Главная » 2014»Август»3 » Скачать Разработка химических и микробиологических технологий экологически безопасных производств переработки твердых коммунальных бесплатно
22:13
Скачать Разработка химических и микробиологических технологий экологически безопасных производств переработки твердых коммунальных бесплатно
Разработка химических и микробиологических технологий экологически безопасных производств переработки твердых коммунальных отходов
Диссертация
Автор: Лихачев, Юрий Михайлович
Название: Разработка химических и микробиологических технологий экологически безопасных производств переработки твердых коммунальных отходов
Справка: Лихачев, Юрий Михайлович. Разработка химических и микробиологических технологий экологически безопасных производств переработки твердых коммунальных отходов : диссертация доктора технических наук : 03.00.16 / Лихачев Юрий Михайлович; [Место защиты: ГОУВПО "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"] - Санкт-Петербург, 2006 - Количество страниц: 297 с. 5 ил. Санкт-Петербург, 2006 302 c. :
Объем: 302 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2006
Содержание:
-Актуальность проблемы -Цели и задачи исследования -Научная новизна работы -Научные положения и результаты, выносимые на защиту -Практическая значимость и реализация результатов работы -Реализация результатов работы
Глава Аналитический обзор
11 Твердые коммунальные отходы
111 Генезис ТКО, их количество и состав
112 Классификация отходов
113 Обращение с отходами в развитых странах
114 Принципы устойчивого развития и концепция управления ТКО
1141 Принципы устойчивого развития
1142 Концепция управления ТКО
12 Сбор и первичная обработка ТКО
121 Селективный сбор
122 Уплотнение
123 Вывоз ТКО
13 Существующие методы переработки ТКО
131 Сортировка
132 Технологии утилизации вторсырья
1321 Вторичное сырье из ТКО и рынок продукции на его основе
1322 Переработка ТКО в топливо
1323 Переработка на стройматериалы
133 Термические методы
1331 Сжигание
1332 Пиролиз и газификация отходов
1333 Особенности пиролиза каучуков и резин
134 Биологические методы
1341 Аэробное компостирование
13411 Полевое компостирование
13412 Механизированное компостирование
13413 Активация механизированного компостирования
135 Анаэробная переработка ТКО Получение биогаза
14 Складирование на полигонах
141 Воздействие ПТО на окружающую среду
15 Совершенствование контроля за отходами
Глава Объекты и методы исследований
Глава Воздействие ПТО на окружающую среду
31 Мониторинг загрязнения атмосферы
311 Загрязнения атмосферного воздуха
312 Оценка техногенной нагрузки на атмосферу 115*
313 Расчет максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ, формируемых выбросами предприятия
314 Загрязнение атмосферы в период завершения эксплуатации полигона
32 Мониторинг загрязнения гидросферы
321 Система сбора и очистки хозяйственно-бытовыхи производственных сточных вод
322 Поверхностный и инфильтрационный сток с территории полигона ТКО
323 Расчет поверхностного и инфильтрационного стока
324 Расчет водопотребления на увлажнение свалочных масс и противопожарные нужды полигона
325 Система сбора поверхностных вод и фильтрата и его использование на увлажнение свалочных масс
326 Паводковые (талые воды) и предупреждение аварийных сбросов загрязненных сточных вод в водные объекты
327 Система очистки сточных вод полигона ТКО с применением адсорбционных фильтров
328 Гидрохимические исследования
3281 Поверхностные водотоки
3282 Донные отложения
3283 Уровни загрязнения донных отложений
3284 Грунтовые воды
329 Закономерность изменения величины адсорбции из жидких фаз нанопористыми структурами от температуры
33 Мониторинг загрязнения почв
331 Общая характеристика почв и почвообразующих пород
332 Эколого-радиометрическое состояние территории
333 Эколого-геохимическое загрязнение территории
334 Бактериологическое загрязнение территории
335 Организация работ по рекультивации полигона
336 Технология рекультивации
3361 Технический этап рекультивации
3362 Биологический этап рекультивации
Глава Общие вопросы обращения с ТКО
41 Анализ существующей системы обращения с твердыми бытовыми отходами в Санкт-Петербурге Взаимосвязь между социально демографической ситуации в регионе и процессами накопления ТКО
42 Морфология и количество ТКО
Глава Научные основы комплексной технологии переработки ТКО
51 Сортировка
52 Термоокислительный пиролиз бывших в употреблении автомобильных шин
521 Изучение возможности управления процессом активации с помощью переменного электрического потенциала
522 Опытно-промышленная апробация метода окислительного пиролиза
523 Использование продуктов пиролиза БУАШ в качестве почвоулучшителей-детоксикантов
524 Использование продуктов пиролиза БУАШ в качестве адсорбента для очистки сточных вод полигонов ТКО Ь
525 Реактивация активных углей
53 Активация микробиологических процессов, протекающих при биотермической'санации ТКО в реакторах барабанного типа
531 Микробиологическая характеристика ТКО
532 Биотермическаясанация ТКО в реакторах барабанного типа и последующее компостирование
533 Ускорение компостирования ТКО в биобарабане
5331 Ускорение компостирования внесением микробных препаратов и рециркуляцией готового компоста
5332'Ускорение компостирования внесением дополнительных источников питания* активаторов роста
53321 Влияние исходной температуры ТКО на выход биобарабана на режим
53322 Влияние активаторов на скорость дозревания компостов в буртах
5333 Определение фитотоксичности компоста
54 Получение поглотителей нефти из упаковочного пенополистирола
541 Поглощение некоторыми поглотителями дизельного топлива в многоцикловом режиме
542 Взаимосвязь впитываемости и отжимаемости дизельного топлива ППС
55 Переработка отходов кашированной упаковочной фольги в сорбенты
551 Переработка образцов, спрессованных из отходов ФК и отходов ФК, содержащих полиэтилен высокого давления (ФКП)
552 Переработка упаковочных материалов на основе целлюлозы и термореактивных полимеров
553 Переработка упаковочных материалов на основе термопластов
554 Свойства сорбентов на основе ФК
Глава Экономические аспекты комплексной технологии
7
Выводы
Введение:
Актуальность проблемы Защита окружающей среды от загрязнения твердыми коммунальными отходами (ТКО) является одной из главных экологических проблем мегаполисов /1,2/.Состав и объем ТКО чрезвычайно разнообразны и зависят не только от географического расположения страны и ее благосостояния, но и от культурного уровня населения. Бумага и картон составляют наиболее значительную часть ТКО (до 40% в развитых странах). Вторая по величине категория - органические, в т.ч. пищевые отходы; металл, стекло и пластик обычно составляют по 7-9% от общего количества ТКО. Примерно, по 4% приходится на дерево, текстиль, резину. Четко прослеживается тенденция к снижению плотности ТКО. За последние 30 лет она уменьшилась вдвое, главным образом, за счет растущего количества бумаги, картона и упаковочных материалов, которые ныне составляют более 55% общей массы ТКО /3/.Проблема ТКО требует новых подходов, поскольку те подходы, которые доминируют сейчас, лишь отодвигают проблему, но не решают ее. В последние годы все больше сторонников находит концепция управления ТКО. Этот подход содержит следующие базовые положения /4/: 1. К различным компонентам отходов должны применяться различные подходы.2. Комплексное управление отходами и использование комбинированных способов их технологической переработки должны преследовать цель: - сокращение количества отходов; - их переработку в качественное вторичное сырье; - сжигание того, что не может быть утилизировано иным способом, но может гореть; - захоронение на полигонах того, что нельзя использовать.3. Местные проблемы с отходами должны решаться на местном уровне посредством разработки и осуществления небольших, конкретных программ.4. Подход к переработке отходов должен базироваться на стратегическом долговременном прогнозе изменений объема отходов и технологий утилизации.5. Необходимым элементом любой программы по решению проблемы отходов является участие в ее реализации местных властей и всех, кто производит отходы.Таким образом, обращение с отходами является одной из политических доминант в странах Европы, Северной Америки и в других развитых странах мира. Этим проблемам повсеместно уделяется большое внимание.Фактически система обращения ТКО в развитых странах после первой стадии (снижение количества образующихся ТКО) может быть кратко представлена, следующим перечнем операций: редукция, вторичное использование, переработка, использование внутренней энергии, захоронение остатков.Выбор той или иной операции определяется конкретными экономическими, сырьевыми, демографическими и другими условиями, в зависимости от которых принимаются адекватные законодательные акты, вводятся соответствующие организационно-финансовые механизмы, определяющие наиболее важные акценты в переработке ТКО. В целом эти шаги направлены на создание условий, стимулирующих внедрение приоритетных для данной страны методов переработки отходов.Известны следующие методы переработки ТКО: сжигание, термолиз, компостирование, складирование, сортировка и переработка на вторсырье 1512/.Термические технологии применяются в основном в странах с высокой плотностью населения и ограниченной территорией. Они требуют высокой технологической культуры, представляют сложные энергоемкие технологические системы и значительную экологическую опасность /13/.Механизированное компостирование ТКО обеспечивает удовлетворительную- санитарно-гигиеническую безопасность и не требует значительных земельных отводов. Процесс биотермического обезвреживания ТКО и переработки в компост длится*до 120 часов, дозревание компоста от 8 месяцев до 1,5 лет. Эти процессы-можно ускорить за счет активирующих добавок/14-17/.Размещение ТКО на полигонах имеет ряд существенных недостатков: длительное отчуждение земель, загрязнение поверхностных и .грунтовых вод, эмиссия- парниковых и токсичных газов, безвозвратная потеря вторичного сырья.Практически идеальным методом является глубокая» сепарация,ТКО и производство из их компонентов вторичного' сырья И' новой товарной продукции. Доля- извлекаемых материалов составляет до- 60-80% от массы исходных ТКО; Каждый метод имеет свои преимущества1 и ограничения. Для максимально полной переработки ТКО и минимизации антропогенной' нагрузки, которую осуществляет мегаполис на окружающую г природную среду, необходим1 комплексный и высока.Например, затраты на захоронение ТКО составляет 20-30^ долл. США за тонну, на компостирование - 50-70 долл. США, на сжигание 100-150 долл. США /18/. Очевидно, что^ в большинстве случаев, будут желающие использовать метод захоронения: Поэтому важно (как это сделано в Голландии) осуществлять ценовую политику и* перераспределять финансовые потоки, чтобы обеспечить эквивалентность цен* в сфере переработки ТКО. Действительно, если бы тарифы за переработку ТКО определялись не задачами экологической политики и концепцией устойчивого развития, то безусловное предпочтение отдавалось бы захоронению ТКО. В этой связи актуальна разработка широкого спектра технологий переработки отдельных фракций ТКО - элементов комплексной технологии.Их сочетание с селективным сбором и глубокой сепарацией позволит обеспечить практически полную переработку ТКО, бесперебойную работу производств по переработке отходов и их динамичное развитие, что минимизирует риск возникновения биосоциальных чрезвычайных ситуаций в мегаполисах.Цели и задачи исследования Целью являлась разработка научных основ и практическая реализация комплекса химических и микробиологических технологий (элементов комплексной технологии), обеспечивающих функционирование экологически безопасных производств переработки ТКО мегаполиса.В перечень задач исследования входило: 1.Проведение системного анализа существующего в г. Санкт-Петербурге организационно - технического комплекса обращения с ТКО.
2.Исследование и прогнозирование количества и состава ТКО мегаполиса с учетом особенностей демографической и экономической ситуации в регионе.3.Изучение влияния полигонов ТКО и предприятий по их переработке на окружающую среду и обоснование размеров их санитарно-защитных зон.4.Создание научно-технологических основ и принципиальной схемы организационно-технического комплекса по обращению с ТКО мегаполиса с учетом современных достижений научно-технического прогресса.5.Научное обоснование технологических решений при создании комплексной технологии переработки ТКО мегаполиса: а) разработка и оптимизация комплекса технологических процессов, основанных на электрофизическом методе управления окислительным пиролизом, позволяющих перерабатывать некомпостируемые отходы в продукцию природоохранного назначения и вторичное промышленное сырье; б) разработка и оптимизация методов биотермической санации ТКО и сокращение сроков созревания компостов при их промышленном производстве; в) разработка модульных установок для сорбционной очистки сточных поверхностных и фильтрационных вод полигонов ТКО; г) разработка технологии получения поглотителей нефтепродуктов из упаковочного пенополистирола и изучение их свойств; д) разработка технологии термической переработки кашированной . упаковочной алюминиевой фольги. б.Внедрение разработанных технологий, разработка регламентов технологических процессов и технических условий на новую продукцию.7.Технико-экономическое и экологическое обоснование необходимости реконструкции Опытного завода механизированной переработки бытовых отходов (МПБО) (п. Горелово).Научная новизна работы 1.Предложена и научно обоснована принципиальная схема организационно-технологического комплекса по обращению с ТКО в мегаполисах, включающая систему селективного сбора, мусороперегрузочных станций и комплекс объектов по промышленной переработке ТКО.
2.Впервые осуществлена комплексная оценка воздействия промышленных объектов по переработке ТКО (полигоны и заводы) г. Санкт Петербурга на окружающую природную среду.3. С учетом демографических и экономических особенностей региона, исследован морфологический состав ТКО, образующихся в г. СанктПетербурге. Дан долговременный прогноз развития ситуации с обращением с ТКО в городе и области.4.Предложены и научно обоснованы технологические принципы комплексной переработки ТКО и на их основе сформулированы требования и стратегия обращения с ТКО в мегаполисах, минимизирующие их негативное воздействие на окружающую среду. б.Разработан и внедрен^ метод электрофизического» управления* процессом окислительного пиролиза некомпостируемых ТКО с получением^ продукции природоохранного h назначения. Обнаружено влияние низкочастотных переменных электрических полей на особенности формирования пористости в углеродных материалах при их парогазовой активации. б.Разработан, научно обоснован и внедрен новый способ активации процессов биотермической- санации и компостирования ТКО. Созданы основы проектирования подобных технологических процессов, и предложена новая, методика расчета массы бактериальных питательных веществ, необходимых для их интенсификации.7.При исследовании процессов сорбционной очистки дренажных вод полигона ТКО обнаружена закономерность аномального увеличения адсорбции загрязняющих веществ промышленными углеродными адсорбентами при повышенных температурах, и< предложен способ практической реализации этого явления: Научные положения и результаты, выносимые на защиту 1.Выбор и обоснование принципиальной схемы организационнотехнологического комплекса по обращению с ТКО в мегаполисах.2.Методология оценки антропогенной нагрузки, осуществляемой полигонами ТКО на окружающую природную среду.3.Прогноз морфологического состава и количества ТКО г. СанктПетербурга на основе исследования демографических тенденций региона.4,Обоснование технологических принципов комплексной переработки ТКО, минимизирующих их негативное воздействие на окружающую среду.5.Метод электрофизического управления процессами окислительного пиролиза некомпостируемых ТКО с получением продукции природоохранного назначения.6.Метод ускоренной биотермической санации и компостирования ТКО.
8.Закономерность аномального увеличения адсорбции из жидких фаз углеродными сорбентами при повышенных температурах.Практическая значимость и реализация результатов работы 1. Системный анализ организационно-технического комплекса по обращению с ТКО, учитывающий демографические и экономические особенности региона и их влияние на состав и количество ТКО, позволил научно обосновать стратегию развития перерабатывающей отрасли на долгосрочную перспективу.2.Разработанная и внедренная в практику комплексная технология обеспечивает практически полную переработку ТКО во вторичное сырье и продукцию природоохранного назначения, что при условии достаточности мощностей заводов механизированной переработки ТКО минимизирует отчуждение земель и затраты на строительство новых полигонов.3.Разработанные и внедренные высокоэффективные методы сепарации ТКО существенно сократили объем отходов, подлежащих переработке, повысили ее рентабельность за счет реализации вторичного сырья и новой товарной продукции.4.Внедрение технологии управляемого окислительного пиролиза позволило осуществлять переработку некомпостируемых ТКО с получением пяти видов новой продукции природоохранного назначения.5.Внедрение технологии, ускоренного компостирования сократило сроки созревания компоста из ТКО в 2 раза, обеспечив его высокие санитарно-гигиенические и потребительские свойства. б.Реализация организационно-технических мероприятий по минимизации негативного воздействия промышленных объектов переработки ТКО на окружающую среду локализовало область их воздействия в границах, существенно меньших, чем нормативные санитарнозащитные зоны.7.Использование модульной установки сорбционно-коагуляционной очистки сточных поверхностных и фильтрационных вод локализовало загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод в границах обводного канала полигона ТКО. Обнаруженная при исследовании адсорбции загрязняющих веществ из дренажных вод закономерность увеличения адсорбции при повышенных температурах позволила существенно (в 4-7 раз) увеличить сорбционную емкость углеродных сорбентов, изготовляемых из некомпостируемых ТКО и используемых для снаряжения модуля очистки.8.Результаты исследований стали технологической основой разработанной и принятой в 2005 г. администрацией г. Санкт - Петербурга концепции обращения ТКО мегаполиса.Реализация результатов работы Разработана и внедрена высокоэффективная комплексная технология по сортировке и переработке коммунальных отходов.Разработаны и внедрены высокоэффективные методы сепарации ТКО с использованием экономичных методов измельчения, вторичных пластиков, брикетирования вторичных металлов, извлечения с высокой степенью макулатуры и солевых батареек.Разработаны w внедрены не имеющие мировых аналогов методики управления процессами окислительного пиролиза некомпостируемои части ТКО и старых автомобильных покрышек с получением продукции природоохранного назначения.Разработана и внедрена всокоэффективная система очистки и рециклинга пиролизного газа.Разработаны > и внедрены, не имеющие мировых аналогов, методики активации процессов биотермической санации и последующего компостирования'ТКО'с получением биотоплива, почвогрунтов и компостов для городского озеленения и сельского хозяйства.Разработаны и внедрены в практику высокоэффективные (расход 0,0025% масс.) активирующие составы для ускорения компостирования ТКО. Проведено изучение воздействия на окружающую среду полигонов твердых отходов. Разработана и внедрена* система обезвреживания фильтрующихся вод ПТО. Усовершенствованы организационно - экономические механизмы управления обращением ТКО, позволяющие существенно повысить рентабельность всей системы сбора и переработки отходов.Результаты работы были положены в основу концепции управления ТКО, принятой администрацией г. Санкт - Петербурга. Результаты работы, могут быть распространены на крупные регионы России. Издана монография, суммирующая основные этапы и результаты работы.
