Мар 27 2001

Перспективи утилізації продуктів спалювання ТПВ

Опубликовано в 19:29 в категории Утилизация отходов

Перспективи утилізації продуктів спалювання ТПВ

В.С. Дорофєєв, В.І. Жудіна, О.Ф. Майстренко

Одеська державна академія будівництва та архітектури, Україна

Життєдіяльність людини неминуче зв\’язана з утворенням твердих побутових відходів (ТПВ). Відповідно до законів екології «усе повинне кудись подітися». Однак ТПВ, вивезені на смітники, асимілюються природою десятки і сотні років. ТПВ – екологічна проблема міст, і чим більше місто, тим гостріше ця проблема.

Норма накопичування ТПВ для жителів упоряджених будинків у місті складає приблизно 200 кг у рік. Для такого міста як Одеса кількість відходів повинна бути близько 200 тис. тонн у рік.

Чи є альтернатива смітникам та звалищам? Широке поширення у світі одержав термічний метод знезкодження відходів – спалювання. Такі країни як Данія, Швейцарія, Японія спалюють близько 70% ТПВ, Німеччина, Франція, Нідерланди – близько 40%.

Метод спалювання ТПВ використовується у кількох містах України (Київ, Харків, Дніпропетрівськ, Севастополь). В Одесі та Іллічівську планується будівництво заводів по термічної переробці побутових відходів. Але спалювання ТПВ не дозволяє відмовитись від звалищ тому, що продукти спалювання ТПВ (зола, шлаки) також утворюють своєрідні склади. Нами показана доцільність використання продуктів спалювання твердих побутових відходів у промисловості будівельних матеріалів за аналогією з паливними золами і шлаками, золами та шлаками горілих порід.

У цій роботі були досліджені продукти спалювання побутових відходів заводів Дніпропетровська, Києва, Севастополя, Харкова з метою з\’ясування можливості їх використання в промисловості будівельних матеріалів.

За своїми фізико-технічними властивостями продукти спалювання ТПВ близькі до паливних зол і шлаків:

– істинна щільність – 2050…2450 кг/м3;

– насипна щільність – 800…1100  кг/м3;

– середня щільність крупних включень – 1400…2650 кг/м3;

– показник порожності – 55…61%.

Хімічний склад продуктів спалювання ТПВ нестабільний і залежить від пори року, компонентів побутових відходів, технологічних параметрів спалювання, конструкції печі [1].

У таблиці приведені середні показники хімічного складу золошлакової суміші Кримського, Київського, Харківського, Московського заводів по термічній переробці побутових відходів, а також, для порівняння ряду заводів США. Нами були визначені показники для Кримського, Київського та Харківського термічних заводів. Показники у графах 5,6,7 для Харківського, Московського та термічних заводів США приведені з літературних джерел [2, 3].

Таблиця. Порівняння показників хімічного складу золошлакової суміші різних заводів

Показники, %

Заводи по термічній переробці побутових відходів

Середнє для 25 заводів, США

Крим

Київ

Харків

Харків

Москва

1

2

3

4

5

6

7

SiO2

24,7

57,4

56,5

57,8

54,56

44,73

Al2O3

14,05

17,7

15,6

6,6

9,1

17,44

CaO

21,0

12,8

10,4

11,8

15,57

10,52

Fe2O3

4,0

3,5

5,7

6,51

2,76

9,26

TiO2

0,65

-

-

0,59

0,98

2,92

MgO

5,6

7,9

7,14

1,8

3,2

2,1

Na2O, K2O

3,3

0,2

0,33

6,41

4,51

8,14

P2O5

-

-

-

1,4

2,5

1,52

SO3

6,15

0,6

0,73

0,36

2,53

3,69

MnO

-

0,08

0,1

0,28

0,23

0,29

Компоненти продуктів спалювання ТПВ істотно відрізняються між собою по щільності, міцності, хімічному складу та інших показниках. З цієї причини накладаються деякі обмеженння, пов\’язані з використанням їх у промисловості будівельних матеріалів без відповідної попередньої обробки.

Встановлено, що одним з методів стабілізації складу продуктів спалювання ТПВ може бути їх поділ на фракції (фракціювання), що дає можливість  одержати заповнювачі з більш стабільними хімічними і фізико-технічними показниками властивостей. Механізм стабілізації полягає в тому, що близькі за походженням компоненти ТПВ після спалювання утворюють частки з близькими геометричними параметрами. Наприклад, папір, дерево, тканина після спалювання утворюють дрібні фракції (зола, зола-виносу), а скло, кераміка, каміння, кістки – середні і великі фракції в залежності від попередніх розмірів, в результаті чого розкид показників фізико-технічних і хімічних властивостей кожної з отриманих фракцій зменшується і стабілізується їх склад.

Заповнювачі, отримані з фракційованих продуктів спалювання ТПВ, не гірше за своїми основними характеристиками від паливних зол і шлаків, які застосовуються у будівництві.

Нами наведенні дані про вплив складу продуктів спалювання ТПВ на міцність та морозостійкість бетонів. В результаті обробки експериментальних даних за методикою планованого експерименту були отримані адекватні математичні моделі залежності міцності і щільності досліджених бетонів від їх складу. Досліджувались наступні склади бетонів:

– бетон на гранітному щебені з використанням золошлакової суміші як дрібного заповнювача;

– бетон на вапняковому щебені з використанням золошлакової суміші як дрібного заповнювача;

– бетон на щебені із продуктів спалювання і кварцевому піску;

– бетон на золошлаковій суміші і кварцевому піску;

– дрібнозернистий бетон на фракційованих золошлакових сумішах;

– зола-виносу в якості наповнювача для бетонів.

Як приклад, на рис. 1 приведена залежність міцності бетону на вапняковому щебені і золошлаковой суміші при стиску від його складу.

Витрата цементу, кг/м3 бетона

 

               

 

     Раціональна

область використання

Х1

Ц

                Х2

350

10

9

8

275

7

Щ/в : З/с

6

5

200

4

             1:1                   3:1                  5:1              

Співвідношення витрат вапнякового щебеню

до золошлакової суміші за масою, кг/м3 бетона

Рис. 1. Залежність міцності бетона при стиску від його складу, МПа.

Для кожного досліду готувалися зразки-куби розміром 100х100х100 мм, що випробувалися після 28 діб нормального твердіння.

Бетони на щебені з продуктів спалювання ТПВ і кварцевому піску, золошлаковій суміші і кварцевому піску, а також бетони на вапняковому щебені і золошлаковій суміші за своїми фізико-технічними характеристиками відповідають нормативним документам і їх можна віднести до низькомарочних.

Випробування бетонів на морозостійкість проводилося відповідно до вимог нормативних документів. Бетони на щебені з продуктів спалювання ТПВ і кварцевому піску, золошлаковій суміші і кварцевому піску по морозостійкості відповідають марці F 75. Бетони на вапняковому щебені і золошлаковій суміші – марці F 50.

Проведена санітарно-гігієнічна оцінка продуктів спалювання ТПВ і бетонів на їх основі.

Дослідження проводилися в трьох напрямках: визначення радіоактивності, вилуговування важких металів, міграції летючих сполук.

Дослідження проводилися методами гамма-спектрометрії на АИ – 1024 і на радіометрі «БЕТА» у радіологічній лабораторії Одеської обласної санепідемстанції. Встановлено, що сумарна питома активність природних радіонуклідів не перевищує нормативів для будівельних матеріалів першого класу в продуктах спалювання ТПВ Кримського, Київського і Харківського заводів (менш 370 Бк/кг [4]), а штучні радіонукліди – відсутні. Таким чином, величина радіоактивності не накладає обмежень ні на кількість продуктів спалювання ТПВ в будівельних матеріалах, ні на галузь застосування матеріалів, виготовлених на їх основі.

Для екологічної оцінки запропонованих будівельних матеріалів використали метод вилуговування важких металів дистильованою водою, або кислими розчинами. У першому випадку вилуговування важких металів із продуктів спалювання ТПВ складає для нікелю, міді і кадмію  1,5…9 %, а для марганцю, цинку і заліза 0,17…0,6 % від їхньої кількості у зразку. Результатом вилуговування важких металів з бетону, гіпсобетону і цегли, отриманих на основі продуктів спалювання ТПВ, аналогічні результатам вилуговуванням з традиційних матеріалів і сировини (вапняк, цемент, гіпс). Тому можна зробити висновок, що цей показник не накладає обмежень на застосування продуктів спалювання ТПВ у будівництві.

При існуючих досить низьких температурах спалювання ТПВ на заводах України продукти спалювання містять деяку кількість залишкового органічного вуглецю. Встановлено, що продукти спалювання ТПВ можуть виділяти в навколишнє середовище фенол, формальдегід, олефіни та інші органічні речовини [5]. Виділення фенолу і формальдегіду в деяких зразках перевищують гранично припустимі максимально разові концентрації для атмосферного повітря (ГДКМ.Р.Атм.П.). Ці значення значно зменшуються при оштукатурюванні бетонних поверхонь, дотриманні режиму спалювання побутових відходів, попередній витримці продуктів спалювання ТПВ у відвалах перед використанням. Необхідно виконати додаткові дослідження продукції кожного заводу з метою більш повного вивчення цього явища і кореляції газовиділення продуктів спалювання ТПВ з технологічним режимом спалювання.

Заповнювачі із продуктів спалювання ТПВ рекомендується застосовувати для важких і легких бетонів, формувальних сумішей, які застосовують при будівництві приміщень допоміжного призначення (з короткочасним перебуванням людей) типу складських приміщень, гаражів, бойлерних, трансформаторних підстанцій, а також при виготовленні виробів для облаштованості територій і фундаментів.

На підставі проведених досліджень розроблені і затверджені технічні умови ТУУ 40-02071033-011-95 «Песок шлаковый и смесь золошлаковая от сжигания твердых бытовых отходов» і ТУУ40-02071033-010-95 «Щебень шлаковый от сжигания твердих бытовых отходов для бетонов».

Результати досліджень упроваджені на ПКП АТ «Одестрансстрой». Виготовлено дослідно-промислову партію пустотілих блоків для неопалюваних будинків, відповідно до вимог ДСТУ Б В.2.7.-7-94 «Вироби бетонні стінові дрібноштучні». Дослідженні зразки відповідають нормативним вимогам і рекомендовані для використання.

Використання продуктів спалювання ТПВ як сировини в будіндустрії дозволить вирішити ряд екологічних проблем: зменшити витрати на видобуток і переробку первинної сировини; знизити витрати на розміщення продуктів спалювання ТПВ в навколишньому середовищі; знизити негативний екологічний вплив золовідвалів продуктів спалювання ТПВ.

Література

1. Виллевод Р.С., Беньямовский Д.Н. Охрана окружающей среды. – М.: Стройиздат, 1982. – 51 с.

2. Утилизация твердых отходов. / Под ред. Д. Вилсона. – М.: Стройиздат, 1985. т. 1. – 336 с.

3. Утилизация твердых отходов. / Под ред. Д. Вилсона. – М.: Стройиздат, 1985. т. 2. – 348 с.

4. Республиканские строительные нормы Украины. Положение о радиационном контроле на объектах строительства и стройматериалов Украины. – РСН 356-91, 1987. – 20 с.

5. Жудина В.И., Майстренко О.Ф. Оценка влияния отвалов продуктов сжигания твердых бытовых отходов на окружающую среду. // Сб. науч. ст. ОЦНТЭИ – Одесса: 1999. – С. 117 – 119.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.