Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

'761

Увеличивается также сеть жилых, административных и других

комплексов с кондиционированием помещений в летний период, на

которых могла бы быть использована энергия, вырабатываемая на

МСЗ.

Часто бывает целесообразно подключить к МСЗ уже построен-

ные централизованные холодильные установки. Такое решение оп-

равдано при условии, что издержки производства энергии лежат в

пределах отпускной стоимости, существующей в данном регионе.

Оценка расходов, связанных с холодильными установками и конди-

ционерами, не укладывается в схему; приемлемую для тепловой или

электрической энергии, и требует для каждого конкретного случая

своего индивидуального подхода.

Использование тепла МСЗ для сушки осадков сточных вод.

Одним из путей повышения степени использования тепловой энер-

гии, получаемой при мусоросжигании, является сушка осадков сточ-

ных вод (ОСВ). Особенно рационален такой способ при размещении

МСЗ и городских канализационных очистных сооружений на одной

площадке.

Известно (см. раздел II), что использование осадков биологичес-

кой очистки сточных вод более эффективно, если их подвергают тер-

мической сушке. В табл.

IV. 11

приведены некоторые показатели, ха-

рактеризующие OCB и ТБО.

Вариант обезвреживания и переработки в одном и том же месте

ТБО и OCB с использованием тепла сжигания ТБО для сушки OCB

заслуживает самого серьезного внимания.

При сборе 0,7-1,5 кг ТБО с жителя в сутки и их теплотворности

6280-8400 кДж/кг (1500-2000 ккал/кг) от сжигания отходов можно

получить 4200-12600 кДж тепла или с учетом КПД установки 2900-

8800 кДж на жителя в сутки. Это удельное (на одного жителя) коли-

чество тепла в основном может покрыть тепловые потребности, не-

обходимые для сушки ОСВ.

При поступлении сброженного и уплотненного OCB в количе-

стве 1-2 л на жителя в сутки с влажностью 92% (что при современ-

ных уплотнителях вполне реально) для испарения влаги требуется

650-1300 ккал/сут в расчете на одного жителя. Если же учесть тепло

от сжигания высушенного осадка, то необходимые затраты тепла на

полную сушку OCB сокращаются до 2100-4800 кДж/сут. (500-1150

ккал/сут.).

Таким образом, испарение влаги OCB преимущественно за счет

использования тепла от сжигания ТБО вполне возможно. И только в

'762

Таблица

IV. Il

Сравнение OCB (после осаждения в отстойниках

уплотнения) и быто-

вых отходов

Показатели

Сырой осадок и

избыточный

активный ил,

2,5 л/(жигг. в сутки)

сырой сухой

Сброженный и

уплотненный ОСВ,

0,9 л/(жиг. в сутки)

сырой сухой

Бытовые

отходы,

0,7 кг/(жит.

в сутки)

сырой сухой

Влажность, %

96 92

Зольность, %

30 40

Горючие

составляющие, %

Теплотворность,

ккал/кг

3100 1В00 1500

2500

Углерод, %

1,5 33

1,8

18 28

Водород, % 5

2,3

3,5

Азот, %

0,3 3,5

0,25

0,4 0,6

Фосфор (P

0s),%

0,1 2 0,25 3

- -

Температура

плавления золы,

около 1100

около 1100 около 1200

очень неблагоприятных условиях, когда накопление отходов мало и

их теплотворность очень низка, для этой цели может потребоваться

дополнительное топливо.

Испарительная сушка OCB с использованием

качестве теп-

лоносителя дымовых газов МСЗ. Для сушки OCB могут быть ис-

пользованы схемы, в соответствии с которыми дымовые газы из МСЗ

направляют в испаритель, в котором их тепло передают через стенку

ОСВ, после чего отработанные дымовые газы выбрасывают

атмос-

феру через трубу. Парогазовые продукты сушки транспортируют по

газоводу в топку печи МСЗ для выжигания дурнопахнущих органи-

ческих соединений. Подобная сушка OCB может быть организована

в увеличивающем производительность установки двухступенчатом

варианте.

Испарительная установка сушки OCB с использованием в

качестве теплоносителя получаемого на МСЗ пара. Для целей

сушки OCB возможно привлечение технологических схем с исполь-

зованием в качестве теплоносителя пара, подаваемого от парогене-

ратора МСЗ в двухступенчатую испарительную установку. Дымовые

газы из печи направляют в парогенератор и затем через трубу выбра-

сывают в атмосферу. Насыщенный пар направляют в паровой отсек

испарителя. После того, как пар сконденсируется, конденсат по тру-

бе перекачивают в парогенератор.

'763

Вопросы для повторения

1. Какие факторы влияют

на

выбор схемы утилизации тепла при ра-

боте МСЗ?

2. Каков предел продолжительности работы агрегатов сжигания ТБО

в нормальных условиях эксплуатации?

3. От каких факторов зависят капзатраты на строительство МСЗ?

4. К чему сводятся условия круглогодичного потребления тепла, вы-

рабатываемого МСЗ?

5. Каковы возможные направления использования тепла, вырабаты-

ваемого МСЗ?

Глава

22.

Охрана окружающей среды при

эксплуатации МСЗ

Функционирование МСЗ, эксплуатирующих охарактеризованные

выше

технологии и

по

своему существу представляющих собой пред-

приятия природоохранного профиля, сопровождается различного

уровня негативным воздействием на биосферу. Это воздействие в

наибольшей степени связано с дымовыми газами и твердыми про-

дуктами термической переработки ТБО. Ниже освещен круг наибо-

лее важных сведений, касающихся такого воздействия, и мероприя-

тий, связанных с его минимизацией и упразднением.

22.1. Очистка дымовых газов МСЗ

В большинстве стран основными источниками загрязнения воз-

душного бассейна городов являются процессы сжигания различных

топлив в топках теплоэнергетических агрегатов и выхлопные газы

автотранспорта. В качестве основного показателя санитарного со-

стояния атмосферного воздуха принято содержание в нем поступаю-

щих с выбросами названных источников твердых частиц (сажы, ле-

тучей золы), сернистого SO

и серного SO

ангидридов, оксидов азо-

та NO

и оксида углерода СО.

Характеристика дымовых газов МСЗ. В составе дымовых га-

зов МСЗ, помимо названных выше взвешенных веществ и оксидов,

могут присутствовать при наличии в сжигаемых ТБО хлор- и фтор-

содержащих компонентов (в частности, в массе некоторых пластмас-

совых отходов) хлорид водорода HCI и фторид водорода HF. Наря-

ду с этим, отходящие газы МСЗ отличаются от дымовых газов энер-

гетических установок, работающих на природном топливе, высоким

'764

(от 10 до 20 %) содержанием водяных паров, что обусловлено значи-

тельной влажностью ТБО. Среди загрязняющих дымовые газы МСЗ

веществ могут присутствовать также полихлордибензодиоксины

(ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ).

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха на уровне

дыхания

человека выбросами вредных веществ промышленных пред-

приятий и котельных в нашей стране определяют по величине кон-

центрации вредности (загрязнения) при неблагоприятных метеоро-

логических условиях, значение которой не должно превышать мак-

симальной разовой предельно допустимой концентрации.

В ФРГ и странах ЕЭС в 1989 г. введены также (табл.

IV.

12) весь-

ма жесткие нормы содержания вредных веществ в дымовых газах

МСЗ (после газоочистных устройств).

Результаты прямых аналитических определений свидетельству-

ют, что содержание вредных веществ в выбросах из дымовых труб

МСЗ (при отсутствии газоочистного оборудования) превышает оха-

рактеризованные выше нормативы в 3-200 раз в зависимости от со-

Таблица1У.12

Регламентируемые содержания вредных примесей в выбрасываемых в

атмосферу дымовых газах инсинераторов стран ЕЭС

Компонент

Регламентируемое содержание, мг/нм

Пыль 30,0

Диоксид серы 100,0

Оксид углерода 50,0

Оксиды азота

300,0

Хлорид водорода

10,0

Фторид водорода

1.0

Тяжелые металлы:

Кадмий (Cd) и таллий (Tl)

0,1

Ртуть (Hg)

0,1

Сумма тяжелых металлов:

сурьма (Sb), мышьяк (As), свинец (Pb), хром

(Cr), кобальт (Со), медь (Cu), магний (Mg),

никель (Ni), ванадий (V), олово (Sn) и их

соединения

1,0

'765

става сжигаемых отходов, конструкции печи и режима ее работы.

Дымовые газы отечественных МСЗ содержат от 1500 до 5000 мг/м

взвешенных частиц. Примерно такова же концентрация взвешенных

в дымовых газах МСЗ и других стран. Например, в США она со-

ставляет 2000-5555, в Германии — 1000-12000, в Японии — 1600-

4500 мг/м

Имеющие место в практике газоочистки концентрации загрязня-

ющих компонентов в выбрасываемых в атмосферу отходящих газах

МСЗ характеризуются данными табл.

IV.

13.

Необходимо отметить, что МСЗ не являются крупными (по срав-

нению с предприятиями теплоэнергетики, функционирующими на

твердом и жидком топливе) источниками загрязнения атмосферного

воздуха оксидами серы из-за сравнительно малого ее содержания в

ТБО

— 0,05-0,3

% от

общей

массы

(содержание

серы в

мазутах, слан-

цах и подмосковных углях составляет соответственно 0,5-5, 3-4 и

2,5-4%). Кроме того, при сжигании ТБО часть ее переходит в суль-

фаты, остающиеся в шлаке.

Таблица IV. 13

Содержание (в мг/м

) токсичных примесей в очищенных в электрофильт-

рах дымовых газах МСЗ

Компонент

Содержание

Летучая зола (нетоксичная пыль)

120-220

30-180

10 -160

СО

140-250

HCI

10-210

0,07-3,0

Формальдегид

0,0007 - 0,001

Хлорорганика

100 -120

Сложные эфиры (бугилацетат)

1,9-6,4

Сумма карбоновых кислот

25-49

Спирты (бутиловый спирт)

11,3-24,8

Ацетон

0,87-1,85

Смолистые соединения

5-0

'766

Содержание оксидов азота в дымовых газах МСЗ определяется

температурой в топках соответствующих агрегатов, обычно находя-

щейся в интервале 850-IOOO

C, в то время как интенсивное образо-

вание оксидов азота имеет место при температурах выше 1100°С.

Среди других газообразных токсикантов дымовых газов МСЗ

следует отметить альдегиды и органические кислоты, образующиеся

при неполном окислении пищевых отходов, жиров, масел и некото-

рых других компонентов ТБО. Кроме того, следует иметь в виду воз-

можность поступления

окружающую среду при сжигании

ТБО

кан-

церогенных веществ. Наиболее известными в настоящее время блас-

томогенными углеводородами являются бенз(а)-пирен, бенз(е)-пирен,

бенз(а)-антрацен, керонен, фенантрен и пирен. Однако

с учетом

улав-

ливания современными пылеулавливающими устройствами до 99%

летучей золы, сорбирующей названные канцерогены, а также ее рас-

сеивания через дымовые трубы концентрация этих веществ в при-

земном слое воздуха оказывается существенно меньшей величин

действующих ПДК.

Кроме указанных загрязняющих веществ, в дымовых газах МСЗ

присутствуют аммиак, озон и некоторые другие вредные вещества,

но их количества крайне незначительны.

Сложной проблемой при сжигании ТБО является образование

диоксинов и фуранов.

Органическая химия насчитывает 75 соединений класса ПХДД

и 135 соединений класса ПХДФ. Эти соединения можно встретить

во многих искусственно полученных продуктах, таких как средства

защиты растений (пестициды, гербициды), а также в минимальных

количествах в изделиях, технология которых способствует образова-

нию ПХДД и ПХДФ.

2,3,7,7-ПХДД при нормальных условиях представляет собой

твердое вещество с молекулярной массой 321,8, имеющее темпера-

туру плавления 303-3 05

C и растворимость в воде 0,2 мкг-л

-1

. Оно

устойчиво в процессах оксидации и редукции, инертно к кислотам и

щелочам, является стабильным до определенного уровня темпера-

тур. При температуре 600°С начинает разлагаться, а при выдержке

более 3 с при температуре свыше IOOO

C полностью распадается.

Источником образования диоксинов являются химические про-

цессы сжигания и термообработки сырья, содержащего хлорирован-

ные углеводороды, реализуемые на электростанциях, сжигающих

бурый уголь, каменный уголь и мазут, мусоросжигательных заводах,

установках огневого обезвреживания ряда промышленных и специ-

'767

фичных отходов, а также работающие бензиновые и дизельные дви-

гатели, процессы жарения и копчения, сжигания древесины, топлив-

ных брикетов, кокса, масел, различные виды пожаров, включая воз-

горания электрических трансформаторов, заполненных маслами,

содержащими полихлорированные бифенилы. Кроме того, доказа-

но, что смет на улицах крупных городов содержит диоксины.

Необходимо отметить, что обнаружение диоксинов весьма зат-

руднено, так как обычно речь идет об их количествах, измеряемых

нано- и пикограммами на единицу массы или объема. Например,

содержание (в пг/г) 2,3,7,8-ПХДД составляет в саже выхлопных

газов бензиновых двигателей — 3, в саже выхлопных газов дизель-

ных двигателей — 1-4, в саже дымоходов отопительных печей — 1-

100, в пепле сигарет — 1, в смете городских улиц — 6-50.

ТБО содержат как диоксины (например, в составе отработанных

масел и некоторых других веществ), так и вещества, из которых мо-

гут образовываться диоксины при охлаждении дымовых газов после

сжигания отходов. Такими веществами являются, в частности, ПХВ,

уголь, древесина,

NaCl,

HCl. Образующийся

при

сжигании

ТБО

шлак

вследствие избытка воздуха и быстрого охлаждения не содержит

диоксинов. Охлаждаемые же дымовые

газы

уже при 450°С содержат

диоксины, фиксируемые золой-уносом. Кроме того, зола-унос содер-

жит тяжелые металлы. В этой связи улавливаемую из отходящих га-

зов МСЗ золу необходимо складировать в отвалах, защищенных от

воздействия влаги и ветра, или подвергать специальной обработке

(переводя, в частности, в связанную и нерастворимую форму, на-

пример, путем остекловывания).

Проведенные в ФРГ и у нас в стране исследования показали, что

электрофильтры систем газоочистуки МСЗ могут в среднем уловить

90% ПХДД и ПХДФ, образовавшихся при охлаждении дымовых га-

зов и адсорбированных летучей золой. Согласно количественным

оценкам, выполненным на мусоросжигательном заводе г. Бимфельд

(ФРГ), можно ожидать образования 2,3,7,8-ПХДД в количестве 5 мкг

на 1 т отходов. Зная этот удельный показатель, можно прогнозиро-

вать количество диоксинов, а также возможное загрязнение окружа-

ющей среды. При сжигании 15 т/час отходов образуется 75 мкг ди-

оксинов. При сжигании

т ТБО образуется 300 кг шлака, 30 кг золы

и 6000 нм

дымовых газов. Следовательно, масса диоксинов в золе

составляет 61,5 мкг, а в дымовых газах — 13,5 мкг, а их концентра-

ции соответственно 0,136 мкг/кг и 0,00015 мкг/нм

Для отечественных МСЗ, оснащенных котлами производитель-

'768

ностью 15 т/ч сжигаемых отходов, принята производительность 2x13,

3x15 и 4x15 т/ч

-1

. Предполагая, что годовое использование котлоаг-

регата осуществляют

течение 6500 часов, можно считать, что коли-

чество образующихся диоксинов на МСЗ указанной производитель-

ности составляет соответственно 975000, 1462500 и 1950000 мкг.

При этом зола фиксирует 82%, а с дымовыми газами эвакуируют в

атмосферу соответственно 175500, 263250 и 351000 мкг диоксинов в

год. Согласно таким оценкам, мусоросжигательный завод в г. Мур-

манске выбрасывает 0,175

диоксинов

год,

каждый из МСЗ Харь-

кова и Киева — 0,263 и 0,351 г/год соответственно.

Исходя из тех же предпосылок, можно оценить выброс в атмос-

феру диоксинов, например, МСЗ ФРГ, где ежегодно сжигают 8 млн. т

ТБО. При образовании 40 г диоксинов в год и адсорбции 82% их

массы улавливаемой золой годовое поступление в атмосферу состав-

ляет 7,2 г.

Изложенное свидетельствует, что речь идет о весьма ничтожных

количествах диоксинов, содержащихся

тысячах тонн золы и рассе-

иваемых с миллионами м

дымовых газов, что, несомненно, практи-

чески не может представить сколь-либо существенной опасности для

населения.

Унос твердых частиц из топки возрастает при интенсификации

шуровочного процесса

замене естесственной тяги принудительной.

Перегрузки по сырью также могут приводить к значительному воз-

растанию уноса из топки, величина которого зависит от типа и конст-

Таблица1К14

Химический состав летучей золы отечественных

МСЗ

Компонент

Содержание, % масс.

Диоксид кремния, SiO

30-40

Оксид алюминия, AbO

15-20

Оксид железа, Fe

7-30

Оксид кальция, CaO 8- 18

Оксид магния, MgO

1-3

Серный ангидрид, SO

3-7

Оксид калия, K

O 2-4

Оксид натрия, Na

0,5-1,5

Диоксид титана, TiO

1-1,5

'769

рукции колосниковой решетки. Чем совершеннее организован про-

цесс сжигания в топке, тем меньше запыленность уходящих дымо-

вых газов и мельче взвешенные в них частицы.

Для выбора средств и систем золоулавливания большое значение

имеют

плотность подлежащих улавливанию частиц, их удельное элек-

трическое сопротивление, дисперсный и химический составы. Дан-

ные табл.

IV. 14

представляют информацию о последней из назван-

ных характеристик.

С сопоставительной целью представляет несомненный интерес

и приведенная в табл.

IV. 15

информация о составе золы инсинера-

ционных предприятий Германии.

Приемы очистки дымовых газов МСЗ. В практике очистки

дымовых газов МСЗ обычно реализуют совокупность приемов, оха-

рактеризованных в разделе I настоящего учебника. Конкретные тех-

нологии, реализуемые с этой целью, определяются используемыми

способами сжигания ТБО и в определенной степени характеризуют-

ся данными рис. IV-13, IV-19, IV-21- IV.23, IV-27 и IV-29. К общим

особенностям таких технологий следует отнести раздельное исполь-

зование физико-химических операций связывания или разрушения

парогазообразных токсикантов (собственно газоочистки) и физико-

механических

или

электрофизических операций извлечения взвешен-

ных (пылеулавливания), наличие стадии дожигания и стремление

избежать образования сточных вод путем ухода от "мокрых" и ис-

пользования лишь "сухих" и

"полусухих"

приемов. В некоторых тех-

нологиях используют закалку (быстрое охлаждение) дымовых газов

с целью минимизации и предотвращения образования вторичных

диоксинов.

В качестве иллюстративного примера ниже охарактеризована

технология обезвреживания дымовых газов, образующихся при

сжигании ТБО в соответствии с вариантом процесса "Пироксэл"

(рис. IV-30), несколько отличным от такового, представленного на

рис. FV-22.

По этой технологии обработку эвакуируемых из блока термичес-

кой переработки ТБО (поз. 2-4) дымовых газов реализуют с исполь-

зованием приемов термохимического обезвреживания по принципу

реагентной очистки в трехступенчатом реакторе (поз. 5-7).

В первой по направлению движения дымовых газов ступени

(поз. 5) этого реактора дожигают содержащиеся в них остаточный

углерод и оксид углерода. С этой целью здесь поддерживают темпе-

ратуру на уровне 1200°С, подавая в камеру дожигания воздушное

'770

Таблица

IV. 15

Данные спектрального анализа летучей золы мусоросжигающих заводов

Германии

Компонент

Общее содержание,

мг/кг

Содержание раствори-

мой части, мг/кг

Диоксид кремния, SiO

197700

400

Оксид алюминия, Ah

Оэ

120900

400

Оксид железа,

68000

400

Оксид кальция, CaO

110700

21100

Оксид магния, MgO

16700

2200

Триоксид серы, SO3 159200 101000

Оксид калия, K

O 71000

44100

Оксид натрия, Na

64900

27000

Диоксид THTaHa

TiO

7500

100

Оксид свинца, PbO

20100

Оксид цинка, ZnO

60200

37000

Пентооксид фосфора, P

12500

Менее 50

Кадмий, Cd

505 346

Хром Cr

371

Медь Cu

1450 72

PTyrbHg

133

0,2

Стронций Sr

287 85

Прочие

108054

дутье и (в случае переработки низкокалорийных отходов) природ-

ный газ. Здесь же реализуют обезвреживание (до остаточной кон-

центрации 0,1 нг/нм

) как содержащихся в поступающих на перера-

ботку ТБО, так и синтезируемых в блоке головных технологических

агрегатов диоксинов за счет обеспечивающего возможность эффек-

тивного проведения обезвреживания сочетания температурного

(1200°С), окислительного (содержание кислорода более 3%) и вре-

менного (время пребывания дымовых газов в этих условиях не ме-

нее 2 с) факторов.

Содержащиеся в дымовых газах кислые компоненты в виде HCl