Бытовых отходов

В целях реализации норм и положений Закона «Об охране окружающей природной среды» в России разрабатывается государственная программа «Отходы». Основная цель этой программы состоит в обеспечении одного из условий экологически безопасного развития страны – стабилизации, а в дальнейшем сокращении загрязнения окружающей среды отходами и экономии природных ресурсов за счет максимально возможного вторичного вовлечения отходов в хозяйственный оборот. Программа предусматривает решение следующих задач:

· снижение объемов образования отходов на основе внедрения малоотходных и безотходных технологий;

· сокращение видов и объемов токсичных и опасных отходов на основе применения новых технологических решений;

· эффективное использование сырьевого и энергетического потенциала вторичных материальных ресурсов;

· экологически безопасное размещение отходов;

· целенаправленное распределение финансовых и иных ресурсов на удаление отходов и их вовлечение в хозяйственный оборот.

Своевременное информационное обеспечение программы – одно из важнейших условий ее успешной разработки и реализации. В Российской федерации отсутствует единая информационная система по отходам. Только в некоторых областях промышленности и в регионах разработаны и функционируют автоматизированные банки данных по отдельным видам отходов.

Как видно из вышесказанного, одной из основных задач Программы «Отходы» является эффективное использование вторичных ресурсов. При этом проблема использования и переработки крупнотоннажных промышленных и бытовых отходов является чрезвычайно важной. Крупнотоннажные промышленные отходы используются для планировки территорий, отсыпки дорог и дамб, в производстве строительных материалов, в сельском хозяйстве, а также в качестве технологического и бытового топлива.

Основным направлением ликвидации и переработки твердых промышленных отходов (ТПО) является захоронение на полигонах, сжигание (в частности методом пиролиза), складирование в поверхностных хранилищах (шламонакопители). Способ обезвреживания и захоронения отходов зависит от агрегатного состояния, водорастворимости и класса опасности их соединений. Подробно методика определения класса токсичности твердых отходов рассматривается на практических занятиях.

Захоронение промышленных токсичных отходов на полигона х – участках, не имеющих хозяйственного значения, проводят после их стабилизации обработкой связующими или цементирующим веществами –жидким стеклом, цементными растворами, битумами. Полученные блоки закладывают в карьеры, овраги, скважины, шурфы и другие естественные или искусственные углубления в поверхностных слоях земли (глубиной до 12 м). Такой метод захоронения применяют для отходов, содержащих соединения ртути, мышьяка, цианидов, а также для слаборадиоактивных отходов. Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных местах, на территориях лесных зон, городов, в зонах санитарной охраны, курортах, в зоне питания подземных источников питьевой воды, в зонах активного карста, оползней, селевых потоков, снежных лавин. Строительство и эксплуатация полигонов осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами проектирования, строительства и эксплуатации полигонов захоронения неутилизируемых отходов» и Санитарными нормами и правилами (СниП 1.02.28-85). При создании полигона особое внимание уделяется проектированию дождевой и хозяйственно-бытовой канализации, а также дренажу (см. рис.7.1).

Рис. 7.1 Схема разреза захоронения твердых отходов и

дренажа фильтрата: 1 –фильтрующий слой войлока; 2 –тканевое стекловолокно; 3 – отводная труба для сбора фильтрата в непроницаемый резервуар.

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, дно полигона 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. В целях снижения площади полигон загружают послойно до высоты 60 м и более. После заполнения полигона его поверхность покрывают растительным грунтом.

Сжигание или термическая обработка – наиболее надежный способ обезвреживания и утилизации твердых отходов. Сжигание осуществляют в высокотемпературных термических реакторах – печах, обеспечивающих: хорошее перемешивание для развития поверхности контакта фаз и для ускорения внешней и внутренней диффузии кислорода с целью максимального окисления органической части отходов; высокую температуру, достаточную для полного обезвреживания токсичной части отходов. Чаще всего применяют барабанные, камерные и циклонные печи, а также используют сжигание во взвешенном (кипящем) слое. Горение твердой массы во всех типах печей начинается при 600⁰С. Температуру в зоне горения поддерживают в пределах 1100-1500⁰С. Наиболее полно и интенсивно происходит сжигание в циклонных печах и печах взвешенного слоя благодаря энергичному перемешиванию твердого материала с воздухом. Перспективна термическая обработка твердых отходов методом пиролиза, продукты которого (полукокс) могут служить энергетическим топливом, а также сырьем для органического синтеза. Нагрев до 300-900⁰С обеспечивают с помощью электрической дуги или токов высокой частоты в вертикальных цилиндрических (ретортных) печах. Для предупреждения образования сажи и токсичных продуктов в зону реакции вводят водяной пар. Состав газов зависит от состава перерабатываемых отходов и содержания кислорода в зоне пиролиза. Твердый остаток пиролиза, который содержит высокий процент углерода, может быть утилизирован как наполнитель для пластических масс и резин или использован как сорбент.

Захоронение твердых промышленных отходов в поверхностных хранилищах – наиболее распространенный на сегодняшний день способ обезвреживания. Такой способ приводит к отчуждению больших участков земли и к загрязнению поверхностных и грунтовых вод. Основной тип поверхностных хранилищ – шламонакопители, которые строят по каскадному принципу. Шламонакопители включают в себя чашу, берега, плотину и дренажную систему, защищающую грунты под сооружением от от фильтрационных деформаций и отводящую из хранилища загрязненные стоки для обезвреживания. Захоронения промышленных токсичных отходов на участках. не имеющих хозяйственного значения, проводят после их стабилизации обработкой связующими или цементирующими веществами – жидким стеклом, цементными растворами, битумами.

При переработке твердых бытовых отходов (ТБО) наибольшее распространение получили следующие методы:

· строительство полигонов для захоронения (аналогично полигонам
для ТПО) и частичной переработки;

· сжигание отходов на мусоросжигающих заводах;

· компостирование (с получением ценного азотного удобрения или биотоплива);

· ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков и др.);

· предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов;

· пиролиз (нагрев без доступа кислорода) ТБО при температуре от 450 до 1700⁰С.

Обустройство полигонов для захоронения ТБО было рассмотрено ранее. Проблемы, связанные с захоронением ТБО, такие же, как и для полигонов ТПО. Они связаны с вымыванием веществ и загрязнением грунтовых вод, образованием метана и просадкой грунта.

Отличительной особенностью ТБО является наличие в них большого количества органических веществ (остатков пищевых продуктов) и поэтому вторая проблема – накопления метана, больше свойственна именно для полигонов ТБО. Так как у захороненного мусора практически нет доступа к кислороду, его разложение идет анаэробно и на метаногенной стадии образуется большое количество метана. Метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии и осуществляется пятью группами различных бактерий. Механизм анаэробного сбраживания подробно рассматривался в гл.5.

Метан – легковоспламеняющийся газ, 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. Кроме того, метан способен распространяться вверх, отравляя корни деревьев и губя растительность, а также вызывая эрозию почвы. Указанную проблему можно решить путем устройства на месте свалок «газовых скважин», перехватывающих образующийся метан, который можно использовать как топливо.

Наконец, с течением времени, по мере разложения отходов, полигон проседает. При этом образуются неглубокие впадины, в них скапливается вода и весь участок впоследствии превращается в болото с ядовитой водой. Для периодического контроля за качеством грунтовых вод по периметру свалки устраивают так называемые мониторинговые колодцы.

Компостами называют органические удобрения, получаемые в результате разложения растительных и животных остатков микроорганизмами. При компостировании в органической массе повышается содержание питательных веществ (азота, фосфора) в усвояемой растениями форме, обезвреживается патогенная микрофлора, уменьшается количество целлюлозы и пектиновых веществ. Разные по составу и способу приготовления компосты применяют под многие культуры и используют вместо остродефицитных органических удобрений (навоз, торф). В специальных компостных установках процесс разложения целенаправленно регулируется: создается температура до 70⁰С, при которой погибают семена и сорных растений и микробы. Этот способ переработки практически не оказывает вредного воздействия на ОС, поскольку очень близок к природным процессам. Однако, при переработке отходов, содержащих ионы тяжелых металлов, последние могут накапливаться в компосте в больших количествах, поэтому следует проводить предварительный анализ на содержание тяжелых металлов и их удаление.

Наиболее совершенным на сегодняшний день является компостирование аэробным окислением во вращающемся наклонном барабане. Для интенсификации процесса окисления, в барабан подается горячий воздух. Отходы находятся в барабане около трех суток. После дополнительной сепарации металла, компост подают на грохочение для отделения некомпостируемых отходов (резины, кожи, дерева, стекла и т.д.) и после измельчения компост может быть использован в сельском хозяйстве.

Процесс сжигания и пиролиза уже рассматривался ранее в данном разделе и технологически не отличается от аналогичных процессов переработки ТПО. Следует только добавить, что основной проблемой при сжигании отходов является образование больших объемов ядовитых веществ – диоксинов, производных хлоруглеводородов, которые характеризуются мутагенным, канцерогенным, эмбрионотоксическим действием. Важно, что биологическое действие диоксинов проявляется уже в исключительно низких дозах. Поэтому в США, Японии и Западной Европе запрещено использование нескольких десятков диоксинсодержащих веществ, а также низкотемпературное сжигание мусора; изменяются технологии производства бумаги, внедряется контроль над содержанием диоксинов в промышленной продукции.

Остановимся подробнее на ферментативном окислении и получении биогаза из ТБО. Биогаз производят способом, который называют «метановым сбраживанием», механизм которого также был рассмотрен ранее в главе 5. С целью создания надлежащих условий жизнедеятельности бактерий строят специальные бродильные камеры – биореакторы. В них поддерживается определенный температурный режим, давление, кислотность среды. Необходимо также следить за тем, чтобы в реактор не поступал кислород из атмосферы.

Получение биогаза из органических отходов привлекает возможностью получения дешевого топлива, особенно учитывая надвигающийся энергетический кризис. Сегодня в мире эксплуатируется более 8 млн установок для получения биогаза, в том числе промышленных.

Вопросы сортировки будут подробно рассмотрены в разделе 7.4 настоящей главы.