Переработка бытовых отходов

Введение

Социальное развитие в широком смысле этого слова требует своей реализации не только в масштабе общества, но и на всех структурных уровнях.

Особое место занимает город как такое социально-экономическое территориальное образование, где наиболее тесно переплетаются интересы общества, трудовых коллективов, учреждений, организаций и интересы самого человека как жителя. XX век можно в известном смысле назвать веком массового возникновения городов.

Процесс урбанизации охватил все страны, особенно индустриально развитые, что привело к тому, что большинство населения сосредоточилось в городских поселениях. При этом градообразующими факторами стала не только концентрация промышленности, но и наука, отдых, переработка сырья, в том числе и сельскохозяйственного, и т.д. Не является исключением данный процесс и для нашей страны, в которой процесс градостроительства протекал в огромных масштабах. За годы Советской власти (до 1989 г.) образован 1481 город.

Характерной особенностью нынешнего периода является тенденция неуклонного их укрупнения: в России 57 городов имеют населения более 500 тыс. человек, в том числе 23 - более 1 млн жителей. Острота социального развития городов на современном этапе объясняется прежде всего тем, что в настоящее время в них проживает большинство (71%) населения страны. Рост урбанизации определяет не только сам процесс образования городов. Научно-технический прогресс знаменует переход от старого типа расселения - точечный город-село - к новому - агломерациям и урбанизированным районам.

В нашей стране существует ряд крупных и сверхкрупных агломераций: московская, уральская, самарская, нижегородская, - которые ставят принципиально новые социальные проблемы, вызванные проживанием огромного числа населения на ограниченной территории. Само функционирование городов и агломераций имеет как общие, так и специфические проблемы.

Для всех них первостепенное значение приобрели адаптация приезжающих, общественная и окружающая среда, развитие современного жилища, рациональная организация повседневной жизни людей. Но имеются и специфические проблемы. В крупных городах это упорядочение социальной инфраструктуры, приведение в соответствие производственных и культурно-бытовых потребностей, в малых - эффективное использование трудовых ресурсов, благоустройство, создание современного комплекса удобств, жилищного и коммунального обслуживания (Б.С. Хорев). Но самое прискорбное состоит в том, что социальное развитие города до сих пор фактически рассматривается как дело второстепенное, неполноправное и нередко отходящее на задний план.

Немало острых вопросов возникает в новых городах. Опыт их проектирования, строительства и функционирования говорит о том, что отсутствие необходимых условий для рациональной организации повседневной жизни населения приводит к неудовлетворенности людей местом работы и жительства и как следствие этого - к миграции.

Залогом успешного решения градостроительных проблем для молодых городов Сибири является обеспечение их стабильными квалифицированными кадрами. Между тем на сибирского горожанина жилой площади приходится на 8-10% меньше, чем в среднем на горожанина России.

Ниже средних показателей на 25-40% обеспеченность предприятиями общественного питания, больницами, поликлиниками, условиями для повышения образования, занятий спортом. Ощущается острая нехватка и учреждений культуры. Слабое внимание к социальным аспектам ведет к тому, что ряд новых городов оказывается менее удобным для жизни, чем старые, сложившиеся, и эти города неоправданно отстают от тех возможностей, которые имеет страна. И все же есть способы достаточно эффективно решить эти проблемы на данном уровне: территориальное движение кадров, регулирование занятости населения по полу, совершенствование форм и методов организации досуга, просветительной и оздоровительной работы и т.д.

Проблемы урбанизации

В современных крупных городах со среднеразвитой промышленной инфраструктурой (типа Ростова-на-Дону) на одного жителя в сутки приходится: 0,7-0,8 кг мусора, 0,3-0,6 кг твердых промышленных отходов, 0,1- 0,2 кг газообразных и взвешенных отходов от стационарных источников в атмосферу, 0,3-0,5 кг - от подвижных источников (автомобилей, тепловозов и др.). При этом на одного жителя нужно в среднем подавать 0,5-0,7 м3 воды и обеспечивать сброс сточных вод 0,4-0,55 м3, подвозить около 2 кг продуктов питания и около 10 кг всех видов топлива (в том числе газа, мазута, бензина, угля и т. д.) Эти цифры примерные, точный же расчет возможен по эмпирическим справочным формулам, учитывающим многие факторы. Немало зависит от характера промышленности, развития электротранспорта и автохозяйств, благоустроенности жилых зданий и др. Но даже примерные цифры говорят не только о сложности управления городским хозяйством, но и о необходимости экологического образования горожан. Сознательная сортировка бытового мусора в домах, как, к примеру, в Германии, Чехии и др., ускорила бы решение проблемы утилизации твердых бытовых отходов.

Классификация отходов и их состав

Под отходами, по Н.Ф. Реймерсу, понимают, в общем случае, непригодные для производства данной продукции виды сырья, неупотребимые остатки или вещества и энергия. Ниже рассматриваются лишь твердые отходы, которые подразделяются на промышленные (ТПрО) и бытовые (ТБО).

Промышленные отходы (или отходы производства) - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свойства. С некоторой долей условности к ТПрО можно отнести и отходы потребления - изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

Бытовые (коммунальные) отходы - твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В последнее время к ТБО относят и твердую составляющую коммунально-бытовых сточных вод - их осадок.

Часто вместо понятия «отходы» используют термин «отбросы», относя к ним не только непригодные к использованию пищевые продукты, неутилизируемые бытовые и сельскохозяйственные компоненты, но и отходы производства и строительства.

За рубежом в последнее время из двух больших групп - ТПрО и ТБО - выделяют несколько специфических видов. Так, ТБО можно подразделить на домашние, коммерческие, учрежденческие и другие городские отходы (трупы мертвых животных, отходы уборки улиц, осадки сточных вод). В США в последнее время выделяют отдельную группу ТБО - упаковочные материалы. И это не случайно. Для упаковки товаров в последнем десятилетии прошлого века США использовали около 50% бумаги, 75% стекла, 40% алюминия, 30% пластика. Из состава ТПрО кроме чисто промышленных выделяют медицинские, сельскохозяйственные, горные (металлургические) и др. Система сбора твердых отходов в РФ (особенно ТБО) пока не побуждает к. раздельному изучению подобных видов, хотя в отношении выделения коммерческих, медицинских, радиоактивных отходов наметился прогресс в наиболее крупных городах.

По составу ТБО накоплены достаточно подробные данные в РФ и за рубежом. Причем, с известной поправкой по времени и на климатические условия, эти данные достаточно близки. Так, если сопоставить данные по ТБО США (без учрежденческих отходов) и ТБО РФ - на 1970 и 1980 гг. соответственно, то эти данные во многом сопоставимы и не устарели до сих пор. Обращает на себя внимание то, что в обеих странах основу ТБО составляет бумага и пищевые отходы, но доля последних в ТБО СССР была намного больше. Преобладание пищеотходов в ТБО сохраняется и до сих пор.

Следует обратить внимание на рост содержания пластиков в ТБО. Предсказанное (и оправдавшееся) увеличение этой доли в США за 30 лет (к 2000 году) в 4 раза, по-видимому, ждет и РФ к 2010 году: следует ожидать рост относительной величины массы пластиков до 8... 10%. Сама же масса ТБО в РФ в последние годы имеет тенденцию к увеличению (до 0,75...0,9% ежегодно), причем почти половина этой массы приходится на города с населением 1 млн жителей и более.

Перемещение и размещение на полигоне твердых бытовых отходов

Количество твердых отходов существенно зависит от их вида, условий производства и уровня жизни, климатических факторов, способов сбора и др. Поэтому конкретные расчетные, близкие к практике, нормативы накопления могут быть установлены только опытным путем. Это особенно касается твердых производственных отходов - лишь создание системы мониторинга предприятий всех форм собственности может дать объективную картину накопления ТПрО. Несколько проще с ТБО - примерные нормативы накопления этих отходов разработаны во многих странах и корректируются с учетом установленных темпов роста. Эти нормы приводятся в величинах массы (или объема) на одного человека в сутки или год. В Российских источниках эти нормы относятся к конкретным единицам жилого фонда и отдельно стоящим объектам торгового или культурно-бытового назначения.

Фактические нормы определяются для каждого города в результате обследования участков с охватом от 2% до 0,5% населения с замерами по всем сезонам года в течение недели без перерыва. Такие измерения, проведенные, например, в г. г. Москве и Ростове к/Д в 1997 г., показали, что на одного жителя в среднем приходится существенно различное количество ТБО - 1,1 кг/сут. чел и 0,7 кг/сут. чел., соответственно. Еще более различаются данные по городам с одинаковым числом жителей в разных странах.

Количество промышленных отходов для РФ даже приближенно оценить затруднительно. Обычный подход (на душу населения) здесь может быть применен лишь для суммарных оценок - для всей страны. Но в периоды экономических кризисов даже такая оценка затруднена.

Выбор метода утилизации отходов достаточно сложен. Для ТБО в РФ до сих пор остается основным наиболее опасный способ - размещение на необорудованных свалках или полигонах с неполной защитой. Выбор варианта утилизации несортированных ТБО городах РФ должен опираться на экологические, экономические и социальные факторы для конкретного времени и конкретных условий. Например: резкий скачок цен на энергоносители в последние годы значительно увеличил потребные дотации для работы МСЗ. Отсутствие свободной земли в городах и невозможность отчуждения ее в прилегающих сельских районах сделали затруднительным увеличение площадей полигонов. Невостребованность продуктов сортировки мусора на МПЗ увеличивает потребные дотации для этих предприятий и т.д. Вместе с тем, можно сделать некоторые общие, достаточно приближенные выводы. Вместе с тем, на настоящем этапе наметилось развитие интегральных схем обезвреживания и утилизации твердых отходов.

Сбор, по возможности, должен осуществляться и мусоровозами, и пневмотранспортом. А отходы перед утилизацией - сортироваться и измельчаться. После этого целесообразно использовать все способы: компостирование, сжигание, пиролиз и подготовку к переработке. Для каждого компонента - свой метод. Балласт при этом в итоге поступает на полигон, где может быть получен биогаз.

Основной тенденцией в развитии системы обращения отходов является сближение способов утилизации. Даже на существующих МСЗ (например, Пятигорском) стремятся обеспечить максимально возможную предварительную сортировку и подготовку к переработке компонентов; использование тепла для получения электроэнергии и шлака - для выработки стройматериалов. На МПЗ (например, С-Петербургском, №1) рассматривают вопрос о сжигании (наряду с пиролизом) части балласта и об использовании тепла для соседних предприятий и собственных нужд (для компостирования). Использование теплоты отходящих дымовых газов для повышения эффективности процесса как при сжигании, так и при пиролизе, может существенно снизить эксплуатационные расходы МСЗ и МПЗ. С этой целью необходимо подогревать вторичный воздух, идущий в зону горения не до 110 - 170 °С, а до 300 °С с помощью многофункциональных теплообменников перед дымовой трубой. Конструкции таких теплообменников, решающих комплексную задачу отбора тепла и очистки газов, известны. Это, например, циклон-рекуператор, в котором дымовые газы и охлаждающий воздух (или вода) движутся в противотоке, достаточно долго контактируя через стенку. Использование подогретого воздуха позволяет повысить КПД процесса, уменьшить расход топлива и обеспечить горение при температурах, больших температуры разложения диоксинов. Применение этих мер наряду с уже упоминавшимися способами повышения полноты сгорания (псевдоожиженный слой зоны горения, вихревой факел пламени, вращающиеся печи и др.) может решить проблемы сжигания не только части ТБО, но и токсичных промышленных отходов (работы Е. Медиокритского, А. Хвостикова и др.).

Сжигание отходов

Заводские способы утилизации отходов можно разделить на мусоросжигание (более точно - термические способы утилизации) и мусоропереработку. Термические методы обезвреживания твердых отходов, в свою очередь, условно можно разделить на две группы: термодеструкцию (пиролиз) отходов с получением твердых, жидких и газообразных продуктов и огневой метод (сжигание), приводящий к образованию газообразных продуктов и золы.

В зависимости от состава и подготовки твердых отходов существует слоевое сжигание исходных (неподготовленных) отходов в мусоросжигательных котлоагрегатах, слоевое или камерное сжигание подготовленных отходов (свободных от балластных фракций) и сжигание в кипящем слое для ликвидации промышленных отходов. При слоевом сжигании в топке мусоросжигательного котла в первой зоне (слое) происходит выход летучих продуктов, по мере увеличения температуры происходит газификация отходов и далее идет слой горящего кокса. Сжигание должно проходить при температуре 800-1000 °С.

Сжигание исходных отходов хотя и является простым и универсальным методом утилизации отходов, но имеет массу недостатков, главный из которых, как уже отмечалось, большой остаток шлака, высокий уровень образования диоксинов и кислых газов, которые выделяются на стадии газификации и ведут к загрязнению атмосферы из-за большой влажности при большой доле (выше 40%) пищевых отходов. По этим причинам на практике температура в топке не превышает 550 °С. Более современный способ сжигания - это сжигание в псевдоожиженном слое. Принцип работы реакторов с псевдоожиженым слоем состоит в подаче горючих газов (воздуха) через слой инертного материала (песок с размерами частиц 1-5 мм), поддерживаемого колосниковой решеткой. При критической скорости потока газа инертный слой переходит во взвешенное состояние, напоминающее кипящую жидкость. Поступившие в реактор отходы интенсивно перемешиваются с инертным слоем, при этом существенно интенсифицируется теплообмен. Температура в реакторе колеблется от 800 до 990 °С в зависимости от материала инертного слоя, т.к. процессы в псевдоожиженном слое проводят при температурах, не приводящих к расплавлению или спеканию реагирующих материалов.

Для несортированного мусора РФ требуемую полноту сгорания выдержать не удается. Часто температура сгорания падает в 2 - 2,5 раза по отношению к расчетной и доля шлака увеличивается до 40 - 50% по массе, вместо 7 - 10% по расчету. Вместо сгорания на этих режимах происходит деструкция ТБО с обильным выделением вредных веществ, включая диоксины. Проблема усугубляется недостаточной очисткой дымовых газов (обычно только в механическом и электрическом фильтрах). На таких режимах работы МСЗ уменьшает массу отходов лишь в 1,5 - 2 раза (объем при этом уменьшается в 8 - 10 раз - легкие фракции сгорают) и существенно загрязняют окружающую среду. На ряде заводов делались попытки повысить полноту сгорания за счет увеличения времени пребывания ТБО на колосниках (до 1,5 часов вместо 10 - 15 минут) или добавлением топлива (газа). Но, как и увеличение подачи газа для дожигания, это приведет к росту цены сжигания. Выход из положения - в сортировке ТБО на местах сбора населением. Только выделение пищеотходов позволит повысить полноту сгорания. Останется проблема высочайших вредностей - диоксинов и отделения хлорсодержащих материалов. Из-за этого были закрыты многие МСЗ в США. Но ведь даже сейчас во Франции действует более 300 заводов, в Германии - более 400. Это связано с тем, что сам состав отходов, поступающих ка МСЗ за рубежом, более благоприятный из-за частичной сортировки населением. Кроме того, эти заводы оснащены системой регулирования и поддержания температуры сгорания, многоступенчатой системой очистки выходящих газов, стоимость которой составляет до 30% капитальных вложений в МСЗ.

Несколько лучше обстоит дело с обезвреживанием подготовленных отходов. Подготовленными отходами будем называть ТБО и ТПрО, прошедшие сортировку или измельчение, или и то, и другое. Для их обезвреживания применяется пиролиз или сжигание в специальных печах.

Пиролиз позволяет ликвидировать твердые и пастообразные отходы без их предварительной подготовки. Очень важно и то, что этот метод позволяет ликвидировать отходы с повышенной влажностью, отходы «неудобные» для сжигания. В их числе - различные углеводородные материалы, автомобильные шины и т.п. Другое преимущество особенно высокотемпературного пиролиза - это получение горючего - газа, который может использоваться как топливо.

Заводы с пиролизными установками различаются по температурному режиму обработки отходов, методам предварительной подготовки, получаемым продуктам. Но все они позволяют утилизировать значительную часть отходов и в большей степени отвечают требованиям к охране окружающей среды по сравнению с мусоросжиганием.

Но и для этих производств существует диоксиновая опасность. В России систематические определения зараженности диоксинами не проводились. В последние годы выборочные проверки показали, что вблизи химзаводов с производством на основе хлорсодержащих материалов имеет место повышенное содержание диоксинов не только в почве (0,9...40 мкг/кг), но и в шламонакопителях (150 мкг/кг), питьевой воде (10...20 мкг/кг). И даже в продукции этих заводов (г.г. Уфа, Чапаевск, Ногинск, Дзержинск) содержится 10...140 мкг/кг диоксинов (норматив США - 5 мкг/кг).

Одним из основных источников диоксинов являются свалки и сжигание твердых отходов. Но все же МСЗ остаются, наряду с химическими предприятиями, основными поставщиками диоксинов в окружающую среду. Особенно для несортированного мусора, когда пластик, резина, линолеум, изоляционная лента, пакеты и пленки, пропитанные синтетическими смолами и клеями древесные материалы, лакокрасочные составы и т.п. подаются в камеру сгорания вместе с влажными пищеотходами.

Диоксиновая опасность заставила Правительство РФ в 1995 г. принять специальную целевую программу «Защита окружающей природной среды от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов», в которой предусматриваются не только мероприятия по контрольному мониторингу, правовые и организационные меры, но и предложения по предотвращению опасных загрязнений. Предусмотрена разработка лечебных препаратов и средств, препятствующих всасыванию яда в организм. Но самое главное - не допустить накопления диоксинов в природе. По возможности следует избегать применения хлорсодержащих материалов в быту. Избегать сжигания несортированного мусора, горения свалок и уличного смета (в т.ч. листьев). Если все же МСЗ работает на несортированном мусоре (результат сбора навальных отходов из мусоропроводов), то необходимо:

Обеспечивать горение при температуре не ниже 920 СС с небольшим коэффициентом избытка воздуха (до 1,6). Иметь систему регулирования этих параметров.

1. Тщательно перемешивать ТБО в камере сгорания и сохранять их в основной зоне горения с наибольшей температурой, как минимум, несколько секунд.
2. Исключить вынос и неконтролируемое использование шлака и золы после сжигания. Их складировать с наибольшими предосторожностями.

4.Обеспечить максимально возможную очистку продуктов сгорания от газообразных органических веществ.

Диоксиновая опасность остается основным препятствием для сжигания отходов. В последнее время к этому добавились экономические препятствия и международные соглашения по уменьшению парниковых (трех и более атомных) газов. Планируемое в РФ введение платы за выбросы ранее считавшейся безвредной двуокиси углерода может привести к закрытию даже действующих МСЗ. На конференции ООН в Киото (Япония) в декабре 1997 г. подтвержден ранее установленный барьер для выбросов парниковых газов; сокращение для всех стран к 2008 году должно быть не менее, чем на 5 процентов. И это барьер для сжигания. Причем барьером для сжигания являются не только диоксины, но к все продукты неполного сгорания. К ним, кроме полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ), о которых шла речь выше, относятся также полихлорированные би-фенилы (ПХБ) и полиароматические углеводороды (ПАУ). При всем различии между ними (ПАУ, типичным представителем которых является бенз(а)пирен, в отличие от диоксинов и ПХБ, не содержат хлора) общим для всех этих соединений является их высочайшая токсичность. Кроме того, если отбросить специальные химические и металлургические производства, то основным условием появления всех этих веществ является неполное сгорание. Ряд исследователей обоснованно относит МСЗ к наиболее опасным источникам загрязнения среды этими токсикантами. Анализ последних работ, выполненных по заданию Всемирной организации здравоохранения ООН и других авторитетных органов, позволил доктору химических наук С.С. Юфиту назвать МСЗ «помойкой на небе». Сравнивая выбросы европейских ТЭЦ на угле и МСЗ на начало 80-х годов, он приходит к выводу, что по целому ряду опаснейших соединений МСЗ на порядок хуже (по свинцу, например, выбросы МСЗ составляют 20 г на кг против 2,1 г на кг летучей золы, по цинку - 48, против 2,8 г и т.п.).

Означает ли все сказанное выше, что МСЗ не имеют права на существование? Конечно, нет. Но эти заводы требуют особого внимания к очистке выбросов, сбросов и утилизации шлакозольных смесей. А значит, и очень существенных затрат - капитальных, эксплуатационных. То, что успех на этом пути возможен, показывает опыт Нидерландов, которые после принятия государственного плана по снижению опасности МСЗ («Директива по сжиганию, 1989») сумели ценой кардинальной модернизации двух третей МСЗ и закрытия остальных (это потребовало вложения по 200 - 250 млн долларов ежегодно) существенно снизить вред от сжигания частично сортированного населением ТБО.

Переработка отходов

Большое количество пищевых отходов в составе ТБО препятствует их качественному сжиганию и затрудняет захоронение на полигонах. Оптимальный вариант - отделение пищеотходов на стадии сбора населением - требует не только изменения отношения жителей к этому, но и переделки строительных нормативов (ликвидации навальных мусоропроводов и т.п.) и перестройки системы вывоза ТБО. Если это все сделано, большую часть фракций можно повторно использовать (обеспечить рецикл). В промышленном масштабе это делается на мусороперерабатывающих заводах (МПЗ). В странах, где раздельный сбор ТБО не осуществляется (Россия; большая часть территории США и др.) на этих заводах производится механическая сортировка мусора. Многие МПЗ принимают для переработки нетоксичные, умеренно опасные и слаботоксичные промышленные отходы. Основной процесс на МПЗ - компостирование органических отходов, прежде всего - пищевых. Компостирование - биохимический процесс, предназначенный для преобразования органических твердых отходов в стабильный, подобный гумусу, продукт, используемый для улучшения состава почвы. Компост - удобрение, получаемое в результате микробного разложения органических веществ (компост получается и при смешивании торфо-навозно-зольно-фосфоритных смесей, но в данном случае рассматривается лишь способ получения компоста из отходов). Технологию образования компоста можно классифицировать по трем основным признакам: использованию кислорода, температуре и способу ведения процесса.

По санитарной классификации центральные МПЗ отнесены к предприятиям I класса с размерами СЗЗ не менее 1000 м (как и для МСЗ), если мощность их не менее 40000 т/год. При меньшей мощности эти заводы относятся ко II классу, СЗЗ - не менее 500 м.

Заключение

бытовые отходы город переработка

Экологический кризис, в состоянии которого находится сейчас наша планета, является следствием не только роста населения, но и кризиса сознания. Так, если в XVIII-XIX вв. и ранее в сознании человечества преобладало понятие долга, нравственного, семейного, государственного, религиозного, то в XIX-XX вв. большое распространение получили идеалы потребления, комфортабельной, приятной жизни. Человечество на этом пути не достигло счастья, однако потеряло возможность жить в ладу с природой и с самим собой.

В результате к концу XX в. термин «экология» перешагнул границы университетских аудиторий и превратился в политический лозунг и в обозначение определенного типа мировоззрения.

Если большая часть XX в. прошла под флагом эйфории от технологических успехов, то теперь человек понял, что он дитя природы, а не ее хозяин и властелин; сама возможность жизни человека на планете обеспечивается сложившейся в биосфере за тысячелетия скоординированной жизнедеятельностью всех биологических видов. Такое мировоззрение может быть названо биоцентрическим, в отличие от антропоцентрического, в котором в центре природы и мироздания стоит человек, и от социоцентрического, в котором центром и целью жизни самого человека является тоталитарная социальная или производственная система [7].

Список использованной литературы

Бернардер М.Н., Щуригин А.П. Огневая переработка и обезвреживание отходов. - М., 1990. - 304 с.

Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. - СПб., 2000. - 224 с.

Вронский В.А. Экология. Словарь-справочник. - Ростов н/Д, 1999. - 683 с.

Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. - Ростов н/Д, 2003. - 384 с.

Гарин В.М., Хвостиков А.Г Утилизация твердых отходов. - Ростов н/Д, 2000. - 80с.

Коробкин В.И. Экология. - Ростов н/Д, 2004 - 575 с.

Реймерс Н.Ф. Природопользование. - М., 1986. - 657 с.