Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов. Часть 1. Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов. Учебное пособ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

¹ 355

Кафедра руднотермических процессов

О.В. Голубев П.И. Черноусов А.Я. Травянов

Металлургические методы переработки

промышленных и бытовых отходов

Часть 1.Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов

Учебное пособие

Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям Металлургия черных металлов и Металлургия техногенных и вторичных ресурcов

Москва Издательство «УЧЕБА» 2005

УДК 504.064 Г60

Р е ц е н з е н т зав. сектором ФГУП «Гиредмет», канд. техн. наук Ю.А. Бирман

Голубев О.В., Черноусов П.И., Травянов А.Я.

Г60 Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов. Ч. 1. Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов: Учебное пособие. – М.: МИСиС,

2005. – 79 с.

В пособии приведены основные понятия и характеристика проблемы твердых бытовых отходов (ТБО). Дана оценка современного состояния этой проблемы в России и за рубежом. Рассмотрены наиболее актуальные вопро- сы образования, накопления и утилизации ТБО с учётом их морфологическо- го и химического состава. В настоящее время объемы накопления ТБО стали сопоставимыми с объемами накопления отходов добывающих отраслей про- мышленности. Вместе с тем по сложности морфологического состава и нега- тивному воздействию на окружающую природную среду и здоровье человека ТБО значительно превышают отходы промышленности.

Задача пособия состоит в формировании у студентов целостной картины образования и обращения с ТБО в мире на современном этапе и раскрытии основных тенденций в развитии и перспективах этого процесса.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 110100 «Металлургия чёрных металлов», 110900 «Металлургия техногенных и вторичных ресурсов», 072000 «Стандартизация и сертификация в метал- лургии», 110200 «Металлургия цветных металлов».

♥Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет) (МИСиС), 2005

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное издание представляет собой первую часть пособия лекций по учебной дисциплине «Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов» (всего 4 части). В тексте посо- бия студент может найти необходимые сведения о современном со- стоянии проблемы твердых бытовых отходов (ТБО). Ранее с подоб- ной информацией студенты могли кратко ознакомиться в курсах «Основы экологии» и «Экология металлургического производства». Вместе с тем для осознания важности проблем производственного и глобального рециклинга для современной цивилизации специалисты- технологи должны обладать информацией об отходах, объемы нако- пления которых наиболее значительны. В пособии рассматривается история проблемы ТБО, современные тенденции в их образовании и накоплении, а также основные направления и конкретные техноло- гии переработки этого вида техногенных ресурсов.

4

ВВЕДЕНИЕ

Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов. В настоящее время масса потока ТБО, ежегодно поступающего в техносферу, достигла почти геологического мас- штаба и составляет около 400 млн т в год. Влияние потока ТБО уже остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда био- фильных элементов, в частности органического углерода. Так, масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, со- ставляет примерно 85 млн т в год, в то время как общий естествен- ный приток углерода в почвенный покров планеты составляет не- многим более 40 млн т в год.

Объем накопления ТБО в России в последние пять лет превысил 150 млн м3, что уже совсем немного уступает объему образования отходов угледобычи (свыше 400 млн м3) или объему накопления от- ходов обогащения руд металлов (свыше 200 млн м3). С другой сто- роны, токсичность ТБО, содержащих тяжелые металлы, опасные хи- мические соединения, бактерии и т.п., незначительно уступает отхо- дам химической промышленности и биоэкотоксикантов. На 16 тыс. га земли, отданных в нашей стране под полигоны ТБО, ежегодно пропадают 1 млн т стали, 200 тыс. т алюминия, 4 тыс. т олова, до

100млн лампочек, содержащих вольфрам.

Впредлагаемом пособии рассматриваются общие вопросы и ос- новные тенденции в образовании и накоплении ТБО, приводятся дан- ные об их морфологическом и химическом составе, а также о методах обращения с ТБО в России и передовых индустриальных странах.

Материал пособия является базой для рассмотрения конкретных способов утилизации ТБО, в том числе с применением металлурги- ческих технологий.

5

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ТБО

1.1.Классификация отходов

Кнастоящему времени сложилась следующая система классифи- кации отходов, производимых цивилизацией:

•отходы производства – материалы, образующиеся в процессах производства продукции и выполнения услуг, не находящие приме- нения на том предприятии, где они были получены;

•отходы потребления – материалы или изделия, утратившие свои потребительские свойства в процессе эксплуатации;

•твердые бытовые отходы (ТБО) – отходы потребления, обра-

зующиеся в населенных пунктах в результате жизнедеятельности населения. ТБО образуются, главным образом, в жилых зданиях, уч- реждениях и предприятиях общественного назначения (обществен- ного питания, учебных и зрелищных комплексах, гостиницах, дет- ских садах и т.п.). К ТБО относятся также отходы от отопительных устройств, уличный мусор, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий, канализационные отходы, осадки сточных вод и т.п. В последние годы эти отходы стали выделять в особую группу так на- зываемых «муниципальных отходов»;

•опасные отходы – отходы, содержащие в своем составе веще- ства, обладающие хотя бы одним опасным для людей и окружающей среды (ОС) свойством (токсичностью, инфекционностью, взрыво- или пожароопасностью и т.п.), и присутствующие в таком количест- ве и в таком виде, в которых они представляют непосредственную или потенциальную опасность для здоровья людей или состояния ОС как самостоятельно, так и при вступлении в контакт с другими веще- ствами или объектами ОС;

•вторичное сырье – отходы производства и потребления, соб- ранные и подготовленные к повторному использованию при условии экологической безопасности применяемых технологий их переработки.

1.2. Классификация ТБО

Несмотря на остроту проблемы ТБО, общепринятой их классифи- кации до сих пор не существует. Известны способы их подразделе- ния по источникам образования, характеру происхождения, качест- венному составу и пр.

Источниками городских отходов являются домашнее хозяйство, коммерческие (конторы, магазины, рестораны) и муниципальные (школы, больницы) учреждения. По характеру использования быв-

6

ших в употреблении товаров ТБО делятся на отходы товаров дли- тельного (бытовая техника, мебель) и краткосрочного (газеты, одеж- да, пищевые отходы) пользования, а также различных видов упако- вочных материалов. По качественному составу бытовые отходы подразделяются на бумагу (картон), пищевые отходы, дерево, металл черный, металл цветной, текстиль, кости, стекло, кожу и резину, камни, полимерные материалы, прочие компоненты и отсев (мелкие фрагменты, проходящие через 1,5-сантиметровую сетку).

Б. Н. Ласкорин предлагает классифицировать отходы по направ- лениям переработки на группы, в которые попадают ТБО, подлежа- щие, соответственно:

•ликвидации без дополнительной обработки (сжигание, сани- тарные свалки и т.д.);

•повторному использованию в том или ином производстве по- сле дополнительной обработки (разделение фаз, извлечение отдель- ных элементов, химическая обработка и т.д.);

•захоронению или складированию с необходимой предвари- тельной обработкой.

К опасным ТБО относятся: отходы, содержащие батарейки и ак- кумуляторы, электроприборы, лаки и краски, косметика, удобрения и ядохимикаты, бытовая химия, медицинские отходы, ртутьсодержа- щие термометры, барометры, тонометры, лампы.

1.3. Краткая история развития проблемы ТБО

Проблема твердых отходов появилась вместе с человеком, но в древности это, в основном, была проблема домашнего мусора. Около 1450 г. до н. э. Моисей обязал свой народ возвращать отбросы обратно в землю (Второзаконие, гл. 23, ст. 12–13). Природа была в состоянии справляться с отходами, когда население было немногочисленным и отбросы были невелики, а человек продолжал вести натуральное хозяй- ство. Лишь позднее к ТБО добавились твердые отходы производства, к которым принято относить и отходы сельского хозяйства.

История этой проблемы тесно связана с историей развития городов. Население древних городов увеличивалось в ограниченном крепостны- ми стенами пространстве. Будущие горожане переселялись из деревень вместе с живностью, что увеличивало скученность в городе и загрязнен- ность его территории отходами жизнедеятельности людей и животных.

Приблизительно около 500 г. до н.э. в Афинах был издан первый известный эдикт, запрещающий выбрасывать мусор на улицы и пре- дусматривающий организацию специальных свалок. Согласно закону мусорщикам предписывалось сбрасывать отходы не ближе чем за

7

милю от города. У римлян в Кодексе Юстиниана I были записаны меры, ограждающие граждан от скопления отбросов.

Однако, подобно многим античными изобретениям, практика утилизации отходов была забыта в cредние века. Средневековые го- рода утопали в грязи и отбросах, а главными санитарами были кош- ки, собаки, свиньи и вороны. В жаркое время года отбросы быстро разлагались и, попадая в почву и водоёмы, порождали тяжёлые бо- лезни, а зачастую и эпидемии, такие как чума, холера. К тому же обилие не убираемых бытовых отходов создавало благоприятную среду для быстрого размножения насекомых и грызунов – пере- носчиков инфекций.

Жители продолжали выбрасывать мусор в окна вплоть до XIV в. По мнению некоторых историков, одна из наиболее жестоких панде- мий чумы 1348–1350 гг., уничтожившая почти треть населения стран от Исландии до Индии, была вызвана именно этими загрязнениями. Лишь со временем, когда была установлена прямая связь между от- ходами и эпидемиями различных болезней, мусор стали собирать и вывозить за пределы городов.

В 1297 г. в Лондоне был принят закон, приказывающий домовла- дельцам содержать дом и тротуар перед домом в чистоте. Закон 1354 г. обязывал жителей убирать грязь на улице ежедневно. Появи- лась профессия мусорщика и специальные повозки. Указ 1407 г. обя- зывал лондонцев сохранять накопившийся у них мусор в доме до при- хода мусорщика. Во Франции в XVI в. издаётся ряд вердиктов, пред- писывающих горожанам собирать мусор в корзины, но они как не вы- полнялись горожанами, так и не контролировались городскими вла- стями. В связи с тем, что проблема мусора и нечистот приобретала всё большую остроту, в 1789 г. власти Парижа предложили установить в определённых местах города каменные столбы, огороженные желез- ными решётками, куда надлежало сбрасывать бытовые отходы. Во второй половине XIX в. уже были изданы указы, согласно которым на каждом этаже устанавливалось ведро или ёмкость для нечистот.

Постепенно европейские муниципалитеты оформили ответствен- ность за сбор и утилизацию отходов в законах. Мусор вывозили за городские ворота и просто складировали в различных хранилищах в сельской местности. В результате роста городов свободные площади в их окрестностях уменьшались, а неприятные запахи и возросшее количество крыс, вызванные свалками, стали невыносимыми. В ре- зультате отдельно стоящие свалки были во многих местах заменены ямами для хранения мусора.

8

Попытки частичного использования твердых отходов относятся к концу XVIII в., когда перед помещением отходов на свалку в г. Эдинбурге (Шотландия) производилась их ручная сортировка, и часть повторно использовалась или продавалась.

Первое систематическое использование мусорных печей было оп- робовано в Ноттингеме (Англия) в 1874 г. Сжигание сокращало объем мусора на 70…90 %, в зависимости от состава. Поэтому оно быстро нашло применение по обе стороны Атлантики. Густонаселенные и наиболее значимые города вскоре внедрили экспериментальные печи, но не везде смогли оправдать затраты на их эксплуатацию. Большие затраты были уместны тогда, когда не было дешевого способа захоро- нения. Кроме того, многие города, которые применили сжигательные печи, вскоре отказались от них из-за ухудшения состава воздуха.

К концу XIX в. относятся и первые наблюдения за составом твер- дых городских отходов, благодаря которым можно наглядно проил- люстрировать изменение их номенклатуры (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Изменение состава ТБО в 10 штатах атлантического побережья США в различные годы

Проблема отходов становилась все острее не только из-за измене- ния состава, но и в связи с ростом их массы на одного человека и с общим увеличением населения городов.

Первые шаги к переработке мусора были сделаны в Нью-Йорке в 1895–1898 гг. по инициативе Дж. Варинга – комиссара отдела очист- ки улиц. Им были установлены разные по форме и цвету мусорные ящики для составляющих отходов. Это позволило использовать большую часть отходов – для этого была построена специальная фабрика. Но первый завод по переработке твердых отходов (с глубо- кой сортировкой) был введен в действие лишь в 1932 г. в Голландии. В середине 80-х гг. прошлого века в мире работало более тысячи сжигательных заводов и в несколько раз меньше – перерабатываю- щих. Но в последнее десятилетие XX в. это соотношение резко изме-

9

нилось в пользу переработки. Тем не менее, до сих пор основным способом удаления отходов является их депонирование на свалках или полигонах.

1.4. Объем накопления, состав и структура утилизации ТБО

Ежегодно в мире на каждого человека в среднем образуется около 300 кг твердых бытовых отходов. По различным странам и населен- ным пунктам этот показатель колеблется от 150 до 750 кг/год, а в урбанизированных районах достигает 1000 кг на душу населения в год. Для России этот показатель в среднем не превышает 250…300 кг (1,35…1,50 мЗ) на человека в год, причём наблюдаемая тенденция роста образования отходов (2…6 % ежегодно) в 3 раза превышает скорость роста населения.

Объёмы образования ТБО (млн т/год) и структура их утилизации в некоторых странах Европы, США, Канаде и Японии по состоянию на 2000 г. приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Образование ТБО и структура их утилизации в некоторых странах мира

10