Производство комплекса по переработке твердых бытовых отходов для получения энергии и использования продуктов переработки ТБО

Введение

Настоящий проект разработан с целью внедрения  в производство комплекса по переработке  твердых бытовых отходов для  получения энергии и использования  продуктов переработки ТБО. Проект является плодом деятельности коллектива ЗАО «Энергия» - компании, предлагающей высокоэффективный и экологически безопасный способ переработки (уничтожения) органических веществ путем низкотемпературного (t 600-700 °C) мгновенного пиролиза. Проект позволяет решить проблему уничтожения коммунальных и промышленных отходов используя экологически безопасную технологию, с получением на выходе энергии и полезных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в хозяйстве.

Проект высокорентабелен и является эффективным с точки зрения своевременного возврата инвестиций

Нынешняя ситуация обращения с землёй, стихийное  загрязнение больших территорий разнообразными промышленными и  бытовыми, твёрдыми и жидкими отходами достигло в нашей стране угрожающих масштабов. В связи с этим необходимо в ближайшем будущем создать  специальную технологию массовой очистки  городских, сельских территорий, а также  земельных угодий, полей, лесозащитных полос и посадок, обочин дорог  от несанкционированных свалок различного мусора. Это позволит противостоять  тенденциям опасного накопления мусора, его стихийного сжигания, самовозгорания, попадания огромных количеств образующихся токсических веществ в атмосферу, реки и водоёмы.  
 
Особенно трудной проблемой являются твёрдые бытовые отходы (ТБО), которые представляют собой крайне нестабильную неконтролируемую смесь бумаги, картона, пищевых остатков, пластмассы, резины, стекла, строительного мусора, металлов, батареек и другого. Предварительная сортировка ТБО городским населением и коммунальными службами в России практически не проводится. Механическая сортировка ТБО технически сложна и пока не находит широкого применения. Прямая переработка или сжигание огромных количеств отходов технически весьма проблематична, экологически опасна и экономически неэффективна. Поэтому потребуется неотложное решение проблемы ТБО при обеспечении наиболее экономически и экологически эффективного их использования и переработки с получением полезной продукции.

Существует два  основных метода переработки ТБО: механико-биологический  и термический

К механико-биологическим  методам относятся: компостирование  отходов после предварительной  сортировки: механизированная сортировка, сушка и уплотнение отходов для  экологически безопасного их захоронения  на специальных полигонах; сортировка отходов, производимая в основном населением, и распределение их (стекла, металла, полимеров, бумаги) по предприятиям переработки  вторичных материалов.  
 
Термические методы включают: сжигание отходов, преимущественно их бумажно-полимерных компонентов, которое производится в установках с колосниковыми решётками или в топках с кипящим слоем; пиролиз, представляющий высокотемпературное разложение отходов (выше 600 градусов) без доступа кислорода во вращающихся трубчатых печах с получением полукокса и горючего газа; газификация отходов, позволяющая преобразовывать их органическую часть в синтез-газ, который применяют для химического синтеза; комбинированные термические методы, сочетающие полукоксование с последующим сжиганием.  
 
Анализ этих технологий не даёт уверенности в том, они могут быть эффективно реализованы в ближайшие годы в сложившихся в России условиях по многим причинам, среди которых можно выделить следующие: относительно малая производительность таких отходоперерабатывающих предприятий, несопоставимая с нарастанием обьёмов твёрдых углеродистых промышленно-бытовых отходов и тем более с уже накопленными их залежами; необходимость огромных материальных и финансовых ресурсов на сооружение десятков таких предприятий, обеспечивающих необходимые масштабы переработки; отсутствие подготовленных кадров для освоения и эксплуатации предприятий с новыми для России технологиями; высокая стоимость и сложность систем очистки дымовых газов с учётом высоких современных требований техногенной безопасности; проблематичность получения экономической прибыли из-за высокой стоимости переработки.  
 
Принципиальный вывод в результате такого анализа заключается в том, что проверенные и эффективные на Западе технологии мусоропереработки и мусоросжигания не могут в наших условиях быстро и эффективно разрешить столь масштабную и запущенную проблему. Следует искать альтернативные и максимально эффективные возможности переработки отходов, которые наилучшим образом будут учитывать сложившуюся в России ситуацию.

Классификация ТБО

Из множества  представленных в различной литературе способов классификации ТБО, можно  выделить несколько самых распространённых заметок. По качественному составу ТБО подразделяются на:  
 
бумагу (картон); пищевые отходы; дерево; металл черный; металл цветной; текстиль; кости; стекло; кожу и резину; камни; полимерные материалы; прочие компонеты; отсев (мелкие фрагменты, проходящие через 1,5-сантиметровую сетку);  
 
К опасным ТБО относятся: попавшие в отходы батарейки и аккумуляторы, электроприборы, лаки, краски и косметика, удобрения и ядохимикаты, бытовая химия, медицинские отходы, ртутьсодержащие термометры, барометры, тонометры, лампы.  
 
Одни отходы (например, медицинские, ядохимикаты, остатки красок, лаков, клеев, косметики, антикоррозийных средств, бытовой химии) представляют опасность для окружающей среды, если попадут через канализационные стоки в водоемы или как только будут вымыты со свалки и попадут в грунтовые или поверхностные воды. Батарейки и ртутьсодержащие приборы будут безопасны до тех пор, пока не повредится корпус: стеклянные корпуса приборов легко бьются еще по пути на свалку, а коррозия через какое-то время разъест корпус батарейки. Затем ртуть, щелочь, свинец, цинк станут элементами вторичного загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод.  
 
Бытовые отходы характеризуются многокомпонентностью и неоднородностью состава, малой плотностью и нестабильностью (способностью к загниванию).  
 
По характеру и степени воздействия на природную среду они делятся на  
- производственный мусор, состоящий из инертных материалов, утилизация которых в настоящее время экономически неоправданна;  
- утилизируемые материалы (вторичное сырье);  
- отходы 3 класса опасности;  
- отходы 2 класса опасности;  
- отходы 1 класса опасности.  
 
 
Из общего количества отходов, ежегодно образующихся на предприятиях, города большую часть составляют инертные твердые отходы, и малую часть - промышленные токсичные ТБО.  
 
Наиболее распространенные и общепринятые способы обращения с ТБО – термическое уничтожение (сжигание) и захоронение на специальных полигонах. Также, в мировой практике применяются биотехнологии для переработки ТБО в компост (получение удобрений). Эти же технологии позволяют преобразовывать ТБО в так называемый биогаз. Эффективный рециклинг ТБО – их сортировка для отделения полезных фракций с последующей переработкой.  
 
Мировая практика использования различных видов утилизации ТБО приведена в Таблице 1

 
 
 Таблица. 1 наглядно иллюстрирует, что  сжигание как метод утилизации ТБО  широко используется только в некоторых  европейских странах и в Япония. Основным способом по-прежнему остается захоронение отходов на полигонах.  
 
Сжигание позволяет уменьшить объем отходов в 10 раз и более, а также  использовать тепло от сжигания для получения энергии. При этом снижается  заражение отходами воды и почвы,  однако в воздух, несмотря на многоступенчатые фильтры очистки, все-таки попадают загрязнители.  
 
Использование классических технологий предполагает образование большого объема золошлаковых отходов (до 27%), которые подлежат захоронению на полигонах как опасные отходы, при этом происходит загрязнение атмосферы.

Отличия технологии ТЕРМОУДАРА от традиционных

В предлагаемых нами технологи ТЕРМОУДАРА (высокоскоростного низкотемпературного пиролиза), экологические проблемы полностью решены. В переработки различных отходов заложены принципиально новые технологические принципы.  
 
В предлагаемой технологии процесс переработки ТБО происходит по модульной схеме, где предварительно отсортированный и измельченный материал  подвергается сначала сушке (без потери влаги, которая собирается, очищается и используется в работе завода), а затем окислению или пиролизации с получением полезных продуктов - высококалорийного пиролизного газа и ценного углеподобного остатка – сырья для производства удобрений и для использования в строительной индустрии. Благодаря окислению и камере медной катализации газоочистки все вредные вещества выделяются в твердый остаток, их выброс (включая выброс диоксинов) практически равен нулю.

Первичная сортировка полезного вторсырья

Производство  по переработке ТБО по существу начинается с организации системы сбора  и доставки отходов. Правильно организованная сортировка ТБО обеспечивает значительное уменьшение количества образующихся отходов  и снижение негативного влияния  ТБО на окружающую среду и позволяет  извлечь полезные компоненты. Таблицы 2 и 3 иллюстрирую состав отходов каждого из секторов: жилого и коммерческого.

 
Примечание: 1. Стекло в составе исходных ТБО на 97% представлено целыми бутылками (все в классе –200+80 мм) 2. Черный металл на 50% представлен консервными банками (белая жесть); почти все банки находятся в классе –200+80 мм.

Ориентировочный состав коммерческих отходов

Модернизация  санитарной очистки города на стадии сбора и транспортировки ТБО  связано с организацией несмешивающихся  потоков муниципальных отходов  в жилом и нежилом секторе города с целью вовлечения отходов нежилого сектора в масштабную, технологически безопасную сортировку для получения ценных продуктов. Эффективность сепарации, характеризуемой извлечением на сортировочной установке ценных компонентов и себестоимостью получаемой продукции, существенно зависит от качества вовлекаемого в сортировку сырья.  
 
Селективный покомпонентный сбор у населения отходов потребления (макулатура, текстиль, пластмассы, стеклотара, металлы и др.) практикуется во многих странах, что предотвращает попадание в ТБО ряда ценных компонентов, перерабатываемых или используемых повторно. Кроме того, осуществляется селективный сбор опасных отходов – отработанных аккумуляторов и батареек, люминесцентных ламп, попадающих в составе ТБО на свалки и мусоросжигательные заводы и представляющих угрозу здоровью населения.  
 
В нашей стране селективный сбор ТБО у населения в настоящее время практически отсутствует, и его масштабная организация проблематична (неподготовленность населения, сложные бытовые условия, отсутствие технического обеспечения для раздельного сбора и переработки и пр.) В то же время сортировка и переработка вторсырья являются актуальной задачей. Раздельный сбор отходов с различным содержанием ценных компонентов, определяющим выход готовой продукции, существенно оптимизирует технологию на уровне сортировки.  
 
Необходимое условие самоокупаемости сортировочных установок – направление на сортировку отходов, достаточно обогащенных ценными компонентами: по расчетам, доходы от реализации вторичного сырья превышают расходы на сортировку при выходе полезной продукции более 12 %  (от исходного).. При выходе полезной продукции около 30 % (от исходного) и производительности установки не менее 35 тыс. т/год срок окупаемости составит 2 года.  
 
На долю отходов нежилого сектора города приходится 30 – 40 % от общего количества образующихся в городе ТБО. В то же время эффективность сортировки таких отходов почти на порядок выше, чем отходов жилого сектора.  
 
Из всех видов переработки, сортировка ТБО  подходящего состава на специальных объектах является самоокупаемым производством (даже без учета тарифа на оплату услуг). В Таблице 4 приведен расчет рыночной стоимости каждого из отобранных полезных компонентов ТБО, представляющих субпродукты, готовые к продажа уже после стадии отбора.