Гречко А.В.Исключение из оборота в природе высокотоксичных соединений при
переработке твердых бытовых отходов по технологии ПОРШ // Промышленная энергетика. - 2000. -
№7. - С. 35-39
Исключение из оборота в природе высокотоксичных соединений при
переработке твердых бытовых отходов по технологии ПОРШ
Гречко А.В.
Многочисленные токсичные соединения (вещества) можно считать достаточно изученными, чтобы успешно с ними бороться (предотвращение образования, сокращение, утилизация, уничтожение выбросов) и, следовательно, в определенной мере защищать окружающую среду. Вместе с тем имеется большая группа высокотоксичных соединений (ВТС) — диоксинов, фуранов и других, которые пока мало изучены и которым стали уделять особое вни- мание в нашей стране только в последние 10 лет, поскольку многие годы эта тема в СССР считалась закрытой [1].
В [2 — 4] рассмотрены некоторые аспекты диоксиновой проблемы и ее решения при пирометаллургическом подходе к переработке токсичных отходов, особо характерным из ко торых является обычный бытовой мусор твердые бытовые отходы (ТБО). Поэтому не останавливаясь на данной проблеме, отметим только следующее: во-первых, диоксины явля- ются губительными ВТС для живой природы и даже получили в средствах массовой ин- формации название "химического СПИДа"; во-вторых, они представляют собой семейство гомологов и изомеров, которые в зависимости от степени галогенирования их атомами хлора и брома насчитывают несколько тысяч соеди- нений; в-третьих, наиболее токсичные (супертоксиканты) из них — 2, 3, 7, 8- тетрахлор дибензо-и-диоксин (2, 3, 7, 8-ТХДД) и 2, 3, 7, 8-тетрахлордибензофуран (2, 3, 7, 8-ТХДФ). Такое большое количество токсичных соединений свидетельствует о редком по сложности структурном разнообразии диокси нов, необходимости их изучения и оценки не гативных последствий влияния на экологию. В настоящее время борьба с ТБО преврати лась в общемировую экологическую проблему и заняла приоритетное место во многих госу дарствах.
Наиболее распростра ненные в мире способы борьбы с ТБО (и со- ответственно с ВТС) — вывоз их на полиго ны (мусорные свалки) и термическая переработка (сжигание). При этом в некото рых развитых странах (Швейцария, Япония) сжигание ТБО занимает существенное место в общем объеме утилизации (условного обез вреживания) — до 70 — 80%. В то же время в ряде стран (США, Канада, Великобритания, Россия и др.) преобладает вывоз ТБО на свалки — до 80-98%. Однако оба эти спо соба не отвечают современным требованиям экологии.
Дело в том, что на полигонах в толщах TБO идут процессы аэробного и анаэробного разложения, отстаивания, испарения, т.е. выде ления вредных веществ в окружающую среду. Это особенно опасно при широко распростра ненной практике образования так называемых несанкционированных мусорных свалок. Кро ме того, продолжается отчуждение полезных земельных площадей под эти захоронения, т. е. еще более усугубляется тяжелое состояние окружающей среды. А при сжигании ТБО, которое осуществляется, как правило, при относительно низких температурах (600 — 900 'С) [5], идет наиболее интенсивное образование диоксинов, и одновременно остаются вторичные (несгоревшие) твердые отходы (25-30% всего объема), зараженные ядовитыми веществами. Эти вторичные отходы большей частью также вывозятся на те же полигоны. В этом случае, как считают специалисты, накопление зараженных отходов мо- жет привести к непредсказуемым последствиям. Такое положение особенно коснулось тех стран, где построено большое количество мусоросжигательных заводов (MC3). Полученные при обследовании экологических обьектов ФРГ и Швеции данные [6] показывают, что в фильтрате складируемого на одном из полигонов мусора в 100 раз больше диоксинов, чем в выбросах MC3. По существу сжигающие установки превратились в "производителей" диоксинов и "поставщиков" ВТС в окружаю щую среду, а для этих стран фактически на зрела новая экологическая проблема.
ВТС участвуют в круговороте: вредные выделения, попадая в окружающую среду, затем через растения, корма, овощи и фрукты, продукты животного мира (мясо, мо- локо, яйца и др.) возвращаются в том или ином виде к человеку с соответствующими губительными последствиями. Правда, ведутся разработки по последующей рекультивации за- грязненных земель. Так, свои подходы к об работке почв ищут в Японии [7]. Но такие способы, как термическая и световая "атаки" на диоксины в почвах, находятся на первич ной стадии разработки и характеризуются ве сьма высокими затратами. Наиболее рациона льным подходом к решению проблемы следует считать не борьбу с полученными и накопленными (накопляющимися) ВТС, а по иски путей предотвращения их образования. Один из них — разрыв рециркуляционного контура в круговороте высокотоксичных соединений (складирование, переработка отходов - природа - пищевая, обслуживающая, добывающая, первично-обрабатывающая промышленность - ЖКХ городов, основное промышленное производство). Этот разрыв должен находиться в точке переработки отходов методом, утилизнрующим (уничтожающим) их отходы с одновременной ликвидацией диоксинов (ВТС).
Анализ многочисленных исследований (в основном по зарубежным данным) показывает, что однозначного решения проблемы борьбы с диоксинами пока нет, и, видимо, в ближайшее время не ожидается, т.е. следует исходить из накопленных экспериментальных данных. Это относится и к такому дискуссионному вопро су, как возможность вторичного образования диоксинов при снижении температуры газово го потока от термических агрегатов (так на зываемые процессы регенерации диоксинов, их обратимой фрагментации). Решить диокси новую проблему можно на структурном уров не: необходимо разрушить структурную ре шетку диоксинов до простых составляющих, причем глубина разрушения должна гарантировать необратимость превраразработок авторов [8] определены основные условия, обеспечивающие решение рассматри ваемой проблемы путем термической обработ ки ВТС (отходов):
- относительно высокая температура процес- са (t>1250'С);
- наличие окислительной среды (коэффици- ент избытка окислителя а>1,05);
- определенная длительность пребывания про- дуктов обработки в этих условиях (>2с);
- термическая мгновенность процесса (ТМП).
Понятие "термическая мгновенность" озна чает обеспечение быстрого, скачкообразного (без промежуточной стадии медленного про хождения) перехода частиц обрабатываемого материала к указанным термическим (г) усло виям.
Практическая реализация указанных усло вий стала возможной благодаря использова нию барботажного агрегата — печи плавки в жидкой ванне, получившей название "печь Ванюкова" (ПВ) [9]. Они широт применяют ся на заводах цветной металлургии России и Казахстана. Печь ПВ представляет со бой высокую шахту с ванной расплава шлака, продуваемого (барботируемого) снизу газовы ми струями, подаваемыми через отопитель но-дутьевые устройства (фурмы, топки). При барботаже в шахте печи создается зона, насы щенная брызгами (каплями) расплава, куда подается (загружается) обрабатываемый мате риал. Возникающее особое гидроаэродинами ческое состояние, радикально отличающееся от процессов при существующих термических методах переработки ТБО, обеспечивает ТМП благодаря мгновенному захвату брызгами всех частиц ТБО различных размеров и форм, их смачиванию, доставке в высокотемпературную область, прогреву до температуры расплава, ассимиляции ванной и быстрому переводу всех составляющих компонентов в однородное жидкое (расплавленное) состояние.
Анализ показывает, что именно совокуп ность четырех вышеуказанных условий (t, а, выдержка, ТМП) приводит к такому разрыву связей в структурной решетке и ее разру шению (образованию "осколков" ), что обрати мая фрагментация диоксинов по газоходному тракту печи становится практически невоз можной. Крупномасштабные испытания [10] (производительность — до 50т ТБО в сутки) были проведены на печи ПВ Рязанского опьггно-экспериментального металлургического завода Института "Гинцветмет". Обрабатывае мый материал — бьгговой мусор подвозили непосредственно от жилых домов Рязани. В ходе испытаний отбирались пробы газопылевого потока по тракту печи сотрудни ками Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова. Затем пробы подвергались анализу на токсичные соединения независи мой специализированной организацией. Мето дика определения ВТС в пробах была близка методике #1613 БРА (Environmental Protecti on Agency, США). Предел обнаружения кон центраций — 1 нг/кг.
По результатам испытаний можно сделать вывод, что диоксины практически не обнаруживают ся уже на выходе газов из барботажного аг регата (по хроматографическому анализу присутствуют лишь простые составляющие N2, О2, СО2, Н2О, а также микропримеси— НСL, HF, SО2 и др.), вторичные диоксины по тракту также не образуются. Следовательно, можно констатировать дно кси новую безопас ность рассматриваемого процесса.
На базе достигнутых результатов создана экологически чистая и практически безотход ная технология переработки (утилизации) бы товых и других токсичных промышленных от ходов [3]. Технические и технологические решения защищены авторскими свидетельства ми и патентами. На технологию (завод по пе реработке ТБО) получено положительное за ключение Государственной экологической экспертизы.
Рассмотренный термический подход позво лил решить в научном плане весьма важную для природы диоксиновую проблему, а в практическом отношении — выйти на новый качественный уровень переработки ТБО и промышленных отходов, устранения ВТС из оборота в природе.
Список литературы.
1. Федоров Л. А. Диоксины как экологическая опас- ность: ретроспектива и перспективы. — М.: Наука, 1993.
2. Гречко А. В., Денисов В, Ф., Кубасов В. Л. Тех- нология переработки бытовых отходов в барботиру- емом расплаве — решение вопросов экологии,— Цветные металлы, 1995, №5.
3. Гречко А. В. Максимальное использование собст- венной теплотворности твердых бытовых отходов при технологии ПОРШ. — Промышленная энерге- тика, 1995, № 3.
4. Гречко А. В., Денисов В. Ф., Федоров Л. А. Ре- гиональный характер проблемы твердых бытовых и промышленных отходов и ее решение пироме- таллургическим методом. — Экология и промыш- ленность России, 1997, № 7.
5. Санитарная очистка и уборка населенных мест: Справочник/ Под ред. А. Н. Мирного. — М.: Стройиздат, 1990.
6. Schweden Setzt auf Verbrennung чоп Hausmiill und uberschussigem Ajtpapter. — Watmetechnik, 1991, 36, № 8.
7. Кавамото Катсуя. Современное состояние и тен- денции развития в области технологии разложения диоксинов. — Когай то тайсаку, 1991, 27, № 7.
8. Гречко А. В., Калвин Е. И., Денисов В. Ф. Печь Ванюкова и ее использование для решения пробле- мы твердых бытовых отходов. — Изв. РАН. Ме- таллы, 1998, № 6.
9. Плавка в жидкой ванне/ Под ред. А. В. Ванюко- ва. — М.: Металлургия, 1988.
10. Экологически чистая технология переработки бы- товых отходов в печи Ванююва/ В. В. Мечев, А. В. Гречко, В. Ф. Денисов и др. — Цветная ме- таллургия, 1993, № 1.
11. Гречко А. В., Денисов В. Ф. Технологические ис- пытания термической переработки твердых отхо- дов сложного состава с обеспечением диоксиновой безопасности. — Химическая промышленность, 1998, № 2.