Экологически чистые технологии переработки и обезвреживания отходов жизнедеятельности мегаполисов Environmentally Friendly Technologies for Waste Treatment and Disposal in Megapolises Н.П. Тарасова, В.А. Зайцев Институт химии и проблем устойчивого развития РХТУ им. Д.И. Менделеева Natalia P.Tarasova, Valentin A. Zaitsev Institute of Chemistry and Problems of Sustainable Development D.Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia

Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) – вечная проблема и с развитием человеческой цивилизации она становится все более актуальной. Ежегодно в России образуется свыше 130 млн. т ТБО, в Москве – около 3,5 млн. т. Количество ТБО на душу населения в разных странах мира составляет кг/год, в отдельных регионах России этот показатель уже достиг кг/год, в Москве – кг/год. Темпы роста ТБО в три раза превышают темпы роста численности населения: 4-6% против 1,5-2%. 2

Методы обезвреживания ТБО: 1. Вывоз на полигоны (свалки), 2. Термические методы (сжигание), 3. Компостирование. Но самый эффективный и дешевый способ переработки ТБО - это их селективный сбор и сепарация с последующим использованием выделенных фракций. 3

Основные проблемы сжигания: 1.Отсутствие предварительной сортировки утилизируемых и токсичных фракций; 2.Сложность систем газоочистки МСЗ; 3.Образование токсичной золы; 4.Практически отсутствие удовлетворительных методов промышленной переработки золы МСЗ. 4

Компонент Типичная концентрация в дымовых газах до очистки, мг/нм 3 Состав дымовых газов МСЗ 2, мг/нм 3 ПДКс.с., мг/нм 3 До очистки После очистки Летучая зола (пыль) ,1 HCl ,2 HF10400,70,005 SO ,05 NOx ,04 Hg0,2--0,0003 CdTl 2 (общая) -0,06 0,0003 (у каждого) Др. тяжелые металлы 50 (общая) -0,06 0,001 (в среднем у каждого) СО ,0 Органические вещества 100 (общая) 4,34, (бенз(а)-пирен) Диоксины и фураны (общая) 4,1* ,0 * , (общая) Содержание загрязняющих веществ в дымовых газах при мусоросжигании5

Состав золы и шлака МСЗ 2, % *Сумма тяжелых металлов (Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn+Cd+Tl) КомпонентыШлакЗола SiO 2 49,7-56,026,1-39,4 TiO 2 0,50,6-1,3 Al 2 O 3 10,7-11,86,1-9,3 Fe 2 O 3 3,9-4,94,4-4,8 CaO14,9-18,614,0-29,6 MgO1,5-1,72,3-2,6 K2OK2OK2OK2O1,4-1,92,6-7,1 Na 2 O 0,52,9-6,7 SO 3 2,9-4,93,9-10,7 Cl0,2-2,38,6-15,8 P2O5P2O5P2O5P2O55,5-6,71,3-6,9 Сумма тяжелых металлов* 0,60,7-1,6 6

Система газоочистки на МСЗ 2 г. Москвы Обозначения на схеме: 1 – приемное отделение; 2 – приемный бункер ТБО; 3 – котлоагрегат; 4, 5, 6 – отделение газоочистки; 7, 8 – шлаковое отделение; 9 – загрузка ТБО в печь. 7

Система газоочистки на МСЗ 3 г. Москвы Обозначения на схеме: 1 - распылительный абсорбер; 2 - растворный бак извести (и бикарбоната натрия); 3 - бункер извести; 4 - рукавный фильтр; 5 - емкость рециркуляции золы; 6 - бункер активированного угля; 7 - бункеры золы; 8 - парогазовый подогреватель; 9 - емкость аммиачной воды; 10 - установка СКВ оксидов азота; 11 -дымосос; 12 - насос; 13 - дымовая труба; 14 - оборудование для мониторинга вредных эмиссий.8

Система газоочистки на МСЗ 4 г. Москвы Обозначения на схеме: 1 - дымовые газы; 2 - циклон; 3 - распылительный абсорбер; 4 - смесительный резервуар; 5 - известь; 6 - гашеная известь; 7 - реактор летучего потока; 8 - смесь гашеной извести и активированного угля; 9 - рукавный фильтр; 10 - зола; 11 - силос золы и остатков после газоочистки; 12 - выгрузка золы и остатков после газоочистки для последующей отправки на переработку; 13 - дымосос, 14 - дымовая труба; 15 - система контроля за составом дымовых газов.9

Модифицированный вариант системы газоочистки Обозначения на схеме: 1 – абсорбер; 2 – емкость для приготовления рабочей суспензии известкового молока; 3 – емкость для приготовления рабочего раствора карбамида; 4 – емкость для сбора летучей золы; 5 – рукавный фильтр; 6 – адсорбер; 7 – рукавный фильтр; 8 – емкость для сбора отработанного активированного угля; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба. 10

Узел абсорбции 1. Мокро-сухой способ очистки. 2. Раздельная подача реагентов: из форсунок нижнего яруса распыляется суспензия Са(ОН) 2, а из форсунок верхнего яруса – раствор карбамида: термодинамическое и кинетическое обоснование; термодинамическое и кинетическое обоснование; экономия карбамида. экономия карбамида. 3. Распределение необходимого количества воды между растворами реагентов. 4. Повышение эффективности газоочистки за счет добавления рециркулируемой золы в суспензию Са(ОН) Величина точки росы дымовых газов позволяет далее использовать рукавный фильтр. Обозначения на схеме: 1 – колонна (корпус); 2 – форсунки для распыления суспензии; 3 – форсунки для распыления карбамида. 11

Эколого-экономический анализ Текущие расходы на реагенты в системе газоочистки Стоимость реагентов МСЗ 2 Модифицированный вариант Без поправки на заводской расход гашеной извести С поправкой на заводской расход гашеной извести Гашеная известь, руб./г Карбамид, руб./г Активированный уголь, руб./г Итого, руб./г Экономическая эффективность модифицированного варианта по сравнению с МСЗ 2, руб./г Предотвращенный экологический ущерб Суммарная эколого-экономическая эффективность модифицированного варианта – ( ) руб./г. Вариант Предотвращенный ущерб, млн.руб./г МСЗ Модифицированный вариант 3515 Разница84 12

Утилизация золы Схема утилизации золы на МСЗ 2: измельчение зол и шлаков; измельчение зол и шлаков; получение гранул; получение гранул; капсулирование гранул в оболочки из механоактивированного вяжущего и получение искусственного щебня; капсулирование гранул в оболочки из механоактивированного вяжущего и получение искусственного щебня; добавление искусственного щебня в изделия из бетона (бордюрный камень). добавление искусственного щебня в изделия из бетона (бордюрный камень). Себестоимость переработки 1 т золы МСЗ 2 – руб. Предлагаемые методы утилизации золы: обезвреживание золы при производстве цемента; обезвреживание золы при производстве цемента; обезвреживание золы при производстве строительной керамики (кирпич, керамзит, плитка). обезвреживание золы при производстве строительной керамики (кирпич, керамзит, плитка). 13

Выводы 1. Сжигание ТБО на МСЗ – более предпочтительный метод переработки и обезвреживания, нежели вывоз на полигон. 1. Сжигание ТБО на МСЗ – более предпочтительный метод переработки и обезвреживания, нежели вывоз на полигон. 2. Сжигание ТБО на МСЗ должно быть после предварительной сортировки от токсичных компонентов и утилизируемых фракций. 2. Сжигание ТБО на МСЗ должно быть после предварительной сортировки от токсичных компонентов и утилизируемых фракций. 3. Разработанный вариант системы газоочистки позволяет гарантированно очистить дымовые газы мусоросжигательных заводов до санитарных норм и сэкономить реагенты (карбамид, активированный уголь). 3. Разработанный вариант системы газоочистки позволяет гарантированно очистить дымовые газы мусоросжигательных заводов до санитарных норм и сэкономить реагенты (карбамид, активированный уголь). 4. Утилизация золы и шлаков в строительные материалы (цемент, кирпич, керамзит, плитка) является надежным, экологически обоснованным методом их обезвреживания. 4. Утилизация золы и шлаков в строительные материалы (цемент, кирпич, керамзит, плитка) является надежным, экологически обоснованным методом их обезвреживания. 5. Все предлагаемые технологические процессы безотходные и экологически обоснованные. 5. Все предлагаемые технологические процессы безотходные и экологически обоснованные. 14