1. Что такое термическая обработка отходов?

Сжигание — это процесс сгорания и полного выгорания: в ходе сгорания все горючие вещества полностью окисляются и превращаются в золу. Способ обработки путём сжигания заключается в использовании высокотемпературного окисления бытовых отходов — при высокой температуре происходит их сгорание, в результате чего горючие компоненты отходов преобразуются в углекислый газ, воду и другие продукты. После сжигания объём золы и шлака составляет менее 20% от первоначального объёма бытовых отходов, что значительно уменьшает количество твёрдых отходов и одновременно позволяет уничтожить различные патогены.

2. Какова ситуация с сжиганием и обработкой отходов за рубежом?

(1) Существующее положение дел в области термической утилизации отходов в Европе. В настоящее время европейские страны в целом активизируют термическую утилизацию отходов, а высший нормативный акт ЕС по управлению отходами прямо поддерживает и поощряет энергетическое восстановление из отходов (в основном — их сжигание). С 1996 по 2007 год количество полигонов для захоронения отходов в государствах — членах ЕС неуклонно сокращалось, тогда как объём их термической утилизации рос. Согласно статистическим данным, в 2006 году совокупное население основных европейских стран составляло 578 млн человек, а общий объём образовавшихся бытовых отходов — около 297 млн тонн. Всего функционировало 425 установок по производству электроэнергии (и тепла) на основе сжигания бытовых отходов; мощность этих установок по термической утилизации отходов составляла примерно 63,62 млн тонн, что на 20% больше, чем в 2001 году.

(2) Состояние дел с технологией сжигания отходов в США. В Соединённых Штатах сжигание отходов всегда занимало определённое место в системе их обработки, а национальный уровень утилизации отходов путём сжигания составляет около 14%. В 2007 году в США насчитывалось в общей сложности 87 предприятий по производству электроэнергии (и тепловой энергии) на основе сжигания отходов, расположенных в 26 штатах; эти предприятия были оснащены в общей сложности 220 печами для сжигания, суммарная мощность которых составляла 93 943 тонны в сутки, общий объём переработанных отходов — 28,7 млн тонн, совокупная установленная электрическая мощность — 2 720 МВт, а годовая выработка электроэнергии — 17 млрд кВт·ч. Суммарная мощность установок по сжиганию отходов в США вдвое превышает соответствующий показатель Китая и сосредоточена преимущественно в экономически развитых регионах северо-востока страны.

(3) Состояние дел с термической утилизацией отходов в Японии. В Японии объём термической утилизации отходов всегда был высоким. Центральная мусоросжигательная установка в Токио находится всего в 3,5 километрах от Императорского дворца Японии; в радиусе 7 километров от Императорского дворца Японии расположено 7 мусоросжигательных электростанций.

С 1960-х годов Япония приступила к масштабному строительству мусоросжигательных заводов. Большинство мусоросжигательных установок, которые приходится выводить из эксплуатации по истечении срока службы, представляют собой небольшие объекты, возведённые в первые годы, и их заменяют крупномасштабные мусоросжигательные заводы с более высоким уровнем контроля за загрязнением.

В 1990-е годы, с целью более эффективного укрепления контроля за загрязнением на предприятиях по сжиганию отходов, Япония модернизировала оборудование для сжигания отходов и системы очистки дымовых газов; при этом сжигание по-прежнему занимает ведущее место в обработке бытовых отходов. Несмотря на сокращение числа предприятий по сжиганию отходов в Японии, общий объём их термической обработки существенно не уменьшился.

В последние годы общий объём сжигания отходов в Японии незначительно сократился, прежде всего благодаря внедрению систем сортировки, переработки и сокращения объёмов отходов, что привело к уменьшению общего объёма вывоза отходов.

В целом в Японии утилизация отходов в основном осуществляется путём сжигания; сортировка и переработка отходов постепенно усиливаются, а объёмы захоронения на полигонах постепенно сокращаются.

(4) Существующее положение дел в области термической утилизации отходов в Сингапуре. Политика Сингапура в сфере обращения с отходами заключается в «разработке и поддержании достаточного количества установок для термической утилизации отходов с целью сжигания всех сжигаемых отходов, а также в развитии и содержании достаточного числа полигонов для захоронения всех несжигаемых отходов и золы после сжигания». В Сингапуре применяется комплексный подход: полная термическая утилизация отходов с последующим захоронением золы на полигонах. В настоящее время в стране функционируют четыре электростанции по термической утилизации отходов, один полигон и одна вспомогательная морская перегрузочная станция, расположенные на северном, центральном, западном и южном островах. За исключением самой первой электростанции по термической утилизации отходов в Улубандане, которая находится на расстоянии 2 километров от жилых районов, все остальные объекты по обработке отходов (полигоны) удалены от жилых зон на 10 километров. На полигоне Шимагао преимущественно захоранивают золу, образующуюся при сжигании отходов на четырёх сингапурских электростанциях по термической утилизации, а также промышленные и строительные отходы, не подлежащие термической утилизации; предполагается, что этот полигон будет эксплуатироваться до 2045 года. Электростанция по термической утилизации отходов в Туас-Нан имеет проектную мощность по обработке отходов в 3 000 тонн в сутки, что в настоящее время является крупнейшим показателем в мире. Ежегодно она производит 981 миллион киловатт‑часов электроэнергии, что составляет 2–3% от общего объёма потребления электроэнергии в Сингапуре.

3. Какова текущая ситуация с сжиганием отходов и производством электроэнергии в нашей стране?

Несмотря на то, что производство электроэнергии на основе сжигания отходов в нашей стране началось поздно, оно развивалось быстрыми темпами. В 1988 году в Шэньчжэне был построен первый в стране мусоросжигательный электростанция, оснащённая оборудованием и технологиями, импортированными из Японии — Комплексная станция комплексной переработки коммунальных отходов города Шэньчжэнь (суточная переработка 3×150 тонн отходов, установленная мощность 4 МВт). В последующие годы были поэтапно завершены и введены в эксплуатацию мусоросжигательные электростанции в Чжухае, Шанхае (Пудун и Пуся), Нинбо, Ханчжоу, Вэньчжоу, Сучжоу, Чанчжоу, Чунцине, Чэнду, Гуанчжоу, Фучжоу, Сямэне, Тяньцзине и Пекине. К 2010 году по всей стране находилось в стадии строительства и уже сооружалось более 170 мусоросжигательных электростанций (с теплофикацией).

4. Можно ли сжигать бытовые отходы? Можно ли сжигать их полностью?

Прежде всего необходимо пояснить, что такое теплота сгорания: это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании топлива единицы его массы (или объёма), то есть теплота, выделяющаяся при полном сгорании 1 килограмма (или 1 кубического метра) данного твёрдого (газообразного) топлива, называется теплотой сгорания этого топлива.

С непрерывным развитием национальной экономики и постоянным повышением уровня жизни населения теплотворная способность бытовых отходов ежедневно возрастает. В настоящее время её уровень соответствует примерно четверти теплотворной способности обычного угля; конкретное значение составляет около 4200 кДж/кг. При стабильном процессе сгорания возможно полное сжигание без добавления дополнительных видов топлива, таких как уголь, нефть или природный газ. В настоящее время бытовые механические решётчатые печи достаточно отработаны и способны полностью уничтожать бытовые отходы. Остаток после сжигания представляет собой плотное, не подверженное гниению стерильное вещество.

5. Каковы преимущества сжигания отходов? Сколько электроэнергии может выработать одна тонна бытовых отходов? На сколько можно сократить выбросы углекислого газа?

Термическая утилизация отходов обладает преимуществами «сокращения объёма, ресурсосбережения и безвредности»; при этом соответствующие установки занимают относительно большую площадь, отходы быстро стабилизируются, эффект сокращения объёма отходов очевиден, контроль запахов бытовых отходов осуществляется сравнительно легко, а образующееся при сжигании тепло может быть использовано. Помимо безопасной, безвредной и эффективной переработки бытовых отходов, данная технология позволяет использовать теплоту, выделяющуюся в процессе их сжигания, для производства электроэнергии (отопления), что отвечает требованиям цикличной экономики и в настоящее время является широко признанной как в стране, так и за рубежом технологией обращения с отходами.

Использование отходящего тепла, образующегося при сжигании бытовых отходов для выработки электроэнергии, позволяет ежегодно поставлять электричество в энергосистему, обеспечивать рациональное использование отходов как ресурса и экономить невозобновляемые ресурсы — уголь, природный газ или мазут, тем самым снижая выбросы диоксида углерода. По оценкам, мощность установки по производству электроэнергии на базе бытовых отходов, сжигаемых в топках с решётчатым подом, составляет примерно 250–350 кВт·ч на тонну, что означает, что сжигание каждой тонны бытовых отходов с целью получения электроэнергии позволяет сэкономить 81–114 кг стандартного угля и сократить выбросы диоксида углерода на 202–283 кг.

6. Какой тип города подходит для обработки отходов путём сжигания?

С ускорением урбанизации в нашей стране и повышением уровня жизни населения масштабы городов постоянно растут, а численность городского населения неуклонно увеличивается, что приводит к непрерывному росту объёмов образования твёрдых бытовых отходов и к всё более острому кризису «захлёстывания» городскими отходами. Способы захоронения на полигонах и компостирование уже не в состоянии в полной мере удовлетворить потребности, при этом компостирование оказывает значительное негативное воздействие на почву. Большинство полигонов уже практически заполнены, и необходимо подбирать новые площадки для их размещения. В условиях дефицита земельных ресурсов и строгих экологических требований в различных городах в зависимости от конкретной ситуации развивается технология сжигания отходов с выработкой электроэнергии (и тепла), что ещё более усиливает необходимость обеспечения безвредной переработки отходов.

В зависимости от потребностей экономического развития и сложившейся ситуации регионы с низким уровнем ВВП, как правило, продолжают использовать метод захоронения отходов на полигонах — при условии, что для этого имеется достаточное количество земельных ресурсов. В более развитых регионах и городах, где постоянно растёт численность городского населения, целесообразно применять технологию сжигания отходов, поскольку она позволяет экономить земельные ресурсы и обеспечивать их безвредную утилизацию.

7. Какие основные технологии обработки путём сжигания существуют?

Существуют две основные традиционные технологии термической обработки отходов: одна — это технология механической решёточной печи, а другая — технология циркулирующего кипящего слоя.

Согласно соответствующим техническим политикам нашей страны, «в настоящее время при сжигании отходов следует применять отработанные технологии, основанные на решётчатых печах, а другие типы печей для сжигания должны использоваться с осторожностью. Запрещается эксплуатировать установки сжигания, не отвечающие нормативным требованиям по контролю». Технология механической решётчатой печи должна являться основной технологией сжигания и обезвреживания бытовых отходов в стране. Характеристики этой технологии: длительная история применения и высокая степень отработанности. Отходы не требуют предварительной подготовки, уровень отказов низкий, годовая наработка велика, а производительность — высока. В процессе стабильного горения нет необходимости добавлять дополнительное топливо, а образующееся количество летучей золы невелико. Данная технология широко применяется как за рубежом, так и в стране; подавляющее большинство предприятий по обезвреживанию отходов методом сжигания во всём мире использует именно её.

Технология циркулирующего кипящего слоя: срок её практического применения в области термической утилизации отходов относительно невелик, и она всё ещё находится на стадии технических исследований. В настоящее время отечественные установки с циркулирующим кипящим слоем при эксплуатации требуют использования невозобновляемого угля, при этом предъявляются определённые требования к размеру частиц угольных брикетов: перед подачей в топку оборудование для подачи угля должно осуществлять их предварительную обработку и дробление. В то же время, в силу своих технических особенностей, установка с циркулирующим кипящим слоем требует сортировки и измельчения отходов перед их сжиганием. В процессе предварительной обработки и транспортировки на предприятии легко возникают утечки сточных вод и запахи, что приводит к вторичному загрязнению окружающей среды. Данная технология более адаптивна при термической утилизации таких видов топлива, как топливо, получаемое из отходов (RDF), и осадок сточных вод; при этом доля добавляемого угля не должна превышать 30%.

8. Как использовать тепловую энергию сжигания?

В бытовых отходах содержится большое количество горючих материалов. Бытовые отходы используются в качестве топлива вместо угля: в мусоросжигательной установке они сгорают, выделяют тепло и образуют пар, который может быть использован для производства электроэнергии, комбинированного теплоснабжения или прямого отопления. Использование технологии сжигания бытовых отходов для производства электроэнергии (или тепла) не только позволяет эффективно утилизировать отходы, но и сохраняет невозобновляемые ресурсы страны — уголь или мазут — а также компенсирует дефицит электроэнергии в нашей стране.

9. Какие отходящие газы образуются при термической утилизации? Как их контролировать?

Стандарты системы контроля за дымовыми газами при сжигании бытовых отходов значительно строже, чем стандарты для угольных котлов, котлов на жидком топливе и коксовых печей.

Выделяемые установкой по производству электроэнергии (тепловой энергии) за счёт сжигания бытовых отходов отработанные газы в основном образуются в результате работы дымохода печи сжигания. Основными загрязняющими веществами являются пыль, хлористый водород (HCl), диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx), угарный газ (CO), фтористый водород (HF), органические загрязнители, диоксины и тяжёлые металлы. Система компьютерного управления обеспечивает высокую степень автоматизации процессов сжигания отходов, использования тепловой энергии, очистки дымовых газов и других операций, что позволяет эксплуатировать систему сжигания в номинальных режимах работы и минимизировать концентрацию первичных выбросов. Перед тем как дымовые газы подвергнутся очистке в системе очистки дымовых газов и будут выпущены в атмосферу через дымовую трубу, применяется онлайн-мониторинговый прибор для непрерывного контроля параметров выбросов дымовых газов по каждой линии сжигания, что гарантирует соответствие выбросов дымовых газов установки по производству электроэнергии (тепловой энергии) из отходов установленным нормативам.

10. Какой вид отходов-остатков образуется при термической утилизации? Как с ними обращаться?

Шлак: Бытовые отходы сжигаются при высокой температуре в печи для сжигания, в результате чего их различные компоненты подвергаются полному окислению, разложению и пассивации, превращаясь в шлак. В состав шлака в основном входят стекло, металлы и различные неорганические вещества.

Шлак в основном представляет собой остаток после сжигания бытовых отходов. Его количество зависит от состава отходов. Основными компонентами шлака являются оксид марганца (MnO), диоксид кремния (SiO2), оксид кальция (CaO), оксид алюминия (Al2O3), оксид железа (Fe2O3), металлолом и незначительное количество несгоревшего органического вещества. Согласно «Стандарту контроля загрязнения при сжигании бытовых отходов» (GB18485-2001) установлено: «Шлак, образующийся после сжигания, подлежит обработке как обычные твёрдые отходы». Шлак, полученный в результате сжигания отходов, подвергается безвредной термической обработке, затем с помощью магнитной сепарации отделяется от металлолома — таких материалов, как стальной и чугунный лом, после чего шлак комплексно используется. Он может применяться в качестве подстилающего слоя для укладки покрытия, в качестве материала для верхнего слоя полигона захоронения отходов, а также в качестве сырья для производства безобжиговых строительных блоков. Коэффициент комплексного использования шлака может достигать 98%, а части, которые невозможно использовать комплексно, направляются на полигоны захоронения отходов для последующего захоронения.

Пыль улетучивающаяся: Пыль (улетучивающаяся пыль), собираемая системой очистки дымовых газов, содержит вредные вещества, такие как диоксины и тяжёлые металлы. Согласно «Стандарту контроля загрязнения при сжигании бытовых отходов» (GB18485-2001), «Улетучивающаяся пыль, полученная в результате удаления пыли, подлежит обращению как опасные отходы».

Пылевидный золошлак является опасными отходами и подлежит раздельному сбору. Его запрещается смешивать с бытовыми отходами, остатками сжигания и другими видами опасных отходов. Пылевидный золошлак, образующийся при сжигании бытовых отходов, не допускается длительное хранение на месте его образования, простое захоронение или сброс. Место производства пылевидного золошлака, образующегося при сжигании бытовых отходов, должно быть подвергнуто необходимой стабилизации и выдержке; транспортировка допускается только после завершения этих процедур. Для перевозки требуется использование специализированных транспортных средств. Пылевидный золошлак доставляется в склад хранения пылевидного золошлака посредством герметичного сбора и транспортировки и, после прохождения испытания на выщелачивающую токсичность, направляется на полигон для захоронения.

11. Какие диоксины образуются при сжигании отходов?

Диоксины — это, по сути, сокращённое обозначение для диоксинов. Речь идёт не об одном конкретном веществе, а о двух группах, включающих в общей сложности 210 соединений, среди которых много близких по структуре и свойствам веществ или изомеров. Эти соединения чрезвычайно устойчивы, обладают высокой температурой плавления, практически не растворяются в воде, но хорошо растворяются в большинстве органических растворителей; они бесцветны, не имеют запаха и являются крайне токсичными жирорастворимыми веществами, поэтому легко накапливаются в живых организмах. Диоксины являются загрязняющими веществами, образующимися при сгорании. Количество диоксинов, выбрасываемых при открытом сжигании мусора на свалках или при его самовозгорании, во много раз превышает уровень выбросов при современном сжигании такого же объёма отходов; кроме того, значительные количества диоксинов выделяют предприятия по переработке цветных металлов, сталелитейная промышленность, обжиг железной руды, коксохимическое производство, кремация человеческих останков, производство чугуна, цемента, целлюлозно-бумажная промышленность (при этом главным источником образования диоксинов является процесс хлорного отбеливания) и другие отрасли; также диоксины образуются в результате работы автомобильного транспорта, курения, приготовления барбекю, использования пиротехники, лесных пожаров и извержений вулканов — то есть в природе тоже могут возникать условия, способствующие их образованию. Таким образом, диоксины находятся совсем рядом с нами — и в то же время далеко от нас. В настоящее время основной источник диоксинов в окружающей среде — металлургия, коксохимическая и нефтехимическая промышленность и другие отрасли.

12. Почему в дымовых газах при сжигании отходов содержатся диоксины?

В процессе сжигания бытовых отходов пути образования диоксинов включают следующие аспекты:

(1) Бытовые отходы сами по себе содержат следовые количества диоксинов. Ввиду термической стабильности диоксинов, хотя большая их часть может быть разложена при высокотемпературном сгорании, некоторая часть всё же будет выбрасываться вместе с дымовыми газами после сгорания.

(2) В процессе сгорания из содержащих хлор предшествующих веществ образуются диоксины. К таким предшествующим веществам относятся поливинилхлорид (широко используемый пластик), пентахлорфенол (противогрибковый консервант, часто применяемый в текстильной промышленности, производстве кожаных изделий, обработке древесины, а также в ткацких и печатных пастах) и др. В ходе сгорания молекулы этих предшествующих веществ подвергаются перестройке, конденсации с образованием свободных радикалов, дехлорированию или другим молекулярным реакциям, в результате чего образуются диоксины. Большая часть этих диоксинов разлагается при высокотемпературном сгорании.

(3) При недостаточном сгорании в дымовых газах образуется избыток несгоревшего материала. При температуре 300–500 °C разложившиеся после высокотемпературного сгорания диоксины, встретившись с соответствующим количеством каталитических веществ (в основном тяжёлых металлов, особенно меди), подвергаются повторному образованию.

13. Можно ли контролировать образование диоксинов при сжигании отходов?

Хотя при сжигании могут образовываться диоксины, при условии контроля режимов сгорания — например, путём продления времени пребывания дымовых газов в топке — образование диоксинов можно значительно снизить.

(1) Выберите мусоросжигательную установку, соответствующую национальному стандарту «Стандарт контроля загрязнения при сжигании бытовых отходов» (GB18485-2001), для регулирования температуры сгорания и обеспечения того, чтобы время пребывания дымовых газов в зоне, где температура в камере сгорания превышает 850 °C, составляло не менее 2 секунд, что позволяет образовывать вихревое движение вторичных продуктов сгорания, обеспечивая более полное и эффективное сгорание и полное разложение диоксинов. Исследования показали, что образование диоксинов в значительной степени зависит от концентрации угарного газа. В процессе эксплуатации следует регулировать объём и соотношение первичного и вторичного воздуха, а также усиливать турбулизацию за счёт вторичного воздуха, чтобы обеспечить более полное сгорание отходов, тем самым контролируя содержание угарного газа в дымовых газах и снижая образование диоксинов.

(2) При снижении температуры дымовых газов до диапазона 300–500 °C происходит регенерация небольшого количества разложившихся диоксинов. Поэтому при проектировании предусматривается минимизация поперечного сечения задней части парогенератора утилизации тепла и увеличение скорости движения дымовых газов, что позволяет сократить время пребывания дымовых газов в зоне от высоких до низких температур и, таким образом, уменьшить степень регенерации диоксинов.

14. Можно ли контролировать выбросы диоксина?

Во-первых, на дымовой трубе системы очистки дымовых газов устанавливается устройство впрыска активированного угля, которое распыляет активированный уголь с удельной поверхностью более 700 м²/г в дымовые газы для адсорбции диоксинов. В то же время в рукавном пылеуловителе, при прохождении дымовых газов через фильтрующий слой, образованный твёрдыми частицами, оставшиеся следовые количества диоксинов в пылевых дымовых газах могут дополнительно фильтроваться и адсорбироваться непрореагировавшими порошками Ca(OH)₂ или CaO, порошком активированного угля и другими компонентами, входящими в состав фильтрующего слоя. Таким образом, слой из этих порошков, включая порошок активированного угля, подвергается дополнительной очистке.

Во‑вторых, следует выбрать пылеулавливающее устройство с тканевым фильтром высокой эффективности и использовать фильтрующий материал высокой эффективности для фильтрации и улавливания летучей золы, содержащей диоксины, а затем стабилизировать её с помощью «хелатирующего агента + цемент + вода».

15. Пахнет ли установка по термической обработке отходов? Как контролировать неприятный запах?

Разложение и гниение органических веществ в бытовых отходах неизбежно приводят к образованию запахового загрязнения. Основным источником такого загрязнения является сырой мусор, поступающий на предприятие. В процессе разгрузки мусоровоза и при складировании отходов в приёмной яме выделяются зловонные газы, основными компонентами которых являются сероводород (H2S), аммиак (NH3) и др.

В целях контроля за неприятным запахом, образующимся на мусоросжигательном заводе, могут быть приняты следующие меры:

(1) Сам мусор обладает неприятным запахом, поэтому не исключено, что на протяжении маршрута транспортировки также будет ощущаться неприятный запах. В этой связи основное внимание уделяется использованию герметичной конструкции транспортного средства с автоматической системой погрузки и разгрузки для перевозки мусора, что позволяет минимизировать распространение запаха.

(2) После въезда мусоровоза в цех мусор сбрасывается в мусорный приёмный колодец через разгрузочное устройство. Разгрузочная дверь мусоровоза — электрического подъёмного типа и управляется специально назначенным оператором. По завершении разгрузки транспортное средство своевременно закрывается, обеспечивая герметичность мусорного приёмного колодца.

(3) У главного входа в зал выгрузки мусора устанавливается воздушная завеса для предотвращения выхода запахов наружу.

(4) Мусорная яма герметична, а выпускное отверстие вентилятора расположено выше уровня мусорной ямы, благодаря чему мусорная яма и зал выгрузки находятся в состоянии разрежения; это позволяет не только эффективно предотвращать утечку запахов, но и одновременно использовать зловонные газы в качестве воздуха для горения, подавая их в печь для сжигания, где они разлагаются при высокой температуре, что обеспечивает удаление запахов. В целях предотвращения утечки запахов установка по обработке мусора является закрытой.

(5) Высадить определённое количество высоких деревьев вокруг территории завода для снижения воздействия.

(6) В целях предотвращения загрязнения окружающей среды запахом из мусорной ямы в период технического обслуживания всего комплекса запах в яме очищается с помощью установки очистки отходящих газов на основе активированного угля и затем выводится наружу. Регулярно проводится контроль концентрации запаха на выходе из установки очистки; при достижении концентрации запаха на выходе предельно допустимого уровня, установленного национальными стандартами, следует своевременно заменить активированный уголь в установке, после чего отработанный активированный уголь смешивается с бытовыми отходами и направляется в печь для термического обеззараживания при высоких температурах.

(7) Система очистки фильтрата представляет собой замкнутую конструкцию с воздуховодом в верхней части; образующиеся биогаз и запах подаются в карьер для хранения отходов через этот воздуховод и вытяжной вентилятор. (Подготовлено экспертами, организованными Департаментом науки и технологий Китайской ассоциации науки и технологий и Китайским обществом охраны окружающей среды.)