Наукові засади екологічно безпечної технології утилізації твердих вуглецевовмісних відходів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми створення екологічно безпечної технології утилізації твердих вуглецевовмісних відходів. В роботі визначено, найбільш перспективним і одночасно ефективним способом забезпечення екологічної безпеки при утилізації й вторинної переробки твердих вуглецевовмісних відходів запропоновану технологію, що базується на запобіганні утворення діоксинів й отриманні енергетичної сировини. На основі принципу багаторівневої декомпозиції розроблено методологічний підхід до дослідження, створення ефективної екологічно безпечної технології утилізації твердих вуглецевовмісних відходів й засобів для її реалізації. Запропоновано методику для оперативного виявлення місць несанкціонованого скупчення відходів, яка дозволяє визначати характер відходів і динаміку розвитку звалища на широкодоступних даних дистанційного зондування Землі (а саме Google Earth). За результатами чисельного моделювання, доведена можливість реалізації екологічно безпечного процесу утилізації твердих вуглецевовмісних відходів. Запропоновано технологічну схему і на її основі виконано розробку і створення єн ерготех но логічного обладнання, що дає можливість отримати компримований продукт із високим вмістом метану, достатнім для використання його як моторне пальне та паливний газ для підтримання процесу поетапного високотемпературного оброблення відходів. Доведено енергетичну і економічну ефективність запропонованої технології. Практична значимість роботи підтверджена патентом на винахід та актами впровадження у виробничий і навчальний процес.

Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы создания экологически безопасной утилизации твердых углеродсодержащих отходов, В работе было определено, что наиболее перспективным и одновременно эффективным способом обеспечения экологической безопасности в процессе утилизации и вторичной переработки твердых угле род содержащих отходов является применение предлагаемой технологии, основанной на предотвращении образования диоксинов и получения энергетического сырья. На основе принципа многоуровневой декомпозиции формализована задача рационального управления экологической безопасностью при утилизации твердых углеродсодержащих отходов, описаны функции технологической системы утилизации. С учетом положений системного подхода к решению сложных проблем, а также специфических особенностей создания системы управления экологической безопасностью при утилизации твердых углеродсодержащих отходов предложена методология решения задачи управления экологической безопасностью с учетом получения продукции целевого назначения. Для предотвращения накопления отходов на несанкционированных свалках и обеспечения полноты их сбора проведен анализ возможности использования широкодоступных данных дистанционного зондирования Земли и ГИС-технологий для оперативного выявления этих мест. В работе определены существующие на сегодняшний день методы дешифрования космических снимков и их применение решения близких экологических задач. Выявлено, что известные способы не позволяют идентифицировать отходы по степени их опасности. Предложен способ определения ареалов углеродсодержащей составляющей свалки путем исключения («вырезания») со снимка участков свалки с низкой степенью опасности, таких, как строительный мусор и породные массы. Представлена общая модель автоматизированного распознавания участков с преобладанием углеродсодержащей составляющей на территории свалке. В работе разработаны математические модели газовой и дисперсной фазы, а также представлено математическое описание межфазного взаимодействия при охлаждении генераторного газа. Использование классической теории газодинамики позволило получить математические соотношения, описывающие газовую и дисперсную фазы. Для решения полученной системы уравнений учтено двухстороннее взаимодействие путем поочередного решения уравнений дисперсной и непрерывной фаз до тех пор, пока решения обеих фаз не установятся. Результаты численного моделирования позволили разработать устройство охлаждения генераторного газа, как элемента установки для утилизации отходов, и определить наиболее рациональные режимы его работы в целях повышения уровня экологической безопасности регионов. Разработанная математическая модель, реализующая алгоритм расчета процесса разделения многокомпонентных углеводородных смесей, образующихся при газификации отходов, позволяет путем численного моделирования осуществлять анализ работы энерготехнологической установки с последующей оптимизацией ее параметров в целях повышения эффективности и снижения энергетических затрат при газификации отходов. При математическом описании процессов были использованы общепринятые соотношения технической термодинамики. Параметры ректификационной колонны, рассчитанные с использованием предложенной математической модели, подтверждают возможность практической реализации предложенной схемы ЭТУ.

Dissertation is devoted to solving scientific and applied problems of creation of environmentally safe disposal of solid carbonaceous wastes. In work, the most promising and at the same time effective way to ensure environmental safety in the disposal and recycling of solid carbonaceous wastes proposed technology, which is based on preventing the formation of dioxins and receipt of energy commodities. On the basis of the principle of multilevel decomposition developed methodological approach to the study, the creation of an effective environmentally safe disposal of solid carbonaceous wastes and resources for its implementation. A method for rapid detection of unauthorized places of wastes, which allows to determine the nature of the waste and the dynamics of the landfill on the widely available remote sensing data (namely Google Earth). According to the numerical simulation results proved the feasibility of environmentally sound disposal of solid carbonaceous process waste. A process flow diagram and on its basis made the development and creation of energy- technological equipment that allows the use of synthesis gas to maintain the phase-high temperature waste treatment, or after it methanation and low-temperature separation of raw materials for energy flows of gas mixtures. Proved energy and economic efficiency of the proposed technology. The practical significance of the work is confirmed by a patent for the invention and introduction of acts in the production and training process.