Методы обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов.

Первым этапом очистки является ежедневный сбор твердых отходов во всех местах после их образования, для чего в домовладениях предусматривают следующие сооружения:

1. Мусоропроводы, основными элементами которых являются загрузочные клапаны, ствол, мусороприемная камера, система очистки и вентиляции

2. Мусоросборники дворовые и квартирные. Тип и емкость мусоросборников зависят от количества накапливающихся отходов, этажности застройки, а также от способа загрузки и вывоза мусора. В настоящее время наиболее часто используемые мусоросборники емкостью 110–120 литров и 210–220 литров, в наиболее густонаселенных районах городской застройки используют емкости 500–600 литров.

 

При этом различают метод несменяемой (стационарной) и сменной посуды (мусоросборников). С гигиенической точки зрения наиболее целесообразно использовать сменные мусоросборники, так как при этом практикуют централизованный способ их обработки и ремонта. Однако, местные условия (плотность застройки, возможность уплотнения мусора при погрузке в спецавтотранспорт) определяют использование стационарных контейнеров.

Важное гигиеническое и эпидемиологическое значение имеет вопрос временного хранения отходов на территории жилой застройки. Для этого предусмотрены контейнерные площадки, которые должны располагаться на расстоянии не более 100 метров от обслуживаемых подъездов и не ближе 20 метров от окон ближайших квартир, детских дошкольных учреждений, спортивных и игровых площадок. Для предупреждения выплода мух и распространения геогельминтозов площадка должна иметь твердое покрытие, а площадь ее превышать общую площадь контейнеров в 3–4 раза. В основу расчета емкости и количества контейнеров берутся местные нормы накопления твердых отходов. Для предприятий и учреждений, входящих в инфраструктуру города также предусматриваются отдельные площадки для сбора и хранения ТБО.

Планово-поквартирный или бесконтейнерный метод сбора твердых отходов может применяться в небольших городах с малоэтажной застройкой (не более 5 этажей), так как рассчитан на сбор мусора по сигналу, который может быть неразличим в квартирах на верхних этажах или на определенный временной период, за который жители верхних этажей при многоэтажной застройки не успевают опорожнить индивидуальный контейнер, а также другие, субъективные причины. Тем не менее, такой способ в гигиеническом и эпидемиологическом отношении при правильной организации сбора и вывоза отходов со стороны спецавтохозяйств и жителей района можно признать самым эффективным в гигиеническом и эпидемиологическом отношении.

Доставка бытовых отходов из домовладения на предприятия по обезвреживанию ТБО может осуществляться одноэтапно или двухэтапно.

При одноэтапной доставке ТБО транспорт загружается в домовладениях, а разгружается на предприятии по обезвреживанию отходов. При высоких показателях накопления отходов в домовладениях, а также значительных расстояниях до мест обезвреживания отходов можно использовать перегрузочную станцию, где отходы прессуют, дробят и упаковывают в тюки для дальнейшей перевозки к месту обезвреживания и утилизации.

 

Методы обезвреживания и переработки ТБО по конечной цели делятся на:

1. ликвидационные, решающие в основном санитарно-гигиенические задачи:

 ликвидационный механический – депонирование на полигонах и свалках;

 ликвидационный термический – мусоросжигание;

2. утилизационные, решающие как санитарно-гигиенические так и экономические задачи (использование вторичных ресурсов):

 утилизационный биологический – компостирование в полевых условиях, биотермическая переработка на индустриальных предприятиях.

 

Полигоны ТБО (ликвидационный механический метод) – инженерные сооружения, предназначенные для изоляции и обезвреживания отходов за счет биохимических процессов, развивающихся в результате размножения термофильной микрофлоры, жизнедеятельности грибов, водорослей, червей. К современным полигонам предъявляют большие требования: по выбору площадки, конструкции, эксплуатации, мониторингу, выводу из эксплуатации и к предоставлению финансовых гарантий (страховка на случай бедствий и проч.). Площадь земельного участка выбирается на несколько лет, но не менее 20. При выборе площадки стараются избегать

соседства аэропортов, площадки не располагают в поймах водоемов, поблизости от водно-болотных угодий, тектонических разломов и сейсмически небезопасных зон. Для безопасной эксплуатации полигона вводятся следующие меры:

1. Исключение опасных отходов и ведение записи по всем принимаемым отходам и точным координатам их захоронения;

2. Обеспечение ежедневного покрытия сваливаемых отходов грунтом или специальной пеной для предотвращения разноса отходов;

3. Борьба с переносчиками болезней (крысами и т. д.);

4. Откачка взрывоопасных газов из недр свалки (затем метан может быть использован для производства электричества – по всей Великобритании подобные установки производят 80 МВт), для этого должны быть встроены специальные вертикальные перфорированные трубы; доступ людей и животных на полигон контролируется, периметр должен быть огорожен и охраняться;

5. Гидротехнические сооружения должны минимизировать попадание дождевых стоков и поверхностных вод на полигон, все поверхностные стоки с полигона направляются на очистку, жидкость, которая выделяется из отходов, не должна попадать в подземные воды – для этого создаются специальные системы гидроизоляции;

6. Жидкость следует собирать с помощью системы дренажных труб и очищать перед попаданием в канализацию или природные водоемы;

7. Регулярный мониторинг воздуха, грунтовых и поверхностных вод в окрестностях полигона.

 

Организация полигонов относятся к природоохранным мероприятиям. В действительности, как показывает практика эксплуатации полигонов, несмотря на их сложные системы, они часто не выполняют функции защиты природных ландшафтов. Дело в том, что большинство современных отходов, которые захораниваются на полигонах, появились, как и сами современные полигоны, Современные полигоны оборудованы всеми типами систем, чтобы не допустить контакта отходов с окружающей средой, но именно вследствие этого разложение отходов затруднено и они представляют своеобразную «бомбу замедленного действия». Захоронение отходов, даже при цивилизованной подготовке гидроизоляции ложа полигона, в течение 3–5 лет приводит к отравлению на большую глубину земли под полигоном слоями тяжелых металлов, токсичными химикатами, а также диоксинами и фуранами, образующимися в местах загорания отходов. В результате биохимических процессов образуется фильтрат, имеющий очень сложный и агрессивный состав: тяжелые металлы – никель, кобальт, хром, медь, свинец, цинк, стронций, ароматические углеводороды, карбоновые кислоты, спирты и кетоны. БПК полн. фильтрата составляет от 1500 до 40000 мг О2/л, ХПК до 80000 мг О2 /л. Кроме того, в атмосферном воздухе в расположении полигона обнаруживаются различные микроорганизмы, грибы, актиномицеты; химические соединения: метан, оксид углерода, фенолы, аммиак, сероводород, толуол, ксилол, т. е. так называемые биогазы. В теле полигона даже при надлежащей эксплуатации создаются новые биотопы для домашних и полевых грызунов, мух, и др. переносчиков зоонозных и трансмиссивных болезней.

связи с этим, расстояние до жилой застройки должно быть не менее 1000 метров, а в соответствиями с СП «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов» не допускается размещение полигонов ТБО в рекреационных зонах, на территории 1 и 2 поясов ЗСО источников питьевого водоснабжения, курортных зон, а также в местах выхода на поверхность трещиноватых горных пород.

Особое внимание уделяется выводу полигона из эксплуатации и последующей рекультивации. Как правило, исходный проект полигона уже включает план мероприятий по рекультивации, длительному мониторингу закрытого полигона и т.п. В США законы многих штатов требуют от компании, управляющей полигоном, создания специального фонда рекультивации. Такой фонд формируется в течение всего времени работы полигона за счет отчислений от получаемого дохода и должен обеспечить необходимые средства независимо от смены собственника полигона, банкротства компании и т.п.

В последние десятилетия ХХ в. развитые страны для работы с неутилизируемой частью муниципальных отходов разработали мусоросжигающие заводы (МСЗ), которые появились также в России. Ликвидационный термический метод (мусоросжигание) получил широкое распространение в странах с высокой плотностью населения и отсутствием свободных площадей – Япония, Бельгия, Швейцария и т. д.

Применение этого метода целесообразно применять лишь в том случае, если ТБО содержит менее 30% активного органического вещества и при отсутствии активного потребителя биотоплива и компоста. Мусор должен быть сухим, свежим, незагнившим, с влажностью не более 45 50% и зольностью 45%, теплотворная способность не ниже 700 800 ккал.

Мусоросжигание проводится в специальных печах при температуре 900–1000 С°, при которой разрушаются почти все органические и дурнопахнущие газообразные соединения. Однако есть достаточно много причин считать, что технологии, в основном зарубежные, низкотемпературного (до 1000 С°) сжигания отходов являются тупиковыми и экологически вредными для природных ландшафтов:

1. Переработка отходов по сжигающей технологии генерирует диоксины и фураны вследствие низких (800–950 С°) температур и сопровождается образованием золы (провального шлака) с многократным превышением ПДК

53

 

по растворимым солям тяжелых металлов (в т. ч. и с абсорбированными диоксинами), пыли газоочистки, токсичность которой на два-три порядка выше, чем у золы. В случае применения сорбентов для улавливания диоксинов возникает также проблема их захоронения на особо длительные.

2. Сроки на спецполигонах.

3. Высокие единичные мощности предприятий по переработке предполагают точечный выброс через дымовую трубу больших количеств опасных веществ даже при предельно 3 возможной степени их очистки, а также образование нескольких десятков тысяч тонн токсичной золы (провального шлака) и особо токсичной пыли газоочистки, требующих захоронения на спецполигонах для токсичных отходов.

Мусоросжигательные установки должны иметь надежную систему очистки отходящих газов, утилизации и захоронения остающихся после сжигания ТБО токсичной золы и шлака. Помимо этого, для снижения экологической опасности вновь проектируемых мусоросжигательных заводов необходимо предусматривать систему предварительного отбора фракций, усложняющих процесс сжигания (алюминий, полимерные материалы). Гигиеническое, эпидемиологическое и экономическое значение этого метода заключается в том, что обезвреживание происходит радикально и быстро, сокращается и удешевляется использование транспорта, отпадает необходимость вывоза мусора далеко за пределы города, отвода земельного участка под захоронение. Продукты горения: тепло, пар, шлак возможно для дальнейшего использования в народном хозяйстве. Тем не менее, мусоросжигательные установки должны быть оборудованы надежной системой очистки образующихся выбросов, так как даже при высокой эффективности очистных сооружений в атмосферный воздух попадают полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), являющиеся высоко токсичными и канцерогенными веществами.

Диоксины относятся к группе так называемых ксенобиотиков, т. е. веществ, совершенно чужеродных для всего живого. В химическом отношении они представляют собой гомологи и изомеры галогенопроизводных би- и трициклических ароматических углеводородов, их общее число составляет несколько тысяч. В медико-биологическом плане диоксины опасны тем, что способны, подобно радиации, накапливаться в организме и приводить к возникновению мутаций у потомства. Установлено, что безопасных доз диоксинов не существует: даже в ничтожно малых концентрациях они поражают все живые существа – от бактерий до теплокровных.

Одна из самых неприятных особенностей диоксинов заключается в том, что они чрезвычайно устойчивы, крайне неохотно разрушаются под действием обычных химических и биологических факторов и начинают разлагаться лишь при температуре выше 1200–1250 °С. Кроме продуктов сгорания ТБО (запах горящих помоек наверняка знаком жителю любого города России), диоксины содержатся в твердых, жидких и газообразных отходах: химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также других отраслей народного хозяйства.

Перспективным методом термического обезвреживания ТБО является пиролиз – высокотемпературный способ разложения органического вещества без доступа кислорода и без добавления химических реагентов. Продуктами пиролиза являются горючий газ, содержащий много метана, полимерные смолы сложного химического состава, используемые в химической промышленности. Шлаки, образующиеся в процессе пиролиза, используются в производствах строительных материалов и строительстве дорог. Пиролиз рассматривается как экологически чистый (замкнутый процесс) и экономически выгодный процесс (простота аппаратурного оформления, минимальный выброс в атмосферный воздух, способность к переработке пластмассы, резины и пр.).

55

Компостирование органических фракций ТБО – утилизационный метод, в основе которого лежит биохимический процесс преобразования органических веществ в относительно стабильный гумусоподобный продукт. Биохимическому распаду подвергаются только органические составляющие твердых отходов благодаря микробным популяциям и факторам внешней среды (рис. 4).

Биотермическая очистка ставит перед собой две задачи:

1. Разложить сложное органическое вещество на более простые соединения при участии микроорганизмов и кислорода, синтезировать новое, устойчивое и безопасное в гигиеническом отношении вещество, называемое гумусом.

2. Уничтожить вегетативные формы патогенных микроорганизмов, вирусы, простейшие, яйца гельминтов, яйца и личинки мух.

 

0 30 60 90 0 20 40 60 80 100 время, сут t

Рис. 4. Биохимический процесс преобразования органических веществ

Происходит это следующим образом: органические вещества в почве или биотермической установке в виде сложных белков, жиров и углеводов разрушаются до аминокислот, мочевины, мочевой кислоты, моносахаридов и жирных кислот. Это первая фаза биохимических процессов, при которой полученные продукты разложения химических веществ может проникать через

оболочку микробной клетки, питая ее. Микроорганизмы – мезофиллы, наращивают биомассу, одновременно повышая температуру до 40–45°.

Когда температура достигает своего максимума, мезофиллы погибают и дают начало интенсивному размножению термофилов, поднимающие температуру до 75–80° С в течение 1–60 суток, в биотермической камере и до 1 года в компосте. Этот период называется фазой стационарных температур. При максимальной температуре среды 75–80° мезофиллы отмирают, и формируется новая группа микроорганизмов – мезофиллы, способные разрушать трудноразрушаемые вещества, например лигнины. В результате сложных микробиологических преобразований в I–III фазе (фазы гумификации) образуется статичная форма, обогащенная простыми соединениями распада органических веществ, минеральным азотом – гумус – вещество, хорошо усваиваемое растениями.

Под длительным воздействием высоких температур погибает и биологическая составляющая хозяйственно-бытовых отходов.

Поля компостирования представляют собой почвенные сооружения, в основания которых закладывается торф, опилки, солома, часть готового компоста для задержки образующейся при компостировании жидкости. Сверху укладываются штабеля твердых отходов высотой 1,5–2,0 м, утрамбовываются и присыпаются сверху почвой. Площадь полей компостирования составляет около 2 га на 10000 чел. Время компостирования зависит от климатических условий – от 5 до 12 мес. При этом необходимо отметить, что компост лучшего качества можно получить при применении предварительного дробления мусора и себестоимость компоста, полученного на полях компостирования, ниже, чем при механизированной переработке на заводах. В санитарно-гигиеническом отношении поля компостирования более безопасны, чем усовершенствованные полигоны. Биотермические камеры предназначены для обезвреживания бытовых отходов и превращения их в компост закрытым способом. Камеры выполнены из кирпича, бетона или железобетона вместимостью до 20 м3. максимальная температура в камере достигает 70° и сохраняется в течение 30 дней. За это время в отходах погибают яйца гельминтов, личинки и куколки мух, плесневые грибы и их споры и т. д. Для ускорения процессов переработки в камеры подается подогретый калориферами воздух или тепло из уже разогретых камер, добавляется готовый компост и отходы перемешиваются каждые 10 дней.

В настоящее время используются индустриальные способы биотермической переработки на мусороперерабатывающих заводах. В первую очередь эти предприятия являются землесберегающими и природоохранными, во-вторых, в результате сортировки и переработки мусора образуется ценное вторичное сырье (металлы), а в результате переработки – биотопливо, компост, инертный строительный материал.

В практике имеют место химические методы обезвреживания твердых отходов, к которым относится гидролиз в присутствии хлористоводородной или серной кислоты при высокой температуре. В результате гидролиза могут быть получены этиловый спирт, фурфурол, витамины группы В, РР, D2 и другие важные продукты. Получение этанола (этилового спирта) из целлюлозы, содержащейся в мусоре (70–75%) проводится следующим образом: целлюлоза подвергается гидролизу, в процессе которого она реагирует с водой в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. Для ускорения процесса и увеличения выхода этанола реакция ведется при высокой температуре. В результате реакции получаются сахара. Раствор сахаров сбраживается и получается этиловый спирт.

С6 Н О 10 + Н 2О (кат. HCl) → С6 Н12О6

С6 Н12О6 дрожжи→ 2С2 Н5 ОН + 2СО2

58

Этот метод дает высокий положительный эффект как в гигиеническом отношении, так и в экономическом, так как в результате сжигания отходов образуется вещество, которое можно использовать как биотопливо и органическое удобрение, кроме того, обеспечивается полная безотходная технология производства и соблюдение требований по санитарной охране окружающей среды.