Проблемы утилизации твердых промышленных и бытовых отходов

Д. т. н., профессор ,

Камский государственный политехнический институт

г. Набережные Челны

Проблемы утилизации твердых промышленных и бытовых отходов

В данной работе рассмотрены вопросы, связанные с экологическими задачами, стоящими перед предприятиями переработки ТП и БО.

1. Введение. Твердые промышленные отходы (ТПО) представляют собой в основном однородные продукты, которые не требуют предварительной сепарации по группам для их переработки. Твердые бытовые отходы (ТБО) в Российской Федерации представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и отходов пищевой промышленности, отличающихся как по физическим, химическим и механическим свойствам, так и по их размерам. ТБО перед их переработкой подвергаются сепарации по группам и далее, производится переработка каждой группы по своей технологии.

Технологический процесс переработки каждой группы твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО) включает в себя термическую обработку, что влечет за собой выделение токсичных веществ. Проведенные исследования по переработке ТП и БО показали не оптимальность параметров технологического оборудования по отношению к величине вредных отходов.

В настоящее время проблема охраны окружающей среды и безопасности жизнедеятельности стоит наиболее остро. Поэтому проблема переработки ТП и БО является актуальной.

В данной работе рассмотрены вопросы, связанные с экологическими задачами, стоящими перед предприятиями переработки ТП и БО.

2. Пути решения проблем утилизации отходов. Фазовое состояние исходного материала всех видов ТП и БО определяет выбор технологии переработки. Например, все ТПО машиностроительных производств условно разделяются на две основные группы:

1.  Металлические ТПО;

2.  Органические ТПО.

На предприятии ТБО» в городе Набережные Челны проблему переработки органических ТПО решили с помощью плазмохимической установки которая предназначена для обезвреживания токсичных твердых органических отходов медицинских учреждений и промышленных предприятий.

Обезвреживание отходов осуществляется с использованием энергии воздушной плазмы.

Установка состоит из следующих блоков (узлов)

1. Подготовка воздуха

2. Плазмохимическое обезвреживание

3. Очистка газов обезвреживания

4. Охлаждение установки

Для обезвреживания отходов используются пакетированные отходы (в пластмассовой упаковка) с размерами и массой не более 5 кг. Для подачи отходов в плазмохимический агрегат используется метод шлюзования.

Для обеспечивания полноты обезвреживания применяется двухступенчатое сжигание: поджиг отходов воздушной плазмой в печи (I сту­пень) с дожигом газов в плазмохимическом реакторе.

Зола (неорганический остаток) выделяется после П ступени в специально фильтре при высокой температуре.

Нейтрализация кислых компонентов (HCI, S02) из газов осуществляется раствором нейтрализующих реагентов (NаОН, Na2С03 или Са(ОН)2)

Для питания плазмотронов используется тиристорный выпрямитель, питающийся от сети переменного тока 380В с частотой 50Гц.

При высоких температурах (до 1000 ºС) все углеводороды подвергаются распаду с разрывом связей С – С и С – Н. При этом образуются продукты, состав которых зависит от условий термического воздействия (температура, давление, продолжительность нагрева) и от природы углеводородов.

Рассмотрим воздействие высокой температуры (1200 ºС) на ТБО, предполагая, что в зоне высокой температуры находятся только ТБО, в эту зону не попадает воздух, вода. Известно, что при температуре свыше 1000 ºС распад органической части идет главным образом, до углерода (кокс) и водорода. Содержащиеся в отходах кислород, вода вступают во взаимодействие с углеродом согласно основным законам химической кинетики по формулам:

2С + О2 = 2СО + 58,86 ккал/моль (а)

С + Н2О = СО + Н2 – 28,38 ккал/моль (б)

С + Н2О = СО2 + Н2 – 10,41 ккал/моль (в)

[СО] · [Н2О]/[Н2] · [СО2] =к

где, к – константа равновесия фаз при заданной температуре.

Расчет требуемый для нагрева ТБО до рабочей температуры энергии проводится по формуле:

(г)

где, - средняя удельная теплоемкость i-го компонента на интервале расчетных температур;

- масса i-го компонента;

- интервал расчетных температур.

Вычитая из требуемого количества энергии значение энергии, выделившейся при химических реакциях, получим энергию внешнего источника, которую необходимо вводить для поддержания рабочей температуры.

После проведения опытов были найдены расчетные зависимости изменения концентрации [СО], [Н2О], [Н2] и [СО2] в зависимости от среднемассовой температуры в реакционной зоне. По этим расчетам были построены графики из анализа которых можно сделать вывод, что с повышением температуры возрастает процентное содержание горючих составляющих в конечном продукте и, следовательно, увеличивается теплотворная способность синтез газа.

A·10, %, вес.

q, г/с

Рис 1. Зависимость влажности синтез-газа от исходной влажности ТБО при производительности 1 кг ТБО/ч.

N, %, об.

q, г/с

Рис 2.Изменение состава сухого синтез-газа в зависимости от исходной влажности ТБО при производительности 1 кг ТБО/ч (сверху вниз соответственно Н2, СО, СО2).

к·Вт·ч

q, г/с

Рис 3. Зависимость суммарной калорийности синтез-газа 1 кг ТБО/ч от влажности 1 кг ТБО/ч.

Заключение. В настоящее время перспективным является плазменная переработка ТП и БО. Утилизации отходов является экологически чистым благодаря высоким температурам, реализуемым в зоне реактора. В газообразных продуктах отсутствуют смолы, фенолы, и сложные углеводороды, загрязняющие отходящие газы.

Литература:

Д. т. н., профессор

Режим	Состав
СО, %	СО2, %	Н2 , %	N2 , %	Н2О, %	Физическое тепло синтез-газа, кВт·ч	Энергия хим. реакции, кВт·ч	Энергия внешнего источника, кВт·ч
Тср =1100ºС	25,89 33,87	6,17 8,07	43,92 57,46	0,42 0,58	23,56	63,21	13,66	49,55
Тср =1150ºС	26,06 34,16	6,01 7,86	43,76 57,36	0,42 0,58	23,71	64,87	13,57	51,3
Тср =1200ºС	26,43 34,83	5,64 7,43	43,38 57,15	0,44 0,58	24,09	68,15	13,37	54,78
Тср =1250ºС	26,68 35,28	5,37 7,10	43,13 57	0,44 0,58	24,36	70,55	13,22	57,33
Тср =1300ºС	26,93 35,72	5,13 6,8	42,88 56,88	0,44 0,58	24,60	72,94	13,09	59,85

Зависимости составов синтез-газа и энергетических характеристик процессов газификации от температур

Примечание: в числители – процентное содержание для влажного синтез-газа, в знаменателе – для сухого.