В виду ограниченности земельных площадей под полигоны для размещения отходов, сложной и не экономичной логистики были разработаны термические способы переработки отходов.

Термические методы обработка осадков, отходов включают в себя:

– прогревание

– термическая сушка

– сжигание

– пиролиз

– термокаталитическое окисление

Прогревание осуществляется до 60 °C с выдерживанием при этой температуре не менее 20 мин и применяется для обеззараживания осадков сточных вод.

Технология термической сушки обезвоженного или уплотненного осадка включает в себя сушку, обеззараживание и транспортирование (обычно пневматическое) на склад сухого осадка. При этом обезвоженный осадок с влажностью 80-85 %, подается в накопительный бункер, после чего по трубопроводам с помощью винтовых насосов подается в зону сушки, например в барабанную сушилку.

Через воздуховод с помощью воздуходувок в камеру сгорания подается газовоздушная смесь, где она горит и нагревает стенки сушилки до температуры 800-900°С. Во время транспортировки отходов внутри сушилки происходит их обеззараживание и сушка.

Шнековый питатель на выходе сушилки, дополнительно в несколько раз уплотняет высушенный осадок, который при этом может быть сгранулирован и после охлаждения расфасован в мешки или биг-бэги.

Вентиляционные выбросы – парогазовая смесь проходит установку очистки через мокрый скруббер, электрофильтры и прочие стадии газоочистки, проходит блок контроля газовых выбросов и выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу.

Установка термической сушки управляется с единого пульта управления, на котором видны температурные режимы по зонам.

Высокотемпературный режим сушки достигается путем передачи тепла от камеры сгорания или масляной камеры.

Высушенный осадок стабилен, безопасен в санитарном отношении и может служить органическим минеральным удобрением.

Для оценки применимости данных осадков для сельскохозяйственных нужд необходимо производить анализы высушенного осадка на содержание тяжелых металлов, токсичных веществ и прочих вредных примесей.

При разработке процессов сушки осадков, необходимо учитывать следующие технико-экономические показатели и требования безопасности, такие как:

– полное обеззараживание осадка (гибель патогенных бактерий, гельминтов и пр.);

– сушка его до влажности не менее 50 %;

– взрывобезопасность установок (контроль давления и газовой фазы);

– максимальное устранение запаха и отработанного сушильного агента;

– исключение возможности возгорания отходов (меры по контролю температуры, водяное орошение и пр.);

– утилизация тепла отработанной парогазовой смеси (рекуперация тепла и пр);

– дезодорация отходящих газов и паров (термическими, физико-химическими, химическими или биологическими методами);

– простота эксплуатации установок.

Обычно применяются установки прямоточной сушки осадков. При этом влажность высушенных органических осадков, шламов составляет не менее 40-50 %.

При этом при использовании термической сушки для обезвоживания в пищевой промышленности достигается более полное обезвоживание до влажности не более 10%.

Процессы термической сушки более экологичны, надежны и удобны в регулировании, чем процессы сжигания, пиролиза и плазменного окисления.

Технология щадящей сушки особенно широко применяется в пищевой, химической, фармацевтической отраслях, где позволяет получать сухие стабилизированные продукты с длительным сроком хранения.

Высушенный продукт может быть сгранулирован, спрессован или упакован под вакуумом.

Для сушки наиболее часто используются от следующих объектов:

– осадки от анаэробного сбраживания органических отходов;

– отходы, полупродукты ликероводочных заводов;

– отходы, полупродукты пивоваренных заводов (в т.ч. спиртовая барда);

– отходы, полупродукты от убойных цехов, боен (в т.ч. для получения гематогена);

– отходы, полупродукты от ферм, кожевенных заводов;

– полупродукты (сыворотка и пр.) от молочной, масложировой промышленности (в т.ч. с получением сухого молока, сухих протеиновых смесей);

– отходы, полупродукты в химической/ фармацевтической промышленностях (получение термонестабильных веществ в сухом виде, продуктов, лекарственных средств).

СЖИГАНИЕ ОТХОДОВ

Сжигание отходов – это термический процесс окисления с целью уменьшения объема отходов, извлечения из них ценных материалов, золы или получения энергии [ГОСТ 30772-2001]. Поскольку в большинстве видов отходов присутствует значительная часть инертных примесей с низкой теплотой сгорания, перед подачей на сжигание производится сортировка и разделение отходов.

Сжигание производится в печах различного типа: подовых, с кипящим слоем, барабанных и прочих.

Основным преимуществом технологии сжигания обезвоженных осадков сточных вод является значительное уменьшение их объема в 10-14 раз.

………..

Рис. Преимущества технологии сжигания

По количеству стадий процессы сжигания можно разделить на две группы:

1) Одностадийное (прямое) сжигание.

Обычно применяется в составе крупных мусоросжигательных заводов с целью утилизации отходов и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Одностадийное сжигание применяется к сортированным, либо неподготовленным отходам.

2) Двухстадийное сжигание предусматривает на первой стадии преобразование органической части отходов продукты пиролиза, в смесь горючих газов, а на второй стадии использование этих газов в различных типах энергетических устройств.

Метод прямого сжигания отходов, осадков оказывает наибольшее негативное влияние на окружающую среду по сравнению с другими термическими методами, поэтому он требует сложную многостадийную технологию газоочистки.

Заводы по сжиганию осадка сточных вод (ЗСО), расположенные на территории Центральной станции аэрации (ЦСА) и Юго-Западных очистных сооружениях (ЮЗОС) Санкт-Петербурга, производят сжигание осадка в печах с «кипящим» слоем, после чего тепло утилизируется в котлах-утилизаторах, а отходящие газовые выбросы проходят многоступенчатую газоочистку (электрофильтры, мокрую систему газоочистки и при необходимости сорбционные фильтры для устранения неприятных запахов).

Основные преимущества технологии сжигания осадка:

– уменьшение объемов образующихся отходов в 10-14 раз – снижение нагрузки на полигоны;

– полное обеззараживание отходов. При сжигании происходит полное уничтожение паразитарных организмов и патогенов.;

– отсутствие неприятных запахов в образующихся твердых отходах (золе);

– полная стабилизация твердых отходов;

– использование полученного тепла, для отопления и горячего водоснабжения.

Для технологии сжигания наиболее часто используются осадки следующих от следующих объектов:

– отходы ТКО (после отделения металла, пластика и стекла);

– обезвоженные осадки от муниципальных канализационных очистных сооружений биологической очистки;

– осадки от анаэробного сбраживания органических отходов;

– отходы, полупродукты ликероводочных заводов;

– отходы, полупродукты пивоваренных заводов (в т.ч. спиртовая барда);

– отходы пищевой промышленности;

– жировые отходы;

– отходы, полупродукты от убойных цехов, боен (в т.ч. для получения гематогена);

– отходы, полупродукты от ферм, кожевенных заводов;

– древесные отходы;

– медицинские отходы;

– резинотехнические отходы;

– отходы текстильной промышленности;

– нефтесодержащие отходы от нефтеперерабатывающих предприятий и многое другое.

ПИРОЛИЗ ОТХОДОВ

Пиролиз – это процесс разложения органических соединений отходов под воздействием высоких температур при недостатке или отсутствии кислорода. В специально подобранных условиях происходит частичное окисление органических веществ с образованием промежуточных продуктов реакции, обладающих при последующем сжигании наибольшей теплотой сгорания.

По сравнению с прямым сжиганием пиролиз обладает рядом преимуществ:

– большая эффективность процесса – при пиролизе происходят контролируемые процессы частичного разложения органических соединений с образованием промежуточных продуктов с более высокой удельной теплотой сгорания, чем при прямом сжигании;

– процесс разделяется на стадии, что облегчает контроль и управление, автоматизацию процесса в целом;

– процесс пиролиза позволяет практически исключить вредные выбросы (в т.ч. крайне токсичных полихлорированных дибензо-парадиоксинов и дибензофуранов (PCDD/Fs), снижается нагрузка на окружающую среду;

– не требуется дорогостоящая подготовка топлива;

– процесс позволяет извлекать ценные компоненты из сырья;

– процесс можно применять для переработки отходов различного состава (коммунальных, промышленных и медицинских отходов).

Процесс пиролиза происходит в несколько стадий:

– высушивание;

– сухая перегонка или прямой пиролиз;

– неполное сгорание твердых остатков;

– получение конечного продукта: газа, масла (нефти) или угля.

Основные продукты, которые дает пиролиз ТКО:

– газовые смеси (легковоспламеняющиеся и негорючие) или пирогены;

– масло, используемое в качестве топлива или сырья для обработки, а также вода;

– уголь или пиркарбон.

Методом пиролиза выгодно перерабатывать следующие основные виды отходов и сырья:

– пиролиз каменного угля;

– пиролиз нефтешламов;

– резинотехнические изделия (в т.ч. отработанные автопокрышки);

– отходы деревообрабатывающей промышленности;

– медицинские отходы (всех классов, в т.ч. от инфекционных отделений/ больниц);

– отходы канализационных очистных сооружений;

– некондиционные полимерные отходы;

– текстильные отходы;

– отходы электроники (использование пиролиза позволяет не окислять металлы);

– твердые коммунальные отходы (в т.ч. отходы с полигонов ТКО);

– прочие органические отходы и др.

Пиролиз ТКО и выход продуктов пиролиза зависят от применяемого температурного режима. Для уменьшения количества добываемого газа и увеличения количества масла и угля, процесс ведется при низких температурах. При высоких температурах пиролиз твердых отходов дает больше газа.

Пример: при утилизации резинотехнических изделий путем сжигания 1 тонны автомобильных шин, образуется около 450 кг токсичных летучих соединений и примерно 300 кг сажи, которые выбрасываются в атмосферу и требуют весьма дорогостоящей доочистки. При использовании пиролиза количество выбросов в атмосферу значительно снижается, а продукты разложения резины используются либо в качестве топлива, либо сырья для ряда производств.

Термокаталитическое окисление

Несмотря на то, что метод термокаталитического окисления показал свою высокую эффективность при очистке газов, окислении трудноокисляемых веществ в газообразном или аэрозольной состоянии, в настоящее время имеются наработки для использования его при переработки твердых отходов.

Например, достаточно широко известен метод термической десорбции (ТД), который применяется для отделения летучих органических соединений (ЛОС) от твердых отходов (например нефтепродукты от грунтовых отходов и илов, переработка резиновых изделий и пр.).

При термической десорбции отходы нагревают до 400- 560^оС., чтобы летучие и полулетучие соединения могли быть отделены в газовую фазу.

При этом газ-носитель или вакуумная система транспортирует пары воды и органические вещества на газоочистку.

При этом не обеспечивается окисление веществ, перешедших в газовую фазу.

Ранее для этих целей очистки применялись методы адсорбции на активированном угле, химической деструкции, термохимической деструкции или биодеградации для окисления загрязнений, перешедших в газовую фазу. Но этим методы требуют больших энергетических затрат, повышенных температур (выше 900◦C), повышенных расходов реагентов, поэтому не находят широкого применения. Эти энергоемкие процессы можно заменить термокаталитическим окислением, которое проводят при значительно более низких температурах – обычно ниже 500◦C.

В настоящее время применение нашла комбинированная технология термодесорбции и каталитического окисления для обеззараживания и переработки отходов.

Обычно эффективность каталитического окисления составляет не менее 90 %.

При этом происходит гарантированная очистка от:

– легколетучих органических соединений;

– запахов;

– угарного газа (оксида углерода (I);

– галогенорганических соединений;

– тонкой и супертонкой органической пыли.

Применение термодесорбции с последовательным каталитическим окислением позволяет повысить экономичность и эффективность процесса, а также является экологически чистым способом обеззараживания.