Переработка твердых бытовых отходов (ТБО)

Переработка твердых бытовых отходов (ТБО)

Ситуацию по обращению с ТБО в Украине уже давно можно назвать критической — ведь метод захоронения мусора на полигонах и свалках, которым повсеместно пользуются в странах бывшего Советского Союза, приводит к интенсивному загрязнению почвы, воздуха, поверхностных и грунтовых вод. При естественном разложении отходов образуется пыль, насыщенная микроорганизмами, а также высокотоксичные и пожароопасные вещества. К тому же, при захоронении не используется сырьевая и энергетическая ценность ТБО. Сегодня, из всей массы мусора, в Украине сжигается лишь 4% ТБО. Уже несколько лет в нашей стране пытаются внедрить практику раздельного сбора мусора для удобства его дальнейшей переработки, однако, как показывает опыт, этот проект если и удастся, то не так скоро, как этого хотелось бы.

В связи с этим ГП «УкрНТЦ «Энергосталь» предлагает решать проблему утилизации несортированных бытовых отходов и частично промышленных отходов путем создания предприятий по комплексной переработке ТБО, обеспечивающих извлечение ценных товарно-сырьевых ресурсов (металлов, макулатуры, стекла) и сжигание остатков с получением тепловой и электроэнергии. Такие предприятия мы создаем «под ключ», то есть выполняем весь спектр работ — от инженерных, геологических, геодезических изысканий до ввода в эксплуатацию и обучения персонала. В данной области Центр предлагает:

Создание и ввод в эксплуатацию предприятий по переработке твердых бытовых отходов.

При этом используется современная технология переработки ТБО с многоступенчатой системой газоочистки, обеспечивающей соблюдение Европейских норм по уровню выбросов в атмосферу вредных веществ. Данная технология предусматривает низкую отходность (всего 8-10% шлака), а также максимальное использование вторичных энергетических и сырьевых ресурсов, (производство тепловой и электрической энергии; утилизация сырьевых составляющих ТБО).

Создание и ввод в эксплуатацию передвижных установок термической переработки твердых бытовых отходов на автомобильной и железнодорожной платформах.

Преимущества применения таких установок:

• комплексное решение проблем обращения с ТБО, обеспечивающее их экологически безопасную термическую переработку непосредственно в местах накопления;
• использование современных энергосберегающих технологий и оборудования для утилизации ТБО;
• низкая отходность используемой технологии (8-10% шлака);
• использование технологии сухой газоочистки.

Промышленный процесс утилизации твердых бытовых отходов, разработанный Центром, включает в себя три стадии.

Первая стадия – извлечение ценных сырьевых ресурсов. Сначала отходы загружаются в бункер сортировочной установки с решетками для отделения крупных негорючих фракций, откуда системой конвейеров подаются в сортировочный барабан, где осуществляется отсев мелких неорганических включений и обеззараживание ультрафиолетом. Отбор и распределение каждого вида сырья в специальные бункеры производится сортировщиками, для которых подается кондиционированный воздух. Металлолом и макулатура пакетируются специальными прессами.

Вторая стадия – сжигание остатка. После сортировки оставшаяся масса, включая пищевые отходы, конвейерами направляется в приемный бункер мусоросжигательной установки. В процессе сжигания неорганическая часть отходов связывается в безопасные шлак и золу, которые могут быть использованы в строительстве. Дымовые газы очищаются в многоступенчатой газоочистке, обеспечивающей состав выбросов в атмосферу, соответствующий природоохранным нормам с учетом их перспективного ужесточения.

Третья стадия – производство энергоресурсов. В процессе сжигания ТБО образуется энергия, частично используемая в самом технологическом процессе, что обеспечивает значительнее сокращение потребности в покупном топливе. Основная часть произведенной тепловой или электроэнергии реализуется сторонним потребителям.

Весь технологический процесс на предприятии управляется современной АСУ. Создание предприятия и ввод в эксплуатацию могут быть осуществлены поэтапно путем создания отдельных линий сортировки и сжигания отходов.

На сегодняшний день успешно функционируют несколько предприятий по переработке ТБО, в проектировании и создании которых принимало участие ГП «УкрНТЦ «Энергосталь». Так, по заказу Южной железной дороги, в городе Люботин Харьковской области был спроектирован и введен в эксплуатацию завод по переработке ТБО мощностью 100 кг/ч, спроектированы и введены в эксплуатацию мобильные установки (на железнодорожной платформе) по термической переработке твердых бытовых отходов. По заказу Полтавской облгосадминистрации была произведена разработка проектной документации и введена в эксплуатацию передвижная установка по термической переработке неопределенных, непригодных к использованию средств защиты растений. В порту Южный функционирует построенный Центром завод по термической переработке ТБО.

Установки по термической переработке твердых бытовых отходов

Инсинераторы ABONO -720 используются в системах для сжигания/ термической утилизации биологических, медицинских и твёрдых бытовых и коммунальных отходов.

Система сжигания твердых бытовых отходов (ТБО/ТКО) включает в себя следующий набор оборудования, каждый элемент в котором разрабатывается нашими специалистами под индивидуальные требования заказчика:

1) Камера сжигания инсинератора, которая может быть горизонтальной, вертикальной, барабанной, вращающейся и включать в себя различные виды колосниковых решеток.

2) Камера дожигания отходящих газов для сжигания отходов (разбатывается индивидуально под морфологический состав отходов).
3) Система загрузки отходов (ручная, автоматизированная, автоматическая, потоковая. ).
4) Система выгрузки золы из камеры сжигания, дожигания, из устройств пылегазоочистки.

5) Система подачи воздуха.

6) Система охлаждения отходящих газов и рекуперации тепла.
7) Система пылегазоочистки, которая может включать в себя искрогаситель, циклон, скрубер, рукавный фильтр, электростатический фильтр.
8) Автоматический щит управления.
8) Дымоход.

Инсинераторы ABONO Ⓡ обеспечивают эффективное средство сокращения объема ТБО, а так же обеспечения важного источника энергии. Произведенный пар можно использовать с целью обогрева или производства электроэнергии.

В Директиве ЕС 2000/76/EC заявлено, что если сжигаются опасные отходы с содержанием более 1% галогенированных органических веществ, выраженных в виде хлора, то температура дожигания отходящих газов должна быть повышена до 1100°С и удерживаться в камере дожигания отходящих газов как минимум на 2 секунды. Установки для сжигания отходов ABONO Ⓡ разработаны так, чтобы газы, образуемые во время сжигания отходов в камере сгорания повторно дожигались при температуре от 1100-1200°C в течение 2 секунд в камере дожигания. Проектирование камер дожигания отходящих газов производится после предоставления данных по морфологическому и элементному составу сжигаемых отходов.

Для полного соответствия применяемым Стандартам на выбросы, Системы сжигания ABONO Ⓡ включают установки очистки топочного газа. Очистка топочного газа в этих системах — многопрофильный подход к контролю за загрязнением, чтобы устранить опасное содержание продуктов сгорания, возникающих при сжигании отходов.

Основная камера и камера дожига

Инсинераторы ABONO Ⓡ имеют две камеры, основную и камеру дожига. В основной камере отходы сгорают под воздействием пламени горелок и уникальной системе подачи воздуха в топку. Во второй камере происходит дожигание отходящих дымовых газов.

Тепло в инсинераторах ABONO Ⓡ хорошо удерживается из-за использования усиленной жаропрочной футеровки из огнеупорного бетона или из огнеупорных кирпичей (в зависимости от пожеланий заказчика). Данная футеровка, а так же теплоизоляция и мощный стальной корпус инсинератора помогает удержать тепло внутри камеры сжигания и дожигания, что в совокупности с другими особенностями конструкции крематора позволяет достичь максимальной производительности по сжиганию отходов при минимальном потреблении топлива.

Футеровка из огнеупорного бетона

Футеровка из огнеупорных кирпичей

Футеровка во время работы инсинератора

Каркас крематора выполнен из стали толщиной от 5 до 10мм. И усилен дополнительными ребрами жёсткости , для прочности конструкции. Для улучшения теплосъема и предотвращения деформации корпуса на инсинераторы ABONO Ⓡ для сжигания ТБО/ТКО отходов, устанавливаются специализированные ребра жесткости. Усиленная конструкция запорных замков (петлей и механизмов) крышки обеспечивает плотное прилегание крышки, отсутствие дыма и предотвращает деформации в процессе эксплуатации.

Все инсинераторы ABONO Ⓡ оснащены автоматической системой управления со степенью защиты IP 54, которая следит за поддержанием температуры внутри инсинератора. За счет автоматического включения и выключения горелок возможна существенная экономия топлива до 30%. Встроенный таймер сводит к минимуму необходимость контроля человека за установкой.

Электропитание от стандартной сети 220В/20А/50Гц

Керамические или металлические термопары

Датчики температуры работают в агрессивной среде. За счет высокой температуры горения (800-1250°С) внутри инсинератора происходит практически полное уничтожение отходов, и после завершения рабочего цикла остается безопасная зола весом до 5% от загрузки.

Дизельные или газовые горелки LAMBOGHINI или Ecoflam

На инсинератор установлены производительные дизельные или газовые горелки

итальянского изготовителя Lamboghini или ECOFLAM с автовоспламенением.

Инсинераторы ABONO Ⓡ оснащены цельнометаллическим топливопроводом вместе с фильтром грубой очистки дизельного топлива. Использование топливопровода обеспечит удобное подключение и стабильную работу горелок.

Наличие дополнительной тормоизолирующей прокладки между стальным каркасом и термобетоом толщиной около двух сантиметров, что позволяет сохранить тепло внутри установки, что увеличивает длительность самопроизвольного горения отходов и экономит топливо, одновременно снижая себестоимость утилизации.

Загрузка отходов — ручная, механизированная или автоматическая

Открытие люка основной камеры происходит с помощью лебёдки или гидропривода. Конструкция системы загрузки отходов равномерно распределяет нагрузку и позволяет прилагать минимальные усилия для загрузки отходов.

Зольники (зольные дверцы)
Наличие зольных люков основной и дополнительной камер возможно без изменения стоимости.

Фланцевое соединение футерованной части к дымоходу делает данную поверхность безопасной во время эксплуатации и облегчают проведение ремонтных и сервисных работ по обслуживанию дымохода во время эксплуатации. Длина трубы дымохода от 2 метров. Возможно увеличение длины дымохода по дополнительной договорённости.

Наличие колосниковых решеток в камере сжигания позволяет повысить энергоэффективность и снизить себестоимость сжигания отходов, т.к. при наличии колосниковой решетки поток воздуха необходимый в процессе горения подается не только в камеру над отходами, но и под ними, что улучает термодинамические процессы происходящие внутри инсинераторной установки и как следствие позволяют достичь меньшее потребление топлива и лучшее догорание углерода, что влияет на отсутствие черного дыма (недогоревший углерод). А так же, зольный остаток, который образуется в следствие сгорания отходов, просыпается в подколосниковую зону и может без проблем удаляться с помощью скребкового устройства, в том числе и во время процесса сжигания.

Комплект оборудования для потоковой загрузки отходов (без остановки печи) через боковой загрузочный шлюз в инсинераторную установку ABONO ®

Потоковая загрузка позволяет производить непрерывную подачу отходов (в том числе спрессованных в кипы) без необходимости открывания загрузочной дверцы. Такой способ загрузки позволяет избежать тепловых потерь, а также предотвратить выход недожженных и неочищенных газов в окружающую среду. Данный комплекс позволяет осуществлять механизированную боковую загрузку отходов состоит из предварительного загрузочного бункера, гильотинного шлюза, бокового толкателя. – Данный комплект позволяет избежать выбросов дыма при дозагрузке отходов в процессе сжигания, а также позволяет не остужать крематор до следующей загрузки отходов. Данный тип загрузки крайне желателен, для контроля за выбросом отходящих газов, не прошедших через систему пылегазоочистки.

Комплект оборудования для порционной загрузки крупногабаритных отходов через верхнюю загрузочную дверцу в инсинераторную установку ABONO Ⓡ

Данный комплект позволяет осуществлять единоразовую (на цикл сжигания) порционную механизированную верхнюю загрузку крупногабаритных отходов в инсинераторную установку. Комплект включает в себя загрузочный бункер, лебедку, раму лебедки, пульт управления лебедкой.

Ассортимент инсинераторов ABONO Ⓡ для сжигания отходов отличается высокой производительностью, лучшими и наиболее надежными компонентами, улучшенной термодинамикой и меньшими эксплуатационными затратами.

Системы сжигания ABONO Ⓡ идеально подходят для сжигания отходов свинокомплексов, КРС ферм, птицефабрик, мясокомбинатов и ветеринарных лечебниц, клиник, «хвостов» ТКО (ТБО)

Система менеджемнта компании ООО «АБОНО» соответствует международным стандартам ISO 9001

Система экологиеского менеджмента соответствует международным стандартам ISO 14001

Вся производимая техника сертифицирована.

Сообщите Ваш номер телефона и контактные данные и наши специалисты бесплатно проконсультируют Вас по телефону.

Зарубежный опыт мусоросжигания

Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) существует во всем мире. Согласно исследованиям Европейского агентства по охране окружающей среды, уменьшение количества отходов является одной из наиболее важных задач для стран ЕС, ежегодно производящих их около 1.3 млрд. т., в которых доля коммунальных отходов равна 14% , а на среднестатического жителя Европы приходится около 400 кг ТБО в год.

В Москве ежегодно образуется 22 млн. т отходов, из них ТБО составляют 5.2 млн. т. В последнее время в связи с планами Правительства Москвы (постановление № 313-ПП от 22.04.2008 г.) построить в Москве до 2015 г. шесть мусоросжигательных заводов (МСЗ) в дополнение к уже существующим трем в средствах массовой информации развернулась дискуссия о целесообразности и безопасности такого строительства.

В качестве веского аргумента в пользу строительства мусоросжигательных заводов их сторонники приводят опыт зарубежных стран. Действительно, МСЗ есть и в Лондоне, и в Вене, и в Париже (таб. 1). Высокий процент сжигаемых отходов также характерен для городов Японии . Более того, в последнее время в обращении с коммунальными отходами в мире прослеживается новая тенденция, направленная на развитие энергетической утилизации твердых бытовых отходов (Waste-to-Energy). Она связана с получением энергоносителей, экологически чистых с точки зрения производства и дальнейшего применения. Это, в первую очередь, сбор и утилизация биогаза полигонов и получение биогаза из коммунальных отходов путем анаэробной ферментизации (сбраживания биомассы в метатенках). Активно развивается получение из неутилизируемых отходов вторичного топлива RDF (refused derived fuel), преимущественно для нужд цементной промышленности, а также строительство современных мусоросжигательных заводов.

Таблица 1. Мусоросжигательные заводы (МСЗ) в странах Европейского союза (источник: Отчет ОАО «Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт», 2008 г.)

Акцент на энергетический подход является принципиально новым, поскольку до недавнего времени приоритет отдавался рециклингу – извлечению из отходов вторичного сырья. Сжигание рекомендовалось применять только для тех видов отходов, которые не подлежат утилизации другим способом. Однако рост цен на топливо в сочетании с повышением экологической безопасности установок для сжигания мусора способствуют переходу к концепции энергетической утилизации. Поскольку теплотворная способность ТБО позволяет поддерживать горение без введения дополнительного топлива, их сжигание делает получение энергии относительно дешевым.

Сторонники энергетического подхода к утилизации ТБО также считают, что замещение традиционного топлива отходами предотвращает ущерб, наносимый окружающей среде:
— при добыче традиционного топлива;
— выделением углекислого газа при сжигании первичного топлива;
— образованием метана во время разложения органических отходов при захоронении их на полигонах. (По оценкам ученых, вклад метана в парниковый эффект в 20 раз выше, чем вклад углекислого газа, получаемого при сжигании отходов).

Наибольших успехов в области промышленной переработки ТБО достигла Германия, правительство которой ратифицировало соглашение стран Евросоюза и приняло закон, запрещающий с 1 июня 2005 г. вывоз на полигоны органических отходов, в том числе ТБО, без предварительной подготовки. На сегодняшний день в Германии эксплуатируется или находится на стадии строительства и проектирования около 90 предприятий термической переработки ТБО, а суммарная мощность действующих установок достигает 18 млн. т ТБО в год. В некоторых городах Германии, например, в Гамбурге, все 100% неутилизируемых отходов сжигаются.

В российской печати часто можно встретить утверждение, что строительство мусоросжигательных заводов в Европе вызвано отсутствием свободных площадей под новые полигоны. Однако до объединения Германии на территории бывшей ГДР заводов по термической переработке ТБО вообще не было, если не считать завода в Западном Берлине. За последнее время в восточных землях Германии введено в эксплуатацию 11 таких предприятий и еще 13 находится в стадии строительства и проектирования, хотя за 18 лет вряд ли могли исчезнуть все свободные площади. По данным отчета, подготовленного в 2008 г. специалистами Всероссийского теплотехнического научно-исследовательского института (ОАО ВТИ), за последние 12 лет количество сжигаемых в Германии ТБО увеличилось почти в два раза, а термическая переработка коммунальных отходов признана государственными и региональными властями Германии наиболее оптимальным вариантом промышленной утилизации.

Основной экологической проблемой при сжигании ТБО является образование диоксинов и фуранов, первичным источником которых в топке котла являются сами отходы, поступающие на переработку. Кроме того, синтез диоксинов происходит непосредственно в термическом реакторе в присутствии хлора и органических веществ, которые в избытке содержатся в ТБО в виде остатков пластмассовых изделий из поливинилхлорида, электроизолирующих изделий, смазочных материалов и т.п. Еще одной причиной образования диоксинов служит их “новый синтез” в низкотемпературных участках тракта дымовых газов в присутствии катализаторов, которыми являются частицы летучей золы, металлические поверхности тракта и т.п.

Научное название диоксинов – полихлорированные производные дибензодиоксина (ПХДД) и фурана (ПХДФ). Эти супертоксичные вещества даже в относительно малых концентрациях поражают практически все живые организмы – от бактерий до человека. Обладая высокой химической стойкостью, они не разлагаются в окружающей среде десятки лет, накапливаются в верхнем слое почвы и попадают в организм человека с пищей, водой и воздухом. В табл. 2 приведены предельно допустимые концентрации (ПДК, максимальные уровни загрязнения), принятые в разных странах.

Таблица 2. Предельно-допустимые концентрации диоксинов в природных объектах и пищевых продуктах (источник: И.М. Бернадинер “Диоксины и другие токсиканты при высокотемпературной переработке и обезвреживании отходов”, 2007 г.)

* 1 нг = 1 * 10-9 г; 1 пг = 1 * 10-12 г.

На первых этапах развития технологий термического обезвреживания ТБО нормативы по выбросам токсичных веществ с уходящими дымовыми газами во всех странах были весьма умеренными. В Германии концентрация вредных выбросов не должна была превышать нормативов, предписываемых сначала экологическими стандартами TA Luft 1974 и 1986 гг., а начиная с 1996 г. – законом 17BImSchV от 12/1996 г.

Для обеспечения таких значений на заводах того времени устанавливалась многоступенчатая газоочистка. Например, такая модернизация была проведена на заводе по сжиганию отходов в Гамбурге (Hamburg Stapelfeld), введенном в эксплуатацию в 1979 г. В период пуска установка была оснащена только одним электрофильтром для очистки дымовых газов, предусмотренным проектом. В 1990 г. за фильтром был установлен мокрый скруббер, который снизил концентрацию “кислотных” газов (HCl, HF, SO2) до требований экологического стандарта TA Luft, принятого в 1986 г. После принятия закона 17BImSchV в 1996 г. на заводе были установлены дополнительные ступени газоочистки, включающие в себя угольный фильтр и реактор для каталитического восстановления оксидов азота. Это позволило снизить выбросы до нормативных значений и решить проблему с диоксинами.

Экспериментальные работы последних лет показали, что для обеспечения в отходящих газах концентрации диоксинов менее 0,1 нг/м3 температура газов в реакторе должна составлять не менее 1250°С, а время их пребывания при такой температуре – не менее 2 с. Однако для установок большой агрегатной мощности помимо решения проблем достижения высокой экологической эффективности важно получение вторичной продукции – пара, горячей воды и т.п. Согласно экспериментальным исследованиям, если температура отходящих газов поддерживается выше 500°С, степень утилизации энергии значительно снижается. Поэтому на современных мусоросжигательных заводах акцент сделан на высокой эффективности очистки выбросов, что снижает необходимость поддержания чрезмерно высоких температур в огневом реакторе.

Сегодня в Германии повсеместно применяется традиционная технология сжигания отходов в слоевых печах на подвижных колосниковых решетках с применением газоочистного оборудования. Исключение составляют установка в Греппине (земля Саксония-Анхальт) и один из заводов в Штудгарте, где ТБО сжигают в топках с пузырьковым псевдоожиженным слоем. Кроме того, в Ноймюнстере (земля Шлезвиг-Гольштейн) используется установка, в которой подготовленные отходы сжигаются в циркулирующем кипящем слое, а в Бургау (Бавария) действуют две небольшие пиролизные установки. Однако из-за больших экономических затрат широкого распространения такие технологии термической переработки ТБО не получили.

Для эффективного улавливания диоксинов в современных установках применяется:

— вброс измельчённого активированного угля в струю дымовых газов с последующей фильтрацией потока рукавными фильтрами;

— каталитические преобразователи для селективного восстановления оксидов азота аммиаком с одновременным окислением диоксинов и фуранов;

— адсорберы с активированным углем, коксом или сорбалитом (смесью активированного угля и гидроокиси кальция) для поглощения загрязнителей, получившие название санитарных “полицейских” фильтров.

Использование для улавливания диоксинов системы обычной фильтрации (например, тканевых фильтров) без применения адсорбентов в виде активированного угля или его смеси с гидроокисью кальция не может предотвратить проскок диоксинов в атмосферу с дымовыми газами, поскольку только около 30% диоксинов находятся на частицах золоуноса, а 70% присутствуют в газовой фазе. При этом отмечается снижение выбросов диоксинов при уменьшении температуры дымовых газов перед фильтрами. Степень улавливания диоксинов в электрофильтрах и циклонах очень низкая. При этом горячие электростатические фильтры, как показали исследования, при определенных условиях сами могут способствовать новому синтезу диоксинов.

В установках низкотемпературного обезвреживания, совмещающих стадию каталитического восстановления оксидов азота аммиаком и окисление диоксинов, денитрификация дымовых газов происходит в активной зоне каталитического преобразователя, где размещены сменные модули с катализатором . В качестве порошкообразного катализатора используется диоксид титана (TiO2) или оксид пятивалентного ванадия (V2O5) с добавками оксида вольфрама (WO3), молибдена (MoO3) и других металлов. В настоящее время подобные каталитические системы внедрили такие зарубежные компании как немецкая Deutsche Babcock Anlagen и японская Kawasaki Heavy Industries LTD.

Перспективной технологией очистки дымовых газов от диоксинов является система ADIOX ® , разработанная шведской фирмой “Gotaverken Miljo” совместно с немецкой исследовательской лабораторией “ Forschungszentrum” в Карлсруэ (Германия). Фильтр ADIOX ® позиционируется как “полицейский”, то есть находящийся всегда “на страже” выбросов диоксинов и контролирующий их в любых условиях. Адсорбирующий материал фильтра представляет собой пластик на основе полипропилена с диспергированными в нём частицами угля. Проникая в такой материал, молекулы диоксинов “прилипают” к поверхности частиц и необратимо ими задерживаются. В табл. 4 представлены результаты замеров на мусороперерабатывающем заводе в Holstebro (Дания). В настоящее время 65 установок, использующих данную технологию, успешно функционируют в Швеции, Дании, Норвегии, Финляндии, Италии, Нидерландах, Франции и Канаде.

Таблица 4. Степень очистки дымовых газов по технологии ADIOX на мусоросжигательно заводе Holstebro в Дании (источник: www.zaobt.ru)

Таким образом, системы очистки дымовых газов, образующихся в процессе сжигания ТБО, представляют собой сложные и дорогостоящие сооружения, а их стоимость составляет значительную часть стоимости мусоросжигательного завода.
рязнитель

Огонь, вода и биореакторы

По данным Росприроднадзора, ежегодно в России образуется больше шести млрд тонн отходов. Бытового мусора в этой массе — меньше 1%. Но именно он породил кризис последних лет: существующие свалки и полигоны переполняются, причем не только в Московской области, а место для новых найти все сложнее. Как государство собирается бороться с переизбытком мусора и какие для этого в России существуют технологии его переработки — в материале Indicator.Ru.

Нацпроектом по полигонам

На мусороперерабатывающие заводы, по данным последнего опубликованного (cм. страницу 269) государственного доклада Минприроды о состоянии окружающей среды, в 2017 году отправилось около 10% всех твердых коммунальных отходов. Еще 2,2% отправились на обезвреживание, остальные были просто захоронены. Изменить соотношение должен национальный проект «Экология». Согласно его целям, уже в 2024 году на захоронение вместо 90% бытовых отходов должны отправиться 40%. Остальное пойдет на обработку, после которой 36% от общей массы должны утилизироваться через переработку и повторное использование.

На пути реализации законопроекта много экономических и организационных препятствий, начиная со сложностей внедрения раздельного сбора и вывоза мусора. Но и технологические проблемы в этом ряду не последние. Что должно происходить с разными категориями отходов? Нацпроект предусматривает создание 200 новых перерабатывающих объектов по всей стране. Какие именно это будут объекты, решат регионы в своих территориальных схемах обращения с отходами. Пока единственный вариант, озвученный еще в более раннем проекте «Чистая страна», — мусоросжигательные заводы.

Сейчас в России шесть мусоросжигательных заводов. Запланировано строительство еще четырех в Подмосковье и одного в Казани, два из них уже начали возводить. Планируется, что они будут лучше существующих. Новые заводы проектируют по технологии компании Hitachi Zosen Inova (HZI). Такие предприятия могут сжигать и несортированный мусор (включая опасные батарейки и градусники). Это особенно беспокоит и жителей районов, где заводы будут строиться, и экологов. Но пока предполагается, что на новые российские предприятия будут попадать только непригодные для переработки неопасные отходы. Как указано на сайте госкорпорации «Ростех», которая реализует проект, мусор будут сжигать при температуре 1260 °С, при этом завод будет производить электроэнергию. Разработчики обещают многоступенчатую систему очистки дымовых газов, при которой единственным опасным для окружающей среды и людей продуктом на выходе будет зола. По предварительным заявлениям, благодаря высокой температуре сжигания ее объем составит только 5% от объема сожженных отходов.

Еще горячее

Предлагают ли российские ученые и технологи какие-то альтернативы сжиганию? Проекты по утилизации бытового мусора занимают заметное место в федеральной целевой программе «Исследования и разработки». По нашим подсчетам, с 2014 года по программе получали или получают сейчас финансирование шесть проектов по технологиям переработки бытовых отходов, и еще 11 — сельскохозяйственных и других органических отходов (в том числе органической фракции бытового мусора). На первые из федерального бюджета выделено больше 340 млн рублей, на вторые — около 280 млн. Для сравнения, многочисленные проекты по утилизации отходов добычи полезных ископаемых и разных отраслей промышленности — от деревообработки до производства ракетного топлива — получили за это время порядка 800 млн рублей. Словом, нельзя сказать, чтобы тема бытового мусора была заброшена российскими учеными.

Распространенная категория технологий переработки мусора среди проектов отечественных научных центров, — термические технологии. Это пиролиз и плазменная газификация. По экономическому смыслу они похожи на мусоросжигание: завод потребляет отходы и производит энергию. Пиролиз — термическое разложение отходов без доступа воздуха — проводится при более низких температурах, чем сжигание, и имеет то преимущество, что не образуется дым. Полученные смеси горючих газов, как правило, направляют назад в реактор. Технологии пиролиза достаточно хорошо изучены, и в недавних исследовательских проектах можно обнаружить разве что мобильные установки для переработки небольших количеств мусора. Такую установку для растительных отходов разрабатывали в 2014 – 2016 годах в Тверском государственном университете (было запатентовано лабораторное устройство), а сейчас более универсальный вариант проектирует Донской государственный технический университет.

Плазменная газификация предполагает температуру выше, чем сжигание и пиролиз, — в несколько тысяч градусов Цельсия. Конкретные значения отличаются для разных видов сырья, но не бывают ниже 1800 °С. Переработать при таком экстремальном нагреве можно и бытовой мусор, и опасные отходы, хотя в последнем случае для разложения дополнительно применяют химическое воздействие. На выходе образуются синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода) и неперерабатываемый стекловидный шлак. Синтез-газ можно применить как топливо, использоватьдля производства электричества или искусственных углеводородов.

Разработками в направлении плазменной газификации твердых отходов в России известны Институт электрофизики и электроэнергетики РАН, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН и Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Предыдущий директор Института электрофизики и электроэнергетики Филипп Рутберг, скончавшийся в 2015 году, получил в 2011 году за работу над технологиями низкотемпературной плазмы премию «Глобальная энергия». Уже в 2007 году у института были экспериментальные плазмохимические установки по уничтожению медицинских и жидких опасных отходов и полупромышленная установка по плазменной газификации твердых бытовых отходов. Сейчас на основе испытанной в институте технологии фирма из Малоярославца «Эко-страна» разработала проект мусороперерабатывающего завода в Калуге. Построить его предполагается на собственные средства. Большую часть производимого электричества завод будет потреблять сам, но может и питать, например, теплицу.

Первая созданная в Институте теплофизики СО РАН плазменная установка была предназначена, в первую очередь, для переработки древесины и сельскохозяйственных органических отходов. В 2016 году ученые из института сравнили свою установку и разработку Института электрофизики и электроэнергетики и нашли, что из одинакового сырья — древесины — на новосибирской установке можно получить синтез-газ с более высокой теплотой сгорания, то есть более ценный. Затем в ходе проекта, на который институт получал субсидию по ФЦП «Исследования и разработки» в 2015 – 2017 годах, была разработана и запатентована электропечь для переработки плазмой техногенных твердых отходов. У института есть индустриальные партнеры среди новосибирских заводов, и разрабатывается проект по размещению новой более мощной опытной плазменной установки на одном из них, а затем и на полигоне бытовых отходов в окрестностях города.

У Курчатовского института тоже долгая история разработок по плазменной газификации. Еще в 2007 году СМИ сообщали о запуске в Израиле демонстрационной установки плазменной переработки бытовых отходов, созданной при участии научного центра. Первая в России плазменная печь для переработки твердых радиоактивных отходов также была разработанапри участии ученых Курчатовского института. Новый способ переработки мусора научный центр запатентовал в 2012 году. Он предполагает не просто плазменную, а плазменно-химическую обработку отходов с участием катализатора — смеси соединений металлов, также полученной из отходов. Похожий способ тот же коллектив авторов запатентовал для переработки отходов нефтепереработки. Есть вероятность, что эти технологии будут реализованы в северных регионах России. В апреле этого года Курчатовский институт и Минприроды заключили соглашение, по которому научный центр займется актуализацией справочников наилучших доступных технологий для промышленных предприятий. Также ученые могут привлекаться и к другим проектам, в том числе по развитию Арктики. Идеальным вариантом переработки отходов в энергию для северных регионов глава Минприроды Дмитрий Кобылкин назвал как раз плазменную газификацию.

Еще одна вариация термических методов переработки твердых бытовых отходов — изготовление из них топлива. Экологические организации протестуют против такого подхода не меньше, чем против сжигания мусора: считается, что цементные заводы, где потребляется основная масса такого топлива, не очищают дым от диоксинов и других опасных веществ. Тем не менее, в России разрабатываются и свои технологии для производства такого топлива, например, сепаратор для эффективного удаления стекла из смешанных отходов, запатентованный петербургской компанией «Механобр-техника». Есть и другие варианты производства топлива из отходов, но они касаются только их органической составляющей.

Сушить или сбраживать?

Для разложения органических веществ на более простые соединения применяют не только высокие температуры, но и воду. Технологию сверхкритического водного окисления, при которой температура пара поднимается до 374 °С, российские ученые предлагают использовать в основном для уничтожения опасных отходов химических предприятий. А для переработки пищевых отходов, бумаги и дерева в Объединенном институте высоких температур РАН тестируютгидротермальную карбонизацию при температуре 240 – 280 °С. Эта технология уже старше века, но по большей части она используется для однородной биомассы — древесины, сельскохозяйственных отходов. Ученые Объединенного института высоких температур же в экспериментах перерабатывали смешанный бытовой мусор: яблоки, мясо, бумагу и хлопковую ткань, опилки и пластик. В итоге они сделали вывод, что из смеси бытовых отходов вполне можно получать биоуголь с теплотой сгорания от 23 кДж/кг — это существенно ниже, чем у каменного и древесного угля, но больше, чем у древесины. Дальше лабораторного эксперимента пока дело не пошло. На ранних стадиях у института находятся и проекты по производству топлива из отходов животноводства: торрефикации (пиролиз при небольшом нагреве) куриного помета и аэробному сбраживанию навоза. В первом случае предполагается получить сухое топливо, во втором — биогаз с высоким содержанием метана и удобрение.

Из бытовых отходов тоже можно получить биогаз, и не только тот метан, что скапливается на мусорных полигонах. В федеральном исследовательском центре «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН реализуется проект, одним из результатов которого должно стать техническое задание на разработку экспериментальной установки для переработки органических отходов в биогаз и биоудобрения. Пока ученые прорабатывают технологии для ускорения процесса: в реакторе лабораторной установки используютсяповышенное давление и электропроводящие материалы. Другой вариант получения энергии из органических отходов — переработка биомассы с содержанием целлюлозы при помощи микробных электродов. При этом можно наработать небольшое количество электричества. Правда, новостей по этому проекту биологического факультета МГУ не было последние пять лет — похоже, он остался на стадии лабораторного прототипа.

Для любой из новых технологий будет плюсом предварительная сортировка сырья. Хотя и сжиганию, и плазменной переработке могут подвергаться смешанные отходы, безопаснее и выгоднее все же утилизировать однородный мусор. Немалая часть бытовых отходов состоит из вполне подходящих для промышленного использования пластика, стекла и бумаги, а органические отходы, помимо топлива, могут при должной обработке дать и удобрения.

Проекты технологий по сбору и сортировке отходов выглядят наиболее футуристически. Университет ИТМО, например, создает облачную систему управления сбором мусора. Проект на основе технологий Интернета вещей предполагает, в частности, создание контейнеров с датчиками уровня наполненности и загрязненности воздуха и доступ к этой информации для водителей мусоровозов и всех заинтересованных сторон. Институт теплофизики СО РАН, наряду с плазменными установками, разрабатываетроботизированную систему сортировки отходов. Предполагается обучить модель машинного обучения различать отходы разных типов по цвету и другим характеристикам, а сортировочную линию оборудовать оптической системой и роборукой. Реализовать разработку заодно с плазменной газификацией планируется уже в 2020 году на полигоне бытовых отходовнедалеко от новосибирского Академгородка. Тем самым мусорный полигон, надеются ученые, станет полигоном для тестирования новых технологий.

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Установки по термической переработке твердых бытовых отходов

Изобретение относится к устройствам для термической переработки твердых бытовых отходов (ТБО) и может быть использовано в народнохозяйственном комплексе для обезвреживания и уничтожения отходов.

Известны устройства для обезвреживания и уничтожения несортированных и предварительно сортированных ТБО, которые представляют печь шахтного типа (реактор), содержащую загрузочное устройство, футерованный корпус с зонами сушки, пиролиза и газификации слоя ТБО, снабженную отверстиями для вывода газообразных продуктов переработки, устройствами для подготовки и подачи горючего газа внешнему потребителю и устройствами для удаления не переработанной неорганики (патент на изобретение РФ №2089786, МПК F23G 5/00, 1997 г., патент на изобретение РФ №2089787, МПК F23G 5/00, 1997 г., патент на изобретение РФ №2201552, F23G 5/027, F23G 5/14, 2003 г., патент на изобретение РФ №2282788, МПК F23G 5/027, 5/24, 2006 г., патент на изобретение РФ №2433344, МПК F23G 5/027, 5/14, 5/24, 2010 г.).

Недостатками этих устройств являются: низкая надежность работы вследствие зависания перерабатываемых отходов в верхней части камеры газификации, связанного с выделением смол из отходов в виде пиролизного газа, поднимающегося из нижней части камеры газификации; зависимость процесса термической переработки от газопроницаемости слоя ТБО; необходимость наличия устройств для разрыхления слоя ТБО при его спекании; сложность конструкции из-за наличия дополнительных энергоемких устройств для получения газифицирующего агента.

Известны устройства для термической переработки ТБО, работающие в режиме горения. Наиболее распространенными являются печи прямого сжигания слоя ТБО в потоке воздуха на неподвижных или движущихся колосниковых решетках специальной конструкции, размещенные в футерованном корпусе, снабженном газогорелочными устройствами (патент US №5265587, МПК F23H 07/04, 1993 г., патент на изобретение RU №2114357, МПК F23G 5/00, 1998 г., патент на изобретение RU №2265773, МПК F23G 5/00, F23B 1/16, C04B 2/10, 2003 г.

Недостатками этих устройств являются обязательное наличие системы предварительной сортировки и сушки ТБО, сложной и дорогой системы вторичной очистки дымовых газов, обусловленной наличием в них диоксинов и фуранов, а также быстрая изнашиваемость колосниковых решеток и их загрязнение частицами пыли и смол.

Известны устройства для термического уничтожения твердых отходов, представляющие собой циклонные печи разуплотненного и псевдосжиженного слоя с подачей в потоке нагретого воздуха предварительно сортированных и измельченных ТБО, содержащие футерованный корпус с горелочными устройствами (патент на изобретение RU №2249766, МПК F23G 5/00, 2002 г., патент на изобретение RU №2226468, МПК F23G 5/30, 2004 г.).

Недостатками таких устройств являются: использование дополнительных узлов и механизмов для осуществления процессов сепарации и измельчения ТБО; создание высоких скоростей (не ниже 28 м/с) движения потока смеси воздуха и отходов для организации более полного процесса горения.

Все вышеперечисленные устройства термического уничтожения ТБО устанавливают стационарно по месту их переработки с возможностью транспортировки отходов с их последующей загрузки в печь, что приводит к значительным дополнительным затратам.

Известны мобильные установки для термической переработки твердых бытовых отходов непосредственно на свалках и полигонах. Наиболее распространенными являются вращающиеся печи, работающие в режиме горения, снабженные газовыми горелками и установленные на тягаче (патент на изобретение RU №2292515, МПК F23G 5/00, F23G 5/20, 2005 г., патент на изобретение RU №2456507, МПК F23G 5/20, 2011 г., патент на изобретение RU 2442931, МПК F23G 5/40, 2012 г.).

Недостатками установок являются: низкая производительность по сжигаемому мусору, сложность и громоздкость используемого оборудования.

Заявителю не известны мобильные, переносные устройства для термической переработки несортированных ТБО непосредственно на полигоне с получением горючего газа.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание простого и эффективного переносного устройства для термической переработки несортированных ТБО непосредственно на полигоне с получением горючего газа.

Технический результат достигается тем, переносная установка для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне содержит металлический футерованный внутри прямоугольный корпус-колпак с плоским сводом, на котором установлены газогорелочные устройства, обрамленный металлическим каркасом с вертикальной ленточной опорой, установленным в нижней части по внешнему периметру корпуса-колпака и образующим канал для сбора газообразных продуктов переработки твердых бытовых отходов, соединенный трубопроводами с газогорелочными устройствами и с трубопроводом для подачи газа потребителю. Металлический каркас имеет ребра жесткости. Нижняя кромка металлической ленточной опоры выполнена заостренной. Корпус-колпак снабжен монтажными петлями для транспортировки.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами: на фиг.1 приведена переносная установка для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне; на фиг.2 приведен элемент каркаса с опорной лентой и каналом для сбора термогаза.

Установка для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне содержит металлический корпус-колпак 1 прямоугольной формы, изнутри футерованный огнеупорным материалом 2. Корпус-колпак 1 имеет плоский свод 3, на который установлены газовые горелки 4. Количество газовых горелок и их взаимное расположение определяются из условия обеспечения равномерности прогрева и термической переработки слоя ТБО, причем высота подвеса горелок не должна превышать 1 метра. Корпус-колпак 1 обрамлен металлическим каркасом 5, с вертикальной ленточной опорой 6. Металлический каркас 5 установлен горизонтально в нижней части по внешнему периметру корпуса 1, внешняя поверхность корпуса-колпака 1 и внутренние поверхности каркаса 5 и ленточной опоры 6 образуют канал 9 для сбора газообразных продуктов переработки твердых бытовых отходов (термогаза). Соединение корпуса-колпака 1 с каркасом 5 усилено ребрами жесткости 7 для обеспечения сохранения геометрии канала 9. Для внедрения в слой ТБО нижняя кромка металлической ленточной опоры 6 выполнена заостренной с целью уменьшения сопротивления при перемещении установки в вертикальной плоскости под действием силы тяжести по мере ликвидации слоя ТБО. Канал 9 соединен с трубопроводом 10 для подачи термогаза к газовым горелкам 4, к штуцеру для подачи термогаза внешнему потребителю 11 и к штуцеру для подачи пускового топлива 12 на розжиг газовых горелок 4. Корпус-колпак 1 снабжен монтажными петлями 8 для захвата установки при помощи крана и перемещения ее на другое место с целью уничтожения следующей порции ТБО.

Установка для термической переработки твердых бытовых отходов на полигоне работает следующим образом. На полигоне установку помещают непосредственно на слой ТБО. Производят розжиг горелок 4 путем подачи в них пускового газообразного топлива через штуцер 12. Газовые горелки 4, работая по принципу беспламенного сгорания газовоздушной смеси на поверхности пористой керамики, организуют равномерные лучистые потоки, воздействие которых на слой ТБО приводит к его термическому разложению при температуре не ниже 1000°C. Тепловая энергия процесса распространяется вглубь слоя ТБО, обеспечивая его постепенный прогрев и подсушку. Образующиеся в результате термического разложения ТБО газообразные продукты (термогаз) из футерованного корпуса 1 поступают в канал 9 для последующей подачи по трубопроводу 10 внешнему потребителю через штуцер 11 с частичным возвратом на сжигание в горелки 4. После выхода на рабочий режим производят отключение подачи пускового газообразного топлива в горелки 4, которые в дальнейшем будут работать на термогазе. Процесс осуществляют до полного уничтожения порции ТБО. Затем установку при помощи крана переустанавливают на другое место на полигоне для ликвидации следующей порции ТБО. На полигоне можно устанавливать группу установок одновременно.

Использование заявляемого технического решения позволяет просто и эффективно осуществлять переработку несортированных твердых бытовых отходов непосредственно на полигоне с получением горючего газа.