ТКУ-100. Мобильный технологический комплекс обезвреживания на базе образца передвижной установки мощности класса I

     ТКУ-100 создан в ходе выполнения опытно-конструкторской работы «Разработка технологий уничтожения (утилизации) запасов полихлорбифенилов и агропромышленных ядохимикатов, не востребованных в промышленности и агрохозяйственном комплексе», шифр «Агрокультура», в рамках Федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2014)»

     ТКУ-100 создан на базе передвижной плазменно-химической установки обезвреживания полихлорированных бифенилов (ПХБ), пестицидов и агрохимикатов мощности класса I.
     От УПХ-100 отличается тем, в состав комплекса входят мобильные модули подготовки отходов к обезвреживанию, позволяющие проводить диспергирование (дробление) отходов до размеров, обеспечивающих наиболее полное термическое обезвреживание. За счет этого расширяется номенклатура обезвреживаемых отходов, так, например, появляется возможность термического обезвреживания элементов строительных конструкций (кирпичной кладки, штукатурки), загрязненных опасными химическими веществами.
     ТКУ-100 представляет собой универсальную технологическую платформу, в которую входят три модуля, размещенные в двух контейнерах (№1 и №2), установленных на шасси для удобства транспортировки и мобильности.

В контейнере №1 смонтированы 2 модуля:

• модуль №1 – растаривания и подготовки к обезвреживанию жидких отходов;
• модуль №2 – растаривания и подготовки к обезвреживанию твердых отходов.

В контейнере №2 смонтирован модуль термообезвреживания подготовленных жидких и твердых отходов, включающий:

• технологический блок подачи жидких и твердых отходов на термообезвреживание;
• технологический блок термообезвреживания жидких и твердых отходов;
• технологический блок четырехступенчатой очистки отходящих газов.

     Энергопитание комплекса ТКУ-100 осуществляется от двух источников питания, основной дизельной электростанции АД-100П-Т400-1РП мощностью 100 кВт, и резервной дизельной электростанции АД-100П-Т400-2РП мощностью 100 кВт. Характеристика питающей сети TN-C-S. Переключения между дизельными электростанциями осуществляются в автоматическом режиме, функцию управления выполняет шкаф автоматического ввода резерва, установленный на резервной дизельной электростанции АД-100П-Т400-2РП.

     Все модули оснащаются комплектами трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры, насосным оборудованием, комплектами электрооборудования и освещения, оборудованием КИПиА, средствами контроля воздуха рабочей зоны, системой приточно-вытяжной вентиляции, системой пожарной сигнализации и пожаротушения.
     Данный комплекс применяется непосредственно около специализированных мест складирования полихлорбифенилов, просроченных и запрещенных к применению пестицидов и других отходов. Управление технологическими процессами и контроль параметров технологических процессов осуществляется обслуживающим персоналом (шесть человек в смену) с помощью оборудования КИПиА.
     Конструкция комплекса обеспечивает его транспортировку в места дислокации по автомобильным дорогам общего назначения, железным дорогам и по путям морского сообщения, а также авиационным транспортом в соответствии с установленными правилами перевозки грузов.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МОБИЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НА БАЗЕ ОБРАЗЦА ПЕРЕДВИЖНОЙ УСТАНОВКИ МОЩНОСТИ КЛАССА I

     На сегодняшний день наиболее распространённым методом утилизации промышленных отходов является захоронение. В целом в России под санкционированные и не санкционированные полигоны отчуждено уже более 1 миллиона гектаров земель, среди которых не только пустыри, овраги, карьеры, но и плодородные земли. Причем спектр отходов довольно широк. Это отходы добывающей и перерабатывающей промышленности, химических и нефте-химических производств, фармацевтических предприятий и т.д.
     Наиболее универсальным методом обезвреживания опасных промышленных отходов является термический метод. Однако при термическом обезвреживании широкого спектра промышленных отходов существует реальная опасность загрязнения атмосферы токсичными соединениями, в частности диоксинами.
     Избежать этого возможно при применении наилучших доступных технологий. Наилучшая доступная технология (НДТ) — это технологический процесс, технический метод, основанный на современных достижениях науки и техники, направленный на снижение негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и имеющий установленный срок практического применения с учетом экономических, технических, экологических и социальных факторов.
     Разработанный образец мобильного технологического комплекса обезвреживания на базе образца передвижной установки мощности класса I ТКУ-100 и технология полностью соответствует критериям, предъявляемым к НДТ, что позволяет в безопасном для окружающей среды и человека режиме уничтожать либо обезвреживать довольно большой перечень отходов непосредственно в местах их накопления, а именно :

• отходы средств защиты растений — просроченные и запрещенные к применению удобрения, пестициды, гербициды и другие сельскохозяйственные ядохимикаты в любой форме, включая слежавшиеся и скомковавшиеся, включая ртутьсодержащие;
• токсичные органические отходы промышленных предприятий, включая стойкие органические загрязнители – совтол, совол и др.;
• отходы нефтедобычи и нефтепереработки — грунтовые нефтешламы, придонные шламы, нефтешламы резервуарного типа, сливные нефтяные остатки, грунт, загрязненный нефтепродуктами и другими опасными органическими токсикантами;
• фармацевтические отходы, отходы лечебных, диагностических и научно-исследовательских учреждений, такие как питательные среды, культура клеток, сыворотки, вакцины, лекарственные препараты широкой номенклатуры и агрегатного состояния, с просроченным сроком использования;
• просроченные органические и неорганические химические реактивы, за исключением ртутьсодержащих в твердом сыпучем виде;
• отходы органических растворителей, красок, лаков, клея, мастик и смол, отходы чистящих и моющих средств;
• строительные отходы загрязненные опасными промышленными токсикантами, за исключением железобетонных конструкций содержащих металлическую арматуру.

Конструкция ТКУ — 100

Разрез ТКУ — 100

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТКУ-100

В основе технологии, реализованной на ТКУ-100, заложена совокупность следующих последовательных технологических процессов:

• подачи на обезвреживание полихлорбифенилов, пестицидов и других отходов различного фазового состава;
• окислительного пиролиза полихлорбифенилов, пестицидов и других отходов при температуре до 1000 °С;
• высокотемпературного дожига газообразных продуктов окислительного пиролиза полихлорбифенилов, пестицидов и других отходов при температуре не ниже 1200 °С;
• плазменной ионизации воздуха, подаваемого в зону высокотемпературного дожига отходящих газов;
• трехступенчатой очистки отходящих газов, образующихся после плазменно-химического разложения.

     В ходе проведения процесса обезвреживания требуется подача твердых или жидких отходов в барабанную проходную электропечь, создание равномерного теплового потока по всему объему печи и подача в печь воздуха для обеспечения процесса горения.
     В связи с этим на входе в барабанную проходную электропечь предусмотрено приемное устройство, уникальность которого состоит в том, что оно обеспечивает равномерную подачу не только твердых, но и жидких отходов, а также подачу в печь воздуха для процесса горения.
     Кроме того, в приемном устройстве предусмотрено размещение дизельной горелки, предназначенной для создания равномерного теплового потока для извлечения веществ обезвреживания в газообразную фазу при температуре до 1000 °С по всему объему барабанной проходной электропечи.

     Конструкция, принцип действия вращающейся барабанной электропечи обеспечивают непрерывность процесса термического обезвреживания отходов. Наличие лопастей внутри барабана печи способствует перемещению уничтожаемых отходов по ходу движения
продуктов сгорания. При вращении барабана достигается смесеобразование между твердыми частицами и воздухом, обеспечивающим более полное сгорание обезвреживаемого отхода.

     В составе технологического комплекса ТКУ-100 предусмотрен генератор плазмы электрического разряда, соединённый с камерой дожига. В генераторе плазмы электрического разряда реализуется коронный электрический разряд, генерирующий химически активные частицы – аэроионы и озон. Воздух, прошедший генератор плазмы электрического разряда и насытившийся химически активными частицами, в камере дожига обеспечивает наилучшие условия дожига. В данном случае активные частицы плазмы оказывают стимулирующее влияние на процесс дожига, стабилизируют процесс горения, способствуют более полному окислению продуктов неполного сгорания.

     Для предотвращения образования диоксинов необходимо провести «закалку» отходящих газов до температуры 200°С и ниже. Это достигается резким охлаждением, которое наиболее эффективно происходит в испарительный период.
     Данный процесс в ТКУ-100 реализован в двух испарительных, полых, противоточных, форсуночных скрубберах, в которых производится «закалка» (1 скруббер) и абсорбция (2 скруббер) отходящих газов.

     Очищенный в скрубберах от вредных веществ газовый поток содержит в своем составе капельную влагу. Для доведения влажности отходящих газов до нормативных значений, предусмотренных технологическим процессом обезвреживания отходов, на ТКУ-100 необходимо их обезвоживание. Поэтому в технологической схеме блока газоочистки предусмотрен центробежно-вихревой сепаратор, в который после скрубберов направляются отходящие газы. Отделенная капельная влага из сепаратора откачивается насосом в специально предусмотренную емкость.

     Для обеспечения очистки отходящих газов от остаточных количеств пыли, неорганических и органических соединений перед дымовой трубой сброса отходящих газов в атмосферу в ТКУ-100 установлен адсорбер, заполненный активированным углем, размещенным в загрузочных кассетах. Для обеспечения полной очистки отходящих газов от пыли адсорбер дополнительно оснащен фильтрующей тканью.
     Объем и марка активированного угля подобраны таким образом, что при возникновении аварийных ситуаций адсорбером будет обеспечена очистка отходящих газов от вредных примесей до нормативных значений, принятых на территории РФ в течении 6 часов, времени достаточного для остановки технологического процесса и ликвидации аварийной ситуации. Данное техническое решение обеспечивает полную экологическую безопасность ТКУ-100 во время эксплуатации.
     Уникальность конструкции ТКУ-100 состоит и в том, что впервые в состав передвижных установок термообезвреживания отходов включены мобильные модули подготовки жидких и твердых отходов к обезвреживанию.

     При обезвреживании слежавшихся или скомковавшихся агропромышленных ядохимикатов, пестицидов и других сыпучих отходов возникает необходимость в их измельчении перед подачей в печь для достижения относительно равномерной подачи и сгорания. Для этого модуль №2 ТКУ-100 оборудован растаривателем с дробилкой, обеспечивающей измельчение крупных фракций.

     Для исключения появления пыли при опорожнении пестицида из тары данный модуль оснащен бункером-растаривателем с магнитной решеткой закрытого типа и системой аспирации воздуха.

     Жидкие промышленные отходы отличаются друг от друга не только химическим составом но и вязкостью. Подача жидких отходов в топочное пространство печи осуществляется распылением через форсунку.
     Эффективное распыление жидких отходов происходит при значениях вязкости, не превышающих нормативных значений, предусмотренных для форсунки, установленной в приемном устройстве барабанной вращающейся электропечи ТКУ-100.
     Известно, что вязкость жидкостей с повышением температуры уменьшается благодаря снижению энергии межмолярных взаимодействий, препятствующих перемещению молекул. Другим способом снижения вязкости является применение растворителей.
     Поэтому в ТКУ-100 предусмотрен модуль №1, оборудованный емкостью с подогревом и мешалкой.

По оснащенности приборами КИПиА ТКУ-100 не имеет мировых аналогов.

     КИПиА ТКУ-100 позволяет использовать автоматизацию регулирования параметров всех технологических процессов. В ТКУ-100 применены серийно выпускаемые приборы и средства автоматизации. Управление и контроль технологическим процессом производится операторами по месту, на щите управления и щите КИПиА в операторском отсеке. Применение такого количества приборов КИПиА делает процесс обезвреживания отходов на ТКУ-100 максимально безопасным для обслуживающего персонала.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТКУ-100

Параметры и характеристики		Значение
Сеть питания, В; Гц		380/220; 50
Установленная электрическая мощность, кВт		не более 180
Производительность по твердым видам отходов, кг/ч		не менее 100
Температура извлечения веществ обезвреживания полихлорбифенилов, агропромышленных ядохимикатов и других отходов в газообразную фазу, °С		До 1000
Температура дожига отходящих газов, ºС		не менее 1200
Потребление дизельного топлива, кг/ч		не более 60
Содержание вредных веществ в отходящих газах:
СО, мг/нм3		не более 100
Сорг, мг/нм3		не более 10
NOX, мг/нм3		не более 200
HCl, мг/нм3		не более 10
SO2, мг/нм3		не более 50
Пыль, мг/нм3		не более 30
Диоксины и фураны, нг/Нм3		не более 0,1
Масса, без учета массы полуприцепа, т	контейнер №1	не более 30,0
	контейнер №2	не более 27,0
Габаритные размеры, м	контейнер №1	12,28×2,55×2,90
	контейнер №2	13,73×2,53×2,91

ВОЗДЕЙСТВИЕ ТКУ-100 НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха при эксплуатации ТКУ-100 являются:

• вентиляционная система модуля растаривания и подготовки к обезвреживанию жидких отходов (модуль №1);
• вентиляционная система модуля растаривания и подготовки к обезвреживанию твердых отходов (модуль №2);
• труба сброса отходящих газов модуля термообезвреживания подготовленных жидких и твердых отходов (модуль №3).

     В процессе эксплуатации ТКУ-100 в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества 12 наименований с концентрациями ниже ПДК на границе санитарно-защитной зоны.
     Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу:

Загрязняющее вещество		Крите-рий	Значение критерия мг/м3	Класс опаснос-ти	Суммарный выброс вещества
код	наимен.				г/с	т/год
0301	Азота диоксид (Азот (IV) оксид)	ПДК м/р	0,2	3	0,31024	3,37343
0304	Азот (II) оксид (Азота оксид)	ПДК м/р	0,4	3	0,05041	0,54818
0316	Соляная кислота	ПДК м/р	0,2	2	0,00259	0,04476
0328	Углерод (Сажа)	ПДК м/р	0,15	3	0,01806	0,17491
0330	Сера диоксид (Ангидрид сернистый)	ПДК м/р	0,5	3	0,05459	0,63277
0337	Углерод оксид	ПДК м/р	5	4	0,2429	2,60664
1325	Формальде- гид	ПДК м/р	0,035	2	0,00421	0,04175
2090	Пыль пестицида (по карбо- фурану)	ОБУВ	0,001		1,1*10-5	8,2*10-6
2732	Керосин	ОБУВ	1,2		0,1015	0,9965
2754	Углеводоро- ды предельные C12-C19	ПДК м/р	1	4	0,00346	0,04733
2902	Взвешенные вещества	ПДК м/р	0,5	3	0,00776	0,13409
3620	Диоксины (в пересче- те на 2,3,7,8-тетрахлор-дибензо-1,4-диоксин)	ПДК с/с	5*10-10	1	3*10-11	5*10-10
Всего веществ: 12					0,79573	8,60037
в том числе твердых: 4					0,02583	0,30901
жидких/газообразных: 8					0,76989	8,29135

     Расчетные размеры санитарно-защитной зоны составляют 250 м. Даже при наихудших условиях работы установки концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не превышают 1 ПДК на границе санитарно-защитной зоны и составляют:

• Азота диоксид – 0,95 ПДК;
• Оксид азота – максимальное значение выброса 0,21 ПДК;
• Гидрохлорид – максимальное значение выброса 0,01 ПДК;
• Углеводороды предельные С12-С19 (в пересчете на суммарный органический углерод) – максимальное значение выброса 0,0062 ПДК;
• Углерод (сажа) – максимальное значение выброса 0,21 ПДК;
• Формальдегид – максимальное значение выброса 0,21 ПДК;
• Пыль пестицида (по карбофурану) – максимальное значение выброса 0,03 ПДК;
• Керосин – максимальное значение выброса 0,15 д. ПДК;
• Углерода оксид – максимальное значение выброса 0,44 ПДК ;
• Серы диоксид (сернистый ангидрид) – максимальное значение выброса 0,19 ПДК ;
• Взвешенные вещества – максимальное значение выброса 0,29 ПДК.

     Таким образом, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от ТКУ-100 при соблюдении условий эксплуатации не окажут серьезного вклада в загрязнение атмосферного воздуха и отрицательного влияния на здоровье людей.
     В комплект ТКУ-100 оборудование с повышенной вибрацией не входит. Оборудование, создающее электромагнитное поле радиочастотного диапазона, в составе производственного комплекса ТКУ-100 и на территории его размещения не используется.
В связи с этим, воздействие электромагнитного излучения и вибрации на окружающую природную среду исключено.
     Возможная зона акустического дискомфорта по фактору шумового воздействия установлена как максимальное расстояние от границы территории размещения ТКУ-100, на котором достигается допустимый уровень звукового давления для октавных полос 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц и эквивалентного уровня звука L A дБА и составляет максимально 212 метров.
     При соблюдении мероприятий по защите земель, предусмотренных эксплуатационной документацией ТКУ-100, существенного влияния на состояние земельных ресурсов не предвидится.
     При соблюдении эксплуатационных требований, направленных на охрану атмосферного воздуха, водного бассейна и близлежащих земель, существенного воздействия на окружающий растительный и животный мир эксплуатация ТКУ-100 не оказывает.

РЕЗУЛЬТАТЫ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТКУ-100

     В ходе проведения Министерством промышленности и торговли РФ государственных испытаний ТКУ-100 были получены данные по качественному и количественному составу загрязняющих веществ в отходящих дымовых газах.

Загрязняющие вещества	Отход, содержащий гербицид (2,4-дихлорфен-оксиуксусная кислота)	ПХБ (Совтол)	Требование норм директивы ЕС 2000/76, прилож.V
СО, мг/нм3	55	62	Не более 100,00
Сорг, мг/нм3	<0,8	<0,8	Не более 10,00
NOX, мг/нм3	18,3	29	Не более 200,00
HCl, мг/нм3	2,1	5,21	Не более 10,00
SO2, мг/нм3	<0,05	<0,05	Не более 50,00
Пыль, мг/нм3	17,1	8,3	Не более 30,00
Диоксины и фураны, нг/Нм3	Не обнаружено (<0,001)	Не обнаружено (<0,001)	Не более 0,01

     Состав образующегося в процессе термического обезвреживания зольного остатка соответствует экологическим и санитарным нормам безопасности:

• остаточное содержание органических веществ в зольном остатке составляет не более 0,01%;
• образующийся зольный остаток относится к 4 классу опасности (малоопасный).

     Результаты государственных испытаний свидетельствуют о том, что ТКУ-100 соответствует требованиям действующей нормативной документации РФ и Директиве N 2000/76/ЕС Европейского парламента и Совета Европейского Союза «О сжигании отходов».
     По результатам государственных испытаний Министерством промышленности и торговли РФ ТКУ-100 рекомендован к производству и применению на территории Российской Федерации.