Экологические проблемы «горячих» методов утилизации ТБО

К наиболее вредным продуктам слоевого сжигания бытовых отходов относят отходящие газы и летучую золу. Зола, образую­щаяся при сжигании твердых бытовых отходов, состоит в основном из минералов и несгоревших частиц органических соединений.

Содержание недожога в процентах определяется особен­ностями топочного устройства, а также технологическими усло­виями процесса горения. Обычно оно не превышает 2 %, а при не­благоприятных условиях может достигать 10-15 %. Концентрация золы в дымовых газах установок слоевого сжигания различных типов составляет примерно 2-6 г/м³ сухого газа.

Газовые выбросы МСЗ и их состав определяются условиями ведения процесса горения и составом загрузки. Неверное ведение процесса приводит к резкому росту содержания продуктов не­полного сгорания в газовых выбросах МСЗ. Список продуктов не­полного сгорания (ПНС) насчитывает свыше ста идентифициро­ванных опасных веществ. Среди них углеводороды и ароматические углеводороды, их хлорированные производные, токсичные фенолы и хлорфенолы, бром - и азотзамещенные вещества и, наконец, по лихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), -фураны (ПХДФ) и -бифенилы (ПХБ).

К ПНС относят несколько условно все выбросы, которые не относятся к газам «проскока», то есть к тем летучим соединениям, которые содержались в исходной смеси, подаваемой на сжигание, но не успели сгореть.

Выбросы МСЗ могут содержать также тяжелые металлы (табл. 8.12) в форме солей или окислов, то есть в устойчивом виде.

Полиароматические углеводороды (ПАУ) являются опасными канцерогенами. Выбросы этих соединений на МСЗ сравнительно невелики, тогда как в шлаке после сжигания со­держатся значительные количества данных веществ, причем ко­личество образующихся ПАУ, по-видимому, значительно за­висит от особенностей технологии сжигания ТБО, отличаю­щихся в различных странах мира.

Особого внимания заслуживают самые опасные из ПНС «ди­оксины», представляющие собой смесь полихлордибензо-пара-ди-оксинов (ПХДД) и полихлордибензофуранов (ПХДФ).

Опасность, связанная с выделением этих ве-ществ, определяется их специфическими физико-химическими свойствами. Все ди­оксины являются кристаллическими соедине-vl ниями с температурами плавления в интервале 200-400 °С. 2,3, 7,8-тетрахлордибензодиоксин. Они хорошо растворяются в органических растворителях, жирах, а также в недистиллированной воде за счет наличия в ней гуминовых и фульвокислот, способных образовывать комплексы с диоксинами. Поэтому диоксины, переходя в воду и почву, образуют комплексы с органическими веществами и очень хорошо распространяются в природе. Обладаявысокими адгезионными свой­ствами, они легко прилипают к частицам пыли, к почве, иловым осадкам в водоемах, и поэтому хорошо переносятся воздухом, водой и почвой.

Инкорпорирование диоксинов организмом человека ведет к подавлению реакций «иммунного ответа», необратимым изме­нениям в обменных процессах, и самое главное — нарушениям работы генетического аппарата человека. Потенциальная биологи­ческая опасность, связанная с поступлением данных ксенобиотиков в окружающую среду нашла свое отражение в величине ПДК ха­рактеризующей их токсичность. Необ­ходимо также подчеркнуть, что ни доступных методик, ни до­ступных приборов, которые обеспечили бы чувствительность по диоксинам 10^-7 (т. е. хотя бы на полпорядка «чувствительней» опред­еляемой концентрации) — в СНГ попросту не существует. Ди­оксины стабильны по отношению к сильнощелочным и сильно­кислым средам в некаталитических условиях, что приводит к их накоплению в природе. В почве период их разложения составляет от 10 до 20 лет, а в воде — до 2 лет.

Необходимым условием образования диоксинов является при­сутствие в ТБО хлор- и бромсодержащих компонентов, в качестве по­следних выступают бумага и различные виды пластика на основе хлорпроизводных органических соединений. Количество образую­щихся в процессе сжигания ТБО диоксинов зависит от температуры ведения процесса, наличия в газах горения ТБО достаточно большого процента недожога, а также присутствия в мусоре соединений меди, выступающих в качестве катализаторов процесса синтеза диоксинов. Диоксины обладают высокой термостойкостью. Эффективное разло­жение этих веществ происходит только при температурах выше 12-50 °С и выдержке более 2 сек. Особый интерес представляет процесс так называемого вторичного синтеза диоксинов, происходящий при охлаждении дымовых газов на выходе из котлов утилизаторов МСЗ. Вторичный синтез диоксинов происходит в интервале температур 200-450 °С. Это, кстати, еще раз подтверждает предположения о том, что очаги самовозгорания на свалках ТБО могут являться опасным (и неучитывемым!) источникаом эмиссии диоксинов в атмосферу.

В целом снижение образования диоксинов достигается осу­ществлением достаточно широкой группы технологических меро­приятий на МСЗ, основными из которых являются:

1) Предварительная сепарация хлор- и бромсодержащих ма­териалов, изъятие из ТБО включений цветных металлов;

2) Поддержание процессов горения, обеспечивающих мини­мальное образование ПНС и золоуноса;

3) Обеспечение высокой герметичности топок МСЗ и сопут­ствующих агрегатов.

Как показывает европейский и мировой опыт, планомерное осуществление данных групп мероприятий, а также постоянное совершенствование технологических процессов очистки дымовых газов МСЗ позволило на 90 % сократить выбросы диоксинов данных предприятий.

Количество шлаков, образующихся при сжигании ТБО на такого рода предприятиях, составляет около тонны на 3-4 тонны мусора. На МСЗ, где в печь добавляют известняк в качестве флюса, шлаков больше на 20-30%.

Основной проблемой является дальнейшая утилизация данных отходов. Как правило, шлак сжигания ТБО используют в качестве добавки при изготовлении строительных изделий и блоков. Основным условием использования шлака является безопасность эксплуатации полученных изделий для здоровья человека.

Добавки шлака и золоуноса существенно влияют на содер­жание в строительных конструкциях некоторых химических эле­ментов (табл. 8.14).

Очевидно, что решение такого широкого спектра природо­охранных задач, связанных с вопросами нейтрализации продуктов переработки ТБО, не могло не сказаться на стоимости самого про­цесса. Так, сжигание одной тонны бытового мусора в среднем по ЕС обходится в 80-150 ?.

В 2003 г. в Швеции общее количество ТБО составило 4,2 млн тонн (более 460 кг на чел.). Из них 31% отобрали в виде вторсырья (!), 10% — подверглось компостированию, 14% — складировано на полигонах, остальные 45 % (около 2 млн тонн) — сожжено на МСЗ. Кроме того, на МСЗ было сожжено еще 1,2 млн тонн промышленных органических отходов, т. е. всего свыше 3 млн тонн.