Методы обезвреживания и переработки отходов делятся на две большие группы : ликвидационные (решают санитарно- гигиенические задачи); утилизационные (решают еще и задачи экономики – использование вторичных ресурсов).
Сейчас в мире наибольшее распространение получили следующие методы : складирование на полигонах (ликвидационный биолого-механический); сжигание (ликвидационный термический); компостирование (утилизационный биологический); сортировка с дальнейшим использованием вторсырья и другие.
В наиболее промышленно развитых странах с высокой плотностью населения захоронению подвергается не более 45 % отходов, тогда как в странах со свободными земельными ресурсами доля отходов, складируемых на свалках, достигает 90 %, что представляет серьезную экологическую угрозу как для современного общества, так и для будущих поколений.
СтранаДепонированиеСжиганиеБиокомпостирование США84151 Великобритания9091 Франция Германия78202 Япония57403 Удельный вес утилизации ТБО в развитых странах
Складирование на полигонах Полигон – это природоохранное сооружение для централизованного сбора, обезвреживания отходов, которое способствует повышению уровня защиты от загрязнения атмосферы, почв, поверхностных и грунтовых вод и препятствует распространению болезнетворных микроорганизмов.
Полигоны должны обеспечивать охрану окружающей среды по шести показателям вредности: 1. Органолептический; 2. Общесанитарный; 3. фитоаккумуляционный (транслакационный); 4. миграционно-водный; 5. миграционно-воздушный ; 6. санитарно-токсикологический.
Органолептический показатель характеризует изменение запаха, привкуса и пищевой ценности растений на прилегающих участках действующего полигона и территорий закрытого полигона, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета и запаха грунтовых и поверхностных вод. Общесанитарный показатель отражает процессы изменения биологической активности и показателей самоочищения почвы прилегающих участков. Фитоаккумуляционный показатель характеризует процесс перехода (миграции) химических веществ из почвы близлежащих участков и территории рекультивированных полигонов в культурные растения, используемые в качестве продуктов питания. Миграционно-водный показатель вредности выявляет процессы миграции химических веществ из ТБО в подземные и поверхностные воды. Миграционно-воздушный показатель отражает процессы поступления выбросов в атмосферный воздух с пылью, испарениями и газами. Санитарно-токсикологический показатель суммарно характеризует влияние факторов действующих в комплексе.
До настоящего времени практически во всех промышленно развитых странах мира подавляющее количество образующихся ТБО продолжают вывозить на свалки и полигоны. Складирование ТБО на полигонах требует отчуждения больших земельных площадей и сопряжено с высокими транспортными затратами. При захоронении теряются ценные компоненты, входящие в состав отходов, и возникает опасность ухудшения экологического состояния окружающей среды. В местах складирования отходов создаются условия, способствующие распространению инфекций и возникновению пожаров. Поэтому для решения перечисленных проблем с отходами их направляют на промышленную переработку.
Методы промышленной переработки ТБО : термическая обработка (в основном, сжигание); биотермическое аэробное компостирование (с получением удобрения или биотоплива); анаэробная ферментация (с получением биогаза); сортировка с получением ценных компонентов для их вторичного использования; комплексная переработка (с получением продукции из вторичного сырья и энергии).
Термическая обработка ТБО Это наиболее распространенный и технически отработанный метод промышленной переработки ТБО. В европейских странах сжигают около 25 % объема образующихся городских отходов. Термические методы переработки и утилизации ТБО разделяют на 3 способа: 1. слоевое сжигание неподготовленных отходов в мусоросжигательных установках; 2. слоевое и камерное сжигание специально подготовленных отходов в виде гранулированного топлива (освобожденного от балластных составляющих и имеющего постоянный фракционный состав) в топках энергетических котлов или цементных печах; 3. пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.
Технологическая схема переработки отходов на мусоросжигательных заводах 1 – мостовой грейферный кран; 2 и 3 – мусорный и шлаковый отсеки бункера–накопителя; 4 – вентилятор первичного дутьевого воздуха; 5 –станция гидропривода; 6 – паровые калориферы- воздухоподогреватели; 7 – шлакоизвлекатель; 8 – ленточные транспортеры для удаления шлака и золы; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба; 11 – электростатический филтр; 12 – котел-утилизатор; 13 – вентилятор вторичного воздуха; 14 – загрузочный бункер; 15- растопочная горелка; 16 – колосниковая решетка; I – пар; II – вода; III – воздух; IV – шлак
По прогнозам специалистов слоевое или камерное сжигание специально подготовленных отходов в ближайшее десятилетие получит широкое применение. Такой метод утилизации отходов наибольшее распространение получил в США и Великобритании. RefuseDerindFull Там проводится переработка отходов в гранулированное топливо «RefuseDerindFull» (RDF), при сжигании которого воздействие на окружающую среду значительно меньше. Его можно хранить долгое время и транспортировать на большие расстояния.
Практика показывает, что наиболее перспективен способ обезвреживания ТБО в два этапа: компостирование органической части ТБО с получением компоста пиролиз некомпостируемой части бытовых отходов (НБО), например, резины, кожи, пластмассы, дерева и т.д. ПИРОЛИЗ ПИРОЛИЗ - процесс термического разложения отходов без доступа кислорода, в результате которого образуется пиролизный газ и твердый углеродистый остаток.
Пиролиз некомпостируемых отходов подразделяется на: низкотемпературный ( о С), характеризующийся минимальным выходом газа, максимальным количеством смол, масел и твердых остатков; среднетемпературный (до 800 о С), характеризующийся увеличенным выходом газа с уменьшенным количеством смол и масел; высокотемпературный (свыше 800 о С), характеризующийся максимальным выходом газов и минимальным количеством смолообразных продуктов.
Процесс пиролиза НБО состоит из: 1. пиролиза НБО в печи с внешним обогревом; 2. дожига пиролизных газов; 3. утилизации тепла отходящих газов в котле- утилизаторе с получением пара; 4. очистки дымовых газов от пыли и химических примесей в пенном абсорбере; 5. сушки абсорбционных растворов в распылительной сушилке; 6. сепарации черного и цветного металла из пирокарбона; 7. сепарации камней из пирокарбона; 8. Фасовки пирокарбона в мешки.
Схема установки высокотемпературного пиролиза 1 – приемная воронка; 2 – затворы; 3 – конденсатор жидких продуктов; 4 – дроссельные заслонки; 5 – вентилятор; 6 – газоанализатор; 7 – дымосос; 8 – система газоочистки; 9 – сопло подачи подогретого воздуха; 10 – воздухоподогреватель; 11 – водяная ванна; 12 – швельшахта; I, II и III – направления движения соответственно конденсата, охлажденного воздуха и отводящих газов
Преимущества метода термической обработки ТБО : уменьшение объема отходов до 10 раз, значительная экономия земельных участков, возможность рекуперации образующегося тепла и снижение риска загрязнения отходами грунтовых вод и почвы. Отрицательные эффекты термической обработки ТБО : при сжигании мусора в воздух поступают высокотоксичные органические вещества, в том числе – диоксины; выбросы пыли содержат в себе различные химические элементы, включая тяжелые металлы; в связи с неоднородностью бытовых отходов в печи приходится поддерживать температуру, рассчитанную на сгорание самых тугоплавких веществ, что способствует увеличению выбросов в атмосферу различных оксидов; при сжигании мусора происходит уничтожение ценных компонентов и потеря вторичного сырья; низкая эффективность восстановления черных металлов из шлаков; сложность стабилизации самого процесса сжигания.
Компостирование (биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами) – второй по распространенности метод переработки ТБО. Различают полевое компостирование и компостирование на специальных заводах. Теоретически аэробные биохимические реакции, протекающие при компостировании, можно представить в следующем виде: (С 6 Н 12 О 6 ) n Микроорганизмы n(C 6 Н 12 О 6 ) n(C 6 Н 12 О 6 ) + 6n(О 2 ) Микроорганизмы 6n(СО 2 ) + 6n(Н 2 О) + n(2796 КДж).
Аэробное компостирование твердых бытовых отходов в промышленных условиях Около % отходов не подлежат компостированию. Эту часть отходов или сжигают на компостных заводах, или подвергают пиролизу для получения пирокарбона, или вывозят на полигон ТБО для захоронения. Биотермический процесс обезвреживания отходов происходит благодаря активному росту термофильных микроорганизмов в аэробных условиях. Масса отходов сама разогревается до температуры 60 о С, при которой болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов, личинки и куколки мух погибают, и масса отходов обезвреживается. Под действием микрофлоры быстрогниющие органические вещества разлагаются, образуя компост. Для обеспечения принудительной аэрации на корпусе биобарабана устанавливаются вентиляторы, которые подают воздух в толщу отходов. Разгружаются биобарабаны на ленточные конвейеры, которые доставляют компост в сортировочный корпус. Здесь материал летит в двойную воронку, разделенную перегородкой на два отсека. Тяжелые частицы (стекло, камни), обладающие большей инерцией, летят в дальний отсек, а легкие фракции (компост) ссыпаются в ближний. Далее компост попадет на мелкое сито, после прохода которого компост окончательно очищается от балластных фракций. Стекло и мелкий балласт ссыпаются в тележки, а компост по системе конвейеров подается на складские площадки.
Компост, производимый на МПЗ, имеет следующий состав: органическое вещество на сухую массу не менее 40 %, N – 0,7 %, P 2 O 5 – 0,5 %, содержание балластных включений (камни, металл, резина) – 2 %, реакция среды (рН солевой вытяжки) не менее 6,0.
Технологическая схема непрерывного анаэробного компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся барабане: 1 – кран-балка с грейферным ковшом; 2 – мусоровоз; 3 – приемный бункер отходов; 4 – дозирующий бункер; 5 – пластинчатый питатель; 6 – подъемный кран с магнитной шайбой для погрузки пакетов металлолома; 7 – рольганг; 8 – магнитный сепаратор; 9 – бункер металлолома; 10 – пакетирующий пресс; 11 – вращающийся биотермический барабан; 12 – вентилятор; 13 – котельная или пиролизная установка; 14 – вытяжной вентилятор; 15 – штабеля компоста на площадках дозревания и готовой продукции; 16 – измельчитель компоста; 17– грохот; 18 – прицеп для сбора отсева с грохота
Анаэробное компостирование твердых бытовых отходов Схема переработки ТБО методом анаэробного компостирования 1 – приемный бункер; 2 – мостовой грейферный кран; 3 – дробилка; 4 – магнитный сепаратор; 5 – насос смеситель; 6 – метантенк; 7 – шнековый пресс; 8 – рыхлитель; 9 – емкость для сбора отжима; 10 – цилиндрический грохот; 11 – упаковочная машина; 12 – крупный отсев; 13 – склад удобрений; 14 – газольдер; 15 – компрессор; 16 – уравнительная камера; I – направление движения отходов; II – направления движения газа
Комплексный метод переработки ТБО По мнению специалистов, более всего соответствует современным экологическим и экономическим требованиям технология комплексной переработки ТБО, сочетающая комбинацию процессов сортировки, термической и биологической обработки. Объединяющим процессом при этом является сортировка, изменяющая качественный и количественный состав ТБО, что почти вдвое сокращает объем отходов, направляемых на сжигание и захоронение на полигонах, ускоряет процесс компостирования и улучшает его качество, стабилизирует термические процессы и сокращает выбросы вредных веществ с отходящими газами.
Как правило, 55 % ТБО мусороперерабатывающие заводы превращают в товарную продукцию. Наиболее широко применяемые способы вторичной переработки различных типов отходов: измельчение макулатуры в бумажную массу, из которой изготавливают различную бумажную продукцию; дробление, плавление стекла и производство из него новой тары или, как альтернатива, дробление и использование его вместо гравия или песка при производстве бетона и асфальта; переплавка пластмассы и изготовление из нее «синтетической древесины», устойчивой к биодеградации и обладающей громадным потенциалом как материал для различных ограждений, настилов, столбов, перил и других сооружений под открытым небом; плавление металлов и их переработка в различные детали, что позволяет экономить до 90% электроэнергии, необходимой для выплавления металлов из руды; компостирование пищевых отходов и садового мусора с получением органического удобрения; измельчение текстиля и его использование для придания прочности бумажной продукции; переработка старых покрышек: их измельчают и сжигают, либо изготавливают беговые дорожки, резиновые сапоги, асфальт и т. д. (каждая шина содержит около восьми литров восстанавливаемой нефти).
Практика многих стран показывает, что при решении вопроса переработки мусора роль каждого человека огромна: соблюдение чистоты в собственной квартире, доме, на улице, в местах проведения досуга, практика раздельного сбора мусора приносят результаты и помогают решить вопросы переработки ТБО в целом.