7.6. Утилизация и ликвидация твёрдых промышленных и бытовых отходов

В настоящее время твердые и жидкие отходы с высоким содержанием вредных загрязняющих веществ сопровождают различные промышленные производства в развитых странах Северной Америки (прежде всего США), Европы и Азии (рис. 7.25).

Рис. 7.25. Образование отходов (Ансеров, Дурнев, 1979)

О производстве твердых отходов в некоторых странах свидетельствуют данные табл. 7.1. О методах утилизации твердых бытовых отходов в отдельных государствах показывают исходные значения табл. 7.2.

По данным Е.В. Соловьева (2007), в среднем на одного жителя Российской Федерации в год приходится 250–300 кг мусора (или 1,35–1,5 м³ ТБО, в среднем 0,75 кг в день на человека): например, в Москве – 270, Вологде – 200, США – 715, Швеции – 480 при ежегодном увеличении на 4 % (табл. 7.1).

Общественность этих стран крайне негативно относится к переработке таких отходов на собственной территории, поэтому многие частные формы и даже правительства ищут возможность для размещения указанных токсичных отходов в других странах за определенную плату (табл. 7.2).

Таблица 7.1. Производство твердых бытовых отходов в некоторых странах (В.А. Черников, 2004)

Страна	Количество ТБО, производимых в стране за год
	На душу населения, кг	Обoще, млн т
США	744	178
Австралия	681	10
Канада	635	16
Голландия	449	6,5
Дания	423	2,0
Швейцария	383	2,5
Англия	355	18
Япония	344	41
Франция	327	18
ФРГ	318	19
Швеция	317	2.5
Испания	275	10.5
Австрия	218	1,7
Португалия	211	2,5
Россия	275	3,9

Таблица 7.2. Трансграничные перемещения опасных отходов в некоторых странах (В.Н. Башкин, В.В. Снаткин, 2001)

Страны	Общее годовое производство отходов, тыс. т.	Годовое транcграничное перемещение (экспорт), тыс.т
США	180000	118,4
Канада	6080	137,8
Германия	6000	552,1
Франция	3858	10,6
Италия	3246	20,0
Англия	2940	0,9
Испания	1708	20,2
Португалия	1043	2,0
Нидерланды	1040	195,4
Швейцария	736	126,6
Япония	666	40,0
Швеция	500	42,6
Австрия	620	82,1
Греция	450	0,3
Австралия	316	91,0
Финляндия	314	19,2
Норвегия	200	16,5
Новая Зеландия	110	0,2
Дания	106	9,2
Исландия	5,0	0,2

Проблема отходов – это одна из самых острых и сложнейших проблем в России, ведь на свалках, хранилищах, полигонах скопилось около 100 млрд т твердых отходов, то есть почти 700 т на каждого жителя. Из всей массы только 5 % идет на переработку или на мусоросжигательные заводы, остальная часть складируется на свалках (рис. 7.26).

Рис. 7.26. Общий вид дымовой трубы мусоросжигающего завода

Как отмечают А.М.Никаноров, Т.А. Хоружей (2001), уже к началу 1997 г. на предприятиях различных отраслей промышленности скопилось более 1,4 млрд т только токсичных отходов. В последующие годы количество ежегодно образующихся токсичных отходов достигало примерно 90 млн т, в том числе 1 класса опасности – около 0,16 млн т, 2 класса – 2,2, 3 класса – 8,7 и 4 класса – 78,94 млн т. Особенно остро стоит эта проблема в Свердловской области, где объем накопленных отходов достиг 35 млрд т. Здесь их ежегодно образуется их около 160 млн т, в том числе токсичных – 11 млн т. Приблизительно состав ТБО свалок составляет: 15–30% – бумага, 10-25 – пищевые отходы, 3–20 – древесина, 4–40% текстильные отходы, 1–10% – резина, до 1% – кости, 2–10 % – металлом, 4–8% –стекло, 5–40% – пластмасса, 5–10% – прочие. На 76% твердые бытовые отходы вывозят на свалки ТБО, сжигают 16%, остальная часть утилизируется на стихийных свалках (табл. 7.3), (рис. 7.27; 7.28).

Таблица 7.3. Процентное соотношение методов утилизации ТБО в развитых страна. (Л.И. Соколов [и др.], 2009)

Метод	США	Англ-ия	Фран- ция	Герма- ния	Авст-рия	Ита- лия	РФ	Япо- ния	Юж. Корея
Сжигание	17	7	37	21	73	13	6	70	18
Захоро- нение	81	92	53	73	19	84	94	17	79
Компо- стиро- вание	-	1	10	6	7	3	-	1	2
Прочие	2	-	-	-	1	-	-	12	1

В Европе в 2007 г. эксплуатировалось более 400 предприятий для термической обработки ТБО, в России – 7. Современные предприятия по термической утилизации отходов, по сути, могут быть тепловые электрические станции, работающие на возобновляемом виде топлива – ТБО. На этих предприятиях энергия отходов преобразуется в тепловую и электрическую, которая затем используется для покрытия собственных нужд и часть отпускается в городские тепловые и электрические сети. При сгорании 1000 кг ТБО получается тепловая энергия, эквивалентная сжиганию 250 кг мазута.

Радикальное решение проблемы защиты биосферы от отходов возможно при разработке новых технологий утилизаций и малоотходных производств. Для обобщения особенностей малоотходного производства необходимо выделить ряд взаимосвязанных принципов. Ключевым из них является принцип системности.

В соответствии с этим принципом каждый отдельный процесс или производство рассматриваются как элемент более сложной индустриальной системы. Например, отходы нефтехимии – шламы, теплоэнергетики – золошлаковая смесь, химический промышленности – отсев извести используются для получения цемента, при этом возникающие отходы используются в производстве строительных материалов, а отходы последней – в сельскохозяйственной отрасли.

Другой принцип – принцип комплексности использования сырьевых ресурсов. Практически все используемое сырье многокомпонентно, и в среднем на 1/3 его стоимости составляют сопутствующие элементы. Так, например, в настоящее время практически все серебро, весь висмут, вся платина, более 20 % золота и около 30 % серы получают «попутно» при переработке комплексных руд.

Рис.7.27. Состав твёрдых бытовых отходов

Рис. 7.28. Твёрдые производственные отходы

Третьим принципом создания малоотходного производства является принцип цикличности материальных потоков (рециклинг), где важную роль играют замкнутые водооборотные циклы, рециркуляция газовых потоков, утилизация твердых отходов. Уже сейчас технически возможно использовать 2/3 образующихся отходов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в 4 раза ниже первичного. В России за счет использования вторичного сырья переплавляется 30 % стали, 25 % бумаги, 20 % цветных металлов.

Правовые основы обращения с отходами определяет ФЗ «Об отходах производства и потребления» (1998 г.), который преследует 2 цели:

– предотвращение вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду;

– вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.

В законе формулированы основные понятия:

– отходы производства и потребления – остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, изделий или продуктов, образующихся в процессе производства или потребления, утративших свои потребительские свойства;

– опасные отходы – отходы, содержащие вредные вещества и обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрыво-пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней;

– обращение с отходами – деятельность, в процессе которой отходы образуются, собираются, используются, обезвреживаются (хранятся или захораниваются);

– объекты размещения отходов – специально оборудованное сооружение, предназначенное для временного или постоянного размещения отходов (полигон, шлакохранилище, отвал горных пород и др.);

– лимит на размещение отходов – предельно допустимое количество отходов конкретного вида, которое разрешается размещать определенным способом на установленный срок с учетом экологической обстановки на данной территории;

– норматив образования отходов – предельно допустимое количество отходов конкретного вида при производстве единицы продукции (рассчитывается с учетом типа технологии и коэффициента использования материалов);

– паспорт опасных отходов – документ, удостоверяющий принадлежность отходов к отходам соответствующего вида и класс опасности, содержащий сведения об их составе;

– промышленные отходы классифицируются по агрегатному состоянию: твердые (строительный мусор, пустая горная порода и т.д.).; пастообразные (шламы, краски, смолы и т.п.); жидкие (смазочно-охлаждающие, растворители и т.д.);

Отходы разделяют на два вида: нетоксичные и токсичные. Токсичные отходы делят на 4 класса: 1 класс – чрезвычайно опасные; 2 класс – опасные; 3 класс – умеренно опасные и 4 класс – малоопасные.

Обезвреживание и утилизация твёрдых бытовых и промышленных отходов делятся на ликвидационные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики). Выделяют биологический метод (разрушение органической части микроорганизмами), термический (сжигание на мусороперерабатывающих предприятиях и пиролиз), химический (гидролиз), механический (прессование с применением связующих препаратов на полигонах).

Среди методов утилизации СО₂ наиболее целесообразными и экономически эффективными являются производство метанола, соды, углеаммиакатных удобрений, поликарбоната, карбамида и других химических продуктов. В настоящее время рассматриваются несколько способов захоронения углекислого газа, включая нагнетание в геологические фармации, депонирование глубоко в толще воды (в донных слоях океана), преобразование в твердые материалы (связывание, например, углекислого газа с оксидами магния, образуется очень устойчивый карбонат магния).

Для утилизации и обезвреживания хлорорганических отходов применяют следующие методы: регенерацию, окисление, сжигание, химическую и плазмохимическую переработку, электрокрекинг и захоронение (рис. 7.29).

Рис. 7.29. Схема экологически обоснованного захоронения отходов:

I – выгрузка мусора; II – уплотнение; III – засыпка; IV – отсеки с мусором;

1 – фильтрующий слой войлока; 2 – тканое стекловолокно; 3 – резервуар для сбора фильтрата; 4 – система дренажа фильтрата; 5 – грунтовые воды;

6 – непроницаемая плотная глина толщиной 20…30 см; 7 – слой щебня

толщиной 15…20 см; 8 – проницаемый слой толщиной 15…20 см;

9 – земельная засыпка; 10 – мониторинговая скважина; 11 – пластмасса

Для экологически обоснованного размещения в окружающей среде жидких сточных вод разработаны способы нагнетания в толщу свалочного тела через систему перфорированных нагнетательных скважин с аэрацией. Нагнетание жидких стоков в толщу свалочного массива приводит к фильтрации влаги в вертикальном и горизонтальном направлениях, постепенно образуется конгломерат из остатков сточных вод и ТБО. Этот конгломерат деструктируют с помощью анаэробных бактерий с образованием биогаза с теплотворной способностью 21 МДж/м³.

Так, например, в результате переработки 1000 кг автомобильных шин получаются следующие продукты: топочный мазут 435 кг с теплотой сгорания 39 МДж/кг, горючий газ с теплотой сгорания 40 МДЖ/м³ – 176 м³, технический углерод – 350 кг, металлический корд – 120–160 кг. Горючий газ представляет собой смесь газов: метан – 32,2 %, этилен – 11,2,этан – 2,5, пропан – 3,6, бутана – 1,4, углеводородная группа – С₆–С₅ – 10,1 %, окись углерода –12,2, азот – 19,5 и СО₂ – 6,8 % , пишет А.В. Макаров (2007).

Как отмечают В.Ю. Поляков, Ю.В. Сивоконь (2007), биогаз, получаемый из органического сырья в ходе биометаногенезного разложения сложных органических субстратов различной природы, при участии смешанной микробной ассоциации, представляет собой смесь из 65–75 % метана и 20–35 % углекислого газа, а также незначительного количества сероводорода, азота и водорода. Теплотворная способность биогаза зависит от соотношения метана и углекислого газа и составляет 5–7 ккал/м³ при выходе на 300–600 м³ на 1 т органических отходов. 1 м³ биогаза в среднем, эквивалентен по энергии 0,7 м³ природного газа; 4 кВт/ч электроэнергии, 0,6 л – керосина, 1,5 кг – угля (рис. 7.30).

Рис. 7.30. Технология превращения твёрдых бытовых отходов в электроэнергию на примере электростанции «Signal resco», работающей на мусоре:

1 – открытая подъездная площадка; 2 – загрузочный бункер; 3 – кран;

4 – котёл; 5 – пар, подаваемый на турбогенератор; 6 – электроэнергия;

7 – турбогенератор; 8 – паровой барабан; 9 – электростатический фильтр;

10 – дымоход; 11 – вытяжной вентилятор; 12 – котельная зола;

13 – вибропитатель; 14 – накопитель горючего мусора, гидравлический

кулачковый питатель

Выбор метода утилизации для конкретного предприятия и города зависит от местных условий и осуществляется на основе технико-экономического сравнения с учётом охраны окружающей природной среды. Большая часть твёрдых отходов токсична, поэтому хоронить их необходимо в толще глины, чтобы не было гравитационной фильтрации воды почвой. Особо вредные промышленные отходы принимают на полигон в герметически упакованных металлических контейнерах и их хоронят в глубоких котлованах (желательно с низким уровнем стояния грунтовых вод). При захоронении опасных и особо опасных производственных отходов предприятие обязано представить для захоронения их следующие документы: технологический паспорт для каждой партии отходов и два акта.

В технологическом паспорте указывается их токсичное действие и срок распада, класс опасности. В одном акте подтверждается герметичность упаковки контейнера, а в другом указываются название отходов, их количество и причины списания с учёта. Контейнеры автокраном опускают на дно котлована. Каждый контейнер со всех сторон засыпают 0,5 м слоем глины и трамбуют. Сверху размещают следующий ряд контейнеров, и так это продолжается до полного заполнения котлована. Размеры котлованов по низу составляют 104 м в глине, сверху после заполнения они также засыпаются слоем глины (рис.7.31).

Слой глины 0,5 м

Ряды контейнеров в котловане

0,5м

4 м

10м

Рис 7.31. Схема захоронения вредных и опасных отходов в земляной выемке

Существуют и другие способы утилизации опасных твёрдых отходов – путём сжигания (термический метод). Таким способом, например, утилизируют хлорсодержащие пестициды, промышленные и бытовые отходы. При их сжигании происходит образование вторичных токсичных и канцерогенных веществ. Самыми опасными веществами, образовавшимися в этом процессе, являются соединения группы диоксинов. Наиболее опасными в токсикологическом плане считаются 2.3.7.8 –ТХДД и 2.3.7.8 – ТХДФ. Их ПДК по стандартам ЕС должна быть на уровне 0,4 нг/Нм³. Поэтому с точки зрения экологии, чтобы снизить их негативное воздействие при термической утилизации (сжигание на мусоросжигающих заводах), должны решаться три основные задачи.

1. Полнота удаления токсичных соединений из препаративной формы соединений.

2. Полнота разрушения токсичных соединений до безвредных или представляющих товарную ценность.

3. Предупреждение образования вторичных токсикантов типа диоксинов.

Переработка отходов пластмасс в строительный материал – это производство звукоизоляционных изделий с созданием пористо-ячеистой структуры изделий при термической обработке +220 – +240⁰С. Полученный таким образом материал обладает следующими динамическими свойствами: предел прочности при сжатии 0,30 МПа, коэффициент звукоизоляции при частоте 2000 Гц – 0,42, средняя плотность – 36 кг/м³. Данный способ переработки отходов пластмасс позволяет получать материал с повышенными звукоизоляционными свойствами, утилизировать отходы пластмасс переменного состава, загрязнёнными нефтепродуктами, цементом, клеями и т.д., способствует охране окружающей среды от загрязнения неразлагаемыми отходами. Переработка отходов пластмасс – это необходимая мера, нацеленная на сокращение постоянно растущего объёма ТБО.