Александр Гречко, Владимир Денисов

    Проблема безотходности производства, к которой следует стремиться, увы, пока далека от решения. Но к ее осуществлению, безусловно, нужно стремиться, поскольку многие виды отходов вредно влияют на окружающую среду. Вот почему их переработка и утилизация требуют принятия безотлагательных мер.
    К таким отходам относится и бытовой мусор – твердые бытовые отходы (ТБО). Распространенный способ борьбы с ТБО – вывоз на мусорные свалки-полигоны (в Великобритании – 98 %, в странах СНГ – 95 %, в США – 82 % от общего объема) – не является радикальным, так как при этом не только продолжается загрязнение окружающей среды (процессы разложения, испарения, отстоя вредных веществ), но и изымаются из полезного пользования большие земельные участки. К радикальным мерам следует отнести переработку и полную утилизацию ТБО, имея в виду использование их собственных горючих составляющих, извлечение ценных металлов, максимальное использование других продуктов переработки и вторичного тепла.

    Широко известным способом переработки ТБО является их сжигание в печах с колосниковыми решетками при относительно низких температурах – до 900 ^oС (в Японии сжигают 72 %, в Швейцарии – 80 %). Однако этот метод не отвечает современным требованиям экологической безопасности.
    В последние годы большое внимание стали уделять высокотоксичным хлорорганическим соединениям – полихлордифенилам, дибензодиоксинам, дибензофуранам, которые образуются при сжигании ТБО, содержащих хлорсодержащие компоненты (пластмассы, поваренная соль, изделия из поливинилхлорида, отходы предприятий химчистки и др.). Из большого числа этих соединений наиболее опасные для людей и животных – тетрахлордибензодиоксины и тетрахлордиобензофураны, вызывающие онкологические и другие тяжелые заболевания.
    Кроме того, при сжигании ТБО на колосниковых решетках образуется до 30 % вторичных твердых отходов (несгорающих составляющих), зараженных ядовитыми веществами и требующих специального обезвреживания или захоронения на полигонах. При этом, естественно, теряются содержащиеся в них ценные металлы. Борьба с этими вторичными токсичными отходами признается специалистами как наиболее актуальная в настоящее время.
    Институтом "Гинцветмет" совместно с кафедрой МТЦМ Московского института стали и сплавов (МИСиС) и Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова разработана оригинальная технология переработки ТБО путем плавки в барботируемом расплаве шлака (ПОРШ). Эффект интенсивного барботажа (мгновенный захват частиц ТБО и их ассимиляция жидкой ванной) и сравнительно высокие температуры (более 1200 ^oС) приводят к тому, что, во-первых, все составляющие отходов переходят в жидкое расплавленное состояние (т. е. нет вторичных твердых отходов) и, во-вторых, уже на выходе из печи в отходящих газах практически отсутствуют высокотоксичные вещества.
    Технология ПОРШ прошла в 1991 году крупномасштабные полупромышленные испытания на барботажной плавильной печи Ванюкова (ПВ) Рязанского опытно-экспериментального металлургического завода (РОЭМЗ) "Гинцветмета". Отметим, что крупные промышленные агрегаты ПВ производительностью до 2000 т в сутки рудного сырья уже многие годы успешно работают на предприятиях цветной металлургии: Балхашском ГМК (Казахстан), Норильском ГМК и Среднеуральском медьзаводе (Россия). Эти печи и процесс ПВ являются отечественной разработкой. К ним проявили интерес многие зарубежные фирмы, они запатентованы в нескольких ведущих промышленных странах.
    Печь ПВ РОЭМЗа имеет производительность до 50 т в сутки, что позволяет получать вполне надежные данные для разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) на промышленное проектирование и строительство агрегатов и комплексов. При испытаниях переработки ТБО в такой печи она была специально переоборудована под этот сложный вид сырья. ТБО имели следующий усредненный состав, %: 19,2 С; 2,6 H₂; 15,3 O₂; 0,5 N₂; 0,2 S; зола – 10,5, влага – 51,7. На переработку поставлялись ТБО непосредственно из жилых кварталов Рязани на машинах-мусоровозах.
    Испытания полностью подтвердили расчеты по экологической чистоте отходящих газов (концентрации диоксинов и фуранов на несколько порядков ниже ПДК) и жидких продуктов плавки: верхней фазы ванны расплава (шлака) и донной фазы (металлосодержащего продукта). Таким образом, можно утверждать, что процесс ПОРШ решает экологическую проблему переработки и утилизации ТБО.
    Отметим, что к достоинствам процесса ПОРШ следует отнести сравнительно высокую удельную производительность и низкий пылевынос. Вторичное тепло отходящих газов и охлаждения кессонированных элементов печи утилизируется с получением пара энергетических параметров. Шлаки, получаемые при плавке ТБО, легко корректируются флюсующими добавками до необходимых для потребителя состава и свойств и могут быть использованы для производства различных материалов и изделий (цемент, бетон, стеновые панели, фундаментные плиты, шлаковата, щебень и пр.). Металлосодержащий продукт является хорошим сырьем для заводов цветной металлургии (извлечение ценных металлов). Процесс ПОРШ позволяет перерабатывать также смеси ТБО с промышленными отходами.
    В табл. 1 суммированы сравнительные показатели рассмотренных технологий (традиционной и новой) переработки ТБО, а на схеме приведена технологическая цепочка процесса ПОРШ. Подчеркнем, что, кроме рассмотренного выше, аппаратурная схема мусороперерабатывающего комплекса включает высокоэффективную схему сухой и мокрой пылегазоочистки, широко используемой на заводах цветной металлургии и обеспечивающей выбросы пыли и вредных микропримесей (HCl, HF, SO₂ и др.) на уровне ниже ПДК. Как видно из табл. 1 и схемы, новая технология характеризуется практически безотходностью переработки ТБО.

    Особым вопросом в переработке ТБО является использование их собственной теплотворной способности. По своему составу ТБО имеют теплотворность Q_p^h = 1500 ккал/кг (6,3 МДж/кг) и относятся к низкосортным видам топлива. При определенных условиях (крупный масштаб печи, соответствующее обогащение дутья кислородом) процесс плавления ТБО проходит в автогенном режиме (без применения постороннего топлива). Нами проведена расчетно-экспериментальная работа по определению пределов автогенности в широком диапазоне факторов и разработан типоразмерный ряд по производительности агрегатов, работающих в автогенном и полуавтогенном (с добавкой топлива) режимах. В табл. 2 приведены основные характеристики и показатели этих модульных печей, рассчитанных на населенные пункты с различной численностью населения, а именно по вариантам: I – 1 млн. чел., II – 0,5 млн. чел., III – 250 и IV – 120 – 130 тыс. чел. При этом модули по вариантам I – III обеспечивают автогенность режима плавки ТБО, а в варианте IV требуется добавка постороннего топлива (табл. 2). Практически из этих модулей может строиться завод для обеспечения переработки и утилизации ТБО применительно к населенным пунктам любой численности.
    В настоящее время по технологическому регламенту на основе результатов испытаний на РОЭМЗе (разработчики регламента – "Гинцветмет" совместно с МИСиС, АКХ, ЦЭЦМ и др.) институтом "Гипроцветмет" было разработано ТЭО на проектирование и строительство мусороперерабатывающего завода мощностью 120 и 240 тыс. т отходов в год для одного из подмосковных городов. Согласно ТЭО, срок окупаемости строительства завода составляет 1,5 – 2 года.

    Экономическая эффективность складывается за счет реализации получаемых продуктов плавки (шлака, металлосодержащего продукта) в других отраслях народного хозйства, использования утилизируемого вторичного тепла (в том числе в виде электроэнергии) внутри завода и сторонними потребителями, реализации попутных газов кислородной станции (азота, аргона) на сторону для производства дорогой промышленной продукции (в том числе при утилизации изношенных автомобильных шин, свинцовых аккумуляторов и пр.). Стоит также подчеркнуть, что технология позволяет эффективно перерабатывать "лежалые" (накопленные на полигонах) отходы и смеси ТБО с промышленными отходами в широком диапазоне их соотношений.
    Разработанное ТЭО согласовано и одобрено в природоохранных органах. Получено также положительное заключение Государственной экологической экспертизы. Другими словами, новая отечественная технология ПОРШ является одним из наиболее перспективных направлений в решении проблемы обезвреживания и утилизации бытовых и промышленных отходов.