1 Металлургические технологии переработки твердых бытовых отходов

Среди известных технологий переработки и обезвреживания твердых бытовых отходов необходимо отметить наиболее распространенные:

• складирование на свалках (полигонах);

• комплексная сортировка;

• биотермическое компостирование;

• пиролиз (газификация);

• сжигание в шлаковом расплаве;

• плазменное сжигание;

• мусоросжигание в топочных устройствах.

Как показал многолетний опыт и обследование существую­щих свалок (полигонов), условия их использования практически не вы­полняются. Поэтому полигоны превраща­ются в обычные городские свалки бытового мусора, а следователь­но, не являются рациональным способом утилизации отходов.

Другим способом утилизации твердых бытовых отходов является комплексная сортировка. Основная ее цель − извлечение из всей массы собранных отходов утилизируемых компонентов − металла (черного и цветного), бумаги, пластмассы, стекла, пищевых и горючих от­ходов, текстиля. После извлечения указанных компонентов пред­полагается их использование в различных отраслях промышленности в качестве вторичного сырья.

Наиболее распространенным способом обез­вреживания твердых бытовых отходов является мусоросжигание в топочных устройствах котлоагрегатов. Используя его, можно обезвредить практически весь бытовой мусор. Однако ликвиди­ровать существующие свалки и предотвратить образование новых можно только в случае достижения полной безотходности техно­логического процесса мусоросжигания, что позволило бы ликви­дировать опасные источники загрязнения окружающей среды. Существующей технологией, по которой работают многочислен­ные мусоросжигательные заводы во многих странах мира, в том числе и в России, безотходность процессов не обеспечивается.

В последнее время специалисты и организации ряда отраслей промышленности, стали предлагать свои технологии для обезвреживания твердых бытовых отходов. В частности предлагается использование печей Ванюкова, которые получили широкое распространение в цветной металлургии.

Основным преимуществом этого способа является отсутствие вторичных твердых отходов. При использовании данных печей происходит полное разложение вредных соединений, полное окисление горючих компонентов и небольшой процент выноса пыли. Однако данный способ переработки отходов приводит к неоправданным расходам высококалорийного топлива.

Сторонники высоких температур разработали способ плаз­менного сжигания бытовых отходов при сверхвысоких темпера­турах (2000-3200 К).

Способ плазменной газификации переработки отходов заключается в высокотемпературном сжигании бытового мусора на поверхности шлако­вого расплава в зоне действия плазменных струй с переводом ком­понентов отходов в металлический и шлаковый расплавы и газовую фазу. Осуществлению процесса плазменной газификации должна предшествовать определенная подготовка бытового мусора, в частности: сушка до определенного значения остаточной влажности и дробление всего мусора до фракции 20-40 см, для чего необходимы дополнительные площади, оборудование и энергоресурсы.

Металлурги предлагают ввести твердые бытовые отходы в технологический процесс выплавки стали в качестве альтернативного источника энергии для предварительного подогрева лома и улучшения тепловой работы агрегата.

В качестве горючих нетоксичных компонентов твердых бытовых отходов рассматривают бумагу, картон, пищевые отходы, текстиль, резину, кожу, древесные отходы, кости и т.д. Бытовые отходы предварительно подвергают сортировке с целью отделения ценных негорючих, токсичных компонентов и/или составляющих, выделяющих в процессе разложения и горения токсичные соединения. Остаточную часть отходов после сортировки окусковывают с целью повышения плотности и снижения вероятности выноса легких и мелких компонентов из сталеплавильного агрегата. Размеры кусков (брикеты, пакеты, гранулы и др.) должны обеспечивать их удобную укладку в загрузочные устройства, беспрепятственное введение в агрегат и их полное сгорание.

После загрузки, в частности, в конвертер металлолома и твердых бытовых отходов, обычно в виде брикетов, предлагается подавать кислород для их сжигания и присаживать дополнительно топливо согласно применяемой технологии предварительного нагрева металлического лома. Затем производится заливка жидкого чугуна и ведется окислительное рафинирование.

Преимущество предлагаемой технологии переработки отходов заключается в достижении оптимальных условий для быстрого наведения первичного железистого шлака непосредственно после заливки чугуна в начале продувки и сжигании горючих нетоксичных компонентов твердых бытовых отходов в объеме высокотемпературного шлакового расплава без образования высокотоксичных соединений, что позволяет совместить процесс окислительного рафинирования металла и термической переработки отходов в кислородном конвертере.

В таблице 1 представлены данные о химическом составе и теплоте сгорания углеродсодержащих материалов, рекомендуемых к использованию в сталеплавильном производстве (кокс, угли сортов ТОМ, ССО, Г), а также резиновых (отработанные автомобильные покрышки, транспортерные ленты и др.) и горючих компонентов твердых бытовых отходов (бумага, полиэтилен, полистирол и др.). Приведенные данные показывают, что твердые бытовые отходы по своему химическому составу и технологической ценности близки к теплоносителям, традиционно используемым в сталеплавильном производстве. При этом они имеют даже некоторое преимущество перед углем и коксом вследствие более низкой влажности, а полимеры (полиэтилен, полистирол, полиэтилентерефталат), текстиль, древеси­на обладают более низкой зольностью (менее 1,0%) по сравнению с углями (8-14%), коксом (10%) и резиной (2,5%).

Таблица 1 − Химический состав и теплота сгорания горючих компонентов бытовых отходов и других видов теплоносителей

Компоненты	Влажность, %	Содержание, % сухой массы						Низшая теплота сгорания, кДж/кг (ккал/кг)
		A	C	H2	O2	N2	S
Кокс	5,0	10,0	87,7	0,4	0,3	1,2	0,4	29580 (7060)
Уголь ТОМ, р-з Междуреченский	5,0-9,0	10,0	83,4	2,5	2,3	1,7	0,3	29517 (7045)
Уголь ССО, р-з Бачатский	6,5-10,0	8,0	81,1	4,0	4,5	2,0	0,3	28680 (6845)
Уголь Г, р-з Ерунаковский	9,0-10,0	14,0	69,3	5,2	8,7	2,4	0,4	27069 (6460)
Резина (отработанные автошины)	менее 1,0	2,5	85,0	8,2	2,4	0,4	1,5	37025 (8836)
Бумага	менее 1,0	4,0	42,6	5,9	47,4	0,5	0,2	19978 (4768)
Полиэтилен	менее 1,0	менее 1,0	91,5	8,0	0,0	0,5	0,1	39115 (9335)
Полистирол	менее 1,0	менее 1,0	96,5	3,0	0,0	0,2	0,0	35680 (8515)
Полиэтилентерефталат	менее 1,0	менее 1,0	55,0	4,0	41,0	0,0	0,0	22677 (5412)
Поливинилхлорид	менее 1,0	1,0-3,0	55,0	5,0	0,0	0,5	0,1	24950 (5955)
Текстиль	менее 1,0	1,0-3,0	55,1	6,8	31,2	4,8	0,1	22550 (5832)
Древесина	1,0	1,0	51,0	6,1	41,6	0,2	0,1	19077 (4553)

В конвертерном производстве также используют отходы алюминиевого производства в качестве добавок, способствующих быстрому наведению активного шлака.

При этом в качестве алюминийсодержащих отходов чаще всего применяют выбойку углеродистой катодной футеровки электролизных ванн производства алюминия, которая представляет собой углеродистый материал, пропитанный соединениями алюминия, фтора, натрия и щелочноземельными металлами.

Ввод такого материала в конвертерную ванну ускоряет шлакообразование вследствие более низкой температуры плавления оксидов алюминия, фтористых и щелочных соединений.