Сбор, переработка, обезвреживание и утилизация твёрдых бытовых отходов

Проблема твёрдых бытовых отходов (ТБО) в настоящее время становится всё более актуальной. Рост населения и общее повышение уровня жизни привели к увеличению потребления товаров и, как следствие, упаковочных материалов разового пользования, что сильно сказалось на количестве ТБО. Во всех странах мира за последние десятилетия количество твёрдых бытовых отходов в виде городского мусора резко возросло, составив в среднем на душу населения 150–300 кг/год. Ежегодный прирост количества ТБО составляет не менее 3 %, а в некоторых странах — около 10 %.

В настоящее время система сбора и переработки ТБО превратилась в крупную отрасль промышленности, оснащённую современной техникой. Вопросами первостепенной важности являются система сбора ТБО и отчасти их транспортировка. Эти же операции и самые дорогостоящие: стоимость сбора и транспортировки ТБО составляет сейчас до 80 % общей стоимости всей переработки отходов.

Состав твёрдых бытовых отходов зависит от многих факторов: уровня развития страны и региона, культурного уровня населения и его обычаев, времени года и других причин.

Более трети ТБО составляют упаковочные материалы, количество которых непрерывно увеличивается. Состав упаковочных материалов (%) в ряде стран представлен в таблице.

Таблица — Состав упаковочных материалов

Компоненты отходов	Япония	Великобритания
Бумага Пластмассы Стекло Металлы Прочие	29,7 37,4 21,3 11,1 0,5	25,9 25,1 28,5 20,4 0,1

Ранее проводили суммарный сбор и общая переработка путём вывоза на санитарные свалки (полигоны), компостирования и сжигания. Затем в различных странах (США, Великобритании, Франции, Германии, Швейцарии, Италии и других, в том числе и в России) стали проводиться работы по механической сепарации ТБО и раздельному (селективному) сбору твёрдых бытовых отходов путём их сортировки населением на несколько видов: пищевые отходы, чёрные и цветные металлы, стекло, пластмасса, бумага, картон, тряпьё и т. д.

Для этих целей используются контейнеры, ящики или мешки различного цвета. Собранные в отдельные ёмкости компоненты отходов подлежат раздельной транспортировке на перерабатывающие предприятия.

В промышленном масштабе комплексная переработка ТБО с механическим извлечением ценных компонентов наиболее полно была решена итальянской фирмой «Сорайн Чеккини». По технологии, применяемой на заводах этой фирмы, предусмотрено извлечение чёрных металлов, макулатуры, органической части (из которой производили корм для скота и органическое удобрение — компост), пластмассы и стекло.

Извлеченное магнитной сепарацией железо подвергается термической обработке для удаления примесей и прессуется в брикеты по 150 кг. В сутки выпускается около 50 т.

Макулатура «мокрым способом» переводится в бумажную массу, которая затем применяется при изготовлении серого и крашеного картона, оберточной бумаги и т.п. После облагораживания она может заменять часть древесной массы при изготовлении газетной и журнальной бумаги, а также прессованной бумаги (например, бумажной тары для хранения яиц и фруктов). Заводы выпускают около 200 т/сут бумажных волокон.

Корм для скота (около 45 т/сут), приготовленный из крупной фракции органической части отходов, сушат до содержания влаги 8 % и после получения однородной массы и очистки гранулируют. В связи с имевшимися случаями отравления скота в настоящее время корм не выпускается.

Из многочисленных видов пластмасс извлекают только полимерную пленку, остальные пластмассовые изделия (штампованные полиэтиленовые материалы высокой плотности, хлорвиниловые и другие материалы) сжигают. Пленка поставляется заводам в виде кип, из которых производится гранулированный материал, пригодный для штамповки.

Около 45 % исходного количества ТБО, поступающих на переработку, сжигают. Тепло используют для производства пара, применяемого в технологическом процессе: при очистке бумажной массы, стерилизации органических веществ для корма скота, при сушке кормов и удобрений, а также при разгрузке мусоровозов (совместно с оксихлоридами для уменьшения количества пыли и приостановления начинающегося брожения). Заводы работают на оборотной воде.

По данным фирмы "Сорайн Чеккини" степень извлечения в товарные продукты из исходного сырья составляет: железа — 95 % (в расчете на ТБО около 3 %), бумаги — 75 % (~15 %), органических веществ для кормов и удобрений — 85 % (органических веществ для кормов — 14 %, органической смеси для удобрений — 20 %), пластмасс — 50 % (2 %).

Заводы работают в две смены. Практически все оборудование смонтировано в закрытом исполнении для предупреждения распространения неприятных запахов. Расход электроэнергии при переработке 1 т твердых бытовых отходов — около 80 кВт/ч, расход воды — 1 м³. Обслуживающий персонал завода — 150 человек. Площадь, занимаемая заводом и вспомогательными цехами — 3,5 га.

Заводы по обогащению ТБО в отличие от мусоросжигательных заводов прибыльны, не загрязняют окружающую среду и способствуют рациональному и экономному использованию природных ресурсов. Экономика заводов во многом зависит от условий реализации продуктов обогащения и переработки ТБО.

Сейчас рассматриваются различные комбинации переработки ТБО с различной долей сепарации, в том числе и населением (раздельным сбором ТБО, по эффективности ему нет альтернативы).

Для ближайшего будущего система сбора и переработки ТБО, вероятно, будет выглядеть следующим образом:

• площадка для приёма и первичного осмотра отходов;

• платформа предварительной сортировки (удаление крупногабаритных отходов, таких, как мебель, бытовая техника и т.д.);

• устройство для разрыва пакетов и отделения органической части отходов для последующей переработки (например, компостированием);

• платформа вторичной сортировки для ручного извлечения ценных компонентов для повторного использования (бумага, картон, различные виды пластмасс, стекло и т. д.) с последующим прессованием;

• секция магнитного выделения железосодержащих материалов (консервных банок, например) и прессования;

• секция для выделения изделий из цветных металлов (в первую очередь алюминиевых банок ) за счёт наведённого электрического поля;

• оборудование для высокоплотного прессования неиспользуемых компонентов ТБО для вывоза на полигон.

Однако в настоящее время в нашей стране да и в большинстве других стран основными методами обезвреживания твёрдых бытовых отходов являются вывоз на санитарные свалки (если только наши свалки можно назвать таковыми), сжигание и компостирование (по крайней мере органической их части).

Вывоз на свалки (полигоны). В развитых странах на свалки вывозится 50-85 % ТБО, в нашей стране — около 96 % и часто на неконтролируемые свалки. Достоинствами этого метода являются простота и относительная дешевизна по сравнению с другими методами, недостаток — расход больших площадей, вторичное загрязнение окружающей среды и потеря ценных компонентов ТБО.

Утилизация и обезвреживание твердых отходов

Обезвреживание твердых промышленных и бытовых отходов, в том числе утилизация осадков, скопов, шламов очистных сооружений – одна из сложных и трудноразрешимых задач. Многие мало- и многотоннажные отходы пока не находят применения, и поэтому предприятия вынуждены избавляться от них теми или иными способами. Определенную часть отходов собирают организации «Вторчермета» и «Вторсырья», но значительную часть неутилизируемых отходов обычно захоранивают в грунтах или складируют на специально отведенных полигонах.

Наиболее простые и распространенные сооружения для обезвреживания отходов усовершенствованные свалки (полигоны), где происходит анаэробное саморазложение отходов в их толще в течение десятков лет. В результате разложения образуются токсичные газы и фильтраты, загрязняющие водный и воздушный бассейны, причем метан, сероводород, свободный водород дают взрывоопасные смеси. Чрезвычайно опасен в санитарном отношении сток из под свалок вследствие загрязнения микроорганизмами. Поэтому при выборе или подготовке участка под полигон обязательна естественная или созданная гидроизолизация.

В последние годы развивается новое направление – ускоренное обезвреживание отходов: вместо десятков лет бытовые отходы утилизируются в течение 4-18 месяцев при специальном полевом компостировании или в течение 1-3 недель на мусороперерабатывающих заводах. В результате развивающихся при компостировании анаэробных процессов органические вещества разлагаются с образованием подвижных форм хорошо усвояемого азота. Температура в буртах может достигать 50-70 ⁰С. В этих процессах ведущую роль играют бактерии, для которых источником энергии служат органические соединения. При этом мусор преобразуется в гомогенную гумусированную массу, т. е. в ценные азотные удобрения.

При химической и термической переработке мусора на специальных заводах ускоренно получают не только удобрения, но и этиловый спирт из отходов, содержащих, например, целлюлозу.

Современный уровень техники пока не позволяет полностью утилизировать все образующиеся отходы промышленных производств. В то же время многие неутилизируемые отходы исключительно токсичны и их обезвреживание существующими методами невозможно. Поэтому даже их захоронение представляет собой серьезную проблему, суть которой состоит в полном исключении возможности проникновения токсичных газов в атмосферный воздух, а фильтратов – в природные воды.

Одно из направлений рационального решения этой проблемы – создание специальных полигонов захоронения отходов, первый из которых был создан под г. Санкт Петербургом.