClO2 или 1,45 мг О3. Однако применение этих окислителей требует строительства сложных установок, поэтому их практически не используют.

Марганец может быть удален из воды биохимическим окислением. Процесс проводят следующим образом. На песке фильтра высеивают особый вид марганец потребляющих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности поглощают из воды марганец. Отмирающие бактерии образуют на зернах песка пористую массу с высоким содержанием оксида марганца, который служит катализатором процесса окисления.

Марганец из воды может быть удален при помощи марганцевого катионита, который приготовляют, пропуская через любой катионит в натриевой форме растворы хлорида марганца и перманганата калия. При этом происходят следующие реакции:



где Me – катион Na+ или К+.

В этих процессах перманганат калия окисляет марганец с образованием оксидов марганца, которые в виде пленки оседают на поверхности зерен катионита. При регенерации пленку восстанавливают раствором перманганата калия.

Из рассмотренных методов наиболее эффективным является метод обработки перманганатом калия. Он не требует сложного оборудования и просто контролируется.

7. Биологическая очистка сточных вод



Метод основан на способности гетеротрофных микроорганизмов использовать в качестве источников питания разнообразные органические соединения, подвергая последние биохимическим превращениям. Использование свойств адаптации бактерий активного ила позволяет успешно решать вопросы биологической очистки стоков воды химических производств, содержащих сложные органические соединения неприродного происхождения.

Разрушение органических соединений при помощи микроорганизмов называют биохимическим окислением. Окисление органических веществ происходит избирательно, поэтому некоторые соединения разрушаются легко, другие – медленно или совсем не окисляются.

Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых требуются постоянный приток кислорода и температура 20-40 0С. При изменении кислородного и температурного режимов меняются состав и число микроорганизмов, а, следовательно, и эффективность очистки стоков. В случае анаэробной очистки микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке, биохимические процессы протекают без доступа кислорода. Этот метод используют главным образом для обезвреживания осадков.

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры разной конструкции. Тип сооружений выбирают с учетом местоположения предприятия, климатических условий, источника водоснабжения, объема промышленных и бытовых сточных вод, состава и концентрации загрязнений. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

Поля орошения – это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта микробиальную пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения. В глубокие слои почвы проникание кислорода затруднено, поэтому наиболее интенсивное окисление происходит в верхних слоях почвы (0,2–0,4 м). При недостатке кислорода в прудах начинают преобладать анаэробные процессы.

Биологические пруды представляют собой каскад прудов, состоящий из 3–5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Пруды предназначены для биологической очистки и для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Различают пруды с естественной или искусственной аэрацией. Пруды с естественной аэрацией имеют небольшую глубину (0,5 – 1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами.

Для нормальной работы необходимо соблюдать оптимальные значения рН и температуры сточных вод. Температура должна быть не менее 6 °С. В зимнее время пруды не работают.

При расчете прудов определяют их размеры, обеспечивающие необходимую продолжительность пребывания в них сточных вод. В основе расчета определение скорости окисления, которую оценивают по БПК и принимают для вещества, разлагающегося наиболее медленно.

Перед использованием воды, доочищенной в биологическом пруде, в системе технического водоснабжения ее обрабатывают хлором.

В искусственных условиях очистку проводят в аэротенках или биофильтрах.

Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии.

Аэротенк представляет собой открытый бассейн, оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают двух-, трех- и четырехкоридорные. Глубина аэротенков 2 – 5 м.

Аэротенки подразделяются по следующим основным признакам:

1) по гидродинамическому режиму – на аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и аэротенки промежуточного типа (с рассредоточенным вводом сточных вод);

2) по способу регенерации активного ила – на аэротенки с отдельной регенерацией и аэротенки без отдельной регенерации;

3) по нагрузке на активный ил – на высоконагружаемые (для неполной очистки), обычные и низконагружаемые (с продленной аэрацией);

4) по количеству ступеней – на одно-, двух- и многоступенчатые;

5) по режиму ввода сточных вод – на проточные, полупроточные, с переменным рабочим уровнем и контактные;

6) по конструктивным признакам.

В аэротенках-вытеснителях воду и ил подают в начало сооружения, а смесь отводят в конце его. Повышенная концентрация загрязнений в начале сооружения обеспечивает увеличение скорости их окисления. Изменение состава воды по длине аэротенка затрудняет адаптацию ила и снижает его активность. Такие аэротенки применяют для окисления малоконцентрированных вод (до 300 мг/л по БПКполн).

В аэротенках-смесителях воду и ил вводят равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка. Полное смешение в них сточной воды с иловой смесью обеспечивает выравнивание концентраций ила и скоростей процесса биохимического окисления. Такие аэротенки предназначены для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПКполн до 1000 мг/л) при разных колебаниях их распада, состава и количества загрязнений.

В аэротенки с рассредоточенной подачей сточной воды ее подают в нескольких точках по длине аэротенка, а отводят из торцевой части.

Возвратный ил полностью подают в начало аэротенка. Эти аппараты занимают промежуточное положение между вытеснительными и смесительными.

В аэротенке-осветителе сточная вода поступает в зону аэрации, где смешивается с активным илом и аэрируется. Затем смесь через окна попадает в зону осветления и зону дегазации. В зоне осветления возникает взвешенный слой активного ила, через который фильтруется иловая смесь. Очищенная вода через лотки удаляется из аэротенка.

Д
вухкамерные аэротенки-отстойники (рис. 1.60) являются разновидностью аэротенков-осветителей. В них зона аэрации разделена вертикальной перфорированной перегородкой на две камеры. В первой камере происходит насыщение иловой смеси кислородом и сорбция загрязнений активным илом, во второй – окисление сорбированных загрязнений и стабилизация активного ила. Избыточный ил удаляется из зоны осветления.

Аэрация. Растворимость кислорода в воде мала (зависит от температуры и давления), поэтому для насыщения ее кислородом подают большое количество воздуха.

Растворимость кислорода в чистой воде при давлении 0,1 МПа представлена ниже:

Температура, °С

5

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

Растворимость, мг/л

12,8

11,3

10,8

10,3

9,8

9,4

9,0

8,7

8,3

8,0

7,7

При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом, сточной водой и илом, что является необходимым условием эффективной очистки. На практике используют пневматический, механический и пневмомеханический способы аэрации сточной воды в аэротенках. Выбор способа аэрации зависит от типа аэротенка и от необходимой интенсивности аэрации.

Аэраторы могут быть с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Аэраторы с вертикальной осью вращения делятся на поверхностные и заглубленные в жидкость; по виду механизма аэрации они делятся на турбинные, импеллерные и струйные. Аэраторы с горизонтальной осью вращения могут быть поверхностные (роторные) и мешалочные.

Механизм аэрирования у аэраторов различной конструкции разный: 1) подсос воздуха через поверхность жидкости в результате понижения давления в ней за вращающимися лопатками; 2) насыщение кислородом струй и капель жидкости, соприкасающихся с воздухом; 3) смешение воды и воздуха в межлопастном пространстве аэраторов в условиях резкого перепада давлений перед и за вращающимися лопатками; 4) подсос воздуха струями жидкости, падающими в основную массу жидкости; 5) растворение кислорода через обменивающиеся слои поверхности жидкости при ее турбулентном перемешивании.

Биофильтры это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра.

В качестве загрузки используют различные материалы: щебень, гравий, шлак, керамзит, керамические и пластмассовые кольца, кубы, шары, цилиндры, шестигранные блоки; металлические и пластмассовые сетки, скрученные в рулоны.

На эффективность очистки сточных вод в биофильтрах влияют биохимические, массообменные, гидравлические и конструктивные параметры: БПК очищаемой сточной воды, природа органических загрязнений, скорость окисления, интенсивность дыхания микроорганизмов, масса веществ, абсорбируемых пленкой, толщина биопленки, состав обитающих в ней микроорганизмов, интенсивность аэрации, площадь и высоту биофильтра, характеристика загрузки, физические свойства сточной воды, температура процесса и гидравлическая нагрузка, интенсивность рециркуляции, равномерность распределения сточной воды по сечению загрузки, степень смачиваемости биопленки.

8. Другие методы



Наряду с рассмотренными и распространенными методами очистки производственных сточных вод, реже находят применение также и другие физико-химические методы.

Эвапорация. Эвапорационные методы очистки производственных сточных вод подразделяются на пароциркуляционный и азеотропную ректификацию.

Пароциркуляционный метод применяется для удаления из сточных вод летучих веществ (фенолов, крезолов, ксиленолов, нафтолов и др.). Он основан на отгонке загрязнений с циркулирующим водяным паром и на последующей его отмывке от загрязнений раствором щллочи. При нейтрализации щллочного раствора загрязнения выделяются из него и могут быть отделены от водного слоя отстаиванием. Отгонка осуществляется в периодически действующих аппаратах или в непрерывно действующих дистцилляционных колоннах. При движении через колонну с насадкой навстречу острому пару сточная вода нагревается до 100 °С. Находящиеся в ней летучие примеси частично переходят в паровую фазу.

Азеотропная ректификация основана на свойстве многих химических соединений образовывать азеотропные нераздельнокипящие смеси с водой. Сточная вода из емкости направляется в колонну, обогреваемую паром, где отгоняется часть воды в виде азеотропной смеси с загрязняющим компонентом. Из нижней части колонны выходит очищенная вода. Пары, выходящие через верх колонны, поступают в конденсатор. Конденсат после дополнительного охлаждения направляется в сепаратор, где разделяется на два слоя – водный и органический. Водный слой из сепаратора сбрасывается в емкость исходной сточной воды, а загрязняющий компонент поступает на дальнейшую переработку или на повторное использование.

Эвапорационные методы применяются для очистки сточных вод коксохимических и химических заводов, заводов синтетического каучука и др.

Выпаривание. Выпаривание сточных вод применяется для увеличения концентрации солей, содержащихся в сточных водах, и ускорения их после дующей кристаллизации, а также для обезвреживания небольших количеств высококонцентрированных сточных вод (например, радиоактивных).

Испарение. В отличие от выпаривания, испарение осуществляется с открытой поверхности жидкости и происходит практически при любой температуре. Площадь испарительных площадок рассчитывается в зависимости от климатических и грунтовых условий.

Кристаллизация. Этот метод основывается на различной растворимости содержащихся в сточной воде веществ, зависящей не только от их вида, но и от температуры растворителя. При изменении температуры сточных вод получаются пересыщенные растворы находящихся в них веществ, а затем их кристаллы. На этом принципе основан метод выделения из сточной воды кристаллов загрязняющего ее вещества, т.е. на естественном или ускоренном испарении жидкости. Кристаллизация применяется при обработке небольших количеств концентрированных сточных вод.

Магнитная обработка. Находит применение при очистке сточных вод металлургической промышленности от ферромагнитных механических примесей, а также в системах оборотного водоснабжения для предупреждения накипеобразования в теплообменных аппаратах.

Термоокислительные методы. В термоокислительных методах обезвреживания органические примеси в сточных водах окисляются кислородом воздуха при повышенной температуре до безвредных продуктов (H2О, СО2). Выбор метода обезвреживания зависит от объема сточных вод, их состава и теплотворной способности, экономичности процесса и требований к очищенным стокам.

Наиболее распространенные из этих методов:

- парофазное окисление («огневой метод»);

- жидкофазное обезвреживание («мокрое сжигание»);

- каталитическое окисление.

Сущность «огневого» метода заключается в том, что сточная вода вводимая в распыленном состоянии в высокотемпературные (900-1000 °С) продукты горения топлива, испаряется, органические примеси в сточной воде сгорают, образуя продукты полного сгорания. Минеральные примеси образ уют при этом твердые или расплавленные частицы, которые выводятся из рабочей камеры печи или уносятся с дымовыми газами.

Огневой метод обезвреживания сточных вод является универсальным и характеризуется высокой степенью очистки сточных вод (98 – 99,9 %). В этом методе сточная вода вводится в распыленном состоянии в высокотемпературные продукты сгорания топлива (900 – 1000 °С). Вода испаряется, а органические примеси сгорают, образуя продукты полного сгорания (СО2, Н2О). Минеральные примеси при этом образуют твердые или расплавленные частицы, которые удаляются из камеры печи.

Недостатком метода является высокий расход топлива на испарение воды и перегрев пара до 900-1000 °С. В связи с этим огневой метод рекомендуется использовать: во-первых, при большом количестве сточных вод, содержащих высокотоксичные органические примеси, обезвреживание которых другими методами невозможно или экономически невыгодно; во-вторых, при наличии горючих вторичных энергоресурсов, которые могут быть использованы вместо топлива.

С
ущность термоокислительного жидкофазного обезвреживания (рис. 1.61) состоит в окислении кислородом воздуха органических примесей сточной воды, находящихся в жидкой фазе при повышенных температуре (до 350 єС) и давлении. Недостатком циклонных печей является большой унос солевой массы потоком газ.

Продукты сгорания из реактора поступают в камеру охлаждения парогенератора. Наличие эжектора позволяет исключить дымосос. Циркуляционный насос 5 используется для подачи раствора минеральных веществ из емкости 6 в реактор 2 и в струйный аппарат 4. Пройдя каплеотделитель 7, очищенные газы поступают в дымовую трубу 8 и из нее в атмосферу. На некоторых установках используют для утилизации тепла водогрейные котлы, водоаммиачные абсорбционные холодильные машины и циклоны для сухой очистки газа от каплеуноса.

В процессе обезвреживания сточных вод, содержащих органические соединения серы, хлора, нитросоединения, образуются SO2, SО3, P2O5, НСl, Сl2, (NO)x. Вещества эти могут взаимодействовать с образованием новых, более токсичных соединений, что необходимо иметь в виду при удалении отходящих газов в окружающую среду.

Метод жидкофазного окисления основан на окислении органических веществ, растворенных в сточной воде, кислородом воздуха при температуре 100 – 350 єС и давлении 2 – 28 МПа. Повышение давления ускоряет процесс и глубину окисления вследствие увеличения растворимости в воде кислорода. Жидкофазное окисление осуществляется как на катализаторах, так и без них. В качестве катализаторов используются металлы (Pt, Pd, Cu, Zn, Мn), нанесенные на оксид алюминия или активированный уголь.

Принципиальная схема установки жидкофазного окисления органических соединений, содержащихся в сточной воде, показана на рис. 1.62.

Загрязненная вода из сборника 7 насосом 2 подается в систему обезвреживания горючих соединений. Вода нагревается в теплообменнике 3 и в печи 4, в которой сжигается природный газ. После отделения воды в сепараторе 6 газы выбрасываются, а очищенная вода охлаждается в теплообменнике 3, нагревая загрязненный поток.

В методе парофазного каталитического окисления используется гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха летучих органических соединений, находящихся в сточных водах. Процесс окисления интенсивно протекает в присутствии медно-хромовых, медно-цинковых, медно-марганцевых катализаторов. При высокой температуре (350 – 400 °С) большинство органических веществ подвергается полному окислению (98,5 – 99,9 %).

Применение парофазного окисления наиболее целесообразно в случае вывода технологического потока в виде пара, направляемого в конденсаторы (из выпарных аппаратов, ректификационных колонн, сушильных камер и т.д.). В данном процессе могут быть использованы конструкции реакторов, характерные для гетерогенно-каталитических процессов.

Каталитическое окисление применяется при очистке сточных вод, загрязненных летучими веществами органического происхождения. По этому методу сточная вода подается в выпарной аппарат, где пары воды и органических веществ, а также газы и воздух подогреваются до 300 єС, а затем смесь подается в контактный аппарат, загруженный катализатором. Обезвреженная парогазовая смесь охлаждается и образующийся конденсат используется в производстве.

Термоокислительные методы очистки применяются при небольших расходах сточных вод с высокой концентрацией загрязнений.

Глава 2. ПЕРЕРАБОТКА И ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ



В
се образующиеся в результате жизнедеятельности человека отходы можно разделить на отходы производства и потребления (рис. 2.1).

Промышленные отходы или отходы производства – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства, а также образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения в данном производстве: вскрышные породы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, отходы сельского хозяйства, твердые вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод, и т. д.

К отходам потребления относятся остатки веществ, материалов, предметов, изделий, товаров (продукции или изделий), частично или полностью утративших свои первоначальные потребительские свойства для использования по прямому или косвенному назначению в результате физического или морального износа в процессах общественного или личного потребления, использования или эксплуатации.

Особую санитарно-биологическую опасность представляют твердые бытовые отходы (ТБО), образующиеся в результате жизнедеятельности людей.

Загрязнение окружающей среды отходами производства и потребления является одной из острейших проблем человечества. Накопление огромных объемов отходов в отвалах, хвостохранилищах, шламохранилищах и на других объектах размещения отходов нарушает природные ландшафты, загрязняет воздушный и водный бассейны, приводит к изъятию из хозяйственного оборота земель, наносит большой ущерб флоре и фауне, оказывает существенное негативное влияние на качество жизни человека.

В России по различным оценкам, ежегодно образуется от 2,7 до 3,4 млрд т отходов производства и потребления, в том числе: промышленные отходы – 2,6 млрд т, жидкие отходы сельскохозяйственного производства – 700 млн т, твердые бытовые отходы – 35 – 40 млн т.

Общий объем неутилизированных отходов оценивается в 80 млрд т. При этом количество вторично используемых отходов составляет около 26 % (в том числе промышленные отходы перерабатываются на 35 %, твердые бытовые отходы – на 3 – 4 %) остальные отходы практически не перерабатываются.

Особую проблему представляют отходы промышленного производства. В 2002 г. в России их образовалось 2 млрд т, наибольший объем составляют отходы топливной промышленности (51,92 %), черной (19,58 %) и цветной металлургии (12,33 %) – ежегодно в России образуется более 35 млн т металлолома.

Жизнедеятельность человека и общества в целом связана с образованием твердых бытовых отходов. В увеличивающемся объеме твердых бытовых отходов большую долю составляют отходы упаковки и упаковочных материалов – в среднем по России на человека приходится 50 кг упаковки в год. Остро стоит проблема медицинских отходов, которых в России образуется 0,6 – 1 млн т в год, что составляет около 2 % от общего объема твердых бытовых отходов.

Сложная ситуация с утилизацией ТБО в первую очередь объясняется ежегодного возрастающими объемами образования ТБО, что приводят к острой нехватке мест, отводимых под свалки, которые, в свою очередь, являются экологически опасными объектами. Однако бытовой мусор является ценным материалом. В среднем из 1 т отходов можно получить около 170 кг биогаза, 410 кг компоста, 50 кг первого отсева грубых элементов и металлолома, 250 кг второго отсева. Около 70 % всех отсевов можно использовать для выработки тепла путем сжигания, пиролиза, газификации, получения специального топлива. Поэтому необходимо применять интенсивные методы утилизации ТБО: переработку с извлечением ценных компонентов (пластмассы, черных и цветных металлов, стекла, бумаги и т. д.) и получения топливных гранул; сжигание с использованием различных типов решеток; пиролиз; компостирование.

На территории России работают семь мусоросжигательных заводов и два мусороперерабатывающих предприятия. В технологических циклах этих заводов не предусмотрена предварительная сортировка мусора. Мусоросжигание без предварительной сортировки приводит к выбросам в атмосферный воздух вредных веществ, таких как диоксин, хлористый и фтористый водород, диоксид серы, оксид азота и углерода, токсичные углеводороды и тяжелые металлы.

В ряде городов страны построены заводы по биотермической обработке ТБО с использованием отечественного оборудования. Компостирование мусора проводится в биотермических барабанах производительностью 20...30 тыс. т в год. При сортировке мусора выделяют цветные и черные металлы, стекло, текстиль, макулатуру и другие инертные примеси. Получаемый компост используют сельские и городские хозяйства в качестве биотоплива и органического удобрения.

2.1. Источники образования отходов производства



Основные источники образования промышленных отходов и их виды приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Основное

производство

Основные процессы

образования отходов

Виды промышленных

отходов

1

2

3

Водоснабжение, водоотведение и теплоснабжение

Изготовление и установка элементов систем водоснабжения, водоотведения и отопления в домах, учреждениях и на предприятиях

Обрезки труб, резина, бумага, изоляционные и конструкционные материалы, строительный мусор

Предприятия по производству продуктов питания

Переработка, упаковка и перевозка

Отходы мяса, жира, масла, кости, овощей, фруктов и др.

Лесопильные и деревообрабатывающие заводы, мебельные комбинаты и фабрики

Изготовление и обработка пиломатериалов, деревянных конструкций и изделий, домашней, конторской и мягкой мебели и оборудования, перегородок, конторского и торгового оборудования

Деревянные отходы, стружка, опилки, металлы, пластмассы, ткани, клеи, шпаклевка, краска, растворители, ткани, набивочный материал

Швейное

производство

Раскрой, пошив, сортировка по размерам, глажение

Ткани, нитки, металлы, пластмассы, резина, кожа, мех

Овчинно-шубное

и кожевенное

производство

Дубление и выделка кожи и меха, раскрой и пошив изделий

Обрезки кожи и меха, пряжа, красители, реактивы для обработки и дубления кожи и меха

Резинотехническая

промышленность

Изготовление синтетического каучука и полимеров

Остатки каучука и пластмасс, ламповая сажа, отвердители и красители, металлы

Химическое и

фармацевтическое производство

Обработка и изготовление неорганических химикатов, включая лаки, краски, взрывчатые вещества, лекарства, и др. материалы

Органические и неорганические химикаты, металлы, пластмассы, резина, стекло, масла, лаки, растворители, пигменты

Картонно-целлюлозные комбинаты, типографское и издательское дело

Изготовление бумаги и картона, переработка бумаги и картона, изготовление упаковочного материала, издание газет и литературы, литографическая печать, гравирование и переплетные работы

Обрывки бумаги и тканей, химикалии, вещества, служащие наполнителями бумаги, картон, типографская краска, клей, металлы

Окончание табл. 2.1

1

2

3

Металлургическая промышленность

Плавление, отливка, ковка, волочение, прокат, формование, штамповка

Лом черных и цветных металлов, окалина, формовочные смеси, связующие материалы, шлаки

Металлообрабатывающая промышленность и машиностроение

Изготовление металлической тары, инструмента, скобяных изделий, водопроводной арматуры, строительных конструкций, оборудования и машин, судов для строительной, горной, транспортной промышленности и флота

Металлолом, формовочные смеси, дерево, пластмассы, смолы, резина, ткани, кожа, краски, растворители, нефтепродукты, гальваношлаки, стекло

Электротехническая промышленность

Изготовление электротехнического оборудования, приборов и средств связи с использованием станочного оборудования, волочения, формования, сварки, штамповки, гальваники, сушки и пайки

Металлолом, графит, стекло, редкие и цветные металлы, резина, пластмассы, смолы, стекловолокно, обрезки ткани, краски, растворители

Приборостроение

Изготовление аудио- и видеоаппаратуры, лабораторных и исследовательских приборов

Металлы, стекло, пластмассы, смолы, кожа, резина, кость, пластмассы, ткани, клеи, краски, растворители

Производство строительных материалов и стекла

Производство цемента, гипса, обработка камня и изготовление изделий из камня, абразивов, асбестоцементных изделий, получение и обработка стекла

Стекло, цемент, глина, керамика, гипс, асбест, камень, бумага, абразивы



2.2. Способы утилизации промышленных отходов



Основные способы утилизации промышленных отходов – складирование на полигонах (захоронение) и сжигание.

Хранение или складирование отходов включает содержание их в специально оборудованных накопителях с временной нейтрализацией, направленной на снижение негативного воздействия отходов на окружающую среду, до их извлечения с целью захоронения или специальной переработки. При хранении отходов устанавливают срок нахождения каждого отхода в местах складирования.

Захоронение отходов – изоляция отходов, направленная на предотвращение попадания загрязняющих веществ в окружающую среду, исключая возможность дальнейшего использования этих отходов.

Отходы складируют на специально обустроенных и предназначенных для этих целей площадках, в наземных и подземных сооружениях, находящихся как на территории предприятий, так и за их пределами. К ним относятся накопители промышленных отходов: хвосто- и шламохранилища, пруды и отстойники, могильники и другие накопители жидких производственных отходов, а также отвалы, терриконы, золо- и шлакоотвалы, предназначенные для складирования твердых отходов различных производств.

Отходы размещают также на полигонах, на которых хранят и захоранивают отдельные виды промышленных отходов или их совокупность, и на полигонах, предназначенных для обезвреживания и захоронения опасных промышленных отходов. Кроме того, в качестве мест и объектов размещения отходов используют полигоны для совместного захоронения ТБО и отдельных видов промышленных отходов, а также санкционированные накопители или свалки ТБО и нетоксичных промышленных отходов.

Размещать отходы могут промышленные предприятия, объединения, организации, учреждения независимо от форм собственности и ведомственной подчиненности, физические лица, а также иностранные юридические и физические лица, называемые природопользователями и осуществляющие любой вид деятельности на территории РФ, в результате которой образуются отходы производства и потребления, за исключением радиоактивных отходов, их используют, обезвреживают, складируют и захоранивают.

Для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, содержащих ртуть, мышьяк, свинец, цинк, олово, кадмий, никель, сурьму, отходы гальванического производства, органические растворители, пластмассы, нефтепродукты, использованные ртутные лампы и т. д., создаются специальные полигоны.

Специализированные предприятия, осуществляющие производственную деятельность с целью размещения отходов, также являются природопользователями.

В соответствии с экологическими требованиями, предъявляемыми к обращению с отходами, природопользователь обязан принимать меры, направленные на обеспечение охраны окружающей среды, и соблюдать действующие экологические, санитарно-эпидемиологические и технологические нормы и правила.

Сбор отходов раздельно по видам, классам опасности и другим показателям способствует более качественной их переработке и рациональному размещению.

Образование, сбор, накопление, хранение и первичная обработка отходов – составные части технологического процесса, в ходе которого также образуются отходы, и эти отходы должны быть отражены в технологической и другой нормативно-технической документации. Поэтому деятельность природопользователя должна быть направлена на сокращение объемов образования отходов, внедрение малоотходных технологий, преобразование отходов во вторичное сырье или получение из них какой-либо продукции. При этом стремятся к образованию минимума отходов, не подлежащих дальнейшей переработке и захоронению.

Все образующиеся отходы нормируют с целью обеспечения экологических требований законодательства Российской Федерации, где для природопользователей установлены предельные нормы на образование и размещение отходов, чтобы не допустить негативного воздействия их на окружающую среду, жизнь и здоровье людей.

2.3. Отходы потребления



К
оходам потребления относятся промышленные отходы потребления и бытовые отходы (мусор, стеклобой, лом, макулатуру, пищевые отходы, тряпье ).

В крупных городах доля твердых бытовых отходов от количества образующихся отходов производства и потребления составляет около 17 %.

Примерный состав ТБО в России приведен на рис. 2.2.

Источники образования ТБО:

Наиболее распространены в нашей стране и за рубежом такие методы переработки ТБО, как складирование на полигонах, компостирование и сжигание.

2.4. Методы утилизации отходов производства и потребления



Выбор метода переработки отходов производства и потребления определяется для конкретного региона в зависимости от необходимости решения проблем охраны окружающей среды, здоровья населения, а также от экономической эффективности и рационального использования земельных ресурсов. Учет климатических, географических, градостроительных условий, а также численности обслуживаемого населения определяет решение проблемы обезвреживания и утилизации отходов в конкретных условиях. Известно более двадцати методов обезвреживания и утилизации ТБО.

П
о технологическому принципу методы переработки и обезвреживания ТБО можно разделить на биологические, термические, химические, механические и смешанные. По конечной цели методы переработки и обезвреживания ТБО делятся на ликвидационные и утилизационные (рис. 2.3).

2.5. Переработка твердых бытовых отходов компостированием



Различают компостирование полевое и на специальных заводах. Протекающие при компостировании аэробные биохимические реакции, приводят к окислению целлюлозы до долучения углекислого газа и воды, при этом выделяется теплота 2796 кДж на 1 моль глюкозы – составной части целлюлозы.

Суммарная химическая реакция имеет следующий вид:



Переработанные таким образом отходы вступают в естественный круговорот веществ в природе за счет их обезвреживания и превращения в компост – ценное органоминеральное удобрение.

Наиболее совершенным считают непрерывный процесс компостирования с аэробным принудительным окислением органических отходов во вращающемся биотермическом барабане.

2.5.1. Метод механизированного биотермического компостирования



Мусороперерабатывающие заводы предназначены для ускоренного механизированного обезвреживания и переработки ТБО с целью получения полезных продуктов: компост, лом черных и цветных металлов, топливные гранулы, полимеры и т. д.

Работа мусороперерабатывающих заводов основана на методе аэробного биотермического компостирования ТБО. Используя комплекс технологических мероприятий, можно нормализовать содержание в компосте микроэлементов, в том числе солей тяжелых металлов. Из ТБО извлекается лом черных и цветных металлов. Однако около 25...30 % отходов не подлежит компостированию. Эти материалы сжигают на компостных заводах или подвергают пиролизу для получения тепловой энергии или пирокарбона, используемого в металлургии, или вывозят на полигоны ТБО для захоронения.

Технологический процесс переработки ТБО полностью механизирован и управляют им с центрального пульта управления. Принципиальная технологическая схема производства компоста показана на рис. 2.4.

Бытовые отходы доставляют на завод кузовные мусоровозы, которые разгружаются в приемные бункера с днищами, выполненными в виде пластинчатых питателей. К пластинам питателей приваривают металлические штыри для лучшего захвата подаваемого материала. Крупногабаритные отходы изымают из бункеров и складывают в автоприцепы с помощью захвата, подвешенного к кранбалке.

Отходы из бункеров разгружают на ленточные конвейеры, по которым они направляются в сортировочный корпус, оснащенный грохотами, электромагнитными и аэродинамическими сепараторами, производящими первичную сортировку поступающих отходов.

С помощью конвейеров, подающих отходы из приемного корпуса, загружают цилиндрические грохоты. Диаметр сита грохота 2,5 м, длина 7,3 м. Размер ячеек сит 150...250 мм, частота вращения грохота 15 мин –1, паспортная производительность до 20 т/ч. Крупные некомпостируемые фракции (картонные ячейки, бумага, текстиль и т. п.) или так называемые некомпостируемые отходы (НБО) направляют в бункер балласта. Черный и цветной металл выбирают электромагнитными сепараторами.

Просеянный материал по конвейерам подается в главный корпус, проходя последовательно сепараторы черного, цветного металла и аэросепараторы, выделяющие легкие фракции – пленку и бумагу (если есть потребитель, то эти фракции отгружают ему, если нет – отправляют на пиролиз).

Отобранный в цехе черный металл конвейерами подается на гидравлический пакетировочный пресс (производительность пресса 2,4 т/ч.). Полученные пакеты металла складируются на площадке, оборудованной кранбалкой грузоподъемностью 1 т с электромагнитной шайбой, а затем отгружаются потребителям. Цветной металл по конвейерам поступает в бункеры-накопители.

О
тсортированные отходы, предназначенные для компостирования, подают в загрузочные устройства биотермических барабанов, выполненных в виде вращающихся цилиндров.

Биотермический процесс обезвреживания отходов происходит благодаря активному росту термофильных микроорганизмов в аэробных условиях.

Масса отходов сама разогревается до температуры 60 °С, при которой болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов, личинки и куколки мух погибают, и масса отходов обезвреживается. Под действием развивающейся микрофлоры органические вещества разлагаются, образуя компост.

Ежедневно биобарабан загружается на 1/2 полезного объема свежими отходами и одновременно разгружается. Таким образом, свежие отходы попадают в среду с активным биотермическим процессом, что сокращает цикл их компостирования до двух суток. Пропускная способность одного биобарабана до 34 тыс. т/год.

Для обеспечения принудительной аэрации на корпусе биобарабана установлены вентиляторы-наездники, которые подают свежий воздух в толщу отходов. Количество подаваемого воздуха регулируется по зонам в зависимости от температуры и влажности материала. Оптимальная влажность для ускоренного процесса компостирования 40...45 %.

Биобарабан выполняет две функции: обеспечение в компостируемой массе требуемого биотермического процесса и механическое истирание отходов.

Разгружаются биобарабаны на ленточные конвейеры, которые доставляют компост обратно в сортировочный корпус, где производится окончательная очистка компоста от балласта. Стекло и мелкий балласт ссыпаются в тележки-прицепы, а компост по системе конвейеров подается на складские площадки, где с помощью бульдозеров формируют штабеля, которые периодически перелопачивают и при необходимости увлажняют.

Большую часть территории, отводимой под размещение мусоро-перерабатывающего завода, занимают складские площадки для дозревания и хранения компоста. Примерное время дозревания компоста на складе обычно не менее 2 мес. при высоте штабеля до 2 м. Мощность мусороперерабатывающего завода 90 тыс. т/год.

Иногда в комплекс завода включают линии по производству экологически чистых древесно-полимерных плит из отходов деревообработки и полиэтиленовой пленки, выделяемой аэросепараторами из ТБО.

2.5.2. Полевое компостирование ТБО



Наиболее простым и дешевым методом утилизации ТБО является полевое компостирование. Его целесообразно использовать в городах с населением свыше 50 тыс. жителей. Правильно организованное полевое компостирование обеспечивает защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения ТБО. Технология полевого компостирования позволяет производить совместное обезвреживаение и переработку ТБО с обезвоженным осадком сточных вод (в соотношении 3:7), получаемый при этом компост содержит больше азота и фосфора.

Существует две принципиальные схемы полевого компостирования:

При использовании схемы с предварительным дроблением ТБО для измельчения отходов используют специальные дробилки.

Во втором случае (без предварительного дробления) измельчение происходит за счет многократного перелопачивания компостируемого материала. Неизмельченные фракции отделяют на контрольном грохоте.

Установки полевого компостирования, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства. ТБО измельчают молотковыми дробилками или небольшими биотермическими барабанами (частота вращения барабана 3,5 мин–1). Барабан обеспечивает достаточное измельчение ТБО за 800–1200 оборотов (4–6 ч). После такой обработки 60–70 % материала проходит через сито обечайки барабана с отверстиями диаметром 38 мм.

Сооружения и оборудование полевого компостирования должны обеспечить прием и предварительную подготовку ТБО, биотермическое обезвреживание и окончательную обработку компоста. ТБО разгружают в приемный буфер или на выровненную площадку. Бульдозером, грейферным краном или специальным оборудованием формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования.

Высота штабелей зависит от метода аэрации материала и при использовании принудительной аэрации может превышать 2,5 м. Ширина штабеля поверху не менее 2 м, длина – 10–50 м, угол заложения откосов равен 45°. Между штабелями оставляют проезды шириной 3–6 м .

Для предотвращения развеивания бумаги, выплода мух, устранения запаха поверхность штабеля покрывают изолирующим слоем торфа, зрелого компоста или земли толщиной 20 см. Выделяющееся под влиянием жизнедеятельности термофильных микроорганизмов тепло приводит к «саморазогреванию» компостируемого материала. При этом наружные слои материала в штабеле служат теплоизоляторами и сами разогреваются меньше, в связи с чем для надежного обезвреживания всей массы материала штабеля необходимо перелопачивать. Кроме того, перелопачивание способствует лучшей аэрации всей массы компостируемого материала. Продолжительность обезвреживания ТБО на площадках компостирования составляет 1 - 6 мес. в зависимости от используемого оборудования, принятой технологии и сезона закладки штабелей.

При весенне-летней закладке недробленых ТБО температура в шатбеле компостируемого материала через 5 дней поднимается до 60–70 °С и удерживается на таком уровне две-три недели, затем снижается до 40–50 °С. В течение следующих 3–4 мес. температура в шатбеле уменьшается до 30–35 °С.

Перелопачивание способствует активизации процесса компостирования, через 4–6 дней после перелопачивания температура на несколько дней снова повышается до 60–65 °С.

При осенне-зимней закладке температура в течение первого месяца поднимается только в отдельных очагах, а затем, по мере саморазогрева (1,5–2 мес.) температура штабеля достигает 50 – 60 °С и остается на таком уровне в течение двух недель. Затем в течение 2 – 3 месяцев температура в штабеле удерживается на уровне 20 – 30 °С, а с наступлением лета повышается до 30 – 40 °С.

В процессе компостирования активно снижается влажность материала, поэтому для ускорения биотермического процесса помимо перелопачивания и принудительной аэрации необходимо производить увлажнение материала.

Принципиальные схемы сооружений полевого компостировния ТБО приведены на рис. 2.5.

На рис. 2.5, а, б, в, г представлены схемы с предварительным измельчением ТБО, а на рис. 2.5, д обработка перенесена в конец технологической линии. На рис. 2.5, а, б, в ТБО разгружают в приемные бункера, оснащенные пластинчатым питателем, на рис. 2.5, г – в траншеи с последующим извлечением их грейферным краном. На рис. 2.5, а, б, г – измельчение ТБО осуществляют в дробилке с вертикальным валом, на рис. 2.5, в - в горизонтальном вращающемся биобарабане.

На рис. 2.5, а измельченные ТБО смешиваются с обезвоженным осадком сточных вод и затем направляются в штабеля, где они находятся в течение нескольких месяцев. За время компостирование материал несколько раз перелопачивается.

Технологическая схема компостирования в две стадии представлена на рис. 2.5,б. В течение первых десяти дней биотермический процесс происходит в закрытом помещении, разделенном подпорными продольными стенками на отсеки. Компостируемый материал каждые два дня перегружают специальной подвижной установкой из одного отсека в другой. Для активизации биотермического процесса через отверстия, расположенные в основании отсеков, производят принудительную аэрацию компостируемого материала.

Из закрытых отсеков компостируемый материал после грохочения перегружают на открытую площадку, где он дозревает в штабелях в течение 2 – 3 мес.

Схема, изображенная на рис. 2.5, в, отличается от остальных тем, что в качестве дробилки в ней используют биобарабан.

В схеме, показанной на рис. 2.5, г, используют двойное грохочение материала. Измельченный в дробилке материал при первичном грохочении разделяют на две фракции: крупную, направляемую на сжигание, и мелкую, направляемую на компостирование. Компостирование осуществляют в лотке, расположенном на открытой площадке. Лоток разделен продольными стенками на секции и оснащен установкой для перегрузки компостируемого материала в соседние секции. Зрелый компост подвергают повторному (контрольному) грохочению, после чего отправляют потребителю.

При отсутствии дробилки для ТБО может быть применена схема, изображенная на рис. 2.5, д, в которой грохочение, дробление и магнитная сепарация происходят в конце технологического цикла.

Простейшими и наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны. Современные полигоны ТБО – это комплексные природоохранные сооружения, предназначенные для обезвреживания и захоронения отходов. Полигоны должны обеспечивать защиту от загрязнения отходами атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствовать распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.
1
– приемный бункер с пластинчатым питателем; 2 – дробилка для ТБО; 3 – подвесной электромагнитный сепаратор; 4 – подача осадков сточных вод; 5 – смеситель; 6 – штабеля; 7 – грейферный кран; 8 – закрытое помещение для первой стадии компостирования; 9 – подвижная установка для перелопачивания и перегрузки компоста; 10 – продольные подпорные стенки; 11 – аэраторы; 12 – контрольный грохот для компостера; 13 – биобарабан; 14 – первичный грохот для дробленных ТБО; 15 – цилиндрический контрольный грохот; 16 – дробилка для компоста.


Полигоны строят по проектам в соответствии со СНиП. Схема конструктивных элементов полигона представлена на рис. 2.6.

Дно полигона оборудуется противофильтрационным экраном – подложкой. Он состоит из глины и других водонепроницаемых слоев (битумогрунт, латекс) и предотвращает попадание фильтрата в грунтовые воды. Фильтрат – жидкость, содержащаяся в отходах, она стекает вниз, на дно полигона, и может просачиваться через его борта. Фильтрат – минерализованная жидкость, содержащая вредные вещества. Собирается фильтрат с помощью дренажных труб и отводится в резервуар для обезвреживания. Ежедневно в конце рабочего дня отходы покрываются специальным материалом и слоями грунта, а затем уплотняются катками. После заполнения секции полигона отходы покрываются верхним перекрытием.

Продуктом анаэробного разложения органических отходов является биогаз, представляющий собой в основном смесь метана и углекислого газа. Система сбора биогаза состоит из нескольких рядов вертикальных колодцев или горизонтальных траншей. Последние заполнены песком или щебнем и перфорированными трубами.

Все работы на полигонах по складированию, уплотнению, изоляции ТБО и последующей рекультивации участка должны быть полностью механизированы.

Полигоны ТБО должны обеспечивать охрану окружающей среды по шести показателям вредности:

  1. Органолептический показатель вредности характеризует изменение запаха, привкуса и пищевой ценности фитотест-растений на прилегающих участках действующего полигона и территорий закрытого полигона, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета и запаха грунтовых и поверхностных вод.

  2. Общесанитарный показатель отражает процессы изменения биологической активности и показателей самоочищения почвы прилегающих участков.

  3. Фитоаккумуляционный (транслокационный) показатель характеризует процесс миграции химических веществ из почвы близлежащих участков и территории рекультивированных полигонов в культурные растения, используемые в качестве продуктов питания и фуража (в товарную массу).

  4. Миграционно-водный показатель вредности выявляет процессы миграции химических веществ фильтрата ТБО в поверхностные и подземные воды.

  5. Миграционно-воздушный показатель отражает процессы поступления выбросов в атмосферный воздух с пылью, испарениями и газами.

  6. Санитарно-токсикологический показатель суммарно характеризует эффект влияния факторов, действующих в комплексе.

Недостатком такого способа утилизации отходов является то, что наряду с образующимся в толще полигона фильтратом, являющимся основным загрязнителем природной среды, в атмосферу попадают токсичные газы, которые не только загрязняют воздушное пространство вблизи полигона, но и отрицательно влияет на озоновый слой земли. Кроме того, при захоронении на полигонах теряются все ценные вещества и компоненты ТБО.

2.6. Термические методы переработки отходов



Термические методы переработки и утилизации ТБО:

  1. Слоевое сжигание неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках;

  2. Слоевое и камерное сжигание специально подготовленных отходов в виде гранулированного топлива (освобожденного от балластных составляющих и имеющего постоянный фракционный состав) в топках энергетических котлов или цементных печах;

  3. Пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.



2.6.1. Сжигание предварительно неподготовленных отходов



Наиболее распространенным методом термической переработки ТБО является метод слоевого сжигания неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках. При этом помимо обезвреживания отходов можно получить тепловую или электрическую энергию, сократить расстояние между местом сбора отходов и мусоросжигательным заводом, значительно сократить земельные площади, отводимые под захоронение ТБО.

Однако при сжигании отходов выделяются твердые и газообразные вредные вещества, поэтому все современные мусоросжигательные заводы (МСЗ) должны быть оборудованы высокоэффективными газоочистными устройствами.

В России построено семь мусоросжигательных заводов. Технологическая схема одного из них показана на рис. 2.7.

М
усор, доставляемый на МСЗ сжигают без какой-либо предварительной подготовки или обработки. При поступлении на завод мусоровозы взвешивают на платформенных автоматических весах. Затем мусоровозы поступают в приемное помещение, где осуществляется выгрузка ТБО в бункер-накопитель. Мусор из бункера-накопителя частями забирает мостовой кран, оборудованный грейферным ковшом. В приемном отделении поддерживается некоторое разряжение воздуха за счет забора из него дутьевого воздуха для поддержания процесса горения ТБО в котлоагрегатах, что предотвращает выброс неприятных запахов и пыли за пределы отделения. Мусор из приемного бункера подают в загрузочный желоб питателя печи котлоагрегата до определенной высоты. Емкость желоба образует буферный резерв питания печи. Образуемая таким образом колонна мусора обеспечивает герметичность между камерой горения и загрузочным бункером. Нижняя часть желоба защищена водяной рубашкой от перегрева в случае подъема пламени. Питатель распределяет мусор по колосниковой решетке, на которой сжигают мусор. Она является основным элементом печи.

Имеется несколько видов колосниковых решеток. Наибольшее применение получило топочное устройство, оборудованное обратно переталкивающей колосниковой решеткой системы «МАРТИН» (Германия), шириной 3 м и наклоненной под углом 26° к горизонтальной плоскости. Решетка имеет одну или несколько секций, каждая из которых состоит из 13 рядов чередующихся подвижных и неподвижных колосников.

Каждый второй колосник приводится в возвратно-поступательное движение общим устройством управления. Амплитуда возвратно-поступательного движения в направлении решетки снизу вверх составляет около 400 мм, а число циклов может изменяться от 0 до 60 в час.

Перемещение колосников решетки влияет на процесс сжигания мусора, который при каждом цикле медленно перемешивается и раскладывается по поверхности. Таким образом, в начале решетки образуется интенсивное пламя, при котором все стадии сжигания – сушка, возгорание и сжигание – происходят одновременно. Благодаря наличию сильного пламени в начале решетки газы, выделяющиеся на стадии сушки, смешиваются с очень горячими газами горения и сжигания.

Мусор, сжигаемый на решетке, постепенно перемещается вниз, постоянно перемешиваясь. Сжигание мусора завершается приблизительно на 2/3 длины решетки, а на оставшейся части мусор, превратившийся в шлак, постепенно охлаждается под действием подаваемого в топку воздуха.

Конструкция колосниковой решетки позволяет сжигать отходы с различной теплотой сгорания и большим (до 50 %) содержанием золы при высокой удельной производительности (более 400 кг/(м2 · ч)). Площадь колосниковой решетки каждого агрегата 20 м2, номинальная производительность 8,33 т/ч при теплоте сгорания ТБО 6,3 МДж/кг. Температура в топочном пространстве регулируется автоматически и составляет 800…1000 °С, что обеспечивает выгорание твердых и газообразных горючих составляющих отходов.

Для обеспечения требуемого качества сжигания, т. е. для получения хорошо перегоревшего шлака, его необходимо сразу удалять. Шлак составляет около 25 % по массе от общего количества сжигаемых отходов.

Для удаления шлака используют барабаном с регулируемой скоростью вращения, позволяющий и сглаживать толщину слоя мусора и шлака на решетке, а также удалять шлак в бункер шлакового экстрактора. Горячий шлак падает в бункер, а затем в бак с водой, в котором охлаждается до 80...90 єС. Из бака шлак удаляется толкателем, который проталкивает его в желоб, установленный с обратным уклоном. Конструкция желоба позволяет, с одной стороны, уплотнять удаляемый материал без риска закупорки рабочего сечения желоба, а с другой – стекать избыточной влаге. Таким образом, потери воды за счет ее испарения и поглощения шлаком сводятся к минимуму.

Затем охлажденный шлак по системе ленточных транспортеров проходит через виброполотно, где с использованием с магнитного сепаратора, оборудованного электромагнитом, из шлака удаляют металлические частицы. Металлолом удаляют в специальные емкости, а шлак поступает по ленте в шлаковый отсек бункера-накопителя. Зола из-под воздушного короба и из бункеров котла удаляется вместе со шлаком.

Для обеспечения процесса горения отходов подают воздух, нагнетаемый вентилятором первичного дутья через короб, установленный под решеткой и состоящий из нескольких отсеков или зон. Каждая зона подачи воздуха под решетку обеспечивает впуск определенного количества воздуха под решетку и в слой мусора для обеспечения горения; сбор и удаление мелких частиц, просеивающихся под решетку.

В нижней части в подрешеточной зоне установлены воронки асимметричной формы, которые предназначены для сбора и удаления просева.

Дополнительно воздух подается вентилятором вторичного дутья под высоким давлением через сопла, расположенные на передней и задней стенках камеры горения, для полного сжигания газов в нижней части камеры сжигания.

Полученные при сжегании ТБО тепловая энергия и пар могут быть использованы на нужды централизованного теплоснабжения. Для снижения капитальных затрат рационально совмещать на одной площадке мусоросжигательную и промышленно-отопительную котельные. Поэтому целесообразно проектировать комбинированные котельные, имеющие как котлоагрегаты, сжигающие энергетическое топливо, так и котлоагрегаты, в топках которых сжигают ТБО. Таким образом, ТБО можно рассматривать как нетрадиционные виды топлива.

2.6.2. Воздействие мусоросжигательных заводов на окружающую среду



Установки по сжиганию ТБО могут служить источником загрязнения воздушной среды взвешенными частицами золы и недожога, а также вредными газообразными примесями. Поэтому при проектировании их особое внимание уделяют совершенствованию средств по снижению выбросов вредных примесей. Физико-химические свойства отходящих газов при сжигании ТБО зависят от морфологического и фракционного составов, теплоты сгорания отходов и т. д.

Эти показатели существенно меняются в зависимости от климатических условий района и сезона года. Влажность ТБО колеблется в пределах 52…58 % в зависимости от сезона года, а содержание влаги в дымовых газах меняется в пределах 95…119 г/м3.

Существует три вида выбросов из мусоросжигательных установок: газы, выходящие из дымовой трубы; сточные воды; летучая зола и шлак.

Наиболее вредными выбросами мусоросжигательных установок считают отходящие газы и летучую золу. Поскольку основной вредной составляющей дымовых газов являются содержащиеся в них взвешенные частицы и отравляющие вещества, то их концентрацию и принимают в качестве главного показателя санитарно-гигиенического аспекта работы таких сооружений.

Зола, образующаяся при сжигании ТБО, состоит в основном из минералов и несгоревших частиц органических соединений.

Содержание недожога обычно не превышает 2 %, а при неблагоприятных условиях может достигнуть 15 % и определяется конструктивными особенностями топочного устройства, а также технологическими условиями процесса горения. Концентрация золы в дымовых газах мусоросжигательных установок составляет примерно 2...5 г/м3 сухого газа.

Загрязняющие вещества воздуха образуются в результате неполного сгорания части отходов и из новых продуктов в процессе их горения. Продукты неполного сгорания включают оксиды углерода, амины, органические кислоты, полициклические ароматические соединения и т. д. Частные выбросы могут содержать тяжелые металлы, которые при сжигании не разрушаются.

Конечными продуктами сгорания обычно являются диоксид углерода и водяные пары. Другие продукты образуются в меньших количествах. Хлористый водород и небольшое количество хлора образуются в мусоросжигательных установках в процессе хлорирования углеводородов, фтористый водород – из органических фторидов, бромистый водород – из органических бромидов, оксиды серы, главным образом диоксид серы, – из имеющейся в отходах и дополнительном топливе серы, пятиокись фосфора – из фосфорорганических соединений, оксид азота – при горении на воздухе из соединений азота, входящих в состав ТБО.

В связи с постоянным увеличением в составе отходов доли синтетических материалов в будущем вероятно резкое превышение ПДК вредных газообразных веществ в дымовых газах мусоросжигательных установок (хлористого и фтористого водорода, полициклических ароматических углеводородов).

Выбор газоочистных устройств зависит от объема очищаемых газов, их запыленности, желаемой степени очистки (КПД улавливания), физических параметров газового потока (скорости, температуры, влажности, агрессивности), физико-химических свойств взвешенных частиц (дисперсности, слипаемости, абразивности и т. д.). При выборе газоочистных устройств следует учитывать, что труднее всего улавливаются частицы размером менее 5 мкм, масса которых может достигать 22…25 % общей массы твердых примесей, содержащихся в очищаемых газах.

Выбирают и оценивают работу газоочистительного оборудования в первую очередь по степени очистки уходящих газов и только во вторую – по ее стоимости. Существует различное газоочистительное оборудование. На современных крупных установках по сжиганию ТБО для улавливания твердых частиц, содержащихся в дымовых газах, применяют электростатические фильтраты, позволяющие улавливать до 99,8 % частиц практически любых размеров.

2.6.3. Сжигание специально подготовленных отходов



По прогнозам специалистов слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов в топках котлов или цементных печах в ближайшее время получит широкое применение. В США и Великобритании с 70-х гг. проводятся работы по переработке отходов в гранулированное топливо «Refuse Dering Full» (RDF), которое длительное время можно хранить и транспортировать на относительно большие расстояния и при сжигании которого негативное воздействие на окружающую среду значительно меньше. Однако теплотехнические свойства топлива, получаемого этими странами различны. Так, в США за счет высоких капиталовложений стремятся получить высококачественное топливо, а в Великобритании создают простые дешевые способы получения RDF среднего качества. В США экономичны установки производительностью 1000 т/сут и выше перерабатываемых отходов, а в Великобритании – до 200...300 т/сут.

Технологический процесс получения RDF состоит из двух операций: дробления отходов и сепарации черных металлов. Если ограничиваться только этими двумя операциями, то получаемый в этом случае RDF будет содержать много балластных фракций и иметь низкое качество. Поэтому при изготовлении гранулированного топлива используют дополнительные машины, механизмы и агрегаты, позволяющие обогащать, гранулировать и брикетировать топливо из отходов, при этом возрастают капиталовложения и эксплуатационные расходы, но полученное топливо имеет значительно лучшее качество. Принципиальная схема производства гранулированного топлива приведена на рис. 2.8.

С
пособ получения гранулированного топлива выбирают в зависимости от вида отходов, их состава, а также последующего способа использования – в качестве основного или дополнительного (вместе с основным – углем, торфом или т.д.) топлива. Теплота сгорания гранулированного топлива колеблется от 5300 до 17700 кДж/кг.

Многие котельные установки нуждаются лишь в небольшой модернизации для работы на гранулированном топливе, т. к. они оборудованы устройствами для удаления шлака и летучей золы.

2.6.4. Пиролиз отходов



Наиболее перспективным способом обезвреживания отходов потребления является переработка, состоящая из двух стадий:

  1. аэробного биотермического компостирования органической части ТБО (биотермический метод) с получением компоста или биотоплива;

  2. пиролиза некомпостируемой части бытовых отходов (НБО), включающих резину, кожу, пластмассы, дерево и т. д.

Под пиролизом понимают процесс термического разложения отходов без доступа кислорода, в результате которого образуются пиролизный газ и твердый углеродистый остаток.

Количество и состав продуктов пиролиза зависит от состава отходов и температуры разложения. Пиролиз НБО способствует созданию безотходных и малоотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Пиролизные установки в зависимости от температурного режима процесса разделяют:

Процесс пиролиза ИБО состоит из:

Основной узел пиролизной установки – реактор, представляющий собой шахтную печь со встроенной швельшахтой и системой эвакуации газов, предотвращающей смешивание пиролизных и дымовых газов (рис. 2.9).

Из сортировочного отделения НБО по системе конвейерных транспортеров попадают в приемный бункер пиролизной установки. Из бункера отходы забирают грейферным ковшом, смонтированным на подъемном кране. Кран подает отходы в промежуточный бункер, днищем которого служит пластинчатый питатель, предназначенный для загрузки отходов в верхнюю часть реактора, оборудованную тремя затворами шиберного типа.

В печи пиролизной установки при температуре 500...550 °С без доступа воздуха происходит термическая деструкция (пиролиз) НБО.

В результате образуется парогазовая смесь, содержащая в своем составе летучие вещества, пары смолы и твердый углеродсодержащий продукт – пирокарбон.


Присутствующие в НБО кожа, пластмасса, резина и другие продукты разлагаются, образуя летучие вещества, которые помимо СО2 и Н2О, Сl, Р, SО2 содержат углеводороды (олефины, парафины и т. д.). Пиролизные газы подвергаются дальнейшему окислению в специальной камере дожига, превращаясь в менее опасные вещества. Камера дожига имеет горелку, через которую подают природный газ или мазут и воздух на горение, а для снижения температуры образующихся дымовых газов – воздух.

Камера дожига оборудована рубашкой, в которую поступает воздух, охлаждающий стенки камеры, в результате чего температура газов на выходе из камеры дожига снижается до 800 °С. Воздух на горение и разбавление подают дутьевыми вентиляторами.

Дымовые газы из камеры дожига направляются в рубашку печи пиролиза, где тепло дымовых газов используется для обогрева печи. Из рубашки печи пиролиза





Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации