В Институте катализа СО РАН впервые разработан метод каталитической утилизации иловых осадков коммунальных сточных вод – одного из наиболее требовательных и сложных в утилизации видов отходов – с одновременной выработкой энергии для местного теплоснабжения. Метод подразумевает сжигание канализационных илов в кипящем слое катализатора и при этом позволяет исключить большинство недостатков традиционных способов их утилизации. Данная разработка уже перешла в стадию внедрения: спроектирован специализированный комплекс утилизации иловых осадков очистных сооружений для ОАО «Омскводоканал».

Об этом рассказал младший научный сотрудник Института катализа к.х.н. Юрий Дубинин в своем докладе в рамках XII Новосибирского инновационно-инвестиционного форума «Инновационная энергетика», который состоялся 10-11 ноября на площадке Технопарка Новосибирского Академгородка («Термокаталитическая утилизация топлив и отходов», к.х.н. Ю.В. Дубинин, к.х.н. А.Д. Симонов, д.х.н. В.А. Яковлев, ак. В.Н. Пармон).  

К.х.н. Юрий Дубинин

Одна из основных проблем современности – растущий объем промышленных и коммунальных отходов. Ежегодно в России образуется более семи миллионов тонн осадков очистных сооружений коммунального хозяйства (в расчете на сухое вещество). В этих осадках содержатся различные вредные химические соединения, многие из которых обладают мутагенной активностью. Кроме того, осадок, включая активный ил, - это органический субстрат, представляющий собой скопление различных патогенов – микроорганизмов, простейших и продуктов их жизнедеятельности. При этом срок полного разложения органических составляющих осадков составляет 100-150 лет, и в течение этого времени они опасны для окружающей среды, а имеющиеся в них тяжелые металлы представляют опасность и в дальнейшем.

Основной способ утилизации иловых осадков в настоящее время – складирование в специальных сооружениях. Однако, многие действующие в настоящее время полигоны для захоронения осадков выработали свой ресурс, не говоря о том, что под них приходится отводить значительные площади. Более современный метод утилизации иловых осадков – сжигание в печи с кипящим слоем инертного материала - песка. Эта зарубежная технология, реализованная в Санкт-Петербурге, предполагает постоянные закупки расходных материалов за границей. При утилизации ила требуется большое количество дополнительного топлива, возникают повышенные требования к конструкционным материалам и размерам печей. При этом образуются вредные выбросы, содержащие оксиды азота, серы, токсичные соединения бензпиренов и диоксинов, что требует использования дорогостоящего оборудования по очистке газовых выбросов.

В свою очередь, технология, разработанная в Институте катализа, предполагает сжигание иловых осадков в кипящем слое катализатора с высокими экологическими показателями при одновременной выработке полезной тепловой энергии, которую можно использовать как для внутреннего, так и для внешнего потребления. Применение данной технологии полностью решает проблему иловых захоронений.

Каталитическое горение принципиально отличается от горения в традиционном понимании, так как при этом органические вещества окисляются на поверхности твердых катализаторов без образования пламени. При этом достигается снижение температуры полного сгорания в полтора-два раза, что приводит к уменьшению эрозионного износа теплообменников и позволяет снизить требования к конструкционным материалам.

Применение катализатора позволяет также повысить эффективность переработки отходов: при влажности сырья менее 75% процесс сжигания происходит в автотермическом режиме, т.е. без затрат дополнительного топлива. Это позволяет снизить габариты и металлоемкость аппаратов более чем в 15 раз, ликвидировать или резко уменьшить образование вредных газовых выбросов.

Для технологии сжигания иловых осадков в кипящем слое катализатора уже проведен полный цикл лабораторных исследований и пилотных испытаний. Первый проект установки по переработке иловых осадков производительностью по сухому осадку 1,5 тонны в час и тепловой мощностью 4 МВт разработан для ОАО «Омскводоканал».

– По проекту уже проведена экологическая и государственная экспертиза, в следующем году планируется изготовление нестандартного оборудования, – говорит руководитель проекта, заместитель директора по научной работе ИК СО РАН, д.х.н. Вадим Анатольевич Яковлев. – Комплекс оборудования для миллионного города Омск оценивается примерно в 300 миллионов рублей, срок окупаемости – шесть лет. За счет чего происходит экономия? Мы не вывозим иловые осадки на полигоны, не платим за их рекультивацию, хранение, и к тому же генерируем тепловую энергию, которая имеет свою стоимость, с пользой для окружающей среды. При постоянном ужесточении экологических требований и норм, экономическая эффективность и привлекательность технологии будут только расти.

Технология сжигания в кипящем слое катализатора, разработанная в ИК СО РАН, уже успешно зарекомендовала себя на практике как эффективный способ получения тепла с использованием различных видов топлив и отходов. В настоящее время на базе данной технологии построены и эксплуатируются пять котельных разной мощности: две в Кемеровской области (1 и 3 Гкал/час), по одной в Алтайском крае (3 Гкал/час), Красноярском крае (2 Гкал/час) и в Амурской области (6 Гкал/час). Эти котельные работают на сжигании угля в кипящем слое катализатора и выгодно отличаются меньшим потреблением электроэнергии, меньшим расходом угля и, соответственно, меньшей себестоимостью производимого тепла по сравнению с традиционными слоевыми котельными. Безусловным преимуществом также является высокая экологическая безопасность данной технологии: концентрация вредных выбросов в разы ниже соответствующих показателей традиционных слоевых котельных.

Котельная на базе каталитической теплофикационной установки на угле мощностью 3 Гкал/ч, ст. Кулунда, Алтайский край