Экологические проблемы утилизации твердых бытовых отходов

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 SO2; 

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 SO2; 

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.