Конспект лекций по Экологии Лекция 1

Вид материала

Конспект

Содержание Устройство полигона 3.2.Захоронение радиоактивных отходов 4. Переработка и утилизация твёрдых отходов. При полевом компостировании В заводских условиях 4.3. Обработка осадка сточных вод I. Анаэробное сбраживание. П. Компостирование. 4.4. Получение биогаза. Сообщества бактерий Стадии брожения 5. Сжигание отходов 2. Более современный способ сжигания —

Подобный материал:

• Предлагаемый конспект опорных лекций отражает традиционный набор тем и проблем курса, 1047.31kb.
• Конспект лекций 2008 г. Батычко В. Т. Административное право. Конспект лекций. 2008, 1389.57kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко Вл. Т. Муниципальное право. Конспект лекций. 2010, 2365.6kb.
• Конспект лекций 2011 г. Батычко В. Т. Семейное право. Конспект лекций. 2011, 1718.16kb.
• Конспект лекций 2011 г. Батычко Вл. Т. Конституционное право зарубежных стран. Конспект, 2667.54kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко В. Т. Уголовное право. Общая часть. Конспект лекций., 3144.81kb.
• Конспект лекций для студентов по специальностям 190302 «Вагоны», 783.17kb.
• Конспект лекций бурлачков в. К., д э. н., проф. Москва, 1213.67kb.
• Конспект лекций по курсу «Основы права» Кафедра экологии, 1252.59kb.
• Конспект лекций для студентов специальности 080504 Государственное и муниципальное, 962.37kb.

УСТРОЙСТВО ПОЛИГОНА


В подавляющем большинстве случаев твердые отходы удаляются вывозным путём в основном на неконтролируемые свалки - специально отведённые в пригородах отгороженные участки. Отходы на них разлагаются, часто загораются, в результате загрязняется воздушная среда токсичными веществами. Кроме того, вредные вещества могут вымываться дождевыми, талыми, поверхностными и грунтовыми водами и загрязнять водоёмы и подземные воды.

В качестве альтернативы используются полигоны для твёрдых отходов. Для такого полигона выбирают место, по возможности, в глинистом грунте, в котором можно складировать отходы в течение 20-25 и более лет. Основание выбранной площади делают в виде огромного корыта глубиной примерно 1,5 м. При невозможности выбрать место в глинистом грунте водоупорное основание создаётся искусственно, причём на уплотнённый слой глины толщиной 0,5 м иногда наносится слой щебня, что облегчает отвод фильтрата и метана. Фильтрат, остающийся в пределах полигона, не загрязняет водоёмы и подземные воды. В случае большого количества осадков фильтрат откачивают со дна корыта насосами и разбрызгивают по поверхности укладываемых отходов. Одна часть фильтрата испаряется, другая проникает внутрь, где вызывает медленный биотермический процесс с повышением температуры до ЗО°С. До дна, таким образом, доходит не более 5 % жидкости.

В течение суток вывозят отходы на одну площадку полигона и уплотняют бульдозерами послойно до 2-метровой высоты. На следующие сутки отходы вывозят на другую площадку, а предыдущую укрывают изолирующим слоем грунта толщиной 0,25 м. Изоляция грунтом и его последующее уплотнение препятствует загрязнению воздушной среды и распространению грызунов и насекомых.

Для сокращения площади полигон загружают многослойно (рис. 4.1). Конструктивные схемы допускают высоту 60 м. После заполнения полигона поверхность его покрывают растительным грунтом. Полигон окружается скважинами, с помощью которых ведётся мониторинг загрязнения грунтовых вод.

Полигоны могут иметь различное соотношение длины и ширины. Площадь их зависит от численности жителей города и высоты складирования.

Для размещения полигонов твёрдых отходов можно использовать овраги и другие неудобные земли. После полной загрузки полигона и закрытия его растительным грунтом можно использовать поверхность последнего для устройства парков, садов, игровых площадок и т.п.




Рис. 1. Схематический разрез полигона для твердых отходов:
1 - лесозащитные полосы (зеленая зона);
, 2 - промежуточный изолирующий слой;

3. - отходы;
   
4. - урывающий наружный слой;
   
5. — естественное и искусственное водоупорное основание (глина)
   

В закрытых от соприкосновения с воздухом бытовых и пищевых промышленных отходах, находящихся в насыпях полигона, возникает анаэробный процесс, в результате которого выделяется биогаз (смесь метана и углекислого газа), который можно использовать как топливо.

Рассмотренные полигоны твёрдых отходов предназначены в основном для бытовых отходов. Однако исследованиями установлено, что часть промышленных отходов может быть принята на полигоны твёрдых бытовых отходов - это инертные, биологически окисляемые, легко разлагающиеся органические вещества, слаботоксичные, малорастворимые в воде (всего более 10 тысяч видов). Промышленные отходы используются, как правило, для устройства слоев промежуточной изоляции.

Рассмотрим проблемы, связанные с захоронением ТБО и так на­зываемых могильниках. В их число входят:

I) вымывание веществ и загрязнение грунтовых вод:

2) образование метана:

3) про­садка грунта.

1 - Наиболее серьезной из перечисленных является первая пробле­ма. По мере просачивания воды сквозь любой материал в ней ра­створяются и с ней выносятся различные химические вещества. Та­кая вода, проходя через отходы, образует особенно ядовитый филь­трат: и нем наряду с остатками разлагающейся органики присутствуют железо, ртуть, свиней, цинк и другие металлы из ржавых консервных банок, негодных батареек и электроприборов, а также красите­ли, пестициды, моющие средства и другие химикаты. Этот ядови­тый раствор поступает в подземные водоносные горизонты, и оттуда вредные вещества могут попасть и в питьевые поды..

2 - Образование метана — это вторая проблема. Так как у захоронен­ного мусора практически нет доступа к кислороду, его разложение идет анаэробно, при этом образуется лсгко воспламеняюшийся ме­тан. Он может распространяться в земле горизонтально, проникать в подвалы зданий, накапливаться там и взрываться при искрении или зажигании. В США известны случаи разрушения более 20 домов, расположенных на расстоянии до 300 м от свалок, причем взрывы привели к жертвам. Кроме того, метан способен распространяться вверх, отравляя при этом корни и губя растительность, а 1акже вы­зывая эрозию почвы. В ряде городов указанную проблему решают путем устройства на месте свалок «газовых скважина, перехватываю­щих образующийся метан, который можно впоследствии использо­вать как топливо или для других целей.

3 - Наконец с течением времени по мере разложения отходы проседа­ют- При этом образуются неглубокие впадины, в них скапливается вода и весь участок впоследствии превращается в болото с ядовитой водой-

Все вышеизложенное требует новых подходов к устройству мо­гильников.

Для периодического контроля за качеством грунтовых вод по пе­риметру свалки устраиваются так называемые мониторинговые ко­лодцы


В на­стоящее время, как правило. ТБО городов свозятся на полигоны, где складируются на грунт с расчетом на их последующую мине­рализацию. Полигоны, размещаемые за пределами населенных пунктов. Ежегодно под полигоны отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель.

На 16 тыс. га земли, в том числе плодородной, отданной в нашей стране под полигоны ТБО, ежегодно пропадают 1 млн. т стали, 200 тыс. т алюминия, 4 тыс. т дефицитного олова.




3. Хранение и нейтрализация

токсичных промышленных отходов.


3.1. Захоронение токсичных отходов

В России накоплено более 1,5 млрд. т токсичных, экологически опасных отходов, которые хранятся в принадлежащих предприя­тиям хранилищах, накопителях, на складах, в могильниках, на полигонах, свалках и других объектах. В крупных городах и про­мышленных центрах все более обостряется проблема утилиза­ции и уничтожения токсичных промышленных отходов, став­ших серьезным источником загрязнения почвенного покрова, подземных водоносных горизонтов, являющихся источником питьевого водоснабжения.

В России нет ни одного предприятия (полигона) по обезвре­живанию и захоронению токсичных промышленных отходов, пол­ностью отвечающего предъявляемым требованиям, не выпускает­ся оборудование, предназначенное для этих целей.

Места организованного складирования и захоронения промыш­ленных отходов зачастую не имеют необходимого обустройства, обеспечивающего фильтрацию вредных веществ в подземные гори­зонты, деградацию почвы, загрязнение воздушного бассейна, В ча­стности, каждый четвертый из действующих в стране 10 тыс, спе­циальных накопителей не имеет защитного экрана (покрытия), препятствующего загрязнению водоносных горизонтов.

Недалеко от Санкт-Петербурга хранится мощная химическая «бомба». Сотни тысяч особо токсичных отходов, содержащих мы­шьяк и фтор. ртуть и свинец, синильную кислоту и фосфор, — таков «арсенал» полигона «Красный Бор», Этот полигон, предназ­наченный для приема и обезвреживания промышленных химичес­ких отходов, был открыт в 1970 г. в порядке эксперимента сроком всего на три года, но используется и поныне, хотя его возможно­сти полностью исчерпаны.

Методы

1- Наиболее перспективным представляется термический метод обезвреживания токсичных отходов. Уже разработаны технологи­ческие процессы и огнетехническое оборудование более чем для 50 предприятий, эксплуатируется свыше 10 установок.

Более широкие возможности у технологической схемы, в ко­торой предусмотрено совместное термическое обезвреживание во вращающихся печах твердых и жидких отходов. Для отходов произ­водства пластмасс, синтетических волокон разработаны камерные печи.

Так как в Европе обработка промышленных отходов требует значительных затрат, между странами существует определенная специализация. Отработанное ядерное топливо перерабатывается на специализированных заводах во Франции и Великобритании (третий такой завод создается в Германии). Почти все европейские страны направляют часть своих токсичных отходов в Германию на захоронение в выработанных соляных копях. Совершенная техно­логия по уничтожению и переработке отходов создана в Великоб­ритании. Около 800 тыс, т промышленных отходов капиталистичес­кие страны Европы экспортируют в Югославию и Румынию.

2 - Наиболее дешевый способ избавиться от своих отходов — экс­порт в развивающиеся страны. Если переработка химических отхо­дов в Европе стоит от 160 до 200 долларов за тонну, то экспорт в Африку 1 т отходов обходится от 2,5 до 40 долларов. При экспорте в страны Африки отдельные европейские фирмы негласно вывозили значительные партии токсичных продуктов. После вскрытия этих фактов были аннулированы долгосрочные контракты на поставки миллионов тонн токсичных продуктов в Бенин и Гвинею-Бисау.

По некоторым сведениям, создание свалки ядовитых отходов на территории или в прибрежных водах какой-либо страны «тре­тьего мира» обходится западным компаниям из расчета 3 доллара за тонну. Вот и направляются транспорты с этим опасным грузом к берегам Сенегала и Мадагаскара, Бенина и Нигерии, Конго и Островам Зеленого Мыса.

В последнее время зарубежные фирмы хотят разместить на тер­ритории России экологически опасные предприятия, превратить нашу землю в свалку токсичных отходов. Например, одна швей­царская фирма предложила построить «под ключ» завод по пере­работке токсичных отходов с одним условием: перерабатывать на нем ежегодно 400 тыс, т отходов этой фирмы.

В 1995 г. в Россию из Австралии под видом кобальтосодержащего вторичного сырья вывезено 200 т токсичных отходов. Кроме ко­бальта (13—15%) «вторичное сырье», произведенное Австралийс­кой компанией «Pasminco». содержало 10—24% свинца, никеля. германия, мышьяка и других высокотоксичных веществ-


3- Главным направлением в устранении вредного воздействия на окружающую среду токсичных промышленных отходов является их использование в производственных циклах, т.е. организация малоотходных производств. Однако в ряде случаев для нейтрализации промышленных отходов приходится устраивать специальные сооружения.

Эти сооружения могут быть в ведении предприятия, создающего токсичные отходы, и даже зачастую располагаются на его территории.

Токсичные промышленные отходы могут складироваться, перерабатываться и нейтрализовываться централизованно на полигонах и станциях переработки и нейтрализации. Существуют два вида специальных полигонов: для обезвреживания одного вида отходов захоронением или химическим способом, либо комплексные - для обезвреживания различных видов отходов. Территорию комплексных полигонов разделяют на зоны приёма и захоронения твёрдых несгораемых отходов, приёма и захоронения жидких химических отходов и осадков сточных вод, не подлежащих утилизации, захоронения особо вредных отходов, огневого уничтожения горючих отходов. На территориях полигонов и за их пределами ведётся контроль состояния поверхностных и грунтовых вод, а также чистоты воздушной среды.

Захоронения промышленных отходов производят в котлованах глубиной до 10-12 м в специальной таре, например, в железобетонных резервуарах. Котлованы располагают в водонепроницаемых грунтах.


3.2.Захоронение радиоактивных отходов

Проблема обезвреживания и захоронения радиоактивных отходов

- одна из наиболее жгучих проблем атомной энергетики.

Рассмотрим вопрос, связанный с захоронением радиоактивных отходов. Отходы образуются на всех стадиях ЯТЦ: добычи, переработки сырья, изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов). Кроме того, радиоактивные изотопы применяются в медицине, биологии, промышленности. В силу высокой концентрации энергии в ядерном топливе, количество образуемых отходов, по сравнению с другими отраслями, сравнительно невелико, но, тем не менее, проблем здесь довольно много.

Сама технология выделения отходов, их концентрирование, прессование, заключение в цементные, битумные или стеклянные блоки

- это целая отрасль атомной промышленности. Ещё более сложной и
дорогостоящей является технология сжигания. Отходящие дымовые
газы очищаются методами адсорбции и фильтрации, а зола,
загрязнённая радионуклидами, подвергается цементированию,
битумированию или остекловыванию.

Главный вклад вносят, конечно, атомные электростанции. Особое место занимают отработавшие рабочие каналы - ТВЭЛы, которые содержат высокоактивные осколки деления, а также недовыгоревший уран и накопившийся плутоний. Они представляют собой наиболее активный тип отходов, а потому требуют к себе особого отношения. Сегодня тепловыделяющие элементы подвергают захоронению, чаще всего прямо на территории АЭС. Хранят их в водной среде на достаточно большом удалении друг от друга. Таким образом, достигаются две цели: отводится тепло, выделяющееся при продолжающемся радиоактивном распаде, и исключается возникновение критического ансамбля, способного привести к взрыву.

Ещё одна технология захоронения. Рабочий канал освобождают от конструктивных элементов, не имеющих столь высокой активности, как ядерное горючее: от кожухов, крышек, колпаков и пр. Остаются только ТВЭЛы. Чтобы они занимали меньше места, их, например, скручивают в жгуты, помещают в медный контейнер, заливают свинцом, закрывают крышкой и заваривают. Медь слабо подвергается коррозии, поэтому контейнер может простоять без изменений сотни и даже тысячи лет. Правда, в металле могут со временем образоваться свищи и герметичность может нарушиться. Хранят эти контейнеры на дне океана, в глубинных геологических формациях, в соляных шахтах.

Соль обладает пластической текучестью. Под действием теплоты, выделяемой радиоактивными отходами, соль оплавляет контейнер, что является дополнительной защитой. Выбором места захоронения проблема не ограничивается, поскольку захоронение - инженерное сооружение, требующее наличия систем контроля, вентиляции, оснащения инженерно-техническими коммуникациями и т.д.

В целом вопрос, где хранить отходы, которые в течение многих тысячелетий будут радиоактивными, пока далёк от решения.


4. Переработка и утилизация твёрдых отходов.

4.1. Переработка твёрдых отходов на компост

Более совершенным приёмом обезвреживания и использования твёрдых отходов является их переработка на компост. Компостирование заключается в естественном биологическом разложении органического вещества в присутствии воздуха. Конечный продукт - гумусоподобное вещество, которое можно использовать как органическое удобрение. Поскольку бытовые отходы на 60-80 % состоят из органики (бумага, пищевые отбросы), их также можно компостировать. В настоящее время применяются два способа компостирования: полевой и переработка на специальных заводах.

При полевом компостировании мусор выдерживается во влажном, но хорошо аэрируемом состоянии, что ведёт к разложению органического мусора до гумусоподобной массы. Ряды мусора разрыхляются и переворачиваются специальной машиной для ускорения компостирования.

В заводских условиях происходит непрерывный процесс компостирования с аэробным окислением во вращающемся наклонном барабане. Из приёмного бункера мусор с помощью дозирующего устройства подаётся ровным слоем на транспортёр, откуда магнитом и вручную из него извлекается металлический лом. Далее масса поступает во вращающиеся барабаны, сделанные на основе обжиговых цементных печей, в которых и происходит процесс переработки мусора в компост. Барабан заполняется массой на 2/3 объёма, специальным вентилятором в него подаётся воздух. Отходы находятся в барабане трое суток, за это время он делает до 2000 оборотов. Процесс происходит с выделением тепла, из-за чего компостируемая масса обезвреживается. После дополнительной сепарации металла масса попадает на специальное устройство (грохот), где происходит отделение некомпостируемых отходов: резины, кожи, текстиля, цветных металлов, полимерных

материалов. В процессе окисления отходов в барабане происходит выделение газообразных продуктов распада и дурно пахнущих веществ, которые отводятся в топку котельной.

Компостируемый материал поступает в измельчитель, размер частиц доводится до 25 мм, стекла - до 3 мм. В таком виде компост можно использовать в сельском хозяйстве. В нём (в расчёте на сухое вещество) содержится около 1 % азота и по 0,3 % фосфора и калия, а также необходимые для подкормки растений микроэлементы.

Некомпостируемые отходы поступают в печь пиролиза, в которой без доступа воздуха происходит их термическое разложение. В результате получается смола, газ и твёрдый углеродистый остаток -пирокарбон. Газ и смола используются в качестве энергетического топлива, а пирокарбон - в металлургической промышленности.

4.2. Рециклизация

Даже при достаточных площадях под новые полигоны сама их система неустойчива. В итоге человечество может получить покрытый «пирамидами» отходов ландшафт и сотни тысяч людей, обслуживающих полигоны.

Выходом из положения может стать вторичная переработка отходов - рециклизация. Существует множество способов вторичной переработки различных типов отходов. Назовём наиболее широко применяемые технологии:

1. - макулатуру измельчают в бумажную массу, из которой
   изготовляют различную бумажную продукцию;
   
2. стекло дробят, плавят и делают из него новую тару, или дробят и
   используют вместо гравия или песка при производстве бетона и
   асфальта;
   
3. пластмассу переплавляют и изготовляют из неё «синтетическую
   древесину», устойчивую к биодеградации и обладающую громадным
   потенциалом как материал для различных ограждений, настилов,
   столбов, перил и других сооружений под открытым небом;
   
4. металлы плавят и перерабатывают в различные детали - это
   позволяет экономить до 90 % электроэнергии, необходимой для
   выплавления металлов из руды;
   
5. пищевые отходы и садовый мусор компостируют с получением
   органического удобрения;
   
6. текстиль измельчают и используют для придания прочности
   макулатурной бумажной продукции;
   
7. - старые покрышки переплавляют с изготовлением новых резиновых изделий.
   

Кроме этих, имеются сотни других промышленных методов переработки отходов.

4.3. Обработка осадка сточных вод

Практически от 30 до 50 % присутствующего в канализационных стоках органического вещества входит в ил-сырец, оседающий в отстойниках и на других стадиях очистки. Он представляет собой густую, чёрную, зловонную массу, состоящую примерно на 98 % из воды и на 2 % из органики, включающей множество патогенных организмов. После соответствующей обработки из него можно получить гумус и использовать его как удобрение.

Обработка ила основана на питании им бактерий и других детритофагов. Это может происходить двумя способами:

• при отсутствии воздуха - анаэробное сбраживание;
  
• при наличии воздуха - компостирование.
  I. Анаэробное сбраживание.
  

Ил-сырец помещают в крупные герметичные баки. При отсутствии кислорода бактерии питаются илом (анаэробное сбраживание), в качестве побочного продукта вырабатывая биогаз. Он содержит углекислый газ и вещества, придающие стокам дурной запах, но практически на 60 % состоит из метана. Последнее обстоятельство даёт возможность использовать биогаз как топливо. На практике его используют для нагревания самих баков с целью поддержания в них оптимальной для организмов температуры - около 38°С.

Сбраживание завершается через 4-6 недель и в баках остаётся обработанный ил - водный раствор гумуса. Этим раствором можно удобрять сельскохозяйственные поля и газоны прямо в жидком виде, так как полезны и гумус, и богатая биогенами вода. Обработанный ил можно отфильтровать и получить полутвёрдый гумусовый кек, правда, вместе с отфильтрованной водой пропадает основная часть биогенов, что снижает питательную ценность кека.

П. Компостирование.

Для компостирования ил-сырец отфильтровывают, смешивают с древесной стружкой или другим материалом для улучшения аэрации и складывают в кучи или компостные ряды. Аэрацию повышают, дополнительно подавая воздух или механически перемешивая. В компостных кучах бактерии и другие редуценты и детритофаг

перерабатывают органику в гумусоиодобную массу. Тепла, выделяемого при дыхании, оказывается достаточно для гибели патогенных организмов. После шести или восьми недель компостирования от древесной стружки отделяют гумус, готовый для применения на полях.

В последние годы всё большее развитие получает совместное компостирование твёрдых бытовых отходов и осадка сточных вод. Эта технология способствует насыщению компоста микрофлорой и микроэлементами и позволяет в оптимальном режиме поддерживать биотермический процесс. Он сопровождается нагреванием массы до 60-70°С. При этом гибнет большинство болезнетворных микроорганизмов, яйца гельминтов, личинки мух.


4.4. Получение биогаза.


Биогаз представляет собой смесь из 65-75% метана и 20-35% углекисло­ты, а также незначительных количеств сероводорода, азота, водоро­да. Теплотворная способность биогаза зависит от соотношения ме­тана и углекислоты и составляет 5-7 ккал/м3; 1 м³ биогаза экви­валентен 4 кВт-ч электроэнергии, 0.6 л керосина, 1.5 кг угля и 3.5 кг дров. Неочищенный биогаз используют в быту для обогрева жилищ и приготовления пищи, а также применяют в качестве топ­лива в стационарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Компримированный газ можно транспортировать и использовать (после предварительной очистки) в качестве горючего для двигате­лей внутреннего сгорания. Очищенный биогаз аналогичен природ­ному газу.

Сообщества бактерий

1. группа - микроорганизмы-деструк­торы, вызывающие гидролиз сложной органической массы с образо­ванием органических кислот (масляной, пропионовой, молочной), а также низших спиртов, аммиака, водорода;
   
2. ацетогены, превращаю­щие эти кислоты в уксусную кислоту, водород и окислы углерода
   
3. метаногены — микроорганизмы, восстанавли­вающие водородом кислоты, спирты и окислы углерода в метан:
   

В процессах метаногенеза можно переработать самое разнооб­разное сырьё — различную растительную биомассу, включая отхо­ды древесины и несъедобные части сельскохозяйственных растений, отходы перерабатывающей промышленности, специально выращенные культуры (водяной гиацинт, гигантские бурые водоросли), жид­кие отходы сельскохозяйственных ферм, промышленные и бытовые стоки, ил очистных сооружений, а также мусор городских свалок.

Метанотенк

Метанотенки, изготовленные из металла или железобетона, могут иметь разнообразную форму, включая куби­ческую и цилиндрическую. Конструкции и детали этих установок несколько варьируют, главным образом это связано с типом перера­батываемого сырья.

Метанотенк пред­ставляет собой герметичную ёмкость, частично погружённую в зем­лю для теплоизоляции и снабженную устройствами для дозирован­ной подачи и подогрева сырья, а также газгольдером — ёмкостью переменного объёма для сбора газа. Очень важным в конструкции метанотенков является обеспечение требуемого уровня перемеши­вания весьма гетерогенного содержимого аппарата.

В зависимости от типа исходного материала, сбраживаемого в метанотенке, интенсивность процесса, включая скорость подачи и полноту переработки, а также состав образуемого биогаза суще­ственно варьируют. Смесь материала обычно засевают ацетогенными и метанообразующими микроорганизмами из отстоя сброженной массы от предыдущего Цикла или из другого метанотенка.

Температура и, следовательно, скорость протекания процесса зависят от вида используемого мета­нового сообщества. Для термофильных организмов процесс реали­зуется при 50-60°С, для мезофильных — при ЗО-4О°С и около 20° — для психрофильных организмов. При повышенных температурах скорость процесса в 2—3 раза выше по сравнению с мезофильными условиями.

Стадии брожения

В ходе сбраживания органической массы на первой, так назы­ваемой «кислотной», фазе в результате образования органических кислот рН среды снижается. При резком сдвиге рН среды в кислую сторону возможно ингибирование метаногенов. Поэтому процесс ведут при рН 7.0-8.5. Против закисления используют известь. Жидкие навозные отходы, богатые азот­содержащими компонентами, разбавляют резаной соломой или раз­личным жомом.

Процессы, протекающие при метановом брожении, эндотермичны и требуют подвода энергии в виде тепла извне. Для подогрева загружаемого сырья и стабилизации температуры процесса на тре­буемом уровне обычно сжигают часть образуемого биогаза. В зави­симости от температуры процесса количество биогаза, идущего на обогрев процесса, может достигать 30% от объёма получаемого.

Нормы загрузки сырья в существующих процессах метаногенеза колеблются в пределах 7-20% объёма субстрата от объёма биоре­актора в сутки. При этом цикличность процесса составляет 5-14 сут.

5. Сжигание отходов

Термические методы обезвреживания твердых отхо­дов, в свою очередь, условно можно разделить на две группы: термодеструкцию (пиролиз) отходов с получе­нием твердых, жидких и газообразных продуктов и огневой метод (сжигание), приводящий к образованию газообразных продуктов и золы.

Сжигание

1 - При слоевом сжигании в топке мусоросжигатель­ного котла в первой зоне (слое) происходит выход лету­чих продуктов, по мере увеличения температуры про­исходит газификация отходов и далее идет слой горя­щего кокса. Сжигание должно проходить при температуре 800—1000 °С.

Сжигание исходных отходов хотя и является про­стым и универсальным методом утилизации отходов, но имеет массу недостатков, главный из которых, как уже отмечалось, большой остаток шлака, высокий уро­вень образования диоксинов и кислых газов, которые выделяются на стадии газификации и ведут к загряз­нению атмосферы из-за большой влажности при боль­шой доле (выше 40%) пищевых отходов. По этим при­чинам на практике температура в топке не превышает 550 °С.

2. Более современный способ сжигания — это сжига­ние в псевдоожижешюм слое. Принцип работы реакто­ров с псевдоожиженым слоем состоит в подаче горю­чих газов (воздуха) через слой инертного материала (песок с размерами частиц 1—5 мм), поддерживаемого колос­никовой решеткой. Поступившие в реактор отходы интенсивно перемешиваются с инер­тным слоем, при этом существенно интенсифицирует­ся теплообмен. Температура в реакторе колеблется от 800 до 990 °С в зависимости от материала инертного слоя.

К основным достоинствам способа относятся: интен­сивное перемешивание твердой фазы, приводящее прак­тически к полному выравниванию температур, неболь­шое гидравлическое сопротивление слоя; отсутствие движущихся и вращающихся частей; возможность ав­томатизации процесса обезвреживания.

Пиролиз — термохимический процесс, в котором про­исходит разложение органической части отходов и по­лучение полезных продуктов под действием высокой температуры в специальных реакторах. Существуют сле­дующие разновидности метода: окислительный пиролиз с последующим сжиганием пиролизных газов и сухой пиролиз.

Окислительный пиролиз — это процесс термическо­го разложения отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топ­лива. Газообразные продукты разложения отходов сме­шиваются с продуктами сгорапия топлива или части отходов, поэтому на выходе из реактора они имеют низ­кую теплоту сгорания, но повышенную температуру. Затем смесь газов сжигают в обычных топочных устройствах. В процессе окислительного пиролиза образуется твер­дый углеродистый остаток (кокс), который в дальней­шем можно использовать в качестве твердого топлива или в других целях. Обычно окислитель­ный пиролиз проводят при 600—900 °С (температура нагрева отходов). При сжигании газов пиролиза дымо­вые газы меньше загрязнены летучей золой и сажей, чем при прямом сжигании отходов, что позволяет уп­ростить систему очистки. При пиролизе, например, ше­стивалентный токсичный хром превращается в неток­сичный трехвалентный.

Сухой пиролиз — это метод термической переработ­ки отходов, обеспечивающий их высокоэффективное обеззараживание использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию мало­отходных технологий. Под сухим пиролизом понима­ют процесс термического разложения отходов, твердо­го или жидкого топлива без доступа кислорода. В ре­зультате сухого пиролиза отходов образуются пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкие про­дукты (деготь, нерастворимые масла, органические со­единения) и твердый углеродистый остаток (пирокарбэн).

Пиролиз позволяет ликвидировать твердые и пасто­образные отходы без их предварительной подготовки. Очень важно и то, что этот метод позволяет ликвиди­ровать отходы с повышенной влажностью, отходы «не­удобные» для сжигания.

Но и для этих производств существует диоксиновая опасность. В России систематические определения зара­женности диоксинами не проводились.

Диоксиновая опасность заставила Правительство РФ в 1995 г. принять специальную целевую программу «Защита окружающей природной среды от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов», в которой предус­матриваются не только мероприятия по контрольно­му мониторингу, Если все же МСЗ работает на несортированном мусоре (результат сбора навальных отходов из мусоропроводов), то необ­ходимо:

1. Обеспечивать горение при температуре не ниже 920 °С с небольшим коэффициентом избытка воз­духа (до 1,6). Иметь систему регулирования этих параметров.

2. Тщательно перемешивать ТБО в камере сгорания
   и сохранять их в основной зоне горения с наи­
   большей температурой, как минимум, несколь­
   ко секунд.
   
3. Исключить вынос и неконтролируемое использо­
   вание шлака и золы после сжигания. Их склади­
   ровать с наибольшими предосторожностями.
   

4. Обеспечить максимально возможную очистку про­
дуктов сгорания от газообразных органических веществ.

Диоксиновая опасность остается основным препят­ствием для сжигания отходов. В последнее время к этому добавились экономические препятствия и международ­ные соглашения по уменьшению парниковых (трех и более атомных) газов.