Уважаемые читатели! Ничто в мире не стоит на месте и, развиваясь и совершенствуясь, все движется вперед, преследуя свою цель. Руководствуясь законами жизни, наша команда пришла к выводу, что час "Х" настал, что привело к кардинальным изменениям в "облике" электронного журнала Города в 21 веке. Архивные материалы прошлых выпусков остаются для Вас, читатели, в свободном доступе на нашем прежнем ресурсе journal.esco.co.ua Надеемся, что новая подача журнала полюбится и приглянется Вам, друзья. Ведь мы стараемся именно для Вас. С уважением, редакционный коллектив журнала Города в 21 веке. Read more...
   |   

Зарубежный опыт термической переработки мусора

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.

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.

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. (табл. 3).

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/мтемпература 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.

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.

Таблица 1

Мусоросжигательные заводы (МСЗ) в странах Европейского союза*

Страна

Количество МСЗ

Средняя мощность, т/ч

Великобритания

           22

             18

Германия

           73

             36

Португалия

            3

             68

Испания

           10

            25,7

Франция

          128

             15

Италия

           51

             14

Бельгия

           18

             20

Нидерланды

           11

             61

Люксембург

            1

              -

Швейцария

           30

             16

Австрия

            9

             10

Чехия

            3

             39

Дания

           34

             17

Венгрия

            1

             60

Польша

            1

              -

* - Отчет ОАО “Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт”, 2008 г.

Таблица 2 Предельно-допустимые концентрации диоксинов в природных объектах и пищевых продуктах*

Объект

Единица измерения

США

Германия

Италия

Нидерланды

Япония

Россия

Воздух

атмосферный

пг/м3

0,02

-

0,04

0,024

-

0,5

рабочей зоны

пг/м3

0,13

-

0,12

-

-

-

Вода питьевая

пг/л

0,013

0,01

0,05

-

-

20

Почва

сельхоз.

угодья

нг/кг

0,1

1,0

5,0

4,0

-

-

не используемые

нг/кг

1000

-

50

-

-

-

Отходящие газы МСЗ

нг/м3

-

0,1

0,1

0,1

0,5

-

Пищевые продукты

молоко

нг/кг

-

1,4

-

0,1

-

5,2

рыба

нг/кг

-

-

-

-

-

11

мясо

нг/кг

-

-

-

-

-

0,9

1 нг = 1· 10-9 г;   1 пг = 1· 10-12 г;

* И.М. Бернадинер,  “Диоксины и другие токсиканты при высокотемпературной переработке и обезвреживании отходов”, Издательский дом МЭИ, 2007 г.

 Таблица 3

Динамика ужесточения экологических требований к содержанию вредных примесей в газообразных продуктах сгорания ТБО в Германии (мг/м3)*

Загрязнитель

Экологический стандарт

TA Luft

1974 г.

Экологический стандарт

TA Luft

1986 г.

Экологический стандарт

17BImSchV

от 12/1996 г.

от 8/2003 г.

Твердые частицы

100

30

10

10

Углерод

-

20

10

10

Хлористый водород

100

50

10

10

Фтористый водород

5

2

1

1

Оксиды серы

-

100

50

50

Оксиды азота

-

500

200

200

Моноксид углерода

1000

100

50

50

Ртуть

 

 

 

 

20 (без учета Tl, Se, Te, Co)

 

0,2

0,05

0,03

Кадмий

 

0,05

 

0,05

Талий Tl

Селен Se

 

1

  -

  -

Теллур Te

Никель

 

 

 

0,5

 

 

 

0,5

Кобальт Co

Мышьяк

Ванадий

 

 

 

 

 

 

 

5

Свинец

Хром

Медь

Марганец

 

 

 

           -

Олово

Сурьма

Железо

 

    -

 

   -

Платина

Палладий

Родий

Бензопирены, Cd,Co, Cr

             -

    -

-

0,05

ПХДД/ПХДФ, нг/м3

            -

   -

0,1

0,1

Отчет ОАО “Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт”, 2008 г.

Таблица 4.

Степень очистки дымовых газов по технологии ADIOX ® на мусоросжигательном заводе Holstebro (Дания) *

Диоксины в дымовых газах (нг/м3)

Диоксины в очищенных газах (нг/м3)

Эффективность удаления %

1.1

0.0038

99.70

1.3

0.0025

99.80

2.2

0.0048

99.80

4.8

0.031

99.40

1.6

0.0058

99.60

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Виджет Фейсбук

 

Мы в соцсетях:

rss   фейсбук   твиттер   

 
 
Города в 21 веке
000911499
Сегодня
Вчера
Этот месяц
Всего
670
632
13522
911499

Ваш IP: 54.156.67.122
Server Time: 2017-10-17 17:52:59