Муравьева Е.В., Романовский В.Л. Прикладная техносферная рискология. Экологические аспекты

Подождите немного. Документ загружается.

331

Рис. 3. Свалка мусора в разрезе и важные потоки веществ

Современные полигоны — это комплексы природоохранных сооружений, пред-

назначенные для складирования, изоляции и обезвреживания твердых отходов,

обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и

грунтовых вод, препятствующие распространению грызунов, насекомых и бо-

лезнетворных микроорганизмов.

Принципиальная схема конструктивных элементов полигона, обеспечивающих

защиту окружающей среды при размещении отходов, показана на рисунке 5.

Полигон захоронения отходов необходим также для размещения отходов, ос-

тавшихся от рециркуляции, компостирования, сжигания или други

х способов

переработки, и может быть использован, если альтернативные способы перера-

ботки отходов осуществить невозможно.

Полигон захоронения ТБО, запроектированный в соответствии с экологически-

ми требованиями, включает сооружения для отвода и сбора фильтрата и биога-

за с учетом потенциальной возможности использования его как источника по-

лучения эне

ргии.

Правильная разработка проектной документации позволяет адекватно исполь-

зовать территорию рекультивируемого полигона захоронения ТБО после того,

как он будет закрыт.

В заполненном полигоне захоронения ТБО отходы должны быть закрыты пере-

крывающим материалом и слоями грунта, укладываемыми по верху, и изолиро-

ваны в основании.

СПЕЦОТХОДЫ. Спецотходы —это отходы, подлежащие постоянному контро-

лю. В связи с повышенной опасностью для окружающей среды (цианиды из

гальванических цехов; высокохлорированные углеводороды; соединения

мышьяка, образующиеся при выплавке цветных металлов; остатки ртути из

электрических батарей; органические соединения ртути из установок подготов-

ки природного газа; сливы некоторых гальванических производств; химические

осадки при дистилляции воды; осадки испарительных и очистных фильтров;

пигменты и отходы при прои

зводстве средств защиты растений; накипь из кон-

денсаторов; остатки из мусоросжигающих установок и др.) их не разрешается

332

складировать на обычных свалках и сжигать.

Старый принцип рассредоточения выбросов путем распределения в экоси-

стеме (к примеру, рассеивание выбросов в атмосфере с помощью дымовых

труб) более не может быть приемлемым, сегодня речь должна идти только об

изъятии непригодных к дальнейшему использованию веществ из экологических

материальных циклов. Необходимо по возможности нейтрализовать или обез-

вредить спецотходы перед промежуточным или постоянным их складировани-

ем.

Вред

ные минерализованные химически нейтральные остатки складируют-

ся на полигонах для спецмусора. Уплотнение этих полигонов должно иметь

систему многобарьерной защиты, постоянно контролироваться, быть ремонт-

нопригодным, а складируемые вещества должны оставаться в таком состоянии,

чтобы их можно было легко изъять из хранилища. Уплотнение св

ерху должно

исключать попадание осадков, а базисное уплотнение снизу — просачивание

инфильтрата вниз.

Обсуждаются новые системы хранения в емкостях повышенной надежности из

армированного бетона (танки, камеры, шахты), оборудованные системами уп-

лотнения и контролируемого дренажа. Они менее привязаны к месту, позволя-

ют хранить рядом и в то же время раздельно разнообразные отходы, которые

можно повторно из

ымать. Их можно использовать как временные хранилища

спецмусора. Постоянное захоронение в них пока сомнительно, поскольку еще

не разработано достаточно надежное техническое оборудование.

Для длительного исключения высокотоксичных веществ из экосистем, по-

видимому, наиболее подходят подземные хранилища в подземных выработках

и соляных пустотах. Соляные пустоты можно вымыть водой через скважину,

заполнить твердыми, жидки

ми или газообразными спецотходами и закрыть

(замуровать).

ВОПРОС №29:

ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

КОМПОСТИРОВАНИЕМ

Различают компостирование полевое и на специальных заводах. Переработан-

ные таким образом отходы вступают в естественный круговорот веществ в

природе за счет их обезвреживания и превращения в компост — ценное орга-

номинеральное удобрение, используемое, например, для целей городского озе-

ленения или в качестве биотоплива.

Наиболее совершенным считают непрерывный процесс компостирования с

аэробным принудительным о

кислением органических отходов во вращающем-

ся биотермическом барабане.

АЭРОБНОЕ КОМПОСТИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ В ПРО-

МЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

Метод механизированного биотермического

компостирования в мировой практике начали применять в двадцатые годы, ко-

гда была доказана возможность обезвреживания ТБО за 20...30 суток в аэроб-

ных условиях. Разработанные в тридцатые годы биотермические барабаны пре-

333

вратили аэробное биотермическое компостирование в широко применяемую

промышленную технологию обезвреживания и переработки ТБО.

Используя комплекс технологических мероприятий, можно нормализовать со-

держание в компосте микроэлементов, в том числе солей тяжелых металлов. Из

ТБО извлекается лом черных и цветных металлов.

Принципиальная технологическая схема производства компоста показана на

рисунке 11.

Рис. 11. Технологическая схема непрерывного компостирования с аэробным окислением ор-

ганических отходов во вращающемся биотермическом барабане:

1— кран-балка с грейферным ковшом; 2— мусоровоз; 3— приемный бункер отходов; 4 —

дозирующий бункер; 5 — пластинчатый питатель; 6 — подъемный кран с магнитной шайбой

для погрузки пакетов металлолома; 7— рольганг; 8 — магнитный сепаратор; 9— бункер ме-

таллолома; 10 — пакетирующий пресс; 11 — вращающийся биотермический барабан; 12—

вентилятор-наездник; 13— котельная или пиролизная уст

ановка; 14—вытяжной вентилятор;

15— штабеля компоста на площадках дозревания и готовой продукции; 16 — измельчитель

компоста; 17— грохот; 18— прицеп для сбора отсева с грохота

Переработка твердых отходов на компост — достаточно совершенный прием

их обезвреживания и последующего использования.

Биотермический процесс обезвреживания отходов происходит благодаря ак-

тивному 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 разв

ивающейся микрофлоры сложные, быстро гниющие орга-

нические вещества разлагаются, образуя компост.

В мировой практике применяют две принципиальные схемы полевого компо-

334

стирования: с предварительным дроблением ТБО и без него.

В первом случае ТБО измельчают специальными дробилками; во втором —

измельчение (менее эффективное) происходит за счет естественного разруше-

ния при многократном «перелопачивании» компостируемого материала.

Установки полевого компостирования, оснащенные дробильно-сортировочным

оборудованием для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают боль-

ший выход компоста и дают меньше от

ходов производства. ТБО измельчают в

молотковых дробилках или в небольших биотермических барабанах.

АНАЭРОБНОЕ КОМПОСТИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ. Из 1

т бытовых отходов можно получить в среднем 170 кг (140 м

) биогаза, содер-

жащего 65 % метана; 410 кг органических удобрений влажностью 30 %; 50 кг

металлолома и балластных фракций; 250 кг крупного отсева; 170 кг составляют

газовые потери и фильтрат.

При сжигании биогаза без предварительной очистки выделяется 23 400 кДж/м

тепла, или после его очистки от примесей диоксида углерода и сероводорода —

35 600 кДж/м

На переработку анаэробным компостированием вместе с ТБО могут принимать

и некоторые виды отходов сельскохозяйственного производства и пищевой

промышленности.

Принципиальная схема переработки ТБО в анаэробных условиях показана на

рисунке 15.

Рис. 15. Принципиальная схема переработки ТБО методом анаэробного компостирования:

1 — приемный бункер; 2— мостовой грейферный кран; 3 —дробилка; 4 — магнитный сепа-

ратор; 5— насос-смеситель; 6 — метантенк; 7— шнековый пресс; 8— рыхлитель; 9— ем-

кость для сбора отжима; 10 — цилиндрический грохот; 11 — упаковочная машина; 12 —

крупный отсев; 13 — склад удобрений; 14— газгольдер; 15 — компрессор; 16 — уравни-

335

тельная камера; I— направление движения отходов; I I — направление движения газа

ТБО разгружают в приемный бункер, откуда грейферным краном их подают на

питатель, а затем в коническую дробилку с вертикальным валом. Из дробилки

измельченные ТБО перегружают на ленточный конвейер, проходящий под

электромагнитным сепаратором, предназначенным для извлечения черного ме-

таллолома. Очищенные от черного металлолома отходы подают в метантенк

вместимостью 500 м

, где их выдерживают в анаэробных условиях 10...16 суток

при температуре 25 °С с целью его сбраживания. Часть биогаза из метантенка

поступает в газгольдер, а другую часть компрессором через уравнительную ка-

меру подают под давлением под слой перерабатываемых отходов с целью пере-

мешивания сбраживаемой массы.

Отработанную твердую фракцию выгружают и затем подают в шнековый пресс

для ч

астичного обезвоживания. Затем обезвоженная твердая фракция поступает

в разрыхлитель и оттуда в цилиндрический грохот, в котором материал разде-

ляют на массу, используемую в качестве органических удобрений, и крупный

отсев.

ВОПРОС №30:

ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Термические методы переработки и утилизации ТБО разделяют на три разно-

видности:

слоевое

сжигание неподготовленных отходов в мусоросжигательных установ-

ках;

слоевое и камерное

сжигание специально подготовленных отходов в виде гра-

нулированного топлива (освобожденного от балластных составляющих и

имеющего постоянный фракционный состав) в топках энергетических котлов

или цементных печах;

пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

Все термические методы переработки и утилизации отходов помимо их обез-

вреживания направлены на получение энергии, а также твердого, жидкого или

газообразного топлива при их пиролизе.

СЖИГАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НЕ ПОДГОТОВЛЕННЫХ ОТХОДОВ. При

сжигании отходов можно получать тепло, электроэнергию, а также металл для

вторичного использования. Мусоросжигающие установки уменьшают объем

отходов до 10—20% от первоначального, а их массу — до 30—50% исходной

загрузки.

Технологическая схема одного из мусоросжигательных заводов показана на ри-

сунке 16.

336

Рис. 16. Технологическая схема переработки отходов на мусоросжигательных заводах:

1 — мостовой грейферный кран; 2 и 3— мусорный и шлаковый отсеки бункера-накопителя;

4 — вентилятор первичного дутьевого воздуха; 5 — станция гидропривода; 6 — паровые ка-

лориферы-воздухоподогреватели; 7— шлакоизвлекатель; 8— ленточные транспортеры для

удаления шлака и золы; 9— дымосос; 10 — дымовая труба; 11 — электростатический

фильтр; 12— котел-утилизатор; 13— вентилятор вторичного воздуха; 14— загрузочный бун-

кер; 15— растопочная горелка; 16

— колосниковая решетка; I— пар; I I — вода; I I I — воз-

дух; I V— шлак

Существует три вида отходов из мусоросжигательных установок: газы, выхо-

дящие из дымовой трубы; сточные воды; летучая зола и шлак. Физико-

химические свойства отходящих газов при сжигании ТБО зависят от морфоло-

гического и фракционного составов, теплоты сгорания отходов и

других факторов. Эти показатели существенно различаются в различных горо-

дах и даже в зави

симости от времени года.

Наиболее вредными выбросами мусоросжигательных установок считают отхо-

дящие газы и летучую золу. Поскольку основной вредной составляющей дымо-

вых газов являются содержащиеся в них взвешенные частицы и отравляющие

вещества, то их концентрацию и принимают в качестве главного показателя са-

нитарно-гигиенического аспекта работы таких сооружений.

Загрязняющие вещества воздуха образуются в результате неполного сгорания

части отходов и из новых продуктов в процессе их горения.

Выбросы часто подразделяют на две категории: первая вк

лючает оксиды азота,

соединения и оксиды серы; вторая — тяжелые металлы, соединения хлора: по-

337

лихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны, пары кислот.

Загрязняющие вещества, относящиеся ко второй категории, наиболее токсичны

и опасны даже в малых количествах по сравнению с загрязнителями, относя-

щимися к первой категории.

Сложный и меняющийся состав выбросов предъявляет высокие требования к

системе очистки газов на МСЗ.

Сжигание неподготовленных отходов наносит определенный вред здоровью

человека и природной среде, несмотр

я на постоянное совершенствование.

СЖИГАНИЕ СПЕЦИАЛЬНО ПОДГОТОВЛЕННЫХ ОТХОДОВ. По прогнозам

специалистов слоевое или камерное сжигание специально подготовленных от-

ходов в топках котлов или цементных печах в ближайшее десятилетие получит

широкое применение.

В США и Великобритании с 70-х годов проводятся работы по переработке от-

ходов в гранулированное топливо «Refuse Derind Full» (RDF), которое длитель-

ное время можно хранить и транспортировать на относительно большие рас-

стояния и при сжигании которого негативное воздействие на окружающую сре-

ду значительно мен

ьше.

Технологический процесс получения RDF на первой ступени подготовки отхо-

дов состоит из двух операций: дробления отходов и последующей сепарации

черных металлов. Если ограничиваться только этими двумя операциями, то по-

лучаемый в этом случае RDF будет содержать значительный процент балласт-

ных фракций и иметь низкое кач

ество.

Однако при изготовлении RDF не ограничиваются только измельчением и се-

парацией, а используют дополнительные машины, механизмы и агрегаты, по-

зволяющие обогащать, гранулировать и брикетировать топливо из отходов. Ес-

тественно, что по мере усложнения процесса получения RDF возрастают капи-

таловложения и эксплуатационные расходы, но полученное таким способом

топливо имеет зн

ачительно лучшее качество. Принципиальная схема производ-

ства гранулированного топлива показана на рисунке 22.

Способ получения RDF выбирают в зависимости от вида отходов, их состава, а

также последующего способа использования полученного топлива.

RDF можно использовать в качестве основного или дополнительного топлива.

При использовании в качестве дополнительного топливо в камеру сгорания

можно подавать вместе с основным (углем, торфом или др.)

Измельченное и прошедшее воздушную сепарацию RDF по виду напоминает

мягкое ко

нфетти. Многие котельные установки нуждаются лишь в небольшой

модернизации для работы на RDF, так как они оборудованы устройствами для

удаления шлака и летучей золы. При проектировании котлоагрегатов совмест-

ного сжигания природного топлива и RDF необходимо учитывать свойства то-

плива: тепл

оту сгорания, элементный состав, включая N, S, F, Cl, состав золы и

шлака, а также температуру их плавления. Теплота сгорания RDF колеблется от

5300 до 17 700 кДж/кг.

338

Рис. 22. Структурная схема технологии производства гранулированного топлива

Рассматривая этот метод термического обезвреживания ТБО, следует иметь в

виду, что сжигание в первую очередь направлено на охрану окружающей сре-

ды, предотвращая ее загрязнение отходами.

ПИРОЛИЗ ОТХОДОВ. Как показывает практика переработки ТБО на МСЗ,

наиболее перспективен следующий способ обезвреживания ТБО: аэробное био-

термическое компостирование органической части ТБО (биотермический ме-

тод) и пиролиз не компостируемой части бытовых отходов (НБО), включающих

резину, кожу, пластмассы, дерево и т. д. Для этого необходима предварительная

сортировка мусора.

Под пиролизом понимают процесс термического разложения отходов без

доступа кислорода, в результате которого образуются пиролизный газ и твер-

дый углеродистый остаток. Количест

во и состав продуктов пиролиза зависит от

состава отходов и температуры разложения. Пиролиз НБО способствует созда-

нию безотходных и малоотходных технологий и рациональному использова-

нию природных ресурсов.

339

3. ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНЫЕ РЕШЕНИЯ

Задачи по «СЗСО»

Задача 1

Вычислить новое значение медианного размера d

улавливаемой пы-

ли для 4-х параллельно установленных циклонов типа ЦН-24.

В качестве исходных данных представлены:

1. значения для условия работы типового циклона:

=8,5 мкм – медианный размер для типового циклона ЦН-24,

=0,6 м – внутренний диаметр типового циклона,

чт

=1930 кг/м

– плотность материала частиц пыли (типовая),

=22,2·10

-6

Па·с – вязкость газа (типовая),

=3,5 м/с – скорость газа в типовом циклоне;

2. объемный расход газа-носителя

L=55,6 м

/с;

3. вязкость газа при рабочей температуре

μ=19,1·10

-6

Па·с при t=40

С;

4. плотность материала частиц пыли

=2760 кг/м

;

5. оптимальная скорость газа в сечении циклона ЦН-24

опт

=4,5 м/с.

Примечание: для циклонов принят следующий ряд внутренних диа-

метров:

D, мм 200, 300, 400, …1000 (через 100),

1200, 1400, … 2000 (через 200),

2400, 3000.

Решение задачи 1

340

1. Для определения нового значения медианного размера улавливаемой

пыли используется формула:

√ (D/D

· ρ

чт

/ρ

· μ/μ

· W

/W) ,

где D, ρ

, μ, W – действительные параметры,

, ρ

чт

, μ

, W

– параметры для условия работы типового циклона.

2. Вычисляем диаметр циклона по формуле:

D=√ (4·L / (3,14· W

опт

· N)),

где N – количество циклонов.

D=√ (4·55,6 / ( 3,14· 4,5· 4)) = 1,98 м,

ближайшее типовое значение внутреннего диаметра циклона D=2 м.

3. Определяем действительную скорость газа в циклоне по формуле:

W= 4· L / (3,14· D

· N),

W= 4· 55,6 / (3,14· 2

· 4)=4,4 м/с.

4. Вычисляем новое значение медианного размера:

=8,5·√ (2/0,6 · 1930/2760 · 19,1·10

-6

/22,2·10

-6

· 3,5/4,4) =10,7 мкм.

Результат: d

=10,7 мкм - новое значение медианного размера.

Задача 2

В вероятностно-логарифмической системе координат построить ли-

нию дисперсного состава пыли на выходе из газоочистного устройства, зная

дисперсный состав пыли на входе в аппарат и используя кривую парциальных

коэффициентов очистки (приведена на рисунке).

Дисперсный состав пыли на входе в аппарат:

d, мкм 2,5 4,0 6,3 10 16 25

iмасс

,% 98 96 92 83 67 42