Экологические проблемы утилизации твердых бытовых отходов

Реферат выполнила Плетнёва Елена Алексеевна, группа Т 13

Московский государственный университет инженерной экологии

Москва

2003 г

Как удалить мусор! Пневмотранспорт мусора

Ствол мусоропровода при этом заканчивается в специальной вентиляционной камере и через шиберный клапан соединяется с патрубком.

Поэтому в больших городах целесообразней использовать пневмотранспортные системы.

Компостирование

Для компостирования, то есть биотермической переработки легкогниющих веществ в органическое гумусообразное удобрение, необходимо три момента: сырьё, аэробные микробы и время.

Ещё один способ

Этот способ обезвреживания состоит в складировании мусора в специально отведенных местах. Если обычная свалка – потенциальный источник пожаров, очаг заразы, обиталище крыс и мух, то полигон – надежное в санитарном отношении место, обеспечивающее обеззараживание и захоронение бытовых отходов.

Основанием полигона служит достаточно большая площадка, обязательно с водонепроницаемым основанием.

Мусор в печь

Есть мнение, что наиболее гигиеничный способ уничтожения мусора состоит в его сжигании. Но при этом необходимо очищать выделяющиеся при сгорании газы и утилизировать выделяющееся тепло.

Немного из истории

Первые работы по утилизации тепла, возникшего при сжигании мусора, были проведены в Англии, в городе Ольдгейме. К “мусоросжигательному заведению” была пристроена электростанция. Вся полученная энергия использовалась для обслуживания самого заведения. Внимание работам по гигиене городов уделяли многие видные ученые. Л. Пастер и Э. Кох помогли оценить опасность разложения отбросов. Д.И. Менделеев интересовался утилизацией промышленных отходов и написал статью “Отбросы” в энциклопедический словарь Брокгауза и Эфрона.

Первый в России специализированный завод по сжиганию мусора был построен в Москве. Первую продукцию завод выпустил в 1975 году.

Таблица 1

Содержание химических элементов в продуктах сжигания твердых бытовых отходов

Элемент	Выбросы в воздух		Летучая зона
	Содержание, %	Коэф. концентрации	Содержание, %	Коэф. Концентрации
Висмут	0,0003 – 0,0013	300 – 1300	0,01	10000
Серебро	0,0006 – 0,0021	86 – 300	0,003 – 0,01	430 – 1430
Олово	0,02 – 0,18	80 – 720	0,22 – 0,3	880 – 1200
Свинец	0,155 – 0,186	97 – 116	0,45 – 1	281 – 625
Кадмий	0,0005 – 0,0012	38 – 923	0,005 – 0,01	380 – 770
Сурьма	0,003 – 0,009	60 – 180	0,01 – 0,02	200 – 400
Медь	0,15 – 0,4	32 – 85	0,07 – 0,3	15 – 64
Цинк	0,18 – 0,56	22 – 68	1 – 3	120 – 360
Хром	0.06 – 0,16	7 – 20	0,08 – 0,6	10 – 200
Ртуть	0,0000 – 0,00009	5 – 10	-	-

Токсические металлы выбрасываются в виде солей или оксидов, то есть в устойчивом виде, и могут лежать неопределенное число лет, накапливаясь постепенно, с пылью поступают в организм человека. Поэтому нормы ПДК могут оказаться неприменимыми к таким выбросам.

Другим источником загрязнения являются продукты неполного сгорания. Их список насчитывает свыше ста идентифицированных опасных веществ. Среди них и углеводороды (в том числе и ароматические), их хлорированные производные, токсичные фенолы и хлорфенолы, бром- и азотзамещенные вещества и полихлорированные дибензодиоксины. В число микрозагрязнений входят вещества крайне токсичные и крайне опасные для здоровья. К примеру, полиароматические углеводороды проявляют свои токсические свойства уже при столь малых концентрациях, что микроколичества их в газах МСЗ являются крайне опасными. Для отравления достаточно долей нанограмма в кубометре

Самыми опасными из продуктов неполного сгорания являются “диоксины”: смесь полихлордибензо-пара-диоксинов и полихлордибензофуранов. Т.к. диоксины очень хорошо адсорбируются, они почти полностью связаны с частицами пыли. Исследования, волос и крови сотрудников МСЗ показали, что их токсичность в 3,7 раза выше контроля. В Японии, неподалеку от МСЗ, была выявлена зона с высокими показателями смертности от рака: в зоне до 1.1 км к югу от завода из 57 умерших в течение1985 – 1995 годов 24 умерли от рака (42%), в зоне от 1,1 до 2 км из 167 умерших только 34 умерли от рака (20%). Последняя цифра близка к среднему показателю региона (25 – 28%). Тяжелые частицы, несущие диоксины выпадают в зоне, прилегающей к трубе, но даже на расстоянии 24 км хорошо прослеживается диоксиновое загрязнение.

В нелетальных дозах диоксин вызывает тяжелые специфические заболевания. У высокочувствительных особей первоначально появляется заболевание кожи - хлоракне (поражение сальных желез, сопровождающееся дерматитами и образованием долго незаживающих язв), причем у людей хлоракне может проявляться снова и снова даже через многие годы после излечения. Более сильное поражение диоксином приводит к нарушению обмена порфиринов - важных предшественников гемоглобина и простетических групп железосодержащих ферментов (цитохромов). Порфирия - так называется это заболевание - проявляется в повышенной фоточувствительности кожи: она становится хрупкой, покрывается многочисленными микропузырьками.

“Летучая зола”

Диоксины образуются в зоне охлаждения, часть из них попадают в летучую золу (“золу уноса”) – ту пыль, которая осаждается на фильтрах. В ней содержатся не только диоксины, но и еще множество опасных веществ.

Загрязнение твердых отходов

К таким отходам относятся шлаки, летучая зола и отходы с фильтров очистки воздуха.

Шлаков образуется около тонны на 3 – 4 тонны мусора. Стоимость захоронения обычного мусора 23 доллара, тонны опасных отходов – 210 долларов. Так как диоксины весьма устойчивы, все бордюрные камни и плиты из шлаков будут токсичны многие десятилетия.

Таблица 2

Содержание семи токсичных металлов в блоках из цемента, в смешанных блоках (с добавлением летучей золы, с добавлением смеси летучей золы и шлаков МСЗ)

Токсичный металл	Блоки с добавками летучей золы	Блоки со шлаком и летучей золой	Обычные цементные блоки	Портланд-цемент
Цинк	18618	4482	53	29
Свинец	7278	5137	4	1
Медь	606	4668	13	9
Никель	78	109	47	18
Хром	190	146	31	38
Кадмий	731	44	0,26	0,04
Мышьяк	73	5	33	2

Загрязнение воды

Таблица 3

Исследования воды реки Doe Lea, на берегу которой расположен сжигатель опасных отходов.

Англия март 1992г

Расстояние от выпуска сточных вод в Doe Lea	Диоксины	Фураны
1 км выше выпуска	0,02	0,003
40 м выше выпуска	0,03	0,004
40 м ниже выпуска	13,0	12,0
1,2 км ниже выпуска	79,0	5,7
1,5 км ниже выпуска	97,0	9,4

Сточных вод в среднем образуется 2,5 м³ но тону сжигаемых отходов. Эта вода сильно загрязнена солями и токсичными металлами. Она всегда или сильнощелочная или сильно кислая. В том и другом случаи требует специальной обработки.

Таблица 4

Содержание загрязнений в сточных водах МСЗ

Загрязнение	Вода из скруббера отходящих газов	Вода охлаждения шлаков
PH	0.95	8.8
Cl	12900	1540
SO2	502	590
F	52	1.7
Cr	0.69	0.10
Cu	1.28	0.26
Ni	3.7	0.25
Zn	14.1	1.8
Cd	0.46	0.15
Pb	6.8	0.80
Hg	6.6	0.038

Следует заметить, что один анализ на диоксины в 1993 году в России стоил 5 тысяч долларов. Сейчас эта цена незначительно снизилась. Но, так как у большинства государств нет денег на регулярное проведение подобных анализов на мусороперерабатывающих заводах, о составе выбросов, ежедневно поступающих в атмосферу и гидросферу из труб реальных предприятий, можно только догадываться.

Способ переработки горючих отходов, основанный на газификации в сверхадиабатическом режиме

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

Предлагаемые технологии термической переработки основаны на двухстадийной схеме. На первой стадии перерабатываемый материал подвергается паровоздушной газификации в сверхадиабатическом режиме горения.

Схема процесса термической переработки горючих отходов с получением тепловой и электрической энергии

Газификацию осуществляют в реакторе-газификаторе шахтного типа при реализации сверхадиабатического режима горения в “плотном” слое.

Преимущества по сравнению с методами прямого сжигания

Процесс термической переработки горючих отходов с получением тепловой и электрической энергии перед прямым сжиганием имеет следующие преимущества:

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

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

в некоторых случаях, когда необходимо проводить очистку газовых выбросов от соединений серы, хлора или фтора, пыли, паров ртути, очищать продукт-газ оказывается проще, чем дымовые газы, благодаря низкой температуре, меньшему объему и более высокой концентрации загрязнителей; кроме того, сера присутствует в продукт-газе в восстановленных формах (H₂S, COS), которые много проще поглотить, чем SO_2;

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

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

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

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

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

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

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

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

в некоторых случаях, когда необходимо проводить очистку газовых выбросов от соединений серы, хлора или фтора, пыли, паров ртути, очищать продукт-газ оказывается проще, чем дымовые газы, благодаря низкой температуре, меньшему объему и более высокой концентрации загрязнителей; кроме того, сера присутствует в продукт-газе в восстановленных формах (H₂S, COS), которые много проще поглотить, чем SO_2;

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

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

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

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

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

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

Технологии, использующие процесс газификации, разработанные в институте химической физики РАН и запатентованные в России и за рубежом.

Газификации низкосортных углей и угольных отходов с получением энергетического газа.

Переработки изношенных шин и резинотехнических изделий с получением металлокорда, порошка окиси цинка, нефтеподобного пиролизного масла и горючего газа.

Переработки древесных отходов и отходов целлюлозно-бумажной промышленности (в т.ч. лигнина) с получением энергетического газа и пиролизных смол.

Утилизации нефтеотходов и нефтешламов.

Сжигания твердых бытовых отходов.

Сжигания ила биологической очистки канализационных стоков.

Обезвреживания ряда промышленных отходов, в том числе лакокрасочных отходов, отходов полимеров, отработанных фильтров, промасленных опилок и ветоши, отходов химического производства.

Экологически чистого сжигания больничных отходов непосредственно в больницах.

Сжигание биомассы для получения энергии.

Список литературы

И. Коган. - “Мусор – проблема физико-химическая”, “Наука и жизнь”, 1990 г, № 7, с33 - 38.

В.В.Разнощик. –“Огнем и микробами” 1976 г, Москва – Стройиздат . 94стр

С.С.Юфит.- “Яды вокруг нас” 2002 г Классикс Стиль.

С.Дивилов – “Куда девать отходы”, “Наука и жизнь” 1978г №7 стр78 – 81

“Свалка на подстилке”, “Асфальт служит дважды”, “Облицовка из отходов”, “Цветные металлы из мусора” БИНИТИ, “Наука и жизнь” 1978 г №7 стр82 – 83

“Бионер” БИНИТИ, “Наука и жизнь” 1987 г № 11.

“О переработке автомобильных шин во Франции” www:///C:/rus/map.htm БИКИ 27.03.2003

Беляков В.И., Дегтерев С.Н. “Способ переработки твердых бытовых отходов в компост” Дата публикации: www:///C:/rus/map.htm 23 сентября 2003 Номер патента: 2210437 www:///C:/rus/map.htm

Г.Б. Манелис - “Способ переработки горючих отходов, основанный на газификации в сверхадиабатическом режиме” ,- доклад на "Всероссийском симпозиуме по горению и взрыву" , Черноголовка, 2000г.