Перейти к основному содержанию

1325

пользователей

458

материалов

Мусоросжигательные заводы – опасность для России

14.09.2017
760
Аналитическая статья доктора химических наук о процессах, происходящих во время работы мусоросжигательного завода, и типичных ошибках проектировщиков.

Мусоросжигательные заводы – опасность для России

Статья в журнале «Твердые бытовые отходы» 2009 г. № 9-10

Подготовлена по циклу лекций С.С. Юфита.

С.С. Юфит (1925-2004) - доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института Органической Химии им. Н. Д. Зелинского Российской Академии Наук, председатель Ассоциации независимых экспертов «Химия, Экология, Здоровье», г. Москва.

 

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ

Связывание частичек диоксинов происходит не только в воздухе, ана­логичная картина наблюдается и в воде. В Англии, к северу от Бирмин­гема, работал сжигатель опасных от­ходов (фирма Coalite Chemical). В 1991 г. в молоке коров на трех фер­мах были обнаружены опасные коли­чества диоксинов, поэтому продажа молока с этих ферм была запрещена. Обследование данного района пока­зало, что диоксины накопились не только в почве вокруг сжигателя, но и по фарватеру реки Doe Lea. Даже на расстоянии 1,5 км от места сброса сточных вод были найдены высокие концентрации диоксинов. (Waste Not, № 187, March 1992).

Наше исследование донных отло­жений Северной Двины показало, что выброс диоксинов после целлюлозно-бумажных комбинатов распространя­ется на десятки и даже сотни кило­метров, хотя, как я уже говорил, в чистой воде они растворимы плохо, но на частичках илов их может быть очень много.

Но откуда же идет загрязнение во­ды? Что является источником загряз­нения сточных вод? Первый источник загрязнения - вода для охлаждения шлака, который образуется при сжигании мусора. Шлак содержит много тяжелых и токсичных металлов. Если металл не летуч, он уходит в шлак, если летуч, то попадает и туда, и сюда, а если это ртуть, то искать ее надо в отходящих газах (табл. 1).

Таблица 1 – Типичный состав отходящих газов МСЗ

таблица


Другим источником являются скрубберы для улавливания кислых газов после охлаждения газов при выходе из печи и вода для смыва осад­ков с фильтров. Все эти воды весьма токсичны и требуют специальной очистки. Именно они загрязнили реч­ку Doe Lea в Англии, так как этот сжи­гатель уничтожал только жидкие токсичные отходы.

В табл. 2 приведены результаты работы кислых скрубберов. Хорошо видно, что оксиды азота и угарный газ вообще не задерживаются в этих очистителях.

Таблица 2 – Результаты работы кислых скрубберов

таблица

Сточных вод в среднем образуется 2,5 м3 на тонну сжигаемых отходов. Эта вода сильно загрязнена солями и токсичными металлам (табл. 2). Она всегда либо сильнощелочная, либо сильнокислая. И то другое плохо, так как в этих случая требуется специальная обработка воды. В тех сжигателях, где нет отбора тепла, для получения энергии в горячие газы впрыскивают воду, которая полностью испаряется и с газами попадает на очистные филь­тры, а оттуда - в сборник сточной воды.

Существует еще одна опасность, связанная с загрязненной водой, про­мывающей шлаки, вывезенные на свалки. В этой воде оказалось много не только токсичных металлов, но и опасные количества ПАУ.

 

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ АВТОРОВ ПРОЕКТОВ МСЗ В РОССИИ

Раздел «Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)»

Во многих проектах этот раздел составлен крайне небрежно, что при­водит к возникновению конфликтов с населением. Оценка воздействия на окружающую среду подменяется, а зачастую и исчерпывается рассмотрением структуры и уровней выбро­сов и сбросов:

1) Не рассматриваются альтерна­тивные проекты. Это важнейшее требование либо полностью игнори­руется со ссылкой на превосходные качества данного конкретного проек­та, делающие ненужным рассмотре­ние иных проектов, либо указанием на острую необходимость решения проблемы уничтожения мусора. И, наконец, при рассмотрении альтерна­тивных проектов не оценивают эко­номические показатели. Нежелание проводить сравнительный экономи­ческий анализ вполне понятно, так как сжигание мусора всегда дороже его захоронения и авторы должны выдвинуть серьезные аргументы для оправдания удорожания уборки му­сора.

Характерный пример. Стои­мость строительства завода в Подмосковье оценивалась в 80 млрд руб., а вывоз мусора обходился горо­ду в 2 млрд руб. в год. На собрании горожан в качестве аргумента про­тив строительства МСЗ было ска­зано, что 80 млрд руб. хватит го­роду на 40 лет вывоза мусора. Ре­зультат: строительство завода запрещено.

2) Неверно рассчитывается вели­чина санитарной зоны. Все МСЗ от­носятся к опасным производствам, не ниже 2-й категории опасности, и раз­личные обоснования для уменьшения санитарной зоны недопустимы. Обычным аргументом является ссыл­ка на уникальную чистоту выбросов данного МСЗ, «не имеющего аналогов за рубежом».

Характерный пример. Авторы предлагали установить размер сани­тарной зоны в 180 м. Это было свя­зано с тем, что иначе в санитарную зону попадал военный городок. Аргу­менты авторов проекта: 1) военные не являются жителями населенного пункта; 2) выбросы завода настолько чистые, что это не принесет ника­кого вреда ни жителям, ни окружаю­щей среде. Результат: Санэпиднадзор не дал разрешения на строитель­ство МСЗ.

3) Отсутствует рассмотрение воз­действия вредного объекта на окружающую среду: леса, воды и жи­вотный мир. Это нарушение особен­но опасно при строительстве МСЗ в зонах лесов 1-й группы, у границ заповедников и вблизи рек и озер.

Характерный пример. Из-за мас­совых протестов населения до сих пор не согласован землеотвод для строительства современного поли­гона для захоронения мусора во Вла­димирской области. Протесты свя­заны с необходимостью вырубки участка водоохранного леса. МСЗ су­щественно более опасны, чем совре­менные промышленные полигоны для захоронения мусора.

4) Не учитываются отдаленные последствия работы МСЗ. Это за­мечание относится к принятию рассчитанных низких уровней загрязне­ния (в долях ПДК) для обоснования безопасности данного МСЗ. Однако при рассмотрении отдаленных пос­ледствий влияния выбросов малопод­вижных тяжелых металлов, свинца и кадмия, а также крайне устойчивых диоксинов критерий ПДК не приме­ним, так как эти вещества накаплива­ются в окружающей среде и по мере работы завода их уровень неотврати­мо повышается.

Критерий ПДК для диоксинов со­вершенно не приемлем. Это следует из того твердо установленного фак­та, что не существует столь малой дозы диоксинов, которая была бы безопасной (US ЕРА Health Assess­ment Document for 2,3,7,8-Tetrchlorodibenzo-p-Dioxin (TCDD) and Related Compounds. EPA/600/BP-92/OOlc, August 1994). Допустимая суточная доза, установленная в Рос­сии, - 10 пг/кг веса/день, американ­ская норма - в сто раз меньше. Эти нормы установлены от бессилия, так как уже имеющееся загрязнение ди­оксинами в западных стран такое высокое, что данные нормы легко перекрываются. Основные загрязни­тели природы диоксинами - это МСЗ. В России их пока очень мало и, соответственно, фоновый уровень загрязнения ниже западного.

Характерный пример. В резуль­тате многолетней работы сжигателя мусора в Роттердаме (Нидер­ланды) в радиусе до 30 миль от него загрязнение коровьего молока до­стигло такого уровня, что его продажа и потребление были запре­щены. Высокий уровень содержания диоксинов в отходящих газах на сжигателе в Цаанштадте привел к за­ражению прилегающей территории, превышающему среднее загрязнение в Нидерландах в 50-100 раз. Резуль­тат: завод в Цаандштадте закрыт (и еще 3 завода), остальные заводы Нидерландов затратили миллионы долларов на переоборудование сис­тем очистки газов.

В Польше два МСЗ, выбрасывав­шие диоксины на уровне 15-23 нг TEQ/м3, остановлены. Аналогичные примеры есть и в Англии, и в Канаде, и в других странах.

5) Учет чрезвычайной стойкости диоксинов. Каким бы малым ни был выброс диоксинов, они на десятиле­тия останутся в окружающей среде. Именно поэтому вокруг даже самых лучших сжигателей, полностью удовлетворяющих нормам Европейского Союза (НЕС), создается отравленная зона. Она очень хорошо выражена в радиусе до 1,5 км вокруг трубы сжигателя, а при его многолетней работе эта зона охватывает до 30 км. В ближ­ней зоне выпадают крупные аэро­зольные частицы, а мелкие могут распространяться на десятки кило­метров.

В Голландии было проведено пря­мое измерение содержания диокси­нов в воздухе на расстоянии 1 и 24 км от трех сжигателей мусора (МСЗ). Концентрации диоксинов в воздухе снизились менее чем в 3 раза - с 0,6 до 0,24 пг/м3 на расстоянии 24 км от источника диоксинов (Van Jaarsveld J.A. Onderlinden D. RIVM nr. 738473007, juni 1989). Абсолютно все исследования в разных странах пока­зали четкое ухудшение здоровья на­селения и особенно детей в зонах вокруг МСЗ.

6) Диоксины не исчезают из ок­ружающей среды десятилетиями. В Южном Вьетнаме в местах, отрав­ленных диоксинами, и сейчас при­сутствуют диоксины почти в тех же количествах, что и после обработки оранжевым реагентом 25 лет назад, до сих пор влияя на животный мир, растительность и здоровье людей. Именно поэтому не существует таких технических решений при сжигании неразделенного мусора, которые не наносили бы непопра­вимого ущерба природе и здоровью людей.

 

СИСТЕМЫ ЗАГРУЗКИ МУСОРА

Мусор должен взвешиваться и хо­тя бы частично сортироваться. В на­стоящее время, особенно в больших городах, в мусор попадает много алю­миния, если его предварительно не отделять. При одновременном попадании значительного количества алю­миния в зону горения возможен теп­ловой взрыв.

Бункер для хранения резервного запаса мусора, необходимого для рит­мичной работы МСЗ, представляет собой объект повышенной опасности. Хранение мусора в течение многих дней и даже недель помимо наруше­ния санитарно-гигиенических усло­вий труда приводит к появлению взрывоопасного метана. Правильная конструкция бункера (если он вообще необходим) должна предусматри­вать:

а)     разгрузку через низ бункера, что позволит избежать длительного хра­нения мусора. Если авторы не находят технического решения для разгрузки мусора через низ бункера, необходи­мо предусмотреть полную очистку бункера не реже, чем раз в неделю;

б)    мощную принудительную венти­ляцию мусора, чтобы предотвратить создание взрывоопасной концентрации метана;

в)    поступление воздуха из бункера в печь сжигания, а не в трубу.

Характерный пример. В одном из проектов предлагалось загружать печь с помощью грейферного крана, то есть за один раз в печь поступало более 100 кг влажного горючего. По мнению специалистов, это долж­но было привести к неравномерному горению и нестабильной работе всех систем печи. Авторы проекта заявили, что у них неравномерности не будет, но это их «ноу-хау». Резуль­тат: замечание было внесено в отрицательное заключение.

 

ПЕЧЬ СЖИГАНИЯ

Согласно нормативам Европейско­го Союза (НЕС) геометрия горячей зоны сжигателя должна обеспечивать пребывание газов в зоне с температу­рой не ниже 850 °С в течение не менее   2 с (правило двух секунд) при концен­трации кислорода не менее 6 %. Сле­дует заметить, что это очень жесткое требование и выдержать его непрос­то. Особенно трудно добиться высо­кого содержания кислорода в зоне горения.

У авторов проектов имеются два очень серьезных заблуждения:

1) соблюдение правила двух секунд означает полное уничтожение диок­синов при выполнении этого требования, что совершенно не соответс­твует действительности. Требование двух секунд означает, что в этих усло­виях концентрация диоксинов в от­ходящих газах будет приемлемой для их очистки до требуемых 0,1 нг/м3 (при 11 % кислорода в газах). При этом подразумевается, что степень очист­ки будет не ниже «шести девяток», то есть 99,9999 96;

2) при высокой температуре «все сгорит». Ошибочность данного ут­верждения очевидна. К тому же ав­торы проектов не учитывают еще и особого свойства диоксинов - спо­собности к новому синтезу в холод­ной зоне. Незнание этого факта по­буждает вводить в проекты дополни­тельные зоны с высокой температу­рой - зоны «дожига», которые совершенно бесполезны для снижения концентрации диоксинов в отходя­щих газах.

Пояснение. Вопрос о полезности «дожига» при высоких температурах довольно широко обсуждался в литературе. Подавляющая часть данных свидетельствует о неэффективности этого метода для уменьшения концен­трации продуктов неполного сгора­ния (ПНС). К ПНС относятся и диок­сины. В работе Коммонера (Common-ег В. at al.Waste Management and Research 5:327-346, 1987) и Xaгенмайера (Hagenmaier H. at al. ibid. 5:239-250,1987) сообщается, что при обследовании мусоросжигательных печей было показано, что диоксины образуются в процессе сжигания и что их образование происходит в зо­не охлаждения, поэтому повышение температуры при сжигании не приво­дит к деструкции диоксинов.

Еще в 1987 г. Тренхольм и Турнау показали, что выбросы 15 токсичес­ких веществ (ПНС) из разного рода печей сжигания не улучшаются при изменении температуры от 700 до 1500°С, при изменении времени пребывания газов в печи от 2 до 6 с и из­менении концентрации кислорода от 2 до 15% (Trenholm A. and Thurnau R. Proceedings of the Thirteen Annual Rasearch Simposium. Cincinnati, OH: U.S. EPA Hazardous Waste Engineering Research Laboratory, EPA/600/9-87/015, July 1987). И наконец, высокие температуры приводят к увеличению летучести компонентов, что имеет следствием увеличение выбросов опасных металлов.

Таким образом, метод уменьше­ния концентрации опасных ве­ществ путем «дожига» не имеет под собой обоснования и не способен хоть сколько-нибудь снизить об­щие выбросы ПНС и тяжелых ме­таллов.

 

ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

1. Качество очистки газов. При оценке качества очистки газов следу­ет руководствоваться принятыми в Российской Федерации нормами Ев­ропейского Союза (НЕС).

Характерный пример. В одном из проектов (аналог Пятигорского и Крымского МСЗ) были запроекти­рованы приведенные в табл. 3.

Таблица 3

таблица

Следует отметить, что в табл. 3 вообще не указаны выбросы диоксинов, вопрос о которых являет­ся краеугольным камнем при оценке эффективности любого МСЗ. По НЕС содержание диоксинов в отходящих газах (в расчете на 11 % кислорода при нормальных условиях) должно быть не выше 0,1 нг/м3 в токсических эквивалентах I-TEQ. Очевидно, что указанный в табл. 3 уровень выбросов токсичных веществ совершенно не­допустим. Результат: проект завода был отклонен.

2. Структура очистных сооружений. Основная ошибка проектантов очистных сооружений состоит в том, что они не четко представляют себе факторы, влияющие на снижение вы­бросов диоксинов. Большая часть образовавшихся диоксинов адсорбиро­вана на частицах  летучей золы, поэто­му снижение запыленности снижает загрязнение дымовых газов диокси­нами. Однако после прохождения го­рячих электростатических фильтров количество пыли снизится, а концен­трация диоксинов может увеличиться. Реально снижают содержание ди­оксинов в газах только угольные фильтры, на которых диоксины необ­ратимо связываются, и специальные каталитические дожигатели, объеди­ненные с дожиганием NOx. Именно в силу трудностей улавливания диок­синов очистные сооружения совре­менных заводов стоят так дорого.

Характерный пример. Очистные сооружения проектируемого завода включали угольный фильтр, который должен был работать только в «осо­бых ситуациях». Однако все осталь­ные фильтры не могли снизить содержание диоксинов в газах. Резуль­тат: проект завода в этой части был переделан, что привело к удорожанию проекта и к увеличению коли­чества подлежащих захоронению опасных отходов.

3. Закалка отходящих газов. Распространенным заблуждением явля­ется представление о том, что резкое охлаждение отходящих газов («закал­ка») будет снижать образование диок­синов. Истинная закалка подразуме­вает снижение температуры на многие сотни градусов за доли секунды, что­бы заморозить положение термоди­намического равновесия при высокой температуре. Это трудно достижимо в реальных условиях МСЗ. Но даже если бы авторам проекта и удалось бы заморозить горячую смесь газов, сни­жения концентрации они бы не доби­лись, так как «новые» диоксины обра­зуются не в парах, а на поверхности частичек золы уноса.

Типичная схема «закалки»: ды­мовые газы с температурой более 850°С поступают либо в камеру впрыска воды, либо в котел-утилиза­тор, где охлаждаются приблизитель­но до 320°С. В журнале Chemosphere (1987, 16, № 8-9, р. 336-343) авторы указывают наиболее благоприятные условия для образования диокси­нов - интервал 300-400°С. Это имен­но те температурные условия, в кото­рых газы остывают в котле-утилиза­торе до начала очистки. Если учесть, что образование вторичных диокси­нов может начинаться при темпера­турах ниже 700°С (температуры на­чала их распада), а согласно данным Управления по охране окружающей среды США (US ЕРА Background Doc­ument for The Development of PIC Reg­ulations From Hazardous Waste Incinerators. US EPA Office of Solid Waste, October 1989) в результате экспери­мента получен нижний предел такого образования - от 250 до 350°С, то очевидно, что котел-утилизатор в рас­сматриваемой схеме является идеаль­ным реактором для образования вто­ричных диоксинов. Если отходящие газы содержат мало кислорода, а НЕС требуют не меньше 6% 02 в газах во время сжигания, то характеристики этого реактора для производства вто­ричных диоксинов сильно улучшатся. Следует учитывать и тот факт, что «закалка» возможна только на тех МСЗ, на которых не предусмотрено получение энергии.

4. Основные устройства для очис­тки газов, принятые на современных МСЗ (в г. Алкмаар, Нидерланды):

♦    электростатический фильтр - очистка от пыли;

♦    разбрызгиватель воды (испарение загрязненной воды) - охлаждение газов и частичное удаление НС1;

♦ еще один электростатический фильтр - дополнительное улавли­вание соли, образовавшейся на предыдущей стадии и проскока пыли;

♦    скруббер для поглощения кислых газов (1 стадия) - удаление НС1;

♦    скруббер с раствором щелочи (2 стадия) - удаление кислых газов НС1, HF, S02;

♦   обработка сточных вод после скрубберов (нейтрализация, флоккуляция и осаждение). Очищенная вода поступает в разбрызгива­тель;

♦    теплообменник;

♦    реактор с дополнительным вво­дом активного угля - первое уда­ление диоксинов;

♦    пылевые фильтры - удаление тон­ких пылевых частиц;

♦    разогрев газов перед каталитичес­ким дожигом окислов азота;

♦  реактор подавления NOx (с вводом NH3). Этот реактор теперь соеди­няют и с каталитическим дожигом диоксинов;

Таким образом, в систему очистки введено три противопылевых филь­тра, два орошаемых скруббера, фильтр с активированным углем и система дожига окислов азота.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД

Принципиальным моментом явля­ется экологическая оценка сжигания неразделенного мусора и соответственно, строительства заводов для этой цели.

Экология не есть сумма мер по ох­ране окружающей среды. Более того, охрана окружающей среды - это только одна из частей прикладной эколо­гии. С точки зрения основного при­нципа экологии - сохранения дома, в котором мы живем, сжигание нераз­деленного потока «мусора» есть дейс­твие антиэкологичное. Мы безвозв­ратно уничтожаем вещества, которые были изъяты у природы, что недопус­тимо при глобальном подходе к про­блеме.

Однако строительство таких заводов мусоросжигателей крайне вредно и с гуманитарной, социальной точки зрения, так как работа МСЗ требует стабильного потока ТБО как по ко­личеству, так и по составу, это основа работы любого промышленного пред­приятия.

Таким образом, данные заводы (и их владельцы) «консервируют» сло­жившуюся в городах ситуацию с мусором и будут противиться любому изменению в методах утилизации бы­товых отходов.

 

ТОКСИЧНОСТЬ ШЛАКОВ И ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ

В силу экспериментальности заво­да авторы проектов МСЗ не имеют возможности определить санитарно-гигиенические характеристики шлака и летучей золы. Шлак и летучая зола, получаемые на обычных МСЗ, высоко токсичны, и авторы обязаны прове­рить их токсичность при сжигании реальных ТБО. В некоторых проектах предлагается использовать шлаки для производства цементных изделий или для производства технических стекол. Если использование в стеклах, по-видимому, не вызывает возраже­ний, то вопрос с цементными издели­ями более сложен. В настоящее время имеются спорные данные о таком способе утилизации, связанные с тем, что при изменениях показателя кис­лотности среды (рН) может начаться вымывание тяжелых токсичных ме­таллов. Летучая зола весьма токсична и использовать ее крайне опасно. На современных заводах ее захорани­вают на спецполигонах. На «образцо­вом» заводе в Вене получаемые це­ментные блоки захоранивают в ста­рых соляных шахтах.

 

АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ, ОСТАНОВКА ЗАВОДА

Обычно авторы считают свой про­ект весьма надежным и не рассматри­вают аварийные ситуации, к которым можно отнести:

♦    взрывы в горячей зоне;

♦    прогар стенок зоны дожига или пода печи;

♦   аварийная остановка сжигания при авариях на воздуховодах или в связи с перебоями в подаче му­сора или газа.

Согласно НЕС печь должна оста­навливаться автоматически при па­дении температуры в зоне горения ниже 850 °С. Аварийная остановка приводит к резкому повышению вы­бросов диоксинов. Точно такое же повышение выбросов наблюдается и при начале работы печи, поэтому НЕС предусматривают начало сжигания мусора только после разогрева печи до 850 °С.

 

ПОДГОТОВКА ТБО К СЖИГАНИЮ

Вопрос о подготовке ТБО к сжи­ганию на самом деле является самым главным при оценке предлагаемой технологии. Если мы принимаем на веру эффективность разборки мусо­ра, то на сжигание поступает мусор, содержащий около 4% пластмасс, что вполне достаточно для эффективно­го образования диоксинов. Выборка бумаги и картона приводит только к ухудшению тепловой характеристики топлива, а ценность загрязненной мусором макулатуры весьма пробле­матична. Об элементах питания мы уже говорили. Таким образом, изме­нение состава поступающего москов­ского мусора при ручной сепарации незначительно (кроме стекла и цвет­ных металлов). Для колебаний соста­ва мусора величина 20% является обычной. Повторю еще раз: неболь­шое снижение содержания пластмасс не может существенно сказаться на выбросах диоксинов.

Некоторые ав­торы (Н. Rigo, Dioxin and chlorine: new evidence of no material relationship in a commercial scale system. Organohalogen Compounds, 1998,36, 261) вооб­ще отрицают связь между присутс­твием пластмасс (хлорсодержащих) и выбросом диоксинов, хотя есть и другие мнения (P. Costner. Correlation of chlorine input and PCDD/PCDF emis­sions at a full-scale hazardous waste in­cinerator. Organohalogen Compounds 1998, 36,147). Однако несмотря на научные дискуссии вывод один: сни­жение концентрации пластмасс с 15 до 9 тыс. т/год не изменяет мощ­ность источника диоксинов. Таким образом, разборка мусора (самая «зеленая» операция) на самом деле слабо меняет токсические свойства потока ТБО, а вопрос об экономи­ческой целесообразности в проекте не обсуждается. Это естественно, так как, к сожалению, рынок вторичного сырья в России практически не су­ществует.

Принципиальное отличие москов­ского (российского) топлива для МСЗ от европейского состоит в том, что зарубежный мусор в Европе разбира­ется на стадии сбора, а не сжигания. В некоторых странах, например, в Швеции запланировано использова­ние более 70% материалов, пригодных для рециклинга. Пример Вены (Авс­трия): из 1,8 млн жителей, которые «производят» 835 тыс. т ТБО (1998 г.), 40% участвуют в раздельном сборе мусора. Они сортируют 30% от обще­го объема ТБО, что составляет 250 тыс. т/год. 9,5% идет на компос­тирование, 11,5% захоранивают на полигонах (не на свалках!), а остальное сжигается на МСЗ в Вене, но с пред­варительной сепарацией мусора.

Портал создан в рамках проекта "Чистые берега"

altalt