Утилизация отходов в энергию. Твердые бытовые отходы

Ежегодный рост промышленного производства и пропорциональный ему рост объемов твердых коммунальных (бытовых) отходов, образующихся ежегодно на душу населения, в разных странах различен и составляет: в США – 50 т; в РФ – 18 т; в Молдавии – 0,5 т. Именно увеличение объемов отходов является главным фактором снижения качества окружающей среды и разрушения природных ландшафтов.

Утилизация отходов путем их захоронения требует отчуждения огромных площадей земель, пригодных для сельскохозяйственного производства, поэтому целесообразно использование более эффективных способов утилизации отходов, одним из которых является их утилизация в энергию.

В России исторически сложилось, что под фразой «утилизация отходов в энергию» традиционно понимается практика сжигания мусора, что нашло отражение в названии заводов, которые утилизируют отходы методом прямого сжигания, – «мусоросжигательные». Но в настоящее время появились технологии нового поколения для утилизации отходов, которые позволяют получать энергию, и поэтому смысловое содержание понятия «мусор» значительно расширилось и стало включать в себя различные отходы, которые обладают значительным потенциалом как возобновляемый источник энергии: промышленные отходы, сельскохозяйственные отходы, отходы и побочные продукты производства, муниципальные твердые отходы – твердые коммунальные (бытовые) отходы (ТКБО).

В последние годы значительно возросло содержание цветных металлов в составе ТКБО за счет появления в обороте алюминиевых банок и пластмассовых упаковочных материалов – бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТ-бутылок). С одновременным снижением содержания пищевых отходов к общей массе ТКБО. Произошедшие и прогнозируемые изменения состава отходов подтверждают необходимость их раздельного сбора и сортировки перед утилизацией.

В мировой практике нашли применение промышленные методы переработки отходов в энергию, объединенные в три группы: термохимические, физико-химические, биохимические, а также метод прямого сжигания, представленные на рис. 1

Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, свои оптимальные области применения, зависящие главным образом от состава отходов и региональных условий.

Гори оно огнем

Прямое сжигание отходов (ТКБО) осуществляется в мусоросжигательных котлоагрегатах мусоросжигательных заводов с получением тепловой и электрической энергии. По сути, ТКБО используются как низкосортное топливо, которое из-за разнородности состава отходов дает при сжигании около 1100 Гкал тепла. При данном способе обезвреживания сжигаются все поступающие на завод отходы без какой-либо предварительной подготовки или обработки. При сжигании выделяется большое количество вредных веществ, что требует оснащения этих заводов высокоэффективным оборудованием для очистки отходящих газов (скрубберов) с целью снижения предельно допустимой концентрации загрязняющих веществ. Стоимость скрубберов может достигать до 30% от капитальных затрат на строительство всего завода. Данный способ утилизации отходов в энергию был реализован в промзоне «Руднево» (г. Москва) при строительстве Завода по обезвреживанию твердых бытовых отходов № 4. Производственные мощности этого завода позволяют перерабатывать 275 тыс. тонн отходов в год. В настоящее время завод утилизирует (тыс. тонн в год): бумаги, картона – 10; пластмассы – 4; стекла – 3; черного металлолома – 7; цветного металлолома – 1.

Горячая химия

В отличие от прямого сжигания термохимические методы переработки отходов имеют значительно больше преимуществ, заключающихся в большей эффективности с точки зрения предотвращения загрязнения окружающей среды, так как после применения термохимических методов утилизации отходов не остается биологически активных веществ, что не наносит вреда окружающей среде. Отходы, образующиеся непосредственно при утилизации отходов, имеют более высокую плотность, что существенно уменьшает объем отходов, который необходимо отправить для захоронения на специализированные полигоны. Кроме того, нельзя не назвать как преимущество термохимического метода возможность целенаправленно перерабатывать гораздо большую номенклатуру отходов: ТКБО и отходы производства – автопокрышки, пластмассы (полимеры) и отработанные масла с возможностью получения из углеводородсодержащих отходов смазочных материалов и моторных (судовых) топлив, что является существенным преимуществом, так как производимые нефтепродукты высоколиквидны и имеют высокую маржинальную стоимость. Это преимущество позволяет обеспечить гарантированный возврат инвестиций и рентабельность производства.

К недостаткам, сдерживающим развитие этого направления, относятся затраты на приобретение дорогостоящего основного технологического оборудования и высокие требования к качеству отходов, что вынуждает нести значительные затраты на организацию селективного сбора отходов.

Физика и химия

Другой группой способов утилизации отходов в энергию являются физико-химические способы, которые позволяют получать биодизельное топливо из биологической составляющей (биомассы) отходов потребления, доля которых составляет 27,5%. В качестве сырья могут использоваться отработанные растительные масла, отходы различных жиров (масел) растительного или животного происхождения. В основе технологии получения биодизельного топлива лежит реакция переэтерификации биомассы, в присутствии катализатора, в метиловые эфиры жирных кислот.

Все преимущества этого способа портят его же недостатки: высокая себестоимость получаемого биодизельного топлива по сравнению с аналогичными нефтепродуктами и реализуемость этих проектов исключительно в регионах с теплым климатом, где выращиваются масличные культуры.

Биохимия

Третьей группой способов утилизации отходов в энергию являются биохимические способы, которые позволяют превращать биологические (органические) отходы в энергию используя бактерии. Получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов твердых коммунальных (бытовых) отходов, чаще всего используется непосредственно на полигонах захоронения. Например, в США имеется около 80 установок по сжиганию газа, получаемого за счет разложения (гниения) отходов, размещенных на полигонах. Органическая фракция ТКБО, полученная в результате сортировки, а также отходы очистных сооружений могут быть подвергнуты анаэробной переработке с получением этанола или биогаза. Переработка органики происходит в реакторах, где специальные бактерии перерабатывают органическую субстанцию в этанол или биогаз. Существенным недостатком является образование значительного количества остатка (35–45%) от первоначального объема отходов, что требует дополнительно проводить пост­аэрацию и просеивание для улучшения показателей хранения и получения эстетического вида.

Несомненно, что будущее за повсеместным распространением технологий по утилизации отходов в энергию. Как показывает опыт Европейского союза (ЕС), получение энергии из отходов стало предпочтительным методом утилизации отходов в Старом Свете, где в настоящее время функционирует 420 предприятий, обеспечивающих теплом и электроэнергией более 20 млн. человек.