1514

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Федеральное государственное бюджетное учреждение «НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина» Минздрава РФ

УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ. МЕХАНОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ. КОМПОСТИРОВАНИЕ И ВЕРМИКОМПОСТИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Монография

Под редакцией д-ра мед. наук, профессора Я.И. Вайсмана

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2012

УДК504.064.47+628.473.2+628.473.5 У66

Авторы: д-р мед. наук, проф. Я.И. Вайсман (введение, гл. 1–3), д-р техн. наук,

проф. В.Н. Коротаев (гл. 1, разделы 1.1, 1.2, гл. 2, разделы 2.1, 2.6, 2.7), д-р техн.

наук, проф. Л.В. Рудакова (гл. 2, 3), д-р техн. наук, проф. В.Ю. Петров (гл. 2, разделы 2.5, 2.7, гл. 3, раздел 3.2), д-р биол. наук, проф. Т.А. Зайцева (гл. 2, 3), д-р мед. наук, проф. Н.М. Самутин (гл. 1, раздел 1.5, гл. 2, разделы 2.2, 2.9, гл. 3, раздел 3.3), канд. техн. наук, доцент Ю.В. Куликова (гл. 1, гл. 2, раздел 2.8), канд. техн наук, доцент Я.А. Жилинская (гл. 2, разделы 2.1, 2.2, 2.4, 2.9), канд. техн. наук, доц.

Н.Н. Слюсарь (гл. 1)

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. Д.Г. Закиров (Горный институт УНЦ РАН, г. Пермь); д-р мед. наук, проф. В.Г. Баранников

(Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера)

У66 Управление отходами. Механобиологическая переработка твердых бытовых отходов. Компостирование и вермикомпостирование органических отходов : монография / Я.И. Вайсман [и др.] ; под ред. Я.И. Вайсмана. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 225 с.

ISBN 978-5-398-00844-9

Рассмотрены вопросы теории и практики механобиологической переработки твердых бытовых отходов, компостирования и вермикомпостирования органических отходов в России и за рубежом. Приведены основные сведения и понятия механо-биологической переработки ТБО. Описаны стадии механической и биологической переработки отходов, их механобиологической и механофизической стабилизации. Даны анализ и сравнительная характеристика основных процессов, оборудования итехнологий переработки отходов, направляемых на захоронение, производство компоста, получение биогаза и вторичного топлива. Приведена оценка современных тенденций в развитии механобиологическойпереработкиотходоввстранахЕС, ВосточнойЕвропы, РФ.

Рассмотрено компостирование органических отходов как элемента интегрированной системы управления отходами.

Описаны современные технологии компостирования и вермикомпостирования органических отходов в РФ и за рубежом.

Приведены результаты исследований авторов в области механобиологической переработки ТБО, компостирования и вермикомпостирования, выполненных на кафедре охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета в период

2008–2012 годов.

УДК504.064.47+628.473.2+628.473.5

Издано в рамках приоритетного направления развития Пермского национальногоисследовательского политехнического университета«Урбанистика».

2.1.2.Оценка эффективности компостирования органических отходов производства и потребления. Структура эффективности

2.2.Анализ основных санитарно-эпидемиологических и экологических рисков, возникающих при обращении с органическими отходами

2.7.5.Технология M-U-T Kyberferm® как пример сбалансированной системы для компостирования биогенных фракций ТБО,

4

3.4.Краткий обзор результатов исследований по вермикомпостированию отходов в условиях Западного Урала, выполненных в Пермском

5

ВВЕДЕНИЕ

Современные твердые бытовые отходы (ТБО) являются гетерогенными смесями, состоящими из веществ и материалов с различными свойствами. Наряду со стабильными инертными веществами в ТБО содержатся неконсервативные (в основном органические) вещества, способные при размещении в окружающей среде в неуправляемых условиях разлагаться с выделением газообразных и водорастворимых соединений, которые формируют эмиссию загрязняющих веществ.

Несмотря на достигнутые успехи в сортировке ТБО, после извлечения из них компонентов, являющихся вторичным сырьем, до 80 % и более от начального количества ТБО, представляющих смесь инертных и неконсервативных (в основном биоразлагаемых) веществ, в большинстве развитых стран запрещено захоранивать на полигонах ТБО без предварительной обработки, а их сжигание с целью получения тепловой и электрической энергии малоэффективно изза мешающих примесей и большого содержания балластных веществ. Это определяет необходимость предварительной обработки (претритмента) этой части отходов рядом методов механобиологической переработки, механобиологической стабилизации и механофизической стабилизации с целью максимального использования заложенного в отходах вещественного и энергетического потенциала путем получения в зависимости от поставленных задач определенных целевых продуктов – биогаза, компостов, вторичного топлива (RDF), почвогрунтового и иных материалов и получить на выходе остаточное минимальное количество стабилизированных невостребованных продуктов для безопасного захоронения.

Применение методов предварительной переработки ТБО перед захоронением актуально и для России, так как после вступления страны в ВТО неизбежна гармонизация отечественных нормативно-правовых актов обращения с отходами с международными.

В настоящее время применяются различные технологии предварительной переработки ТБО перед захоронением. Выбор конкретных технологий определяется на основе анализа комплекса факторов – объема и качественного состава перерабатываемых отходов, потребности в определенных целевых продуктах, возможности безопасного захоронения невостребованных стабилизированных остатков отходов.

6

В монографии дан анализ зарубежного и отечественного опыта и обобщены результаты более чем двадцатипятилетних исследований, выполненных авторами на базе кафедры охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) в области механобиологических методов переработки твердых бытовых и органических промышленных отходов, освещены современные концептуальные подходы, стратегии выбора и функционирования наилучших доступных технологий.

Приведены теоретические сведения о закономерностях превращения органических веществ в процессах механобиологической обработки, компостирования и вермикомпостирования отходов, представлены данные о структуре биоценоза, условиях деструкции. Проведен анализ инженерно-технологических аспектов применения методов механобиологической обработки твердых бытовых отходов и органических промышленных отходов. Большое внимание уделено санитарно-эпидемиологическим и экологическим рискам, возникающим при обращении с органическими отходами и при использовании целевых продуктов их переработки, в частности компоста и вермикомпоста. Дана оценка экологической, экономической и социальной эффективности механобиологических методов переработки отходов. Определены требования к качеству компоста и обоснованы пути его применения.

Авторы надеются, что книга будет полезна широкому кругу читателей, профессионально занимающихся экологическими проблемами, связанными с переработкой бытовых и промышленных отходов.

Особую благодарность авторы выражают инженеру кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ Л.Г. Фоминой за подготовку макета монографии к печати и инженеру кафедры Н.Ш. Гыйбадуллину за выполненные им рисунки.

7

1. ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

1.1. Основные понятия о технологии механобиологической переработки отходов

Термин «механобиологическая переработка отходов» (МБПО) применяется в отношении большого числа технологий и их комбинаций. В общем виде МБПО предполагает наличие стадий механической обработки отходов с последующей биологической переработкой, направленной на деструкцию органических веществ.

Основной идеей развития МБПО первоначально являлось проведение стадии биологической деструкции органической фракции отходов в контролируемых условиях в максимально короткие сроки, что позволяет обеспечить:

–сокращение сроков деструкции органики с 50 лет (при размещении на полигоне) до нескольких месяцев (в условиях МБПО);

–снижение эмиссий биогаза на 95 %;

–уменьшение степени загрязнения фильтрата органическими компонен-

тами на 50–70 %.

На рис. 1.1 представлена общая схема механо-биологической переработки отходов.

Рис. 1.1. Общая схема механобиологической переработки отходов [21]

В данной главе в большей степени рассмотрены вопросы переработки смешанных потоков твердых бытовых и приравненных к ним отходов, в меньшей степени– вопросыпереработкипрочихотходовилиотдельнособранныхпотоковТБО.

8

Механобиологическая переработка отходов была разработана в Германии с целью уменьшения доли биоразлагаемых отходов, направляемых на захоронение, и увеличения использования ресурсного потенциала отходов.

В то время как МБПО по своей сути имеет две основные стадии (механическая и биологическая обработка), возможны различные вариации элементов системы, направленной на достижение различных целей:

–максимальное использование ресурсного потенциала отходов;

–производство компоста;

–производство удобрений;

–производство биостабилизированного материала для захоронения;

–производство биогаза;

–производство вторичного топлива.

Основные варианты компоновки предприятий МБПО представлены в табл. 1.1. Более подробно варианты компоновки рассмотрены в последующих разделах.

Набор технологий стадии механической обработки зависит от заявленных целей. В большинстве случаев механическая обработка обеспечивает:

–извлечение вторичного сырья и иных видов ресурсов из отходов (напри-

мер, RDF);

–подготовку материалов к биологической обработке;

–повышение качества продуктов переработки.

В большинстве случаев механическая обработка предшествует биологической стадии, но встречаются варианты технологических схем, в которых компостирование производится до механической обработки. В этом случае основная цель МБПО – снижение доли органической фракции. Получение вторичного сырья сведено к минимуму.

Традиционными методами механической переработки отходов на предприятиях МБПО считаются: магнитная сепарация; аэродинамическая сепарация; ручная сортировка; грохочение, воздушная классификация. Все они нацелены на выделение из потока смешанных отходов вторичного сырья и подготовку отходов к биологической стадии переработки.

Выбор вида биологического процесса зависит от ряда факторов:

–требования к продукту производства (полностью или частично биостабилизированные отходы, биогаз или RDF);

–качество и количество отходов, подвергаемых переработке;

–превалирующие требования законодательства и другие факторы.

На предприятиях МБПО биологическая переработка отходов может производиться по одной из следующих технологий: полевое компостирование; туннельное компостирование; компостирование в реакторе; анаэробное сбраживание; биосушка; перколяция.

9

1.2.Стадия механической переработки отходов

1.2.1.Извлечение вторичного сырья

Встранах, практикующих раздельный сбор отходов, содержание полимеров, стекла и картона во входящем потоке отходов, поступающих на МБПО, минимально, тем не менее требуется дополнительная их обработкас целью извлечения вторичных материалов.

Выделяемые при этом материалы имеют достаточно низкое качество, и большая их часть используется в качестве топлива (RDF). Исключением являются полимеры высокой плотности: изделия и тара из ПВД и ПНД, ПЭТ, которые подвергаются материальному переделу. Полимеры, содержащие хлор в своем составе, удаляются в процессе МБП из потока отходов с целью повышения качества вторичных топлив. Выделение полимеров особенно важно при подготовке отходов к анаэробной обработке с получением биогаза, так как при сбраживании отходов полимеры всплывают и образуют «корку», нарушающую процессы метанообразования.

Остаточное содержание металлов также незначительно. Их выделение преследует две цели:

–получение вторичного сырья;

–снижение потенциального токсического эффекта на стадии биологической обработки отходов.

Выделение бумаги и картона из отходов на стадии МБПО нецелесообразно, так как они имеют низкий ресурсный потенциал и при этом достаточно легко подвергаются биологической деструкции.

Стекло на предприятия МБПО поступает в основном в виде боя, что делает невозможным его ручной отбор. Технологии, применяемые для удаления стекла, как правило, основаны на разделении материалов по плотности и/или плавучести. При этом выделяемое стекло находится в смеси с прочими инертными материалами высокой плотности и не пригодно для коммерческого использования. Обычно эта смесь направляется на захоронение. Целесообразность выделения стекла заключается в повышении качества компоста (если это является целью процесса) и снижения затрат на сбраживание отходов (при производстве биогаза).

Технологии, применяемые для выделения вторичного сырья при МБПО, аналогичны тем, что применяются на мусоросортировочных заводах. Более подробно аппаратурное оформление процесса сортировки рассмотрено в предыдущих главах. Общие сведения о традиционных технологиях выделения вторичного сырья при МБПО, преимущества и недостатки выделения/отсутствия выделения различных фракций представлены в табл. 1.1.

10