Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Опыт переработки и выбор оптимальных технологий твердых бытовых отходов 7
1.1 Анализ и оценка зарубежного опыта обращения с твердыми бытовыми отходами 7
1.2 Анализ существующей системы обращения с твердыми бытовыми отходами в санкт-петербурге 20
1.3 Выбор оптимальных технологий переработки твердых бытовых отходов 36
ГЛАВА II. Исходные материалы и методики проведения эксперементов 45
2.1 Исходные материалы 45
2.2 Методы изготовления шихты и проведения термообработки ...47
2.3 Методы исследования. рентгенофазовый анализ 48
2.4 Количественный фазовый анализ 49
2.5 Формально-кинетическийанализ 52
2.6 Материалы и методы исследования процессов ферментации 52
ГЛАВА III. Статика и динамика процессов контейнеризации вредных примесей, содержащихся в коммунальных золах в строительные материалы 54
ГЛАВА ІV. Разработка методов интенсификации процессов ферментации муниципальных отходов с целью получения биокомпостов для репродуктивного восстановления почв 83
ГЛАВА V. Обоснование необходимости реконструкции и расширения опытного завода мпбо с использованием комплексной технологии переработки ТБО 94
5.1 Технические характеристики исследуемого объекта 94
5.2 Социально-эколого-экономические предпосылки реконструкции исследуемого объекта 97
5.3 Обоснование принятого метода обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов 103
5.4 Технологические решения принятые в проекте реконструкции и расширения оытного Завода мпбо 105
Заключение 129
Выводы 134
Литература 136
- Анализ и оценка зарубежного опыта обращения с твердыми бытовыми отходами
- Методы изготовления шихты и проведения термообработки
- Технические характеристики исследуемого объекта
- Социально-эколого-экономические предпосылки реконструкции исследуемого объекта
Введение к работе
Экологические проблемы приобретают глобальный масштаб, затрагивая интересы различных государств и постепенно перерастая в экологические катастрофы, острота и глубинная сущность которых еще не осознана человечеством. В связи с этим, важно обратить внимание на те сферы, которые осуществляют геоэкологическое равновесие на планете, и в первую очередь к литосфере. Литосфера - область сосредоточения природных минеральных ресурсов, необходимых для функционирования и развития человечества, как биологического вида и общественной социальной структуры, поэтому на рубеже 21 века было закономерно формирование экологической геологии (геоэкологии), и изучающей все многообразие в системах «литосфера - человек», «литосфера - биота», «техногенно-измененная литосфера - биота», «литосфера - инженерное сооружение -биота». При такой конструкции систем, техногенные источники воздействия, учитываются опосредовано через техногенные изменения литосферы.
Борьба с техногенными отходами представляет собой одну из важнейших проблем экологии и, в частности, геоэкологии. Это определяется тем, что в последнее десятилетие перед человечеством обострились проблемы загрязнения и экологической деградации биосферы, связанные с накоплением промышленных и бытовых отходов.
Проблема охраны окружающей среды от загрязнения бытовыми и промышленными отходами одна из важнейших в жизни современного общества и является основной при функционировании современных мегаполисов. От успешного решения этой проблемы во многом зависит дальнейший прогресс в оздоровлении среды обитания жителей городов.
Управление отходами - один из определяющих факторов в обеспечении продвижения к более экологически надежному и устойчивому развитию общества, поэтому в нашей стране и зарубежных странах уделяется большое внимание этой проблеме. Цель всех концепций по обезвреживанию отходов -защитить здоровье человека и окружающую среду от опасных последствий, связанных со сбором, транспортировкой, переработкой и захоронением отходов. В политике управления отходами можно выделить четыре основных направления:
- предотвращение образования отходов;
рециклинг и вторичное использование отходов;
сжигание всех горючих неутилизируемых фракций ТБО
- безопасное размещение неутилизированных отходов.
Имеющийся методические подходы в области переработки ТБО и
включающий пять основных методов переработки (компостирование, сжигание, сортировка, анаэробное разложение, складирование на полигонах) не универсален. В основном он определяется традицией страны, где эти технологии используются. В настоящее время в России критерий оптимальности технических решений в области переработки ТБО
формируется главным образом на основе экономических приоритетов и не учитывает социально-экологических последствий от реализации различных вариантов технологий утилизации ТБО. Недостаточная проработанность критериальных параметров выбора и социально-экологической значимости технологий переработки ТБО и актуальность этого вопроса определили выбор темы данной диссертационной работы. При этом решение этой актуальной проблемы базировалось на накопленном опыте отечественной технологии переработке ТБО, используемой в городе Санкт-Петербурге.
Целью диссертационной работы является: разработка концептуальных основ переработки ТБО в мегаполисе и исследование элементов наиболее эффективной технологии переработки ТБО для комплексного решения связанных с этой проблемой геоэкологических задач и землепользования, а также производства продукции из отходов.
Для достижения этой цели в диссертации определены следующие задачи исследования:
рассмотреть процессы переработки ТБО в системах «техногенно -измененная литосфера - биота», «литосфера- инженерное сооружение -биота» (на примере природоохранного предприятия по переработке ТБО) и оценить возможный их вклад в процессы деградации литосферы;
разработать концепцию переработки ТБО в мегаполисах с использованием методов системодинамики и накопленного опыта существующего производства по переработке ТБО;
разработать на базе существующих методологий и производства новую комплексную технологию, полностью решающую проблему переработки ТБО в Санкт-Петербурге, без дополнительного землеотвода для новых производств по переработке ТБО и полигонов твердых отходов.
определить оптимальные параметры биокомпостирования органической части ТБО;
Объектами исследования в данной работе являются: комплексная технология переработки ТБО и ее отдельные элементы, позволяющие реализовать цели и задачи данной работы на базе существующего производства (Опытного завода МПБО), в границах существующего землеотвода и наработанного научно-исследовательского материала за весь период функционирования завода и полигона твердых отходов, где проблемы обращения с отходами особенно актуальны и во многом отражают состояние проблем в крупнейших городах страны.
На защиту выносятся следующие основные положения, определяющие научную новизну работы:
разработаны и научно обоснованы оптимальные параметры биокомпостирования компостируемой части ТБО для репродуктивного восстановления почв;
предложен новый способ получения биокомпостов из муниципальных отходов, который основан на активизации ферментационных процессов переработки компостирующей фракции отходов за счет введения микробных ассоциаций, способствующих повышению качества компостов (увеличение содержания общего азота на 1%, а общего фосфора на 0,7%). В результате урожай сельскохозяйственных культур вырос на 21-33%;
разработана новая технология комплексной переработки ТБО, сочетающая в себе преимущества различных методов переработки ТБО и улучшающая состояние окружающей природной среды в Санкт-Петербурге;
разработан способ утилизации зол от сжигания ТБО с последующим ее использованием в обжиговых строительных материалах при содержании глины - 50-25%, золы - 50-75% и обжиге при 1000С.
определена термодинамическая вероятность химических реакций (оценены значения изобарно-изотермических потенциалов) в системах оксидов составляющих золу после сжигания ТБО -Si02-Ab03-CaO-MgO-ZnO-FeO-CdO-NiO-Cr203-HgO (более 150 реакций), изучена статика и динамика твердофазных реакций формирования породообразующих минералов, показано, что тяжелые и цветные металлы входят в структуру породообразующих минералов и не выщелачиваются в слабокислых и щелочных растворах, что доказало возможность нейтрализации золы после сжигания ТБО с последующим использованием для производства строительных материалов;
Практическая ценность:
Результаты проведенных исследований ориентированы на использование их при реконструкции Опытного завода МПБО с учетом всего накопленного опыта функционирования предприятия и концептуальных разработок обращения с ТБО в мегаполисе.
Все практические рекомендации, полученные в результате проведенных исследований, использованы:
в проекте реконструкции и расширения Опытного завода МПБО с увеличением объемов механизированной переработки ТБО в 2,5 раза с использованием комплексной технологии переработки ТБО. Эта технология позволяет снизить нагрузки на действующие полигоны твердых отходов и не допустить использование земель под новые полигоны и мусороперерабатывающие предприятия вокруг Санкт-Петербурга, тем самым предотвратить ухудшение состояния окружающей среды.
при апробации способа получения биокомпостов из компостируемой фракции ТБО, позволившей интенсифицировать процесс ферментации и сократить период переработки на 25% (12 часов) по сравнению с существующим проектным режимом на исследуемом предприятии; при разработке нового способа получения биокомпостов с возможностью использования их для рекультивации земель и полигонов ТБО;
- при разработке усовершенствованной технологии утилизации зол от
сжигания ТБО с переводом их в устойчивые соединения (силикаты или
кристаллические структуры) с последующим использованием для
производства строительных материалов. Преимущество данной
технологии состоит в отсутствии необходимости захоронения
коммунальных зол на полигонах токсичных отходов.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на экологических неделях Санкт-Петербурга (1996-2000), на заседании Северозападной региональной ассоциации (1999), на российско-датском семинаре (1998, Валаам - Кижи - Санкт-Петербург), на научных чтениях «Белые ночи» (1998, Санкт-Петербург), на международной конференции «Технология энергосбережения, строительство и эксплуатация инженерных систем» (2000, Санкт-Петербург), на конференции «Безопасность и экология Санкт-Петербурга» (2000, Санкт-Петербург), на конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей СПбГТУ (1997-2001), на симпозиуме по компостированию отходов, Канада, 1999. "West Nich 99", Proceeding of 9th Intern Conference FAO Network on Recyclihg of Agricultural, Municipal and Industrial Residues in Agriculture, Italy, 2000. На международной конференции «Микробная экотехнология для переработки органических и сельскохозяйственных отходов», Санкт-Петербург, 2000. Материалы диссертации нашли свое отражение в обзоре «Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге за 1990-1999 годы»Санкт-Петербург, 2000, 516 с.
Личный вклад автора. Автор организовывал, руководил и непосредственно участвовал в лабораторных исследованиях, направленных на решение задач, поставленных в диссертационной работе. На основе полученных данных в ходе исследований и сравнительного анализа международного и отечественного опыта обращения с ТБО , автор разработал новую технологию переработки ТБО.
Анализ и оценка зарубежного опыта обращения с твердыми бытовыми отходами
Образование отходов в процессе жизнедеятельности общества -процесс естественный и неизбежный. В XXI веке стремительно нарастает количество отходов на стадиях производства материальных благ и их потребления. От решения проблемы удаления и переработки отходов зависит благополучие и само существование общества [1-160].
Твердые бытовые отходы (ТБО) образуются в домохозяйствах или в результате деятельности коммерческих и производственных структур, социально-бытовых учреждений, чьи отходы подобны образующимся в домохозяйствах. Стандартное международное определение ТБО отсутствует. Рабочая формулировка понятия относит к ТБО отходы, собираемые, прямо или косвенно, городскими (муниципальными) службами. Периодическая литература и монографии свидетельствуют, что наиболее значительную часть ТБО индустриально-развитых стран в период с 1988 по 1999 год, составляли отходы упаковки, бумаги, остатки продуктов питания, изношенные одежда, посуда и предметы долговременного пользования.
Из общего количества 408 млн. т ТБО, произведенных в 1990 г. промышленно-развитыми странами, 48 % приходится на Северную Америку (США и Канада), 37 % на страны Западной Европы и 15 % на страны Тихоокеанского региона. С 1975 по 1990 г. общее количество ТБО в странах Западной Европы выросло на 40 % (рост составил 10 - 15 % за каждые 5 лет) [37,97].
Среднее производство ТБО на душу населения индустриально-развитых стран в 1990 г. было равно 480 кг, что составляет рост этого показателя на 28 % по сравнению с 1975 г. Однако между самими странами существуют очень большие различия по этому показателю. Так, в США производство ТБО на душу населения выросло до 721 кг в 1990 г. по сравнению с 538 кг в 1975 г. За тот же самый период в странах ЕС этот показатель вырос с 280 кг до 325 кг .
Данные об образовании ТБО на душу населения в развитых странах мира представлены в табл. 1.1.1 (на 2000 г.) [9].
Естественно предположить, что рост благосостояния общества, ведущий к увеличению объема потребляемых благ (одежды, мебели, бытовых приборов и т.п.) должен приводить к увеличению количества образующихся отходов, относящихся к категории ТБО. Хотя строгих расчетов не существует, однако можно утверждать, что производство ТБО не является простым и прямым следствием объемов производства и потребления.
Общее количество ТБО и их количество на одного жителя в год не линейно зависит от уровня национального дохода на одного жителя, в большей мере определяется геополитическими и культурными факторами, влияние которых подчас является определяющим.
Однако развитие уровня жизни со временем вызывает рост гражданского самосознания, в частности - понимание чрезмерности потребления природных ресурсов, необходимости выделения территории для размещения отходов. Возникающая в обществе обратная связь вызывает активность в части ресурсосбережения, повышения технического и технологического уровня производств, методов обращения с отходами производства и потребления. Это интенсифицирует процессы, приводящие в конечном итоге к сокращению потоков ТБО.
Европейские, в особенности - скандинавские страны, с высоким уровнем удельного ВНП, благодаря развитой культуре обитания на "тесной" территории, а также Япония с ее "религиозным" отношением к природе и одним из высших уровней доходов населения имеют лучшие показатели по отношению ВНП к массе отходов.
Напротив, лучше обеспеченные природными ресурсами США, Канада, Австралия и Новая Зеландия при высоком удельном ВНП не стесняли себя в производстве ТБО, по-видимому, исходя из возможностей найти относительно дешевые территории для захоронения несортированных отходов.
Практика обращения с отходами в высокоразвитых промышленных странах Европы и Америки прошла длительный путь "проб и ошибок", в результате чего были выработаны достаточно четкие правила, касающиеся обращения с бытовыми отходами, их токсичными составляющими, рециклизуемыми и утилизируемыми компонентами, а также проблемными аспектами технологий переработки ТБО.
В результате проделанной внутри государств и на межгосударственном уровне работы, были выбраны приоритеты в обращении с ТБО, а также некоторые строгие ограничения по токсичным веществам и технологиям переработки отходов, в которых эти вещества могут присутствовать.
Европейское Сообщество (ЕС) суммировало эти наработки в принятой в 1990 году Стратегии сообщества для обращения с отходами.
Природоохранная политика ЕС основана на принципах устойчивого развития. Под устойчивым развитием понимается в первую очередь неправомерность действий, представляющих угрозу будущим поколениям. Устойчивое развитие предусматривает соответствующие требования к системе обращения с отходами. Для их выполнения принят следующий порядок управления потоками отходов, предписывающий: в использование всех возможностей для предотвращения образования отходов; о вторичное использование всех полезных фракций ТБО, включая получение энергии (рециклинг); экологически правильное захоронение не утилизируемых фракций, включая строго контролируемое сжигание. Устойчивость системы обеспечивается: Развитием рынка вторичных ресурсов. Рыночная инфраструктура позволяет осуществлять раздельный сбор отходов, вторичное использование материалов и энергии, и косвенно способствует уменьшению объемов отходов. Удалением отходов в соответствии с Европейскими стандартами. в Пресечением нелегального захоронения отходов (жесткая система контроля). Применение принципа "загрязнитель платит". Механизмы реализации: запрет на использование материалов, для которых доказана вредность воздействия на окружающую среду; рост стоимости размещения отходов на полигонах ( налог на захоронение); оказание поддержки производителям в целях уменьшения материалоемкости упаковки и продукции (минимизация отходов); поощрение использования материалов, которые безопасны в использовании и размещении.
Требования к системе обращения с отходами заложены в программные документы и директивы ЕС. Большинство стран ЕС (Дания, Германия, Голландия и др.) внесли эти директивы в свое законодательство.
В стратегии ЕС учитываются, как требования охраны окружающей среды, так и экономические соображения.
США и Канада, которые не являются членами ЕС и формально не присоединились к этому документу, в своей политике обращения с отходами придерживаются той же системы приоритетов. Однако "идеологическое единство" еще не означает близкого состояния фактической организации обращения с ТБО в отдельных странах. Каждая из них имеет исторически сложившееся хозяйство и определенные методы решения проблемы отходов.
Методы изготовления шихты и проведения термообработки
Приготовление шихты осуществлялось тремя методами:
1.Метод механического смешения и истирания прошкообразных реагентов: при составлении шихты из оксидов, гидроксидов и карбонатов навеска заданного состава подвергалась длительному истиранию в агатовой ступке в среде этилового спирта /ректификата/.
2.Метод термического разложения солей: при использовании в качестве исходных реагентов азотнокислых солей, содержащих кристаллизационную воду, в смесь солей, взятых в необходимых количествах для получения алюминатов заданного состава, добавлялось небольшое количество воды. Полученная смесь подвергалась нагреванию в муфеле до полного удаления воды и затвердевания солей. При дальнейшем обжиге при 1273К смесь разлагалась на оксиды. Полученная масса размалывалась и прессовалась в таблетки.
3.Метод совместного осаждения солей или гидроксидов: использовались растворы азотнокислых солей кальция, стронция, бария и алюминия. Нитратные растворы лантана и неодима изготавливались растворением соответствующих оксидов в азотной кислоте. Для синтеза полиалюмината празеодима использовался раствор его хлорида. Осаждение ионов кальция, лантана, неодима и празеодима осуществлялось по реакциям: Ca(N03)2+2NH40H Са(ОН2) + 2NH4NO3 (2.2.1) Ln(N03)3+3NH40H Ln(OH3) + 3NH4NO3 (2.2.2) осаждение ионов стронция и бария: Me(N03)2+(NH4)2C03 МеС03 +2NH4N03 (2.2.3)
С учетом исследований авторов [59-73] процесс совместного осаждения" проводился следующим образом: слитые в необходимом соотношении растворы солей нагревали до кипения и добавляли осадитель при интенсивном перемешивании. Нужное для полноты осаждения рН 8-Ю достигалось добавлением водного раствора аммиака /25%-ный раствор/. Полнота осаждения контролировалась качественными реакциями: алюминий определяли трилонометрическим титрованием, лантаноиды - весовым методом после осаждения их из растворов в виде оксалатов. Осадки выдерживались при перемешивании в течение нескольких часов, после чего промывались дистиллированной водой и высушивались при 373К. Прокалка до разложения на оксиды осуществлялась при соответствующих температурах. Полученная масса перед прессованием подвергалась кратковременному размалыванию.
Шихта прессовалась в таблетки диаметром 10 мм, высотой 1-1,5 мм под давлением: 500 кГс/см - для проведения экспериментов по изучению кинетики и 3000кГс/см2 - при изучении фазовых равновесий.
Термообработка исходных образцов проводилась в электрических печах с силитовыми нагревателями, а также в вакуумных печах. Контроль за температурой осуществлялся с помощью платино-платинородиевой термопары, точность измерения температуры составила 10. Температура в печи поддерживалась постоянной с помощью потенциометра ПСРЛ-01. Обжиг осуществлялся как в газовоздушной атмосфере, так и в расплаве металлического олова по методике, предложенной авторами 1581. При этом образцы помещались в графитовые пипетки с отверстиями, обеспечивающими доступ жидкого олова вовнутрь при погружении пипетки в расплав олова.
Рентгенофазовый анализ (РФА) осуществлялся методом порошка на дифрактометре ДРОКИ,5 на Си, ig - излучении , к» - составляющая характеристического спектра ослаблялась Ni - фильтром. Анодное напряжение и сила тока на рентгеновской трубке подбиралась исходя из оптимальных условий съемки. Скорость вращения сцинтилляционного счетчика выбиралась в зависимости от задачи анализа.
Для проведения качественного рентгенофазового анализа, согласно методик /№ tf /, рентгенограммы снимались со скоростью 2 град./мин. Допустимые отклонения величин межплоскостных расстояний от эталонных составляют 1%.
Определение параметров решетки методом внутреннего эталона проводилось по рефлексам под большими углами (съемка рентгенограмм велась со скоростью 1 или 0,57мин. Постоянные решетки иС (изучаемые соединения имеют гексагональную сингонию) рассчитывалось из уравнений:
Среди периодических методов оценки степени превращения исходных реагентов количественный рентгенофазовый анализ наиболее универсален, он основан на сопоставлении интегральной интенсивности характерных отражений реакционной смеси и смесей с внутренним эталоном, точность определения таким методом достигает 2-3% [69]. Этот вид количественного фазового анализа и использован нами при оценке степени выхода продукта. Ниже, для примера, приведено описание определения количества (в %) образовавшегося гексаалюмината кальция в обожженных образцах.
В качестве аналитической линии была выбрана характерная для СаА1і20і9 линияа =2,47А. При построении графика зависимости содержания продукта от отношения интенсивностей данной фазы и эталона (в качестве эталона использовался KCI) были приготовлены десять эталонных смесей с различным содержанием гексаалюмината кальция. После тщательного перемешивания была произведена четырехкратная съемка рентгенограмм в интервале углов от 14 до 19. Определив величины отношений интенсивностей аналитических линий гексаалюмината ( cL =2,47А) и эталона (KCI) (с =3,146А) для каждого состава, строили градуировочный график (рис. 1.1), с помощью которого проводилась оценка содержания гексаалюмината кальция в обожженных образцах. Для примера на рис.2.1 и 2.2 приведены участки рентгенограмм обожженной смеси (СаО + 6А120з) с эталоном.
Технические характеристики исследуемого объекта
Коммунальные золы, к которым относятся золы от сжигания твердых бытовых отходов являются специфичными бытовыми отходами, утилизация которых и вторичное использование в виде конкретных материалов ограничена из-за малой изученности процессов сопровождающих формирование коммунальных зол при термической обработке. В литературе нет данных о состоянии тяжелых и цветных металлов в таких объектах, отсутствуют и данные по возможному вымыванию (выщелачиванию) тяжелых и цветных металлов в процессе размещения или использования материалов, в которых содержится зола от сжигания ТБО.
Современный уровень научно-технического прогресса, интенсивный рост производства в сочетании с необходимостью акцентирования особо пристального внимания на обострившейся экологической обстановке во всех регионах страны требуют расширения использования вторичных ресурсов в технологических циклах производства. Обобщение опыта комплексного использования вторичных ресурсов позволяет эффективно утилизировать отходы производства, снижать себестоимость готовой продукции без ущерба для качества, а главное - стабилизировать экологическую обстановку за счет снижения доли захораниваемых отходов, непригодных для вторичного использования.
Подавляющее большинство процессов, связанных с производством и применением строительных материалов, имеет химическую природу.
Анализируя данные, приведенные в Табл.3.1, можно отметить, что основными фазами неорганической составляющей конкретных коммунальных зол (КЗ) являются фазы, реализующиеся в системе Si02 - AI2 О3 - CaO(MgO) - Fe203. Из-за незначительного количества MgO и Fe203 пятерная система может рассматриваться как квазитройная система СаО - А1203 - Si02. Другими словами, равновесный состав фаз будет представлен фазами, реализующимися в указанной системе, так как MgO и Fe203 , присутствующие в количествах, в соответствии с Табл.3.1, будут растворяться в соответствующих подрешетках Са и А1 [95-134].
Указанную систему необходимо рассматривать как последовательный ряд двойных систем: 1. МеО - Si02; где Me - Са, Mg, Fe, Ni, Со, Zn, Мп и т. д., при этом количество цветных металлов, как указано выше, составляет 10"3 - 10"5 %, т.е. они присутствуют как микропримеси, не оказывая существенного влияния на микропроцессы, протекающие в реальных системах; 2.МеО - А1203, где Me - соответствуют таковым в п.1; 3.Si02-Al203; 4.МеО - Fe203, где Me - соответствуют таковым в п.п. 1,2.
Для реального представления всех процессов необходим учет и возможных фазовых равновесий в системах: CaO-Al203-Si02, MgO-Al203-Si02, CaO-Fe203-Si02, MgO-Fe203-Si02, CaO-Fe203-Al203 и более сложных системах типа: Al203-CaO-FeOSi02, Al2 03-CaO-Fe203-MgO-Si02 и т.д..
Другими словами, рассмотрение фазового состава в соответствии с указанными диаграммами состояния может вскрыть картину фазообразования в изучаемой системе.
При адаптации КЗ к производству строительных материалов необходимо учитывать и реакции с ингредиентами, которые вводятся в качестве наполнителей, отвердителей, минерализующих добавок и т.п. при реализации каждой конкретной технологии. Так, например, при реализации технологии керамзита вводятся добавки глинистых минералов, которые наряду с вышеперечисленными оксидами содержат оксиды щелочных металлов. При осуществлении процесса получения обожженного кирпича в качестве добавок может использоваться диоксид кремния. При производстве спеццементов или спецбетонов можно вводить фосфаты, гипс и т.п. Однако даже такой утилитарный подход с использованием рассмотрения основных систем и реакций позволит однозначно описать всю схему сложных преобразований в изучаемых реальных системах.
В качестве одной из базовых систем, определяющих фазовое равновесие в системе оксидов, составляющих КЗ, является система MgO -Si02.
В данной системе формируются три вида силикатов магния состава MgSi03, которым отвечают природные минералы энстатит, протаэнстатит и клиноэнстатит и фаза Mg2SiC 4, которая встречается в природе в виде минерала форстерита [107].
Еще одной из важнейших систем, определяющих фазовые равновесия в КЗ, является система СаО - Si02. Эта система наиболее хорошо изучена, так как она содержит основные элементы, входящие в состав цемента, огнеупоров, шлаков и т. д.. Она включает в себя ряд природных минералов: ранкинит (Ca3Si207), килхоанит (низкотемпературная модификация ранкинита), бредигит ( a Ca2Si04), ларнит ( р Ca2Si04), волластонит ( J5 — CaSi03), известь (СаО), кристобалит и другие [107].
Данные по полиморфизму Ca2Si04 содержатся в работах Дэя и Шелерда, Ранкина и Райта и других[107].
Существенное практическое значение имеет полиморфное превращение /?(a )-;K-Ca2Si04, сопровождающееся 10%-ным увеличением объема кристаллов, вызывающим распад в тонкий порошок доменных и иных, богатых известью, силикатных шлаков и цементнык клинкеров, содержащих значительное количество двукальциевого силиката.
По Грину стабилизирующими добавками являются Na20+Fe203 или Na20-Al203 и другие [107].
Трехкальциевый силикат встречается в трех разновидностях: триклинной, моноклинной и тетрагональной фазах.
В связи с наличием в смеси оксидов даже незначительных количеств цинка представляет интерес и система ZnO - Si02, в которой формируется лишь один силикат Zn2Si04, который отвечает составу природного минерала виллемита.
Нами уточнялась богатая диоксидом кремния часть диаграммы состояния в [100-101], где показано, что Zn2Si04 не образует твердых растворов с Si02.
Виллемит (Zn2Si04) имеет структуру минерала фенакита - Be2Si04, т.е. он может поглощать довольно значительные количества примесей бериллия, «маскируя» (обеззараживая) его [119-121].
Представляют практический интерес и фазовые равновесия в системе РЬО - Si02. Для данной системы характерно богатство возможных кристаллических образований.
Для реального представления о процессах необходимо знание и систем MnO - Si02; FeO - Si02, СоО - Si02, NiO - Si02. Для всех указанных систем характерно формирование соединений состава Me2Si04 где Me - Mn, Fe, Со, Ni. Эти соединения могут встречаться и в виде природных соединений тефроита (Mn2Si04), фаялита (Fe2Si04). Для системы MnO - Si02 характерно образование и соединения с соотношением 1:1 (родонита - MnSi03). Для железо- , никель- и кобальтсодержащих систем указанные соединения отсутствуют.q
Социально-эколого-экономические предпосылки реконструкции исследуемого объекта
Технологической схемой предусматривается разгрузка мусоровозов в приемные бункеры, из которых пластинчатыми питателями или грейферными кранами отходы подаются на ленточные конвейеры, подающие их на участки предварительной сортировки, магнитные сепараторы отбора металла. Отобранный магнитными сепараторами металл пакетируется на прессах. В ходе технологического процесса отбираются цветной и черный металлолом, макулатура, текстиль, стеклобой. Затем во вращающихся биотермических барабанах размером 4x60 метров происходит стимуляция жизнедеятельности микроорганизмов, результатом которой является активный биотермический процесс. При температуре более 50С и в течении более 12 часов происходит санитарное обезвреживание отходов. На выходе биобарабанов установлен барабанный грохот, в котором производится разделение некомпостируемой и компостируемой части отходов. Компостируемая часть отходов через магнитный сепаратор и пневмосепаратор отбора полиэтиленовой пленки подается на дробилку, а затем транспортируется на поле дозревания компоста.
Лабораторный контроль за качеством выпускаемого компоста по санитарно-бактериологическим, санитарно-паразитологическим и санитарно-химическим показателям осуществляется один раз в месяц. Качество выпускаемого компоста по санитарно-бактериологическим и санитарно паразитологическим показателям соответствует требованиям ТУ-401-20-56-86 и подтверждено гигиеническим сертификатом № 78.1.3.401.Т. 16989.8.99.В сухом веществе компоста содержится азот, калий, фосфор и органические гумусные вещества.
Конечный продукт компост используется в с/х , для озеленения садов и парков Санкт-Петербурга, как изолирующий слой на полигонах ТБО (в соответствии с технологическим регламентом). Компост - ТУ 401-20-56-86 срок действия до 01.01.2002г, заключения: ЦГСЭН СПб от 29.09.99г. № 13.03-4ПЗ-188, срок действия до 01.01.2002г., 30.10.97г. Департаментом природных ресурсов по Северо-Заподному региону № 41-45-1200/126/3792 срок действия до 2002г., гигиеническое заключение на компост из отходов № 78.1.3.401.Т.16989.8.99 от 09.08.1999г., срок действия до 09.08.2002г.
В технологической цепочке используется также термическая переработка (пиролиз) некомпостируемых остатков и изношенных автомобильных покрышек. Отсеянные некомпостируемые части отходов (металл, кожа, резина, дерево ) через магнитный сепаратор направляется на установку по термической переработке в которой без доступа воздуха происходит их термическое разложение. В результате этого процесса получается парогазовая смесь и твердый углеродистый остаток - пирокарбон.
В отдельном цеху осуществляется переработка различных видов пластиковых отходов и PET по разработанному технологическому регламенту с получением продукции - пластиковой крошки.
Заводы по переработке твердых бытовых отходов в компост с установками по пиролизу некомпостируемых частей являются малоотходными предприятиями [1].
В настоящее время ряд факторов диктует необходимость постановки вопроса о реконструкции и расширении Опытного завода МПБО с применением комплексной технологии пеработки ТБО.
Необходимость реконструкции Опытного завода МПБО диктуется:
1. Глобальностью, масштабностью и нерешенностью самой проблемы переработки бытовых отходов, как в нашей стране, так и за рубежом.
Среди основных социальных, экономических и экологических проблем, которые стоят в настоящее время перед человечеством, особое место занимает обезвреживание, утилизация и ликвидация ТБО, количество которых постоянно увеличивается с ростом городского населения и улучшением условий жизни, в связи, с чем проблема организации утилизации ТБО приобретает актуальность для крупного города, каким является Санкт Петербург.
Проблема захоронения ТБО в С.-Петербурге, как и в других городах, возникла с начала его создания. В С.-Петербурге до революции ежегодно накапливалось 400-500 тыс.т (2000-2500 тыс.м3) мусора. К концу прошлого столетия город был окаймлен свалками, число которых доходило до 32. Общая площадь свалок была около 127 га, высота их достигала 4-х сажен. Ежегодно С.-Петербургу необходимо было 50 га новых земельных участков. Свалки действовали 10-15 лет.
Сейчас в С.-Петербурге ежегодно накапливается более 5 млн.м3 ТБО и более 1 млн.м3 промышленных отходов. Они размещаются на трех полигонах ("Южная", "Северная Самарка" и "Новоселки") и только 1,5 млн.м3 перерабатывается на заводах по механизированной переработке бытовых отходов: Опытный завод МПБО в Горелово (900 тыс.м3) и МПБО-2 в Янино (600 тыс.м3). На территории города зарегистрировано 320 стихийных свалок общей площадью более 500 га. Их ориентировочный объем - 5 млн.м отходов. Общая площадь действующих полигонов - 178,89 га, закрытых - 300 га.
Уже только масштабы образования, накопления и низкий процент объемов переработки бытовых отходов говорят об острой необходимости скорейшего увеличения механизированной переработки бытовых отходов.
