Утилизация твёрдых бытовых отходов с целью получения нефтепродуктов

Проектная работа на тему:

«Утилизация твёрдых бытовых отходов с целью получения нефтепродуктов»

Работу выполнили: Салахова Айгуль Ринатовна, 11А

                                      Батталов Ильназ Рамилевич, 11А

Руководитель проекта: Зубарева Гузель Ядкаровна

Учитель химии и биологии I квалификационной категории

г.Зеленодольск – 2012г.

Оглавление.

Введение……………………………………………………………………………………3

Глава 1. Характеристика и классификация твёрдых бытовых отходов…………………5

Характеристика твёрдых бытовых отходов…………………………………………...5

Классификация твёрдых бытовых отходов……………………………………………6

Глава 2. Топливное использование твёрдых бытовых отходов………………………….9

2.1.Анализ технико-экономических показателей………………………………………...11

Глава 3. Способы хранения и переработки твёрдых бытовых отходов………………..12

3.1Предворительная сортировка………………………………………………………….12

3.2.Санитарная земляная засыпка………………………………………………………...12

3.3.Сжигание…………………………………………………………………………….….12

3.4. Биотермическое компостирование.............................................................................14

3.5. Низкотемпературный пиролиз……………………………………………………….14

3.6. Высокотемпературный пиролиз……………………………………………………..15

Глава 4. Мини- завод по переработки твёрдых бытовых отходов……………………..16

4.1.Идея и разработка мини-завода……………………………………………………….16

4.2.Состав мини-завода…………………………………………………………………….16

4.3. Технологическая сущность метода высокоскоростного пиролиза используемого на мини-заводе………………………………………………………………………………………..17

Заключение………………………………………………………………………………….19

Список использованной литературы……………………………………………………...20

1.Введение.

Актуальность темы.

В настоящее время большинство ученых, исследующих общие вопросы охраны окружающей среды и рационального природопользования, как одну из приоритетных, выдвигают задачу снижения антропогенных воздействий на окружающую среду и разработку методов и технологий ее экологической реабилитации. В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу  достиг почти геологического масштаба и составляет около 410 млн. тонн в год. К примеру, в одном только городе Казани количество отходов составляет до 12 млн. т., из них: промышленные отходы составляют в среднем 17%, твердые бытовые отходы - 7%, отходы животноводства - до 76% от общего объема.

Твердые промышленные и бытовые отходы (ТП и БО) засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт, а также являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов  в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения поселка, города и области, и целым районам, а также будущим поколениям. То есть, эти ТП и БО нарушают экологическое равновесие.  

Весьма важно, чтобы процессы утилизации бытовых отходов не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом.
Как известно, подавляющая масса ТБО в мире пока складируется на мусорных свалках, стихийных или специально организованных в виде "мусорных полигонов". Однако это самый неэффективный способ борьбы с ТБО, так как мусорные свалки, занимающие огромные территории часто плодородных земель и характеризующиеся высокой концентрацией углеродсодержащих материалов (бумага, полиэтилен, пластик, дерево, резина), часто горят, загрязняя окружающую среду отходящими газами. Кроме того, мусорные свалки являются источником загрязнения как поверхностных, так и подземных вод за счет дренажа свалок атмосферными осадками.
Например, в Москве ежегодно образуется 10 млн. т промышленных и бытовых отходов, которые вывозятся на специализированные свалки. Таких свалок в Подмосковье свыше 50, каждая площадью от 3 до 10 га. В целом в России под мусорные свалки отчуждено 0,8 млн. га земель, среди которых не только пустыри, овраги и карьеры, но и плодородные черноземы.

Зарубежный опыт показывает, что рациональная организация переработки ТБО дает возможность использовать до 90% продуктов утилизации в строительной индустрии, например в качестве заполнителя бетона. По данным специализированных фирм, осуществляющих в настоящее время даже малоперспективные технологии прямого сжигания твердых бытовых отходов, реализация термических методов при сжигании 1000 кг ТБО позволит получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию 250 кг мазута. Однако реальная экономия будет еще больше, поскольку не учитывают сам факт сохранения первичного сырья и затраты на добычу его, т. е. нефти и получения из нее мазута.

Кроме того, в развитых странах существует законодательное ограничение на содержание в 1 м3 выбрасываемого в атмосферу дымового газа не более 0,1х10-9 г двуокиси азота и фуранов при сжигании отходов. Эти ограничения диктуют необходимость поисков технологических путей обеззараживания ТБО с наименьшим отрицательным влиянием на окружающую среду, особенно мусорных свалок.

Надо отметить ,что отходов насчитывается огромное множество и все они различны. Существует несколько способов получения энергии из отходов :

1.возможности использования в качестве топлива твёрдых бытовых отходов;

2.возможности биогазовой технологии переработки отходов животноводства;

3.энергетическое использование отходов водоочистки в соединении с ископаемым топливом.

Но с целью раскрытия темы мы охватили только первый способ получения энергии,это возможность использования в качестве топлива твёрдых бытовых отходов.

Актуальность рассматриваемой темы подтверждается также тем, что в соответствии с «Основами политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» направление исследований «Природоохранные технологии, переработка и утилизация техногенных образований и отходов» включено в перечень критических технологий федерального уровня (утверждены Президентом РФ 30 марта 2002 г. № Пр-576, № Пр-578).

Цель работы.

Целью  исследования является разработка элементов стратегического управления утилизацией отходов, направленного на увеличение удельного веса использования вторичных материальных ресурсов (BMP), снижение потребности в добыче сырья, сокращение негативного воздействия отходов на окружающую среду, что обеспечивает повышение эффективности ресурсосбережения.

Основные задачи исследований.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. Выявление основных организационно-экономических аспектов управления утилизацией отходов.
2. Определение направлений совершенствования организационно-экономического и методического обеспечения управления ресурсосбережением и обращением с отходами.
3. Обоснование моделей организационно-методического обеспечения стратегического управления утилизацией отходов.
4. Формирование научно-практических рекомендаций по повышению эффективности промышленной политики в области ресурсосбережения на основе рационализации управления утилизацией отходов на всех уровнях.

Научную новизну работы составляют:

Основная концепция применения нашей технологий исходит из того, что большинство низкосортных твердых топлив целесообразно перерабатывать, получая из них жидкие продукты, а в ряде случаев и дефицитные химические продукты, в том числе такие, которые из нефти получить либо не удается, либо в этом случае они более дороги.

Предлагаемый завод позволит перерабатывать практически любые органические вещества: несортированные твердые бытовые отходы, древесные отходы, отходы сельскохозяйственного производства, полимеры.

Переработка  ТБО позволит противостоять тенденциям опасного накопления мусора, его стихийного сжигания, самовозгорания, попадания огромных количеств образующихся токсических веществ в атмосферу, реки и водоёмы.

Глава 1.

Характеристика и классификация твёрдых бытовых отходов.

1.1.Характеристика твёрдых бытовых отходов.

В городах и других населенных пунктах происходит наиболее интенсивное накопление ТБО, которые при неправильном и несвоевременном удалении и обезвреживании могут загрязнять окружающую среду.
Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 20 - 25% весной до 40 - 55% осенью, что связано с большим потреблением овощей и фруктов в рационе питания ( особенно в городах южной зоны) Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета) с 20 до 1% в городах южной зоны и с 11 до 5% в средней зоне.
Нормы накопления ТБО - это количество отходов, образующихся на расчетную единицу человек - для жилищного фонда, одно место в гостинице; 1 м2 торговой площади для магазинов и складов, в единицу времени -день, год. Нормы накопления определяют в единицах массы (кг) или объема (л,м3)
На нормы накопления и состав ТБО влияют такие факторы

- степень благоустройства жилищного фонда (наличие мусоропроводов, газа, водопровода, канализации, системы отопления),

- этажность, вид топлива при местном отоплении,

- развитие общественного питания, культура торговли, степень благосостояния населения и т д.,

- климатические условия (различная продолжительность отопительного периода - от 150 дней в южной зоне до 300 дней в северной ),

- специфика питания и др.

Качество получаемого в процессе переработки ТБО органического удобрения или биотоплива зависит от химического состава исходных ТБО.
Важным показателем физических свойств ТБО является плотность. Плотность ТБО благоустроенного жилищного фонда в весенне-летний сезон (в контейнерах) составляет 0,18 - 0,22 т/м3, в осенне-зимний - 0,20 - 0,25 т/м3. Для различных городов среднегодовое значение O,19 - 0,23 т/м3.
ТБО обладают механической (структурной) связностью благодаря волокнистым фракциям (текстиль, проволока и др.) и сцеплениям, обусловленным наличием влажных липких компонентов. Вследствие связности ТБО обладают склонностью к свободообразованию и не просыпаются в неподвижную решетку с расстоянием между стержнями 20 - 30 см. ТБО могут налипать на металлическую стенку с углом наклона к горизонту до 65 - 70°.

Благодаря наличию твердых балластных фракций (керамика, стекло) ТБО и компост обладают абразивностью, т.е. свойством истирать соприкасающиеся с ними взаимопересекающиеся поверхности. ТБО обладают слеживаемостью, т. е. при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются (с возможностью выделения фильтрата) без всякого внешнего воздействия. При длительном контакте ТБО оказывает на металл коррелирующее воздействие, что связано с высокой влажностью и наличием в фильтрате растворов различных солей.
В зависимости от нагрузки свойства ТБО меняются следующим образом. При повышении давления до 0,3 - 0,5 МПа происходит ломка различного рода коробок и емкостей. Объем ТБО (в зависимости от его состава и влажности) уменьшается в 5 - 8 раз, плотность возрастает до 0,8 - 1 т/м3. В пределах этой стадии работают прессовые устройства, применяемые при сборе и удалении ТБО.
При повышении давления до 10 - 20 МПа происходит интенсивное выделение влаги (выделяется до 80 - 90% всей содержащейся в ТБО воды). Объем ТБО снижается еще в 2 - 2,5 раза при увеличении плотности в 1,3 -1,7 раза. Спрессованный до такого состояния материал на некоторое время стабилизируется, так как содержащейся в материале влаги недостаточно для активной деятельности микроорганизмов. Доступ кислорода в массу затруднен.
При повышении давления до 60 МПа незначительно снижается объем (в основном за счет выдавливания влаги) и практически не возрастает плотность ТБО.
В зависимости от первоначальной влажности и условий прессования выдавливание влаги начинается при давлении 0,4 - 1,0 МПа, что следует учитывать при разработке устройств для брикетирования ТБО.

1.2 Классификация твёрдых бытовых отходов.

Твердые бытовые отходы (ТБО) в Российской Федерации, представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и гниющих продуктов, отличающихся по физическим, химическим и механическим свойствам и размерам. Перед переработкой, собранные ТБО, необходимо обязательно подвергнуть сепарации по группам, если таковая имеет смысл, и уже после сепарации каждую группу ТБО следует подвергнуть переработке.

ТБО можно разделить на несколько составов:

По качественному составу ТБО подразделяются на: бумагу (картон); пищевые отходы; дерево; металл черный; металл цветной; текстиль; кости; стекло; кожу и резину; камни; полимерные материалы; прочие компоненты; отсев (мелкие фрагменты, проходящие через 1,5-сантиметровую сетку); 

К опасным ТБО относятся: попавшие в отходы батарейки и аккумуляторы, электроприборы, лаки, краски и косметика, удобрения и ядохимикаты, бытовая химия, медицинские отходы, ртутьсодержащие термометры, барометры, тонометры, лампы.

При обращении с ТБО необходимо учитывать, что они содержат ценные утильные компоненты. В табл. 1 представлен ориентировочный морфологический и физико-химический состав ТБО городов России, расположенных в разных климатических зонах.

Таблица 1. Морфологический и физико-химический состав ТБО для разных климатических зон, % по массе

Как видно из приведенных данных, ТБО российских городов содержат такие ценные компоненты, как бумага, картон, стекло, полимерные материалы, металлы.

В связи с ростом городского населения все большее значение приобретает проблема вывоза отходов на дальнее расстояние.

Среднее по России расстояние вывоза ТБО составляет 20 км, в крупных городах с населением более 500 тыс. жителей оно возрастает до 45 км и более.Рассмотрим данные в приведённой ниже таблице 2.

Таблица 2. Технико-эксплуатационные показатели действующих в РФ мусоросжигательных заводов

При переработке на заводах из ТБО извлекаются лом черных и цветных металлов и другие утильные фракции, для чего предприятия оснащаются комплектом специального оборудования: сепараторами черного и цветного металла, стекла, пластмассы, а также грохотами, дробилками и др.

Таблица 3. Технико-эксплуатационные показатели действующих в РФ мусороперерабатывающих заводов

Наряду с полезными компонентами (органика, азот, фосфор, калий, кальций и др.) в компосте присутствуют микроэлементы металлов, поэтому при его внесении в почву необходимо учитывать фоновые концентрации этих элементов в почве, с тем, чтобы не превысить значения предельно допустимых концентраций (ПДК) в почве и в сельскохозяйственной продукции.

Целесообразность применения того или иного из перечисленных методов обращения с ТБО зависит от размера города, состава и свойств ТБО данного города или региона, потребности в утильных фракциях, тепловой энергии или удобрении, климатических условий и многих других факторов.

Выбранная технология обезвреживания ТБО должна обосновываться следующими критериальными оценками:

1. Экологическая приемлемость с точки зрения сокращения загрязнения атмосферы, водоисточников, земли.

2. Санитарная и эпидемиологическая безопасность всей системы сбора, транспортирования, обезвреживания и утилизации отходов.

3. Выполнение законодательных норм по выбросу загрязняющих веществ в окружающую среду из комплексов по обезвреживанию отходов (экологическая безопасность), включая системы газоочистки, удаления золы, шлака и очистки сточных вод.

4. Эффективность технологических и конструктивных решений, включающих:

=> производительность технологии;

=> уровень ее автоматизации;

=> степень защищенности от аварийных ситуаций и залповых выбросов;

=> коэффициент использования энергоносителей, применяемых в технологии.

5. Капитальные вложения и сроки реализации капитальных вложений, приведенные стоимостные удельные затраты на обезвреживание единицы массы ТБО.

Глава 2.

Топливное использование твёрдых бытовых отходов.

Одним из эффективных способов получения энергии в будущем может стать использование в качестве топлива твердых бытовых отходов (ТБО). Преимущество бытовых отходов заключается в том, что их не надо искать, не надо добывать, однако в любом случае они должны быть уничтожены - что требует больших денежных средств. Поэтому рациональный подход здесь позволяет не только получить дешевую энергию, но и избежать лишних затрат.

Целенаправленное промышленное использование твердых бытовых отходов как топлива началось со строительством первого «мусоросжигательного заведения» близ Лондона в 1870 году. Однако активное применение ТБО как энергетического сырья началось только в середине 1970_х годов в связи с углублением энергетического кризиса. Было подсчитано, что при сжигании одной тонны отходов можно получить 1300_1700 кВт/ч тепловой энергии или 300_550 кВт/ч электроэнергии.

Именно в этот период началось строительство крупных мусоросжигательных заводов в Мадриде, Берлине, Лондоне, а также в странах с относительно малой площадью и высокой плотностью населения. К 1992 году в мире действовало около 400 заводов, на которых применялось сжигание ТБО с производством пара и выработкой электроэнергии. К 1996 году их количество достигло 2400.

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

В Москве было построено три таких предприятия. Мусоросжигательный завод № 2 (МСЗ-2) был построен в 1974 году для сжигания несортированных твердых бытовых отходов в объеме 73 тыс. тонн в год. Он имел две технологические линии, включающие в себя котлы французской фирмы «КНИМ» и электрофильтры.

Решением правительства Москвы о реконструкции МСЗ-2 предписывалось увеличение мощности завода до 130 тыс. тонн отходов в год с одновременным уменьшением количества вредных выбросов в окружающую среду и, тем самым, улучшением экологической обстановки в районе предприятия. Для выполнения указанной задачи была опять привлечена французская фирма «КНИМ», которая должна была разработать и поставить три модернизированные технологические линии производительностью по сжигаемым ТБО в 8,33 т/ч каждая.

Кроме того, предусматривалось использование тепла, получаемого при сжигании твердых бытовых отходов, для выработки электроэнергии .

По результатам эксплуатации реконструированной первой очереди завода, состоящей из двух технологических линий, можно констатировать, что все указанные выше требования выполнены, а именно:

1. Производительность МСЗ увеличена до 80 тыс. тонн ТБО в год, а с пуском в эксплуатацию третьей технологической линии - до 130 тыс. тонн в год.

2. Снижены до европейских нормативов (0,1 нг/нм3) выбросы диоксинов и фуранов: во-первых, за счет оптимизации горения отходов на колосниковой решетке «Мартин»; во-вторых, за счет увеличения высоты топки котла, что обеспечивает необходимое двухсекундное пребывание дымовых газов при температуре выше 850°C для разложения диоксинов на фураны, образующиеся при горении; и в-третьих, за счет ввода в дымовые газы активированного угля, абсорбирующего вторично образованные диоксины.

3. Обеспечены европейские нормативы по очистке дымовых газов от S02, НСl, НF благодаря установке в технологической схеме сжигания ТБО «полусухого» реактора и ввода в него через распылительную турбину известкового молока, приготовленного из пушонки высокого качества.

4. Достигнута за счет установки рукавного фильтра высокая степень очистки дымовых газов от летучей золы и продуктов газоочистки: концентрация пыли составляет менее 10 мг/нм3.

5. Благодаря применению технологии по подавлению оксидов азота (NOx), разработанной Государственной академией нефти и газа им. И. М. Губкина, полученные показатели по их выбросам находятся на уровне лучших зарубежных образцов (менее 80 мг/нм3).

6. При выполнении реконструкции завода произведена установка трех турбогенераторов мощностью по 1,2 МВт каждый, что обеспечило его функционирование без внешнего электроснабжения, с передачей излишков энергии в городскую сеть.

7. Управление технологическим процессом мусоросжигания осуществляется оператором с автоматизированного рабочего места. АСУ ТП представляет собой единую систему контроля и управления как основным, так и вспомогательным оборудованием завода.

Принципиально новый для России мусоросжигательный завод производительностью 300 тыс. тонн ТБО в год был построен в Москве в начале 2000_х. Завод состоит из отделений подготовки и сортировки отходов, сжигания неутилизируемой части ТБО, очистки дымовых газов от вредных примесей, переработки золы и шлака, энергоблока и других вспомогательных отделений. Технологическая схема завода по переработке неутилизируемой части отходов включает в себя три технологические линии с печами кипящего слоя, котлами производительностью 22_25 т/ч, газоочистным оборудованием и двумя турбинами по 6 МВт каждая.

На заводе внедрены ручная и механическая сортировка ТБО и их дробление. Технология позволяет, во-первых, отобрать ценное сырье для его вторичной переработки, во-вторых, отобрать пищевую фракцию отходов для последующего компостирования; в-третьих, отобрать сырье, представляющее экологическую опасность при сжигании; и наконец, повысить теплотехнические и экологические показатели сырья, предназначенного для сжигания. Благодаря такой подготовке низшая теплота сгорания ТБО достигает 9 МДж/кг, а по содержанию золы, влаги, серы и азота характеристики практически соответствуют характеристикам подмосковных бурых углей.

Однако следует отметить, что низкие параметры пара, применяемые на отечественных мусоросжигательных заводах, существенно снижают удельные показатели по выработке электроэнергии по сравнению с паросиловыми электростанциями. Применение аналогичных мощностей и параметров пара на мусоросжигательных заводах ограничено свойствами сырья: кусковым топливом, низкой температурой плавления золы и коррозионными свойствами дымовых газов, получаемых при сжигании.

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.

В этом случае при сжигании на ТЭС бурого угля целесообразно использование предтопок для сжигания твердых бытовых отходов с направлением дымовых газов, получаемых в предтопке, в топочное пространство существующего котельного агрегата. При сжигании на ТЭС природного газа целесообразно использовать установку для газификации ТБО с последующей очисткой полученного продукта - газа и сжиганием его в топках котлов, работающих на природном газе. Годами отработанная паросиловая установка, применяемая на ТЭС, сохраняется при этом в первозданном виде.

То есть предлагается разработка совмещенной (интегральной) компоновки ТЭС для сжигания природного топлива и твердых бытовых отходов. 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 бытовых отходов повысится в 2-3 раза.

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

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

2.1.Анализ технико-экономических показателей.

 Анализ технико-экономических показателей, полученных при частичном, десятипроцентном, 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.  Предлагается метод безотходной утилизации ТБО в нефть. Суть предлагаемого решения сводится к проведению ряда технологических стадий переработки органических отходов в зависимости от агрегатного состояния. Твердые органические отходы в смеси с окисью кальция переводятся в карбид кальция. Жидкие и газообразные отходы превращаются в синтетические нефтепродукты путем пропускания их через карбид кальция в сверхкритических  для ацетилена условиях T>=500°C и P>=0,2 МПа и последующей конденсацией и сепарацией полученных продуктов. Наглядным образом это показано в реакции:

                    CaC2 + H2O=CaO+ CH2 (нефть)

Также из карбида кальция в присутствии воды можно получить газ, графит, газоконденсант:

CaC2 + H2O= CaO + CH4 (газ)

CaC2 + H2O= CaO + CH3 (газоконденсат)

Глава 3.

Способы хранения и переработки твёрдых бытовых отходов.

3.1Предварительная сортировка.

Этот технологический процесс предусматривает разделение твердых бытовых отходов на фракции на мусороперерабатывающих заводах вручную или с помощью автоматизированных конвейеров. Сюда входит процесс уменьшения размеров мусорных компонентов путем их измельчения и просеивания, а также извлечение более или менее крупных металлических предметов, например консервных банок.

3.2.Санитарная земляная засыпка.

 Такой технологический подход к обезвреживанию твердых бытовых отходов связан с получением биогаза и последующим использованием его в качестве топлива. С этой целью бытовой мусор засыпают по определенной технологии слоем грунта толщиной 0,6-0,8 м в уплотненном виде. Биогазовые полигоны снабжены вентиляционными трубами, газодувками и емкостями для сбора биогаза.
Например, 1 га свалки в Подмосковье выделяет такое количество метана, как (2┘4)х103 га дерново-подзолистой почвы.
Учитывая, что 1 т бытовых отходов выделяет не менее 100 м3 биогаза, можно определить потенциальные возможности свалок как энергетического источника. Использование биогаза возможно как минимум через 5-10 лет после создания свалки, а его рентабельность проявляется при объемах мусора более 1 млн. т.
В процессе сжигания биогаза происходит разрушение содержащихся в свалочных газах токсичных компонентов, обеспечивающее безопасные для окружающей среды выбросы.
Надо отметить, что грунтовые и поверхностные воды, протекающие через земляную засыпку, захватывают растворенные и суспензированные твердые вещества и продукты биологического разложения, поэтому растворы выщелачивания ТБО представлены богатой по вещественному составу ассоциацией химических элементов и соединений. Например, для них характерна величина (мг/л рН=6,0-6,5) и присутствуют карбонат: жесткий раствор (890 - 7600), щелочной раствор (730-9500); Ca (240-2330); Mg (64-410), Na (85-1700); K (28-1700); Fe (0,5-8,7); хлориды (96-2350); сульфаты (84-730); фосфаты (0,3 29); N: органического происхождения (2,4-465), аммонийного происхождения (0,22-480).
Можно предположить, что и в перспективе роль мусорных свалок заметно не уменьшится, поэтому извлечение биогаза из них с целью его полезного использования будет оставаться актуальным.

3.3.Сжигание.

Это широко распространенный способ уничтожения твердых бытовых отходов, который широко применяется с конца XIX в.
Сложность непосредственной утилизации ТБО обусловлена, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой  повышенными санитарными требованиями к процессу их переработки. В связи с этим сжигание до сих пор остается наиболее распространенным способом первичной обработки бытовых отходов.
Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе бытового мусора.
При сжигании ТБО получают 28-44% золы от сухой массы и газообразные продукты в виде двуокиси углерода, паров воды, различных примесей. Запыленность отходящих газов составляет 5≈10 г/нм3 (25≈ 50 кг/т ТБО). Так как процесс горения отходов происходит при температуре 800-900╟С, то в отходящих газах присутствуют органическое соединения альдегиды, фенолы, хлорорганические соединения (диоксин, фуран), а также соединения тяжелых металлов.
Теплотворная способность бытовых отходов примерно соответствует бурому углю. В среднем теплотворная способность бытовых отходов колеблется от 1000 до 3000 ккал/кг. Выявлено также, что по теплотворной способности 10,5 г твердых бытовых отходов эквивалентны 1т нефти; по калорийности бытовые отходы уступают каменному углю всего в 2 раза; примерно 5т мусора выделяет при сгорании столько же тепла, сколько 2 т угля или 1 т жидкого топлива.
Сжигание можно разделить на два вида:
непосредственное сжигание, при котором получается только тепло и энергия, пиролиз, при котором образуется жидкое и газообразное топливо.
Для повышения экологической безопасности необходимым условием при сжигании мусора является соблюдение ряда принципов. К основным из них относятся температура сжигания, которая зависит от вида сжигаемых веществ; продолжительность высокотемпературного сжигания, зависящая также от вида сжигаемых отходов; создание турбулентных воздушных потоков для полноты сжигания отходов.
Различие отходов по источникам образования и физико-химическим свойствам предопределяет многообразие технических средств и оборудования для сжигания.
В последние годы ведутся исследования по совершенствованию процессов сжигания, что связано с изменением состава бытовых отходов, ужесточением экологических норм. К модернизированным способам сжигания отходов можно отнести замену воздуха, подаваемого к месту сжигания отходов для ускорения процесса, на кислород. Это позволяет снизить объем горючих отходов, изменить их состав, получить стеклообразный шлак и полностью исключить фильтрационную пыль, подлежащую подземному складированию. Сюда же относится и способ сжигания мусора в псевдоожиженном слое. При этом достигается высокая полнота сгорания при минимуме вредных веществ.
В настоящее время топливо из бытовых отходов получают в измельченном состоянии, в виде гранул и брикетов. Предпочтение отдается гранулированному топливу, так как сжигание измельченного топлива сопровождается большим пылевыносом, а использование брикетов создает трудности при загрузке в печь и поддержании устойчивого горения. Кроме того, при сжигании гранулированного топлива намного выше КПД котла.
Мусоросжигание обеспечивает минимальное содержание в шлаке и золе разложимых веществ, однако оно является источником выбросов в атмосферу.
Мусоросжигательными заводами (МСЗ) выбрасываются в газообразном виде хлористый и фтористый водород, сернистый газ, диоксин, а также твердые частицы различных металлов: свинца, цинка, железа, марганца, сурьмы, кобальта, меди, никеля, серебра, кадмия, хрома, олова, ртути и др.
Установлено, что содержание кадмия, свинца, цинка и олова в копоти и пыли, выделяющихся при сжигании твердых горючих отходов, изменяется пропорционально содержанию в мусоре пластмассовых отходов. Выбросы ртути обусловлены присутствием в отходах термометров, сухих гальванических элементов и люминесцентных ламп. Наибольшее количество кадмия содержится в синтетических материалах, а также в стекле, коже, резине.Источниками загрязнения атмосферы кадмием, хромом, свинцом, марганцем, оловом, цинком являются в равной степени как горючая, так и негорючая фракции твердых бытовых отходов. Существенное уменьшение загрязнения атмосферного воздуха кадмием и медью возможно за счет отделения из горючей фракции полимерных материалов.
Таким образом, можно констатировать, что главным направлением в сокращении выделения вредных веществ в окружающую среду является сортировка или раздельный сбор бытовых отходов.
В последнее время все более распространяется метод совместного сжигания твердых бытовых отходов и шламов сточных вод. Этим достигается отсутствие неприятного запаха, использование тепла от сжигания отходов для сушки осадков сточных вод.

                                3.4.Биотермическое компостирование.

Этот способ утилизации твердых бытовых отходов основан на естественных, но ускоренных реакциях трансформации мусора при доступе кислорода в виде горячего воздуха при температуре порядка 60╟С. Биомасса ТБО в результате данных реакций в биотермической установке (барабане) превращается в компост. Однако для реализации этой технологической схемы исходный мусор должен быть очищен от крупногабаритных предметов, а также металлов, стекла, керамики, пластмассы, резины. Полученная фракция мусора загружается в биотермические барабаны, где выдерживается в течение 2 сут. с целью получения товарного продукта. После этого компостируемый мусор вновь очищается от черных и цветных металлов, доизмельчается и затем складируется для дальнейшего использования в качестве компоста в сельском хозяйстве или биотоплива в топливной энергетике.
Биотермическое компостирование обычно проводится на заводах по механической переработке бытовых отходов и является составной частью технологической цепи этих заводов.
Однако современные технологии компостирования не дают возможности освободиться от солей тяжелых металлов, поэтому компост из ТБО фактически малопригоден для использования в сельском хозяйстве. Кроме того, большинство таких заводов убыточны. Поэтому предпринимаются разработки концепций получения синтетического газообразного и жидкого топлива для автотранспорта из продуктов компостирования, выделенных на мусороперерабатывающих заводах. Например, предполагается реализовать получаемый компост в качестве полуфабриката для дальнейшей его переработки в газ.
Способ утилизации бытовых отходов пиролизом известен достаточно мало, особенно в нашей стране, из-за своей дороговизны. Он может стать дешевым и не отравляющим окружающую среду приемом обеззараживания отходов. Технология пиролиза заключается в необратимом химическом изменении мусора под действием температуры без доступа кислорода. По степени температурного воздействия на вещество мусора пиролиз как процесс, условно разделяется на низкотемпературный (до 900°С) и высокотемпературный пиролиз (свыше 900°С).

3.5.Низкотемпературный пиролиз.

Это процесс, при котором размельченный материал мусора подвергается термическому разложению. При этом процесс пиролиза бытовых отходов имеет несколько вариантов:
1.пиролиз органической части отходов под действием температуры в отсутствии воздуха;
2.пиролиз в присутствии воздуха, обеспечивающего неполное сгорание отходов при температуре 760°С;
3.пиролиз с использованием кислорода вместо воздуха для получения более высокой теплоты сгорания газа;
4.пиролиз без разделения отходов на органическую и неорганическую фракции при температуре 850°С и др.
Повышение температуры приводит к увеличению выхода газа и уменьшению выхода жидких и твердых продуктов.
Преимущество пиролиза по сравнению с непосредственным сжиганием отходов заключается, прежде всего, в его эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды. С помощью пиролиза можно перерабатывать составляющие отходов, трудно поддающиеся утилизации, такие как автопокрышки, пластмасса, отработанные масла, отстойные вещества. После пиролиза не остается биологически активных веществ, поэтому подземное складирование пиролизных отходов не наносит вреда природной среде. Образующийся пепел имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся подземному складированию. При пиролизе не происходит восстановления (выплавки) тяжелых металлов. К преимуществам пиролиза относятся и легкость хранения и транспортировки получаемых продуктов, а, также то, что оборудование имеет небольшую мощность. В целом процесс требует меньших капитальных вложений.
Активизация научных исследований и практических разработок в этой области началась в 70-х годах ХХ столетия, в период "нефтяного бума". С этого времени получение из пластмассовых, резиновых и прочих горючих отходов энергии и тепла путем пиролиза стало рассматриваться как один из источников выработки энергетических ресурсов.

3.6.Высокотемпературный пиролиз.

Этот способ утилизации ТБО, по существу, есть не что иное как, газификация мусора. Технологическая схема этого способа предполагает получение из биологической составляющей (биомассы) отходов вторичного синтез-газа с целью использования его для получения пара, горячей воды, электроэнергии. Составной частью процесса высокотемпературного пиролиза являются твердые продукты в виде шлака, т. е. непиролизуемые остатки. Технологическая цепь этого способа утилизации состоит из четырех последовательных этапов:
1.отбор из мусора крупногабаритных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и путем индукционного сепарирования;
2.переработка, подготовленных отходов в газофикаторс для получения синтез-газа и побочных химических соединений ≈ хлора, азота, фтора, а также шкала при расплавлении металлов, стекла, керамики;
3.очистка синтез-газа с целью повышения его экологических свойств и энергоемкости, охлаждение и поступление его в скруббер для очистки щелочным раствором от загрязняющих веществ соединений хлора, фтора, серы, цианидов;
4.сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии.
При переработке, например, древесной стружки синтез-газ содержит (в %): влагу ≈ 33,0; окись углерода ≈ 24,2; водород - 19,0; метан ≈ 3,0; двуокись углерода ≈10,3; азот ≈ 43,4, а также 35-45 г/нм дегтя.
Из 1т твердых отходов, состоящих из 73% ТБО, 7% резиновых отходов (в основном автомобильные шины) и 20% каменного угля получают 40 кг смолы, используемой в котельной, и 1500-2000 м3 влажного газа. Объемная доля компонентов сухого газа следующая (в %): водород  20, метан 2, окись углерода  20, двуокись углерода  8, кислород  1, азот - 50. Низшая теплота сгорания 5,4-6,3 МДж/м3. Шлака получается 200 кг/т.

Глава 4.

Мини- завод по переработки твёрдых бытовых отходов.

4.1.Идея и разработка мини-завода.

Предлагаемый  нами  мини-завод разработан  с целью внедрения в производство по переработке твердых бытовых отходов высокоэффективным и экологически безопасным способом переработки (уничтожения) органических веществ путем высокоскоростного пиролиза. Наш мини-завод позволяют решить проблему уничтожения коммунальных и промышленных отходов используя экологически безопасную технологию, с получением на выходе полезных продуктов, пригодных для дальнейшего использования на транспорте.

Основная концепция применения нашей технологий исходит из того, что большинство низкосортных твердых топлив целесообразно перерабатывать, получая из них жидкие продукты - высококалорийное моторное и котельное топливо, высококалорийный горючий газ, а в ряде случаев и дефицитные химические продукты, в том числе такие, которые из нефти получить либо не удается, либо в этом случае они более дороги.Технология была апробирована и внедрена в Советском Союзе в промышленных установках мощностью 3000 тонн сырья в сутки. В перестроечные годы остановлена по причине огромной мощности завода, такова официальная версия закрытия технологии. И ликвидирована. По сей день ни одна страна не повторила подобный завод, который видимо был запущен «не в свое время».

Предлагаемые нами мини-заводы являются высокорентабельными и эффективны с точки зрения своевременного возврата инвестиций. Они позволяют перерабатывать практические любые органические вещества: несортированные твердые бытовые отходы, древесные отходы, отходы сельскохозяйственного производства, полимеры.

Мы полагаем, что данный мини-завод по переработке ТБО позволит противостоять тенденциям опасного накопления мусора, его стихийного сжигания, самовозгорания, попадания огромных количеств образующихся токсических веществ в атмосферу, реки и водоёмы.Механическая сортировка ТБО технически сложна и пока не находит широкого применения. Прямая переработка или сжигание огромных количеств отходов технически весьма проблематична, экологически опасна и экономически неэффективна. Поэтому решение проблемы ТБО путем внедрения нашего мини-завода экономически и экологически эффективно. Так как при их использовании переработка отходов идет с получением полезной продукции.

Технология строится по модульной схеме, что позволяет гибко приспосабливаться к различному объему перерабатываемых отходов, изменениям их состава, в которую встраивается производство. Модульная схема позволяет развивать мусороперерабатывающее производство поэтапно. Кроме того, могут использоваться различные элементы комплектации производства. На начальном этапе запуска технологического процесса используется бытовой пропан для разогрева реактора.

4.2.Состав мини-завода.

В состав мини-завода входят:

1.Модуль сушки пиролизной жидкости.

2. Модуль сортировки, дробления ТБО и получения из него компоста.

3. Модуль получения синтетического высокоскоростного пиролиза.

4.Модуль получения дистиллятов.

5. Модуль очистки дистиллятов до уровня чистоты Евро-4.

                                     2.                                          3.                                    4.                                            5.          

4.3.Технологическая сущность метода высокоскоростного пиролиза используемого на мини-заводе.

Компост, полученный из ТБО, после измельчения содержит воду. Шнековым питателем компост влажностью 60-65% подается в установку низкотемпературного пиролиза для обезвоживания. Обезвоженный компост подается на установку высокоскоростного пиролиза. Где смешивается с высокотемпературным (800–850оС) теплоносителем, которым является собственная зола ТБО, и подается во вращающийся реактор пиролиза. Здесь ТБО нагревается при отсутствии кислорода до температуры 460–490оС, и из него выделяется парогазовая смесь, содержащая пары углеводородов, не конденсирующиеся газы (H2, CO, N2, H2S, CH4 и др.) и коксозольный остаток. В этой установке осуществляется быстрый (практически мгновенный) нагрев обезвоженного компоста. При таком скоростном нагреве не успевают происходить физико-химические процессы преобразования сырья. Скорость подъема температуры сырья при проведении процесса пиролиза должна быть порядка 1000 град/сек. Высокая скорость процесса обеспечивается высокоинтенсивным подводом энергии, что также снижает теплопотери в окружающую среду. При этом способе происходит переход органической части сырья в газообразное состояние.

Парогазовая смесь отводится в конденсационное устройство, где пары углеводородов конденсируются, образуя синтетическое жидкое пиролизное топливо с теплотой сгорания от 25 до 38 МДж/кг в зависимости от состава ТБО. Отметим, что при температуре достижимого перегрева линейные полимеры подвергаются 100% пиролизу, а сшитые - частично разлагаются, образуя углеподобный осадок. Неорганические соединения при этом либо испаряются, либо подвергаются химической модификации.

Неконденсирующийся полукоксовый газ имеет теплоту сгорания от 25 до 48 МДж/нм3 (определяется составом ТБО). Оставшийся после конденсации газ направляется для сжигания. Отличительной способностью предложенной технологии переработки ТБО является возможность сжигания получаемого в пиролизного газа. Это позволяет решить многие экологические задачи.

Если газообразные продукты реакции направляются на последующую частичную конденсацию, то время их пребывания при высокой температуре должно быть максимально ограниченно. При повышении времени выдержки при этой температуре газообразные вещества могут подвергаться дальнейшей модификации. При сжигании газа ограничение времени пребывания газа при высокой температуре не имеет большого значения, поскольку теплотворная способность определяется элементным составом сжигаемой смеси, а не строением сжигаемых соединений. Наблюдаемая иногда некоторая зависимость выделяемой теплоты сжигания при постоянном элементном составе определяется зависимостью скорости горения и полноты сжигания от строения сжигаемых веществ. Часть газа расходуется для поддержания работы установки. Остальной газ можно сжигать для получения тепла или электричества. При сжигании в охлаждении газа нет необходимости. При охлаждении с последующей частичной конденсацией газа возможно разделение получаемых в пиролизе веществ для индивидуального применения. При частичной конденсации газа производится сбор жидких веществ, выделяемых в определенном температурном диапазоне. Пиролизный газ направляется в устройство конденсации (конденсатор) для получения жидкого пиролизного топлива (пиротоплива).

Коксовый остаток отводится из реактора пиролиза в аэрофонтанную топку, где его органические составляющие дожигаются в потоке воздуха. Выделившееся при этом тепло используется для нагрева золы-теплоносителя.Предлагаемый процесс может служить и для переработки отходов, содержащих полимерные составляющие, также отходов нефти (битумы, асфальтены). Технология может использоваться для переработки тяжелых нефтей.

Заключение.

Одной из главных задач развитых стран является рациональное и экономное использование энергии. Особенно это касается нашего государства, где сложилась тяжелая ситуация с топливно-энергетическими ресурсами. В связи с высокими ценами и ограниченными запасами нефти, газа и угля возникает проблема поиска дополнительных энергетических ресурсов. Одним из эффективных способов получения энергии в будущем может стать использование в качестве топлива твердых бытовых отходов. Использование тепла, получаемого при сжигании твердых бытовых отходов, предусматривается для выработки электроэнергии. 

Предлагаемая новая энергетическая модель для России выгодна тем, что она делает энергетическую систему страны более устойчивой, резко расширяет сырьевую базу энергетики, решает проблему с накопившимися отходами, и, самое главное, заставляет опираться на собственный научно-технический потенциал. Развитие энергетики по этому пути заставляет реально заниматься инновациями, широко внедрять новые технологии, улучшать и развивать их. Такое развитие энергетики потребует быстрого возрождения промышленности и машиностроения, а также связанных с ними отраслей. Разработка и реализация плана реконструкции энергетики России в соответствии с вышеизложенными предложениями приведет к грандиозным изменениям в промышленности и экономике, сопоставимым с влиянием на экономику плана ГОЭЛРО.

Отработанный опыт развития энергетики по новому пути можно будет тиражировать в других странах и экспортировать связанное с описанными методами переработки энергоносителей оборудование. Это может стать долгосрочной основой для укрепления политических позиций России в мире.

Список использованной литературы.

1. Бобович Б.Б., Рывкин М.Д. Биогазовая технология переработки отходов животноводства / Вестник Московского государственного индустриального университета. № 1, 1999.

2. Шен М. Компогаз - метод брожения биоотходов / “Метроном”, № 1-2, 1994, с.41

3.Бобович Б.Б. и Девяткин В.В., «Переработка отходов производства и потребления», М2000г.

4.«Утилизация твердых отходов», под ред. А.П. Цыганкова. – М.: Стройиздат, 1982г

5. 4. Федоров Л., Маякин А. Теплоэлектростанция на бытовых отходах / «Новые технологии», № 6 (70), июнь 2006 г.

6. Аки Федоров Л., Маякин А. Теплоэлектростанция на бытовых отходах / «Новые технологии», № 6 (70), июнь 2006 г

7.Сидорчук В.Л. Утилизация бытовых и производственных отходов / ЖКХ, №7,2000.
Черп О., Виниченко В. Проблема твердых бытовых отходов: комплексный подход / Городское управление №7, 8, 2000.

8.Т.А., Хаскин Т.В. Экология : Учебник для вузов. – М.:ЮНИТИ. -1999г.

9.www.ecoline.ru

10.www.ecology.ru