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.
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
- Европейская практика обращения с отходами: проблемы, решения, перспективы. С.Пб.: НП РЭП, 2004. 73 с.
- Экология и технологические процессы современных методов переработки твердых бытовых отходов // Отраслевой портал «Вторичное сырье».
- Тугов А.Н. Перспективы энергетической утилизации ТБО // Энергосовет, 2014. № 4 (35). С. 31–35.
- 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. Скачать pdf, 800 kb.
- 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. Скачать pdf, 1.1 Мb.
- Балахчина Т.К. Оценка воздействия свалочного газа с полигонов твердых бытовых отходов на человека // Физиология. Медицина. Экология человека. 2012. № 2. С. 41–57.
- 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.
- Коровин, И.О. Исследование пиролизной утилизации углесодержащих твёрдых бытовых отходов. Дисс … канд. техн. наук. / И.О.Коровин.– Тюмень, 2003. – 159 с.
- 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.
- Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control).