Основные тенденции решения проблемы отходов

Проблема твёрдых бытовых отходов (ТБО) в настоящее время становится всё более и более актуальной особенно в городах. Согласно данных последней переписи населения, в нашей стране около 70% людей проживает в крупных городах. При этом ежегодно на каждые 100 тыс. жителей образуется около 200 тыс. т отходов (средние цифры для крупнейших мегаполисов), в том числе, в жилом фонде примерно 25 тыс. т твердых бытовых отходов и крупногабаритного мусора. Около 14 тыс. т твердых бытовых отходов и крупногабаритных материалов и 15 тыс. т отходов производства образуются в нежилом фонде города. К этим отходам добавляется примерно 6 тыс. т медицинских и биологических отходов. При увеличивающихся повсеместно масштабах строительных работ в городах образуется ещё около 110 тыс. т строительных отходов. При очистке сточных вод производится около 30 тыс. т осадков. В ближайшие 5-7 лет такие же объёмы отходов будут характерны и для большинства крупных городов РФ.

Темпы роста ТБО в три раза превышают темпы роста численности населения. Количество ТБО на душу населения в различных странах и регионах различно. В развитых европейских странах (Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Италия, Нидерланды, Швеция, Швейцария), а также в Японии этот показатель уже достиг 340 - 440 кг, в Австрии и Финляндии - свыше 620 кг, а в США - превысил 720 кг на одного человека в год. Отходы упаковки в развитых странах Европы составляют до 150 кг на человека в год, в США - около 250 кг, а в небольшой густонаселенной Японии - почти 400 кг.

В последнее время наблюдается беспрецедентный рост количества муниципальных отходов в нашей стране, обусловленный ростом деловой активности, увеличением покупательской способности населения, развитием индустрии упаковочных материалов. По некоторым данным, в отдельных регионах страны масса ТБО в год на одного человека уже составляет от 300 до 400 кг.

В 2003г. в Москве объём отходов составил 19 млн.т, из них: ТБО и КГМ (крупно-габаритные материалы) - 3,9, отходы производств - 3,2, медицинские отходы - 0,24, биологические отходы - 0,2, осадки очистных сооружений - 3,5, загрязненный грунт - 6,0, строительные отходы - 2,0.

В настоящее время система сбора и переработки ТБО превратилась в крупную отрасль промышленности, оснащённую современной техникой. Вопросами первостепенной важности являются система сбора ТБО и отчасти их транспортировка. Эти же операции и самые дорогостоящие: стоимость сбора и транспортировки ТБО составляет сейчас до 80% общей стоимости всей переработки отходов.

Состав твёрдых бытовых отходов зависит от многих факторов: уровня развития страны и региона, культурного уровня населения и его обычаев, времени года и других причин. Средне-статистические данные для ряда развитых стран мира и Москвы приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Среднестатистические данные по составу ТБО

в ряде развитых стран и в Москве, %

Более трети ТБО составляют упаковочные материалы, количество которых непрерывно увеличивается. Состав упаковочных материалов (%) в ряде стран представлен ниже:

За последние 20 лет произошли принципиальные изменения в идеологии и технике обращения с твёрдыми бытовыми отходами) [23]. В начале превалировали суммарный сбор и общая переработка путём вывоза на санитарные свалки (полигоны), компостирование и сжигание. Затем в различных странах (США, Великобритании, Франции, Германии, Швейцарии, Италии и других, в том числе и в России) стали проводиться работы по механической сепарации ТБО и раздельному (селективному) сбору твёрдых бытовых отходов путём их сортировки населением на несколько видов: пищевые отходы, чёрные и цветные металлы, стекло, пластмасса, бумага, картон, тряпьё и т. д. Для этих целей используются контейнеры, ящики или мешки различного цвета. Собранные в отдельные ёмкости компоненты отходов подлежат раздельной транспортировке на перерабатывающие предприятия. На рис. 6.1 в качестве примера приведена схема магнитного извлечения черных металлов из твердых бытовых отходов. Предварительно и в ходе организации раздельного сбора ТБО среди населения проводилась большая разъяснительная и воспитательная работа. В Германии, например, для организации раздельного сбора ТБО потребовалось 20 лет.

В промышленном масштабе комплексная переработка ТБО с механическим извлечением ценных компонентов наиболее полно была решена итальянской фирмой «Сорайн Чеккини». По технологии, применяемой на заводах этой фирмы, предусмотрено извлечение чёрных металлов, макулатуры, органической части (из которой производили корм для скота и органическое удобрение – компост), пластмассы и стекло (рис. 6.2).

Извлеченное магнитной сепарацией железо подвергается термической обработке для удаления примесей и прессуется в брикеты по 150 кг. В сутки выпускается около 50 т.

Макулатура «мокрым способом» переводится в бумажную массу, которая затем применяется при изготовлении серого и крашеного картона, оберточной бумаги и т.п. После облагораживания она может заменять часть древесной массы при изготовлении газетной и журнальной бумаги, а также прессованной бумаги (например, бумажной тары для хранения яиц и фруктов). Заводы выпускают около 200 т/сут бумажных волокон.

Рис. 6.1. Схема извлечения черных металлов из ТБО методом магнитной сепарации:

1- транспортер для подачи измельченных отходов; 2 – вибрирующий магнит; 3 – транспортирующий магнит; 4 – сбрасывающий магнит; 5 – транспортер для немагнитной фракции; 6 – транспортер для железосодержащей фракции; 7 – движущаяся лента.

Рис.6.2. Принципиальная схема промышленной переработки ТБО по технологии фирмы «Сорайн Чеккини» (Италия).

Корм для скота (около 45 т/сут), приготовленный из крупной фракции органической части отходов, сушат до содержания влаги 8 % и после получения однородной массы и очистки гранулируют. В связи с имевшимися случаями отравления скота в настоящее время корм не выпускается.

Из многочисленных видов пластмасс извлекают только полимерную пленку, остальные пластмассовые изделия (штампованные полиэтиленовые материалы высокой плотности, хлорвиниловые и другие материалы) сжигают. Пленка поставляется заводам в виде кип, из которых производится гранулированный материал, пригодный для штамповки.

Около 45 % исходного количества ТБО, поступающих на переработку, сжигают. Тепло используют для производства пара, применяемого в технологическом процессе: при очистке бумажной массы, стерилизации органических веществ для корма скота, при сушке кормов и удобрений, а также при разгрузке мусоровозов (совместно с оксихлоридами для уменьшения количества пыли и приостановления начинающегося брожения). Заводы работают на оборотной воде.

По данным фирмы «Сорайн Чеккини» степень извлечения в товарные продукты из исходного сырья составляет: железа - 95% (в расчете на ТБО около 3%), бумаги - 75(~15), органических веществ для кормов и удобрений - 85(органических веществ для кормов - 14, органической смеси для удобрений - 20), пластмасс - 50%(2%).

Заводы работают в две смены. Практически все оборудование смонтировано в закрытом исполнении для предупреждения распространения неприятных запахов. Расход электроэнергии при переработке 1 т твердых бытовых отходов - около 80 кВт/ч, расход воды - 1 м³. Обслуживающий персонал завода - 150 человек. Площадь, занимаемая заводом и вспомогательными цехами - 3,5 га.

В 1983 г. в СССР на МПО «Полимер» была реализована технология механизированного извлечения из ТБО лёгкой (макулатуросодержащей) фракции, чёрного и цветного металлолома (рис. 6.3) [24]. В настоящее время не работает.

Рис. 6.3. Принципиальная технологическая схема обогащения твердых бытовых отходов на МПО «Полимер» с извлечением металлов и легкой фракции

Исходные ТБО из мусоровозов выгружались в приемный бункер, дном которого служит пластинчатый питатель, и затем конвейерной эстакадой подаются на механизированную линию сортировки. Над ленточным конвейером установлен подвесной электромагнитный сепаратор (первая основная сепарация); в качестве приводного барабана конвейера используется магнитный шкив (первая контрольная сепарация). Основная сепарация обеспечивает извлечение черного металлолома, находящегося на слое ТБО, контрольная - под слоем отходов.

Далее поток ТБО поступает в вертикальный аэросепаратор, где материал делится на две фракции — легкую, выносимую потоком воздуха в циклон, и тяжелую, поступающую на второй ленточный конвейер, над лентой которого установлен подвесной магнитный сепаратор (вторая основная сепарация), а в качестве приводного барабана используется магнитный шкив (вторая контрольная сепарация).

Многостадийная схема магнитной сепарации обеспечивает практически полное (95 - 100 %) извлечение черного металлолома из потока ТБО, что необходимо не только для комплексного использования сырья, но и для обеспечения оптимальных условий работы узла электродинамической сепарации.

Электродинамические сепараторы основной стадии установлены после аппаратов магнитного обогащения под лентой третьего конвейера, а контрольной стадии - под лентой четвертого конвейера. Электродинамические сепараторы работают в автоматическом режиме по сигналу металлоискателей и включаются точно в момент попадания цветного металлолома в зону индуктора.

Металлоискатель при электродинамической сепарации создает наиболее экономичные условия для работы индуктора (цветной металл не идет сплошным потоком) и обеспечивает наибольшую эффективность его работы как сортирующего устройства (импульсный режим). Степень извлечения цветного металлолома находится на уровне 80 %.

Наиболее сложным в ходе освоения технологии оказался узел первичной аэросепарации. Первоначально потоки воздуха в вертикальном аэросепараторе были организованы с помощью как всасывающего, так и нагнетающего вентиляторов. Однако питатели лопастного типа вертикального аэросепаратора из-за их непригодности к работе были демонтированы, что привело к необходимости реконструкции аппарата и формирования воздушного потока только за счет всасывающего вентилятора. В итоге реконструкции по существу была создана новая модель аэросепаратора и найден режим, обеспечивающий эффективное извлечение из ТБО легкой фракции при работе аппарата без питателей. Проводились также работы по изысканию путей утилизации извлеченной из ТБО легкой фракции. На первом этапе внедрения технологии обогащения бытовых отходов на МПО "Полимер" получали коллективный магнитный концентрат, который реализовался как черный металлолом. На втором этапе было предусмотрено разделение магнитного концентрата после его перечистки на два продукта — собственно черный металлолом и оловосодержащий металлолом. Извлечение в самостоятельный продукт консервных банок как оловосодержащих компонентов надежно отработано ВИВРом (Всесоюзный институт вторичных ресурсов, г. Мытищи) на опытно-экспериментальном металлургическом заводе Гинцветмета (г. Рязань).

Хвосты обогащения ТБО на МПО «Полимер» сжигали. Возможны два варианта их вовлечения в дальнейшую переработку: грубое обогащение с целью выделения пищевой части для последующего компостирования или тонкое обогащение с целью очистки от примесей пищевой части, идущей на приготовление корма для скота. Для отработки первого направления не требуется строительства специального экспериментального цеха, для отработки второго направления такое строительство обязательно (но, как уже отмечалось выше, это нецелесообразно).

Для грубого обогащения тяжёлой фракции ТБО можно использовать специальный грохот или гравитационный сепаратор ВИВРа, который позволяет отделять от пищевой части стекло, камни, кости, остатки металлов и т.п. Концентрат, получаемый на стадии гравитации, следует перерабатывать в компост. Испытания гравитационного сепаратора в укрупненном масштабе показали хорошие результаты, однако перед строительством цеха для приготовления компоста должен быть изготовлен и испытан промышленный его образец.

В итоге сортировки ТБО с извлечением металлов и легкой фракции и переработкой обогащенной тяжелой фракции в компост или корм для скота утилизируется около 50 % исходных ТБО.

При эксплуатации завода производительностью 200 тыс. т ТБО в год можно ежегодно получать около 45 тыс. т легкой фракции (в том числе полимерной пленки около 1,5 тыс.т), 2 – 4 тыс. т черного металлолома, 1,5 – 2 тыс. т оловосодержащего металлолома, до 1 тыс. т лома алюминия, 35 – 45 тыс. т компоста или около 5 тыс. т сухого корма для скота. Хвосты обогащения следует подвергать пиролизу или сжигать.

Заводы по обогащению ТБО в отличие от мусоросжигательных заводов прибыльны, не загрязняют окружающую среду и способствуют рациональному и экономному использованию природных ресурсов. Экономика заводов во многом зависит от условий реализации продуктов обогащения и переработки ТБО.

Опыт большинства стран показал, что будущее за раздельным сбором ТБО населением (по эффективности ему нет альтернативы), но вводить его можно только тогда и только там, где общественное сознание, культура населения приемлют его. Количество контейнеров (или частей ТБО при раздельном сборе) не должно превышать трех-четырех, пять уже много даже для высокоразвитых стран и центров культуры. В практическом плане сейчас рассматриваются различные комбинации переработки ТБО с различной долей сепарации, в том числе и населением.

Для ближайшего будущего система сбора и переработки ТБО, вероятно, будет выглядеть следующим образом [22]:

- площадка для приёма и первичного осмотра отходов;

- платформа предварительной сортировки (удаление крупногабаритных отходов, таких, как мебель, бытовая техника и т.д.);

- устройство для разрыва пакетов и отделения органической части отходов для последующей переработки (например, компостированием);

- платформа вторичной сортировки для ручного извлечения ценных компонентов для повторного использования (бумага, картон, различные виды пластмасс, стекло и т. д.) с последующим прессованием;

- секция магнитного выделения железосодержащих материалов (консервных банок, например) и прессования;

- секция для выделения изделий из цветных металлов (в первую очередь алюминиевых банок) за счёт наведённого электрического поля;

- оборудование для высокоплотного прессования неиспользуемых компонентов ТБО для вывоза на полигон.

Однако в настоящее время в нашей стране да и в большинстве других стран основными методами обезвреживания твёрдых бытовых отходов являются вывоз на санитарные свалки (если только наши свалки можно назвать таковыми), сжигание и компостирование (по крайней мере выделенной органической их части). В технологии и аппаратурном оформлении процесса компостирования произошли большие изменения: ранее применявшиеся биобарабаны заменены бассейнами, а время обработки увеличилось в разы. Всё это позволило завершить ферментацию (в биобарабанах она только начиналась) и получать качественный продукт.

6.4. Вывоз на свалки (полигоны)

В развитых странах на свалки вывозится 35-85% ТБО, в нашей стране – около 96% и часто на неконтролируемые свалки. Достоинствами этого метода являются простота и относительная дешевизна по сравнению с другими методами, недостаток – расход больших площадей, вторичное загрязнение окружающей среды и потеря ценных компонентов ТБО.

Система сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов в Москве представлена на рис. 6.4 [25].

Рис.6.4. Размещение мусороперегрузочных станций ТБО в г. Москве

В сфере обращения с твердыми бытовыми отходами в Москве на долю их транспортировки приходится более 70-75% всех затрат. Основными требованиями к выбору и организации системы транспортировки является обеспечение экологической безопасности при минимуме затрат.

Прямая (одноэтапная) система транспортировки обычно применяется при небольшом удалении мест образования отходов от объектов их переработки и обезвреживания. Двухэтапная система с применением мусороперегрузочных станций (МПС) эффективна при средней и большой дальности перевозок ТБО и обычно используется в крупных городах.

Создание сети МПС позволяет повысить экономическую эффективность и экологическую безопасность транспортировки ТБО за счет более эффективного использования собирающих и большегрузных транспортных мусоровозов, уменьшения объема транспортируемых отходов и степени загрузки транспортной сети города, улучшения условий размещения отходов на полигоне.

По производительности МПС подразделяются на малые (количество перерабатываемых отходов не более 50 т/сут), средние (50-100 т/сут) и крупные ( более 100 т/сут). На ряде МПС предусмотрена операция уплотнения отходов. При ее отсутствии МПС эффективны лишь при малой производительности. В зарубежной практике большое распространение получили МПС со стационарными прессами для уплотнения ТБО в кузове (сменных кузовах) транспортных мусоровозов, что позволяет максимально использовать их полезную грузоподъемность. Это даёт возможность снизить себестоимость вывоза 1 м³ отходов примерно на 25%, капиталовложения - на 30%, уменьшить численность обслуживающего персонала и водителей мусоровозов, экономить до 35% горюче-смазочных материалов.

Рис. 6.5. Аппаратурно-технологическая схема мусороперегрузочной станции с прессованием в брикеты

Увеличение плотности тюков ТБО до 1000-1200 кг/м³ позволяет:

- уменьшить объём транспортируемых ТБО в 5 раз;

- увеличить срок эксплуатации полигона в 3–5 раз;

- уменьшить потребление грунта для технологических нужд полигона в 10 раз;

- снизить содержание влаги в тюках на 60 – 70 %, что позволяет значительно уменьшить количество образующихся фильтрационных стоков и направлять выделенный фильтрат на городские очистные сооружения;

- свести к минимуму количество образующегося биогаза и газов с неприятным запахом;

- понизить степень возгораемости мусора;

- практически исключить возможность размножения грызунов и птиц, являющихся переносчиками инфекций;

- использовать территории рекультивированных полигонов для размещения на них различных культурно-спортивных сооружений;

- придать полигонам вид эстетических индустриальных предприятий, что имеет определенную социальную значимость для обслуживающего персонала, проживающего в близлежащих населенных пунктах.

Годовые эксплуатационные затраты на санитарную очистку г. Москвы при двух- этапном вывозе ТБО составляют 84347 млн. руб., при прямом вывозе – 297133 млн. руб. ( в ценах 1996 г.). При двухэтапном вывозе годовые эксплуатационные расходы снижаются в 3,5 раза, величина экономического ущерба от выбросов – в 7 раз, расход топлива – в 2,8 раза, расход топлива в черте города – в 1,5 раза, количество транспорта – в 4,4 раза.

6.5. Сжигание с использованием и без использования тепла

Метод сжигания (или в общем виде термические методы обезвреживания твёрдых бытовых отходов) имеет как несомненные достоинства (можно использовать теплоту сгорания ТБО для получения электроэнергии и отопления зданий, надёжное обезвреживание отходов), так и существенные недостатки. Необходима хорошая система очистки топочных газов, так как при сжигании ТБО в атмосферу выделяются хлористый и фтористый водород, оксиды азота и серы, а также металлы и их соединения (цинк, кадмий, свинец, ртуть и т. д., в основном в виде аэрозолей) и, что особенно важно, в процессе горения отходов образуются диоксины, дифенилы и дифураны, присутствие которых в отходящих газах значительно осложняет их очистку из-за малой концентрации этих высокотоксичных соединений. Имеются также проблемы с утилизацией золошлаковых отходов в связи с их высокой токсичностью.

В настоящее время в мире эксплуатируется около тысячи мусоросжигательных заводов (МСЗ) с хорошей газоочисткой, где используется гидрооксид кальция и активированный уголь (рис.6.6). На этих заводах перерабатывается значительная доля ТБО (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Доля термической переработки и захоронения в развитых странах

Рис.6.6. Аппаратурно-технологическая схема (NID) очистки

отходящих газов

Первый мусоросжигательный завод в нашей стране был пущен в 1975 г. в Москве. Температура сжигания на нём была 900-1000^оC, очистка отходящих газов проводилась только на электрофильтрах (следовательно, только от пыли и аэрозолей). В настоящее время в Москве работают 4 современных мусоросжигательных завода с получением тепловой и электрической энергии и полной очисткой отходящих газов: МСЗ № 2, производительностью 130 тыс. т в год (рис.6.7 и 6.8) и МСЗ № 4, производительностью 250 тыс. т (рис.6.9 и 6.10). На втором заводе сжигание, предварительно подготовленных, отходов производится в печах с вихревым кипящим слоем инертного материала (кварцевого песка). На МСЗ №2 ТБО сжигаются без предварительной подготовки в отличие от зарубежных, где предварительная подготовка на современных заводах обязательна.

Рис.6.8. Газоочистка на МСЗ № 2:

1. Для обезвреживания оксидов азота используется карбамид,

2СO(NH₂)₂ + 4NO + O₂ = 4N₂ + 2CO₂ + 4H₂O;

2. Активированный уголь для адсорбции диоксинов,

фуранов и тяжелых металлов;

3. Ca(OH)₂ для взаимодействия с SO₂ , HF, HCl:

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃ + H₂O,

Ca(OH)₂ + 2HF = CaF₂ + 2H₂O,

Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O.

Рис.6.10. Газоочистка МСЗ № 4:

1 - дымовые газы; 2 - циклон; 3 - распылительный абсорбер;

4 - смесительный резервуар; 5 - известь; 6 - гашеная известь; 7 - реактор летучей золы; 8 - смесь гашеной извести и активированного угля;

9 - рукавный фильтр; 10 - зола; 11 - силос золы и остатков после газоочистки; 12 - выгрузка золы и остатков после газоочистки для последующей отправки на переработку; 13 - дымосос, 14 - дымовая труба; 15 - система контроля за составом дымовых газов.

Сжигание бытовых отходов с циркулирующим кипящим слоем позволяет:

- исключить механические устройства в зоне горения отходов;

- обезвреживать отходы в широком диапазоне изменения их влажности и зольности;

- достигать высокие удельные тепловые нагрузки при равномерном распределении температур в кипящем слое;

- обеспечить пониженное содержание оксидов азота в дымовых газах.

Разновидностью процесса сжигания является пиролиз – термическое разложение ТБО без доступа воздуха. Применение пиролиза позволяет уменьшить воздействие ТБО на окружающую среду и получать такие полезные продукты, как горючий газ, масло, смолы и твердый остаток (пирокарбон). Этот процесс в комбинации с компостированием будет рассмотрен ниже.

Широко рекламируется процесс высокотемпературной переработки бытовых и промышленных отходов в барботируемом шлаковом расплаве. Основным агрегатом технологической схемы является барботажная печь (рис.6.11), конструкция которой разработана в содружестве со специалистами института Стальпроект (Россия, Москва). Печь проста по конструкции, имеет небольшие габариты, высокую производительность и высокую эксплуатационную надежность (печь Ванюкова и печь для жидкофазного восстановления железа ROMELT).

Процесс осуществляется следующим образом. Бытовые отходы подают в загрузочное устройство периодически. Толкатель сбрасывает их в шлаковую ванну, продуваемую воздухом, обогащённым кислородом. В ванне отходы быстро погружаются в интенсивно перемешиваемый вспененный расплав. Температура шлака составляет 1400-1500^оC. За счет интенсивной теплопередачи отходы подвергаются скоростному пиролизу и газифицируются. Минеральная их часть растворяется в шлаке, а металлические предметы расплавляются, и жидкий металл опускается на подину. При низкой калорийности отходов для стабилизации теплового режима в качестве дополнительного топлива в печь подают в небольших количествах энергетический уголь. Вместо угля может быть использован природный газ. Для получения шлака заданного состава загружают флюс.

Шлак выпускается из печи через сифон непрерывно или периодически и подается в жидком виде на переработку. Химический состав шлака можно регулировать в широких пределах, получая композиции, подходящие для производства различных строительных материалов – каменного литья, щебня, наполнителей для бетонов, минерального волокна, цемента.

Металл через переток поступает в сифон и непрерывно или порциями сливается в ковш и далее передаётся на переработку или непосредственно у печи разливается в чушки либо гранулируется.

Горючие газы – продукты пиролиза и газификации отходов и угля, выделяющиеся из ванны, дожигают над ванной путем подачи воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода.

Печные высокотемпературные (1400-1600^оC) газы отсасываются дымососом в паровой котёл для охлаждения и полезного использования их энергии. В котле осуществляется полное дожигание газов. Затем охлаждённые газы направляются в систему очистки. Перед выбросом в атмосферу производится их очистка от пыли и вредных примесей.

Высокие температуры процесса, рациональная схема сжигания, заключающаяся в сочетании окислительно-восстановительного потенциала газовой фазы и температурного режима, обусловливают низкое содержание оксидов азота (NОx) и других вредных примесей в дымовых газах.

Дымовые газы благодаря высокотемпературному сжиганию содержат значительно меньше органических соединений, в частности диоксинов.

Перевод в условиях процесса щелочных и щёлочноземельных металлов в парогазовую фазу способствует связыванию хлора, фтора и диоксида серы в безопасные соединения, улавливаемые при газоочистке в виде твёрдых частиц пыли.

Замена воздуха кислородом позволяет в 2-4 раза снизить объём дымовых газов, облегчить их очистку и уменьшить сброс токсичных веществ в атмосферу.

Вместо большого количества зольного остатка (до 25% при обычном сжигании), содержащего тяжёлые цветные металлы и диоксины, образуется инертный шлак, являющийся сырьём для производства строительных материалов.

Пыль, выносимая из печи с дымовыми газами, селективно улавливается на разных ступенях очистки. Количество пыли в 2-4 раза меньше, чем при использовании традиционных печей. Крупная пыль (до 60%) возвращается в печь, мелкая, представляющая собой концентрат тяжёлых цветных металлов (цинка, свинца, кадмия, олова и др.), пригодна для дальнейшего использования.

Рис.6.11. Печь для термической переработки бытовых и промышленных отходов в барботируемом шлаковом расплаве:

1 – слой шлака, через который барботирует воздух; 2 – слой спокойного шлака; 3 –слой металла; 4 – огнеупорная подина; 5 – сифон для выпуска шлака; 6 –сифон для выпуска металла; 7 – переток; 8 – водоохлаждаемые стенки; 9 – водоохлаждаемый свод; 10 –фурмы для подачи воздуха; 11 – фурмы для подачи топлива; 12 – загрузочное устройство; 13 – крышка; 14 – загрузочная воронка; 15 – патрубок для отвода газа.

Несмотря на кажущуюся перспективу, широкого применения этот процесс переработку ТБО не нашел. Эксплуатация подобных высокотемпературных установок требует высококвалифицированного обслуживания (и культуры производства).

6.6. Компостирование твердых бытовых отходов

Основной целью компостирования являются обеззараживание ТБО (в результате саморазогрева до 60-70^оC происходит уничтожение возбудителей болезней) и переработка в удобрение – компост за счёт биохимического разложения органической части ТБО микроорганизмами. Применение компоста в качестве удобрения в сельском хозяйстве позволяет повысить урожайность выращиваемых культур, улучшить структуру почвы и увеличить содержание гумуса в ней. Весьма существенным является и то, что при компостировании в атмосферу выделяется меньшее количество «парниковых» газов (прежде всего диоксида углерода), чем при сжигании или вывозе на свалки. Основной недостаток компоста – высокое содержание в нём тяжелых металлов и других токсичных веществ.

Оптимальными условиями компостирования являются: рН от 6 до 8, влажность 40–60%, а вот ранее применяемое время компостирования 25-50 ч. оказалось недостаточным. В настоящее время компостирование осуществляется в специальных закрытых бассейнах или тоннелях в течение месяца.

Переработка ТБО в компост в небольших масштабах (1-3% от общей массы отходов) осуществляется в ряде стран (Нидерланды, Швеция, Германия, Франция, Италия, Испания и др.). Часто компостируется выделенная из ТБО органическая часть, менее загрязнённая цветными металлами, чем все отходы. Наиболее широко компостирование ТБО было распространено во Франции, где в 1980 г. действовало 50 установок для компостирования, а также 40 комбинированных установок по сжиганию и компостированию. В США компостирование практически не получило распространения. В Японии этим методом перерабатывается около 1,5% ТБО. В СССР был построен ряд заводов по компостированию ТБО в биобарабанах (в Москве, Ленинграде, Минске, Ташкенте, Алма-Ате). Большинство из них уже не функционирует.

Хорошо работал комбинированный (компостирование и пиролиз) завод по переработке ТБО в Ленинградской области. Комплекс завода состоял из приёмного, биотермического и дробильно-сортировочного отделений, склада готовой продукции и установки для пиролиза некомпостируемой части отходов.

Технологической схемой предусматривалась разгрузка мусоровозов в приемные бункера, из которых пластинчатыми питателями или грейферными кранами отходы подавались на ленточные конвейеры, а затем - во вращающиеся биотермические барабаны.

В биобарабанах при постоянной подаче воздуха происходила стимуляция жизнедеятельности микроорганизмов, результатом которой являлся активный биотермический процесс. В ходе этого процесса температура отходов повышалась до 60^оC, что способствовало гибели болезнетворных бактерий.

Компост представлял собой рыхлый продукт без запаха. В расчете на сухое вещество компост содержал 0,5-1% азота, 0,3% калия и фосфора и 75% органического гумусного вещества.

Просеянный компост проходил магнитную сепарацию и направлялся в дробилки для измельчения минеральных составляющих, а затем транспортировался на склад готовой продукции. Выделенный металл прессовался. Отсеянная некомпостируемая часть ТБО (кожа, резина, дерево, пластмасса, текстиль и т. д.) направлялась на установку пиролиза.

Технологической схемой этой установки предусматривалась подача некомпостируемых отходов в бункер-накопитель, из которого они направлялись в загрузочную воронку сушильного барабана. После сушки отходы поступали в печь пиролиза, в которой без доступа воздуха происходило их термическое разложение. В результате получали парогазовую смесь и твёрдый углеродистый остаток – пирокарбон. Парогазовую смесь направляли в тепломеханическую часть установки на охлаждение и разделение, а пирокарбон - на охлаждение и дальнейшую переработку. Окончательными продуктами пиролиза являлись пирокарбон, смола и газ. Пирокарбон использовался в металлургической и некоторых других отраслях промышленности, газ и смола – в качестве топлива.

В целом, схема санитарной очистки города представлена на рис.6.12.

Рис. 6.12. Санитарная очистка города

Контрольные вопросы

1. Основные пути решения проблемы ТБО.

2. Какова тенденция в изменении состава ТБО?

3. Можно ли избежать образования ТБО?

4. Как можно удешевить вывоз ТБО на полигоны?

5. Каковы сложности сортировки ТБО населением?

6. Достоинства и недостатки компостирования ТБО.

7. Достоинства и недостатки сортировки ТБО.

8. Достоинства и недостатки сжигания ТБО.

9. В чём сложность утилизации золошлаковых отходов МСЗ?

10. Какова тенденция в управлении ТБО?

7. Переработка, обезвреживание и захоронение опасных отходов

«Всё есть яд и ничто не лишено ядовитости, одна лишь доза делает яд незаметным».

Парацельс

Переработка, обезвреживание и захоронение опасных (токсичных) отходов (в Германии их называют специальными, в США – опасными, в Финляндии – сложными) представляют особую экологическую необходимость и являются технически и организационно достаточно сложной задачей, не говоря уже о больших капитальных и эксплуатационных затратах. В развитых странах количество токсичных отходов оценивается примерно в 70 кг на одного человека в год, а средняя стоимость обезвреживания одной тонны – в 500 долларов США.

К сожалению, наши знания о токсичности веществ, как это можно видеть из данных табл. 7.1, весьма ограниченны. Даже для лекарств, пищевых добавок и косметических средств эти сведения недостаточны. И хотя данные таблицы относятся к 1984г., маловероятно, что они существенно изменились в лучшую сторону, ввиду высокой стоимости определения токсичности веществ и выпускаемых продуктов.

В соответствии со статьёй 14 Федерального Закона от 24 июня 1998г. №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» разработан Критерий отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды, по которому токсичные (опасные) вещества (отходы) делятся на пять классов опасности: I класс – чрезвычайно опасные, II – высокоопасные, III – умеренно опасные IV – малоопасные и V – практически неопасные.

В соответствии с Критерием отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды, утверждённого приказом Министерства природных ресурсов Российской Федерации № 511 от 15.06.2001г., I– IV классы опасности определяются расчётным методом на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода при его воздействии на окружающую природную среду. В случае отнесения отхода расчётным методом к 5-ому классу опасности, необходимо его подтверждение экспериментальным методом (иначе отход будет отнесён к IV классу).

На территории РФ в хранилищах, накопителях, могильниках, на складах, полигонах, свалках и других объектах наблюдения накопилось свыше 1400 млн. т токсичных отходов производства и потребления (по данным статистической отчётности по форме 2ТП «Токсичные отходы»).

Отходы, не подлежащие использованию и переработке, направляются на захоронение. К сожалению, более 15% учтенных мест организованного захоронения отходов не отвечают действующим нормативам.

Таблица 7.1