Термические способы обезвреживания отходов.

Несмотря на разнородность состава твердых бытовых отходов, их можно рассматривать как низкосортное топливо (тонна отходов дает при сжигании 1000—1200 Гкал тепла). Термическая переработка ТБО не только их обезвреживает, но и позволяет получать тепловую и электрическую энергию, а также извлекать имеющийся в них черный металлолом. При сжигании отходов процесс можно полностью автоматизировать, а следовательно, и резко сократить обслуживающий персонал, сведя его обязанности до чисто управленческих функций. Это особенно важно, если учесть, что персоналу приходится иметь дело с таким антисанитарным материалом, как ТБО.

К термическим методам обезвреживания отходов относятся сжигание, газификация и пиролиз.

Сжигание - наиболее отработанный и используемый способ. Этот метод осуществляется в печах различных конструкций при температурах не менее 1200°С. Существует 2 основных вида сжигания отходов:

- слоевое сжигание исходных (неподготовленных) отходов в мусоросжигательных котлоагрегатах (МСК);

- слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов (освобожденных от балластных фракций) в энергетических котлах совместно с природным топливом или в цементных печах

При слоевом сжигании ТБО в котлоагрегатах сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. Метод слоевого сжигания исходных отходов наиболее распространен и изучен. Однако при сжигании выделяется большое количество загрязняющих веществ, поэтому все современные мусоросжигательные заводы оборудованы высоко­эффективными устройствами для улавливания твердых и газообразных загрязняющих веществ, стоимость их достигает 30% капитальных затрат на строительство МСЗ.

В результате сгорания органической части отходов образуются диоксид углерода, пары воды, оксиды азота и серы, аэрозоль, оксид углерода, бензопирен и диоксины. Зола, имеющая в своем составе неподвижную форму тяжелых металлов, накапливается в нижней части печи и периодически вывозится на полигоны для захоронения или используется в производстве цемента.

Газификация - широко используемый в металлургии способ переработки некоксующихся углей - осуществляется в вихревых реакторах или печах с кипящим слоем при температурах 600-1100°С в атмосфере газифицирующего агента (воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода или их смесь). В результате реакции образуются синтез-газ (H₂, СО), туман из жидких смолистых веществ, бензопирена и диоксинов. Реакция газификации протекает в среде с восстановительными свойствами, поэтому оксиды азота и серы практически не образуются. Масса тумана при 600°С может доходить до 30% от массы синтез-газа. При увеличении температуры газификации доля тумана в массе синтез-газа падает и при температуре более 1100°С близка к нулю.

Горючая смесь водорода и оксида углерода сжигается на горелках при 1400-1600°С или используется в каталитическом процессе синтеза метилового спирта. Зола, остающаяся после га­зификации, может содержать остаточный углерод и соли тяжелых металлов, растворимые в воде. После проверки золы на отсутствие бензопирена, диоксинов и тяжелых металлов в подвижной форме она может быть отправлена на захоронение.

Пиролиз широко используется для производства активированного угля из древесины. Пиролиз нефтесодержащих отходов проводят при температуре 600-800°С с вакуумированием реактора.При этом протекают реакции коксо- и смолообразования, разложения высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные, жидкую и газообразную фракции, а если углеводородные отходы содержат серу, то образуются также сероводород и меркаптаны. Оксиды азота и серы практически не образуются. В результате процесса пиролиза из сырья образуются парогазовая смесь и твердый углеродистый остаток (пирокарбон). Парогазовая смесь очищается от пыли в циклоне и далее проходит последовательно через конденсатор, в котором газовая фаза отделяется от жидких продуктов пиролиза (смеси смолы и воды). Газообразные продукты направляются вентилятором на сжигание в специальную топку.

Пирокарбон из пиролизного барабана через шлюзовой питатель выгружается на конвейер с погружными скребками и охлаждающей водяной рубашкой под днищем. Расфасованный в бумажные мешки пирокарбон отправляется на склад готовой продукции.

Опыт эксплуатации отечественных заводов позволил выявить ряд недостатков, влияющих на надежность работы основного технологического оборудования и на состояние окружающей среды. Для устранения обнаруженных недостатков необходимо:

- обеспечить раздельный сбор золы и шлака;

-предусмотреть установку резервных транспортеров для удаления золошлаковых отходов;

-повысить степень извлечения лома черных металлов из шлака;

-обеспечить очистку извлеченного металлолома от золошлаковых загрязнений;

-предусмотреть дополнительное оборудование для пакетирования извлеченного лома черных металлов;

-разработать, изготовить и установить технологическую линию по подготовке шлака для вторичного использования;

-установить дробилку для крупногабаритных отходов.

История человечества знает множество случаев появления в биосфере больших количеств потенциально опасных веществ. воздействие этих чужеродных соединений ксенобиотиков) на живые организмы иногда было причиной трагических последствий, примером которых может служить история с инсектицидом ДДТ. Еще большую печальную известность приобрел диоксин.

Диоксином в органической химии называют шестичленный гетероцикл, в котором два атома кислорода связаны двумя этиленовыми мостиками. В токсикологии под термином "диоксин" понимают 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин (2,3,7,8-ТХДД), являющийся наиболее токсичным представителем обширной группы чрезвычайно опасных ксенобиотиков из числа полихлорированных полициклических соединений, к которым относятся дибензо-п-диоксины (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ) и бифенилы (ПХБ). Структурные формулы наиболее токсичных ПХДД/ПХДФ представлены на рис.5.2.1.

Опасность представляют только конгенеры ПХДД и ПХДФ имеющие замещение галоидом в положениях 2,3,7,8. Остальные, с учетом тех количеств, в которых они могут встречаться в объектах окружающей среды, не представляют серьезной угрозы. Поэтому часто под термином "диоксины" подразумевается совокупность именно этих 17-ти конгенеров, для них введена система коэффициентов токсичности, позволяющая приводить к единому токсическому эквиваленту, называемому диоксиновым эквивалентом (ДЭ), токсические характеристики любой реальной смеси. Следовательно, токсичность любой смеси ПХДД и ПХДФ может быть выражена через токсичность 2,3,7,8-ТХДД, взятого в эквивалентном по токсичности количестве.

Эти споры и усилия ученых разных стран мира привели к тому, что в настоящее время создана концепция коэффициента токсичности или диоксинового эквивалента, которая заключается в следующем.

Токсичность каждого диоксинаприводит к единому эталону, в качестве которого избран самый токсичный - 2,3,7,8-ТХДД. Для каждого диоксина из рассматриваемых рядов находят коэффициент токсичности (КТ) относительно 2,3,7,8-ТХДД. Его определяют несколькими способами на основе имеющихся токсикологических и биологических данных, что существенно повышает надежность всей концепции:

- по величинам LD₅₀, характеризующим острую токсичность диоксинов;

- по индукции арилуглеводородгидроксилазы (АНН) и других энзимов;

- по канцерогенному эффекту;

- по совокупности одновременно нескольких эффектов и т.д.

Система КТ позволяет приводить к токсическому эквиваленту (диоксиновому эквиваленту, ДЭ) токсические характеристики любой реальной смеси диоксинов, если предварительно определено содержание в ней каждого действующего компонента. Другими словами, токсичность сложной смеси ПХДД и ПХДФ может быть выражена через токсичность 2,3,7,8-ТХДД, взятого в эквивалентном по токсичности количеств.

Структурные формулы наиболее токсичных диоксиноподобных веществ представлены на рис. 5.2.2.1.

Диоксин - один из самых коварных ядов, известных человечеству. Диоксин опасен по двум причинам. Во-первых, являясь наиболее сильным синтетическим ядом, он отличается высокой стабильностью, долго сохраняется в окружающей среде, эффективно переносится по цепям питания и таким образом длительное время воздействует на живые организмы. Во-вторых, даже в относительно безвредных для организма количествах диоксин сильно повышает активность узкоспецифичных монооксигеназ печени, которые превращают многие вещества синтетического и природного происхождения в опасные для организма яды.

2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин	2,3,4,7,8-пентахлордибензофуран

3,3',4,4',5-пентахлорбифенил

Рис 5.2.2.1.Структурные формулы наиболее токсичных диоксиноподобных веществ.

С начала 1970-х годов были затрачены огромные усилия для того, чтобы понять, почему диоксины столь опасны в столь малых количествах и определить безопасные дозы.

Таблица 5.2.2.1