Мусоросжигание (Инсинерация)

Инсинерация - от латинского incinerāre, сжигание. Процесс сжигания происходит в печах при высоком содержании кислорода, что необходимо для полного окисления всей органической части. Продукты горения это зола и газ, а также токсичные вещества, некоторые с эфектом канцерогенов. Создаваемое тепло как правило используется для вырабатывания электроэнергии. В связи с влиянием на здоровье человека и дороговизной, данный метод не является приоритетным, но активно используется в страных, где нет большой территории для хранения мусора.

Преимущества инсинерации

• Возможность использования тепла сгорания в качестве источника энергии
• Возможность перерабатывать мусор без разделения
• Возможность размещения станции недалеко от населённых пунктов
• Не требует большой территории для обработки
• Уменьшает объём ТБО на 80-85%

Недостатки мусоросжигания

• Не удаляет до конца все отходы, поэтому требуется специальный полигон для размещения отходов, многие из которых очень токсичны
• Образуются токсичные газы, которые должны обрабатываться как диоксины (мутагенные и канцерогенные вещества)
• Технология процесса требует внешний источник энергии
• Высокая стоимость обработки и большие инвестиции
• Возможность аварии

Принцип действия и устройство инсинератора

В первую очередь, инсинератор состоит из контейнера, в который помещаются отходы для последующего сжигания. Далее - печь, в которую поступают отходы из контейнера и необходимое количество кислорода. Зола в печи опускается вниз, а газы выходят в отдельную камеру, где добавляется кислород для полного сжигания газа при температуре 1000°C около 2-4 секунд, из которой выходят через контроль уровня загрязнения после прохождения через ряд фильтров. Газы выходят чистыми и с температурой окружающей среды через дымоход, а зола водой транспортируется в специальный приёмник для последующей обработки. Большинство инсинераторов используют вращающуюся печь для лучшей гомогенизации отходов. Температура сжигания в зависимости от процесса составляет от 950°C до 1200°C.

Химические процессы в инсинераторе

В идеальных условиях, используя необходимое количество кислорода O₂ в стехиометрических пропорциях, продукты сжигания состоли бы из CO₂, H₂O, N₂, SO₂. Происходили бы следующие химические реакции:

• C + O₂ → CO₂ + Тепло
• 4H₂ + O₂ → 2H₂O + Тепло
• S + O₂ → SO₂

На практике помимо кислорода в основном состоянии O₂, кислород требуется и во всех остальных состояниях: RO, ROO, O, HO. Учитывая этот факт и то, что продукты сжигания могут вступать в реакцию между собой, не оставляет возможным идеальных условий и в результате появляется много загрязняющих веществ, производимых сжигающей станцией.

Состав отходов инсинератора

В результате сжигания образуются твёрдые вещества в виде золы, различные газы, а также жидкие фракции и ничего из перечисленного не представляет интереса для окружающей среды. Основные компоненты мусора и их производные представлены в таблице ниже:

Оксиды азота NO_x

Наиболее важные из них - NO и NO₂, учавствуют в формировании озона (O₃ сильный окислитель, раздражение лёгких), пероксиацетилнитрата (раздражение глаз), фотохимического смога, а также кислотного дождя и облаков.

Оксид серы (IV)

Формируется из отходов содержащих серу, газ-раздражитель для глаз, носа и горла. В больших концентрациях может приводить к смерти у людей с респираторными заболеваниями. Основной источник кислотного дождя.

Монооксид углерода

Продукт неполного сжигания, при попадании в организм вступает в реакцию с гемоглобином формируя карбоксигемоглобин, заменяя оксигемоглобин, который поставляет кислород к тканям. В результате наступает кислородное голодание: возможны боли в голове, отдышка и другого рода проблемы, при продолжительном потреблении в больших концентрациях приводит к смерти.

Металлы

Различного рода металлы могут оставаться как в золе, так и в газах. В газах исходящих из инсинераторов были обнаружены элементы Cd, Zn, Sb, Ag, In и Sn, а также Hg в меньших количествах. Возможность испаряться или оставаться в золе зависит от природы химического элемента. Так, металлы разбиты на три различные группы:

• Al, Ba, Be, Ca, Co, Fe, K, Mg, Mn, Si, Sr и Ti - обладают высокими температурами кипения, поэтому в камере сжигания не испаряются и остаются в золе
• As, Cd, Cu, Pb, Zn, Sb и Se - испаряются в процессе сжигания, но в процессе охлаждения газа легко конденсируются, поэтому, как правило, остаются в золе
• Hg - испаряется и не конденсируются, поэтому, как правило, выходит с выхлопными газами

Из-за возможной токсичности металлов и их соединений, контроль выходных газов должен быть комплексным.

Кислые газы

Сжигание хлоро- и фторосодержащих отходов приводит к образованию кислых газов, таких как фтороводород (плавиковая кислота) и хлороводород. Фтор встречается во многих продуктах, хлор - в пластиках, таких соединениях как поливинилхлорид (PVC), может содержаться в полистироле (PS) и полиэтилене (PE), которые, как правило, содержат добавки с хлором.