Физико-химические свойства золошлаковыхотходов мусоросжигательных заводов
ВВЕДЕНИЕ
Отходы МСЗ, выделяющиеся в окружающую среду состоят из отходящихгазов, летучей золы, шлака, технической воды, ее осадка и сточных вод. Помимо нормативных,существуют еще и непредвиденные выбросы, которые в газообразном виде или в видетвердых частиц выделяются в окружающую среду во время разгрузки отходов, помещенияих в печь, сжигания, извлечения золы, ее транспортировки и захоронения. Они происходяттакже в виде утечек и испарений жидких отходов через вентили, прокладки, клапаны.
Глава 1. Влияниемусоросжигательных заводов на окружающую среду
Постоянныеи непредвиденные выбросы МСЗ
Уменьшить этивыбросы можно поддерживая в помещениях МСЗ пониженное давление. NRC указывал: «Хотяна МСЗ и используют вполне современные методы обращения с отходами, только на некоторыхиз них производственный цикл полностью исключает проникновение случайных выбросовв цеховые помещения».
Случайные выбросы,выделяемые непосредственно над уровнем земли, часто более опасны для окружающейсреды, чем выбросы из труб заводов, т.е. на некоторой высоте, хотя распространениеи тех и других зависит от сочетания множества факторов: вид местности, присутствиевблизи завода зданий или зеленых насаждений, направление и скорость ветра, погодныеусловия, относительная влажность воздуха и т.д.
Исследованиязагрязнения окружающей среды
Постоянные и случайныевыбросы поступают в окружающую среду и могут осаждаться в непосредственной близостиот МСЗ. Загрязняющие вещества, такие как полихлорбифенилы, диоксины и фураны могутпереноситься по воздуху на значительные расстояния. Подсчитано, что только около2% диоксинов остаются в почве прилегающих к МСЗ территорий.
Большинство исследований,посвященных выбросам МСЗ, фокусируются на диоксинах и тяжелых металлах, игнорируядругие загрязняющие вещества. Эти исследования показывают, что почвы и растительностьв окрестностях МСЗ накапливают в себе концентрации диоксинов и тяжелых металлов,значительно превышающие фоновые уровни. Это значит, что сельхозпродукты, например,зерно, выращенные в непосредственной близости от МСЗ, также содержат загрязняющиевещества.
В Нидерландах,Франции и Бельгии из-за повышенного содержания диоксинов было запрещено употреблениемолока, полученного от коров, в рацион которых входила растительность с прилегающихк МСЗ территорий. Было также рекомендовано не употреблять в пищу произведенные тамяйца и свинину.
Почвыи растительность
Почвы и растительностьмогут служить индикатором загрязнения атмосферы тяжелыми металлами и диоксинами.Уровни тяжелых металлов и диоксинов широко используются для описания долговременноговоздействия этих веществ на окружающую среду. Исследуя растительность, можно судитьтакже о краткосрочных воздействиях диоксинов.
Диоксины и тяжелыеметаллы оседают на листьях и частицах почвы, а тяжелые металлы могут проникать врастение также через поры и корневую систему. Диоксины через корневую систему врастение не поступают.
Диоксины
Кроме МСЗ существуетмножество других источников диоксинов. Тем не менее, данные исследований показывают,что в непосредственной близости от МСЗ почвы содержат уровни диоксинов, значительнопревышающие фоновые. Кроме того установлено, что концентрации диоксинов уменьшаютсяпо мере удаления от МСЗ, что подтверждает версию о их происхождении.
В исследовании1996 г. уровни диоксинов в почвах у МСЗ в Испании в 2,1-7,5 раз превышали фоновыепоказатели. В исследовании почвы с подветренной стороны МСЗ в Японии были обнаруженыисключительно высокие уровни содержания диоксинов (252 и 211 пг/г)… Концентрацииэти чрезвычайно высоки, так как в промышленно развитых странах Северной Америкии Европы фоновые уровни содержания диоксинов в почве составляют около 3,6 пг/г длясельскохозяйственных районов и 11,9 пг/г для городов. Исследования показали, чтовысокие уровни диоксинов в почвах достоверно коррелируют с повышением количестваслучаев заболеваемости раком в районах, прилегающих к заводу.
В 1993 г. былосообщено о повышенных уровнях диоксинов в почвах в районе МСЗ «Шэнкс» в Уэльсе (Великобритания).Максимальные уровни составляли 1740 пг/г. Исследования показали, что повышенныеуровни диоксинов образовались в первую очередь за счет случайных выбросов во времятранспортировки и захоронения золы. Завод был переоборудован, и по сравнению с 1993г. уровень диоксинов снизился на две трети. Однако выбросы ПХБ до сих пор составляют2 нг/м3, при том, что средний уровень по стране в городских районах обычно не превышает0,5 нг/м3 и лишь в редких случаях достигает 1 нг/м3
В 1998 г. на МСЗ«Монкада», Барселона (Испания), уровень диоксинов в почве составлял 0,06-127,0 пг/гпри фоновом уровне для этого региона, равном 9,95 пг/г. Исследования показали также,что МСЗ оказывают влияние на уровень диоксинов в растениях, так как он изменялсяпо мере удаления от завода – источника выбросов.
Тяжелые металлы
Тяжелые металлы,поступающие в окружающую среду с выбросами МСЗ, могут накапливаться в почве, растениях,других живых организмах. По пищевой цепи и через воду они попадают в организм человека.Взрослое население, и в особенности дети, проживающие недалеко от МСЗ, вдыхают тяжелыеметаллы вместе с пылью и мельчайшими частицами почвы. Кроме того, тяжелые металлыспособны проникать в организм человека через кожу.
В 1991 г. исследованиепочв вокруг МСЗ в Италии показало шестикратное превышение уровней содержания свинцав них по сравнению с фоновыми значениями. Исследования по определению содержаниясвинца и кадмия в почвах около МСЗ «Балдови» (Великобритания), проведенные в 1998г. показали, что завод является основным источником распространения этих металловна расстояние до 5 км от его территории.
Исследования МСЗв Бирмингеме (Великобритания), проведенные в 1999 г. показали наличие свинца и кадмияв поверхностной пыли вблизи завода.
Другие исследованияпоказали связь уровней содержания свинца и кадмия в листве деревьев и расстояниемот этого завода. Таким образом, было показано, что даже МСЗ оборудованные современнымиочистными установками способны выделять в атмосферу значительное количество тяжелыхметаллов (свинец и кадмий).
Другое аналогичноеисследование на МСЗ в Нью-Джерси показало, что уровень содержания ртути в листведеревьев близлежащих территорий зависит от расстояния до этого завода.
Коровьемолоко
Исследования,проведенные в 90-х гг., показали повышенные уровни диоксинов в молоке коров, в рационкоторых входила трава с пастбищ, расположенных вблизи МСЗ.
Исследование,проведенное в Нидерландах в 1990 г., показало повышенные уровни содержания диоксиновв молоке коров (до 13,5 пг/г жира). Это привело к установлению правительством КоролевстваНидерланды предельного содержания диоксинов в молоке в 6 пг/г жира. Через некотороевремя те же предельно допустимые уровни были установлены в Германии, Австрии и некоторыхдругих странах.
В Великобританиинеобыкновенно высокие уровни содержания диоксинов в молоке (до 1,9 пг/г цельногомолока, что соответствовует 48 пг/г жира) были обнаружены в районе завода по утилизациихимических отходов в Дербишире. В 1991 г. этот завод был закрыт.
Более поздниеисследования, проведенные в Великобритании, показали, что в окрестностях 2 из 8МСЗ в 1993-1995 гг. содержание диоксинов в молоке превышало установленную норму(6 пг/г жира). Так, в 1995 г. в молоке, полученном вблизи МСЗ в Бристоле, содержаниедиоксинов равнялось 6,1 пг/г жира, а в молоке, полученном недалеко от МСЗ в ЗападномЙоркшире, содержание диоксинов колебалось от 3,1 до 11 пг/г жира. В 1996 г. исследованиеуровня диоксинов в молоке, полученном на той же территории в Западном Йоркшире показало,что загрязнение остается на высоком уровне. Концентрации диоксинов составляли 1,9-8,6пг/г жира. Год спустя МСЗ был закрыт из-за несоответствия современным стандартамна выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.
ВыбросыМСЗ
Сжигание приводитне к полному уничтожению отходов, а лишь к трансформации в другие виды – выбросыотходящих газов, летучую золу и шлак, которые в тех или иных количествах оказываютсяна прилегающих к заводу территориях. В случаях использования на заводе воды к перечисленнымвыше выбросам добавляются жидкие стоки.
Существует всеобщеезаблуждение, что вес и объем отходов в процессе сжигания значительно уменьшается.Действительно, вес золы составляет около трети первоначального веса сжигаемых отходовпри потере 90% его объема. Однако, эти данные не выдерживают критики при более пристальномизучении процесса. Если суммировать все выбросы МСЗ, их объем превысит первоначальный.Обычно не принимаемый в расчет СО2, полученный при взаимодействии кислородас углеродом сжигаемых соединений, увеличивает реальный вес отходов после процессасжигания. Значительные объемы отходов составляют используемая на производстве водаи ее осадки.
Для сравненияобъема отходов до и после сжигания обычно берут объем непрессованных отходов. Современныетехнологии позволяют снижать объем отходов путем их прессования в 5 и более раз.Если сравнивать объем спрессованных отходов и твердых отходов после сжигания, разницасоставит всего 45%.
В печи заводовпо сжиганию бытового мусора обычно поступает смесь различных отходов, что способствуетобразованию новых опасных соединений или высвобождению веществ, изначально присутствовавшихв связанном состоянии. Например, тяжелые металлы сохраняются в своем первоначальномвиде или образуют оксиды, хлориды или фториды.
Состав выбросовМСЗ зависит от сжигаемых материалов. Например, сжигание материалов, содержащих хлорорганическиекомпоненты, приводят к образованию соляной кислоты и диоксинов. Состав выбросовтакже зависит от систем очистки, применяемых на МСЗ. Однако какая бы система очисткине использовалась, загрязняющие вещества продолжают поступать в атмосферу. Эти веществавключают тяжелые металлы, ряд хлорорганических соединений (диоксины и др.), оксидыазота и серы, соляная кислоты, фтористый водород, углекислый газ. В докладе NRCотмечалось: «…к веществам, оказывающим отрицательноевоздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся соединения серы,азота, хлоорганические соединения, токсичные металлы. Особое внимание следует уделятьSOX, CO, NOX, HCl, свинцу, кадмию, ртути, хрому, мышьяку,бериллию, фуранам и диоксинам, полихлорбифенилам, и полициклическим ароматическимуглеводородам…»
В последние годыво многих странах были введены новые стандарты на выбросы в атмосферу загрязняющихвеществ, что привело к закрытию или переоборудованию многих МСЗ. Например, в Великобританиииз 780 МСЗ, функционировавших в начале 90-х гг. (30 заводов по утилизации бытовыхотходов, 700 заводов по утилизации медицинских отходов, 40 МСЗ, принадлежавших химическимкомпаниям, 6 заводов по утилизации осадков сточных вод, 4 завода по утилизации опасныхотходов) к 1999 г. осталось 110. В 2001 г. в Великобритании функционировало всего12 заводов по сжиганию бытовых отходов. Закрытие и переоборудование МСЗ привелок значительному уменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу.
Исследование,проведенное в Нидерландах, показало, что выбросы в атмосферу диоксинов также значительносократились. Наиболее совершенные германские технологии, разработанные в начале90-х годов, позволили уменьшить выбросы в атмосферу в 10 раз.
Несмотря на огромныйпрогресс, проблема выбросов МСЗ не исчезла полностью, она лишь переместилась в другуюплоскость, поскольку теперь большее количество диоксинов поступает в окружающуюсреду вместе с золой. В 2000 г. Европейское агентство по охране окружающей средыпредупреждало, что положительный эффект от снижения выбросов вскоре может быть сведенк нулю вследствие роста объемов сжигаемых отходов. Например, в Великобритании послезакрытия ряда МСЗ вследствие их несоответствия современным стандартам, правительствовнесло предложение о введении в эксплуатацию 177 новых заводов.
Наиболее тщательнорегулируются газообразные выбросы, так как их токсичные компоненты могут распространятьсявоздушными потоками. Однако другие отходы МСЗ также содержат загрязняющие веществаи, таким образом, могут наносить вред здоровью человека, возможно, менее очевидный,но не менее реальный.
Диоксины
Полихлорированныедиоксины (ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ) относятся к группе, включающей более200 различных изомеров. Наиболее широко известен 2,3,7,8-ТХДД, который считаетсяканцерогеном и самым токсичным веществом, известным человечеству. Диоксины токсичны,устойчивы, способны к накоплению в биологических цепях.
Оказалось, чтов выбросах МСЗ присутствуют бромированные диоксины и диоксины, в состав которыхвходят как хлор, так и бром, которые расцениваются, как равно токсичные с диоксинами,содержащими хлор. Тем не менее, до сих пор вопросы регулирования выбросов касаютсятолько диоксинов, содержащих хлор.
Образование диоксинов
Диоксины являютсяпобочными продуктами многих процессов сжигания в которые вовлечены хлор и его производные.Диоксины присутствуют в выбросах всех МСЗ. Исследования показали, что они могутразлагаться в процессе сжигания и вновь образовываться по окончании этого процессапри изменении температурного режима.
Диоксины, присутствующиев выбросах, в основном являются вновь образованными из хлорбензолов и хлорфенолов,источником которых является ПВХ – типичное составляющее бытовых отходов. Отходычасто содержат диоксины еще до сжигания. Тем не менее, доказано, что в процессесжигания образуются новые диоксины. Например, анализ балансов масс показал превышениеколичества диоксинов в продуктах сгорания над их содержанием в бытовых отходах,поступивших на сжигание.
В исследовании,проведенном на восьми МСЗ Испании, были получены следующие результаты. В поступающихотходах содержалось диоксинов в количествах 79,8 г/год, в газообразных выбросахпосле сжигания — 1-1,2 г/год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в золе – 2-19г/год.
Учет выбросов диоксинов при сжигании отходов
С 80-х до середины90-х гг. МСЗ были основными источниками выбросов диоксинов. Например, голландскаяправительственная организация RIVM отмечала, что в 1991 г. МСЗ были ответственныза 79% выбросов диоксинов в стране. В 1995 г. в Великобритании заводы, на которыхсжигали бытовые отходы, производили 53-87% выбросов диоксинов. В США МСЗ приписывалось37% выбросов диоксинов. Усреднение данных по 15 странам показало, что МСЗ производятболее 50% всех выбросов диоксинов. Несмотря на усовершенствованные технологии, установлено,что в 1998-1999 гг. МСЗ Дании продолжали оставаться основными источниками диоксиновс годовым выбросом 11-42 г. Еще 35-275 г присутствует в захораниваемой золе.
В публикации 1997г., цитированной ЕС, говорилось, что заводы, сжигающие опасные отходы, производятдо 40% диоксинов Европы.
Другиеорганические вещества
Среди других наиболееопасных органических веществ в выбросах МСЗ основное внимание следует уделить устойчивымвысокомолекулярным соединениям. В основном это полиароматические углеводороды (ПАУ)и несколько групп высокотоксичных, содержащих хлор веществ, включающих ПХБ и полихлорнафталины(ПХН), хлорбензолы и хлорфенолы.
Хлорбензолы
Хлорбензолы такжеприсутствуют в выбросах МСЗ. Особое значение имеет гексахлорбензол (ГХБ) – полностьюзамещенная форма бензола. ГХБ устойчив, токсичен, способен к бионакоплению. Он токсичендля водной флоры и фауны, для наземных животных и растений, для человека. Ранееон использовался в качестве пестицида и гербицида. Исследования показали, что ГХБможет усиливать токсичность молока кормящих женщин, обусловленную диоксинами. Онотнесен МАИР к группе канцерогенов 2B («возможный канцероген для человека»). ГХБоказывает влияние на развитие плода, функционирование печени, иммунной системы,почек и центральной нервной системы. Наиболее чувствительными к его воздействиюявляются печень и нервная система.
Хлорфенолы
Группа фенолов,найденных в выбросах МСЗ, включает 14 хлорированных, 3 бромированных и 31 смешанныхсоединений. Помимо того, что эти соединения сами по себе токсичны, они представляетопасность еще и как основа для образования диоксинов: из двух фенольных колец можетобразоваться одна молекула диоксина.
Полиароматические углеводороды (ПАУ)
Группа побочныхпродуктов горения органических соединений. Некоторые из них устойчивы, токсичны,способны к бионакоплению, канцерогены. При избытке кислорода количество образующихсяПАУ зависит от состава отходов и температурного режима. Общий выброс ПАУ от МСЗв атмосферу составляет 0,02-12 мг/м3.
Тяжелые металлы
Многие тяжелыеметаллы токсичны уже при низких концентрациях, некоторые из них устойчивы и способнык бионакоплению. Тяжелые металлы поступают в печь МСЗ в составе различных отходов.После уменьшения объема сжигаемой массы, их концентрация в золе возрастает до 10раз. Преимущественно тяжелые металлы (кроме ртути) концентрируются в летучей золеМСЗ, однако они представлены и в газообразных выбросах. Так, ртуть преимущественновыводится с газообразными выбросами МСЗ.
Ртуть в основномсодержится в батареях, флюорисцентных лампах и красках. Кадмий – в красках, ПВХи пигментах, используемых для его окрашивания. Свинец присутствует в батареях, пластмассахи пигментах. Сурьма — в замедляющих горение веществах, используемых при изготовлениипластиков.
В странах ЕС в1990 г. МСЗ были ответственны за выбросы в атмосферу 8 % (16 т.) кадмия, 16 % (36т.) ртути. Валовые выбросы хрома от МСЗ составляли 46 т., а свинца — 300 т. Дляпредотвращения выбросов тяжелых металлов в последующие годы был разработан ряд фильтрующихустройств. Например, рукавные фильтры задерживают до 95% тяжелых металлов (что означаетувеличение их концентрации в летучей золе) за исключением ртути.
Выбросы ртутиостаются одной из основных проблем МСЗ. Почти 100% ртути в газообразном состояниивыбрасывается в атмосферу, поскольку она не оседает на фильтрах, на частицах пылии почти не остается в золе. 20-50% выбросов составляет молекулярная ртуть, оставшаясячасть присутствует в виде соединений двухвалентной ртути. После выбросов в атмосферурастворимая двухвалентная ртуть в основном оседает в окрестностях МСЗ. Молекулярнаяртуть, с другой стороны, до того как превратиться в двухвалентную и осесть, можетпереноситься на большие расстояния.
Глава 2. Некоторые физико-химическиесвойства золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов
токсичныйвыброс мусоросжигательный переработка
Термическийметод обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) на мусоросжигательных заводах(МСЗ) сопровождается образованием вторичных золошлаковых отходов. К ним относятсяшлак и летучая зола, количество которых зависит от вида топки и режима ее работы,а также от исходного состава ТБО. Кроме шлака и летучей золы присутствуют и продуктыреакции, образующиеся в результате взаимодействия специальных реагентов (СаО, Са(ОН)2и др.) с вредными веществами, содержащимися в ТБО (сера), в дымовых газах (S02, HCI, HF и др). Количество образующихся продуктов реакции зависит от исходногосостава ТБО, оборудования и схемы очистки отходящих газов.
В золошлаковыхотходах МСЗ № 2 летучая зола совместно с продуктами газоочистки составляет до 15% (т.е до 3,6 % общего объема ТБО), в том числе продукты газоочистки — до 3 % (т.е.до 0,7 % общего объема ТБО).
При анализенабора оксидов в шлаке (табл. 1) авторами выявлены наиболее вероятные источникипроисхождения любого оксида, а для некоторых можно предложить организационно-техническиемероприятия, снижающие их концентрацию в шлаке. Так, например, основным источникомSi02 с большой вероятностью можносчитать уличный смет. Отсюда следует, что целесообразно складировать уличный сметотдельно от ТБО.
Уменьшениедоли СаО связано с улучшением качества бетонных изделий и дорожных покрытий, гдекальций Является одним из распространенных вяжуших. Уменьшение содержания Fe203 прежде всего связано с сокращением объемовстеклянной тары и ростом объемов ПЭТФ-тары для пищевых продуктов. Авторы считают,что поиск наиболее рациональных технологий обращения со шлаковыми отходами МСЗ следуетвести в технологиях стекловарения. В табл. 2 приведены данные по составам оконногостекла и шлака, из которых следует, что химический состав шлака близок к химическомусоставу шихты для изготовления стекла и стеклоэмалей.
Анализфракционного состава показывает, что температура и время пребывания в топочном пространстведостаточны для плавления стекла. Неплавленное стекло соответствует мелким фракциям,которые проваливаются на первых секциях колосниковой решетки, т.е. там, где средняятемпература в слое ТБО ниже 550 — 600 «С. На последних секциях крупные кускистекла подверглись более полному переплаву, и их доля, в общем количестве стекла,резко возросла. Следовательно, полного переплава стекла можно добиться при его переработкевнутри слоя горения ТБО, что соответствует данным о температурных режимах стекловаренныхпечей, т.е. 1000 — 1100 „С.
Из опытаэксплуатации МСЗ № 2 следует, что при термической технологии обращения со шлакомвлажность шлака, выгружаемого из шлаковой ванны после шлаковыталкивателя составляет20 22 г и в значительной мере определяет величину непроизводительных потерь энергии.Также влага впитывает повышенный расход реагентов.
В атмосферемусоросжигательной печи количество ПО определяется влажностью исходных продуктов.
Другимвидом опасных отходов газоочистки является зола с фильтров МСЗ № 2. Состав золыМСЗ № 2 и содержание микроэлементов исследовались на ОАО “ВТИ» и РосНИИЦЧСМЗ РФ. Результаты исследований приведены в табл. 3 и 4 соответственно.
Потерипри прокаливании (П.п.п) золы включают не только выгорание органических остатков(углерода), но и удаление воды при дегидратации Са(ОН)2 и алюмосиликатов,удаление С02 из карбоната кальция. Повышенное содержание в золе (по сравнениюсо шлаком) СаО, MgO, К20и Na20 и пониженное Si02 увеличивает ее основность (однако она остается кислой)и гидрохимическую активность; в отдельных случаях зола может быть отнесена к активнымматериалам.
В процессегорения отходов соединения тяжелых металлов испаряются при температурах 850 — 1000Си с отходящими газами покидают печь вместе с частицами летучей золы. В экономайзернойчасти котлоагрегата температура отходящих газов понижается до 200 — 300°С, что приводитк оседанию большей части соединений тяжелых металлов на частицы летучей золы [1].
В настоящеевремя на большинстве мусоросжигательных заводов мира установлены сложные системыочистки отходящих газов, включающие от двух до пяти стадий (обеспыливание, абсорбция,адсорбция, денитрифи-кация, выделение диоксинов.
Степеньопасности отходов мусоросжигания обусловлена как наличием соединений класса полихлорированныхбифенилов, типа ПХДД и ПХДФ, так и подвижных форм тяжелых металлов (главным образомсвинца, кадмия, цинка, медии хрома), способных мигрировать в природные среды (почву, поверхностные и фунтовыеводы) [3]. Исследования распределения металлов показали, что 78% кадмия, 43% свинцаи 38 % цинка, поступивших с ТБО на сжигание, концентрируются на частицах золы [2].Образующиеся в результате сжигания отходов летучая зола и шлак представляют собойсложные минеральные композиции, имеющие оксидную основу, содержание основных компонентовкоторых изменяется в широких пределах.
Результатыэкспериментов по выщелачиванию металлов из зол МСЗ показали, что наибольшая миграционнаяактивность элементов наблюдалась при контакте отходов с кислыми и слабокислыми выщелачивающимирастворами [4]. В водную среду из золы в первую очередь мигрируют легко растворимыехлориды Na и К. В меньшей степени водной миграцииподвержены Са и А1. Из токсичных металлов в водных вытяжках присутствуют Pb, Zn, Си, Сг. 0,2 мм (11%); 0,1 — 0,16 мм (17%); 0,063 — ОД мм (1.8%);0,05 — 0,063 мм (7%);
Абразивностьлетучей золы зависит от внешних форм ее частиц, а также их прочности. Внешняя формаи прочность частиц зависят от минералогического и химического состава золы, а минералогическийсостав определяется содержанием Si02и АЮ3.
Объектаминастоящего исследования являются зольные остатки систем газоочистки МСЗ N° 2 и содержащаясяв шлаке колосниковая зола. Зольными остатками систем газоочистки являются смесьлетучей золы с известью и активированным углем. Колосниковой (или донной) золойявляется фракция в шлаке с размером частиц менее 0,25 мм. Отбор проб летучей золыМСЗ № 2 в данной работе осуществляли из бункера-накопителя. Было отобрано пять проблетучей золы. Пробы были многоточечными (20 точек) и случайными как по времени дня,так и по месту сосредоточения отхода.
Поступившиев лабораторию 12 смешанных проб (каждая массой около 6 кг) рассыпали слоем толщинойоколо 1 — 2 см на листах фильтровальной бумаги и сушили до воздушно-сухого состоянияв течение 2 сут. После высушивания проводили операцию квартования. Слой пробы делилина квадраты площадью 8—10 смг и отбирали через 1 в шахматном порядке.Половину пробы отбрасывали. Оставшуюся часть вновь рассыпали слоем около I см, делилина квадраты площадью 6 — 8 см2, затем отбирали через 1 в шахматном порядке,половину отбрасывали. Эту операцию повторяли до тех пор, пока масса оставшейся золыв каждой пробе не составляла около 500 г. После чего пробу помещали во вращающийсябарабан для перемешивания в течение 20 мин. Перемешанную пробу хранили в пластиковыхили стеклянных емкостях с плотно закрытой крышкой.
До настоящеговремени нет утвержденных методик определения химического состава отходов, в частностизол мусоросжигания. В данной работе при определении токсичных элементов, входящихв состав отхода, а также мигрирующих в окружающую природную среду, были выбраныметодики анализа качества почв и санитарно-химической оценки стройматериалов с добавлениемпромотходов РД 52.18.286-91.
Как видноиз табл. 1, вытяжки 1 М HNО3и кислотное разложение не обеспечивают наиболее «жестких» условий извлеченияи класс опасности золы МСЗ №2, определенный по этим вытяжкам, оказался четвертым.Однако кислотное разложение дает суммарный показатель степени опасности компонентовк, = 93,39 ± 10, который находитсяна грани критического значения — 100. При кислотном автоклавном вскрытии извлечениеТМ повышается, что обусловливает увеличение к,до 107,2 ± 11 и отнесение отхода к третьему классу. Заметим, что в том случае,когда результат приближается к критическому значению, может появиться желание использоватьверхнюю или нижнюю границы оценки класса, но нужно иметь в виду, что это не всегдаправомочно. Элементы, определяющие класс опасности юлы МСЗ № 2. располагаются нозначимости к следующем порядке:
• полнаявытяжка Pb > Zn > Сг;
• вытяжкаЛЛЬ — Pb > Zn > Cd > Мп > Сг;
• вытяжкаI М HNO. — РЬ> Zn>Cd> Cu^Mn:
•. кислотноеразложение Pb > Zn > Cd > Си Сг > Ni.
Согласнорезультатам исследований РЬ и Zn определяют степеньопасности золы (84 92 с) по неорганической компоненте.
Содержаниев летучей золе растворимых в воде веществ в 20
— 30 развыше их концентрации в шлаке.
Как следуетиз результатов исследований авторов, в состав летучей золы входит до 20
Содержание опасных для человекадиоксинов (к ним относятся первые элементы двумерною гомологического ряда — ПХДДи ПХДФ) в летучей юле может достигать 10 — 20 м кг/кг, в то время как предельнодопустимая концентрация диоксинов в России в почве, используемой в сельском хозяйстве,не должна превышать 0,133 нг/кг.-
Учитываявышеизложенное, можно считать, что содержание ПХДЦ/ПХДФ в образцах почвы, отобранныхв районе МСЗ Na 2, является вполне допустимым для жилойзоны города. Шлак по отношению к диоксинам практически безопасен, в то время какзольные отходы содержат ПХДД и ПХДФ в концентрациях, в сотни раз превышающих допустимые.Именно эти данные свидетельствуют об особой токсичности золы с фильтров МСЗ.
Такимобразом, для обезвреживания и/или утилизации шлака могут быть использованы существующиетехнологии обращения с силикатным сырьем для получения промышленных полупродуктовили изделий промышленного назначения, а для утилизации зольных отходов с фильтровМСЗ необходимы технологии, обеспечивающие гарантированную деструкцию молекул диоксинов,создание долговременных условий для предотвращения их рекомбинации и защиту окружающейсреды от высокодисперсной силикатной пыли.Глава 3. Технология «холодной»переработки токсичных зол и шлаков мусоросжигательных заводов
Развитие мусоросжиганияво всем мире, позволяющее при сжигании твердых бытовых отходов (ТБО) получить электроэнергиюи тепло сдерживается отсутствием технологий переработки опасных токсичных отходовв виде зол, образующихся при сжигании мусора и содержащих значительные концентрациидиоксинов, при этом масса зол вместе со шлаками составляет 20-25% массы перерабатываемыхТБО. В настоящее время эти токсичные отходы захораниваются на специальных полигонахи существенно ухудшают экологическую среду.
Предлагается технологияпереработки токсичных зол и шлаков мусоросжигательных заводов, реализующая идеюполной утилизации твердых бытовых отходов, исключение складирования, перевозки изахоронения токсичных веществ, предотвращение загрязнения окружающей среды, производствона базе обезвреженных отходов строительных материалов и изделий.
Преимуществатехнологии:
· переработка токсичных отходов в безопасныеи дешевые материалы и изделия для дорожного строительства и благоустройства (табл.1,2);
· исключение перевозки и захоронения токсичныхзол и шлаков, освобождение земельных участков, оздоровление среды обитания;
· обеспечение безотходной работы мусоросжигательныхзаводов;
· «холодный» энергосберегающийспособ переработки токсичных отходов;
· экономия средств, расходуемых на утилизациюотходов (транспортировка, захоронение на полигонах).
Краткоеописание
Разработаннаятехнология переработки токсичных зол мусоросжигательных заводов предусматриваетнейтрализацию и связывание вредных токсичных веществ, омоноличивание дисперсныхотходов в гранулят в виде искусственного гравия, пригодного как искусственный грунт,крупный заполнитель и щебень для производства бетонов для дорожного строительстваи благоустройства.
Технология строитсяпо модульной схеме, что позволяет гибко приспосабливаться к различным объему и токсичностиперерабатываемых отходов, изменению их состава и различной комплектацией оборудованием.
Переработка токсичных зол состоит из следующих стадий:
a. нейтрализации токсичных отходов;
b. омоноличивание зол и получение агломерата;
c. капсулирование агломерата и получениеискусственного крупного заполнителя;
d. применение искусственного заполнителя(щебня) в изделиях из бетона для благоустройства и дорожного строительства.
Комплектация производстваосуществляется на базе отечественного промышленного оборудования и части разработанногоне стандартного оборудования.
Мощность предприятийпо переработке токсичных зол и шлаков от 25 до 100 тыс./тонн в год.
Мусоросжигательныезаводы
В 80-х гг.XX в. в России появились первые заводы термической обработки мусора, или, как ихеще называют, мусоросжигательные заводы (рис. 50).
/>
Рис. 50.Схема мусоросжигательного завода:
1 – мостовойкран с ковшом; 2 – парогенератор; 3 – электрофильтр; 4 – дымовая труба; 5 – сепаратор;6 – склад шлака; 7 – механизм шлакоудаления; 8 – подпорный валик колосниковой решетки;9 – обратно переталкивающая колосниковая решетка; 10 – приемный бункер; 11 – бункеркотлоагрегата.
Сжиганиепредставляет собой наиболее распространенный способ термического обезвреживаниябытовых отходов. Сжигание осуществляется в печах и топках различных конструкций.
Промышленныепечи – это технологические или энерготехнологические агрегаты, в которых тепло сожженноготвердого, жидкого или газообразного топлива или нагрев, производимый электрическимтоком, используются для технологических либо отопительных целей. В основном мусоросжигательныезаводы, оборудованные парогенераторами, включают:
– приемноеотделение (предназначено для бытовых отходов). Включает мостовой кран и ковш;
– мусоросжигательныйагрегат с топочным устройством;
– тягодутьевоеустройство. Включает вентиляторы, дымосос, дымовую трубу;
– газоочистноеустройство;
– парогенератор;
– сепаратор.Весь процесс сжигания бытовых отходов можно разделить на 3 основных периода: – подготовкатоплива (бытовых отходов) к горению. Во время подготовки отходы прогреваются, изних удаляется влага и выделяются летучие вещества, образовавшиеся в результате нагреваотходов;
– непосредственноегорение;
– сжиганиегорючих остатков. Наибольшая эффективность горения достигается при комбинировании2 методов:
– слоевого(основного) (рис. 2);
– камерного(дожигание продуктов термического разложения).
/>
Рис. 2. Схемаслоевого процесса сгорания бытовых отходов:
1 – летучиекомпоненты; 2, 8 – первичный воздух; 3 – провал и шлак; 4 – камера догорания; 5– вторичный воздух; 6 – бытовые отходы; 7 – топочная камера; 9 – шлак.
Метод слоевогосжигания используется для высоковлажных многокомпонентных бытовых отходов. Этотметод имеет целый ряд преимуществ: – стабильность процесса горения бытового мусораможно поддерживать в определенном диапазоне; – сжигание высоковлажных бытовых отходовне требует их предварительной просушки; – сжигать бытовые отходы можно без предварительнойподготовки, то есть нет необходимости в отборе и измельчении. Главным недостаткоммусоросжигательных заводов является небольшой отрезок времени, который отводитсядля сжигания бытовых отходов. Вследствие этого дымовые газы наполняются продуктаминеполного сгорания бытовых отходов, а в шлаке накапливается большое количество недогоревшихгорючих компонентов. Несмотря на существующие проблемы, мусоросжигательные заводыдействуют сегодня в 20 странах мира, включая и Россию. Доля России в переработкеотходов на мусоросжигательных заводах по сравнению с ведущими странами невеликаи составляет всего около 2 %. А ведь бытовые отходы являются надежным источникомтоплива, который способен обеспечить существенную экономию топлива другого видав каждом городе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Матросов А.С. Управление отходами.М.: Гардарики, 1999.
2. International directoryof solid waste management. The 1SWA vcarhook. 1996/97.
3. Некоторые вопроси токсичности ионовметлой / Пол ред. X. Чинит, Л. Чинит. М.: Мир. 1993.
4. Kciniann D.O. Heavy metalsteachability from solid waste incineration residues // Waste management and research.19X9. № 7.
5. Albino el al. Stabilization.Solidification of Hazardous Waste before Landfill Disposal // Journal of EnvironmentalScience and Health.