Управление техногенными отходами

ся в ряде более ранних (но все еще действующих) нормативноправовых актах, а также в нормативно-технической литературе.

Подразумевается, что наряду с ТКО существует категория жидких коммунальных (бытовых) отходов (ЖКО, или ЖБО). При этом под ЖБО согласно постановлению правительства РФ от 10.02.1997 г. № 155 понимают фекальные отходы и хозяйственнобытовые стоки нецентрализованной канализации. ЖБО не следует путать со сточными водами от канализованного жилого фонда, которые не попадают в выгребные ямы [26]. В данном пособии особенности управления ЖБО рассматриваются в особом пункте 4-й части, посвященной управлению отдельными категориями отходов потребления (п. 4.1).

3.2. Состав и свойства ТКО

ТКО – достаточно специфическая категория отходов, состоящая из различных веществ органического и неорганического происхождения. ТКО представляют собой гетерогенную смесь, состоящую из различных по своим свойствам и крупности компонентов, что усложняет подход к выбору технологии переработки. Это определяет исключительную важность изучения состава и свойств ТКО.

3.2.1. Компонентный состав ТКО

Компонентный (иногда используется термин «морфологический») состав ТКО – это содержание в них отдельных компонентов, значительно отличающихся по происхождению, химическому составу и свойствам, соотношение отдельных составляющих ТКО, выраженное в процентах к общей массе.

Традиционно в компонентном составе ТКО выделяют от десяти до пятнадцати компонентов – бумагу, картон, пищевые отходы, дерево, металл (черный и цветной), текстиль, кости, стекло, кожу и резину, камни и строительный мусор, пластик, прочее (неклассифицируемые материалы) и отсев (фракция менее определенного размера, по разным источникам от 15 до 50 мм). Описание основных компонентов ТКО дано в табл. 3.1.

61

Таблица 3.1

Обобщенный компонентный состав ТКО

(по данным [11, 12, 21])

Компонентный состав ТКО изменяется в широких пределах; показатели содержания отдельных компонентов могут различаться в разы или даже десятки раз. В числе основных факторов, которые определяют временную нестабильность и пространственную вариабельность компонентного состава ТКО, можно выделить следующие:

–период времени (структура потребления товаров подвержена постоянным изменениям);

–сезонность (например, осенью в составе ТКО увеличивается содержание пищевых отходов);

–климат (климатические условия местности определяют структуру продуктов питания, выращиваемых на месте);

–транспортная доступность (развитость сообщения с другими территориями отражается на номенклатуре используемых товаров);

–источники образования отходов (так, отходы от населения значительно отличаются по составу от отходов инфраструктуры);

–структура населения (отходы от населения с разным уровнем дохода и сферой занятости, как правило, имеют различный компонентный состав);

–степень благоустройства жилья (на составе отходов сказываются такие факторы, как наличие печного отопления, этажность жилого фонда, наличие мусоропроводов);

–система сбора отходов (наличие или отсутствие раздельного сбора и т.п.);

–тип и размер применяемых мусоросборников (например,

вконтейнеры большего объема, как правило, складируются крупногабаритные отходы);

–периодичность вывоза отходов;

–развитие рынка вторичного сырья (развитый рынок вторичного сырья способствует снижению содержания полезных компонентов в отходах) [26].

Кроме того, компонентный состав ТКО существенно меняет-

ся с течением времени (т.е. в течение ряда лет и десятилетий), и сейчас он значительно отличается от того, что был несколько десятилетий назад. Широкое использование упаковочных материалов

63

и полуфабрикатов в повседневной жизни большинства жителей привело к одновременному росту содержания бумаги, картона и полимеров в ТКО и практически полному исчезновению такой традиционной категории, как «кости». При этом доля бумаги и картона растет не так быстро, как доля полимеров (ввиду замены бумажной упаковки полимерной). В будущем ожидается дальнейшее увеличение массы и усложнение состава полимерной составляющей ТКО. Популяризация одноразовых предметов гигиены привела к росту их содержания до 2–3 % от массы всех отходов и даже более. Четко прослеживаются также тенденция к сокращению массы, объема и доли пищевых отходов. Это связано с увеличением потребления готовых полуфабрикатов населением, улучшением условий хранения и качеством продовольствия. Поменялся также и состав пищевых отходов. Если ранее основную массу пищевых отходов составляли картофель, капуста и их очистки, то в настоящее время резко возросло содержание очисток фруктов. Описана тенденция к уменьшению количества металла в составе ТКО, но на этом фоне с начала 1990-х гг. произошло относительное увеличение доли цветных металлов за счет появления алюминиевых банок из-под пива и воды. В ТКО в последние годы снижается и содержание стекла (связано с сокращением объемов использования стеклянной тары). С переходом на централизованное теплоснабжение в крупных городах резко сократилось содержание таких инертных материалов, как уголь и шлак [27, 28].

Информация о компонентном составе ТКО исключительно важна для организации всей системы обращения с ними. Так, при обосновании системы сбора и транспортирования ТКО сведения о компонентном составе актуальны, в первую очередь, при решении вопроса о целесообразности и своевременности внедрения раздельного сбора отходов, а также при оценке эффективности раздельного сбора. При обосновании системы переработки ТКО, при подборе технологий их утилизации опираются на ряд показателей ТКО, которые выводятся из их компонентного состава. Основными являются следующие показатели:

64

1)потенциал вторичного сырья,

2)энергетический потенциал,

3)биологический потенциал.

1.Потенциал вторичного сырья рассчитывается как отношение суммарной массы компонентов ТКО, представляющих ценность как вторичное сырье, к общей массе отходов, выраженное

впроцентах (или в кг/1 кг ТКО). К компонентам, определяющим потенциал вторичного сырья, относятся макулатура, полимеры, металлы и – в ряде случаев – стекло. Этот показатель особенно важен при организации сортировки ТКО, так как он позволяет оценить ее эффективность (даже самая эффективная система сортировки не позволит получить вторичного сырья больше, чем его изначально содержится в отходах), определить необходимое для окупаемости процесса число отбираемых компонентов и их состав и т.д.

2.Энергетический потенциал характеризует возможность использования ТКО и их компонентов в качестве топлива для получения энергии. Зачастую для характеристики энергетического потенциала ТКО используют сопряженный показатель – энергетический ресурс, который определяется как удельное количество энергии, образующей при полном термическом разложении/окислении единицы массы отходов за вычетом энергии, необходимой для удаления (испарения) всей содержащейся в отходах влаги. Для расчета энергетического потенциала необходимо знать также величину теплоты сгорания для всех определяемых составляющих компонентного состава ТКО, а также их влажность (при расчетах обычно пользуются справочными данными). Целесообразность использования термических методов утилизации ТКО напрямую зависит от энергетического ресурса отходов, который, в свою очередь, тем выше, чем больше содержание высококалорийных компонентов,

впервую очередь, макулатуры и полимеров.

3.Биологический потенциал определяется как содержание

быстроразлагающегося органического вещества на единицу массы ТКО или компонента; он показывает, какое количество вещества будет участвовать в процессе биологической переработки (компостирование и сбраживание) с переходом в качественно новое со-

65

стояние (компост, биогаз). Биологический потенциал рассчитывается как отношение суммарной массы компонентов ТКО, способных разлагаться в результате биохимических трансформаций с образованием углекислого газа, биогаза и гумусоподобных соединений, к общей массе ТКО, выраженное в процентах. К биоразлагаемым компонентам относятся пищевые отходы, отходы растительного и животного происхождения, макулатура, дерево, текстиль (отчасти), мелкая фракция (отчасти). Биологический потенциал позволяет оценить применимость технологий, основанных на процессах биологического разложения материалов (компостирование, сбраживание и др.). В общем случае использование биотехнологий целесообразно для ТКО с высоким содержанием пищевых и растительных отходов, когда извлечение вторичного сырья или энергетическая утилизация отходов неэффективны.

Таким образом, только полные и достоверные сведения о компонентном составе ТКО позволяют адекватно оценить их ресурсный (материальный и энергетический) потенциал и доказательно обосновывать применение тех или иных технологий использования или обезвреживания [12, 29].

3.2.2. Фракционный состав ТКО

Фракционный состав ТКО – это процентное содержание массы компонентов, проходящих через сита с ячейками различного размера. Фракционный состав ТКО, характерный для средней полосы России, представлен ниже. Основную массу ТКО составляют отходы со средним размером фракции до 50 мм (табл. 3.2).

Фракционный и компонентный состав ТКО взаимосвязаны и взаимообусловлены. Чем больше в ТКО пищевых отходов, имеющих в основном размеры менее 50 мм, тем больше в их составе мелких фракций, и наоборот, при увеличении в составе ТКО различных упаковок (картон, пластик, бутыли и др.), имеющих размеры более 150 мм, значительную долю в массе отходов будут составлять крупные фракции. Фракционный состав, как и компонентный, меняется по сезонам года.

66

3.2.3. Химический состав и свойства ТКО

Знание химического состава необходимо для адекватной оценки процессов, происходящих при обезвреживании отходов, а также возможного экологического воздействия. Химический состав некоторых компонентов ТКО представлен в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Химический состав некоторых компонентов ТКО, мас. % [12]

К наиболее важным свойствам ТКО относятся: pН, биологическое потребление кислорода (БПК), химическое потребление кислорода (ХПК), общий азот, общий фосфор, органические вещества, коррозионная активность, токсичность. Не менее значимы и такие свойства ТКО, как содержание тяжелых металлов (ртуть, свинец, кадмий, никель, медь), канцерогенных веществ, ядохимикатов и др.

Величина pН имеет большое значение для протекания многих химических процессов жизни микро- и макроорганизмов, коррозионной активности, возможного загрязнения почвы, подземных

игрунтовых вод. БПК и ХПК являются показателями содержания в ТКО окисляемых биологическим и химическим путем органических и неорганических материалов, что важно для прогнозирования

иоценки процессов деструкции отходов. Общий азот, фосфор, ор-

68

ганическое вещество характеризуют пригодность ТКО к компостированию, позволяют оценить эффективность химических и биологических процессов деструкции отходов. Соли тяжелых металлов, канцерогенные вещества, ядохимикаты определяют потенциальную токсичность ТКО [12].

Изучение химического состава ТКО необходимо для техникоэкономического обоснования метода обезвреживания и использования отходов, а также для рациональной организации эксплуатации сооружений по их переработке.

3.2.4. Физические свойства ТКО

Основными физическими свойствами ТКО являются плотность и влажность, так как эти показатели оказывают существенное влияние при выборе технологии обезвреживания. Физические свойства зависят от компонентного состава ТКО, сезона года и многих других условий.

Плотность ТКО, согласно исследованиям последних лет, составляет порядка 90–100 кг/м3 для благоустроенного жилищного фонда и 120–140 кг/м3 – для неблагоустроенного [30, 31], хотя еще 15–20 лет назад эти значения изменялись в пределах от 180 до 250 кг/м3 и от 300 до 600 кг/м3 для благоустроенного и неблагоустроенного жилищного фонда соответственно, а в качестве справочного значения усредненной плотности ТКО использовалась величина 200 кг/м3 [11, 21]. Уменьшение плотности ТКО связано с содержания упаковочных отходов в них (в основном это бумага, картон, пленка и твердые пластики).

Общая влажность ТКО из благоустроенного жилищного фонда – 30–50 %, из неблагоустроенного фонда – до 60 %. Влажность отходов, собранных в дни снегопада и дождя, обычно выше.

В числе наиболее важных физических свойств ТКО необходимо отметить:

– механическую связность и сцепление (связность придают бумага и картон, пластмассовые пленки, а также волокнистые компоненты типа текстиля и проволоки; липкие и влажные компоненты обеспечивают сцепление);

69

–абразивность (свойство истирать при перемещении соприкасающиеся с ними поверхности за счет наличия твердых балластных фракций – фарфора, стекла и т.п.);

–слеживаемость (при длительной неподвижности отходы теряют сыпучесть и уплотняются без всякого внешнего воздействия,

свозможностью выделения фильтрата);

–коррозионные свойства – при длительном контакте (что связано с повышенной влажностью и наличием в фильтрате растворов различных солей);

–взрывоопасность, пожароопасность;

–теплотворную способность.

Коррозионная активность, взрывоопасность, пожароопасность – показатели для оценки и выбора материалов для сооружений, конструкций, механизмов и машин, используемых при обращении с отходами, а также для разработки мероприятий по безопасности персонала и населения.

Теплотворная способность ТКО зависит от соотношения наиболее калорийных фракций (макулатура, полимеры), влажных низкокалорийных компонентов (пищевых и растительных отходов) и инертных материалов (стекло, металлы) и составляет

5,2–16,5 МДж/кг [12].

Теплота сгорания отдельных компонентов ТКО (МДж/кг): пищевые отходы – 3,5–4,0; текстиль – 14–15, древесина – 14–15, макулатура – 14–15, резина – 23–24, полимеры – 27–28.

Устойчивое самостоятельное горение ТКО возможно при теплоте сгорания более 7–8 МДж/кг. При более низкой теплоте сгорания (что характерно для влажных отходов, отходов с высоким содержанием пищевых остатков и т.п.) термическое обезвреживание отходов возможно только при использовании дополнительного топлива.

Наряду с теплотворной способностью и влажностью к основным теплотехническим свойствам ТКО относят зольность. Она позволяет оценить объем твердых вторичных отходов от сжигания ТКО, их потенциальную опасность, обосновать выбор технологии термической утилизации/обезвреживания ТКО и оценить ее эффективность.

70