Сжигание — это процесс переработки отходов , который включает сжигание веществ, содержащихся в отходах. [1] Промышленные установки для сжигания отходов обычно называют объектами по переработке отходов в энергию . Сжигание и другие высокотемпературные системы переработки отходов описываются как « термическая обработка ». Сжигание отходов преобразует отходы в золу , дымовой газ и тепло. Зола в основном образуется из неорганических компонентов отходов и может принимать форму твердых комков или частиц, переносимых дымовым газом. Дымовые газы должны быть очищены от газообразных и твердых загрязняющих веществ, прежде чем они будут рассеяны в атмосфере . В некоторых случаях тепло, которое вырабатывается при сжигании, может быть использовано для выработки электроэнергии .
Сжигание с рекуперацией энергии — одна из нескольких технологий переработки отходов в энергию, таких как газификация , пиролиз и анаэробное сбраживание . Хотя технологии сжигания и газификации в принципе схожи, энергия, получаемая при сжигании, представляет собой высокотемпературное тепло, тогда как основным энергетическим продуктом газификации часто является горючий газ. Сжигание и газификация также могут быть реализованы без рекуперации энергии и материалов.
В ряде стран эксперты и местные сообщества по-прежнему обеспокоены воздействием мусоросжигательных заводов на окружающую среду (см. аргументы против сжигания).
В некоторых странах [ в которых? ] мусоросжигательные заводы, построенные всего несколько десятилетий назад [ когда? ] часто не включали разделение материалов для удаления опасных, громоздких или перерабатываемых материалов перед сжиганием. Эти объекты, как правило, подвергали риску здоровье рабочих завода и местную окружающую среду из-за неадекватного уровня очистки газа и контроля процесса сжигания. Большинство этих объектов не вырабатывали электроэнергию. [ необходима цитата ]
Мусоросжигательные заводы уменьшают твердую массу исходных отходов на 80–85%, а объем (уже сжатый в некоторой степени в мусоровозах ) на 95–96%, в зависимости от состава и степени извлечения материалов, таких как металлы, из золы для переработки. [2] Это означает, что хотя сжигание не полностью заменяет захоронение , оно значительно уменьшает необходимый объем для утилизации. Мусоровозы часто уменьшают объем отходов во встроенном компрессоре перед доставкой на мусоросжигательный завод. В качестве альтернативы, на свалках объем несжатого мусора можно уменьшить примерно на 70%, используя стационарный стальной компрессор, хотя и со значительными затратами энергии. Во многих странах более простое уплотнение отходов является обычной практикой для уплотнения на свалках. [3]
Сжигание имеет особенно сильные преимущества для обработки определенных типов отходов в нишевых областях, таких как клинические отходы и определенные опасные отходы , где патогены и токсины могут быть уничтожены высокими температурами. Примерами являются химические многопродуктовые заводы с разнообразными токсичными или очень токсичными потоками сточных вод, которые нельзя направить на обычную установку очистки сточных вод.
Сжигание отходов особенно популярно в таких странах, как Япония, Сингапур и Нидерланды, где земля является дефицитным ресурсом. Дания и Швеция были лидерами, используя энергию, вырабатываемую при сжигании, на протяжении более столетия в локальных комбинированных теплоэлектростанциях , поддерживающих схемы централизованного теплоснабжения . [4] В 2005 году сжигание отходов произвело 4,8% потребления электроэнергии и 13,7% общего потребления тепла в Дании. [5] Ряд других европейских стран в значительной степени полагаются на сжигание для обработки муниципальных отходов, в частности Люксембург , Нидерланды, Германия и Франция. [2]
Первые мусоросжигательные печи для утилизации отходов в Великобритании были построены в Ноттингеме компанией Manlove, Alliott & Co. Ltd. в 1874 году по запатентованной конструкции Альфреда Фрайера. Первоначально они были известны как деструкторы . [6]
Первый мусоросжигательный завод в США был построен в 1885 году на острове Говернорс в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк. [7] Первый мусоросжигательный завод в Австро-Венгрии был построен в 1905 году в Брюнне . [8]
Инсинератор — это печь для сжигания отходов . Современные инсинераторы включают в себя оборудование для снижения загрязнения, такое как очистка дымовых газов. Существуют различные типы конструкций мусоросжигательных заводов: с подвижной решеткой, с неподвижной решеткой, с вращающейся печью и с псевдоожиженным слоем. [ необходима цитата ]
Сжигательная куча или яма для сжигания — одна из самых простых и ранних форм утилизации отходов, по сути, представляющая собой кучу горючих материалов, сваленных на открытой местности и подожженных, что приводит к загрязнению.
Кучи горения могут и распространяли неконтролируемые пожары, например, если ветер сдувает горящий материал с кучи на окружающие горючие травы или на здания. По мере того, как внутренние структуры кучи сгорают, куча может смещаться и разрушаться, расширяя зону горения. Даже в ситуации без ветра небольшие легкие горящие угли могут оторваться от кучи посредством конвекции и разнестись по воздуху в траву или на здания, воспламеняя их. [ требуется цитата ] Кучи горения часто не приводят к полному сгоранию отходов и, следовательно, производят загрязнение твердыми частицами. [ требуется цитата ]
Бочка для сжигания — это несколько более контролируемая форма частного сжигания отходов, в которой горящий материал находится внутри металлической бочки с металлической решеткой над выхлопом. Бочка предотвращает распространение горящего материала в ветреную погоду, и по мере того, как горючие вещества уменьшаются, они могут только осесть в бочке. Выхлопная решетка помогает предотвратить распространение горящих углей. Обычно в качестве бочек для сжигания используются стальные бочки объемом 55 галлонов США (210 л) с отверстиями для вентиляции, вырезанными или просверленными вокруг основания для забора воздуха. [9] Со временем очень высокая температура сжигания приводит к окислению металла и ржавчине, и в конечном итоге сама бочка поглощается теплом и должна быть заменена.
Частное сжигание сухих целлюлозных/бумажных изделий обычно является чистым горением, не производя видимого дыма, но пластик в бытовых отходах может привести к тому, что частное сжигание создаст общественный беспорядок, создавая едкие запахи и пары, которые вызывают жжение в глазах и слезотечение. Двухслойная конструкция обеспечивает вторичное сжигание, уменьшая дым. [10] Большинство городских общин запрещают сжигать бочки, а в некоторых сельских общинах могут быть запреты на открытое сжигание, особенно там, где проживает много жителей, не знакомых с этой распространенной сельской практикой. [ требуется ссылка ]
С 2006 года [обновлять]в Соединенных Штатах сжигание небольших количеств отходов частных домохозяйств или ферм обычно разрешалось, если это не доставляло неудобств другим, не создавало риска возгорания, например, в сухих условиях, и огонь не производил густого, вредного дыма. Несколько штатов, таких как Нью-Йорк, Миннесота и Висконсин, имеют законы или правила, запрещающие или строго регулирующие открытое сжигание из-за последствий для здоровья и неприятностей. [11] Людям, намеревающимся сжигать отходы, может потребоваться связаться с государственным агентством заранее, чтобы проверить текущий риск и условия возгорания, а также предупредить должностных лиц о контролируемом пожаре, который будет иметь место. [12]
Типичный завод по сжиганию твердых бытовых отходов — это мусоросжигательный завод с подвижной решеткой. Подвижная решетка позволяет оптимизировать перемещение отходов через камеру сгорания для более эффективного и полного сгорания. Один котел с подвижной решеткой может обрабатывать до 35 метрических тонн (39 коротких тонн) отходов в час и может работать 8000 часов в год с одной запланированной остановкой для осмотра и обслуживания продолжительностью около месяца. Мусоросжигательные заводы с подвижной решеткой иногда называют мусоросжигательными заводами для твердых бытовых отходов (MSWI).
Отходы вводятся мусорным краном через «горловину» на одном конце решетки, откуда они перемещаются вниз по нисходящей решетке в зольник на другом конце. Здесь зола удаляется через гидрозатвор.
Часть воздуха для горения (первичный воздух для горения) подается через решетку снизу. Этот поток воздуха также имеет целью охлаждение самой решетки. Охлаждение важно для механической прочности решетки, и многие подвижные решетки также охлаждаются водой изнутри.
Вторичный воздух для горения подается в котел с высокой скоростью через сопла над решеткой. Он способствует полному сгоранию дымовых газов, создавая турбулентность для лучшего смешивания и обеспечивая избыток кислорода. В многоподовых/ступенчатых мусоросжигательных печах вторичный воздух для горения подается в отдельную камеру ниже по потоку от первичной камеры сгорания.
Согласно Европейской директиве по сжиганию отходов , мусоросжигательные заводы должны быть спроектированы таким образом, чтобы гарантировать, что дымовые газы достигают температуры не менее 850 °C (1560 °F) в течение 2 секунд, чтобы обеспечить надлежащее разложение токсичных органических веществ. Чтобы всегда соблюдать это, необходимо установить резервные вспомогательные горелки (часто работающие на нефти), которые зажигаются в котле в случае, если теплотворная способность отходов становится слишком низкой, чтобы достичь этой температуры самостоятельно.
Затем дымовые газы охлаждаются в пароперегревателях , где тепло передается пару, нагревая его обычно до 400 °C (752 °F) при давлении 40 бар (580 фунтов на кв. дюйм ) для выработки электроэнергии в турбине . В этот момент дымовые газы имеют температуру около 200 °C (392 °F) и поступают в систему очистки дымовых газов.
В Скандинавии плановое обслуживание всегда проводится летом, когда спрос на централизованное отопление низкий. Часто мусоросжигательные заводы состоят из нескольких отдельных «котельных линий» (котлов и установок по очистке дымовых газов), так что отходы могут продолжать поступать на одну котельную линию, пока другие проходят техническое обслуживание, ремонт или модернизацию.
Более старый и простой тип мусоросжигательной печи представлял собой облицованную кирпичом камеру с фиксированной металлической решеткой над нижним зольником, с одним отверстием сверху или сбоку для загрузки и другим отверстием сбоку для удаления негорючих твердых веществ, называемых клинкерами . Многие небольшие мусоросжигательные печи, которые раньше использовались в многоквартирных домах, теперь заменены уплотнителями отходов . [13] [ необходима полная цитата ]
Мусоросжигательная печь с вращающейся печью [14] используется муниципалитетами и крупными промышленными предприятиями. Такая конструкция мусоросжигательной печи имеет две камеры: первичную и вторичную. Первичная камера в мусоросжигательной печи с вращающейся печью состоит из наклонной огнеупорной футерованной цилиндрической трубы. Внутренняя огнеупорная футеровка служит жертвенным слоем для защиты конструкции печи. Этот огнеупорный слой необходимо время от времени заменять. [15] Движение цилиндра по своей оси облегчает перемещение отходов. В первичной камере происходит преобразование твердой фракции в газы посредством испарения, деструктивной дистилляции и реакций частичного сгорания. Вторичная камера необходима для завершения реакций сгорания в газовой фазе.
Клинкеры высыпаются в конце цилиндра. Высокая дымовая труба, вентилятор или паровая струя обеспечивают необходимую тягу . Зола падает через решетку, но многие частицы уносятся вместе с горячими газами. Частицы и любые горючие газы могут сжигаться в «дожигателе». [16]
Сильный поток воздуха проталкивается через песчаный слой. Воздух просачивается через песок до тех пор, пока не будет достигнута точка, где частицы песка разделяются, чтобы пропустить воздух, и происходит смешивание и взбалтывание, таким образом, создается псевдоожиженный слой , и теперь можно вводить топливо и отходы. Песок с предварительно обработанными отходами и/или топливом удерживается во взвешенном состоянии на нагнетаемых воздушных потоках и приобретает жидкий характер. Таким образом, слой интенсивно перемешивается и взбалтывается, сохраняя мелкие инертные частицы и воздух в жидком состоянии. Это позволяет всей массе отходов, топлива и песка полностью циркулировать через печь. [ необходима цитата ]
Мусоросжигательные установки для опилок мебельной фабрики требуют особого внимания, поскольку им приходится работать с порошком смолы и многими легковоспламеняющимися веществами. Контролируемое горение, системы предотвращения обратного возгорания необходимы, поскольку пыль во взвешенном состоянии напоминает явление возгорания любого жидкого нефтяного газа.
Тепло, вырабатываемое мусоросжигательным заводом, может быть использовано для генерации пара, который затем может быть использован для привода турбины для производства электроэнергии. Типичное количество чистой энергии, которое может быть произведено на тонну муниципальных отходов, составляет около 2/3 МВт·ч электроэнергии и 2 МВт·ч центрального отопления. [2] Таким образом, сжигание около 600 метрических тонн (660 коротких тонн) отходов в день произведет около 400 МВт·ч электроэнергии в день (17 МВт электроэнергии непрерывно в течение 24 часов) и 1200 МВт·ч энергии центрального отопления каждый день.
Сжигание имеет ряд выходов, таких как зола и выбросы в атмосферу дымовых газов . До установки системы очистки дымовых газов, если таковая установлена, дымовые газы могут содержать твердые частицы , тяжелые металлы , диоксины , фураны , диоксид серы и соляную кислоту . Если на заводах недостаточная очистка дымовых газов, эти выходы могут добавлять значительный компонент загрязнения к выбросам из дымовой трубы.
В исследовании, проведенном в 1997 году Управлением по твердым отходам Делавэра, было обнаружено, что при одинаковом количестве произведенной энергии мусоросжигательные заводы выбрасывают меньше частиц, углеводородов и меньше SO 2 , HCl, CO и NO x , чем угольные электростанции, но больше, чем электростанции, работающие на природном газе. [17] По данным Министерства окружающей среды Германии , мусоросжигательные заводы сокращают количество некоторых загрязняющих веществ в атмосфере, заменяя электроэнергию, вырабатываемую угольными электростанциями, электроэнергией от установок, работающих на отходах. [18]
Наиболее публичные опасения по поводу сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) связаны со страхом, что это приводит к выбросам значительного количества диоксинов и фуранов . [19] Диоксины и фураны многими считаются серьезной опасностью для здоровья. В 2012 году Агентство по охране окружающей среды объявило, что безопасный предел для перорального потребления человеком составляет 0,7 пикограмма токсического эквивалента (TEQ) на килограмм веса тела в день, [20] что составляет 17 миллиардных грамма для человека весом 150 фунтов в год.
В 2005 году Министерство окружающей среды Германии, где на тот момент насчитывалось 66 мусоросжигательных заводов, подсчитало, что «...если в 1990 году треть всех выбросов диоксинов в Германии приходилось на мусоросжигательные заводы, то в 2000 году этот показатель составил менее 1%. Только дымоходы и кафельные печи в частных домах выбрасывают в окружающую среду примерно в 20 раз больше диоксинов, чем мусоросжигательные заводы». [18]
По данным Агентства по охране окружающей среды США [11], процент сжигания общего количества диоксинов и фуранов из всех известных и предполагаемых источников в США (не только сжигание) для каждого типа сжигания следующий: 35,1% - бочки на заднем дворе; 26,6% - медицинские отходы; 6,3% - ил очистки городских сточных вод ; 5,9% - сжигание городских отходов; 2,9% - сжигание промышленной древесины. Таким образом, контролируемое сжигание отходов составило 41,7% общего количества диоксинов.
В 1987 году, до того как правительственные постановления потребовали использования контроля выбросов, общий токсический эквивалент (TEQ) выбросов диоксинов от мусоросжигательных установок США составлял 8905,1 грамма (314,12 унций). Сегодня общий объем выбросов от заводов составляет 83,8 грамма (2,96 унции) TEQ в год, что на 99% меньше.
Сжигание бытовых и садовых отходов в бочках на заднем дворе , все еще разрешенное в некоторых сельских районах, ежегодно генерирует 580 граммов (20 унций) диоксинов. Исследования, проведенные Агентством по охране окружающей среды США [21], показали, что одна семья, использующая бочку для сжигания, производила больше выбросов, чем мусоросжигательный завод, утилизирующий 200 метрических тонн (220 коротких тонн) отходов в день к 1997 году и в пять раз больше к 2007 году из-за увеличения количества химикатов в бытовом мусоре и снижения выбросов муниципальными мусоросжигательными заводами, использующими более совершенную технологию. [22]
Большая часть улучшений в выбросах диоксинов в США была достигнута за счет крупных мусоросжигательных заводов. По состоянию на 2000 год, хотя небольшие мусоросжигательные заводы (с суточной производительностью менее 250 тонн) перерабатывали только 9% от общего объема сжигаемых отходов, они производили 83% диоксинов и фуранов, выбрасываемых при сжигании муниципальных отходов. [11]
Для разложения диоксина требуется воздействие на молекулярное кольцо достаточно высокой температуры, чтобы вызвать термическое разрушение прочных молекулярных связей, удерживающих его вместе. Небольшие куски летучей золы могут быть довольно толстыми, и слишком короткое воздействие высокой температуры может только разрушить диоксин на поверхности золы. Для большой воздушной камеры слишком короткое воздействие может также привести к тому, что только некоторые из выхлопных газов достигнут полной температуры разложения. По этой причине существует также элемент времени для температурного воздействия, чтобы обеспечить полный нагрев через толщу летучей золы и объем отходящих газов.
Существуют компромиссы между увеличением температуры или времени воздействия. Обычно, когда температура молекулярного распада выше, время воздействия для нагрева может быть короче, но чрезмерно высокие температуры также могут вызвать износ и повреждение других частей оборудования для сжигания. Аналогично, температуру распада можно снизить до некоторой степени, но тогда отработавшим газам потребуется более длительный период задержки, возможно, несколько минут, что потребует больших/длинных камер обработки, которые занимают много места на очистных сооружениях.
Побочным эффектом разрыва сильных молекулярных связей диоксина является потенциальный разрыв связей азотного газа ( N 2 ) и кислородного газа ( O 2 ) в приточном воздухе. По мере охлаждения потока выхлопных газов эти высокореактивные отсоединенные атомы спонтанно преобразуют связи в реактивные оксиды, такие как NO x в дымовом газе, что может привести к образованию смога и кислотных дождей , если они будут выпущены непосредственно в локальную окружающую среду. Эти реактивные оксиды должны быть дополнительно нейтрализованы с помощью селективного каталитического восстановления (SCR) или селективного некаталитического восстановления (см. ниже).
Температуры, необходимые для разложения диоксина, обычно не достигаются при сжигании пластика на открытом воздухе в бочке для сжигания или мусорной яме, что приводит к высоким выбросам диоксина, как упоминалось выше. Хотя пластик обычно горит в открытом огне, диоксины остаются после сгорания и либо улетают в атмосферу, либо могут оставаться в золе, откуда они могут выщелачиваться в грунтовые воды, когда на кучу золы попадает дождь. К счастью, диоксиновые и фурановые соединения очень прочно связываются с твердыми поверхностями и не растворяются водой, поэтому процессы выщелачивания ограничиваются первыми несколькими миллиметрами под кучей золы. Газофазные диоксины можно существенно разрушить с помощью катализаторов, некоторые из которых могут присутствовать как часть структуры тканевого фильтр-мешка.
Современные муниципальные мусоросжигательные печи включают высокотемпературную зону, где дымовой газ поддерживается при температуре выше 850 °C (1560 °F) в течение как минимум 2 секунд, прежде чем он охлаждается. Они оснащены вспомогательными нагревателями, чтобы гарантировать это в любое время. Они часто работают на нефти или природном газе и обычно активны только в течение очень небольшой части времени. Кроме того, большинство современных мусоросжигательных печей используют тканевые фильтры (часто с тефлоновыми мембранами для улучшения сбора субмикронных частиц), которые могут улавливать диоксины, присутствующие в твердых частицах или на них.
Для очень небольших муниципальных мусоросжигательных заводов требуемая температура для термического разложения диоксина может быть достигнута с помощью высокотемпературного электрического нагревательного элемента, а также стадии селективного каталитического восстановления .
Хотя диоксины и фураны могут быть уничтожены при сгорании, их повторное образование в процессе, известном как «синтез de novo», по мере охлаждения выбрасываемых газов, является вероятным источником диоксинов, измеряемых в ходе испытаний выбрасываемых дымовых труб на заводах, где поддерживаются высокие температуры сгорания при длительном времени пребывания. [11]
Что касается других процессов полного сгорания, то почти весь содержащийся в отходах углерод выбрасывается в атмосферу в виде CO2. ТБО содержат примерно такую же массовую долю углерода, как и сам CO2 ( 27%), поэтому при сжигании 1 тонны ТБО образуется примерно 1 тонна CO2 .
Если бы отходы были захоронены без предварительной стабилизации (обычно посредством анаэробного сбраживания ), 1 тонна ТБО произвела бы приблизительно 62 кубических метра (2200 кубических футов) метана посредством анаэробного разложения биоразлагаемой части отходов. Поскольку потенциал глобального потепления метана составляет 34, а вес 62 кубических метров метана при 25 градусах Цельсия составляет 40,7 кг, это эквивалентно 1,38 тонны CO 2 , что больше, чем 1 тонна CO 2 , которая была бы произведена при сжигании. В некоторых странах собираются большие объемы свалочного газа . Тем не менее потенциал глобального потепления свалочного газа, выбрасываемого в атмосферу, является значительным. В США было подсчитано, что потенциал глобального потепления выброшенного свалочного газа в 1999 году был приблизительно на 32% выше, чем количество CO 2 , которое было бы выброшено при сжигании. [23] После проведения этого исследования оценка потенциала глобального потепления для метана была увеличена с 21 до 35, что само по себе увеличило бы эту оценку почти в три раза по сравнению со сжиганием тех же отходов.
Кроме того, почти все биоразлагаемые отходы имеют биологическое происхождение. Этот материал был образован растениями, использующими атмосферный CO 2, как правило, в течение последнего вегетационного периода. Если эти растения вырастить заново, то CO 2, выделяемый при их сгорании, будет снова изъят из атмосферы. [ необходима цитата ]
Такие соображения являются основной причиной, по которой несколько стран рассматривают сжигание биоразлагаемых отходов как возобновляемый источник энергии . [24] Остальное – в основном пластик и другие продукты, полученные из нефти и газа – обычно рассматривается как невозобновляемый источник энергии .
Различные результаты по выбросам CO2 при сжигании могут быть получены с различными предположениями. Местные условия (такие как ограниченный спрос на местное централизованное отопление, отсутствие электроэнергии, вырабатываемой из ископаемого топлива, для замены или высокий уровень алюминия в потоке отходов) могут снизить выгоды от сжигания CO2 . Методология и другие предположения также могут существенно влиять на результаты. Например, выбросы метана со свалок, возникающие в более поздние сроки, могут быть проигнорированы или им может быть придан меньший вес, или биоразлагаемые отходы могут не считаться нейтральными по CO2 . Исследование Eunomia Research and Consulting в 2008 году потенциальных технологий переработки отходов в Лондоне показало, что при применении нескольких из этих (по мнению авторов) необычных предположений средние существующие мусоросжигательные заводы плохо справлялись с балансом CO2 по сравнению с теоретическим потенциалом других новых технологий переработки отходов. [25]
Другие газообразные выбросы в дымовом газе из печей мусоросжигательных заводов включают оксиды азота , диоксид серы , соляную кислоту , тяжелые металлы и мелкие частицы . Из тяжелых металлов ртуть вызывает серьезную озабоченность из-за ее токсичности и высокой летучести, поскольку по сути вся ртуть в муниципальном отходном потоке может выходить в виде выбросов, если ее не удалить с помощью средств контроля выбросов. [26]
Содержание пара в дымоходе может привести к образованию видимого дыма из дымовой трубы, что может восприниматься как визуальное загрязнение . Этого можно избежать, уменьшив содержание пара путем конденсации дымовых газов и повторного нагрева или увеличив температуру выхода дымовых газов значительно выше точки росы. Конденсация дымовых газов позволяет извлечь скрытую теплоту испарения воды, что впоследствии увеличивает тепловой КПД установки. [ необходима цитата ]
Количество загрязняющих веществ в дымовых газах мусоросжигательных заводов может быть уменьшено или не уменьшено с помощью нескольких процессов в зависимости от завода.
Твердые частицы собираются с помощью фильтрации частиц , чаще всего электростатическими осадителями (ESP) и/или рукавными фильтрами . Последние, как правило, очень эффективны для сбора мелких частиц . В исследовании, проведенном Министерством окружающей среды Дании в 2006 году, средние выбросы твердых частиц на единицу энергосодержания сжигаемых отходов на 16 датских мусоросжигательных заводах были ниже 2,02 г/ГДж (граммов на единицу энергосодержания сжигаемых отходов). Подробные измерения мелких частиц размером менее 2,5 микрометров ( PM 2,5 ) были выполнены на трех мусоросжигательных заводах: один мусоросжигательный завод, оборудованный ESP для фильтрации частиц, выделил 5,3 г/ГДж мелких частиц, в то время как два мусоросжигательных завода, оборудованные рукавными фильтрами, выделили 0,002 и 0,013 г/ГДж PM 2,5 . Для ультратонких частиц (PM 1,0 ) цифры составили 4,889 г/ГДж PM 1,0 для установки ESP, в то время как выбросы 0,000 и 0,008 г/ГДж PM 1,0 были измерены для установок, оборудованных рукавными фильтрами. [27] [28]
Кислотные газоочистители используются для удаления соляной кислоты , азотной кислоты , плавиковой кислоты , ртути , свинца и других тяжелых металлов . Эффективность удаления будет зависеть от конкретного оборудования, химического состава отходов, конструкции завода, химии реагентов и способности инженеров оптимизировать эти условия, которые могут конфликтовать для разных загрязняющих веществ. Например, удаление ртути мокрыми скрубберами считается случайным и может быть менее 50%. [26] Основные скрубберы удаляют диоксид серы , образуя гипс в результате реакции с известью . [29]
Сточные воды из скрубберов должны впоследствии проходить через очистные сооружения. [ необходима ссылка ]
Диоксид серы также может быть удален методом сухой десульфурации путем впрыскивания известняковой пульпы в дымовой газ перед фильтрацией частиц. [ необходима цитата ]
NO x восстанавливается либо каталитическим восстановлением с аммиаком в каталитическом конвертере ( селективное каталитическое восстановление , SCR), либо высокотемпературной реакцией с аммиаком в печи ( селективное некаталитическое восстановление , SNCR). Аммиак можно заменить мочевиной в качестве восстанавливающего реагента, но ее необходимо подавать раньше в процессе, чтобы она могла гидролизоваться в аммиак. Замена мочевины может снизить затраты и потенциальные опасности, связанные с хранением безводного аммиака. [ необходима цитата ]
Тяжелые металлы часто адсорбируются на впрыскиваемом порошке активированного угля , который собирается путем фильтрации частиц. [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
При сжигании образуются летучая зола и шлак , как и при сжигании угля. Общее количество золы, образующейся при сжигании твердых бытовых отходов, составляет от 4 до 10% по объему и 15–20% по весу от исходного количества отходов, [2] [30] , а летучая зола составляет около 10–20% от общего количества золы. [2] [30] Летучая зола, безусловно, представляет большую потенциальную опасность для здоровья, чем шлак, поскольку шлак часто содержит высокие концентрации тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий , медь и цинк, а также небольшие количества диоксинов и фуранов. [31] В шлаке редко содержатся значительные уровни тяжелых металлов. В настоящее время, хотя некоторые исторические образцы, протестированные группой операторов мусоросжигательных заводов, соответствуют критериям экотоксичности, EA заявляет, что «мы согласились» считать шлак мусоросжигательных заводов «неопасным» до завершения программы испытаний. [ необходима ссылка ]
Запаховое загрязнение может быть проблемой для мусоросжигательных заводов старого типа, но запахи и пыль очень хорошо контролируются на новых мусоросжигательных заводах. Они принимают и хранят отходы в закрытом помещении с отрицательным давлением, а поток воздуха направляется через котел, что предотвращает попадание неприятных запахов в атмосферу. Исследование показало, что самый сильный запах на мусоросжигательном заводе в Восточном Китае возник в порту сброса отходов. [32]
Проблема, которая влияет на отношения в обществе, — это возросшее дорожное движение мусоровозов для перевозки муниципальных отходов на мусоросжигательный завод. По этой причине большинство мусоросжигательных заводов расположены в промышленных зонах. Эту проблему можно в какой-то степени избежать, перевозя отходы по железной дороге с перевалочных станций. [ необходима цитата ]
Научные исследователи изучили влияние загрязняющих веществ, образующихся при сжигании отходов, на здоровье человека. Во многих исследованиях изучалось влияние загрязняющих веществ на здоровье с использованием руководств по моделированию Агентства по охране окружающей среды США. [33] [34] [35] В эти модели включено воздействие через вдыхание, проглатывание, почву и контакт с кожей. Научные исследования также оценивали воздействие загрязняющих веществ через образцы крови или мочи жителей и рабочих, которые живут вблизи мусоросжигательных заводов. [34] [36] Результаты систематического обзора предыдущих исследований выявили ряд симптомов и заболеваний, связанных с воздействием загрязнения мусоросжигательных заводов. К ним относятся неоплазия, [34] респираторные проблемы, [37] врожденные аномалии, [34] [37] [38] и младенческая смерть или выкидыши. [34] [38] Население вблизи старых, ненадлежащим образом обслуживаемых мусоросжигательных заводов испытывает более высокую степень проблем со здоровьем. [34] [37] [38] Некоторые исследования также выявили возможный риск рака. [38] Однако трудности в разделении воздействия загрязнения от мусоросжигательных заводов от совокупного загрязнения от промышленности, автотранспорта и сельского хозяйства ограничивают эти выводы о рисках для здоровья. [34] [36] [37] [38]
Многие сообщества выступали за улучшение или отмену технологии сжигания отходов. Конкретные воздействия загрязняющих веществ, такие как высокие уровни диоксида азота, были упомянуты в жалобах, инициированных сообществом, связанных с увеличением числа обращений в отделения неотложной помощи из-за проблем с дыханием. [39] [40] Потенциальные последствия для здоровья технологии сжигания отходов были обнародованы, особенно когда они расположены в сообществах, уже сталкивающихся с несоразмерным бременем для здоровья. [41] Например, мусоросжигательный завод Wheelabrator в Балтиморе, штат Мэриленд, был исследован из-за возросших показателей астмы в соседнем сообществе, которое в основном населено малообеспеченными цветными людьми. [41] Усилия, инициированные сообществом, указали на необходимость будущих исследований для решения проблемы отсутствия данных о загрязнении в реальном времени. [40] [41] Эти источники также указали на необходимость академических, правительственных и некоммерческих партнерств для лучшего определения воздействия сжигания на здоровье. [40] [41]
Использование мусоросжигательных заводов для управления отходами является спорным. В дебатах по поводу мусоросжигательных заводов обычно участвуют деловые интересы (представляющие как производителей отходов, так и мусоросжигательные компании), государственные регулирующие органы, активисты-экологи и местные граждане, которые должны взвесить экономическую привлекательность местной промышленной деятельности с их опасениями по поводу рисков для здоровья и окружающей среды.
К числу людей и организаций, профессионально занимающихся этой проблемой, относятся Агентство по охране окружающей среды США и множество местных и национальных агентств по контролю качества воздуха по всему миру.
История сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) тесно связана с историей свалок и других технологий переработки отходов . Достоинства сжигания неизбежно оцениваются в сравнении с доступными альтернативами. С 1970-х годов переработка и другие профилактические меры изменили контекст таких суждений. С 1990-х годов альтернативные технологии переработки отходов стали развиваться и становиться жизнеспособными.
Сжигание является ключевым процессом в обработке опасных отходов и клинических отходов. Часто бывает необходимо, чтобы медицинские отходы подвергались воздействию высоких температур сжигания для уничтожения патогенов и токсичных загрязнений, которые они содержат.
Первый мусоросжигательный завод в США был построен в 1885 году на острове Говернорс в Нью-Йорке. [69] В 1949 году Роберт С. Росс основал одну из первых компаний по управлению опасными отходами в США. Он основал Robert Ross Industrial Disposal, потому что увидел возможность удовлетворить потребности компаний в управлении опасными отходами в северном Огайо. В 1958 году компания построила один из первых мусоросжигательных заводов в США. [70]
Первым полномасштабным муниципальным мусоросжигательным заводом в США был завод Arnold O. Chantland Resource Recovery Plant, построенный в 1975 году в Эймсе, штат Айова . Завод все еще работает и производит топливо из отходов , которое отправляется на местные электростанции в качестве топлива. [71] Первый коммерчески успешный мусоросжигательный завод в США был построен в Согусе, штат Массачусетс , в октябре 1975 года компанией Wheelabrator Technologies и работает по сей день. [30]
Существует несколько корпораций по охране окружающей среды или управлению отходами, которые в конечном итоге транспортируют отходы в мусоросжигательный завод или центр обработки цементной печи. В настоящее время (2009 г.) существует три основных предприятия, которые сжигают отходы: Clean Harbours, WTI-Heritage и Ross Incineration Services. Clean Harbours приобрела множество небольших, независимо управляемых предприятий, накопив в этом процессе 5–7 мусоросжигательных заводов по всей территории США. WTI-Heritage имеет один мусоросжигательный завод, расположенный в юго-восточном углу Огайо через реку Огайо от Западной Вирджинии. [ необходима цитата ]
Несколько мусоросжигательных заводов старого поколения были закрыты; из 186 мусоросжигательных заводов ТБО в 1990 году к 2007 году осталось только 89, а из 6200 мусоросжигательных заводов медицинских отходов в 1988 году к 2003 году осталось только 115. [72] В период с 1996 по 2007 год новых мусоросжигательных заводов не строилось. [ необходима цитата ] Основными причинами отсутствия активности были:
В США и Канаде вновь появился интерес к сжиганию и другим технологиям переработки отходов в энергию. В США сжигание получило право на налоговые льготы по производству возобновляемой энергии в 2004 году. [73] Проекты по увеличению мощности существующих заводов находятся в стадии реализации, и муниципалитеты снова оценивают возможность строительства мусоросжигательных заводов вместо того, чтобы продолжать захоронение муниципальных отходов. Однако многие из этих проектов столкнулись с постоянным политическим противодействием, несмотря на возобновившиеся аргументы в пользу выгод сжигания от парниковых газов, улучшения контроля за загрязнением воздуха и переработки золы.
В Европе в результате запрета на захоронение необработанных отходов [74] за последнее десятилетие было построено много мусоросжигательных заводов, и еще больше находится в стадии строительства. Недавно ряд муниципальных органов власти начали процесс заключения контрактов на строительство и эксплуатацию мусоросжигательных заводов. В Европе часть электроэнергии, вырабатываемой из отходов, считается полученной из «возобновляемых источников энергии» (ВИЭ) и, таким образом, имеет право на налоговые льготы, если эксплуатируется частным образом. Кроме того, некоторые мусоросжигательные заводы в Европе оснащены системами утилизации отходов, что позволяет повторно использовать черные и цветные металлы, содержащиеся в сжигаемых отходах. Ярким примером является электростанция AEB Waste Fired Power Plant в Амстердаме. [75] [76]
В Швеции около 50% образующихся отходов сжигается на объектах по переработке отходов в энергию, вырабатывая электроэнергию и снабжая местные системы централизованного теплоснабжения городов. [77] Важность отходов в схеме производства электроэнергии в Швеции отражается в 2 700 000 тонн отходов, импортируемых в год (в 2014 году) для поставок на объекты по переработке отходов в энергию. [78]
В связи с ростом целевых показателей по переработке твердых бытовых отходов в ЕС, по крайней мере 55% к 2025 году и до 65% к 2035 году, [79] несколько традиционных стран сжигания отходов рискуют не достичь их, поскольку не более 35% останутся доступными для термической обработки и утилизации. [80] [81] С тех пор Дания приняла решение сократить свои мощности по сжиганию на 30% к 2030 году. [82]
Сжигание неопасных отходов не было включено в качестве формы зеленых инвестиций в таксономию ЕС для устойчивой деятельности [83] из-за опасений нанести ущерб программе цикличности, что фактически остановит будущее финансирование ЕС сектора сжигания твердых бытовых отходов.
Технология, используемая в британской отрасли по управлению отходами, значительно отстает от европейской из-за широкой доступности свалок. Директива о свалках, принятая Европейским союзом, привела к тому, что правительство Соединенного Королевства ввело законодательство об отходах, включая налог на свалки и схему торговли разрешениями на свалки . Это законодательство призвано сократить выбросы парниковых газов, производимых свалками, за счет использования альтернативных методов переработки отходов. Позиция правительства Великобритании заключается в том, что сжигание будет играть все более важную роль в переработке муниципальных отходов и поставке энергии в Великобритании. [ необходима цитата ]
В 2008 году планы потенциальных мест для мусоросжигательных заводов существовали примерно для 100 мест. Они были интерактивно нанесены на карту британскими НПО. [84] [85] [86] [87]
В соответствии с новым планом, принятым в июне 2012 года, была создана программа грантов, поддерживаемая DEFRA (Программа улучшения сельского хозяйства и лесного хозяйства), для поощрения использования маломощных мусоросжигательных заводов на сельскохозяйственных объектах с целью повышения их биологической безопасности. [88]
Недавно было выдано разрешение [89] на строительство крупнейшего в Великобритании мусоросжигательного завода в центре коридора Кембридж — Милтон-Кинс — Оксфорд в Бедфордшире . После строительства большого мусоросжигательного завода в Грейтмуре в Бакингемшире и планов по строительству еще одного около Бедфорда [90] коридор Кембридж — Милтон-Кинс — Оксфорд станет крупным мусоросжигательным узлом в Великобритании.
Системы экстренного сжигания существуют для срочной и биобезопасной утилизации животных и их побочных продуктов после массовой смертности или вспышки заболевания. Усиление регулирования и правоприменения со стороны правительств и учреждений по всему миру было вызвано общественным давлением и значительным экономическим воздействием.
Заразные болезни животных обошлись правительствам и промышленности в 200 миллиардов долларов за 20 лет до 2012 года и являются причиной более 65% вспышек инфекционных заболеваний во всем мире за последние шестьдесят лет. Треть мирового экспорта мяса (около 6 миллионов тонн) в любой момент времени подвергается торговым ограничениям, и поэтому правительства, государственные органы и коммерческие операторы уделяют особое внимание более чистым, безопасным и надежным методам утилизации туш животных для сдерживания и контроля заболеваний.
Крупномасштабные системы сжигания доступны у нишевых поставщиков и часто покупаются правительствами в качестве страховочной сетки на случай вспышки заразной болезни. Многие из них мобильны и могут быть быстро развернуты в местах, требующих биобезопасной утилизации.
Малогабаритные мусоросжигательные печи существуют для специальных целей. Например, мобильные малогабаритные мусоросжигательные печи предназначены для гигиенически безопасного уничтожения медицинских отходов в развивающихся странах . [91] Такие компании, как Inciner8, британская компания, являются хорошим примером производителей мобильных мусоросжигательных печей с их моделями I8-M50 и I8-M70. Малогабаритные мусоросжигательные печи могут быть быстро развернуты в отдаленных районах, где произошла вспышка, для быстрой утилизации инфицированных животных без риска перекрестного заражения. [ необходима цитата ]
Мусоросжигательные печи контейнерного типа — это уникальный тип мусоросжигательных печей, специально разработанных для работы в удаленных местах, где традиционная инфраструктура может быть недоступна. Такие мусоросжигательные печи обычно строятся в контейнере для транспортировки, что облегчает их транспортировку и установку.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
