Сжигание отходов: выгоды и ограничения

Видами термической переработки отходов являются пиролиз, сжигание и плазменная газификация. Важными преимуществами современных методов такой переработки являются: эффективное обезвреживание отходов, снижение объема отходов до 10 раз, использование энергетического потенциала органических отходов.

В процессе пиролиза отходы нагревают в бескислородной среде, в результате образуются жидкости и газы, которые можно использовать в качестве топлива. Метод является потенциально эффективным, но на практике пиролизные установки применяют главным образом для переработки однородных промышленных отходов (например, автомобильных шин), но для бытовых отходов их практически не используют. Сейчас во всем мире наибольшее распространение получило сжигание отходов. Технология плазменной газификации является относительно новой разработкой и небеспроблемной, поэтому она менее распространена, чем сжигание.

Сжигание отходов

Деоккупация юга страны – как украинские военные отвоевывают территории

Запрет на передвижение по стране для военнообязанных – все детали

Ракетные удары по мирным украинским городам - июль 2022

Ядерный терроризм россии

Сжигание производят в печах различной конструкции, основным элементом которых является колосниковая решетка, на которой протекает процесс горения. Пространство внутри печи разделено на несколько зон, где последовательно протекают процессы, в результате которых происходит сжигание отходов.

Существуют различные технологии сжигания отходов. При слоевом сжигании подаются горячие воздушные потоки на слой отходов, загруженный на колосниковую решетку. Существуют разновидности такого сжигания: с неподвижной колосниковой решеткой, с неподвижным слоем отходов, с подвижной цепной решеткой или с неподвижной. При применении технологии псевдосжиженного слоя отходы предварительно разделяют на однородные фракции, а затем сжигают в присутствии песка, доломитовой крошки или другого абсорбента. В процессе горения частицы слоя под действием струй воздуха начинают активно перемещаться, что напоминает поведение жидкости. Каждая технология имеет свои достоинства и недостатки, нет явного лидера.

В общем случае процесс сжигания состоит из пяти стадий, которые, как правило, протекают последовательно, но могут проходить и одновременно, это: сушка, газификация, воспламенение, горение и дожигание. В зоне сушки испаряется влага, содержащаяся в отходах. В зоне газификации происходит образование летучих компонентов, которые попадают в зону воспламенения. И если в первых двух зонах требуется подвод тепла извне, то после воспламенения летучие компоненты горят самостоятельно. Для полного сгорания отходов и охлаждения колосников в зоне горения необходим подвод воздуха.

Каждый вид отходов требует своих технологических условий для сжигания. Поскольку бытовые отходы – это всегда смесь, то для многих их компонентов условия сжигания не будут оптимальными, что может приводить к ухудшению состава фракций, образующихся при горении.

Любая топка должна быть оснащена устройством для так называемой ее "подсветки" или обеспечения ста­билизации горения. Такая "подсветка" осуществляется сжиганием стабилизационного топлива, в качестве которого обычно применяют газ или мазут.

При использовании любой технологии сжигания отходов выделяется большое количество углекислого газа и газообразных выбросов, которые содержат оксиды азота, серы, соляную кислоту и т.п., а также тяжелые металлы и дисперсионную пыль. Весь это "букет" совершенно не нужен в атмосфере, поэтому летучие газы на мусоросжигательном заводе подвергаются очистке, которая может осуществляться сухим, мокрым и электростатическим способами или их комбинацией.

Основным узлом устройства для сухой очистки является вих­ревой элемент (задерживает крупные твердые частицы). Мокрая очистка позволяет связать водой некоторые вредные вещества. При электростатической очистке частицы пыли и аэрозоли электризуются и притягиваются к электроду.

Кроме того, функции первой ступени очистки дымовых газов отчасти выполняет сам мусоросжигательный котел. Например, кон­центрация образующихся при сжига­нии диоксинов и фуранов значительно снижается, если дымовые газы находятся в зоне с температурой более 850°С не менее 2 с. Чтобы обеспечить это, подбирается специальный режим горения.

Помимо газообразных продуктов при сжигании отходов образуются и твердые частицы металлы, стекло, шлаки и др., которые требуют дальнейшей ути­лизации или захоронения. По массе они составляют примерно 10% от отходов.

Фото: inciprom.ru

Плазменная газификация

Эта технология реализована на ряде предприятий в Японии, Индии, Великобритании, Китае, США, ведутся работы по проектированию и строительству в странах Евросоюза. Ее достоинствами являются возможность переработки разнородного исходного сырья при его минимальной подготовке и пониженный уровень образования отходов. Конечным продуктом процесса плазменной газификации могут быть электроэнергия, пар или жидкое топливо.

Утверждается, что совокупная энергия, извлеченная из исходного сырья, переработанного газификатором, составляет примерно 80%. Из всей энергии, необходимой для процесса газификации, на питание плазменных факелов расходуется только 2–5% .

Установка плазменной газификации работает при температуре, превышающей 5500°С. Неорганические вещества выводятся в виде инертного шлака, который охлаждается и превращается в неопасный невыщелачиваемый продукт (выщелачивание – перевод в раствор, как правило водный, компонентов твердого материала), который можно продавать, например, как наполнитель для строительного материала. Но эта технология довольно дорогая.

Кроме дороговизны, на практике при применении данной технологии порой не все так хорошо с вопросами экологии. Поэтому власти ряда городов в разных странах после размышлений все-таки отказались от подобных проектов в пользу традиционного сжигания.

Вопросы экологии

Многие люди, которые ощутили "прелести" горящих свалок или дымящиеся мусорных контейнеров у подъездов, считают, что сжигание мусора является чрезвычайно вредным для экологии процессом. Но у костра из отходов и современной промышленной установки для сжигания мусора мало общего. Обывательский миф о вредности основан на незнании современных инженерных реалий и физики/химии процесса горения.

Против сжигания отходов резко выступают экологи, но часто их позицию трудно назвать объективно обоснованной. Безусловно, любой процесс сжигания не очищает атмосферу, да и с твердыми остатками нужно что-то делать. Но как поступать с бытовыми отходами, о которых уже задыхаются многие города? Строить новые свалки, умножая связанные с ними проблемы и нанося огромный вред окружающей среде? Экологи говорят о необходимости раздельного сбора отходов, об их переработке и повторном использовании, вплоть до достижения обществом состояния "ноль отходов", когда не нужно будут ничего ни сжигать, ни закапывать в землю. Сейчас к подобному приблизились в одной стране – Швейцарии. Учитывая специфику этого государства и его граждан, можно утверждать, что достижение этой страны еще долго будет оставаться уникальным.

Фото: L. Frank

Раздельный сбор и переработка отходов – безусловно, правильное направление. Но это годы и десятилетия просветительской работы с населением, развитие законодательства, огромные инвестиции. Но проблему с отходами нужно решать уже сейчас. В проекте Национальной стратегии обращения с отходами сжиганию отведена роль в самом конце цепочки, там, где окончательное устранение. Со временем, возможно, так и будет, но пока силу огня можно и нужно использовать более активно.

Для того, чтобы эмоции не мешали анализу воздействия сжигания отходов на окружающую среду в сравнении с другими аспектами их переработки, исследователи предлагают использовать такие показатели, как: оценка жизненного цикла (ОЖЦ) и анализ эффективности затрат (ДЭЗ). В методе ОЖЦ большее внимание уделяется экологическим аспектам, тогда как ДЭЗ ориентируется на экономические показатели. Как правило, при анализе эффективности затрат учитывается финансовая стоимость жизненного цикла и экологические затраты, которые в совокупности составляют разновидность социальных затрат. Подобные исследования проводились, например, в Швеции. По их результатам выяснилось, что:

- наихудший способ обработки отходов, который представляет наибольшую экологическую и социальную опасность, – вывоз на полигон. Это объясняется выделением метана на свалках, а также низкой степенью вторичного использования ресурсов и невозможностью учета уменьшения воздействия на окружающую среду и экономии расходов;

- утилизация (переработка) отходов выгоднее с экологической точки зрения, но требует больших финансовых затрат. Социальные затраты зависят от способа оценки экологического воздействия, так утилизация легко регенерируемых материалов с социальной точки зрения более рентабельна, нежели сжигание;

- экологические и социальные затраты при анаэробной ферментации и компостировании биологически разлагаемых отходов ниже, чем при их свалке, но выше, чем при сжигании.

Разумеется, все рассуждения имеют смыл только в том случае, если на мусоросжигательном заводе предприняты необходимые меры по очистке продуктов сгорания. Теоретически, сейчас отфильтровать можно все, но это сделает процесс сжигания отходов глубоко убыточным. Поэтому на практике стремятся к тому, чтобы концентрация вредных веществ в газах не превышала уровней, нормативно установленных в конкретной стране. Контролировать же процессы очистки должны независимые эксперты (те же экологи), поскольку у "заводчан" есть много технических возможностей для корректировки результатов замеров.

Вообще же процесс фильтрации при сжигании не только самый дорогой этап, но и сложный при эксплуатации. При незначительном отклонении от технологических параметров в "очищенных" газах могут даже появиться опасные вещества, которых там не было изначально (например, аммиак).

Фото: Venagid.ru

Примером того, что понятия "сжигание отходов" и "экология" на являются несовместными, может служить мусоросжигательный завод Шпиттелау, открытый в Вене прямо в черте города.

Автором внешнего вида предприятия стал известный архитекторФриденсрайх Хундертвассер. Он не сразу согласился работать над проектом. Как поборник экологии, Хундертвассер считал, что мусор необходимо не сжигать, а перерабатывать, извлекая из этого пользу. Однако бургомистрВены заверил его, что тепло от сжигания мусора будет использовано для отопления предприятий и жилья. Также архитектору было обещано строжайшее соблюдение мер экологической безопасности на новом предприятии.

Предприятие может утилизировать 265 тыс. т мусора ежегодно. Электроэнергию для своих нужд оно вырабатывает самостоятельно. Кроме этого, он подает тепло в 60 тыс. венских квартир. Возле предприятия в одном с ним стиле выстроен офис компании, поставляющей тепловую энергию.

Шпиттелау стал туристической достопримечательностью. На его крыше расположен ресторан. Рядом не только офисные здания, но и элитный жилой поселок, детский сад. В вестибюле здания часто проводятся художественные выставки, а во дворе летом проходят фольклорные фестивали.