Методы утилизации твердых бытовых отходов

Содержание

Введение…………………………………………………………………...............3

1. Термические методы обезвреживания ТБО………..…………………………5

2. Компостирование ТБО …………………………….………………..………..10

3.Захоронение  ТБО……………………………………………………...……….12

4.Комплексный подход к решению проблемы ТБО ……….…………………15

Заключение………………………………………………………………………19Список литературы………………………………………………………………20

Введение

 Рост  потребления, особенно в крупных  городах России, приводит к увеличению  объемов образования бытовых  отходов. По данным Росприроднадзора  основной технологией утилизации  таких отходов в нашей стране  является их захоронение на  полигонах, а также на санкционированных  и несанкционированных свалках.

Проблемы переработки и утилизации бытовых отходов связаны со сложностью их морфологического состава. До настоящего времени не существует единого мнения относительно того, какая из технологий их переработки и утилизации является наиболее рациональной. Сложность решения проблем утилизации бытовых отходов обуславливается необходимостью применения капиталоемкого оборудования и трудностью решения многофакторной задачи эколого-экономического обоснования выбора конкретной технологии утилизации бытовых отходов.

Наиболее распространенными методами решения проблемы отходов являются: термические методы, компостирование и захоронение

Преобладающее количество твердых бытовых отходов (далее ТБО) (около 97%) вывозится для захоронения на загородных полигонах, большинство которых не имеют необходимой технической документации и эксплуатируются без соблюдения экологических требований и нормативов. Около 70% полигонов эксплуатируются сверхнормативно. Часть ТБО оседает на территории и за чертой города в местах неорганизованного складирования - свалках, которые представляют собой серьезную опасность для окружающей среды и здоровья населения. Состав отходов, попадающих на свалки, зачастую не контролируется, и в связи с этим на свалки могут вывозиться высокотоксичные промышленные отходы.

Небольшая часть ТБО в России (2,3 %) обезвреживается термическими методами. Большинство заводов по сжиганию отходов, функционирующих на территории России, не отвечают в полной мере современным экологическим стандартам и являются источниками эмиссии широкого спектра загрязняющих веществ. Оставшаяся часть ТБО (1%) попадает на предприятия по производству компоста.

1Термические методы обезвреживания ТБО

Наиболее отработанным и распространенным в мировой практике методом обезвреживания ТБО является их сжигание.

С середины 70-х годов XX века (в разгар мирового энергетического кризиса) на твердые бытовые отходы стали смотреть как на дополнительный сырьевой источник энергии: тепло отходящих газов, образующихся при сжигании мусора, можно утилизировать (пять тонн мусора равны тонне условного топлива). Это привело к интенсивному развитию технологий по термическому обезвреживанию бытовых отходов на мусоросжигающих установках и заводах. В настоящее время создано нескольких типов таких установок, отличающихся условиями и режимами сжигания, технологий сепарации и подготовки мусора к сжиганию, очистки отходящих газов, а также переработки твердых отходов сжигания.

В зависимости от температуры процесса все методы термической переработки ТБО, нашедшие промышленное применение или прошедшие опытную апробацию, можно разделить на две большие группы: процессы переработки при температурах ниже температуры плавления шлака и процессы переработки при температурах выше температуры плавления шлака (табл. 5.5), более 1300 °С.

Таблица 5.5 Классификация методов термической переработки ТБО

В термических процессах, осуществляемых при температурах ниже температуры плавления шлака, используются следующие типы печей: решетчатые печи, вращающиеся барабанные печи и печи кипящего слоя.

1.Метод  слоевого сжигания в решетчатых печах является наиболее распространенным и изученным. При таком способе обезвреживания сжиганию подвергают все поступающие на завод отходы без какой-либо их предварительной подготовки или обработки. Он позволяет значительно экономить земельные площади по сравнению с таковыми, отводимыми под полигоны. При этом методе, помимо целей обезвреживания отходов, возможно получение тепловой и электрической энергии, сокращение до минимума расстояния между местом сбора ТБО и мусоросжигательным заводом.

2.Барабанные вращающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО применяют очень редко, чаще эти печи используют для сжигания специфичных (например, больничных) отходов, а также жидких и пастообразных промышленных отходов, обладающих абразивным действием.

Барабанные печи устанавливают с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Со стороны загрузки подают отходы, воздух и топливо, шлак и золу выгружают с противоположного конца печи. Ранее такие печи часто использовались с целью дожигания продуктов сжигания ТБО на колосниковых решетках.

3.В печах с кипящим слоем термическую деструкцию компонентов ТБО осуществляют за счет создания двухфазной системы «твердое – газ» путем превращения слоя отходов в «псевдожидкость». Это достигается за счет действия динамического напора восходящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. Слой отходов в данном типе печей напоминает кипящую жидкость, что и дало название печам данного типа. Такая технология получила наибольшее распространение в Японии.

Печи кипящего слоя, по сравнению с решетчатыми, обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала. Они обладают более простой конструкцией ввиду отсутствия в них движущих частей. С другой стороны, печи данного типа накладывают определенные ограничения на гранулометрический и морфологический состав ТБО.

В качестве теплоносителя в печах кипящего слоя обычно используется тонкозернистый песок, частицы которого создают большую поверхность нагрева.

После разогревания песка начинают подачу ТБО в кипящий слой, где последние смешиваются с песком. В процессе движения в кипящем слое отходы истираются частицами песка и начинают гореть. Тепло, выделяющееся в процессе горения ТБО, обеспечивает поддержание песка в горячем состоянии, что позволяет работать печам данного типа без подвода дополнительного топлива для обеспечения режима горения.

На смену традиционным процессам термической деструкции постепенно приходят методы высокотемпературного обезвреживания ТБО. Это связано с тем, что для снижения количества отходящих газов и образующихся шлаков необходимо обеспечить температуру процесса выше температуры плавления шлаков (около 1300 °С), что требует, как правило, либо использования кислорода, либо подвода дополнительной энергии.

В настоящее время в мировой практике апробирован ряд методов высокотемпературной переработки ТБО.

1.Сжигание в слое шлакового  расплава осуществляется при снижении в составе дутьевого воздуха инертных компонентов. Это связано с тем, что на нагрев инертных компонентов дутьевого воздуха требуется большое количество энергии. В начале 90-х годов в России для высокотемпературного обезвреживания ТБО были предложены металлургические печи Ванюкова. Сжигание в них осуществляют в слое находящегося в ванне печи барботируемого шлакового расплава (образуется из загружаемых в печь золошлаковых отходов ТЭЦ). Сбрасываемые в ванну ТБО погружаются в интенсивно перемешиваемый вспененный расплав. Барботаж расплава осуществляют с помощью окислительного кислородно-воздушного дутья, подаваемого через фурмы в нижней части боковых стенок печи (ниже уровня расплава), для дожигания дымовых газов предусмотрена подача дутья через ряд верхних фурм (выше уровня расплава). Минеральная часть отходов растворяется в шлаке, а металлические компоненты расплавляются.

2.Сжигание с использованием электрошлакового расплава является электротермическим методом, который наиболее целесообразно применять для обезвреживания шлаков, образующихся при низкотемпературном сжигании ТБО. Технологический процесс осуществляют при помощи электроплавильной печи, выполненной в виде металлического кожуха, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом. Температура жидкой шлаковой ванны составляет 1400-1500 °С. Разогрев шлака в электропечи осуществляют с помощью графитовых электродов (обычно трех), подключенных к источнику питания. Шлак выгружают из электропечи периодически.

Преимуществами электроплавки шлаков являются отсутствие необходимости подачи дутьевого воздуха и простота поддержания температуры процесса. Основным недостатком данного метода является большой расход электроэнергии (около 100 кВт×ч /1 т) и относительно высоким расходом графитовых электродов (10 кг/1000 кВт×ч).

Пиролизом отходов принято называть процессы термического разложения топлива без доступа окислителя. При пиролизе макромолекулярных органических веществ происходит разложение больших молекул на мелкие. Эти процессы распада молекул имеют сложный механизм и окончательно не выяснены. Очень сложен также и состав продуктов реакций, протекающих в данных условиях пиролиза.

Соотношение количеств получаемых продуктов (газообразных, жидких и твердых) и их состав зависят от условий пиролиза и состава сырья. Особое влияние на процесс оказывают скорость нагревания и температура, с повышением которых значительно увеличивается выход газа (растет содержание водорода) и жидких продуктов.

Комбинированные методы обезвреживания ТБО связаны с осуществлением различных сочетаний процессов пиролиза, сжигания и газификации отходов.

Сравнивая термические методы обезвреживания ТБО, можно отметить, что к основным достоинствам этих методов относится:

• существенное сокращение объема и массы отходов;
• возможность обезвреживания несортированных отходов;
• возможность использования тепла, образующегося при обезвреживании отходов.

Основным недостатком предприятий, занимающихся термическим обезвреживанием ТБО, является негативное воздействие дымовых газов на окружающую среду. Установлено, что при входе термической деструкции ТБО в печи интенсивно протекают различного рода химические реакции, в результате которых образуется большое количество загрязняющих веществ, которые входят как в состав дымовых газов, так и в состав шлака. К ним относятся соединения тяжелых металлов, другие токсичные вещества (НС1, HF, NO2, SO2).

Наличие в составе дымовых газов высокотоксичных загрязняющих веществ требует разработки новых и совершенствования уже функционирующих систем газоочистки.

Недостатком заводов по сжиганию ТБО являются вторичные отходы: шлак, а также твердые продукты газоочистки. Для их захоронения чаще всего создаются специальные полигоны. В настоящее время большое внимание уделяется проблеме использования этих продуктов (например в асфальтовых смесях, при производстве технического стекла, гранулированных шлаков и облицовочной плитки).

2 Компостирование ТБО

Компостирование твердых бытовых отходов представляет собой биохимический процесс переработки, способной к биотрансформации органической компоненты ТБО в компост – продукт, подобный гумусу.

Производство компоста из органических материалов было известно еще в глубокой древности. Из этих отходов формировали компостные ямы (кучи), которые дополнительно увлажняли в естественных условиях, в результате чего отходы превращались в гумусоподобное вещество коричневого цвета без неприятного запаха. Полученный компост вносили в почву с целью улучшения ее структуры и повышения плодородия.

В начале XX века в России ТБО без предварительного измельчения закладывались в штабеля (бурты) и в естественных условиях при периодическом увлажнении и ворошении (перекапывании) превращались в компост.

В настоящее время в мире в основном используются два способа компостирования: микробиологический метод компостирования и вермикомпостирование.

Первый метод представляет собой метод биотермической переработки и обезвреживания ТБО, при котором происходит микробиологический биохимический распад органических веществ с превращением их в гумус. Протекающие при этом биохимические процессы приводят к саморазогреванию массы отходов до температуры, обеспечивающей обезвреживание патогенных микроорганизмов. Получаемый гумус используется в сельском хозяйстве для формирования и стабилизации почвенной структуры в качестве органического удобрения.

При компостировании ТБО помещаются в штабеля (бурты), кучи (полевое компостирование) или в различные виды реакторов - биобарабаны, биобашни (промышленное компостирование), где содержащиеся в отходах органические вещества при доступе кислорода воздуха интенсивно окисляются бактериями. Микрофлора разлагает биологически окисляемые органические вещества отходов до форм, легкорастворимых в воде и хорошо усваиваемых растениями.

Микробиологический процесс окисления органического вещества отходов при компостировании протекает в несколько фаз, и в нем принимают участие различные виды микроорганизмов,

Длительность протекания и сложность оформления технологического процесса компостирования существенно зависит от многих факторов: размера частиц, влажности, температуры окружающего воздуха, качества отходов, видового состава популяций микро- и макрофлоры, рН среды, вида компостирования.

При вермикомпостировании используется способность некоторых видов почвенных червей перерабатывать в биогумус органическое вещество отходов, попадающих в почву. Внимание ученых и практиков с давних пор привлекают различные виды почвенных червей (и в особенности дождевые черви) как активный фактор быстрой переработки органических отходов в биогумус.

Дождевые черви проделывают ходы, которые улучшают воздушный и водный режим почвы или отходов; пропускают через свой кишечник землю (отходы); выделяют в почву (отходы) биологически активные вещества.

В ряде западных стран переработка ТБО состоит из трех основных процессов: сортировка отходов, собственно компостирование и сжигание (пиролиз) неутилизируемой части ТБО. В России ТБО практически не сортируются, получаемый компост не может быть использован в сельском хозяйстве: при его реализации возникают трудности из-за высокого содержания в нем солей тяжелых металлов, канцерогенных веществ, стекла. Поэтому возникает вопрос не только об экономической нецелесообразности функционирования подобных производств, но и о возможности загрязнения окружающей природной среды.

Выраженный сезонный характер сбыта требует больших площадей для складирования готового компоста в межсезонные периоды. Расходы на транспортировку компоста даже на относительно небольшие расстояния часто превышают его стоимость. Все эти факты свидетельствуют о том, что производство компоста из ТБО является малорентабельным и требует дополнительных источников финансирования со стороны государства.

3 Захоронение  ТБО

Наибольшее распространение в России получил метод захоронения ТБО. Причем этот метод подразделяется на два типа: организованное и неорганизованное.

Количество неорганизованных мест захоронения ТБО (свалок) растет с каждым годом. Свалки бытовых отходов занимают большие участки земли, необходимой человеку для производства сельскохозяйственной продукции. В России свалки, по различным прогнозам, занимают более 20 тыс. га.

Никто не контролирует состава поступающих на свалки отходов. В связи с этим возникаем высокая вероятность попадания на них высокотоксичных промышленных отходов.

Свалки представляют серьезную опасность как для окружающей среды, так и для здоровья населения. Они являются мощными загрязнителями атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод.

В результате сложных биохимических реакций, происходящих в отходах, в атмосферу выделяется так называемый мусорный газ (биогаз), компонентами которого являются: СН4, СО2, СО, H2S и другие вещества.

В связи с наличием в составе мусорного газа значительного содержания метана возможно возникновение взрывов и пожаров на территории свалок ТБО. Возгоранию на свалках отходов может также способствовать наличие бумажных и древесных отходов, способных к возгоранию в результате саморазогрева массы отходов.

Особую опасность свалки ТБО представляют для подземных и наземных вод. Наиболее опасным считается фильтрат, формирующийся в теле полигона при взаимодействии отходов с атмосферными осадками. В составе фильтрата могут присутствовать высокотоксичные вещества (соединения тяжелых металлов, фенолы и др.), способные привести к негативным последствиям при попадании их в поверхностные или подземные воды. Образующийся фильтрат представляет опасность не только для грунтовых вод, так как возникает вероятность загрязнения той твердой породы, через которую эта загрязненная вода протекает. Это делает очистку и восстановление водоносного пласта трудным и дорогостоящим делом. Необходимо особо отметить тот факт, что на пути фильтрата со свалок находятся только естественные породы, которые обладают различными коэффициентами фильтрации. Если учесть, что свалки ТБО обычно устраиваются в пониженных формах рельефа (овраги и т.п.), вероятность загрязнения грунтовых вод значительно увеличивается.

Уменьшить негативное влияние мест захоронения ТБО призвано организованное их захоронение на территории специально оборудованных полигонов.

Технология захоронения на полигонах заключается в послойном уплотнении отходов, размещаемых на ограниченной площади – рабочей карте, изоляции уплотненной их массы слоем грунта или инертного материала.

На действующем полигоне в качестве основных работ выполняют прием (выгрузку), складирование и изоляцию ТБО. В настоящее время все работы на полигонах по складированию, уплотнению, изоляции отходов и последующей рекультивации занимаемых ими участков полностью механизированы.

Учет количества ТБО, принимаемых для захоронения, ведут в специальном журнале учета. Для исключения несанкционированного ввоза для захоронения отходов, содержащих радионуклиды, при поступлении на полигон их подвергают радиационному контролю.

Основной перечень технологических операций, выполняемых при эксплуатации полигонов ТБО, приведен на рис. 5.1.

При эксплуатации полигонов ТБО используют два основных метода – поверхностной и траншейной засыпки.

При методе поверхностной засыпки отходы укладывают на поверхности земли, уплотняют и покрывают слоем изолирующего грунта. Использование данного метода не зависит от топографических особенностей местности.

Метод траншейной засыпки применяют главным образом в районах с горизонтальной или слегка наклоненной поверхностью почвы. При использовании данного метода прокладываются траншеи, куда и помещаются ТБО. Основным достоинством данного метода является то, что в качестве материала засыпки можно использовать грунт, полученный в результате прокладки траншей.

На полигонах ТБО возможно использование двух методов укладки отходов: метод «надвига» и метод «сталкивания». При укладке по методу «надвига» отходы укладывают снизу вверх. Складирование ТБО методом «сталкивания» осуществляют сверху вниз. При методе «сталкивания», в отличие от метода «надвига», мусоровозный транспорт разгружают на верхней изолированной поверхности рабочей карты, образованной в предыдущий день.

Для снижения негативного влияния полигонов ТБО на окружающую природную среду в проектной документации должен быть предусмотрен комплекс природоохранных мероприятий. Правильная организация захоронения ТБО на полигоне и соблюдение всех правил его эксплуатации в течение срока действия полигона позволяет существенно снизить нагрузку на окружающую среду.

4 Комплексный подход к решению проблемы ТБО

Наиболее перспективной в настоящее время является концепция комплексного управления отходами (КУО). В основе этой концепции лежит изменение взгляда на то, чем являются бытовые отходы. Согласно этой концепции, бытовые отходы состоят из различных компонентов, которые не должны в идеале смешиваться между собой, а должны утилизироваться отдельно друг от друга наиболее экономичными и экологически приемлемыми способами.

КУО предполагает, что в дополнение к традиционным способам (мусоросжиганию и захоронению) неотъемлемой частью утилизации отходов должны стать мероприятия по сокращению количества отходов, вторичная переработка отходов и компостирование. Только комбинация нескольких взаимодополняющих программ и мероприятий, а не одна технология, пусть даже самая современная, может способствовать эффективному решению проблемы ТБО.

Для каждого конкретного населенного пункта необходим выбор определенной комбинации подходов, учитывающий местный опыт и местные ресурсы. План мероприятий по комплексному управлению отходами основывается на изучении потоков отходов, оценке имеющихся вариантов и включает осуществление небольших «экспериментальных» проектов, позволяющих собрать информацию и приобрести опыт.

При реализации мероприятий и конкретных программ на местах в первую очередь должны рассматриваться мероприятия по первичному сокращению отходов, затем по вторичному сокращению: повторному использованию и переработке оставшейся части отходов и в самую последнюю очередь – мероприятия по утилизации или захоронению тех отходов, возникновения которых не удалось избежать и которые не поддаются переработке во вторсырье.

Первичное сокращение отходов подразумевает уменьшение общего количества отходов, а также уменьшение их токсичности и иных вредных свойств. Сокращение отходов достигается вследствие переориентации производителей и потребителей на продукты и упаковку, приводящие к меньшему количеству отходов.

Вторичная переработка (включая компостирование) – это вторая ступень иерархии. Под вторичной переработкой понимается повторное использование некоторых компонентов отходов. Обязательным условием для осуществления их вторичной переработки является селективный сбор компонентов ТБО. Причем сбор компонентов в высокоразвитых странах осуществляется как местными жителями (на месте образования), так и в промышленных условиях. Именно вторичной переработке в настоящее время в развитых странах уделяется наибольшее внимание. В России также создаются проекты комплексов по сбору и утилизации ТБО.

После разделения компоненты, подвергающиеся вторичной переработке, вовлекаются в производственный цикл, а часть ТБО, подвергающаяся биологической деструкции, направляется на заводы по производству компоста.

К неутилизируемой части ТБО могут быть применены наиболее распространенные методы: складирование и термическая деструкция. Как дополнительный метод может также использоваться метод брикетирования.

Брикетирование твердых бытовых отходов – сравнительно новый метод в решении проблемы их удаления. Брикеты, широко применяющиеся в течение многих лет в промышленности и сельском хозяйстве, представляют собой одну из простейших и наиболее экономичных форм упаковки. Уплотнение, присущее этому процессу, способствует уменьшению занимаемого объема и как следствие приводит к экономии при хранении и транспортировке. Преимущественно в промышленности и сельском хозяйстве брикетирование используют для спрессовывания и упаковки гомогенных материалов (однородны по составу, размеру и форме).

Основным достоинством брикетирования является уменьшение объема отходов, а следовательно, уменьшение затрат на транспортировку, площадей, занимаемых складируемыми отходами.

Трудности в процессе брикетирования бытовых отходов возникают из-за того, что они являются гетерогенными по своему составу. Усредненные характеристики этих отходов могут быть неодинаковы не только в различных районах страны, но и в различных частях одного города. В целом, брикетирование как сопутствующий метод может быть использовано для отдельных компонентов отходов: бумаги, пластмассы, металлических изделий.

Перспективность идеи комплексного управления отходами подтверждается рядом публикаций как в зарубежной, так и в отечественной печати.  Широкое же внедрение в практику данного подхода в России в ближайшее время не представляется возможным в виду необходимости значительных материальных затрат, изменения культурных и ценностных ориентиров населения.

Заключение

В настоящее время, к сожалению, не существует идеального решения для устранения ТБО, которое позволило бы экономически эффективно и в максимальном объеме утилизировать вторичное сырье или энергию без образования производственных отходов, выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод.

Существующая система управления отходами в России, ориентированная преимущественно на их захоронение, является несовершенной, ведет к загрязнению окружающей среды и, как следствие, снижению качества жизни.

Отходы, при их бесконтрольном размещении на свалках, негативно воздействуют на окружающую среду, являясь источником поступления вредных химических и биологических веществ в грунтовые и поверхностные воды, атмосферный воздух и почву, создавая определенную угрозу здоровью и жизни населения. Поэтому предотвращение попадания вредных веществ из отходов во внешнюю среду является важнейшей задачей экологической безопасности при обращении с отходами.