Slenkin

ОБРАЗОВАНИЕ ДИОКСИНОВ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Слёнкин М. В., Жовмир Н. М., Дрозд К. А, Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины, Научно-технический центр "Биомасса" (г. Киев, Украина)

В Украине, как и в большинстве других стран мира, очень остро стоит вопрос утилизации твердых бытовых отходов (ТБО). При компостировании сложно получить высококачественный компост без организации раздельного сбора ТБО в местах их возникновения. Накопление отходов на полигонах не является решением проблемы, т. к. ведет к загрязнению токсичным фильтратом почвы, выделяемыми газами воздушной среды и др. Кроме захоронения на свалках и компостирования, широко применяются термохимические методы переработки, среди которых наибольшее распространение получило прямое сжигание.
В связи с постоянным ростом требований экологического законодательства прямое сжигание ТБО не может обеспечить допустимый уровень вредных веществ без применения очень сложных и дорогостоящих систем очистки дымовых газов. Особенно это касается опасных кумулятивных экотоксикантов - полихлорированных дибензо-(р) диоксинов и фуранов. Диоксины - тотальный яд, поскольку даже в относительно малых концентрациях они поражают практически все формы живой материи - от бактерий до теплокровных. По уровню токсичности они превосходят все известные токсины. Они не разлагаются в окружающей среде десятки лет, накапливаются в верхнем слое почвы и попадают в организм человека в основном с пищей, водой и воздухом. Для диоксинов не существует "порога действия": даже одна молекула способна спровоцировать ненормальную клеточную деятельность и вызвать цепь реакций, нарушающих функции организма.
Диоксины образуются всегда в присутствии хлора, органики, кислорода при умеренной температуре (выше 300°С). В отходах хлор содержится в основном в виде соединений, таких как, поваренная соль и поливинилхлорид, в которых он составляет больше 50% масс. Широкий спектр хлорированных органических соединений используется в производстве моющих средств, электроники, флегматизаторов пламени, гербицидов, инсектицидов, пестицидов, химического оружия, смазочных материалов, электроизолирующих жидкостей.
Известны четыре основных механизма образования диоксинов при термической переработке отходов.
Первый механизм состоит в неполном разложении диоксинов, которые образовались ранее и содержатся в окружающей среде; они поступают вместе с отходами, но из-за неполного разрушения при термической переработке снова попадают в атмосферу.
Второй механизм - образование диоксинов в газовой фазе в пламени из углеводородов и хлоридов, таких, как фенол и HCL.
Третий механизм подобен второму, однако происходит на частично сгоревшем твердом топливе в зоне горения. Этим трем "высокотемпературным" механизмам формирования диоксинов противодействуют механизмы разрушения, поскольку диоксины не стабильны при температурех выше 800 - 850°С.
Четвертый механизм, названый как механизм формирования диоксинов de novo (повторно), наблюдается в дымовых газах на частицах летучей золы при температуре 250 - 450°С. При такой температуре, когда конкурирующие процессы разрушения диоксинов протекают очень медленно, может происходить каталитическое формирование диоксинов. Формирование зависит от пяти факторов:
1) скорости охлаждения газов в диапазоне температур 300 - 400°С,
2) присутствия кислорода,
3) наличия частиц летучей золы,
4) присутствия следовых количеств Cu и Pb,
5) содержания углерода и хлора. Максимум формирования диоксинов по de novo приходится на 400°С.
Существует ряд технологий, которые уменьшают содержание диоксинов при сжигании ТБО, однако ни одна из них не дает 100%-ный эффективности. Значительное подавление формирования диоксинов может состоять в деактивации потенциальных участников их образования, таких, как хлор, кислород или катализаторы. Один из возможных технологических подходов состоит в газификации хлорсодержащих топлив и отходов, когда восстановительная среда блокирует формирование диоксинов. Очистка генераторного газа от золы и галогеноводородов устраняет предпосылки для повторного образования диоксинов при его сжигании.
Будучи весьма экологичной и перспективной, технология газификации ТБО еще недостаточно изучена. В настоящее время существует ограниченное количество действующих установок такого типа. Проведение экспериментальных исследований и отработка ряда "узких" мест является актуальной задачей в развитии этой технологии.
В отделе теплопроводности (лаборатория биоэнергетики) Института технической теплофизики НАН Украины создается экспериментальная установка для газификации хлорсодержащих бытовых отходов в кипящем слое. Будут проведены исследования работы установки на разных режимах, очистки и последующего сжигания генераторного газа в котле, а также разработано технико-экономическое обоснование применения газификации ТБО в промышленных масштабах.

FORMATION OF DIOXINS DURING MUNICIPAL SOLID WASTE THERMAL UTILIZATION

Slenkin M. V., Zhovmir N. M., Drozd K. A., Institute of Engineering Thermophysics, National Academy of Scienses of Ukraine, Scientific Engineering Centre "Biomass", Kiev, Ukraine

Both Ukraine and other countries have a problem of municipal solid waste (MSW) utilization. One of the most popular technologies is combustion of MSW. That technology can not guarantee a permissible level of harmful matter without the very difficult and expensive gas clean systems. In the given paper four major mechanisms of dioxin formation under the MSW incineration are discussed. It is proposed to use the gasification instead of the MSW incineration technology. In the Institute of Technical Thermophysics the experimental fluidized bed installation for the chlorinated waste gasification is in developmental stage.

Главная страница
Сведения об авторах