АНАЛІЗ Сміттєспалювальних технологій
кафедра інженерної екології та альтернативної енергетики
Іваннікова Олена Михайлівна, доцент, кандидат технічних наук, Московський державний машинобудівний університет; Домбровська Юлія Владиславівна, студент
УДК504.03
Захист довкілля є найважливішим пріоритетом сучасного світу. Однією із серйозних екологічних проблем є постійне збільшення ТПВ. Щорічно кількість сміття зростає приблизно на 3% за обсягом. У СНД утворюється близько 100 млн тонн ТПВ на рік. На частку України припадає близько половини цієї кількості (близько 63 млн тонн у 2007 році). В Україні щороку виробляється близько 3,8 млрд тонн усіх видів відходів. Кількість ТПВ становить 63 млн тонн/рік (в середньому 445 кг на особу). Склад ТПВ: папір та картон – 35%, харчові відходи – 41%, пластмаси – 3%, скло – 8%, метали – 4%, текстиль та інше – 9%. У середньому переробляється 10% - 15% сміття. Тверді побутові відходи піддаються переробці лише з 3 % — 4 %, промислові на 35 %. В основному сміття звозиться на звалища — їх в Україні близько 11 тисяч. У них поховано близько 82 млрд. тонн відходів.
Найважливішим завданням є пошук екологічно безпечного шляху утилізації відходів.
Одним із можливих способів утилізації відходів є їхнє поховання, що призводить до забруднення води, землі та атмосфери на багато років. В Україні велика кількість сміття складується на полігонах - їх в Україні близько 11 тисяч. Вони поховано близько 82 млрд. тонн відходів. Полігони займають великий обсяг земель і на них є ризик виникнення пожежі. Іншим методом утилізації є спалювання, що веде до утворення великої кількості токсичних продуктів. Технологією спалювання користуються у багатьох країнах світу. Сміттєспалювальнізаводи діють сьогодні у 20 країнах світу, включаючи Україну. Наприклад у Великій Британії в 90-х рр. ХХ ст. функціонувало 780 МСЗ, але через введені нові стандарти на викиди в атмосферу забруднюючих речовин до 2000 р. залишилося всього 100. У Москві в даний час функціонують 4 сміттєспалювальні заводи.
Процес спалювання є способом термічного знешкодження побутових відходів. Спалювання здійснюється в печах та топках різних конструкцій. Існують різні способи спалювання побутових відходів.
При звичайному спалюванні побутових відходів у навколишнє середовище потрапляють викиди газів, що містять важкі метали, ряд хлорорганічних сполук (діоксини та ін), оксиди азоту і сірки, соляна кислоти, фтористий водень, вуглекислий газ. Відповідно до даних Центральної Європи у повітря викидається близько 13,4 млн. токсичних газів. Це призводить до сильного забруднення атмосфери та навколишнього середовища загалом. Для цієї технології повинні застосовуватися великі системи очищення газів і стічних вод, що відходять, що є дуже не економічним. Однак, яка б система очищення не використовувалася, забруднюючі речовини продовжують надходити в атмосферу.
Великим недоліком сміттєспалювальних заводів є невеликий відрізок часу, що відводиться для спалювання побутових відходів. Внаслідок цього димові гази наповнюються продуктами неповного згоряння побутових відходів, а у шлаку накопичується велика кількість недогорілих горючих компонентів.
У світі ведеться пошук нових технологій з утилізації побутових відходів, що не забруднюють довкілля.
Так вчені Курчатівського інституту спільно з Ізраїльськими вченими запропонували нову технологію екологічно безпечну, універсальну та економічну. Вона є термохімічнимпроцес, що поєднує піроліз і газифікацію, які на відміну від спалювання дозволяють уникнути утворення токсичних продуктів. За допомогою цієї технології можна переробляти різні види твердих відходів - побутових (ТПВ) біомедичних (МПВ) низько і середньо радіоактивних відходів (НСРО). Стадія плавлення здійснюється за допомогою високотемпературного іонізованого газу (плазми), а скло, що утворюється, є нешкідливим і може застосовуватися в будівництві. Паливний газ, що утворюється, використовується для виробництва електроенергії на власні потреби і для продажу споживачам. Основою цієї технології є шахтний реактор, де протікають процеси піролізу, газифікації та скління відходів. У вертикальній шахті відходи, що надходять, проходять зверху вниз чотири зони в міру підвищення їх температури. У верхній частині шахти відбувається підігрів і сушіння відходів, що надійшли. У наступній зоні відбувається піроліз розкладання органічної частини відходів з утворенням пирогаза, що піднімається вгору до газового виходу. У наступній зоні залишки відходів, що містять неорганіку і кокс, газифікуються водяною парою і повітрям в монооксидвуглецю і водень. У нижній частині реактора плавильної камери розплав неорганічних компонентів відходів остекловывается і виводиться для охолодження утворюючи засклений шлак. У плавильній камері встановлені плазматрони, що генерують плазмові струмені повітря з температурою 3000-7000 З допомогою цих струменів забезпечується плавлення неорганіки при 1500-2000 С. Після видалення з реактора сплав при охолодженні утворює засклений шлак. Весь багатостадійний процес управляється із центру за допомогою комп'ютерних програм.
В Україні в Інституті проблем хімічної фізики РАН розроблено метод термічної переробки горючих відходів, який заснований навикористання фільтраційного горіння у нададіабатичних режимах. Використання нададіабатичних режимів для процесу газифікації дає великі можливості для утилізації різноманітних горючих відходів з високою енергетичною ефективністю та екологічною чистотою.
Така організація процесу забезпечує такі переваги порівняно з методами прямого спалювання:
- низькі лінійні швидкості газового потоку в реакторі і його фільтрація через шар вихідного матеріалу, що переробляється, забезпечують низький винос пилових частинок з продукт-газом. Це дає можливість сильно скоротити витрати на газоочисне та енергетичне обладнання;
- коли необхідно проводити очищення газових викидів від сполук сірки, хлору, пилу, пари ртуті, очищати продукт-газ виявляється простіше, ніж димові гази, завдяки низькій температурі та вищій концентрації забруднювачів;
- у процесі газифікації відбувається часткове розкладання азотовмісних органічних сполук у безкисневому середовищі, що зменшує кількість оксидів азоту в димових газах;
- зола, яка вивантажується з реактора, має низьку температуру і майже не містить вуглецю, що недогорів;
- при утилізації деяких видів відходів є можливість вилучення з продукт-газу матеріалів для подальшої переробки (наприклад, нафти та ін.);
- вибір обладнання для утилізації тепла при спалюванні продукт-газу не обмежується паровим або водяним котлом, також можливе застосування газових турбін та енергетичних дизелів;
Перевага сміттєспалювальних заводів полягає ще в тому, що димові гази з печі подаються на спеціально сконструйовані котли, де виділяється пара, тиск якої складає близько 16 атмосфер. Це дозволяє підприємству вирішити проблемусвого опалення та гарячої води, а дві третини пари подаються в турбогенератори, які виробляють електроенергію та віддають її в електромережі Москви. Таким чином, зменшується навантаження на підприємства енергетичного комплексу, а також економляться енергоресурси країни, яких з кожним роком дедалі менше.
Розглянуті нові технології переробки побутових відходів дозволять нам екологічно безпечно зменшити кількість побутових відходів та дозволять уникнути проблем забруднення навколишнього середовища полігонами та звалищами. В Україні нині приділяється велика увага утилізації твердих відходів, однак вирішення цієї проблеми неможливе без державної підтримки та подальших науково-дослідних робіт.