Морфологический состав ТБО, % по массе
Сбор бытовых отходов в городах РФ производится в металлические контейнеры. Они размещаются на контейнерных площадках возле и между домами, а также под мусоропроводами в контейнерных отсеках многоэтажных домов. Тип и вместимость применяемых контейнеров зависят от количества накапливаемых отходов, типа и этажности застройки, а также от способа погрузки и вывоза ТБО. Изготовленные из металла контейнеры имеют значительную массу, невысокую коррозионную стойкость и адгезию к влажным отходам. Срок службы таких контейнеров не превышает двух лет, на их изготовление ежегодно тратится 5...7 млн т листовой стали. В соответствии с Концепцией обращения с ТБО в РФ [88] в домах большой этажности или для групп малоэтажных домов следует устанавливать герметичные контейнеры на колесиках из оцинкованного железа, пластмасс, металла, обработанного антикоррозионным и антиадгезионным покрытием; для крупногабаритных отходов устанавливать съемные контейнеры-кузова. В малоэтажной застройке отходы следует собирать в малые пластмассовые или бумажные сборники, которые вручную или механизировано загружать в кузов мусоровоза. Для районов Севера и Крайнего Севера необходимо использовать бункерные мусоросборники. Погрузка отходов должна производиться в закрытом помещении с помощью машин со съемными контейнерами-кузовами. Вывоз ТБО в зимний период можно производить раз в трое суток. В соответствии со ст.13 Закона порядок сбора отходов на территории города предусматривает их разделение на виды – пищевые отходы, металлические банки, текстиль, макулатура, стекло, полиэтиленовая (ПЭТ) упаковка и др. В нашей стране система раздельного сбора отходов только внедряется. Однако, в странах Западной Европы она активно используется. Само население сортирует отходы в отдельные контейнеры. В некоторых странах для этого используются специальные саморазрушающиеся мешки. В отдельных городах Японии мусор подразделяют на 32 категории [89]. Из практики обращения с ТБО в европейских странах известно, что на 10…15 тыс. жителей достаточно одного пункта комплексного приема вторичного сырья, площадью 100 м2. Транспортировка отходов осуществляется специально оборудованными автомобилями-мусоровозами, которые отличаются: * назначением (для вывоза отходов из жилых и общественных организаций, для вывоза крупногабаритных отходов); * вместимостью кузова (мини-мусоровозы вместимостью 7...10 м3, средние вместимостью 16...45 м3, большегрузные транспортные мусоровозы вместимостью более 40 м3); * механизмами загрузки отходов; * характером процесса уплотнения отходов (непрерывный, циклический); * системой выгрузки отходов из кузова (самосвальный или принудительный с помощью выталкивающей плиты). Отходы вывозят в места их переработки и захоронения. В связи с ростом городов обостряется проблема вывоза отходов на дальние расстояния (более 20 км). Одним из путей сокращения транспортных расходов (и сокращения выбросов в атмосферу от мусоровозного транспорта) является переход к двухэтапной системе вывоза ТБО - использованию мусороперегрузочных станций и большегрузных транспортных мусоровозов. В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются 6 типоразмеров собирающих кузовных и со съемными кузовами мусоровозов на шасси: ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ, а также единичными сериями изготовляются большегрузные транспортные мусоровозы на шасси КамАЗ, МАЗ полезной грузоподъемностью 15...20 т. Технико-технологическими методами переработки отходов являются: сортировка, биотехнологический (в основном компостирование) и термический (в основном сжигание) методы, захоронение на полигонах [40, 89]. Методы сортировки используются для механизированного извлечения отдельных составляющих ТБО. Они включают магнитную, электродинамическую, аэродинамическую сепарации. Магнитная сепарация применяется для извлечения металлолома из черных металлов. Существуют подвесные, шкивные и барабанные сепараторы. При взаимодействии магнитного поля с ТБО, например при движении отходов по ленте конвейера, металлолом из черных металлов извлекается магнитами, а затем снимается с них. Современные технологии позволяют извлекать из отходов до 90…95% всего черного металла. Метод электродинамической (электромагнитной) сепарации используется для извлечения цветных металлов. Обычно этот вид металлолома состоит из 90% алюминия, остальное содержание представлено латунью и бронзой. Метод электродинамической (электромагнитной) сепарации основан на силовом взаимодействии магнитного поля и вихревых токов, возникающих в электропроводном материале. При этом в кусках из металлолома возникает электродвижущая сила, которая перемещает их в заданном направлении. Под транспортерной лентой устанавливается многофазное индикаторное устройство, создающее бегущее электромагнитное поле. Это поле наводит на куски металлолома электродвижущую силу, вектор которой направлен перпендикулярно оси движущейся ленты с отходами. При прохождении ленты над сепаратором куски металлолома перемещаются к краю ленты и сбрасываются с нее. Из ТБО извлекается до 80% цветных металлов. Аэродинамический способ сепарации основан на переносе отдельных компонентов отходов в потоке воздуха. При этом компоненты отходов в зависимости от их веса и размера могут переноситься при определенных скоростях воздушного потока. Их разделение при осаждении в гидроциклоне или на ленте конвейера основано на различии в плотности и скорости витания при свободном падении. С помощью аэросепарации выделяются макулатура, полимерная пленка и текстиль. Для удаления текстильных компонентов применяются захватывающие элементы – крючья, штыри вилкового типа. Баллистический метод сепарации основан на различной упругости компонентов. Ленту конвейера, на которой лежат отходы, разгоняют и резко меняют направление ее движения. Материал отходов по инерции летит в первоначальном направлении и сталкивается с отражающей вертикальной стенкой, установленной под углом 35...500 к плоскости движения. Ударившись о стенку, материал попадает в контейнер. Дальше всего откатываются упругие компоненты отходов. Баллистический метод используется для извлечения стекла и других включений из отходов. Иногда при извлечении компонентов из отходов (например, стекла) используется метод гидросепарации – флотационный метод. Он заключается в пропускании через жидкость потока воздуха, прилипании воздушных пузырьков к твердым телам (отдельным компонентам отходов), всплывании этих компонентов на поверхность жидкости и удалении плавающих компонентов отходов. Вспомогательными операциями для проведения сортировки отходов служат дробление и просеивание с помощью грохотов (грохочение). Метод переработки ТБО компостированием заключается в протекании биохимической реакции окисления органической составляющей отходов до получения углекислого газа и воды:
микроорганизмы
целлюлоза кислород углекислый газ вода тепло
Продуктом переработки при аэробных условиях является компост. Его используют городские и сельские хозяйства в качестве органического удобрения и биотоплива. Выделяемая при компостировании теплота разогревает компостируемый материал до 60…750С. Это губительно действует на большинство болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Переработка ТБО компостированием может проходить в промышленных и полевых условиях. На заводе процесс компостирования осуществляется в биотермическом барабане. Производительность барабана 20…30 тыс. т в год. Перед компостированием ТБО просеивают с помощью грохотов и отсортировывают электромагнитными и аэродинамическими сепараторами цветные и черные металлы, стекло, текстиль, макулатуру. Перечислим недостатки метода компостирования ТБО. В местах разгрузки ТБО, загрузки и выгрузки барабанов, грохочения и дробления в атмосферный воздух выделяются вредные газы. Они содержат толуол, ксилол, бензол, ацетон, оксид углерода и другие токсичные вещества. Компост, чаще всего, содержит тяжелые металлы. Для размещения завода требуются значительные площади. Поэтому размещение его на территории города не всегда возможно. К термическим методам обработки отходов следует отнести сжигание и термическую обработку ТБО без доступа воздуха – пиролиз. Мусоросжигание при температуре около 10000С проводят на мусоросжигательных заводах (МСЗ). К преимуществам метода мусоросжигания следует отнести: сокращение до 10 раз объема отходов, высокотемпературную (Т»10000С) стерилизацию продуктов сжигания, возможность использования тепла сжигания для отопительных целей, снижение загрязнения отходами воды и почвы. Недостатками метода мусоросжигания являются: трудность очистки газов выбрасываемых в атмосферу от вредных примесей, высокий (до 30% по массе) выход токсичных отходов золы и шлака, которые затем подлежат утилизации или захоронению на полигонах. В технологических циклах некоторых МСЗ не предусмотрена предварительная сортировка мусора. Мусоросжигание без предварительной сортировки приводит к выбросам в атмосферный воздух твердых и газообразных вредных веществ. Особую опасность представляют диоксины и фураны. Они образуются при сжигании полимерных материалов и пластмасс, технических масел, растворителей и других химикатов. Кроме диоксинов, в выбросах МСЗ содержатся такие вредные вещества как оксиды азота и углерода, хлористый и фтористый водород, оксид серы (IV), углеводороды и тяжелые металлы. Источниками загрязнения дымовых газов, а также золы и шлака МСЗ тяжелыми металлами являются батарейки, аккумуляторы, люминесцентные лампы и другие предметы, присутствующие в мусоре. Используемая на МСЗ России одноступенчатая схема очистки газов не обеспечивает достаточную степень обезвреживания выбросов. На всех МСЗ обеспечивается утилизация тепла и извлечение черного металлолома. Термическую обработку ТБО нагреванием без доступа воздуха проводят до 500…6000С (низкотемпературный пиролиз) и выше 11000С (высокотемпературный пиролиз). Созданы технологии и опытно-промышленные установки различной производительности. К достоинствам этого метода следует отнести использование газообразных продуктов пиролиза – пара и топливного горючего газа - как в самом процессе пиролиза, так и вне его. При этом методе выброс газообразных продуктов в атмосферу резко снижается. При пиролизе образуются продукты, которые могут найти применение в хозяйственной деятельности: газообразное топливо, твердый углеродистый остаток и смола. В качестве побочного продукта образуется подсмольная вода. Так, углеродистый остаток – пирокарбон, содержащий до 30…40% углерода, используется как заменитель низкосортных графитов, заполнитель асфальтобетонных смесей, низкосортное топливо, сорбент; смола – как топливо, компонент асфальтобетонных смесей, сырье для производства химических соединений. Подсмольная вода как антисептическое средство используется, в частности, для пропитки шпал. Существуют три типа установки по пиролизу: горизонтальные (барабанного типа), вертикальные (шахтного типа) и смешанные. К недостаткам существующих установок относятся малая производительность, несовершенная система очистки газообразных продуктов. В пиролизных установках перерабатывается некомпостируемая часть ТБО (резина, кожа, текстиль). Поэтому внедрение пиролизных установок способствует созданию малоотходных технологий переработки ТБО. Метод захоронения ТБО на полигонах. Наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны, называемые на Западе санитарными свалками. Современные полигоны ТБО – это комплексные природоохранные сооружения, предназначенные для обезвреживания и захоронения отходов. Полигоны должны обеспечивать защиту от загрязнения отходами атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствовать распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов. Полигоны строят по проектам в соответствии со СНиП. Схема конструктивных элементов полигона представлена на рис. 4.15. Дно полигона оборудуется противофильтрационным экраном. Он состоит из глины и других водонепроницаемых слоев (битумогрунт, латекс) и предотвращает попадание фильтрата в грунтовые воды. Фильтрат – жидкость, содержащаяся в отходах, она стекает вниз, на дно полигона, и может просачиваться через его борта. Фильтрат – минерализованная жидкость, содержащая вредные вещества. Собирается фильтрат с помощью дренажных труб и отводится в резервуар для обезвреживания. Ежедневно в конце рабочего дня отходы покрываются специальным материалом и слоями грунта, а затем уплотняются катками. После заполнения секции полигона отходы покрываются верхним перекрытием.
Рис. 4.15. Принципиальная схема устройства полигона ТБО
Продуктом анаэробного разложения органической составляющей отходов является биогаз, представляющий собой в основном смесь метана и углекислого газа. Система сбора биогаза состоит из нескольких рядов вертикальных колодцев или горизонтальных траншей. Последние заполнены песком или щебнем и перфорированными трубами. Очистка фильтрата. Собираемый и отводимый дренажной системой фильтрат токсичен. Фильтрат свалок ТБО сбрасывают в канализацию для последующей совместной обработки с бытовыми сточными водами или подают на поверхность свалки по замкнутому циклу; подвергают биологической обработке (аэробной и анаэробной); подвергают физико-хими-ческой обработке (осаждению, окислению, адсорбции с применением угля, обратному осмосу и др.). Перекачка фильтрата со свалок в канализационные сети – наиболее распространенный способ. Совместная обработка фильтрата с бытовыми сточными водами допускается только в случае, когда объем фильтрата не превышает 5% подачи стоков на очистную установку. При больших объемах фильтрата ухудшается качество очистки сточных вод, усиливается коррозия узлов очистной установки, осадок сточных вод загрязняется тяжелыми металлами. Широко распространена технология распределения собранного фильтрата по поверхности складируемого материала, как одна из самых дешевых и ускоряющих процессы биологического разложения органического вещества. Однако при этой технологии объем фильтрата уменьшается только за счет его испарения, а концентрация загрязняющих веществ в конечном стоке фильтрата будет более высокой. Биологическую очистку фильтрата делят на аэробную и анаэробную. Продуктами переработки органических загрязнителей при аэробной обработке являются углекислый газ, вода и твердые биопродукты, которые возвращаются в фильтрат. При анаэробной обработке органические вещества преобразуются в биогаз и твердую фазу – ил. Основные преимущества анаэробной очистки фильтрата по сравнению с аэробной следующие: не требуется подача кислорода в обрабатываемую среду; уменьшаются затраты энергии; 85…90% органического вещества преобразуется в биогаз; образуется меньшее количество осадка; уменьшается время обеззараживания; устраняются неприятные запахи и др. Недостатки анаэробной очистки: необходимость применения повышенных температур (более 300С); недостаточная степень очистки фильтрата от тяжелых металлов. Для обработки фильтрата физико-химическими методами используются дорогостоящие оборудование и реагенты. Эти методы целесообразно применять для удаления отдельных загрязнителей, присутствующих в больших концентрациях. Обычно для очистки фильтрата используется комплекс методов. Выбору способа очистки или комбинации способов предшествует анализ состава фильтрата, который изменяется в широком диапазоне концентраций загрязняющих веществ как по годам, так и по сезонам года. Для исключения отрицательного влияния биогаза на окружающую среду проводят дегазацию свалок - сбор биогаза. Используют пассивную и активную дегазацию свалок. Пассивная осуществляется за счет избыточного давления, имеющегося в толще свалки. Этот метод применяется редко, так как недостаточно эффективен и требует высокой степени изоляции свалки. Активная дегазация осуществляется с помощью специальных устройств для добычи газа. Хорошо зарекомендовали себя системы вертикальных скважин, соединенные горизонтальными дегазационными трубопроводами. Биогаз, после его очистки от углекислого газа, используется как источник тепловой энергии. На строительство полигона затрачивается около 3 лет, эксплуатируется полигон – заполняется отходами 15…30 лет, на закрытие полигона уходит 1…2 года. При захоронении ТБО теряются содержащиеся в них ценные компоненты. Свалки и полигоны в нашей стране занимают свыше 40 тыс. га земли. Около 50 тыс. га занимает площадь закрытых (заполненных) свалок и полигонов. Из всего количества полигонов только около 8 % отвечают санитарным требованиям [88]. Места свалок и полигонов представляют собой эпидемиологическую опасность – возникают условия распространения инфекций. Окружающая природная среда загрязняется выделениями в атмосферный воздух токсичных и взрывоопасных газов (метан, угарный газ), образованием токсичного фильтрата, проникающего в грунтовые и поверхностные воды. Складирование отходов на полигонах остается пока основным методом их обезвреживания. В последние годы в США, Голландии, Франции, Португалии заметно растут объемы отходов, подвергаемых вторичному использованию и переработке. Если в 1989 г. в США 80% ТБО направлялось на полигоны и только 9% сжигалось, то в 1998 г. степень утилизации отходов составила уже 30%. Сложившаяся в России система обеззараживания ТБО основана на захоронении около 98 % отходов на полигонах и неорганизованных свалках, промышленными методами в РФ перерабатывается только 2% [88]. Наиболее перспективной является промышленная технология, основанная на комбинации различных методов переработки ТБО. Она нивелирует недостатки каждого метода, обеспечивает уменьшение отходов производства, его максимальную экологическую и экономическую целесообразность. Так, при использовании технологии «сортировка + сжигание» количество шлака снижается до 15 % исходных ТБО, а золы - до 1 %. При этом шлак может использоваться, например, для производства строительных материалов. Предварительная сортировка улучшает и ускоряет процесс компостирования органических веществ ТБО, облегчает очистку компоста от примесей, улучшает состав отходящих газов, облегчает ведение процесса термообработки. Методы переработки ТБОвыбираются конкретно для каждого города исходя из местных условий: * состава и свойств ТБО, их изменение по сезонам года; * годовой нормы накопления ТБО; * климатических условий; * потребности в органических удобрениях, энергетических ресурсах и вторичном сырье; * экономических факторов. Инженерными сооружениями в системе управления ТБО являются: мусороперегрузочные станции, мусоросжигательные заводы, мусороперерабатывающие заводы, полигоны захоронения отходов. На мусороперегрузочных станциях (МПС) отходы выгружаются из мусоровозов и загружаются в большегрузные транспортные средства для дальнейшей перевозки в места переработки или захоронения. Оборудование и конструкция МПС зависят от производительности (до 100 тыс. м3/год и более) и типа транспортных средств. МПС оборудуется дробильными установками, устройствами для прессования в тюки, пакеты или сразу в транспортное средство. Для уплотнения отходов используются тракторы и специальные трамбовщики. В соответствии со СНиП 2.07.01-89* размеры земельных участков МПС рассчитывают из условия 0,04 га на 1000 т отходов. Размер санитарно-защитной зоны МПС составляет 100 м. Технологическая схема мусоросжигательного завода (МСЗ) показана на рис. 4.16 [89].
Рис. 4.16. Технологическая схема переработки отходов на мусоросжигательных заводах: 1 - мостовой грейферный кран; 2 и 3 - мусорный и шлаковый отсеки бункера-накопителя; 4 - вентилятор первичного дутьевого воздуха; 5 - станция гидропривода; 6 - паровые калориферы- воздухоподогреватели; 7 - шлакоизвлекатель; 8 - ленточные тра-нспортеры для удаления шлака и золы; 9 - дымосос; 10 - дымовая труба; 11 - электростатический фильтр; 12 - котел-утилизатор; 13 - вентилятор вторичного воздуха; 14 - загрузочный бункер; 15 - растопочная горелка; 16 - колосниковая решетка; I - пар; II - вода; III - воздух; IV - шлак Отходы из загрузочного устройства поступают на колосниковую решетку трехметровой ширины и наклоненную под углом 260. Решетка представляет собой систему чередующихся подвижных и неподвижных колосников. Подвижные колосники совершают обратнопоступательные движения. Толщина слоя ТБО на решетке более 1 м. При каждом ходе колосников под слой поступающих сверху отходов вводится слой горящих отходов. Поступающие отходы перемешиваются и возгораются. Через решетку в слой движущихся отходов поступает воздух и в нижнем слое поддерживается автоматический процесс горения. В топке размещен котел-утилизатор, который вырабатывает пар, используемый для отопления или технологических нужд. Образующиеся при горении ТБО дымовые газы поступают в систему очистных фильтров, после чего при помощи дымососа выбрасываются в дымовую трубу. Шлак, образуемый при сжигании отходов, удаляется скребками в гасильную ванну и по транспортеру продается в молотковую дробилку. Из шлака электромагнитной сепарацией извлекается металл. В России эксплуатируется 4 мусоросжигательных завода (табл. 4.26) [88]. Таблица 4.26
|
(С6Н12О6) n + 6n O2 6n (CO2) + 6n (H2O) + Q
