UA   EN
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Человек не может жить, не оставляя после себя твёрдые бытовые отходы (ТБО). Количество их зависит различных факторов. В среднем принято считать, что на одного жителя в год накапливается 250 кг мусора. Для Донецкой области и, в частности для города Донецка, на сегодняшний день проблема обращения с твердыми бытовыми отходами является наиболее экологически и экономически актуальной.

Факт нужности и важности вторичной переработки отходов известен всем, как и то, что это более выгодно не только для окружающей среды, но и для экономии средств. Проблема утилизации отходов усугубляется в основном потому, что большая часть товаров народного потребления обречена на очень кратковременную службу человеку. Они куплены, потреблены и выброшены без должного отношения к их остаточной ценности. Поражают количество энергии и затраты на восстановление окружающей среды при такой структуре потребления. Но необходимо не забывать о том, что отходы и бытовой мусор часто являются более дешевым источником многих веществ и материалов, чем природные, и могут быть эффективно переработаны без экологического вреда. Вопрос лишь в том, как эффективнее всё разрабатывать, с тем, чтобы получить максимальную отдачу от собранных материалов.

1. Актуальность темы

Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) является остро актуальной, поскольку ее решение связано с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, санитарной очистки городов, охраны окружающей среды и ресурсосбережения.

ТБО включают разнообразные вещества органического и минерального происхождения: пищевые отходы, использованную бумагу и картон, текстиль, древесину, кости, кожу, резину, пластмассу, металл, стекло, камни и др. Мусор является благоприятной средой для развития микроорганизмов, вызывающих некоторые инфекционные заболевания. Поэтому необезвреженные отходы могут быть источником массового загрязнения окружающей среды.

Именно поэтому использование отходов для производства вторичного топлива является весьма популярным методов переработки и утилизации ТБО. Получая энергию из мусора, мы одновременно решаем проблему утилизации ТБО и получаем дешевую, можно сказать, практически бесплатную тепловую энергию, которую можно пустить на обеспечение коммунальных теплоресурсов. Ну а применение современных технологий утилизации мусора в процессе решения проблемы утилизации отходов позволит снизить негативное влияние, которое оказывает полигон отходов на окружающую среду.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является оценка влияния отходов бензольных отделений коксохимических производств на состав топливных смесей и их теплотехнические характеристики.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ состояния проблемы утилизации твердых бытовых отходов;
  2. Обоснование использования побочных продуктов коксохимических заводов;
  3. Оценка потенциальной ресурсной базы промышленных отходов;
  4. Определение методов физико-химических характеристик топливных брикетов;
  5. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий;
  6. Разработка и анализ экспериментального плана;
  7. Описание технологического процесса.

Объект исследования: вторичная переработка твердых бытовых отходов

Предмет исследования: состав топливных смесей на основе компонетов твердых бытовых отходов

3. Оценка потенциальной ресурсной базы промышленных отходов

Очевидно, что мировой опыт производства вторичных топлив на основе компонентов ТБО должно быть учтено нашим государством. При этом следует помнить, что, кроме значительных объемов ТБО, в нашем регионе накоплены огромные количества промышленных отходов.

ТБО содержат много ценных компонентов, которые могут и должны быть использованы для дальнейшей переработки.

Морфологический состав отходов

Рисунок 1 — Морфологический состав отходов
(анимация: 8 кадров, 7 циклов повторения, 218 килобайт)

Состав ТБО отличается в разных странах, городах. Он зависит от многих факторов, включая благосостояние населения, климат и благоустройство. На состав мусора существенно влияет система сбора в городе стеклотары, макулатуры и т. д. Он может меняться в зависимости от сезона, погодных условий. Так на осень приходится увеличение количества пищевых отходов, что связано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания. А зимой и весной сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета).

С течением времени состав ТБО несколько меняется. Увеличивается доля бумаги и полимерных материалов. А с переходом на централизованное теплоснабжение практически исчезает в ТБО уголь и шлак.

Технологии захоронения, переработки и утилизации отходов:

  1. Раздельный сбор;
  2. Захоронение;
  3. Сжигание.

Раздельный сбор разных категорий отходов определяет эффективность и стоимость утилизации отдельных компонентов. Наиболее неудобны для утилизации смешанные отходы, содержащие смесь биоразлагаемых влажных пищевых отходов, пластмасс, металлов, стекла и пр. компоненты.

Самый дешёвый способ избавиться от отходов — произвести их захоронение. Этот способ восходит к простейшему пути — выбросить что-либо из дома на свалку. История показала, что простым выбрасыванием непригодных предметов из дома проблему решить не удаётся. В XX веке пришлось перейти от стихийного создания свалок к проектированию и реализации специальных инженерных объектов, полигонов для захоронения бытовых отходов. Проектом предусматривается минимизация ущерба окружающей среде, строгое соблюдение санитарно-гигиенических требований.

Наиболее распространённым методом утилизации ТБО является сжигание с последующим захоронением образующейся золы на специальном полигоне. Метод обладает серьёзными недостатками, такими, как образование сильно ядовитых химических соединений, например, диоксинов и фуранов. Для их нейтрализации требуется так называемое дожигание (нагрев исходящих газов до температуры выше 850 градусов и поддержание её в течение, как минимум, двух секунд). Существует довольно много технологий сжигания мусора. Сжигание может быть камерное, слоевое и в кипящем слое. Мусор может сжигаться в смеси с природным топливом. Наиболее опасным с экологической точки зрения является низкотемпературное сжигание в котлах.

Значительная часть ТБО с успехом утилизируется в современных печах цементной промышленности. Существующие технологии позволяют производить данную операцию без снижения качества готовой продукции и без негативного влияния на окружающую среду. Мусор перед попаданием на цементный завод должен пройти стадию дробления и сортировки. Наличие передовых систем таких как By-pass и Hot Disc значительно повышает эффективность утилизации отходов в современных вращающихся печах [1].

Итак, определенные виды данных отходов необходимо рассматривать как потенциальных теплотворных добавок к вторичному топливу на основе ТБО. Совместная утилизация в таком случае будет иметь более ощутимый природоохранный эффект.

Перспективным представляется производство вторичных топлив на основе ТБО с использованием отдельных видов отходов КХЗ, способных выступать не только в качестве теплотворной добавки, но и в качестве эффективного связующего компонента. Особого внимания заслуживают такие виды смолистых отходов КХЗ, как кислая смолка, образующаяся в сатураторах сульфатных и бензольных отделений, и полимеры, получаемые при охлаждении и очистки коксового газа.

Основными направлениями вторичного использования свежей кислой смолы является обратная подача в шихту в виде эмульсии, использования в качестве вяжущего материала при строительстве дорог, использование при производстве рудоугольних брикетов. Полимеры являются одним из основных вторичных продуктов, которые образуются в процессе улавливания сырого бензола. Основным направлением вторичного использования свежеобразующих полимеров является обратная подача в смеси с некоторыми марками угля в шихту [2].

4. Перспективность производства вторичного топлива на основе твердых бытовых отходов

Опыт Европейского Союза показывает, что значительную часть в топливном балансе отдельных стран составляет именно использование вторичного топлива (RDF). Сжигание RDF обладает рядом преимуществ перед слоевым сжиганием ТБО на колосниковых решётках.

Интенсивность использования данного метода переработки ТБО в странах европейского союза и США возрастает с каждым годом. Количество RDF, произведенного из одной тонны муниципальных отходов определяется системой сбора ТБО, типом процесса получения топлива и рыночными требованиями к конечному продукту. Значение данного показателя в странах ЕС колеблется в пределах 250–750 кг RDF произведенного из одной тонны ТБО [3].

Динамика производства RDF в США и странах ЕС

Рисунок 2 — Динамика производства RDF в США и странах ЕС

Сжигание RDF обладает рядом преимуществ перед слоевым сжиганием ТБО на колосниковых решётках:

  1. RDF простое в эксплуатации и не требующее каких-либо изменений в конструкции котлоагрегатов топливо, на котором могут работать практически любые котлы;
  2. Отбор ряда компонентов из ТБО осуществляемый в процессе производства RDF позволяет существенно снизить потенциальные риски связанные с возможностью образования в процессе сжигания стойких органических загрязнителей таких как диоксины и фураны;
  3. Промышленное использование технологии производства RDF показывает, что производство данного вида топлива обладает малой энергоёмкостью, безотходностью, пожаро- и взрывобезопасностью и может основываться на использовании серийно выпускающегося оборудования;
  4. Стоимость топлива в пересчёте на тонну условного топлива не превышает 20–30 % цены исходных компонентов [4 , 8]

Существует несколько десятков вариантов композиционных составов топлив, каждый из которых, как правило, является патентованной собственностью фирмы-производителя: примеры некоторых из них приведены в таблице 1. Следует особо отметить тот факт, что в качестве теплотворных добавок ископаемых топлив достаточно часто выступают отдельные виды промышленных отходов [5].


Таблица 1 — Типовые композиционные составы RDF в различных странах ЕС
Компонент ТБО, % масс. Страна ЕС
Бельгия Италия Великобритания
Пластик 31 23 10
Бумага (картон) 13 44 70
Древесные остатки 12 4,5 5
Текстиль 14 12 -
Другие компоненты ТБО 30 14 -
Не горючие компоненты - 2,5 -
Теплотворные добавки - - 10

Важными являются экономические аспекты внедрения данного метода переработки ТБО. Среднеевропейские показатели стоимости производства RDF для сжигания на электростанциях свидетельствуют о меньшей стоимости процесса в отличие от сжигания потока ТБО на МСЗ за счет снижения стоимости процессов очистки отходящих газов. (таблица 2) [7].


Таблица 2 — Соотношение стоимости термической утилизации топливных смесей и ТБО
Страна ЕС Производство и утилизация вторичного топлива
на основе ТБО, евро/т		 Сжигание ТБО на МСЗ, евро/т
Нидерланды 50-70 100-120
Щвеция 50-60 100-120
Великобритания 40-60 90-100
Бельгия 50-70 80-95

5. Основные исследования и результаты

Важнейшим моментом, который оказывает влияние на весь ход дальнейших экспериментальных исследований, является выбор процентного соотношения ТБО и промышленных отходов в смесях. Поэтому в качестве базового состава RDF в исследовании рассматривалась смесь состоящая из полимерных материалов, содержащихся в ТБО, бумаги и полимеров бензольного отделения при следующем соотношении компонентов 40:40:20 % масс.

Данные технического анализа топливных композиций, изготовленных на основе полимерных материалов, бумаги извлечённых из ТБО и полимеров бензольных отделений позволяют провести сравнение с показателями технического анализа установленных в качестве норматива стандартом Украины Побутові відходи. Технологія перероблення відходів пластмас, паперу та картону, що є у складі твердих побутових відходів СОУ ЖКГ 03.09–17:2010 (таблица 3) [6].


Таблица 3 — Сравнение показателей технического анализа топливной композиции с требованиями стандарта
Наименование показателя Исходная смесь Требования стандарта
Общее содержание влаги Wa, % масс. 5,22 1-5
Зольность пробы на сухую массу Ad, % масс. 11,24 10-15
Выход летучих веществ на сухое беззольное топливо Vdaf, % масс) 78,40 70-80
Содержание углерода Сdaf, % масс. 47,26 40-50
Содержание водорода Hdaf, % масс. 11,41 5-10
Содержание общей серы Sat, % масс. 0,18 0,1-0,2
Низшая теплота сгорания образца Q as, МДж/кг 26,11 17-20

Полученные данные помимо того, что указывают на полное соответствие показателей топливной композиции нормативам существующего стандарта, позволяют сделать вывод о перспективности использования данной топливной композиции в энергетических процессах связанных с переработкой ТБО. Это обуславливается такими показателями как: высокая теплота сгорания — в случае ТБО данный показатель не превышает 7–10 МДж/кг, высокая реакционная способность топливной композиции — позволяющая сократить подачу дополнительных энергоносителей при сжигании, малое содержание серы — сокращающее количество токсикантов поступающих в атмосферный воздух при сжигании топлива.

Выводы

Проведенный анализ литературных источников позволяет сделать следующие выводы:

  1. Одной из актуальных природоохранных проблем, стоящих перед нашим регионом, является проблема утилизации и обезвреживания ТБО, связанная со значительными объемами образования последних.
  2. Существующая практика обращения с такого рода отходами может быть оценена как крайне неудовлетворительная, что, помимо прочего, объясняется отсутствием внедрения современных методов переработки и обезвреживания ТБО.
  3. Изучение вопроса переработки ТБО в мире показывает, что все большее значение приобретают термические методы утилизации муниципальных отходов. Одним из таких методов является производство вторичных топлив, получаемых на основе компонентов бытовых отходов.
  4. Анализ и внедрение рассматриваемого метода использования отходов промышленного происхождения является перспективным.
  5. Правом приоритета в качестве добавок такого рода должны пользоваться разновидности промышленных отходов, введение которых в топливные смеси способна была бы улучшить качественные характеристики последних.
  6. Возможность использования добавок в обязательном порядке предполагает анализ влияния продуктов термической переработки топливных смесей на окружающую среду.

Список источников

  1. Сметанин, В. И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления / В.И. Сметанин — М.: Колос, 2003. — 410 с.
  2. Краснянский, М. Е. Изучение потоков вторичного сырья в твердых бытовых отходах г. Донецка / М.Е. Краснянский, А. Бельгасем, О.Н. Калинихин // Проблемы сбора, переработки и утилизации отходов Сб. науч. статей, Одесса, ОЦНТЭИ. — 2004. — С. 219–222.
  3. Твердые бытовые отходы [учебное пособие / И.С. Кобозев науч. ред. и др.] — М.: Экорос, 2003. — 112 с.
  4. Беньямовский, Д. Н. Сжигание и пиролиз твердых бытовых отходов / Д.Н. Беньямовский // Жил. и коммун. хоз-во. — 1993. — № 6. — С. 28–29.
  5. Топливо твердое минеральное. Методы определения содержание влаги. ISО 561–81 ГОСТ 6381–91 — [Действителен от 01.01.93.]. — М.: Из-во стандартов, 1993. — 22 с.
  6. Стандарт житлово — комунального господарства України «Побутові відходи. технологія перероблення відходів пластмас, паперу та картону, що є у складі твердих побутових відходів» СОУ ЖКГ 03.09–17:2010 — К.: ЖКГ, 2011. — 16 с.
  7. Мирный, А. Н. Санитарная очистка и уборка населенных мест. [Справочник] / А. Н. Мирный. — М.: Стройиздат, 1985. — С. 12–40.
  8. Калинихин О. Н., Рекун В. В., Краснянский М. Е. Перспективы совместного использования тбо и отходов коксохимического производства/Калинихин О. Н., Рекун В. В., Краснянский М. Е.// Сб. науч. статей, Донецк, — 2005. — С. 107–110.