Waste to Energy (Отходы в энергию)

В настоящее время не существует экономически эффективного и одновременно экологически безопасного решения для утилизации твердых бытовых (коммунальных) отходов (ТБО или ТКО).

Структура способов утилизации ТКО приведена на рис.

Waste to Energy (Отходы в энергию)

Рис. Структура переработки отходов в странах ЕС в 2017 г.
Источник: EuroStat

В мире действуют около 1500 мусоросжигательных заводов, из них около трети – в Европе, в основном с выработкой тепловой энергии и незначительно – с выработкой электроэнергии [1]. В США объём сжигаемых ТБО после 2000-х годов стал сопоставим с объем отходов, размещаемых на полигонах. В Японии сжигается около 70% отходов. Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. Кроме того, складирование оставшейся части твердых отходов после сжигания экологически безопасно и требует в 10 — 12 раз меньше площади [2].

В табл. приведен средний состав различных топлив, откуда видно, что по теплотворной способности бытовые отходы (RDF-топливо) уступают каменному углю всего в 2 раза и имеют такую же теплоту сгорания, как древесина и бурый уголь.

Характеристики различных видов топлив

Показатель Ед. изм. RDF-топливо Древесина Бурый уголь Каменный уголь
Влажность Wр % 7,0…25,5 5…30 20…30 до 12
Зольность Ар % 14,0…17,3 1 10…25 до 30
Выход летучих % 64,2…78,0 68 45…65 до 32
Низшая теплота сгорания ккал/кг 3 800…4 850 3 500 5 250…7 400 5 500…8 000
МДж/кг 15,9…20,3 14,5 22…31 23…33,5
Общий углерод С % 46,0±1,0 40,5 60…75 75…95
Общий водород H % 6,3±0,3 5 6 4…6
Азот N % 0,27±0,01 0,1 0…2 до 2,7
Общая сера S 8,30±0,03 0,5…3 0,7…4
Хлор Cl % 0,80±0,02
Кислород О % 39,0±1,5 34 17…34 16

Сжигание 1 т мусора позволяет выработать в среднем 370 кВт·ч электрической энергии и 600 кВт·ч (515 Гкал) тепловой энергии, это позволяет экономить 0,5 т угля или 0,25 т природного газа [3]. Из 1 тонны отходов по разным методикам расчета [4, 5] выделяется 0,05-0,15 т метана, парниковый эффект от которого по разным оценкам сильней, чем от углекислого газа, на величину от 25 раз [6] до 84 раз [7]. Поэтому сжигание отходов позволяет предотвратить выброс, по разным оценкам, от 2 до 10 т парниковых газов (в пересчете на CO2). Таким образом парниковый эффект от сжигания ТБО в 2,5…8 раза ниже, чем от складирования.

Существуют три основных метода сжигания твёрдых отходов:

    • слоевое (с неподвижной и подвижной колосниковой или цепной решёткой);
    • пылевидное (во взвешенном или кипящем слое);
    • в пиролизных котлах.

Первый метод более прост в реализации, не требует предварительной подготовки мусора, отличается высокой надежностью, но второй позволяет получить более полное сгорание отходов.По материалам ряда источников пиролиз наиболее экономически эффективен и оказывает наименьшее влияние на окружающую среду [8]. Однако об эффективность сухого пиролиза при сжигании твердых бытовых и некоторых промышленных отходов мнения специалистов расходятся [9]. Главный недостаток прямого сжигания – загрязнение атмосферы вредными выбросами при избытке кислорода в зоне горения и низкой температуре горения. Но например в работе [9] утверждается, что захоронение отходов на свалках более опасно, чем переработка сжиганием.Опыт Швеции показывает, что, несмотря на рост в течение последних лет объемов бытовых отходов, выброс диоксинов в атмосферу с мусоросжигательных заводов составляет всего 5-6% от всех выбросов, т.е. столько же, сколько и при ранее имевших место пожарах на свалках [1].

Термическое обезвреживание отходов на современном уровне развития науки и техники гарантирует практически полное разрушение находящихся в отходах органических вредных веществ [10]. Но для этого необходимо обеспечить высокие температуры. Согласно Директиве Европейского Парламента и Совета 2010/75/ЕС от 24.11.2010 о промышленных выбросах (о комплексном предотвращении загрязнения и контроле над ним) [10] экологическим требованиям удовлетворяют установки, в которых продукты горения находятся не менее 2 с при температуре не менее 850°C, или если сжигаются опасные отходы с содержанием более 1% галогенных органических соединений, выраженных как хлорин, температура должна быть минимум 1100°C. При выполнении этих требований экологическая опасность сжигания отходов не будет превышать последствия от их захоронения на полигонах.

Библиографический список

  1. Европейская практика обращения с отходами: проблемы, решения, перспективы. С.Пб.: НП РЭП, 2004. 73 с.
  2. Экология и технологические процессы современных методов переработки твердых бытовых отходов // Отраслевой портал «Вторичное сырье».
  3. Тугов А.Н. Перспективы энергетической утилизации ТБО // Энергосовет, 2014. № 4 (35). С. 31–35.
  4. Методика расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов (изд. доп. и перер.) / Н.Ф. Абрамов, Э.С. Санников, Н.В. Русаков и др. М., 2004. 20 с.Скачатьpdf, 800 kb.
  5. Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронения твердых бытовых отходов / Н.Ф. Абрамов, Я.И. Вайсман, С.В. Максимова и др. М.: ФГУП Федерального центра благоустройства и обращения с отхода-ми, 2003. 27 с.Скачатьpdf, 1.1 Мb.
  6. Балахчина Т.К. Оценка воздействия свалочного газа с полигонов твердых бытовых отходов на человека // Физиология. Медицина. Экология человека. 2012. № 2. С. 41–57.
  7. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.). IPCC, Geneva, Switzerland, 2015. 151 pp.
  8. Коровин, И.О. Исследование пиролизной утилизации углесодержащих твёрдых бытовых отходов. Дисс … канд. техн. наук. / И.О.Коровин.– Тюмень, 2003. – 159 с.
  9. Kasakura T., Hiraoka M. Pilot plant study on sewage sludge pyrolysis // Water Research. 1982. Vol. 16. Part I: Issue 8. P. 1335-1348; Part II: Issue 12. P. 1569-1575.
  10. Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control).