Экология городской среды - Александр Челноков

Примечания. 1. Основная масса ТКО (95–98 %) имеет размер менее 0,25 м. 2. Средняя плотность в местах сбора составляет около 200 кг/м3. 3. Средняя влажность – 52 %.

На количество накопления ТКО и их состав влияют уровень благосостояния населения, степень благоустройства жилья, культура торговли, ассортимент товаров, степень развития общественного питания и прочее. Как показывает практика, состав ТКО в мире относительно постоянен. Поэтому для их утилизации выработана унифицированная для большинства стран система, позволяющая депонировать или переработать большинство компонентов ТКО.

Данная система состоит обычно из трех взаимодополняющих и технологически связанных между собой блоков: рециклинг, или повторное использование; утилизация; складирование (депонирование).

Система защиты городской среды от негативного влияния отходов жизнедеятельности и соотношение блоков между собой определяется уровнем развития производства, хозяйственной деятельности, ее преимущественной ориентацией, техники и технологии, социального сознания населения и другими факторами. Известно, что в Японии до 90 % ТКО направляется на повторное использование; в США их складируется до 80 %, в Польше – до 98 %.

Рециклинг (повторная переработка) ТКО. Это наиболее прогрессивный и экологически оправданный способ использования отходов, который уже в большинстве развитых стран превратился в особого рода производственную деятельность со своей структурой, специфическими технологиями и аппаратурным оформлением как собственно производства, так и его экологической безопасности.

Структура рециклинга состоит:

• из сети предприятий по сбору, обработке и переработки ТКО;

• доставки ТКО на специализированные предприятия по их переработке;

• производства продукции из переработанных ТКО;

• реализации полученной продукции.

Для обеспечения бесперебойной работы этой сети создается соответствующая материально-техническая база.

В основе данного метода лежит метод дифференцированного (раздельного) сбора отходов, при котором осуществляется сортировка отходов по виду с целью максимального дальнейшего извлечения утильных компонентов. При разделении отходов выделяют две категории:

• I категория – отходы, которые могут быть использованы для получения аналогичной продукции (стекло, бумага, металлы, пластмассы и др.);

• II категория – отходы, содержащие опасные или особо ценные компоненты (аккумуляторные батареи, цветные и редкие металлы, некоторые пластмассы и т. д.).

После разделения ТКО на фракции каждая их них поступает на последующую технологическую стадию переработки в конечный продукт.

Наибольшим уровнем повторного использования характеризуются ПО, которые, как правило, хорошо разделены, а также та часть КО, для которой централизованно налажен сбор (металлы, макулатура, аккумуляторные батареи, ветошь).

Известно, что в США 95 % всех упаковочных алюминиевых банок выпускается из вторичного сырья, что позволяет экономить порядка 5 % электроэнергии, затрачиваемой на производство из природного сырья, а также существенно снизить его расход. В Германии путем рециклинга получают 75 % всей стали, 33 % меди, 17 % алюминия, 50 % свинца, 33 % цинка. В большинстве стран действуют целевые государственные программы, поддерживающие, ориентирующие и субсидирующие малый и средний бизнес на сбор, сортировку, транспортировку и переработку отходов. Кроме того, эти программы также направлены на экономическую и моральную заинтересованность населения в разделении твердых бытовых отходов при их удалении из жилой зоны.

Утилизация ТКО. Основными методами утилизации отходов являются:

• прямое сжигание;

• пиролиз, или высокотемпературное разложение;

• брикетирование и грануляция;

• получение биогаза;

• компостирование.

Прямое сжигание – это довольно распространенный и эффективный способ сокращения объемов ТКО в поселениях. Однако с экологической и санитарно-гигиенической точки зрения этот способ представляет собой значительную опасность для городской и пригородной среды.

Мусоросжигающие заводы (МСЗ) являются источниками значительного количества выбросов и технологических отходов, представляющих при несоблюдении ряда технологических требований очень серьезную опасность для окружающей среды и здоровья населения. Такими требованиями являются:

• температура сжигания должна составлять 500 – 1400 °C;

• продолжительность сжигания должно быть не более 3 с;

• полное сжигание требует обязательного создания турбулентных воздушных потоков.

В зависимости от состава и способа сжигания на 1 т мусора приходится 300–500 кг несгоревших технологических отходов (шлаки, зола, дымовые газы).

Шлаки представляют собой гетерогенный материал очень сложного состава, обладающий специфическими физико-химическими свойствами, в частности высокой адсорбционной и теплотворной способностью. Они составляют обычно 10 % объема и 30 % массы сжигаемых ТКО, сравнительно безвредны и после определенной очистки (от метана) могут использоваться для дорожного покрытия, строительных материалов, материалов для отсыпки дамб, звукоизоляционных и утеплительных плит.

При сжигании 1 т ТКО в среднем образуется порядка 25–34 кг летучей золы. Около 95–99 % ее обычно улавливается очистным оборудованием и вывозится на свалки. Остальная часть золы выбрасывается в атмосферу вместе с дымовыми газами (водяным паром, оксидами азота и углерода, летучими органическими соединениями).

С золой и дымовыми газами в атмосферу попадают наиболее опасные для человека отходы мусоро сжигания – диоксины и фураны, которые присутствуют в самой летучей золе, колосниковых и дымовых газах, воздухе территории МСЗ, в крови персонала предприятий и населения, проживающего в зоне его влияния.

На свалках из неуловленной золы МСЗ диоксины и фураны могут попадать в грунтовые воды. В районах захоронения этой золы они обнаруживаются в молоке коров, коз, в крови домашних животных и птиц, откуда могут попасть в организм человека.

Помимо диоксинов и фуранов в процессе му соро сжигания в атмосферу, почву и водные объекты попадает значительное количество металлов, в том числе и тяжелых, соединения серы, хлора, фтора и другие, объем которых зависит только от номенклатурного состава сжигаемого мусора.

Эффективность применения мусоросжигания при условии выполнения всей полноты природоохранных мероприятий существенно возрастает за счет использования избытков теплоты на отопление и производство электроэнергии. Например, около 3 % электроэнергии Швеции и 5 % энергопотребления Брюсселя обеспечивается за счет сжигания ТКО. По разным оценкам 1 т ТКО эквивалентна 200–250 кг угля и 150 кг мазута.

В США сжигается 5 %, Японии – 26, Германии – около 35, Швеции – 51, Швейцарии (одна из самых экологически безопасных стран мира) – 75 % ТКО.

Пиролиз (высокотемпературное разложение) – активно развивающийся в последнее время способ утилизации ТКО, направленный на максимальное получение газа и нефтеподобных жидких продуктов. Пиролиз – это термическая обработка ТКО нагреванием без доступа воздуха. Различают низкотемпературный (500–600 °C) и высокотемпературный (свыше 1100 °C) пиролиз.

При таком разложении образуются продукты, которые могут использоваться в хозяйственной деятельности: газообразное топливо, твердый углеродистый остаток и смола. В качестве побочного продукта образуется подсмольная вода. Углеродистый остаток – пирокарбон, содержащий до 30–40 % углерода, применяют в качестве заменителя низкосортных графитов, заполнителя асфальтобетонных смесей, низкосортного топлива, сорбента; смола используется как топливо, компонент асфальтобетонных смесей, сырье для производства химических соединений; подсмольная вода – как антисептическое средство, в частности, для пропитки шпал.

Существуют три типа установок по пиролизу: горизонтальные (барабанного типа), вертикальные (шахтного типа) и смешанные. В них перерабатывается некомпостируемая часть ТКО (резина, кожа, текстиль). Поэтому внедрение пиролизных установок способствует созданию малоотходных технологий переработки ТКО.

К недостаткам существующих установок относятся низкая производительность, несовершенная система очистки газообразных продуктов, высокая энергоемкость процесса.

К достоинствам этого метода следует отнести использование газообразных продуктов пиролиза (пара и топливного горючего газа) как в самом процессе пиролиза, так и за его пределами. При этом методе выброс газообразных продуктов в атмосферу резко снижается, в связи с этим пиролизные установки утилизации ТКО можно устанавливать в городской черте.

Брикетирование и грануляция. Эти процессы направлены на получение из ТКО твердого топлива. В результате предварительного отбора и высушивания органической фракции ТКО теплота сгорания брикетов и гранул возрастает в 2 раза по сравнению с исходным продуктом, полученное топливо может храниться длительное время, не представляет опасности при хранении и транспортировке. За счет сортировки в таком топливе сокращается количество металлов и токсичных соединений. Такая установка давно работает в Донкастере (Великобритания) и производит 350 тыс. т гранулята каждый год. Значительное количество ТКО в Японии превращается в гранулы, которые используются при производстве строительных материалов, бетона или раствора, причем гранулы смешиваются с золой или шлаком МСЗ.