Закон «Об отходах производства и потребления» установил требования к объектам размещения отходов. Создание таких объектов - специально оборудованных сооружений (полигонов, шламохранилищ, отвалов горных пород и др.), - допускается на основании разрешений, выданных специально уполномоченными органами исполнительной власти при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы.
В целях снижения загрязнения вместо неконтролируемых свалок строят полигоныдля твердых отходов, которые эксплуатируются во многих городах Беларуси.
Полигон- природоохранное сооружение для централизованного сбора, обезвреживания отходов, которое способствует повышению уровня зашиты от загрязнения атмосферы, почв, поверхностных и грунтовых вод и препятствует распространению болезнетворных микроорганизмов.
Для полигонов обычно выбирают место в глинистом грунте, в котором можно складировать отходы в течение 20-25 лет и более. Основание выбранной площадки делают в виде большого корыта глубиной 1,5 м и более для скапливания в нем фильтрата. Если глинистого грунта нет и основание для полигона приходится делать в водопроницаемых грунтах, дно корыта выстилают слоем привозной глины толщиной 0,5 м.
В течение суток вывозят отходы на одну площадку полигона и уплотняют бульдозерами послойно до 2-метровой высоты. На следующий день отходы вывозят на другую площадку, а предыдущую укрывают изолирующим слоем грунта толщиной 0,25 м. Такая изоляция и последующее уплотнение грунта препятствуют загрязнению воздушной среды, а также распространению насекомых и грызунов.
В целях снижения площади полигон загружают послойно до высоты 60 м и более. После заполнения полигона поверхность последнего покрывают растительным грунтом.
При выборе участка для устройства полигона ТБО учитывают климатогеографические и почвенные условия. Запрещается размещать полигоны на территории I и II поясов санитарной охраны водоисточников, зон охраны курортов, а также в местах массового отдыха населения и размещения оздоровительных учреждений. Санитарно-защитная зона между полигоном и жилой застройкой должна составлять не менее 100 м. Для размещения полигонов ТБО часто используют овраги и другие неудобные для сельского хозяйства земли. После полной загрузки полигона и покрытия растительным грунтом поверхность его можно использовать для устройства парков, садов, игровых площадок и других целей.
Рассмотрим проблемы, связанные с захоронением ТБО в так называемых могильниках. В их число входят: 1) вымывание веществ и загрязнение грунтовых вод; 2) образование метана; 3) просадка грунта.
Наиболее серьезной из перечисленных является первая проблема. По мере просачивания воды сквозь любой материал в ней растворяются различные химические вещества. Такая вода, проходя через отходы, образует особенно ядовитый фильтрат: в нем наряду с остатками разлагающейся органики присутствуют железо, ртуть, свинец, цинк и другие металлы из ржавых консервных банок, негодных батареек и электроприборов, а также красители, пестициды, моющие средства и другие химикаты. Этот ядовитый раствор поступает в подземные водоносные горизонты, и оттуда вредные вещества могут попасть и в питьевые воды. Сообщается, что по этой причине зоной настоящего кризиса стала Флорида (США). Здесь много закрытых свалок расположено в заболоченной местности, а большую (около 90%) часть питьевой воды жители получают за счет грунтовых вод. Очистка подобных свалок (а их насчитывается более 200 на территории указанного штата) обойдется в 10 млн. долларов. Это изнанка, на первый взгляд, «дешевого» способа ликвидации отходов.
Образование метана - это вторая проблема. Так как у захороненного мусора практически нет доступа к кислороду, его разложение идет анаэробно, при этом образуется легковоспламеняющийся метан. Он может распространяться в земле горизонтально, проникать в подвалы зданий, накапливаться там и взрываться при искрении или зажигании. В США известны случаи разрушения более 20 домов, расположенных на расстоянии до 300 м от свалок, причем взрывы привели к жертвам. Кроме того, метан способен подниматься вверх, при этом отравляя корни и губя растительность, а также вызывая эрозию почвы. В ряде городов указанную проблему решают путем устройства на месте свалок «газовых скважин», перехватывающих образующийся метан, который можно впоследствии использовать как топливо или для других целей.
Наконец, с течением времени по мере разложения отходы проседают. При этом образуются неглубокие впадины, в них скапливается вода, и весь участок впоследствии превращается в болото с ядовитой водой.
Только в России на полигоны ТБО ежегодно попадает 1 млн. т стали, 200 тыс. т алюминия, 4 тыс. т олова. Каждый год под полигоны отчуждаются тысячи га пригодных для использования земель. Считать ли полигоны «окультуренными» свалками или хранилищами ценного сырья для будущих поколений - ответ вполне очевиден. Поэтому и относиться к ним следует не как к могильникам, а как к территории, где создаются рукотворные «месторождения» своего рода полезных ископаемых недалекого будущего.
Для периодического контроля за качеством грунтовых вод по периметру свалки устраиваются так называемые наблюдательные колодцы или скважины.
В мировой практике наибольшее распространение получили следующие методы обращения с ТБО: 1) строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки; 2) компостирование с получением азотного удобрения или биотоплива; 3) сжигание отходов на мусоросжигательных заводах; 4) ферментация (получение биогаза); 5) предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных веществ из отходов; 6) пиролиз ТБО — высокотемпературный (около 1700°С) нагрев без доступа воздуха.
Компостирование ТБО. На многих мусороперерабатывающих заводах (МПЗ) осуществляется промышленная переработка ТБО в органическое удобрение - компост.
Компостаминазывают органические удобрения, получаемые в результате разложения растительных и животных остатков микроорганизмами. Для их приготовления используют навоз, навозную жижу и помет птиц в смеси с различными видами торфов, городской мусор, опавшие листья деревьев, солому и другое. При компостировании в органической массе повышается содержание питательных веществ (азота, фосфора) в усвояемой растениями форме, обезвреживается патогенная микрофлора, уменьшается количество целлюлозы и пектиновых веществ; удобрения становятся сыпучими, что облегчает их внесение в почву. Разные по составу и способу приготовления компосты применяют под многие культуры, выращиваемые на различных почвах, кроме торфяно-болотных. Компосты часто используют вместо остродефицитных органических удобрений (навоз, торф).
В специальных компостных установках процесс разложения целенаправленно регулируется: создается температура до 70°С, при которой погибают микробы и семена сорных растений.
ТБО перегружаются в бункер-накопитель, откуда грейферным краном подаются в загрузочные воронки, затем во вращающиеся барабанные грохоты, где разделяются на две фракции - мелкую и крупную. Мелкая фракция ТБО проходит через дробилку и поступает в биотермические башни, где за 3-4 суток в результате аэробного процесса мусор превращается в компост, который после просеивания на виброгрохотах отправляется на склад готовой продукции. Крупная фракция поступает в котлоагрегаты и сжигается при температуре 800-1000°С. Дымовые газы обеспыливаются в электрофильтрах на 96-98% и выбрасываются в атмосферу. В котлоагрегатах образуется пар с давлением 13 атм. и температурой до 250°С, который отчасти используется для нужд завода.
Предварительно магнитными сепараторами из поступающих отходов извлекается черный и цветной металлолом; он пакетируется и реализуется как вторичное сырье.
Компостирование - достаточно рациональный способ ликвидации определенных отходов, однако при переработке отходов, содержащих металлы, последние могут накапливаться в компосте в больших количествах. Во избежание загрязнения компоста тяжелыми металлами последние стараются заблаговременно удалить.
Признается целесообразным осуществлять совместное обезвреживание и переработку ТБО и осадка сточных вод. Такая технология способствует насыщению компоста разнообразной полезной для почвы микрофлорой и микроэлементами и позволяет поддерживать биотермический процесс в оптимальном режиме. При этом гибнет большинство болезнетворных микроорганизмов, яйца гельминтов, личинки мух.
Сжигание твердых отходов: диоксиновая опасность. Сжигание твердых отходов в кострах или примитивных печах нельзя считать целесообразным ни с экономической, ни тем более с экологической точек зрения. При этом не только загрязняется воздушная среда, но и не используется образующаяся тепловая энергия. Ряд специалистов считает, что оно может быть оправдано только в том случае, если сочетаются утилизация тепловой энергии и очистка отходящих газов. Такой процесс происходит на мусоросжигательных станциях (заводах), которые имеют паровые или водогрейные котлы со специальными топками. Температура в топке должна быть не менее 1000°С, чтобы сгорели все дурнопахнущие примеси.
Из бункера-накопителя отходы подают в загрузочные воронки, а затем в топки котлоагрегатов, где их сжигают на специальной решетке. Шлак, образующийся при сжигании, транспортируют при помощи шлакоудалителя в бункер. Черный металлолом извлекается из отходов при помощи магнитного сепаратора и в дальнейшем используется в качестве вторичного сырья.
Дымовые газы проходят электрофильтры, где очищаются от пыли на 96-98%. Пар, вырабатываемый котлами, с давлением 13 атм. и температурой до 200°С используется для внутризаводских нужд, а также может передаваться как теплоноситель для обогрева помещений. Например, электростанция в Балтиморе (штат Мериленд, США) сжигает в день 2000 т мусора; получаемый пар приводит в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию для 60 тыс. жилых домов.
Выбор способа сжигания или компостирования для обезвреживания твердых отходов зависит от местных условий. В интересах сельского хозяйства целесообразно бытовые отходы компостировать. Что касается мусоросжигания, оно как способ использования ТБО должно рассматриваться как пройденный этап. Например, в европейских странах за последние 10 лет не построен ни один мусоросжигательный завод; сжигают лишь то, что остается после сортировки и утилизации. Это, в частности, объясняется тем, что при сжигании мусора с самым разнообразным сочетанием компонентов образуется огромное количество вредных продуктов, содержащих такие опасные вещества, как диоксины, фосген, синильная кислота и другие, а также золы и шлаки неизвестного состава и с непредсказуемыми свойствами.
Диоксины - общепринятое название группы органических веществ, которые относятся к классу полихлорированных полициклических соединений (ПХ ПС). Под этим названием объединено более 200 веществ. Хлор может быть замещен бромом, полученные вещества будут также относиться к диоксинам.
Диоксины признаны очень опасными веществами - супертоксикантами. Борьба с ними объявлена мировым сообществом специальным документом - Стокгольмской Конвенцией, открытой для подписания 23 мая 2001 г.
Диоксины являются канцерогенами (провоцируют раковые заболевания) и тератогенами (поражают генофонд человека). Воздействуя на белковый обмен, диоксины способствуют биоактивации мутагенов и разрушению витаминов, лекарств, гормонов. Особенно чувствительны к диоксинам молодые особи и эмбрионы. По этой причине приняты очень жесткие нормативы по диоксинам: для воздуха ПДК - 0,5×10-9 мг/м3, воды - 2×10-8 мг/дм3, для почвы - 0,06 мг/кг.
Одним из основных источников диоксинов являются свалки и сжигание твердых отходов. Так, в золе мусоросжигательных заводов обнаружено от 0,1 до 0,2 мкг диоксинов на 1 кг золы. При неполном сгорании 1 кг несортированных ТБО, содержащих 5-10% пластиков, в атмосферу, по данным ученых США, поступает 40 мкг диоксинов. Этого достаточно для доведения до ПДК по существующим нормам 80 млн. м3 воздуха. Содержатся диоксины в любых видах сажи, в том числе и пепле сигарет 0,5·10-12 г на 1 кг сажи (пепла).
Диоксиновая опасность предусматривает не только мероприятия по контрольному мониторингу, но и предложения по предотвращению загрязнения природной среды диоксинами. Последнее является наиболее важным. Следует избегать применения хлорсодержащих материалов в быту, сжигания несортированного мусора, горения уличных свалок и опавших листьев.
Из-за диоксиновой опасности были закрыты многие мусоросжигательные заводы (МСЗ) в США, Нидерландах и других странах; оставшиеся, в связи с резким ужесточением требований к их работе, подвергаются модернизации. Согласно имеющимся данным, на переоборудование оставшихся 8 МСЗ в Нидерландах было затрачено более 1 млрд. долл. США. На них была введена многоступенчатая система очистки, состоящая из: электрофильтра грубой очистки; испарителя загрязненной воды (разбрызгиватель); электрофильтра тонкой очистки; скруббера водного (1-я ступень); скруббера щелочного (2-я ступень); очистителя сточных вод скрубберов; теплообменника; реактора на активированном угле; пылевых фильтров; подогревателя газов перед дожиганием; реактора-дожигателя для подавления образования оксидов азота и дожигания диоксинов.
Переработка ТБО.Расчеты показывают: вывозить содержимое мусорных контейнеров на свалку (полигон) экономически и экологически нецелесообразно. Так, например, существующие полигоны в окрестностях Минска заполнены более чем на 90%. В этих условиях предпочтительна организация двухступенчатой системы сбора и переработки, при которой отходы везут не на свалку, а на расположенные в черте города мусороперерабатывающие заводы (МПЗ). Там отходы сортируют, измельчают, уплотняют, прессуют, извлекают из них полезные материалы, а остатки направляют на свалки (рис. 9.3).
Рис. 9.3.Технологическая схема переработки ТБО на мусороперерабатывающих заводах
Многие МПЗ работают по простой схеме. Из поступающих ТБО и твердых промышленных отходов (ТПО) выделяется металл (магнитная сортировка), остальное после измельчения поступает на компостирование. После увлажнения субстрата (до 45-60% влажности) из него отсортировываются цветные металлы, стекло, песок, камни и другие не компостируемые материалы. Часть из них (остатки резины, пластиков, пленок и т. п.) смешивается с такими же промышленными материалами и подвергается пиролизу с получением газового топлива и пирокарбона (углерода) или вывозится на полигоны.
Проблема мусоропереработки может быть облегчена, если население возьмет на себя обязанность отделять пищевые отходы на стадии сбора ТБО. Тогда работа МПЗ сведется к сортировке составляющих и передаче их на переработку специализированным заводам. Обычно так работают некоторые зарубежные МПЗ.
Подобно мусоросжигательным, мусороперерабатывающие заводы мощностью более 40 тыс. т/год отнесены к предприятиям I класса опасности с установлением санитарно-защитной зоны (СЗЗ) не менее 1000 м, а до 40 тыс. т/год - ко II классу (СЗЗ - 500 м), предприятия по компостированию - к III классу (СЗЗ не менее 300 м).
Такая схема имеет ряд преимуществ: существенно снижается парк мусоровозов, экономятся площади полигонов и продлевается время их функционирования (до 40%), появляется возможность продавать некоторые продукты переработки. Подсчитано, что для города с населением 500 тыс. жителей вполне достаточно мусороперерабатывающего завода производительностью 40-50 тыс. т в год.
С каждым годом, как это ни парадоксально, растет ценность ТБО как комплексного сырья. Это становится понятным, если учесть, что в его составе около 20-40% макулатуры, 2-3% черных и цветных металлов, 25-40% пищевых отходов, 1-5% пластмассы, 4-6% стекла, 4-6% текстиля и др. Поэтому ни по экономическим, ни тем более экологическим соображениям нет смысла подвергать ТБО сжиганию; их следует подвергать глубокой переработке.
Предварительная сортировка мусора позволяет очистить выбросы в атмосферу от многих вредных веществ. Так, фирма «Сорайн чекини» в Риме из 1800 т мусора ежедневно выделяет 50 т черных металлов, производит 25 т бумажных волокон. В годовом исчислении это означает спасение от вырубки почти полмиллиона деревьев. Там же из пищевых отходов делают гранулированное органическое удобрение, из пластиков - полимерную пленку. В целом около 55% ТБО превращают в товарную продукцию и только оставшуюся часть сжигают.
При производстве бумаги или картона из макулатуры (по сравнению с производством из деловой древесины) выбросы в атмосферу снижаются на 85%, загрязнение воды - до 40%. Одновременно более бережно расходуются природные ресурсы: 1 т макулатуры экономит 4 м3 древесины. Даже в такой богатой лесами стране, как Швеция, сбор бумажного вторсырья достигает 1,9 млн. т в год.
Получать алюминий из природного сырья - бокситов - в 10 раз дороже, чем извлекать его из использованных консервных банок. То же самое можно сказать и об олове. Более 100 млн. электролампочек с нитями накаливания из вольфрама попадает на свалки, туда же отправляются и сотни тысяч отработавших свинцово-кислотных аккумуляторов. Зарубежные фирмы охотно покупают во многих странах СНГ стеклобой, а в наших городах и поселках миллионы бутылок валяются на свалках. Из 1 т изношенной резины можно получить примерно 600 кг нефти, 300 кг сажи и 100 кг попутного газа.