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

Подождите немного. Документ загружается.

'771

Рис. IV-30. Аппаратурно-технологическая схема

устновки

ТПО-25 (техно-

логия

"Пироксэл"):

1 — бункер загрузочный; 2 — барабан; 3 — топка; 4 — печь

электрическая; 5 — камера дожигания; 6 — камера нейтрализации; 7 — камера

охладительная; 8 — воздухонагреватель; 9 — воздуходувка; 10 — скруббер; 11 —

фильтр; 12 — дымосос; 13 — труба дымовая; 14 — задвижка; 15 — бункер; 16 —

форсунка; 17 — реагентное хозяйство; 18 — байпас фильтра; 19 — гранупятор

HF, PjO

и SO

нейтрализуют химической их фиксацией при 1200-

IOOO

C во второй ступени (поз. 6) реактора путем впрыска в реакци-

онный объем

ее камеры водного

раствора Na

концентрацией 10%,

предусматривая 20%-ный избыток активного компонента относитель-

но

его стехиометрического количества. Остаточные концентрации при

этом составляют (в мг/м

) для SO

< 50, HCl < 10, HF < 1.

Обработка горячих (1000-850¾) дымовых газов на третьей сту-

пени их делгоксикации (эта ступень, отражаемая поз. 7 на рис. IV-30,

заменена на этом рисунке охладительной камерой, назначение кото-

рой охарактеризовано ниже) сводится к восстановлению содержа-

щихся в них оксидов азота карбамидом CO(NH

)

, инжектируемым

в рабочий объем камеры этой ступени в виде 1-1,5%-го водного ра-

створа из расчета обеспечения 20%-го избытка активного компонен-

та по отношению к стехиометрии соответствующих взаимодействий

(см. раздел I данного издания).

Охлаждение дымовых газов, прошедших обезвреживание в тер-

мохимическом реакторе, возможно по схемам "воздухоподогреватель

(рис. IV-30) — котел-утилизатор (рис. IV-22) — скруббер (рис. IV-30)",

''воздухоподогреватель — скруббер" (рис. IV-30) и "воздухоподогрева-

тель

— котел-утилизатор". Воздухоподогреватель (поз. 8 рис. IV-30) ис-

пользуют для нагрева до 300-400°С воздуха, направляемого в блок

'772

термической переработки ТБО. Рациональность использования кот-

ла-утилизатора (поз. 10 рис. IV-22) определяется сопоставлением и

сочетанием разнонаправленных факторов экономической целесооб-

разности производства пара или

горячей

воды, с одной стороны, и, с

другой стороны, необходимости предотвращения вторичного обра-

зования диоксинов в области температур 600-200°С, не обеспечива-

емой охлаждением дымовых

газов в

условиях котла-утилизатора. Рез-

кое охлаждение дымовых газов до 250-200°С, соответствующее на-

званной необходимости, обеспечивают в полом скруббере (поз. 10

рис. IV-30), где в них распиливают определенное, рассчитанное на

полное испарение количество воды.

Заключительной стадией очистки дымовых газов является их

обеспыливание (освобождение от золы-уноса и кристаллических со-

лей), реализуемое при 250-160°С в рукавных фильтрах из стекло-

ткани (поз. 11 рис. IV-22 и IV-30) и обеспечивающее степень извле-

чения взвешенных частиц выше 99,5%. Уловленную пыль золы-уно-

са, накапливающуюся в пылевых бункерах рукавных фильтров, пе-

риодически удаляют из них и отправляют на обезвреживание. Очи-

щенные и горячие дымовые газы выбрасывают через трубу в атмос-

феру.

22.2. Утилизация золошлаковых отходов МСЗ

При изучении свойств шлака и золы Харьковского МСЗ были

получены данные, представленные в табл.

IV.

16.

Прогнозируемые показатели качества золошлаковых остатков

сжигания ТБО с учетом улавливания загрязняющих веществ из ды-

мовых газов золой-уносом, а также в связи с недавно установлен-

ным наличием в золе канцерогенных и полихлорированцых углево-

дородов будут несколько отличаться

от

вышеуказанных. Однако класс

опасности золошлаковых отходов от этого не изменится. Золошлако-

вые отходы мусоросжигания в мелкодисперсном состоянии относят-

ся к III-му классу опасности (умеренно опасные).

Результаты исследования химического и минерального состава

золы сжигания ТБО свидетельствуют, что она обладает вяжущими

свойствами и может быть использована как цемент марки 100-200

или в качестве активной минеральной добавки в цемент взамен части

цемента, а также при производстве технического стекла. В последнем

случае шлак и золу МСЗ без дополнительной обработки подшихто-

вывают (добавляют) в количестве до 32% к шихте технических сте-

'773

Таблица

IV. 16

Характеристика золошлаковых отходов МСЗ г Харькова

По физико-механическим свойствам шлака

Зерновой состав (размер частиц)

-0,5 мм - 7,6 %

Зерновой состав (размер частиц)

-0,5--5 мм -85,1 %

Зерновой состав (размер частиц)

- 5 - -10 мм - 3,8 %

Зерновой состав (размер частиц)

более -10 мм - 3,5 %

Гравиметрическая плотность

0,83 - 0,92 г/см

Коэффициент теплопроводности

0,07-0,11 вт/(м-К)

По химическому составу оксидов в шлаке (%):

оксид кремния

62,2

оксид алюминия

9,15

оксид железа

2,7

оксид кальция

12,8

оксид магния

1,7

оксид иагрия

3,3

оксид калия

0,75

По

химическому составу тяжелых металлов

шлаке (%):

медь

0,12

цинк

0,40

свинец

0,06\

кадмий

0,001

сурьма

0,004

мышьяк 0,002

ртуть

0,00006

хром

0,024

никель

0,026

балласт (камни, щебень

др.) 6,763

По химическому составу содержания оксидов в золе (%):

оксид кальция

12,5

оксид магния 3

сумма оксидов калия и натрия

4,5

оксид кремния

40,25

оксид алюминия

оксид железа

оксид серы 4,75

По химическому составу тяжелых металлов

золе (%):

медь

0,05

цинк 0,69

свинец

0,14

кадмий

0,006

сурьма 0,015

мышьяк

0,003

ртуть 0,00015

хром

0,055

никель

0,05

'774

кол. Стекла со шлаком имеют черный цвет, стекла с золой — зеле-

ный.

Утилизация золошлаковых отходов мусоросжигания

строитель-

ной индустрии, возможная и по ряду других охарактеризованных

ниже направлений, способна улучшить экономические показатели

работы МСЗ, исключает необходимость изыскания и нерациональ-

ного использования земельных участков для их захоронения и по-

зволяет экономить достаточно дорогое и, как правило, дефицитное

природное сырье.

При использовании для производства асфальтобетона в качестве

добавок шлака Харьковского МСЗ получен материал, физико-меха-

нические свойства которого приведены в табл.

IV. 17.

Суть получения из рассматриваемых отходов гранулированных

шлаков и облицовочной плитки по одной из предложенных техноло-

гий заключается в их высокотемпературной обработке

элекгрошла-

ковой ванне.

С этой

целью

минеральную часть отходов

с помощью

системы транс-

портеров подают в шлаковую ванну, нагретую до температуры 1400-

1600°С, где ее плавят с образованием (расслоением вследствие различ-

ной плотности) из расплава в верхней части ванны шлака, а в ниж-

ней — металла, скапливающегося на поде шлаковой ванны электропе-

чи, нагрев которой осуществляют с помощью графитовых (угольных)

электродов. Через специальную

течку в расплав вводят флюсы для

обес-

печения нужного его состава, а также известняк для его вспенивания.

Через питающий барабан или течку возможна также подача ми-

неральных промотходов (например, мартеновского шлака), имею-

Та6аица1У.17

Свойства асфальтобетона (а/б) с добавкой шлака МСЗ г. Харькова

№

Показатели свойств

Требования

ГОСТ

9128-84

Опытный

образец а/б с

добавкой шлака

МСЗ

Опытный

образец

а/б с добавкой

шлака МСЗ через

год эксплуатации

Предел прочности при

стадии

РгоС,

МПа

2,2-2,5

2,3-3,65

3,12

Предел прочности

после длительного

водоснабжения, МПа

2,07-2,2

•ч

2,17-3,183 2,616

Набухание 0,5-0,7

0,3-0,6

0,782

Водонасыщение

1,0

1,6-3,6 1,623

'775

щих высокое содержание CaO и MgO и используемых

для

корректи-

ровки свойств шлака,

также до 16% FeO. Оксид железа используют

для окисления избыточного углерода и повышения выхода металла

(в тех случаях, когда это предусмотрено технологическим процессом).

Выделяющиеся дымовые газы собирают

подсводном простран-

стве печи и по дымоходу отводят в систему пылегазоочистки.

Плавильная ванна представляет собой футерованную изнутри

металлическую емкость, в боковой стенке которой устроены леточ-

ные отверстия для слива металла и шлака, а также отверстия для

устройства фурм воздушного дутья. Периодически выводимый из

ванны печи жидкий металл направляют в приемный желоб грануля-

ционной установки и небольшой струей сливают в грануляционный

бак, где образующиеся при распаде струи расплавленные частицы в

процессе их погружения в воду охлаждаются и затвердевают.

Жидкий шлак также периодически через летку и приемный же-

лоб подают в изложницу или гранулятор. В последнем за счет меха-

нического воздействия водоохлаждаемых лопастей вращаемого ба-

рабана струю шлака дробят, а затем в виде капель расплава по ох-

лаждаемым водой направляющим специального экрана транспорти-

руют в нижнюю часть медленно вращающегося и частично запол-

ненного водой барабана охладителя-обезвоживателя. Попадающие в

воду частицы шлака здесь еще более охлаждают и при помощи гори-

зонтальных перфорированных полок, расположенных внутри бара-

бана, вычерпывают из воды, одновременно обезвоживая их и подсу-

шивая за счет собственного остаточного тепла. Продуктом такой об-

работки шлакового расплава является гранулированный шлак.

При производстве облицовочной плитки расплав разливают в

формы, где охлаждают с получением изделий (плитки), направляе-

мых на склад готовой продукции.

В соответствии с несколько более простыми технологиями, прак-

тикуемыми на предприятиях теплоэнергетики и в металлургических

производствах (см. раздел III настоящего учебника), на основе шла-

ковых продуктов сжигания ТБО на МСЗ возможно получение шла-

кового щебня для дорожного строительства.

Шлак, образующийся из минеральной части термически перера-

батываемых ТБО, может быть сырьем для производства искусствен-

ного пористого гранулята, получившего фирменное название "Пи-

розит": из 1 т шлака (0,625 м

) может быть получено 3-4 м

этого

продукта с насыпной плотностью 250-330 кг/м

. Низкая величина

последней позволяет получать с использованием пирозита легкие

'776

бетоны (800-900 кг/м

) с высоким термическим сопротивлением или

использовать его в различных теплоизоляционных засыпках для ос-

нащения систем гидропоники и т.п.

Получаемый при реализации некоторых из охарактеризованных

выше технологий термической переработки ТБО расплавленный ме-

талл может быть использован

качестве вторичного в черной метал-

лургии или для более экономически целесообразного изготовления

весьма простым приемом металлофибры (металлических иголок ди-

аметром 0,3-2 мм и длиной 35-150 мм) для армирования бетонов

различного назначения.

Разработаны и более сложные и

настоящее время еще не реали-

зованные в сколь-либо значительных масштабах технологии произ-

водства на базе золошлаковых отходов МСЗ облицовочной керами-

ческой глазурованной плитки для стен и полов, а также керамичес-

кого строительного кирпича различных марок.

Вопросы для повторения

1. В чем проявляется отрицательное воздействие МСЗ на биосферу?

2. Какие вещества загрязняют дымовые газы инсинераторов?

3. Что является источником образования диоксинов и каковы усло-

вия их образования при сжигании ТБО и очистке дымовых газов?

4. Насколько велика опасность загрязнения биосферы диоксинами

при сжигании ТБО?

5. Чем опасна зола-унос МСЗ?

6. Каковы особенности газоочистки дымовых газов МСЗ?

7. Как можно использовать золошлаковые отходы МСЗ?

Глава 23. Аэробное компостирование ТБО

Компостирование представляет собой биохимический процесс

переработки способной к биотрансформации органической компо-

ненты

TBO

компост — продукт подобный гумусу. Компостирова-

ние проводят с использованием кислорода, то есть в аэробных усло-

виях. В отличие от анаэробного аэробное компостирование протека-

ет быстрее, при более высоких температурах и без запаха. Оно отли-

чается от естественного гниения или разложения отходов. Компос-

тирование осуществляют в основном с использованием мезофиль-

ных и термофильных бактерий.

Эффективность компостирования зависит от влажности отходов,

температуры, величины рН среды, потребности кислорода, углерод-

азотного баланса (отношения C/N) в отходах. Влажность отходов

'777

должна составлять 75-85%. Однако практически максимальное со-

держание влаги зависит от вида отходов. Например, для опилок и

стружек — 75-90%, для бумаги — 55-65%, для кухонных отбросов —

50-55% и т.д. Температура процесса зависит от вида микробов, осу-

ществляющих компостирование. Для мезофильных микробов она

равна 15-35, а для термофильных — 45-65°С. Оптимальный диапа-

зон рН для большинства бактерий находится в пределах 6-7,5.

Потребность

кислороде зависит от температуры процесса, влаж-

ности отходов, состава бактерий, природы отходов и степени аэра-

ции их воздухом. По некоторым данным, самое низкое потребление

кислорода составляет 1 мг 0

/(г ч) при температуре массы 30°С и ее

влажности 45%,

самое высокое - 13,6 мг О^г ч) -

при

температуре

C и влажности 56%.

Оптимальный предел отношения C/N в большинстве отходов в

процессе компостирования падает от 25 до 1. Чем больше углерод-

азотный баланс отклоняется от оптимального (особенно для верхне-

го предела), тем медленнее протекает процесс.

Компостирование проводят в длинных невысоких штабелях на

открытом воздухе или в заводских условиях в закрытых аппаратах

(биобарабанах). Основными стадиями компостирования на заводах

являются сортировка отходов, дробление направляемой на компос-

тирование их части, переработка последней в компост и хранение

(вызревание) компоста перед отправкой потребителям.

Штабели для компостирования на открытом воздухе формируют

из измельченных отходов. Они могут быть любой длины, но высота

их не превышает 1,5-2 м. Аэрацию осуществляют периодическим

перемешиванием материала. В результате организованного таким

образом перегнивания обеспечивают равномерное аэробное разло-

жение отходов и ускорение образования компоста. Перемешивание

устраняет анаэробное разложение материала, особенно при его боль-

шой влажности. Избыточная влажность может являться следствием

поступления дождевой воды. Частота перемешивания зависит от

влажности отходов. Чем выше влажность, тем больше частота пере-

мешивания. Чтобы компост не был влажным, предусматривают от-

вод избытка воды. В районах с частыми дождями над штабелями

сооружают крыши или другие укрытия.

Для улучшения аэрации вместо перемешивания иногда исполь-

зуют принудительную подачу воздуха снизу штабеля через слой от-

ходов.

При

этом измельченные отходы укладывают на сетки или пер-

форированные полы.

'778

Площадь земельного участка для приготовления и хранения ком-

поста из ТБО для района с населением в 100 тысяч человек должна

быть не менее 3,2-4,1 га.

В СНГ эксплуатируют девять (еще один находится

стадии стро-

ительства) мусороперерабатывающих заводов (МПЗ), работающих

по технологии аэробного биотермического компостирования. Пред-

варительно из отходов извлекают лом черных и цветных металлов,

которые можно использовать в качестве вторичного сырья в про-

мышленности. На МПЗ обеспечивают механизацию всех основных

технологических процессов и исключают непосредственный контакт

персонала с необезвреженными отходами.

МПЗ при всем разнообразии технологических и конструктивных

схем имеют оборудование для трех технологических операций, обес-

печивающих законченный цикл обезвреживания отходов: для при-

ема и предварительной подготовки отходов; биотермического аэроб-

ного компостирования; окончательной обработки и складирования

компоста. На комплексных заводах, кроме того, предусматривают

сжигание или пиролиз остатков (некомпостируемых фракций), об-

разующихся при предварительной и окончательной обработке отхо-

дов. В зависимости от принятого типоразмера биобарабана и числа

технологических линий МПЗ проектируют на производительность

от 60 до 200 тыс. т ТБО в год.

На МПЗ принята следующая последовательность технологичес-

ких операций. Прибывающие на завод мусоровозы взвешивают на

автомобильных весах и разгружают

приемный или резервный бун-

керы, оснащенные пластинчатыми питателями. Последние равномер-

но подают ТБО на ленточный конвейер и далее в биотермический

барабан.

В биотермическом барабане происходит механическое измельче-

ние (истирание) отходов и идет активный биотермический процесс,

при котором компостируемый материал саморазогревается до 55-

60°С, что способствует обезвреживанию материала. В биотермичес-

ком барабане материал находится около 48 часов.

Из биобарабана массу передают в грохот, где из нее отделяют

фракцию крупнее 45-60 мм, содержащую не поддающийся компос-

тированию материал. Из мелкой и крупной фракций извлекают чер-

ный и цветной металлолом. Фракции крупнее 45-60 мм направляют

на захоронение, сжигание или пиролиз, а мелкие — очищают в спе-

циальных сепараторах от стекла и полиэтиленовой пленки, а затем

'779

направляют на измельчение

дробилку и далее на площадку готовой

продукции, где складируют в штабели. По мере потребности ком-

пост из штабелей отправляют потребителям. Выделенный магнит-

ными сепараторами черный металлолом подают на пакетировочный

пресс, а затем в виде спрессованных блоков — на склад.

Аэробное компостирование

биобарабанах характеризуется пос-

ледовательно развивающимися во времени тремя фазами: фазой на-

растания температуры, стационарной фазой высоких температур и

фазой падения температуры.

Первая из них характеризуется усиленным размножением мезо-

фильных микроорганизмов, оптимальная температура развития ко-

торых составляет 25-30°С. Источником энергии для бактерий слу-

жат легко разлагаемые органические соединения, содержащиеся в

основном в пищевых отходах (сахар, органические кислоты, белки).

В процессе их жизнедеятельности выделяется тепловая энергия, спо-

собствующая нагреву компостируемой массы до темпер ат\р более

50°С.

Вторая фаза характеризуется развитием термофильных бактерий,

в результате жизнедеятельности которых увеличивается выделение

тепла, ускоряются процессы переработки ТБО в компост (повыше-

ние температуры на каждые 10°С интенсифицирует микробиологи-

ческие процессы в 2-3 раза)

Третья фаза — медленное падение температуры — свидетель-

ствует об исчерпании легкоразлагаемых органических соединений.

На этой стадии термофильная микрофлора переходит в состояние

спор, частично отмирая, а мезофильная — начинает вновь размно-

жаться благодаря тому, что обладает более разнообразной и мощной

ферментативной системой, при помощи которой разлагаются бо-

лее стойкие органические соединения (клетчатка и лигнин). При

обезвреживании бытовых отходов происходит

не только

распад орга-

нического вещества, но и его синтез — образование гуминовых со-

единений, улучшающих качество органического удобрения. Всего за

цикл аэробного биотермического компостирования содержание орга-

нического вещества в компостируемом материале снижается (по су-

хой массе) на 16-26%. Опыт эксплуатации МПЗ показал, что при

поступлении на завод ТБО с температу

рой

выше +5°С их обезвре-

живание и переработка осуществляются в биобарабанах за двое с\ -

ток. При поступлении ТБО с температурой менее +5

C для их обезв-

реживания и переработки требуется до 3-х суток. Непременным ус-

'780

ловием обезвреживания ТБО в биобарабанах является экспозиция

компостируемой массы не менее 12 часов при температуре более

0°С.

Требующаяся для биотермического процесса микрофлора имеет-

ся в необходимых количествах в ТБО. Активизацию ее жизнедея-

тельности обеспечивают за счет перемешивания ТБО при вращении

биобарабанов и аэрации компостируемой массы.

В настоящее время на действующих заводах практикуют два ре-

жима вращения биобарабанов: вращение в течение 12 часов со ско-

ростью 1,1 об/мин, обеспечивающее загрузку и выгрузку, и последу-

ющее вращение в остальные 12 часов со скоростью 0,2-0,3 об/мин,

обеспечивающее перемешивание компостируемой массы. Недостат-

ком первого режима вращения является повышенная энергоемкость

процесса, являющаяся следствием несоответствия производительно-

сти биобарабанов таковой последующего в технологической цепи

оборудования.

Для

обеспечения оптимальных условий жизнедеятельности аэроб-

ной микрофлоры

биобарабаны необходимо подавать воздух из рас-

чета 0,2-0,6 м

на

кг обезвреживаемых ТБО. В процессе аэробного

разложения выделяются диоксид углерода и вода.

Биотермическое аэробное компостирование может сопровождать-

ся

очаговым анаэробным процессом. Анаэробные явления могут

быть

связаны с недостаточной аэрацией отдельных зон биобарабанов или

длительным складированием ТБО до их подачи в биобарабаны. В

процессе анаэробного разложения выделяется индол, скатол и серо-

водород.

Аэрация наряду с интенсивным перемешиванием и измельчени-

ем материала способствует ликвидации анаэробных зон. Аэрация

способствует также снижению влажности компостируемого матери-

ала, что важно для последующих грохочения, сепарации и дробле-

ния компоста, которые наиболее эффективно осуществляются на

материале с влажностью не более 50%.

В зимний период с целью снижения потерь тепла в биобарабаны

подают минимальное количество воздуха — 0,2-0,3 м

на 1 кг пе-

рерабатываемого материала, а в осенний период — подачу воздуха

увеличивают до 0,3 м

на 1 кг материала.

В процессе обезвреживания ТБО в биобарабанах увеличивается

их плотность за счет истирания бумаги, картона и пищевых отходов.

В биобарабан поступают ТБО плотностью 160-230 кг/м

у разгру-