Спалювання відходів - Переробка побутових відходів
Заводські способи утилізації відходів можна розділити на сміттєспалювання (точніше - термічні способи утилізації) і сміттєпереробку. Термічні методи знешкодження твердих відходів, у свою чергу, умовно можна розділити на дві групи: термодеструкцію (піроліз) відходів з отриманням твердих, рідких та газоподібних продуктів та вогневий метод (спалювання), що призводить до утворення газоподібних продуктів та золи.
Залежно від складу та підготовки твердих відходів існує шарове спалювання вихідних (непідготовлених) відходів у сміттєспалювальних котлоагрегатах, шарове або камерне спалювання підготовлених відходів (вільних від баластових фракцій) та спалювання у киплячому шарі для ліквідації. При шаровому спалюванні в топці сміттєспалювального котла в першій зоні (шарі) відбувається вихід летких продуктів, у міру збільшення температури відбувається газифікація відходів і далі йде шар коксу, що горить. Спалювання повинне проходити при температурі 800-1000 °С.
Спалювання вихідних відходів хоч і є простим і універсальним методом утилізації відходів, але має масу недоліків, головний з яких, як уже зазначалося, великий залишок шлаку, високий рівень утворення діоксинів і кислих газів, які виділяються на стадії газифікації і ведуть до забруднення атмосфери. за великої вологості при великій частці (понад 40%) харчових відходів. З цих причин практично температура в топці не перевищує 550 °С. Більш сучасний спосіб спалювання - це спалювання в псевдозрідженому шарі. Принцип роботи реакторів з псевдозрідженим шаром полягає в подачі горючих газів (повітря) через шар інертного матеріалу (пісок з розмірами частинок 1-5 мм), що підтримується колосниковою решіткою. При критичній швидкості потоку газу інертнийшар переходить у зважений стан, що нагадує киплячу рідину. Відходи, що надійшли в реактор, інтенсивно перемішуються з інертним шаром, при цьому істотно інтенсифікується теплообмін. Температура реакторі коливається від 800 до 990 °З залежно від матеріалу інертного шару, т.к. процеси в псевдозрідженому шарі проводять при температурах, що не призводять до розплавлення або спікання матеріалів, що реагують. Бернардер М.М., Щурігін А.П. Вогнева переробка та знешкодження відходів. - М., 1990
До основних достоїнств способу відносяться: інтенсивне перемішування твердої фази, що призводить практично до повного вирівнювання температур, невеликий гідравлічний опір шару; відсутність рухомих і обертових частин; можливість автоматизації процесу знешкодження; можливість спалювання відходів із підвищеною вологістю.
Для несортованого сміття Україна необхідну повноту згоряння витримати не вдається. Часто температура згоряння падає в 2 - 2,5 рази по відношенню до розрахункової та частка шлаку збільшується до 40 - 50% за масою, замість 7 - 10% за розрахунком. Замість згоряння цих режимах відбувається деструкція ТПВ з рясним виділенням шкідливих речовин, включаючи діоксини. Проблема ускладнюється недостатнім очищенням димових газів (зазвичай тільки в механічному та електричному фільтрах). На таких режимах роботи МСЗ зменшує масу відходів лише в 1,5 - 2 рази (об'єм при цьому зменшується у 8 - 10 разів - легкі фракції згоряють) і суттєво забруднюють довкілля. На ряді заводів робилися спроби підвищити повноту згоряння за рахунок збільшення часу перебування ТПВ на колосниках (до 1,5 години замість 10 - 15 хвилин) або додаванням палива (газу). Але, як і збільшення подачі газу для спалювання, це призведе до зростання ціни спалювання. Вихід з положення --у сортуванні ТПВ на місцях збору населенням. Тільки виділення харчовідходів дозволить підвищити повноту згоряння. Залишиться проблема високих шкідливостей - діоксинів і відділення матеріалів, що містять хлор. Через це було закрито багато МСЗ у США. Але навіть зараз у Франції діє понад 300 заводів, у Німеччині - понад 400. Це пов'язано з тим, що сам склад відходів, що надходять до МСЗ за кордоном, більш сприятливий через часткове сортування населенням. Крім того, ці заводи оснащені системою регулювання та підтримки температури згоряння, багатоступінчастою системою очищення газів, вартість якої становить до 30% капітальних вкладень у МСЗ. Бернардер М.М., Щурігін А.П. Вогнева переробка та знешкодження відходів. - М., 1990
Дещо краще справа з знешкодженням підготовлених відходів. Підготовленими відходами називатимемо ТПВ і ТПрО, що пройшли сортування або подрібнення, або і те, й інше. Для їх знешкодження застосовується піроліз чи спалювання у спеціальних печах.
Піроліз дозволяє ліквідувати тверді та пастоподібні відходи без їх попередньої підготовки. Дуже важливо, що цей метод дозволяє ліквідувати відходи з підвищеною вологістю, відходи «незручні» для спалювання. У тому числі - різні вуглеводневі матеріали, автомобільні шини тощо. Інша перевага особливо високотемпературного піролізу – це отримання пального – газу, який може використовуватися як паливо.
Заводи з піролізними установками розрізняються за температурним режимом обробки відходів, методами попередньої підготовки, одержуваним продуктам. Але всі вони дозволяють утилізувати значну частину відходів і більшою мірою відповідають вимогам до охорони навколишнього середовища порівняно зі сміттєспалюванням.
Одним зОсновними джерелами діоксинів є звалища і спалювання твердих відходів. Але все ж таки МСЗ залишаються, поряд з хімічними підприємствами, основними постачальниками діоксинів у навколишнє середовище. Особливо для несортованого сміття, коли пластик, гума, лінолеум, ізоляційна стрічка, пакети та плівки, просочені синтетичними смолами та клеями деревні матеріали, лакофарбові склади тощо. подаються в камеру згоряння разом з вологими відходами їжі.
Діоксинова небезпека змусила Уряд України у 1995 р. прийняти спеціальну цільову програму «Захист навколишнього природного середовища від діоксинів та діоксиноподібних токсикантів», в якій передбачаються не лише заходи щодо контрольного моніторингу, правові та організаційні заходи, а й пропозиції щодо запобігання небезпечним. Передбачено розробку лікувальних препаратів та засобів, що перешкоджають всмоктуванню отрути в організм. Але найголовніше - не допустити накопичення діоксинів у природі. По можливості слід уникати застосування хлорсодержащих матеріалів у побуті. Уникати спалювання несортованого сміття, горіння сміттєзвалищ та вуличного кошторису (в т.ч. листя). Якщо все ж таки МСЗ працює на несортованому смітті (результат збору навальних відходів зі сміттєпроводів), то необхідно:
1. Забезпечувати горіння за температури не нижче 920 СС з невеликим коефіцієнтом надлишку повітря (до 1,6). Мати систему регулювання цих параметрів.
Ретельно перемішувати ТПВ в камері згоряння та зберігати їх в основній зоні горіння з найбільшою температурою щонайменше кілька секунд.
Виключити винос та неконтрольоване використання шлаку та золи після спалювання. Їх складуватимуть з найбільшими обережностями.
4. Забезпечити максимально можливе очищення продуктів згоряння від газоподібних.органічних речовин.
Чи означає все сказане вище, що МСЗ немає права існування? Звичайно, ні. Але ці заводи вимагають особливої уваги до очищення викидів, скидів та утилізації шлакозольних сумішей. Отже, і дуже істотних витрат - капітальних, експлуатаційних. Те, що успіх на цьому шляху можливий, показує досвід Нідерландів, які після ухвалення державного плану зниження небезпеки МСЗ («Директива зі спалювання, 1989») зуміли ціною кардинальної модернізації двох третин МСЗ і закриття інших (це вимагало вкладення по 200 - 250 млн доларів щорічно) суттєво знизити шкоду від спалювання частково сортованого населенням ТПВ.