Сжигание — это процесс переработки отходов , который включает в себя сжигание веществ, содержащихся в отходах. [1] Промышленные установки по сжиганию мусора обычно называют установками по переработке отходов в энергию . Сжигание и другие системы высокотемпературной обработки отходов называются « термической обработкой ». Сжигание отходов превращает отходы в золу , дымовые газы и тепло. Зола в основном образуется неорганическими компонентами отходов и может иметь форму твердых комков или частиц , переносимых дымовыми газами. Дымовые газы должны быть очищены от газообразных и твердых загрязняющих веществ, прежде чем они попадут в атмосферу . В некоторых случаях тепло, выделяющееся при сжигании, можно использовать для выработки электроэнергии .
Сжигание с рекуперацией энергии является одной 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 горючий газ часто является основным энергетическим продуктом газификации. Сжигание и газификация также могут осуществляться без рекуперации энергии и материалов.
В ряде стран эксперты и местные сообщества все еще обеспокоены воздействием мусоросжигательных заводов на окружающую среду (см. аргументы против сжигания).
В некоторых странах мусоросжигательные заводы, построенные всего несколько десятилетий назад, часто не предусматривали сепарацию материалов для удаления опасных, громоздких или пригодных для вторичной переработки материалов перед сжиганием. Эти объекты, как правило, подвергали риску здоровье работников станции и местную окружающую среду из-за недостаточного уровня очистки газа и контроля процесса сжигания. Большинство из этих объектов не производили электроэнергию.
Мусоросжигательные печи уменьшают твердую массу исходных отходов на 80–85%, а объем (уже несколько сжатых в мусоровозах ) на 95–96%, в зависимости от состава и степени извлечения таких материалов, как металлы, из золы для переработки. [2] Это означает, что хотя сжигание и не заменяет полностью захоронение мусора , оно существенно сокращает необходимый объем для утилизации. Мусоровозы часто уменьшают объем отходов во встроенном компрессоре перед доставкой в мусоросжигательный завод. Альтернативно, на свалках объем несжатого мусора можно уменьшить примерно на 70% за счет использования стационарного стального компрессора, хотя и со значительными энергозатратами. Во многих странах более простое уплотнение отходов является обычной практикой уплотнения на свалках. [3]
Сжигание имеет особенно большие преимущества для переработки определенных типов отходов в нишевых областях, таких как клинические отходы и некоторые опасные отходы , где патогены и токсины могут быть уничтожены высокими температурами. Примеры включают химические многопродуктовые заводы с разнообразными потоками токсичных или очень токсичных сточных вод, которые невозможно направить на обычные очистные сооружения.
Сжигание отходов особенно популярно в таких странах, как Япония, Сингапур и Нидерланды, где земля является дефицитным ресурсом. Дания и Швеция уже более столетия являются лидерами по использованию энергии, полученной в результате сжигания отходов, на локализованных теплоэлектростанциях, поддерживающих схемы централизованного теплоснабжения . [4] В 2005 году сжигание мусора произвело 4,8% потребления электроэнергии и 13,7% общего потребления тепла в Дании. [5] Ряд других европейских стран в значительной степени полагаются на сжигание бытовых отходов, в частности, Люксембург , Нидерланды, Германия и Франция. [2]
Первые мусоросжигательные печи в Великобритании для утилизации отходов были построены в Ноттингеме компанией Manlove, Alliott & Co. Ltd. в 1874 году по конструкции, запатентованной Альфредом Фрайером. Первоначально они были известны как деструкторы . [6]
Первый мусоросжигательный завод в США был построен в 1885 году на Гавернорс-Айленде в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк. [7] Первый объект в Чехии был построен в 1905 году в Брно . [8]
Инсинератор – это печь для сжигания отходов . Современные мусоросжигательные заводы включают 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. [ нужна цитата ]
Куча сжигания или яма для сжигания — одна из самых простых и ранних форм захоронения отходов, по существу состоящая из насыпи горючих материалов, сложенной на открытом грунте и подожженной, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Горящие кучи могут привести к распространению неконтролируемых пожаров, например, если ветер сносит горящий материал с кучи на окружающую горючую траву или на здания. По мере разрушения внутренних структур сваи она может смещаться и разрушаться, расширяя зону ожога. Даже в безветренную погоду небольшие легкие зажженные угли могут подняться над кучей за счет конвекции и унестись по воздуху в траву или на здания, воспламеняя их. [ нужна цитата ] Сжигание кучи часто не приводит к полному сгоранию отходов и, следовательно, приводит к загрязнению твердыми частицами. [ нужна цитата ]
Сжигающая бочка представляет собой несколько более контролируемую форму сжигания частных отходов, при которой горящий материал содержится внутри металлической бочки с металлической решеткой над выхлопом. Ствол предотвращает распространение горящего материала в ветреную погоду, а по мере уменьшения количества горючих веществ они могут оседать только в бочке. Вытяжная решетка помогает предотвратить распространение горящих углей. Обычно в качестве бочек для сжигания используются стальные бочки емкостью 55 галлонов США (210 л), с вырезанными или просверленными вокруг основания вентиляционными отверстиями для забора воздуха. [9] Со временем очень высокая температура сжигания приводит к окислению и ржавчине металла, и в конечном итоге сам ствол разрушается от тепла и его необходимо заменить.
Сжигание сухих целлюлозных/бумажных изделий в частном порядке, как правило, происходит с чистым горением и не образует видимого дыма, но пластмассы в бытовых отходах могут вызывать частное сжигание, создавая неудобства для общества, создавая едкие запахи и пары, от которых жгут глаза и слезятся. Двухслойная конструкция обеспечивает вторичное горение, уменьшая дымность. [10] В большинстве городских общин запрещено сжигать бочки, а в некоторых сельских общинах могут быть запреты на открытое сжигание, особенно в тех, где проживает много жителей, не знакомых с этой распространенной сельской практикой. [ нужна цитата ]
По состоянию на 2006 год [обновлять]в Соединенных Штатах сжигание небольших объемов отходов частных сельских домохозяйств или ферм обычно разрешалось при условии, что это не причиняет неудобств другим людям, не создает риска возгорания, например, в засушливых условиях, и пожар не производят густой, вредный дым. В нескольких штатах, таких как Нью-Йорк, Миннесота и Висконсин, действуют законы или постановления, либо запрещающие, либо строго регулирующие открытое сжигание из-за последствий для здоровья и вреда. [11] Людям, намеревающимся сжигать отходы, может потребоваться заранее связаться с государственным органом, чтобы проверить текущий пожарный риск и условия, а также предупредить должностных лиц о возможном контролируемом возгорании. [12]
Типичным мусоросжигательным заводом для твердых бытовых отходов является мусоросжигательная печь с подвижной решеткой. Подвижная решетка позволяет оптимизировать движение отходов через камеру сгорания, обеспечивая более эффективное и полное сгорание. Один котел с подвижной решеткой может перерабатывать до 35 метрических тонн (39 коротких тонн) отходов в час и может работать 8000 часов в год только с одной плановой остановкой для проверки и технического обслуживания продолжительностью около одного месяца. Печи для сжигания твердых бытовых отходов иногда называют установками для сжигания твердых бытовых отходов (MSWI).
Отходы подаются мусорным краном через «горловину» на одном конце решетки, откуда по нисходящей решетке спускаются вниз в зольник на другом конце. Здесь зола удаляется через гидрозатвор.
Часть воздуха для горения (первичный воздух для горения) подается через решетку снизу. Этот воздушный поток также предназначен для охлаждения самой решетки. Охлаждение важно для механической прочности решетки, и многие движущиеся решетки также имеют внутреннее водяное охлаждение.
Вторичный воздух для горения подается в котел на высокой скорости через сопла над решеткой. Он способствует полному сгоранию дымовых газов за счет создания турбулентности для лучшего перемешивания и обеспечения избытка кислорода. В многоподовых инсинераторах вторичный воздух для горения подается в отдельную камеру после первичной камеры сгорания.
Согласно Европейской директиве по сжиганию отходов , мусоросжигательные заводы должны быть спроектированы так, чтобы дымовые газы достигали температуры не менее 850 °C (1560 °F) в течение 2 секунд, чтобы обеспечить правильное разложение токсичных органических веществ. Чтобы всегда соблюдать это, необходимо установить резервные вспомогательные горелки (часто работающие на жидком топливе), которые зажигаются в котле в случае, если теплотворная способность отходов становится слишком низкой для достижения этой температуры в одиночку.
Дымовые газы затем охлаждаются в пароперегревателях , где тепло передается пару, нагревая пар обычно до 400 ° C (752 ° F) при давлении 40 бар (580 фунтов на квадратный дюйм ) для выработки электроэнергии в турбине . В этот момент дымовой газ имеет температуру около 200 °C (392 °F) и поступает в систему очистки дымовых газов.
В Скандинавии плановое техническое обслуживание всегда проводится летом, когда потребность в централизованном отоплении невелика. Часто мусоросжигательные заводы состоят из нескольких отдельных «котельных линий» (котлов и установок очистки дымовых газов), так что отходы могут продолжать поступать на одну котельную, в то время как другие проходят техническое обслуживание, ремонт или модернизацию.
Более старый и простой тип мусоросжигательной печи представлял собой облицованную кирпичом камеру с фиксированной металлической решеткой над нижней зольной ямой, 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 находились в жилых домах, теперь заменены компакторами для мусора . [13] [ нужна полная цитата ]
Вращающаяся печь для сжигания отходов [14] используется муниципалитетами и крупными промышленными предприятиями. Данная конструкция мусоросжигателя имеет две камеры: первичную и вторичную. Первичная камера вращающейся печи для сжигания отходов состоит из наклонной цилиндрической трубы с огнеупорной футеровкой. Внутренняя огнеупорная футеровка служит защитным слоем для защиты конструкции печи. Этот огнеупорный слой необходимо время от времени заменять. [15] Движение цилиндра вокруг своей оси облегчает перемещение отходов. В первичной камере происходит преобразование твердой фракции в газы путем испарения, деструктивной перегонки и реакций частичного сгорания. Вторичная камера необходима для завершения реакций горения в газовой фазе.
Клинкеры высыпаются в конце цилиндра. Высокая дымовая труба, вентилятор или пароструйная струя обеспечивают необходимую тягу . Зола падает через решетку, но многие частицы уносятся вместе с горячими газами. Частицы и любые горючие газы можно сжигать в «камере дожигания». [16]
Сильный поток воздуха прогоняется через песчаную подушку. Воздух просачивается сквозь песок до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой частицы песка разделяются, пропуская воздух, происходит смешивание и взбивание, таким образом создается псевдоожиженный слой , и теперь можно вводить топливо и отходы. Песок с предварительно обработанными отходами и/или топливом удерживается во взвешенном состоянии в потоках перекачиваемого воздуха и приобретает текучесть. Таким образом, слой интенсивно перемешивается и перемешивается, сохраняя мелкие инертные частицы и воздух в жидкоподобном состоянии. Это позволяет всей массе отходов, топлива и песка полностью циркулировать через печь. [ нужна цитата ]
Установки для сжигания опилок на мебельных фабриках требуют большого внимания, поскольку им приходится работать с порошком смолы и многими легковоспламеняющимися веществами. Системы контролируемого горения и предотвращения обратного возгорания необходимы, поскольку взвешенная пыль напоминает явление возгорания любого жидкого нефтяного газа.
Тепло, вырабатываемое мусоросжигательным заводом, можно использовать для выработки пара, который затем можно использовать для привода турбины для производства электроэнергии. Типичное количество чистой энергии, которое может быть произведено на тонну муниципальных отходов, составляет около 2/3 МВтч электроэнергии и 2 МВтч централизованного теплоснабжения. [2] Таким образом, сжигание около 600 метрических тонн (660 коротких тонн) отходов в день будет производить около 400 МВт электроэнергии в день (17 МВт электроэнергии непрерывно в течение 24 часов) и 1200 МВт энергии централизованного теплоснабжения каждый день.
Сжигание имеет ряд последствий, таких как образование золы и выбросы в атмосферу дымовых газов . Перед системой очистки дымовых газов, если она установлена, дымовые газы могут содержать твердые частицы , тяжелые металлы , диоксины , фураны , диоксид серы и соляную кислоту . Если на заводах отсутствует недостаточная очистка дымовых газов, эти выбросы могут стать значительным компонентом загрязнения дымовых выбросов.
В исследовании, проведенном в 1997 году Управлением по твердым отходам штата Делавэр, было установлено, что при одинаковом объеме произведенной энергии мусоросжигательные заводы выделяют меньше частиц, углеводородов и меньше SO 2 , HCl, CO и NO x , чем угольные электростанции, но больше, чем природный газ. – сгорели электростанции. [17] По данным Министерства окружающей среды Германии , мусоросжигательные заводы сокращают количество некоторых загрязнителей атмосферы, заменяя электроэнергию, вырабатываемую угольными электростанциями, электростанцией, работающей на отходах. [18]
Наиболее широко освещаемые опасения по поводу сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) связаны с опасениями, что при этом образуются значительные количества выбросов диоксинов и фуранов . [19] Многие считают, что диоксины и фураны представляют серьезную опасность 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 долей грамма для человека весом 150 фунтов в год.
В 2005 году Министерство окружающей среды Германии, где на тот момент было 66 мусоросжигательных заводов, подсчитало, что «...в то время как в 1990 году треть всех выбросов диоксинов в Германии приходилось на мусоросжигательные заводы, в 2000 году эта цифра была меньше. только в частных домах дымоходы и изразцовые печи выбрасывают в окружающую среду примерно в 20 раз больше диоксинов, чем мусоросжигательные заводы» . [18]
По данным Агентства по охране окружающей среды США [11] проценты сгорания общего количества диоксинов и фуранов из всех известных и предполагаемых источников в США (не только сжигание) для каждого типа сжигания следующие: 35,1% бочек на заднем дворе; 26,6% медицинские отходы; 6,3% осадка городских сточных вод ; 5,9% сжигание бытовых отходов; 2,9% промышленного сжигания древесины. Таким образом, контролируемое сжигание отходов составило 41,7% от общего количества диоксинов.
В 1987 году, до того как правительственные постановления потребовали использования средств контроля выбросов, общий уровень токсичного эквивалента (ТЭ) диоксинов от установок сжигания муниципальных отходов США составлял 8 905,1 грамма (314,12 унции). Сегодня общий объем выбросов заводов составляет 83,8 грамма (2,96 унции) ТЭ в год, что составляет сокращение на 99%.
Сжигание бытовых и садовых отходов в бочках на заднем дворе , которое все еще разрешено в некоторых сельских районах, приводит к образованию 580 граммов (20 унций) диоксинов ежегодно. Исследования, проведенные Агентством по охране окружающей среды США [21], показали, что к 1997 году одна семья, использующая бочку для сжигания, производила больше выбросов, чем мусоросжигательный завод, утилизирующий 200 метрических тонн (220 коротких тонн) отходов в день, и в пять раз больше, чем к 2007 году, из-за увеличения выбросов. химикаты в домашнем мусоре и сокращение выбросов муниципальных мусоросжигательных заводов с использованием более совершенных технологий. [22]
Наибольшее улучшение выбросов диоксинов в США произошло на крупных мусоросжигательных заводах. По состоянию на 2000 год, хотя небольшие мусоросжигательные заводы (с суточной производительностью менее 250 тонн) перерабатывали только 9% от общего количества сжигаемых отходов, они производили 83% диоксинов и фуранов, выделяющихся при сжигании бытовых отходов. [11]
Распад диоксина требует воздействия на молекулярное кольцо достаточно высокой температуры, чтобы вызвать термический разрыв прочных молекулярных связей, удерживающих его вместе. Небольшие кусочки летучей золы могут быть довольно толстыми, и слишком короткое воздействие высокой температуры может привести только к разрушению диоксина на поверхности золы. Для воздушной камеры большого объема слишком короткое воздействие также может привести к тому, что только часть выхлопных газов достигнет полной температуры распада. По этой причине существует также временной элемент 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 нагрева может быть короче, но чрезмерно высокие температуры также могут вызвать износ и повреждение других частей оборудования для сжигания. Аналогичным образом можно до некоторой степени снизить температуру пробоя, но тогда выхлопным газам потребуется более длительный период задержки, возможно, несколько минут, что потребует больших/длинных камер обработки, которые займут много места на очистной установке.
Побочным эффектом разрыва прочных молекулярных связей диоксина является возможность разрыва связей газообразного азота ( N 2 ) и газообразного кислорода ( O 2 ) в приточном воздухе. По мере охлаждения потока выхлопных газов эти высокореактивные отдельные атомы самопроизвольно преобразуют связи в химически активные оксиды, такие как NO x в дымовых газах, что может привести к образованию смога и кислотным дождям , если они попадут непосредственно в окружающую среду. Эти реакционноспособные оксиды необходимо дополнительно нейтрализовать с помощью селективного каталитического восстановления (SCR) или селективного некаталитического восстановления (см. ниже).
Температуры, необходимые для расщепления диоксина, обычно не достигаются при сжигании пластика на открытом воздухе в бочке для сжигания или в мусорной яме, что приводит к высоким выбросам диоксина, как упоминалось выше. Хотя пластик обычно горит при пожаре на открытом воздухе, диоксины остаются после сгорания и либо уплывают в атмосферу, либо могут оставаться в золе, откуда они могут выщелачиваться в грунтовые воды, когда дождь падает на кучу пепла. К счастью, соединения диоксина и фурана очень прочно связываются с твердыми поверхностями и не растворяются водой, поэтому процессы выщелачивания ограничиваются первыми несколькими миллиметрами ниже кучи пепла. Газофазные диоксины можно в значительной степени уничтожить с помощью катализаторов, некоторые из которых могут присутствовать как часть структуры тканевого фильтровального мешка.
Современные конструкции муниципальных мусоросжигательных заводов включают высокотемпературную зону, в которой дымовой газ выдерживается при температуре выше 850 ° C (1560 ° F) в течение как минимум 2 секунд, прежде чем он охлаждается. Они оснащены дополнительными обогревателями, чтобы гарантировать это в любое время. Они часто работают на нефти или природном газе и обычно активны лишь очень небольшую часть времени. Кроме того, в большинстве современных мусоросжигательных заводов используются тканевые фильтры (часто с тефлоновыми мембранами для улучшения улавливания субмикронных частиц), которые могут улавливать диоксины, присутствующие в твердых частицах или на них.
Для очень небольших муниципальных мусоросжигательных заводов необходимая температура термического разложения диоксина может быть достигнута с использованием высокотемпературного электрического нагревательного элемента, а также стадии селективного каталитического восстановления .
Хотя диоксины и фураны могут разрушаться при сжигании, их реформация в процессе, известном как «синтез de novo», когда выхлопные газы охлаждаются, является вероятным источником диоксинов, измеренных в ходе испытаний на выбросы от заводов с высокими температурами сгорания, хранящихся при длительном хранении. раз. [11]
Что касается других процессов полного сгорания, почти весь углерод, содержащийся в отходах, выбрасывается в атмосферу в виде CO 2 . ТБО содержат примерно такую же массовую долю углерода, как и сам CO 2 (27%), поэтому при сжигании 1 тонны ТБО образуется примерно 1 тонна CO 2 .
Если бы отходы были захоронены без предварительной стабилизации (обычно посредством анаэробного сбраживания ), из 1 тонны ТБО образовалось бы примерно 62 кубических метра (2200 куб футов) метана за счет анаэробного разложения биоразлагаемой части отходов. Поскольку потенциал глобального потепления метана равен 34, а вес 62 кубических метров метана при 25 градусах Цельсия составляет 40,7 кг, это эквивалентно 1,38 тонне CO 2 , что больше, чем 1 тонна CO 2 , которая могла бы быть производятся путем сжигания. В некоторых странах собираются большие объемы свалочного газа . Тем не менее, потенциал глобального потепления, связанный с выбросами в атмосферу свалочного газа, значителен. В США было подсчитано, что потенциал глобального потепления выбрасываемого свалочного газа в 1999 году был примерно на 32% выше, чем количество CO 2 , которое могло бы быть выброшено при сжигании. [23] Со времени этого исследования оценка потенциала глобального потепления для метана была увеличена с 21 до 35, что само по себе увеличило бы эту оценку почти до тройного эффекта ПГП по сравнению со сжиганием тех же отходов.
Кроме того, почти все биоразлагаемые отходы имеют биологическое происхождение. Этот материал образуется растениями, использующими атмосферный CO 2 , как правило, в течение последнего вегетационного периода. Если эти растения вырастить заново, CO 2 , выделяющийся при их сжигании, снова будет выброшен из атмосферы. [ нужна цитата ]
Подобные соображения являются основной причиной того, почему некоторые страны регулируют сжигание биоразлагаемых отходов в качестве возобновляемой энергии . [24] Остальное – в основном пластмассы и другие продукты переработки нефти и газа – обычно считается невозобновляемыми ресурсами .
Различные результаты по выбросам CO 2 при сжигании могут быть получены при разных предположениях. Местные условия (такие как ограниченный спрос на местное централизованное теплоснабжение, отсутствие электроэнергии, вырабатываемой на ископаемом топливе для замены, или высокий уровень алюминия в потоке отходов) могут снизить выбросы CO 2 при сжигании. Методология и другие допущения также могут существенно повлиять на результаты. Например, выбросами метана со свалок, происходящими позднее, можно пренебречь или им придать меньший вес, или биоразлагаемые отходы не могут считаться CO 2 нейтральными. Исследование потенциальных технологий переработки отходов в Лондоне, проведенное Eunomia Research and Consulting в 2008 году, показало, что при применении некоторых из этих (по мнению авторов) необычных предположений средние существующие мусоросжигательные заводы показали плохие результаты по балансу CO 2 по сравнению с теоретическим потенциалом других новых новых технологий. технологии переработки отходов. [25]
Другие газообразные выбросы в дымовых газах мусоросжигательных печей включают оксиды азота , диоксид серы , соляную кислоту , тяжелые металлы и мелкие частицы . Из тяжелых металлов серьезную озабоченность вызывает ртуть из-за ее токсичности и высокой летучести, поскольку практически вся ртуть в потоке городских отходов может попадать в выбросы, если ее не удалить с помощью мер по контролю за выбросами. [26]
Содержащийся в дымоходе пар может выделять видимый дым из дымовой трубы, который можно воспринимать как визуальное загрязнение . Этого можно избежать, уменьшив содержание пара за счет конденсации и повторного нагрева дымовых газов или увеличив температуру выхода дымовых газов значительно выше точки росы. Конденсация дымовых газов позволяет рекуперировать скрытую теплоту испарения воды, что впоследствии повышает тепловой КПД установки. [ нужна 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 фильтрацией частиц , чаще всего электростатическими осадителями (ESP) и/или рукавными фильтрами . Последние обычно очень эффективны для сбора мелких частиц . По данным расследования, проведенного Министерством окружающей среды Дании в 2006 году, средние выбросы твердых частиц на энергосодержание сожженных отходов на 16 датских мусоросжигательных заводах были ниже 2,02 г/ГДж (грамм на энергосодержание сожженных отходов). Подробные измерения мелких частиц размером менее 2,5 микрометра ( PM 2,5 ) были выполнены на трех мусоросжигательных заводах: один мусоросжигательный завод, оснащенный ЭФ для фильтрации частиц, выделял 5,3 г/ГДж мелких частиц, а два мусоросжигательных завода, оснащенных рукавными фильтрами, выделяли 0,002 и 0,013 г/ГДж. г/ГДж ТЧ 2,5 . Для сверхмелких частиц (PM 1,0 ) эти значения составили 4,889 г/ГДж PM 1,0 от установки ESP, тогда как выбросы 0,000 и 0,008 г/ГДж PM 1,0 были измерены от установок, оснащенных рукавными фильтрами. [27] [28]
Скрубберы кислых газов 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 установки, химии реагентов и умения инженеров оптимизировать эти условия, которые могут противоречить для разных загрязнителей. Например, удаление ртути мокрыми скрубберами считается случайным и может составлять менее 50%. [26] Базовые скрубберы удаляют диоксид серы , образуя гипс в результате реакции с известью . [29]
Сточные воды из скрубберов впоследствии должны пройти через очистные сооружения. [ нужна цитата ]
Диоксид серы также можно удалить путем сухой десульфурации путем впрыскивания известняковой суспензии в дымовой газ перед фильтрацией частиц. [ нужна цитата ]
NO x восстанавливается либо каталитическим восстановлением аммиаком в каталитическом нейтрализаторе ( селективное каталитическое восстановление , SCR), либо высокотемпературной реакцией с аммиаком в печи ( селективное некаталитическое восстановление , SNCR). Мочевина может быть заменена аммиаком в качестве восстанавливающего реагента, но ее необходимо подавать на более ранней стадии процесса, чтобы она могла гидролизоваться до аммиака. Замена мочевины может снизить затраты и потенциальные опасности, связанные с хранением безводного аммиака. [ нужна цитата ]
Тяжелые металлы часто адсорбируются на впрыскиваемом порошке активированного угля , который собирается фильтрацией частиц. [ нужна цитата ]
.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
При сжигании образуется летучая зола и зола , как и в случае сжигания угля. Общее количество золы, образующейся при сжигании твердых бытовых отходов, колеблется от 4 до 10% по объему и 15–20% по массе 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 зольный остаток, поскольку летучая зола часто содержит высокие концентрации тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий , медь и цинк , а также небольшие количества диоксинов и фуранов. [31] Остаточная зола редко содержит значительные уровни тяжелых металлов. В настоящее время, хотя некоторые исторические образцы, проверенные группой операторов мусоросжигательного завода, соответствуют критериям экотоксичности, в настоящее время EA заявляет, что «мы согласились» считать золу мусоросжигательного завода «неопасной» до тех пор, пока программа испытаний не будет завершена. [ нужна цитата ]
Загрязнение запахами может быть проблемой при использовании мусоросжигательных заводов старого образца, но на новых мусоросжигательных заводах запахи и пыль контролируются очень хорошо. Они принимают и складируют отходы в закрытом помещении с отрицательным давлением, при этом поток воздуха проходит через котел, что предотвращает выход неприятных запахов в атмосферу. Исследование показало, что самый сильный запах на мусоросжигательном заводе в Восточном Китае возник в порту выгрузки мусора. [32]
Проблемой, влияющей на отношения с населением, является увеличение дорожного движения транспортных средств для сбора мусора , перевозящих муниципальные отходы на мусоросжигательный завод. По этой причине большинство мусоросжигательных заводов расположены в промышленных зонах. Эту проблему можно в некоторой степени избежать за счет перевозки отходов по железной дороге с перегрузочных станций. [ нужна цитата ]
Научные исследователи изучили влияние загрязнителей, образующихся при сжигании отходов, на здоровье человека. Во многих исследованиях изучались последствия воздействия загрязняющих веществ на здоровье с использованием руководящих принципов моделирования Агентства по охране окружающей среды США. [33] [34] [35] В эти модели включено воздействие при вдыхании, проглатывании, почве и кожном контакте. Научные исследования также оценили воздействие загрязняющих веществ через образцы крови или мочи жителей и рабочих, живущих рядом с мусоросжигательными заводами. [34] [36] Результаты систематического обзора предыдущих исследований выявили ряд симптомов и заболеваний, связанных с воздействием загрязнения мусоросжигательных заводов. К ним относятся неоплазия, [34] проблемы с дыханием, [37] врожденные аномалии, [34] [37] [38] и младенческая смертность или выкидыши. [34] [38] Население, проживающее рядом со старыми, плохо обслуживаемыми мусоросжигательными заводами, испытывает более высокий уровень проблем со здоровьем. [34] [37] [38] Некоторые исследования также выявили возможный риск рака. [38] Однако трудности в разделении воздействия загрязнения мусоросжигательных заводов и комбинированного загрязнения промышленностью, автотранспортом и сельским хозяйством ограничивают эти выводы о рисках для здоровья. [34] [36] [37] [38]
Многие сообщества выступают за улучшение или отказ от технологии сжигания отходов. В жалобах общественности, связанных с увеличением количества посещений отделений неотложной помощи по поводу респираторных заболеваний, упоминались специфические воздействия загрязняющих веществ, такие как высокие уровни диоксида азота. [39] [40] Потенциальные последствия для здоровья от технологии сжигания отходов были опубликованы, особенно когда они расположены в сообществах, уже сталкивающихся с непропорциональным бременем для здоровья. [41] Например, мусоросжигательный завод Wheelabrator в Балтиморе, штат Мэриленд, был расследован в связи с увеличением заболеваемости астмой в соседнем населенном пункте, где преимущественно проживают цветные люди с низкими доходами. [41] Усилия, предпринимаемые сообществом, указывают на необходимость будущих исследований для решения проблемы отсутствия данных о загрязнении в режиме реального времени. [40] [41] Эти источники также указывают на необходимость академических, правительственных и некоммерческих партнерств для лучшего определения последствий сжигания отходов для здоровья. [40] [41]
Использование мусоросжигательных заводов для обращения с отходами является спорным. В дебатах по поводу мусоросжигательных заводов обычно участвуют деловые круги (представляющие как производителей отходов, так и мусоросжигательные компании), правительственные регулирующие органы, активисты-экологи и местные граждане, которые должны взвесить экономическую привлекательность местной промышленной деятельности со своими опасениями по поводу рисков для здоровья и окружающей среды.
В число людей и организаций, профессионально занимающихся этой проблемой, входят Агентство по охране окружающей среды США и множество местных и национальных агентств по регулированию качества воздуха по всему миру.
История сжигания твердых бытовых отходов (ТБО) тесно связана с историей свалок и другими технологиями переработки отходов . Преимущества сжигания неизбежно оцениваются по сравнению с доступными альтернативами. С 1970-х годов переработка отходов и другие профилактические меры изменили контекст таких суждений. С 1990-х годов альтернативные технологии переработки отходов развиваются и становятся жизнеспособными.
Сжигание является ключевым процессом в обращении с опасными и клиническими отходами. Часто бывает необходимо подвергнуть медицинские отходы сжиганию при высоких температурах для уничтожения болезнетворных микроорганизмов и содержащихся в них токсичных загрязнений.
Первый мусоросжигательный завод в США был построен в 1885 году на Гавернорс-Айленде в Нью-Йорке. [69] В 1949 году Роберт 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 северном Огайо по управлению опасными отходами. В 1958 году компания построила один из первых заводов по сжиганию опасных отходов в США [70].
Первым полномасштабным мусоросжигательным заводом, управляемым муниципалитетом, в США стал завод по рекуперации ресурсов им. Арнольда О. Чантленда, 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 до сих пор. [30]
Есть несколько корпораций по охране окружающей среды или по управлению отходами, которые в конечном итоге транспортируют мусор в мусоросжигательный завод или в центр обработки цементной печи. В настоящее время (2009 г.) существует три основных предприятия, сжигающих отходы: Clean Harbours, WTI-Heritage и Ross Incineration Services. Clean Harbours приобрела множество небольших, независимых предприятий, накопив при этом 5–7 мусоросжигательных заводов по всей территории США. WTI-Heritage имеет один мусоросжигательный завод, расположенный в юго-восточном углу штата Огайо , через реку Огайо от Западной Вирджинии. [ нужна цитата ]
Несколько мусоросжигательных заводов старого поколения были закрыты; из 186 установок для сжигания ТБО в 1990 году к 2007 году осталось только 89, а из 6200 установок для сжигания медицинских отходов в 1988 году в 2003 году осталось только 115. [ 72] В период с 1996 по 2007 год новых мусоросжигательных заводов не строилось . из-за отсутствия активности были:
В США и Канаде возобновился интерес к сжиганию отходов и другим технологиям переработки отходов в энергию. В США сжигание отходов получило право на налоговые льготы при производстве возобновляемой энергии в 2004 году. [73] В настоящее время реализуются проекты по увеличению мощности существующих заводов, и муниципалитеты вновь рассматривают возможность строительства мусоросжигательных заводов вместо продолжения захоронения муниципальных отходов. Однако многие из этих проектов столкнулись с продолжающейся политической оппозицией, несмотря на новые аргументы в пользу преимуществ сжигания парниковых газов, улучшения контроля загрязнения воздуха и переработки золы.
В Европе в результате запрета на захоронение необработанных отходов [74] за последнее десятилетие было построено множество мусоросжигательных заводов, еще больше строится. 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 она эксплуатируется в частном порядке. Кроме того, некоторые мусоросжигательные заводы в Европе оснащены системой рекуперации отходов, позволяющей повторно использовать материалы черных и цветных металлов, содержащиеся в сгоревших отходах. Ярким примером является электростанция AEB, работающая на отходах, в Амстердаме. [75] [76]
В Швеции около 50% образующихся отходов сжигается на предприятиях по переработке отходов в энергию, производя электроэнергию и снабжая системы централизованного теплоснабжения местных городов. [77] Важность отходов в схеме производства электроэнергии в Швеции отражается в 2 700 000 тонн отходов, импортируемых в год (в 2014 году) для снабжения предприятий по переработке отходов в энергию. [78]
Из-за увеличения целевых показателей по переработке твердых бытовых отходов в ЕС, по меньшей мере, с 55% к 2025 году до 65% к 2035 году, [79] несколько стран с традиционным сжиганием отходов рискуют не выполнить их, поскольку не более 35% останутся доступными для переработки. термическая обработка и утилизация. [80] [81] С тех пор Дания решила сократить свои мусоросжигательные мощности на 30% к 2030 году. [82]
Сжигание неопасных отходов не было включено в качестве формы зеленых инвестиций в таксономию ЕС по устойчивой деятельности [83] из-за опасений по поводу нанесения вреда программе замкнутого цикла, что фактически остановило будущее финансирование ЕС сектора сжигания твердых бытовых отходов.
Технологии, используемые в отрасли управления отходами Великобритании, значительно отстают от европейских 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 квотами на свалки . Это законодательство призвано сократить выбросы парниковых газов, образующихся на свалках, за счет использования альтернативных методов переработки отходов. Позиция правительства Соединенного Королевства заключается в том, что сжигание будет играть все более важную роль в переработке бытовых отходов и энергоснабжении в Великобритании. [ нужна цитата ]
В 2008 году планы размещения потенциальных мусоросжигательных заводов существуют примерно для 100 объектов. Они были интерактивно нанесены на карту британскими НПО. [84] [85] [86] [87]
В соответствии с новым планом в июне 2012 года при поддержке DEFRA была создана схема грантов (Схема улучшения сельского и лесного хозяйства) для поощрения использования мусоросжигательных заводов малой мощности на сельскохозяйственных объектах для повышения их биологической безопасности. [88]
Недавно было получено разрешение [89] на строительство крупнейшего в Великобритании мусоросжигательного завода в центре коридора Кембридж – Милтон Кейнс – Оксфорд в Бедфордшире . После строительства большого мусоросжигательного завода в Грейтмуре в Бакингемшире и планов строительства еще одного возле Бедфорда [ 90] коридор Кембридж – Милтон Кейнс – Оксфорд станет крупным центром мусоросжигательного завода в Великобритании.
Существуют системы экстренного сжигания для срочного и биобезопасного уничтожения животных и побочных продуктов их жизнедеятельности после массовой смертности или вспышки заболевания. Усиление регулирования и правоприменения со стороны правительств и учреждений во всем мире было вызвано общественным давлением и значительными экономическими последствиями.
Заразные болезни животных обошлись правительствам и промышленности в 200 миллиардов долларов за 20 лет, вплоть до 2012 года, и стали причиной более 65% вспышек инфекционных заболеваний во всем мире за последние шестьдесят лет. Одна треть мирового экспорта мяса (около 6 миллионов тонн) в любой момент подвержена влиянию торговых ограничений, и поэтому внимание правительств, государственных органов и коммерческих операторов сосредоточено на более чистых, безопасных и надежных методах утилизации туш животных для локализации и контролировать болезнь.
Крупномасштабные системы сжигания доступны у нишевых поставщиков и часто покупаются правительствами в качестве страховки на случай вспышки заразы. Многие из них мобильны и могут быть быстро доставлены в места, требующие биобезопасной утилизации.
Небольшие мусоросжигательные печи существуют для специальных целей. Например, мобильные небольшие мусоросжигательные заводы предназначены для гигиенически безопасного уничтожения медицинских отходов в развивающихся странах . [91] Такие компании, как Inciner8, британская компания, являются хорошим примером производителей мобильных мусоросжигательных заводов со своими моделями I8-M50 и I8-M70. Небольшие мусоросжигательные заводы можно быстро развернуть в отдаленных районах, где произошла вспышка, чтобы быстро и без риска перекрестного заражения избавиться от инфицированных животных. [ нужна цитата ]
Контейнерные мусоросжигательные заводы — это уникальный тип мусоросжигательных заводов, специально разработанный для работы в отдаленных местах, где традиционная инфраструктура может быть недоступна. Эти мусоросжигательные печи обычно помещаются в транспортный контейнер для удобства транспортировки и установки.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
