Введение к работе
Актуальность работы. Санитарная очистка больших городов от твердых бытовых отходов (ГБО) в мировой практике пока продолжает осуществляться с применением термических методов, реализуемых на мусоросжигательных заводах (МСЗ).
Город Москва имеет два действующих МСЗ и один строящийся. Первый из них (завод №2) производит 8700 тонн летучей золы, второй (завод №3) 13400 тонн такого отхода в год. Зола обоих заводов вывозится совместно со шлаком на полигоны и размещается там как отход четвертого класса опасности. Ни один из заводов не осуществляет аналитический контроль состава твердых отходов, образующихся в процессе сжигания ТБО. Предполагается, что принятые при проектировании заводов технологические решения обеспечивают поддержание указанного класса опасности в процессе всего срока эксплуатации МСЗ.
Вместе с тем хорошо известно, что летучая зола, может содержать весьма опасные для здоровья человека и состояния окружающей среды неорганические и органические вещества. Состав и экологическая опасность золы сильно зависят от технологических режимов процесса сжигания и очистки отходящих газов, а также от морфологического состава ТБО, который меняется в связи с изменением экономических и социальных условий в стране. Известно, что для бедных стран в составе ТБО более существенную долю составляют пищевые отходы, а для развивающихся - упаковочные материалы. Именно поэтому технологии и оборудование МСЗ, разработанные даже в самых передовых странах, могут создавать экологические проблемы в иных природных и социальных условиях.
Экологическая опасность золы МСЗ г. Москвы в процессе функционирования этих заводов системно не исследовалась. Летучую золу продолжают относить к отходу 4 класса опасности, хотя появились данные о неправомочности такого отнесения. Отсутствуют сведения о связи между строением частиц золы и ее опасностью. Вместе с тем состав и строение частиц летучей золы должны быть хорошими индикаторами работы всего комплекса обезвреживания ТБО. Именно поэтому, объектами исследования стали золы МСЗ №2 и №3, т.е. заводов, имеющих существенные различия в технологиях сжигания, газоочистки и в длительности эксплуатации.
Цельработы состоит в определении вклада (тяжелыхметаллов) ТМв экологическую опасность зол МСЗ г Москвы, вустановлении связи экологической опасности с составом и строением частиц золы, а также в разработке предложенийпоуменъшениюэтойопасности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
применить метод рентгеновской флуоресцентной спектрометрии (РФС) для анализа твердых сыпучих отходов;
разработать методику анализа жидких образцов РФС методом;
провести анализ погрешностей методики РФС анализа с использованием методов математической статистики;
разработать рекомендации по минимизации погрешностей;
количественно и кислотных вытяжках из сыпучих отходов;
создать установку и определить содержание тяжелых металлов в золе, водных, ацетатно-аммонийных разработать методологию изучения кинетики и механизма гетерогенного гидролиза компонентов твердых отходов при их взаимодействии с водой;
на основании кинетических данньж и данньж рентгенофазового анализа сделать заключения о структуре частиц летучей золы;
определить класс опасности золы МСЗ №2 и №3, а также опасность водньж, ацегатно-аммонийньж и кислотных вытяжек из нее.
оценить возможность экспрессного производственного контроля экологической опасности зол МСЗ г. Москвы РФС методом;
дать рекомендации по уменьшению экологической опасности летучей золы.
Научная новизна
Впервые с использованием методов математической статистики проведено определение погрешностей всех стадий методики РФС летучих зол мусоросжигательных заводов г. Москвы и показано, что основная погрешность связана с взятием представительной пробы золы.
Развит кинетический метод изучения механизма процессов при обработке твердых отходов водой, позволивший изучить механизм гидролитических процессов при взаимодействии золы с водой. Впервые установлено колебательное поведение во времени концентраций ионов водорода и ионов металлов в водньж щелоках при их контакте с золой. Установлено строение частиц золы МСЗ № 3 и показано, что поверхностный слой частиц (толщиной несколько мкм) обогащен хлоридами металлов, в том числе таких токсичных, как Pb, Cd и Zn.
Показано, что летучая зола статистически значимо отличается по составу от колосниковой золы, что свидетельствует о различном времени пребывания частиц указанных отходов в топке, о различии их плотности и о высокой роли процессов формирования состава за пределами топочного пространства.
Установлено, что летучая зола, будучи обогащенной Pb, Zn, Cd, Си, представляет серьезную опасность для ризосферы, поскольку названные элементы легко удаляются из золы почвенными водами. Мелкие частицы, проникающие в окружающую среду, обладают острой токсичностью для человека, поскольку их поверхность обогащена растворимыми солями названных элементов. Практическая значимость
Показана возможность экспрессного неразрушающего РФС анализа ТМ в сыпучих отходах с погрешностью около 15 -20 %. Разработана методика РФС анализа ТМ в жидких пробах.
Предложено использовать РФС в качестве экспрессного метода для определения вклада ТМ в экологическую опасность твердых сыпучих отходов. Найдены классы опасности золы МСЗ №2 и №3. Показано, что существующая методика определения классов опасности отходов оставляет большой произвол в выборе условий получения данньж.
Возможность успешного применения РФС для экспрессной оценки вклада ТМ в экологическую опасность твердьж отходов подтверждена с использованием макулатуры бумажной специальной и пыли от дуговых печей завода «Серп и Молот» г. Москва.
Создана установка для кинетических исследований и отработана методика получения с ее помощью данньж о быстрых гидролитических процессах, моделирующих взаимодействие дождевых осадков с твердыми отходами.
Для понижения пыления и острой фитотоксичности золы МСЗ №3 предложено перед перевозкой и размещением золы на ландшафте обрабатывать ее раствором известкового "молока". Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на круглом столе "Экология и город" 3-ей Международной конференции "Эволюция инфосферы", 2001, г. Москва; на 2-ом Международном Конгрессе по управлению твердыми отходами - "ВэйстТек", г. Москва, 2001; на Международной научно-технической конференции, Белгород, 2002. На защиту выносятся:
определение состава летучей и колосниковой зол МСЗ №2 и №3, установленный современными инструментальными методами;
определение состава водных, ацегатно-аммонийньж и кислотных вытяжек из золы указанных заводов;
магематико-статистический анализ всех результатов РФС анализов и методика экспрессного РФС определения ТМ в золе и вытяжках из нее;
создание установки для изучения кинетики извлечения ТМ в щелока при взаимодействии твердых отходов с водой и различными средами;
результаты исследований кинетики и механизма гетерогенного гидролиза ТМ при обработке водой золы МСЗ №2 и № 3;
результаты исследования строения частиц золы МСЗ №3;
расчет величин класса опасности зол МСЗ г. Москвы;
предложения по уменьшению опасности золы при ее транспортировке и размещении на ландшафте и по использованию экспресс-метода для о-ценки вклада ТМ в экологическую опасность золы МСЗ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 198 страницах машинописного текста. Она состоит из введения, обзора литературы -57 стр., трех глав экспериментальной части - 77 стр., выводов и приложения - 53 стр., в которое вынесены волновые спектры, результаты кинетических исследований, таблицы статистической обработки полученных результатов, промежуточные таблицы и однотипные графики. Диссертация содержит 75 рисунков и графиков, 111 таблиц. Библиографический список насчитывает ПО наименований.
