Твердые бытовые отходы: мусоросжигание

Твердые бытовые отходы: мусоросжигание

2

Министерство образования и науки РФ

Костромской Государственный Технологический Университет

Кафедра Экологии и промышленной безопасности

РЕФЕРАТ

На тему: "Твердые бытовые отходы: мусоросжигание"

Выполнила: Скурихина Н.В.

Гр. 03-ТШ-23

Проверила: Шабарова О.Н.

Кострома, 2006

Содержание

Введение

Человек не может жить, не оставляя после себя твёрдые бытовые отходы (ТБО). Количество их зависит различных факторов. В среднем принято считать, что на одного жителя в год накапливается 250 кг мусора.

На общее накопление ТБО влияют следующие факторы:

1. Степень благоустройства зданий (наличие мусоропроводов, системы отопления, тепловой энергии для приготовления пищи, водопровода и канализации);

2. Развитие сети общественного питания и бытовых услуг;

3. Уровень производства товаров массового спроса и культура торговли;

4. Уровень охвата коммунальной очисткой культурно-бытовых и общественных организаций;

5. Климатические условия.

Отходы собираются как на специализированных (санкционированные места), так и на стихийно возникающих свалках (неразрешенные места).

Сконцентрированные в отвалах, на свалках отходы - опасные источники загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, почв и растений. Сложившаяся ситуация представляет реальную угрозу здоровью людей - современным и будущим поколениям страны.

Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) является остро актуальной, поскольку ее решение связано с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, санитарной очистки городов, охраны окружающей среды и ресурсосбережения.

ТБО включают разнообразные вещества органического и минерального происхождения: пищевые отходы, использованную бумагу и картон, текстиль, древесину, кости, кожу, резину, пластмассу, металл, стекло, камни и др. Мусор является благоприятной средой для развития микроорганизмов, вызывающих некоторые инфекционные заболевания. Поэтому необезвреженные отходы могут быть источником массового загрязнения окружающей среды.

Ни один из применяемых в настоящее время способов сбора и удаления отходов не является полностью удовлетворительным ни по санитарно-гигиеническим, ни по технико-экономическим показателям.

К отходам продолжают относиться как к нежелательным материалам, и главное, что заботит многих людей, -- как получше "спрятать" отходы с глаз долой. Между тем отходы еще вчера были элементами природы, и первой целью в обращении с ними должно быть восстановление ресурсов и вовлечение их в хозяйственный оборот с целью получения необходимых нам материалов с одновременной минимизацией обращения за ними к природе.

В США 41 % твердых бытовых от-ходов (ТБО) классифицируется как "особо опасные", в Венгрии-- 33,5%, во Франции-- 6%, Великобрита-нии -- 3%, в Японии -- лишь 0,3%. В России к опас-ным отходам относят 10%.от всей массы ТБО. Во мно-гих странах мира количество токсичных (опасных) от-ходов неуклонно возрастает. На территории России имеются так называемые хи-мические "ловушки" (включая места атомных взрывов в мирных целях и захоронения радиоактивных отходов), т. е. давно забытые захоронения опасных отходов, на которых со временем построили жилые дома и другие объекты. Но, к сожалению, их учет пока в нашей стра-не не проведен.

Очень важным направлением может стать участие иностранного капитала в мусоросжигании и переработке твердых бытовых отходов.

Общие положения

Отходы -- не используемые непосредственно в местах их образования отходы производства, быта, транспорта и др., которые могут быть реально или потенциально использованы как продукты в других отраслях народ-ного хозяйства или в ходе регенерации.

Утилизация отходов (от лат. -- "полезный") -- вовле-чение различных типов отходов в новые технологичес-кие циклы или использование их в других полезных целях.

Отходы производства (промышленные) -- остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потре-бительские свойства. Они могут быть безвозвратными (технологические потери: улетучивание, угар, усушка) и возвратными.

Отходы производственного потребления -- непри-годные для дальнейшего использования по прямому на-значению и списанные в установленном порядке маши-ны, инструменты и пр. Они могут быть сельскохозяй-ственными, строительными, производственными, ра-диоактивными, последние весьма опасны и нуждаются в тщательном захоронении или дезактивации.

Твердые бытовые отходы (ТБО) являются отходами сферы потребления, образующимися в результате бытовой деятельности населения. Они состоят из изделий и материалов, непригодных для дальнейшего использования в быту.

Это отходы, которые накапливаются в жилом фонде, учреждениях, предприятиях общественного назначения (школах, зрелищных и детских учреждениях, гостиницах, столовых и т.п.).

К твердым бытовым отходам, учитываемым нормой накопления, относятся отходы, образующиеся в жилых зданиях, включая отходы от текущего ремонта квартир, отходов продуктов сгорания в устройствах местного отопления, смет, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий и крупногабаритные предметы домашнего обихода.

Способы утилизации ТБО

В мировой практике до настоящего времени подавляющее количество ТБО все еще продолжают вывозить на свалки (полигоны): в СНГ на свалки вывозят 97% образующихся ТБО, в США - 73%, в Великобритании - 9О%, в Германии - 70%, в Швейцарии - 25%, в Японии - около 30%. Недостатки складирования ТБО на свалках: большая потребная площадь земли, сложность организации новых свалок в связи с отсутствием свободных земельных участков, значительные затраты на транспортировку ТБО, потеря ценных компонентов ТБО, экологическая опасность (загрязнение грунтовых вод и атмосферы, распространение неприятных запахов, потенциальная опасность в отношении пожаров и распространения инфекций и пр.).

В мировой практике нашли промышленное применение четыре метода переработки ТБО:
термическая обработка (в основном сжигание);
биотермическое аэробное компостирование  (с  получением
удобрения или биотоплива);
анаэробная ферментация (с получением биогаза);
сортировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов для вторичного использования).

Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, свои оптимальные области применения, зависящие главным образом от морфологического состава ТБО и региональных условий.

Наиболее рациональным методом переработки ТБО является мусоросжигание. Его зарождение относится еще к 1870 г. Основное его преимущество - сокращение объемов отходов более чем в 10 раз, а их массы - в 3 раза. Главный же недостаток прямого сжигания необработанных ТБО связан с серьезной опасностью загрязнения атмосферы вредными выбросами.

Компостирование - это биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами. В биохимических реакциях взаимодействуют органический материал, кислород и бактерии, а выделяются углекислый газ, вода и тепло. В результате саморазогрева до 60-650С происходит уничтожение большинства болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Продуктом компостирования является органическое удобрение - компост или биотопливо (сырой компост).

Третий метод промышленной переработки ТБО - получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов ТБО - чаще всего используется непосредственно на полигонах захоронения.

С середины 60 годов находит практическое применение 4-й метод переработки ТБО - их механизированная сортировка. В настоящее время в различных странах действует несколько десятков заводов, применяющих сортировку ТБО (извлечение металлов, легкой фракции, стеклобоя и др.).

Развитие мусоросжигания

В 30-е годы были разработаны печи для непрерывного слоевого сжигания ТБО, осуществляемого на колосниковой решетке, установленной в нижней части печи (до настоящего времени слоевое сжигание ТБО при температуре 850-1000 град.С в мировой практике применяется наиболее часто). В начале 80-х годов стали появляться котлоагрегаты с топками с псевдоожиженным слоем (система "твердое-газ") в большей степени отвечающие экологическим требованиям. В начале 90-х годов проведены многообещающие исследования по использованию металлургических печей Ванюкова. В середине 80-х начале 90-х годов Институт высоких температур АН разработал научные основы технологии высокотемпературной (200 0С) термообработки ТБО в шахтных печах (по конструкции идентичны доменным печам).

Сжигание позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства: запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, привлекательность для птиц и грызунов, а также получить дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества или отопления.

Экологические воздействия МСЗ в основном связаны с загрязнением воздуха, в первую очередь - мелкодисперсной пылью, оксидами серы и азота, фуранами и диоксинами. Серьезные проблемы возникают также с захоронением золы от мусоросжигания, которая по весу составляет до 30% от исходного веса отходов и которая в силу своих физических и химических свойств не может быть захоронена на обычных свалках. Для безопасного захоронения золы применяются специальные хранилища с контролем и очисткой стоков.

В России мусоросжигательные заводы серийно не производятся. Говоря о социально- экономических аспектах мусоросжигания, следует отметить, что обычно строительство и эксплуатации МСЗ не по карману городскому бюджету и должно производиться в кредит либо частными компаниями. Во многих случаях компания, владеющая МСЗ, стремится подписать договор с городом, в котором будет предусмотрена обязательная поставка определенного количества и состава ТБО в сутки. Такие условия делают фактически невозможным осуществление программ вторичной переработки или компостирования или другие значительные изменения в методах утилизации. Поэтому строительство МСЗ требует очень тщательной координации с другими аспектами программы управления ТБО и к этому варианту надо обращаться только после того, как другие программы уже спланированы. Судя по зарубежным данным, технология прямого сжигания ТБО представляет экологическую опасность вследствие токсичных выбросов (тяжелые металлы, дибензодиоксины, дибензофураны и др.).

Можно достаточно четко сформулировать преимущества и недостатки мусоросжигания.

Преимущества этого метода:

· уменьшение объема отходов в 10 раз;

· снижение риска загрязнения почвы и воды отходами;

· возможность рекуперации образующегося тепла.

Недостатки мусоросжигания исходных ТБО:

· опасность загрязнения атмосферы;

· уничтожение ценных компонентов;

· высокий выход золы и шлаков (около 30% по массе);

· низкая эффективность восстановления черных металлов из шлаков;

· сложность стабилизации процесса сжигания.

Как убедительно показывает многолетняя практика,  механический перенос европейского оборудования технологий, например, в российских условиях положительных результатов не дает (различие морфологического состава ТБО, систем сбора и др.). Плохая работа завода в г. Владимире, укомплектованного отечественным оборудованием, во многом объясняется несовершенством применяемой технологии, мало учитывающей состав и свойства исходного сырья как объекта для сжигания: сжигание смешанных отходов всегда сопровождается выделением супертоксикантов -- диоксинов, вызывающих рак и бесплодие.

Мусоросжигание уменьшает объем отходов, попадающих на свалки, и может использоваться для производства электроэнергии. Хотя сжигание всех отходов без разбора - это технология прошлого, современные мусоросжигательные установки, оборудованные системами очистки выбросов, генераторами электроэнергии и используемые в комбинации с другими методами утилизации ТБО могут помочь справиться с потоком мусора, особенно в плотно населенных областях.

Технологии мусоросжигания

CПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГОРЮЧИХ ОТХОДОВ,

ОСНОВАННЫЙ НА ГАЗИФИКАЦИИ В СВЕРХАДИАБАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

В Институте проблем химической физики РАН разработан эффективный метод термической переработки горючих отходов, основанный на использовании нового физического явления фильтрационного горения в сверхадиабатических режимах, при которых температура в зоне реакции существенно превышает адиабатическую температуру горения. Целенаправленное использование сверхадиабатических режимов для проведения процессов газификации открывает широкие возможности для утилизации разного рода горючих отходов с высокой энергетической эффективностью, экологической чистотой и относительно невысокими затратами.

Такая организация процесса термической переработки отходов обеспечивает следующие преимущества по сравнению с методами прямого сжигания:

- процесс газификации имеет высокий энергетический КПД (до 95%), позволяющий перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 90%) или с высокой влажностью (до 60%);

- низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрация через слой исходного перерабатываемого материала обеспечивают крайне низкий вынос пылевых частиц с продукт-газом, что дает возможность сильно сократить капитальные затраты на газоочистное и энергетическое оборудование;

- в некоторых случаях, когда необходимо проводить очистку газовых выбросов от соединений серы, хлора или фтора, пыли, паров ртути, очищать продукт-газ оказывается проще, чем дымовые газы, благодаря низкой температуре, меньшему объему и более высокой концентрации загрязнителей; кроме того, сера присутствует в продукт-газе в восстановленных формах (H2S, COS), которые много проще поглотить, чем SO2;

- при газификации происходит частичное разложение азотсодержащих органических соединений в бескислородной среде, что дает меньшее количество окислов азота в дымовых газах;

- сжигание газа в современных газовых горелках - наиболее чистый способ сжигания из всех известных; за счет высокой полноты сгорания дымовые газы содержат чрезвычайно мало окиси углерода и остаточных углеводородов;

- сжигание в две стадии позволяет резко уменьшить образование диоксинов (полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов), поскольку даже при наличии хлора подавляется появление в дымовых газах ароматических соединений (предшественников диоксинов) и обеспечивается низкое содержание пылевых частиц (катализаторов образования диоксинов в дымовых газах);

- зола, выгружаемая из реактора, имеет низкую температуру и практически не содержит недогоревшего углерода;

- при утилизации некоторых видов отходов имеется возможность извлечения из продукт-газа товарных материалов для последующей переработки (например, нефти и др.);

- выбор оборудования для утилизации тепла при сжигании продукт-газа не ограничивается паровым или водяным котлом, также возможно применение газовых турбин и энергетических дизелей; предлагаемая схема переработки легче вписывается в имеющуюся промышленную инфраструктуру, например, продукт-газ может подаваться в имеющуюся топку для замены части кондиционного топлива.

В настоящее время в Институте проблем химической физики РАН на основе метода газификации конденсированных топлив в режиме сверхадиабатического горения разработан ряд технологий утилизации низкосортных топлив и горючих отходов, в том числе процессы:

· Сжигания твердых бытовых отходов.

· Экологически чистого сжигания больничных отходов непосредственно в больницах.

Установка для переработки твердых бытовых отходов (ТБО) с реактором-газификатором непрерывного действия производительностью 2 т в час (см. рис. 3). Установка потребляет 1800 м3 воздуха и до 700 кг пара в час; тепловая мощность, получаемая при сжигании продукт-газа - 5 МВт; размеры реактора-газификатора - рабочий диаметр 1.5 м, высота 7.3 м. Вырабатываемая при переработке ТБО тепловая энергия используется для нужд горячего водоснабжения города. Определенные в ходе испытаний установки характеристики газовых выбросов подтвердили высокую экологическую чистоту процесса при сжигании ТБО: так концентрация диоксинов в дымовых газах даже без их очистки не превышает 210-10 г/м3.

Производительность установки мусоросжигания может наращиваться путем установки нескольких модулей-реакторов вышеуказанного размера.

Общая схема мусоросжигающего производства включает, в зависимости от необходимой мощности, от 2-3 до 10 газификаторов, необходимое энергетическое оборудование, состав которого определяется заказчиком (водогрейные или паровые котлы, паровые турбины с электрогенераторами и т.п.), систему очистки дымовых газов, необходимость которой определяется, исходя из состава перерабатываемого сырья (содержания в нем серы, хлора, фтора и др.). Содержание токсичных веществ в дымовых газах гарантируется на уровне (или ниже) европейских норм

Производство, предназначенное для мусоросжигания, может использоваться также для переработки других типов отходов. В этом случае могут потребоваться некоторые дополнительные внешние устройства и изменение регламента проведения процесса.

В разработанной схеме обеспечивается высокая экологическая чистота; твердый остаток от сжигания может быть безопасно захоронен; как вариант процесса предусмотрено остекловывание золы с тем, чтобы исключить возможное выщелачивание тяжелых металлов.

Мусоросжигательная установка Ресурспроминвест

В компании Ресурспроминвест разработана мобильная мусоросжигательная установка, которая в отличие от существующих американских аналогов экологически чисто производит сжигание мусора.
В последнее время в нашей стране в проблеме мусоросжигания возникла задача ликвидации твердых и влажных бытовых отходов с помощью мобильных средств. Эта задача особенно важна для ликвидации бытовых отходов в местах, удаленных от мусоросжигательных заводов (небольшие города, поселки, несанкционированные мусорные свалки и т.п.).
Американский аналог мусоросжигательной установки несовершенен и обладает теми недостатками, что в нем весьма сложно обеспечить экологически чистое сжигание мусора вследствие его неполного окисления и появления в отходящих газах новых токсичных веществ. Проще говоря, такая мусоросжигательная машина похожа на коптилку, которая не только загрязняет близлежащую местность продуктами горения (в числе которых и канцерогены, вызывающие онкологические заболевания), но и чадит настолько, что близко от нее вообще невозможно находиться.
Исследователями Ресурспроминвеста была разработана более совершенная мобильная установка, обеспечивающая экологически чистое сжигание мусора.
Данная мобильная мусоросжигающая установка состоит из дизельного тягача мощностью 300 кВт, контейнера-прицепа, где располагается установка, приводного шкива, воздушного компрессора Рута, электрического генератора, патронов с короткоцикловыми цеолитами, патронов с силикагелем, конического измельчителя мусора, винтового шнека для подачи и мусора, высокотемпературной печи с футеровкой из окиси кальция, узла эмульгации и сероочистки, походной мастерской и выдвижного ленточного транспортера для мусора. Единственная операция, которая требует ручного вмешательства, - это первоначальный розжиг установки. Такая технология обеспечивает производительность сжигания мусора - 100 кг/час. Экологичность установки достигается тем, что вместо использования топливно-воздушной смеси для сжигания мусора используется осушенный и накислороженный с помощью короткоцикловых цеолитов воздух, в котором мусор горит без подачи топлива.

ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА АЛЬТЕРНАТИВНОМ ВИДЕ ТОПЛИВА

В последнее время активно ведется поиск источников энергии, альтернативных природному топливу. При этом все чаще и чаще взоры обращаются на использование в качестве топлива твердых бытовых отходов (ТБО). Преимущество ТБО заключается в том, что их не надо искать, не надо добывать, но в любом случае их надо либо уничтожать, либо использовать. Период их уничтожения, т. е. складирования на полигонах, прошел - наступил период их активного использования, в том числе и в виде топлива.

   Целенаправленное промышленное использование ТБО как топлива началось со строительством первого "мусоросжигательного заведения" близ Лондона в 1870 году. Однако активное применение ТБО как энергетического сырья началось с середины 70-х годов в связи с углублением энергетического кризиса. Было подсчитано, что при сжигании 1 т ТБО можно получить 1 300-1 700 кВт*ч тепловой энергии или 300-550 кВт*ч электроэнергии.

В России термическая переработка ТБО началась с 1972 года, когда в восьми городах СССР было установлено 10 мусоросжигательных заводов первого поколения. Все эти заводы были практически без газоочистки и почти не использовали вырабатываемое тепло. В настоящее время все эти заводы морально устарели и не отвечают современным требованиям по экологическим показателям. В связи с чем большая часть этих заводов закрыта, а остальные подлежат реконструкции.

В 2002 году в Москве пущен в эксплуатацию мусоросжигательный завод производительностью 300 тыс. т ТБО в год. Завод состоит из отделений подготовки и сортировки ТБО, сжигания неутилизируемой части ТБО, очистки дымовых газов от вредных примесей, переработки золы и шлака, энергоблока и других вспомогательных отделений.

На заводе внедряется ручная и механическая сортировка ТБО и его дробление. Такая технологическая переработка ТБО позволяет: во-первых, отобрать ценное сырье для его вторичной переработки; во-вторых, отобрать пищевую фракцию ТБО для его последующего компостирования; в-третьих, отобрать сырье, представляющее экологическую опасность при его сжигании; и, наконец, это позволит повысить теплотехнические и экологические показатели сырья предназначенного для сжигания. Благодаря такой подготовке низшая теплота сгорания ТБО, предназначенного к сжиганию, достигнет 9 МДж/кг, а по содержанию золы, влаги, серы и азота характеристики ТБО будут практически соответствовать аналогичным характеристикам подмосковных бурых углей.

Как видим из приведенных примеров, в Москве достаточно активно наметилась тенденция по повышению теплотехнических характеристик ТБО с последующим использованием его для выработки электроэнергии. По-видимому, немаловажное значение на это оказало намеченное в Москве широкое внедрение крупных сортировочных комплексов ТБО.

Однако следует отметить, что низкие параметры пара, применяемые на отечественных мусоросжигательных заводов (G=15-35 т/ч, Т=240°C), существенно снижают удельные показатели по выработке электроэнергии по сравнению с паросиловыми электростанциями (G=640 т/ч, Т=540°C). Применение аналогичных мощностей и параметров пара на МСЗ ограничено свойствами ТБО: кусковое топливо, низкая температура плавления золы и коррозионные свойства дымовых газов, получаемых при сжигании ТБО.

Существенного повышения эффективности применения ТБО как топлива для выработки электроэнергии и достижения удельных показателей, близких к серийно применяемым ТЭС, по всей видимости, можно достигнуть за счет частичного замещения энергетического топлива бытовыми отходами.

То есть разрабатывается совмещенная (интегральная) компоновка ТЭС для сжигания природного топлива и ТБО. Доля ТБО по количеству тепла может составлять примерно 10% от тепловой мощности котла. В этом случае только за счет повышенных параметров пара и увеличенной мощности котлов и турбин эффективность использования ТБО повысится в 2-3 раза.

Существенный экономический эффект может быть получен за счет снижения капитальных вложений благодаря использованию существующей на ТЭС инфраструктуры и сокращения расходов на газоочистное оборудование.

Немаловажным экономическим фактором является и тот факт, что энергетическое топливо, в том числе и бурый уголь, имеющий практически равноценные энергетические показатели с ТБО, надо покупать, а ТБО принимается с денежной доплатой.

Анализ технико-экономических показателей, полученных при частичном 10% замещении энергетического топлива на одном из стандартных блоков, работающих на природном газе или буром угле, показывает, что в этом случае стоимость природного газа, используемого на ТЭС, может быть полностью покрыта "доходами" от приема ТБО.

Заключение

Таким образом, в данной работе рассмотрены различные виды утилизации ТБО, обращая особое внимание на мусоросжигание.

Выделены достоинства и недостатки метода, рассмотрены некоторые современные технологии мусоросжигания.

Список использованных источников

1. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учебное пособие для ВУЗов, а также учащихся средних школ и колледжей. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. -320с.

2. ИПКПРО ОГПУ (Оренбургский ИПК)

4. Правовой дайджест СМИ СПб

8. SciTecLibrary

10 Реферат " Твердые бытовые отходы и влияние их на окружающую среду"/Оренбургский Государственный Университет