Утилизация бытовых и промышленных отходов. Современный способ переработки мусора
Виды отходов
Количество бытовых отходов в мире в расчете на одного человека увеличивается примерно на 1-4%, а по массе - на 0,2-0,4% в год и в настоящее время составляет (кг/год): в благоустроенных зданиях - 160-190, в неблагоустроенных зданиях -600-700. Проблема указанных отходов в настоящее время весьма остро стоит во многих странах мира. В частности, в городах США образуется ежегодно около 150 млн т отходов.
В нашей стране накоплено около 80 млрд т отходов и ежегодно их масса увеличивается. К началу 1997 г. на предприятиях различных отраслей промышленности скопилось более 1,4 млрд т только токсичных отходов. В 1995-1997 гг. ежегодное образование токсичных отходов достигло примерно 90 млн т, в том числе I класса опасности - порядка 0,16 млн т, II класса - 2,2 млн т, III класса - 7 8,7 млн т. В целом по России количество опасных: отходов составляет около 10% от всей массы твердых бытовых отходов (ТБО).
Наибольшая часть из сотен миллионов тонн промышленных отходов образуется в угольной промышленности, предприятиями черной и цветной металлургии, тепловыми электростанциями, промышленностью строительных материалов.
Отходы производства и потребления - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, образовавшихся в процессе производства и потребления, а также продукции, которая утратила свои потребительские свойства. При этом вредные отходы должны подвергаться нейтрализации, а неиспользуемые считаются отбросами . Отходы могут быть самыми различными (Схема 1).
Отходы | ||
Твердые | Жидкие | Газообразные |
Схема 1. Основные виды отходов (по В.А. Вронскому)
Основные способы утилизации бытовых и промышленных отходов Существует достаточно много способов утилизации отходов,
остановимся на наиболее часто применяемых.
Складирование
Вывоз отходов на свалку - самый дешёвый, но при этом недальновидный способ его утилизации. Недальновидный он в первую очередь потому, что мусор остаётся мусором. Свалки вокруг городов занимают огромные площади. Ядовитые вещества, оказывающиеся на свалках, проникают в подземные воды, которые часто используются в качестве источников питьевой воды, развеиваются ветрами по окрестностям и тем самым наносят ущерб окружающей среде. Кроме того, в результате процессов гниения без доступа воздуха образуются различные газы, которые также не освежают атмосферу вокруг свалки. Некоторые продукты гниения способны самовоспламенятся, поэтому на свалках регулярно возникают пожары, при которых в атмосферу выбрасывается сажа, фенол, бензапирен и прочие ядовитые вещества.
Объемы свалок в наших городах удваиваются примерно каждые 10 лет.
Еще один способ утилизации не просто вывоз на свалку, а захоронение отходов с последующей рекультивацией .
Примерно 2/3 всех отходов бытового и производственного происхождения складируют в хранилищах-свалках. Такие хранилища занимают большие площади, являются источниками шума, пыли и газов,
образующихся в результате химических и анаэробных биологических реакций в толще.
Перед захоронением проводят ряд мероприятий:
Выкапывают котлован
Дно выстилают илом
На слой ила кладут изолирующий материал
Затем поочередно следуют – слой отходов и слой почвы
Проводят уплотнение отходов
Для отвода жидких отходов монтируют дренажи установку по очистке сточных вод
Затем засыпают мощным слоем почвы и высаживают зеленые насаждения.
Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ - дампинг, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.
Что лучше из этих двух способов неизвестно, поскольку с одной стороны захороненный мусор не дает пыли, разлетающийся вокруг свалки и не так портит ландшафт, а с другой стороны – отходы находятся ближе к грунтовым водам. К тому же захоронение отходов процесс достаточно дорогостоящий.
2. Сжигание
Для того чтобы освободить огромные площади, занимаемые свалками, возникла идея сжигания отходов.
Первое систематическое использование мусорных печей было опробовано в Нотингеме, Англия, в 1874 г. Сжигание сократило объем мусора на 70-90 %, в зависимости от состава, поэтому оно нашло свое применение по обе стороны Атлантики.
Густонаселенные и наиболее значимые города вскоре внедрили экспериментальные печи. Тепло, выделяемое при сжигании мусора, стали использовать для получения электрической энергии, но не везде эти проекты смогли оправдать затраты. Большие затраты на них были бы уместны тогда, когда не было бы дешевого способа захоронения. Многие города, которые применили эти печи, вскоре отказались от них из-за ухудшения состава воздуха. Но и в настоящее время в развитых странах сжигаются до 50% всех отходов.
Сжигание не самый выгодный вариант – как в денежном выражении, так и а отношении ресурсосбережения.
Несгораемые материалы – такие, как металлы и стекло, сохраняют ценность при переработке, а при сжигании лишь занимают место на складах и в печах. Органические отходы лучше использовать для получения компоста, чем, игнорируя их высокую влажность, пытаться их сжечь. Бумага
и пластик, с другой стороны, является ценным топливом. Не рассортированные отходы имеют теплоту сгорания около 8400 Дж/кг, что составляет половину теплоты сгорания угля. Теплота сгорания бумаги и пластика соответственно в 2 и 4 раза больше. Следовательно, сжигать все материалы вместе нецелесообразно.
Немецкие «зеленые» считают, что мусоросжигательные заводы лишь переводят одну форму загрязнения в другую, но не ликвидируют ее.
В последнее время делается ставка на плазменное сжигание отходов (температура около 30000 С). Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.
3. Компостирование твердых отходов
Компосты - это органические удобрения, получаемые в результат разложения микроорганизмами растительных и животных остатков. При компостировании в органической массе повышается содержание питательных веществ (фосфора, азота) в усвояемой растениями форме, обезвреживается патогенная микрофлора, уменьшается количество целлюлозы и пектиновых веществ; удобрения становятся сыпучими, что облегчает их внесение в почву. Компосты часто используют вместо дефицитных органических удобрений (торфа, навоза).
При компостировании в специальных (компостных) установках создается температура до 70°С, при которой погибают микробы и семена сорных растений. Компостирование считается вполне рациональным способом ликвидации определенных отходов , почти не оказывающий вредного воздействия на окружающую среду. Однако при переработке отходов, содержащих металлы, последние могут накапливаться в компосте в больших количествах.
4. Захоронение токсичных промышленных отходов Согласно современным требованиям размещение не
утилизируемых промышленных отходов должно осуществляться в пределах специальных полигонов , обеспечивавших их изоляцию и экологическую безопасность на такой срок, пока они не станут безвредными для человека или не будут разработаны экономически приемлемые технологии их переработки и последующего использования.
К подземным хранилищам промышленных отходов относятся такие, которые располагаются в удаленных от земной поверхности геологических формациях, обеспечивая долговременную изоляцию отходов от биосферы.
Подземные хранилища являются природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора и размещения отходов (в том числе и токсичных) промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений. Размещение промышленных отходов в хранилищах может преследовать две цели - их последующее использование (хранение) и вечное захоронение.
Все отходы по своей классификации делятся на пять видов опасности, по своему воздействию на экологию окружающей нас природной среды.
К классу относятся чрезвычайно опасные отходы, у которых очень высокое воздействие на необратимые воздействия для природной окружающей среды. Периода восстановления для экологии у таких отходов просто нет.
Ко II классу относятся отходы с высокой степенью поражения экологической обстановки, но для этих отходов есть период восстановления - сроком около 30 лет, после удаления источника воздействия. Необходима утилизация отходов по всем нормам законодательства об охране окружающей среды.
III класс - умерено опасные отходы, так же имеют воздействие на окружающую среду, но снижения уровня загрязнения экологии проходит за 10 лет.
IV класс - это малоопасные отходы, экологическая система от этого класса нарушается, но возможно самовосстановление не менее чем за 3 года.
К V классу относятся неопасные отходы, которые практически не нарушают экологию окружающей среды. К ним применяется переработка отходов.
Помимо классификации разделяют виды отходов:
- - промышленные,
- - строительные,
- - твердые бытовые.
К промышленным отходам первых трех классов можно отнести вещества, образующиеся в процессе производства, вредные для человека и окружающей среды, а, кроме того, к примеру, переработка отходов атомной промышленности не только дорогостоящая, но порой и невозможная. Это в основном токсичные промышленные отходы.
К инертным отходам IV и V класса относятся промышленные отходы. Переработка отходов в основном заключается в их утилизации на полигонах ТБО - это отходы древесной, легкой и пищевой промышленности
Строительные отходы практически безвредны, но если, к примеру, древесина пропитана краской, то при сжигании на мусорных заводах или в результате гниения на полигонах образуется газ, со всевозможными вредоносными примесями.
Бытовые отходы были, есть и будут всегда, человечество постоянно ищет оптимальные пути их переработки. В России пока не придумали лучшего способа, чем вывозить отходы на полигоны, но во всем мире переработка отходов в результате жизнедеятельности города давно поставлена на высокий уровень. Отходы содержат скрытые энергетические ресурсы, которые можно и уже используют на благо человечества.
Сбор отходов часто является наиболее дорогостоящим компонентом всего процесса утилизации. Поэтому правильная организация сбора отходов может сэкономить значительные средства. Существующая в России система сбора ТБО должна оставаться стандартизованной с точки зрения экономичности. В то же время дополнительное планирование необходимо для того, чтобы решить новые проблемы (например, отходы коммерческих киосков, на сбор которых часто не хватает ресурсов). Иногда средства для решения этих новых проблем можно изыскать, вводя дифференцированную плату за сбор мусора.
В густонаселенных территориях нередко приходится транспортировать отходы на большие расстояния. Решением в этом случае может явиться станция временного хранения отходов, от которой мусор может вывозиться большими по грузоподъемности машинами или по железной дороге. Следует при этом отметить, что станции промежуточного хранения представляют собой объекты повышенной экологической опасности и могут при неправильном расположении и эксплуатации вызывать не меньше нареканий местных жителей и общественных организаций, чем свалки и МСЗ (как это происходит, например, в Алма- Ате).
Вторичная переработка. Довольно многие компоненты ТБО могут быть переработаны в полезные продукты
Стекло обычно перерабатывают путем измельчения и переплавки (желательно, чтобы исходное стекло было одного цвета). Стеклянный бой низкого качаства после измельчения используется в качестве наполнителя для строительных материалов (например, т.н. «глассфальт»). Во многих российских городах существуют предприятия по отмыванию и повторному использованию стеклянной посуды. Такая же, безусловно, положительная практика существует, например, в Дании.
Стальные и алюминиевые банки переплавляются с целью получения соответствующего металла. При этом выплавка алюминия из баночек для прохладительных напитков требует только 5% от энергии, необходимой для изготовления того же количества алюминия из руды, и является одним из наиболее выгодных видов «ресайклинга».
Бумажные отходы различного типа уже многие десятки лет применяют наряду с обычной целлюлозой для изготовления пульпы - сырья для бумаги. Из смешанных или низкокачественных бумажных отходов можно изготовлять туалетную или оберточную бумагу и картон. К сожалению, в России только в небольших масштабах присутствует технология производства высококачественной бумаги из высококачественных отходов (обрезков типографий, использованной бумаги для ксероксов и лазерных принтеров и т.д.). Бумажные отходы могут также использоваться в строительстве для производства теплоизоляционных материалов и в сельском хозяйстве - вместо соломы на фермах.
Пластик - переработка пластика в целом - более дорогой и сложный процесс. Из некоторых видов пластика (например, PET - двух- и трехлитровые прозрачные бутылки для прохладительных напитков) можно получать высококачественный пластик тех же свойств, другие (например, ПВХ) после переработки могут быть использованы только как строительные материалы. В России переработка пластика не производится.
Компостирование. Компостирование - это технология переработки отходов, основанная на их естественном биоразложении. Наиболее широко компостирование применяется для переработки отходов органического - прежде всего растительного - происхождения, таких как листья, ветки и скошенная трава. Существуют технологии компостирования пищевых отходов, а так же неразделенного потока ТБО.
В России компостирование с помощью компостных ям часто применяется населением в индивидуальных домах или на садовых участках. В то же время процесс компостирования может быть централизован и проводиться на специальных площадках. Существует несколько технологий компостирования, различающихся по стоимости и сложности. Более простые и дешевые технологии требуют больше места и процесс компостирования занимает больше времени, как следует из приводимой классификации технологий компостирования.
Конечным продуктом компостирования является компост, который может найти различные применения в городском и сельском хозяйстве.
Компостирование, применяемое в России на т.н. механизированных мусороперерабатывающих заводах, например, в Санкт-Петербурге, представляет из себя процесс сбраживания в биореакторах всего объема ТБО, а не только его органической составляющей. Хотя характеристики конечного продукта могут быть значительно улучшены путем извлечения из отходов металла, пластика и т.д., все же он представляет из себя достаточно опасный продукт и находит очень ограниченное применение (на Западе такой «компост» применяют только для покрытия свалок).
Различные технологии компостирования. Минимальная технология. Компостные кучи - 4 метра в высоту и 6 метров в ширину. Переворачиваются раз в год. Процесс компостирования занимает от одного до трех лет в зависимости от климата. Необходима относительно большая санитарная зона.
Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности
Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.
С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.
Проблемы переработки отходов и их захоронения являются актуальными на протяжении многих лет. В Российской Федерации ежегодно производится 3,5 млрд тонн отработок, а 2,6 млрд тонн из них приходятся на отходы производства.
В общей классификации отходов есть вид – отходы производства. Это и есть промышленные отходы и в этой статье речь пойдет именно о них, а так же о проблемах их переработки.
В это понятие включаются отходы производства всех форм:
- Жидкая.
- Газообразная.
- Твердая.
Получаются в следствие химических, механических и многих других процессов, связанных с обработкой природных веществ.
Классификация промышленных отработок
По степени опасности:
- 1 класс – отработки, несущие чрезвычайную опасность.
- 2 класс – высокая опасность.
- 3 класс – умеренная опасность.
- 4 класс – мало опасные.
- 5 класс – неопасные.
По степени возвратности делятся на:
- Возвратные.
- Безвозвратные потери.
- Вторсырье.
Возвратные отходы – отработки с возможностью их вторичного использования в этом же производстве. В эту группу входят остатки сырья и прочих ресурсов после производства товаров.
Так как после первичного использования отходы не могут иметь прежние свойства, во вторичном цикле они используются для производства продукта более низкого качества. Также для производства нового продукта может понадобится большее количество отработанных материалов, нежели количество сырья в первичном производственном цикле. Кроме того, эти отработки можно использовать по назначению, отличному от первоначального.
Стоит заметить, что те отработки, которые передаются в иное производство в качестве первичного сырья, не относятся к возвратным отходам. Эти отходы относятся к группе вторсырья.
Безвозвратные отходы – отработки, не подлежащие вторичному использованию ни в том же производственном цикле, ни в любом другом. Их отправляют на захоронение, а также предварительно обезвреживают, если в этом есть необходимость.
Методы переработки отходов промышленности
Переработка промышленных отходов – актуальная проблема современного мира. Большое количество вредных веществ вырабатывается в результате промышленной деятельности предприятий и заводов.
Доля опасных отработок составляет примерно 15 % от общего числа отходов производства. Но их вредные свойства даже при малом количестве могут нанести серьезный вред здоровью людей и экологии в целом. Этот факт вынуждает разрабатывать качественные методы переработки.
Как не допустить отравления природной среды и людей токсичными отработанными вещества? Как сэкономить природные ресурсы, которые с каждым годом все больше истощаются? Как сократить площади территорий, занимаемые полигонами и свалками для захоронения отходов? На эти и другие вопросы мы найдем ответы в данной статье.
Переработка твердых промышленных отходов
Основные методы:
- Захоронение.
- Сжигание.
- Вторичная переработка.
Захоронение
На сегодняшний день самым популярным методом избавления от твердых промышленных отходов является захоронение. Оно производится на специально оборудованных полигонах.
На территории полигона, как правило, находится завод, занимающийся обезвреживанием вредных отработок. Нейтрализация на заводе производится путем сжигания и химической переработки, при этом результатом может быть полное обезвреживание или уменьшение токсичности. В нем находится цех для термо — химического и физико — химического обезвреживания.
Захоронение опасных отработок производится на территории со специальными котлованами. По периметру она должна быть огорожена колючей проволокой. Территория полигона и завода должна соответствовать общеизвестным требованиям.
Их запрещается располагать:
- В месте образования полезных ископаемых.
- На территории с угрозой схода лавин, оползней и прочего.
- На заболоченной местности.
- На территории подземных источников питьевой воды.
- В районе зеленых зон населенных пунктов.
- На территории занятой лесами и парками.
- В местах, уже загрязненных токсичными веществами.
Фиксация
Захоронение отработок производится способом фиксации. Фиксация – ограничение подвижности. Отработки, подлежащие захоронению, заключают в капсулы. А именно, обволакивают непроницаемыми мембранами в целях ограничения контакта с растворителями.
- Фиксация цементом – наиболее широко используемый метод, применяется для твердых отработок с содержанием воды. Довольно дешевый способ. Но в результате их объем увеличивается, что является главным минусом этого способа. Используют для металлических отработок, радиоактивных и электронных отходов, осадков сточных вод промышленных предприятий.
- Фиксация известью – эффективно для неорганических отработок.
- Фиксация в термопластические материалы – смешивание сухих отработок с расплавленным пластическим веществом с последующим охлаждением и затвердеванием. Вещество не только обволакивает частицы отходов, но и заполняет пустое пространство между ними. Представляет изоляцию загрязнителей.
- Поверхностное обволакивание.
- Фиксация в стекле – используется в основном для радиоактивных отработок. Недостаток в больших финансовых затратах.
Сжигание
В результате исходный объем отходов уменьшается на 85% и выделяется тепло. Сжигание происходит на мусоросжигательных заводах при помощи печей различных конструкций под высокой температурой.
Существует метод сжигания отработок под названием пиролиз. Его особенность состоит в том, что процесс происходит без доступа кислорода.
Для сжигания опасных веществ применяют пиролиз двух типов:
- Окислительный
- Сухой
Окислительный пиролиз
Происходит разложение отработок при частичном сжигании, либо при контактировании с продуктами сгорания. Это хороший метод детоксикации для «сложных» продуктов, таких как пластмассы, шины, кабели и другие. Этот способ применяется для переработки промышленных отработок твердой формы, а также и для сточных вод.
Сухой пиролиз
Он эффективно обезвреживает отработки, которые в последствии могут использоваться в качестве сырья. Это благотворно влияет на экономию природных ресурсов.
Классификация сухого пиролиза по температурному показателю:
- Низкотемпературный (полукоксование) 450 – 500° С. При полукоксовании на выходе образуются максимальный объем жидких и твердых остатков и минимальное – газа с меньшей теплотой сгорания. Получившееся вещество используют как топливо.
- Среднетемпературный (коксование среднетемпературное)до 800° С. При среднем происходит образование меньшего количества жидких остатков и кокса, и большего объема газа с меньшей температурой сгорания.
- Высокотемпературный (коксование) 900 – 1050° С. При высокотемпературном выделяется минимум жидких и твердых остатков, и максимум газа с минимальной температурой сгорания.
Сухой пиролиз является самым эффективным решением проблемы переработки твердых промышленных остатков.
Переработка жидких отходов
Что касается жидких отходов, то одним из часто используемых способов является их выброс в окружающую среду, а именно озера, реки и моря. Этот способ крайне пагубно сказывается на здоровье человека и состоянии экологии.
Захоронение
Эффективный метод захоронения вредных жидких отработок – это их подземное захоронение. Закачка с помощью скважин является приемлемым методом, так как обезвреживание и захоронение другим способом на поверхности просто не представляется возможным.
Это мероприятие предотвращает загрязнение поверхностных и сточных вод, а значит, бережет здоровье и экологию. И это подтверждают ученые.
Скважина состоит из нескольких труб:
- Внешняя оболочка – труба, спускающаяся на 60 метров ниже водоносного слоя. Подвергается цементированию с обеих сторон. Защищает воду от загрязнений.
- Защитная – труба от поверхности приблизительно до зоны закачки. Цементируется с обеих сторон.
- Труба для закачки – по ней направляют отработки в зону закачки.
В целях улучшения сложившейся ситуации необходимо создание региональных центров по обработке жидких отходов. На территории России достаточно подходящих мест, удовлетворяющих требованиям с точки зрения геологии.
Это подтверждается многолетним опытом в этой сфере. Конечно, не все так просто, как может показаться на первый взгляд. Нужны большие временные и финансовые затраты для налаживания этого процесса.
Для обезвреживания жидких отходов применяют методы:
- Выпаривание – на выходе происходит отделение радиоактивных веществ в форме густой массы от безвредной жидкости.
- Биохимическая обработка – микроорганизмы собирают вещества, которыми питаются сами.
- Химическое осаждение
Сжигание
Производится путем обычного сжигания на заводе и с помощью пиролиза (безвоздушное сжигание). Целью этого метода является полная детоксикация веществ, для этого процесс происходит под действием высоких температур, примерно 800° С.
Для сжигания на заводе используют обжиговые печи, многокамерные печи, печи с сжиганием в расплаве солей. Недостатком является высокая стоимость этих установок.
Заводы решающие проблемы переработки остатков
В современное время темпы роста количества отработок в мире постоянно увеличиваются. Свалки и полигоны занимают все больше территорий. Это все приводит к росту рынка переработки и утилизации отходов. В основном заводы по переработке располагаются близ больших городов.
В России функционирует примерно 11 000 мест для захоронения, 4 завода для сжигания отходов, 5 заводов по переработке.
На базе завода по производству различного оборудования в сфере энергообеспечения работает предприятие по переработке отходов. К их группе относятся отработки химической и нефтяной промышленности.
Целью работы таких предприятий является:
- Обезвреживание отработок.
- Защита природной среды.
- Использование материалов в качестве вторсырья.
В Германии на производстве осуществляется сортировка мусора, дабы сократить расходы на сортировку.
Все отработки делят на несколько видов:
- Бумажные отработки
- Стеклянные
- Полимеры
- Органические отработки
- Металлические
- Электроприборы
- Утиль
В Германии развито преобразование отходов в электроэнергию и тепло, в частности на мусоросжигательном заводе и ТЭЦ. В этой стране существует запрет на захоронение необработанного мусора, поэтому из отработок генерируются такие полезные продукты как тепло, пар и энергия. Что позволяет сдержать рост цен на эти нужды.
За прошедшие 20 лет в Германии в корне изменилась ситуация в сфере работы с отходами. Если раньше почти все отработки подлежали простому захоронению, как и в нашей стране, то сейчас широко распространено производство вторичных ресурсов из мусора.
Можно сказать, что эта страна является первопроходцем в этой области. Ни одна страна не может конкурировать с Германией по объему переработанных отходов. Методы переработки Германии – самые успешные и инновационные на всей планете.
Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности
Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.
С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.
Что такое утилизация отходов? Утилизация отходов - первоочередная задача всего человечества.
Вместе с ростом численности населения планеты и уровнем потребления, растет и количество бытовых отходов в России. В ближайшем будущем оно может достигнуть угрожающих размеров. Встает очевидный вопрос о ликвидации, а в идеале последующей рециклинге (повторном использовании). Но здесь сказывается недостаток организаций, которые занимаются вывозом, утилизацией бытовых и промышленных отходов.
Естественно, эту проблемы утилизации бытовых отходов нельзя решить на местном уровне, преодоление их осуществимо с установки четких норм и правил, жесткого контроля их выполнения на государственном уровне. Вывоз бытовых отработок законодательство регулирует, но четко не отслеживает. Поэтому неизвестно утилизируют ли их или просто складируют на полигонах, загрязняя окружающие их земли и жилые районы.
Этапы утилизации бытовых отходов
Перед окончательной ликвидацией ненужных остатков жизнедеятельности людей следует четко знать план действий и представлять последовательность их выполнения.
- Сбор и вывоз бытовых отработок. Нельзя просто собрать и сжечь весь мусор без сортировки. Следует предварительно рассортировать его по типам, для этого возле большинства жилых массивов расположены контейнеры с названием соответствующего им мусора. Под каждую такую емкость должна иметься соответствующая машина для погрузки и транспортировки содержимого. Раздельный сбор и вывоз мусора является эффективным способом сбора. Как происходит в действительности можно наблюдать со стороны. Нередко все контейнеры очищает одна и та же машина, и старания граждан сводится к нулю. Ведь наверняка приезжая на свалку все сгружается в одну кучу и, в лучшем случае, сортируется на месте. А должно направляться в соответствующие места по утилизации или переработке ранее раздельно собранного мусора. Поэтому так важна разработка правовых документов, в которых будут оговорены нюансы и предложены пути решения, предусматривающие раздельный вывоз и сбор бытовых отходов.
- Хранение мусора. Существуют специальные полигоны или свалки для накопления мусора, по городским нормам предусмотрены сроки его содержания, объемы и отведенная под них площадь. Естественно, чем быстрее его будут утилизировать, тем меньшие земли будут использованы под него.
- Транспортировка отходов с полигонов. Необходимы погрузочные механизмы и машины для доставки мусора в определенные места и на предприятия для ликвидации.
- Утилизация. Она осуществляется в каждом регионе по-своему, исходя из имеющихся фирм и ресурсов по выполнению. В развитых странах существует множество способов утилизации бытовых и промышленных отходов. Основываясь на полученные ими результаты, и перенимая их опыт, можно найти оптимальное решение в возникшей экологической проблеме. Пока же самыми распространенными видами являются: мусоросжигание, захоронение и брикетирование. Каждый из них имеет свои отрицательные и положительные стороны. Для понимания причин этого надо рассмотреть каждый из способов отдельно.
Способы утилизации отходов
Перед их применением следует четко представлять масштабы разнообразного мусора, складируемого вначале в отдельно взятой квартире, а затем в районе, городе и в целой стране. Сразу становится ясно, что необходимо создавать и осваивать альтернативные методы по переработке этого вторсырья, начиная с налаживания сортировки и обеспечивая правильный вывоз мусора.
Сжигание
Является дешевым и распространенным вариантом утилизации. Его можно производить несколькими способами:
- Камерным
- Слоевым
- В кипящем слое
Применение такого метода заключается в термической ликвидации промышленных отходов при очень высоких температурах, которые обеспечат сжигание промышленного мусора без остатка и частично поглотят ядовитые вещества.
Проблема утилизации таким способом заключается в том, что остатки веществ пагубно влияют на воздух поблизости этого места. Современные промышленные мусоросжигатели оборудованы системами очистки, генераторами электроэнергии. Как правило, зола, оставшаяся после сжигания промышленного сырья, подвергается дальнейшему вывозу и захоронению.
Преимущества метода:
- Небольшие финансовые затраты
- Выделившееся тепло используют для выработки электроэнергии или для отопления
- Значительное уменьшение объема отработок
Главным и вероятно единственным недостатком является токсичность, поэтому сжигание небезопасно для окружающей среды. Для устранения этого недостатка необходимо использовать системы очистки газов, выделившихся при сжигании мусора.
Пиролиз – термическое разложение мусора без воздуха, этот способ помогает уменьшить вред, наносимый окружающей среде.
Захоронение
Суть процедуры заключается в обычном закапывании отходов в землю. Это производится на специальных полигонах, требования к которым оговорены в соответствующих документах. Полигоны для захоронения обеспечивают защиту окружающей среды. К таким участкам применяются особенные требования, такие как соблюдение санитарных правил, а так же СНиП.
Допускается размещение полигонов:
- За пределами жилой зоны
- Лечебных учреждений
- Рекреационных зон
- Водоохранных зон
- Зон массового отдыха
Не подходят для захоронения на полигонах радиоактивные, токсичные отработки, а также пригодные для вторичной переработки. В результате разложения захоронений образуются вредные газы и пары. Из — за своего состава эти образования наносят вред почве, грунтовым и поверхностным водам, воздуху и человеческой жизнедеятельности.
Существует вероятность возгораний, взрывов и, что менее опасно, распространения запаха. Исходя из вышеперечисленного ясно, что свалочный газ также требует сбора и утилизации, что и практикуют на полигонах.
В настоящее время фиксируются случаи вывоза и захоронения мусора на несанкционированных полигонах, что преследуется по закону. Именно по этому законодательством четко регламентированы требования, предъявляемые к полигонам.
Данный метод является дешевым, но требует наличия земельных участков, которые впоследствии нельзя будет использовать для хозяйственных работ. Чтобы их восстановить потребуется намного больше средств и времени, чем при их загрязнении.
Компостирование
Процесс разложения органической части отходов потребления микроорганизмами происходит двумя способами:
- Аэробное — при наличии кислорода
- Анаэробное — в отсутствии кислорода
На выходе образуется компост – органическое удобрение, также происходит выделение углекислого газа. Место для компостирования должно быть достаточно влажным и тенистым, должен обеспечиваться дренаж почвы, т.е. отведение влаги.
Достоинства:
- Простой в осуществлении способ
- Малозатратный
- Последующее использование сырья
- Увеличивается количество полезных микроорганизмов в почве
Недостатки:
Брикетирование
Это новый способ подразумевает вначале сортировку мусора, затем его компоновку в брикеты. А затем их хранение на отведенных для этого площадках. Пока полностью его целесообразность не доказана. Он служит очередной ступенью перед переработкой и возможно дальнейшим промышленным применением или направляется на вывоз и захоронение.
Достоинства метода:
- Уменьшение объема мусора
- Уменьшение вероятности возгорания
- Уменьшение вреда, наносимого окружающей среде
- Удобный дальнейший вывоз и складирование на полигонах
Вывоз и утилизация бытовых отходов требуют должного внимания. С помощью их правильной организации можно не только значительно ускорить процесс ликвидации мусора, но и обезопасить окружающую среду, а также снизить использование природных ресурсов. В настоящее время эта проблема является актуальной.
Комплекс технических и технологических решений, сопровождающих процессы обращения с отходами с момента их образования и до захоронения неутилизируемых компонентов, является основой управления в системе обращения с отходами.
Основными методами переработки отходов являются:
компостирование,
биоразложение,
сжигание.
Эти методы особенно эффективны при переработке ТБО.
1. Компостирование.
Компостирование считается формой переработки, нацеленной на сырую органическую отходную массу. Компостирование – это биологический метод обезвреживания ТБО. Иногда его называют биотермическим методом.
Сущность процесса заключается в следующем: разнообразные, в основном теплолюбивые микроорганизмы активно растут и развиваются в толще мусора, в результате чего происходит его саморазогревание до 60 0 С. При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы. Разложение твердых органических загрязнений в бытовых отходах продолжается до получения относительно стабильного материала, подобного гумусу.
Механизм основных реакций компостирования такой же, как при разложении любых органических веществ. При компостировании более сложные соединения разлагаются и переходят в более простые.
Стоимость методов компостирования растет с применением специализированной техники и может достигать значительных величин.
Схема работы мусороперерабатывающего завода следующая . Законченный цикл обезвреживания ТБО состоит из трех технологических этапов:
прием и предварительная подготовка мусора;
собственно биотермический процесс обезвреживания и компостирования;
обработка компоста.
Переработка мусора должна обязательно сочетаться с выдачей продукции, безопасной и в эпидемиологическом отношении.
Обезвреживание отходов обеспечивается в первую очередь высокой температурой аэробной ферментации. В ходе биотермического процесса происходит гибель большей части патогенных микроорганизмов.
Однако, компост, получаемый в результате биотермического обезвреживания ТБО на мусороперерабатывающих заводах, не должен быть использован в сельском и лесном хозяйства, т.к. содержит примеси тяжелых металлов, которые через травы, ягоды, овощи или молоко могут причинить вред здоровью человека.
2. Биоразложение органических отходов
Общепризнанно, что биологические методы разложения органических загрязнений считаются наиболее экологически приемлемыми и экономически эффективными.
Технология процесса биоразложения отходов различна. Например: в биопрудах – жидкие отходы, в биореакторах – жидкие, пастообразные, твердые, в биофильтрах - газообразные. Существуют и другие модификации биотехнологии.
Существенными недостатками аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией большого количества образующегося избыточного ила (до 1–1,5 кг биомассы микроорганизмов на каждый удаленный килограмм органических веществ).
Исключить указанные недостатки помогает анаэробная обработка сточных вод методом метанового сбраживания. При этом не требуется затрат энергии на аэрацию, что играет большую роль в условиях энергетического кризиса, уменьшается объем осадка и, кроме того, образуется ценное органическое топливо – метан.
В перечень веществ, биоразлагаемых анаэробным способом, входят органические соединения различных классов: спирты; альдегиды; кислоты алифатического и ароматического рядов.
Последовательное многоступенчатое разрушение молекул органических веществ возможно благодаря уникальным способностям определенных групп микроорганизмов осуществлять катаболический процесс – расщепление сложных молекул до простых и существовать за счет энергии разрушения сложных молекул, не имея доступа ни к кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов (нитрат, сульфат, сера и др.). Микроорганизмы используют для этой цели углерод органических веществ. Следовательно, в процессе восстановительного расщепления сложные органические молекулы разрушаются до метана и углекислого газа.
3. Сжигание отходов
Твердые бытовые отходы представляют собой гетерогенную смесь, в которой присутствуют почти все химические элементы в виде различных соединений. Наиболее распространенными элементами являются углерод, на долю которого приходится около 30% (по массе) и водород 4% (по массе), входящие в состав органических соединений. Теплотворная способность отходов во многом определяется именно этими элементами. В промышленно развитых европейских регионах теплотворная способность ТБО составляет 1900–2400 ккал/кг, а в ряде случаев достигает 3300 ккал/кг и прогнозируется дальнейший рост теплотворной способности отходов, что окажет влияние на конструктивные особенности элементов термического оборудования.
Сжигание ТБО, как правило, является окислительным процессом. Поэтому и в камере сжигания превалируют окислительные реакции. Главными продуктами сгорания углерода и водорода являются соответственно СО 2 и Н 2 О.
При сжигании необходимо учитывать, что в ТБО присутствуют потенциально опасные элементы, характеризующиеся высокой токсичностью, высокой летучестью и содержанием, такие как например различные соединения галогенов (фтора, хлора, брома), азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова, ртути).
Можно отметить два основных пути образования диоксинов и фуранов при термической переработке ТБО:
первичное образование в процессе сжигания ТБО при температуре 300–600 º С;
вторичное образование на стадии охлаждения дымовых газов, содержащих HCl , соединения меди (и железа) и углеродсодержащие частицы при температуре 250–450 º С (реакция гетерогенного оксихлорирования частиц углерода).
Температура начала распада диоксинов –700 º С, нижний температурный предел образования диоксинов –250–350 º С.
Для того, чтобы при сжигании на стадии газоочистки обеспечить снижение содержания диоксинов и фуранов до требуемых норм (0,1 нг/м 3) должны быть реализованы так называемые первичные мероприятия, в частности, «правило двух секунд» – геометрия печи должна обеспечить продолжительность пребывания газов не менее 2 сек. в зоне печи с температурой не менее 850 º С (при концентрации кислорода не менее 6%).
Стремление к достижению при сжигании максимально высоких температур и созданию каких-либо дополнительных зон дожигания не решает полностью проблему снижения концентрации диоксинов в отходящих газах, так как не учитывает способности диоксинов в новому синтезу при снижении температуры.
Высокие температуры приводят к увеличению выхода летучих компонентов и росту выбросов опасных металлов.
Теоретически возможны два способа подавления образования диоксинов:
связывание образующегося при сжигании ТБО HCl с помощью соды, извести или гидроксида калия;
перевод в неактивную форму ионов меди и железа, например, связывание меди в комплексы с помощью аминов.
В зависимости от температуры процесса, все методы термической переработки ТБО, нашедшие промышленное применение или прошедшие опытную апробацию, можно разделить на две большие группы:
процессы при температурах ниже температуры плавления шлака;
процессы при температурах выше температуры плавления шлака.
Слоевое сжигание ТБО осуществляют на подвижных решетках (колосниковых и валковых) и во вращающихся барабанных печах.
3.1. Слоевое сжигание.
Сжигание на колосниковых решетках.
Все колосниковые решетки устанавливаются в топке, которая представляет собой камеру сгорания, куда подаются отходы и дутьевой воздух в качестве окислителя органических веществ.
Переталкивающие решетки как с прямой, так и с обратной подачей материала представляют собой систему, состоящую из подвижных и неподвижных колосников для перемещения и перемешивания отходов. Колосниковые решетки с прямой подачей (поступательно-переталкивающие решетки) имеют малый угол наклона (6–12,5 º) и переталкивают материал в сторону выгрузки шлака (в направлении перемещения материала). Колосниковые решетки с обратной подачей (обратно-переталкивающие решетки) имеют большой угол наклона (обычно 21–25 º) и переталкивают материал (нижний слой отходов) в сторону, противоположную выгрузке шлака и перемещению отходов. При этом часть горящего слоя отходов возвращается к началу решетки, что интенсифицирует процесс горения.
Сжигание на валковых решетках.
Слоевое сжигание ТБО на валковых решетках применяется в промышленной практике достаточно широко. При использовании топок с валковыми решетками, заимствованными из практики сжигания угля, материал перемещается с помощью вращающихся валков (барабанов).
Опыт эксплуатации заводов, на которых реализовано слоевое сжигание ТБО в топках с валковыми решетками, позволил выявить целый ряд недостатков:
неудовлетворительная работа и отрицательное экологическое влияние вследствие плохой стабилизации процесса сжигания;
часто не достигается оптимальная температура;
большой выход недожога;
плохое качество шлака;
значительная потеря черных металлов;
эксплуатационные осложнения при попадании в печь бордюрного камня и больших количеств металла;
сложность организации эффективной газоочистки при нестабильном горении отходов и др.
Механическое внедрение европейского оборудования, предназначенного для прямого сжигания неподготовленных городских отходов в России недопустимо, так как в городах РФ практически отсутствует сбор отходов.
Сжигание в барабанных печах.
Барабанные вращающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО применяют редко. Чаще всего эти печи используют для сжигания специальных, в том числе и больничных, отходов, а также жидких и пастообразных промышленных отходов, обладающих абразивным действием.
Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Скорость вращения печи от 0,05 до 2 об./мин. Со стороны загрузки подаются отходы, воздух и топливо. Шлак и зола выгружаются с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются до температуры 400 º С а затем происходит газификация и сжигание, обычно при температуре 900–1000 º С.
В практике мусоросжигания барабанные печи ранее часто использовали в качестве дожигательных барабанов после колосниковых решеток.
Практика применения барабанных печей в качестве дожигательных барабанов на мусоросжигательных заводах считается устаревшей и подобная технология не закладывается в проекты новых заводов.
3.2. Сжигание в кипящем слое.
Сжигание в кипящем слое осуществляется за счет создания двухфазной псевдогомогенной системы «твердое-газ» за счет превращения слоя отходов в «псевдожидкость» под действием восходящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии.
Слой напоминает кипящую жидкость, и его поведение подчиняется законам гидростатики.
Считается, что сжигание в кипящем слое по эколого-экономическим параметрам в ряде случаев превосходит традиционное слоевое сжигание.
Печи для сжигания ТБО в кипящем слое обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала и по этим характеристикам превосходят котлоагрегаты с переталкивающими решетками. Кроме того, аппараты кипящего слоя не имеют движущихся частей или механизмов. Однако необходимость обеспечения режима псевдоожижения обрабатываемого материала накладывает ограничение на его гранулометрический и морфологический состав, а также на теплотворную способность. В ряде случаев процесс сжигания в кипящем слое, особенно в циркулирующем кипящем слое, оказывается более дорогим, чем слоевое сжигание.
Производительность печей для сжигания ТБО в кипящем слое составляет от 3 до 25 т/час. Преобладающая температура сжигания 850–920 º С.
В связи с тем, что температура сжигания ТБО в кипящем слое на 50–100 º С ниже по сравнению со слоевым сжиганием, заметно снижается возможность образования оксидов азота за счет окисления азота воздуха, в результате чего снижаются выбросы NO с отходящими газами.
Роль теплоносителя в системах кипящего слоя обычно выполняет тонкозернистый песок , поверхность частиц которого создает большую по сравнению с традиционным колосниковым сжиганием поверхность нагрева.
После разогревания песка с помощью запальной горелки до температуры 750–800 º С начинают подачу отходов в кипящий слой, где они смешиваются с песком и в процессе движения истираются.
В результате хорошей теплопроводности песка отходы начинают быстро и равномерно гореть. Выделяющееся при этом тепло обеспечивает поддержание песка в горячем состоянии, что позволяет работать в автогенном режиме без подвода дополнительного топлива для поддержания режима горения.
3.3. Сжигание при температурах выше температуры плавления шлака.
Основными недостатками традиционных методов термической переработки ТБО являются большой объем отходящих газов (5000–6000 м 3 на 1 т отходов) и образование значительных количеств шлаков (около 25% по массе или менее 10% по объему). Кроме того, шлаки имеют повышенное содержание тяжелых металлов и по этой причине находят лишь ограниченное применение, в основном, в качестве пересыпного материала на свалках.
Для получения расплава шлака непосредственно в процессе термической переработки ТБО необходимо обеспечить температуру в аппарате выше температуры плавления шлаков (около 1300 º С). Это, как правило, требует либо использования кислорода, либо подвода дополнительной энергии. Замена части дутьевого воздуха на кислород одновременно обеспечивает снижение количества отходящих газов.
Наиболее очевидным способом повышения температуры сгорания отходов является уменьшение содержания в используемом окислителе (воздухе) доли инертного компонента (азота), на нагрев которого расходуется значительная часть выделяющейся энергии.
Вторым значительным преимуществом сжигания в кислороде является резкое сокращение объема дымовых газов и следовательно, снижение затрат на газоочистку. Кроме этого, сниженная концентрация азота в дутьевом воздухе позволяет уменьшить количество образующихся при высоких температурах оксидов азота, очистка от которых представляет собой серьезную проблему.
В начале 90-х годов для термической переработки ТБО при температуре 1350–1400 º С предложены металлургические печи Ванюкова. Сжигание осуществляется в кипящем слое барботируемого шлакового расплава, который образуется из загружаемых в печь золошлаковых отходов ТЭЦ.
Механический перенос этого процесса для широкомасштабной термической переработки ТБО не может быть осуществлен из-за:
того, что КПД печи Ванюкова из-за высокой температуры отводимых газов (1400–1600 º С) очень низок;
того, что в переработку поступает преимущественно органическое сырье, т.к. ТБО на 70–80% состоят из органических компонентов. При нагревании минеральные вещества переходят в жидкую фазу, а органические в газообразную,
отсутствия широкомасштабных испытаний процесса применительно к ТБО, что не позволяет отработать: узлы загрузки и разгрузки; автоматизацию процесса с учетом колебаний состава сырья, состава и объема отходящих газов и др.; автогенность процесса применительно к термообработке отходов как гетерогенной смеси многих компонентов, отличающихся составом, крупностью и теплотворной способностью. Следует заметить, что колебания состава ТБО несопоставимы с колебаниями состава порошкообразных концентратов, направляемых для плавки в печи Ванюкова. Тщательное усреднение колебаний состава концентратов позволяет добиться колебаний в пределах 0,5%, в то время как исходные ТБО усреднению практически не поддаются;
высокой стоимость процесса и оборудования.
Таким образом, наиболее целесообразно использовать сжигание при температурах выше температуры плавления шлака для переработки не исходных ТБО, а для обезвреживания шлаков или их обогащенных фракций, образовавшихся в термических процессах переработки ТБО при температурах ниже температуры плавления шлака. Выход шлаков в этих процессах составляет 10–25% от исходных ТБО, что резко снижает потребную производительность печей и позволяет периодически вовлекать шлак в переработку.