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

Общий объем образования ТБО в странах ЕС в 2000 г. превысил 200 млн т, хотя еще в 1975 г. он не превышал 100 млн т. Прирост об- разования ТБО увеличивается очень быстрыми темпами – от 3 до 12 % в год в различных странах. В ТБО непрерывно возрастает доля бумаги, пластмасс (прежде всего полиэтилена), синтетических пле- нок, боя люминесцентных ртутьсодержащих ламп, остатков пище- вых продуктов. Химический состав и технический анализ основных составляющих ТБО приведен в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Состав и теплотворная способность основных компонентов ТБО

По данным немецких исследователей, тонна ТБО, собираемых в городах Германии, содержит в среднем до 7 кг хлора и фтора, 5 кг серы, до 3 кг цветных металлов (в том числе свыше 0,7 кг свинца, более 1,5 кг цинка, до 600 г меди, около 100 г хрома, 50 г никеля, 20 г кадмия).

По данным фирмы «Гаррет», из тонны ТБО США можно извлечь до 63,5 кг черных металлов, 9,1 кг цветных металлов, около 54,4 кг стекла. В общей сложности металлы, извлеченные из ТБО США, мо- гут удовлетворить национальную потребность в железе на 7 %, алю- минии – на 8 %, олове – на 19 %. После извлечения стекла и металла низшая теплота сгорания ТБО достигает 16,5 МДж/кг при зольности

20…30 % (масс.).

Главным источником ТБО являются крупные промышленные го- рода с большим количеством жителей. Для нормального функциони- рования города с населением в 1 млн человек необходимо ежесуточно

11

тратить 11…13 тыс. т топлива, 300…350 тыс. т чистой воды и свыше 2 тыс. т продовольствия. При этом город выделяет свыше 300 тыс. т загрязненных стоков, 25…30 тыс. т СО2 и до 1,8 тыс. т ТБО.

Несмотря на развитые системы сбора и утилизации ТБО, большая их часть по-прежнему складируется на полигонах и свалках. Даже в странах ЕС этот показатель в среднем превышает 60 %. Таким обра- зом, всего в Европе, исключая страны СНГ и Балтии, под свалками занято более 200 тыс. га земель, а загрязняющее воздействие свалок распространяется на территорию еще около 150 тыс. гa.

1.5. Современные тенденции в образовании ТБО

Экологические проблемы городов, главным образом наиболее крупных из них, связаны с чрезмерной концентрацией на сравни- тельно небольших территориях населения, транспорта и промыш- ленных предприятий, с образованием техногенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия.

Темпы роста населения мира в 1,5–2 раза ниже роста городского на- селения, к которому сегодня относится свыше 50 % населения планеты.

Социально-экономическая обстановка привела к неуправляемости процесса урбанизации во многих регионах мира. Процент городского населения в отдельных странах составляет: Аргентина – 83, Уруг- вай – 82, Австралия – 75, США – 80, Япония – 76, Германия – 90, Швеция – 83. Помимо крупных городов-миллионеров, быстро растут городские агломерации или слившиеся города. К таковым относятся Вашингтон–Бостон и Лос-Анджелес–Сан-Франциско в США, города Рурской области в Германии, Москва, Донбасс и Кузбасс в СНГ.

Причины роста городских отходов разнообразны. Самый важный фактор – увеличение численности населения. Существенным обра- зом на уровень накопления ТБО влияют размеры домашнего хозяй- ства. Исследования показывают, что небольшая семья производит в расчете на одного человека больше мусора, чем многочисленная. Однако именно небольшие семьи становятся все более типичными.

Растущее население, увеличивающиеся доходы и изменение структуры потребления усложняют решение проблемы утилизации отходов. Количество мусора увеличивается, поскольку потребители продукции зарабатывают больше денег, увеличивают потребление еды и напитков. Растущий спрос и большая доступность стимулиру- ют продажу товаров, которые просты в обращении, но при этом реа- лизуются с большим удельным содержанием упаковок.

12

В зависимости от уровня развития стран меняется и состав отхо- дов (рис. 1.1). В индустриально развитых странах наиболее быстро увеличивается количество отходов именно упаковочных материалов, причём прежде всего растет доля крупных упаковочных материалов, которыми являются главным образом бумага, пластмассы и дерево. Она уже превысила по объему 50 %, а по массе – 30 % от общего уровня образования ТБО. Среди отходов мелких упаковочных мате- риалов по-прежнему высока доля черных металлов (жести), однако быстро увеличивается и количество пластмасс (табл. 1.4.).

Слаборазвитые

Переходные

Развитые

Рис. 1.1. Распределение отходов по категориям в различных странах

Средний американец выбрасывает около 500 кг упаковочных ма- териалов в год. За последние 50 лет американцы утроили потребле- ние упаковки. Производство этих упаковочных материалов потреб- ляет более 5 % всего национального энергетического бюджета.

Таблица 1.4

Характерный состав мелких упаковочных отходов, собранных в 1999–2000 гг. в Германии в рамках системы ДСД (Duales System Deutchland)

Существенное влияние на структуру ТБО оказывает эмансипиро- ванность женского населения: в странах, где женщины играют большую роль в управленческом аппарате и промышленности, в домашнем хо-

13

зяйстве увеличивается доля полуфабрикатов и готовых к употреблению товаров. В результате в ТБО снижается количество пищевых отходов, но существенно возрастает доля упаковочных материалов и увеличива- ется общее количество отходов. В целом прослеживается тенденция к снижению плотности ТБО и увеличению их энергетической ценности.

Проблема утилизации отходов усугубляется в основном потому, что большая часть товаров народного потребления обречена на очень крат- ковременную службу человеку. В США более половины всей произве- денной бумаги и стекла и около одной трети всей пластмассы содер- жатся в изделиях, срок службы которых составляет менее одного года.

2.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТБО

2.1.Положение с ТБО в Российской Федерации

Российская Федерация занимает территорию в 17,1 млн км2, кото- рую принято разделять на три крупных региона: Европейскую часть (3,85 млн км2), Уральский регион (1,87 млн км2), Сибирь и Дальний Восток (11,75 млн км2). По данным переписи населения 2002 г., в этих районах проживало соответственно 90, 20 и 37,5 млн человек.

В среднем на каждого жителя России приходится около 11,4 га. Жизнедеятельность человека сопровождается образованием отходов производства и потребления. Причем в среднем каждый житель по- требляет продукцию с 2 га земли или 40 т в год. Но на одного жителя в европейской части приходится лишь 3,85 га, а в Сибири и на Даль- нем Востоке – 31,5 га. Обратно пропорционально этим величинам распределена концентрация отходов РФ.

Морфологический и химический состав ТБО России существен- ным образом зависит от климатических зон страны (табл. 2.1 и 2.2).

Таблица 2.1

Химический состав ТБО различных климатических зон РФ, % (масс.)

14

Таблица 2.2

Морфологический состав ТБО различных климатических зон РФ, % (масс.)

Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 20…25 % весной до 40…55 % осе- нью, что связано с большим использованием в рационе питания ово- щей и фруктов (особенно в городах южной зоны). Зимой и осенью сокращается содержание уличного смета: в городах южной зоны с 20 до 7 % а в средней – с 11 до 5 %.

Количество и «качество» ТБО зависят в наибольшей степени от величины города, характера используемых в нем отопительных сис- тем и вида топлива, от развития сети общественного питания, степе- ни городского благоустройства, местного климата. В среднем на од- ного жителя России в год накапливается около 300 кг мусора.

Отходы собираются как на специализированных (в санкциониро- ванных местах), так и на стихийно возникающих (в неразрешенных местах) свалках. В России более 70 % мест размещения отходов от- носятся к неразрешенным. Только под полигоны ТБО ежегодно от- чуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель, не считая огромного количества несанкционированных свалок.

Часть несанкционированных свалок по всей стране активно дей- ствует (т.е. на них продолжают завозить отходы), остальные закрыты без соблюдения элементарных санитарных правил и в результате биохимических процессов разложения оказывают вредное влияние на окружающую среду. Свалки бытовых отходов не только загряз- няют почву, воду и воздух, на них в огромных количествах размно-

15

жаются крысы, мыши и насекомые, что угрожает вспышками инфек- ционных заболеваний.

Проблема избавления от мусора наиболее остро стоит в крупных городах, особенно в Москве. Площадь города составляет 99,3 тыс. га, население столицы приближается к 11 млн человек, а вместе с при- езжими превышает 14 млн. Каждый год в Москве образуется около 10 млн м3 или более 3,5 млн т ТБО (бытовых отходов, осадков водо- проводной, канализационной сети и ливневоочистных сооружений) и еще 6 млн т промышленных отходов. При этом переработке подвер- гается лишь 10 % ТБО и 60 % промышленных отходов. Большая часть отходов добавляется к накопившимся за многие годы горам отходов на столичных свалках. Вокруг Москвы их свыше двухсот. Самые большие по площади – Тимохово, Хметьево, Саларьево, Щербинка. Кроме санкционированных (официальное их число 69 общей площадью 678 га) часто образуется множество так называе- мых самовольных свалок. Кучи мусора можно встретить в поймах рек, в лесах и вокруг дачных участков. В Московской области по со- стоянию на 2000 г. свалки занимали свыше 900 га.

Вместе с тем морфологический состав московских ТБО характе- ризуется высокой долей утилизируемых компонентов: 37,6 % маку- латуры, до 35,2% пищевых отходов, до 10 % отходов полимерных материалов, до 7 % стекла, около 5 % отходов черных и цветных ме- таллов. В коммерческих отходах, составляющих не менее 40 % всех ТБО, доля макулатуры достигает 70 %.

Из полигонов, принимающих московские ТБО, на сегодняшний день активно действуют три: «Тимохово» (Ногинский район), «Хметьево» (Солнечногорский район) и «Икша» (Дмитровский рай- он). Их площадь – 140 га. Экологическая обстановка на полигонах и вокруг них оценивается как очень неудовлетворительная.

2.2. Законодательство РФ в сфере обращения с отходами

За последние 10–15 лет стало ясно, что антропогенная нагрузка на среду обитания подходит к той опасной черте, за которой могут на- чаться непредсказуемые последствия. Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области обращения с отходами ведет к опас- ному загрязнению окружающей природной среды и создает реаль- ную угрозу здоровью населения. С отходами теряются миллиарды тонн материальных ресурсов, многими из которых страна практиче- ски уже не располагает.

16

На территории России в отвалах и хранилищах накоплено свыше 85 млрд т только твердых отходов, в том числе 80 млрд т – горно- промышленных, количество которых ежегодно увеличивается почти на 2 млрд т. Под полигонами для складирования, шламонакопителя- ми и хвостохранилищами занято свыше 300 тыс. га земель. В отходах содержатся: железо, медь, свинец, олово, вольфрам, а также такие ценные элементы, как кадмий, висмут, селен, теллур, редкоземельные и благородные металлы. Содержание ценных компонентов в отходах нередко близко к содержанию их в добываемом природном сырье.

Особую тревогу вызывает рост складируемых токсичных отходов, количество которых достигло 1,8 млрд т. Из 100 тыс. т ежегодно об- разующихся токсичных отходов используется и обезвреживается только одна треть.

Для решения этих проблем в 1996 г. (на период до 2000 г.) Прави- тельство РФ приняло федеральную целевую программу «Отходы», целью которой было создание нормативной и технологической базы для реализации единой государственной политики в сфере обраще- ния с отходами на всех уровнях управления, уменьшение и локали- зация негативных воздействий отходов на окружающую природную среду, увеличение ресурсно-сырьевого потенциала страны, создание эффективных технологий переработки и обезвреживания отходов, снижающих нагрузку на состояние окружающей среды и здоровье населения.

С 24 июня 1998 г. действует Федеральный закон №89-ФЗ «Об от- ходах производства и потребления» (с дополнениями от 29 декабря 2000 г.), который определяет основные понятия, основные принципы государственной политики, правового и экономического регулирова- ния в области обращения с отходами и федеральных программ, реа- лизующих положения этого закона.

В соответствии с этим законом Правительством РФ были приняты решения, регламентирующие обращение с отходами, в частности по лицензированию деятельности по обращению с опасными отходами, ведению государственного кадастра отходов, определению порядка паспортизации опасных отходов, об утверждении нормативов обра- зования отходов и лимитов на их размещение, а также трансгранич- ного перемещения отходов. Однако до настоящего времени разра- ботка мер по реализации государственной политики в сфере обраще- ния с отходами не завершена.

Основными проблемами в области переработки, использования и захоронения отходов являются отсутствие экономичных технологий по комплексной переработке исходного сырья и отходов и неэффек-

17

тивность действующего экономического механизма стимулирования переработки и использования отходов.

В настоящее время в России действует федеральная целевая про- грамма «Экология и природные ресурсы России», рассчитанная на пе- риод с 2002 по 2010 гг., включающая в себя подпрограмму «Отходы».

Целью подпрограммы является предотвращение и ликвидация вредного воздействия отходов производства и потребления на окру- жающую природную среду и здоровье населения, а также макси- мальное вовлечение отходов в хозяйственный оборот.

Для достижения указанной цели программа призвана решить сле- дующие задачи:

•совершенствование системы государственного регулирования

вобласти обращения с отходами;

•проведение научно-исследовательских и опытно- конструкторских работ, направленных на создание перспективных ресурсосберегающих и малоотходных технологий в различных от- раслях промышленности, эффективных средств и методов перера- ботки и обезвреживания отходов;

•осуществление проектов строительства опытно- промышленных установок по переработке и обезвреживанию от- дельных видов отходов в качестве начального этапа решения круп- номасштабной проблемы использования накопленных отходов.

Реализация подпрограммы намечалась в два этапа.

На I этапе (2002–2004 гг.) предусматривалось завершить строи- тельство опытно-промышленных установок по переработке отходов, ранее предусмотренных в федеральных целевых программах «Отхо- ды» и «Переработка техногенных образований в Свердловской облас- ти», а также разработать материалы по совершенствованию системы государственного регулирования в области обращения с отходами.

На II этапе (2005–2010 гг.) предусматриваются освоение введен- ных в действие опытно-промышленных установок, доводка, тиражи- рование и внедрение новых технологий переработки отходов, а так- же завершение создания системы государственного регулирования в области обращения с отходами.

2.3.Сбор и удаление твердых отходов

Всоответствии с Федеральным законом №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» вопросы, связанные с порядком сбора

иклассификации отходов на территории городских и других поселе- ний, предусматривающих разделение на виды, входят в полномочия органов местного самоуправления.

18

Первым этапом очистки территории является повсеместный еже- дневный сбор отходов, для чего в домовладениях устанавливают му- соропроводы и (или) дворовые и квартирные мусоросборники. Их тип и емкость зависят от этажности застройки, способов загрузки и вывоза мусора.

Наиболее распространенными являются контейнеры емко- стью 110…120, 210…220 и 500…600 л. Их размещают по нескольку штук на территории двора или квартала.

Все твердые отходы вывозятся специализированным транспортом в специально отведенные места для обезвреживания и утилизации не реже трёх раз в неделю, а в крупных городах ежедневно.

Внашей стране в большинстве городов применяется планово- регулярная, или коммунальная очистка, т.е. отходы с мест их сбора удаляют в установленные сроки независимо от фактического накоп- ления, без заявок или вызовов транспорта. Мусоросборные машины по определенному маршруту объезжают кварталы города и забирают имеющиеся отходы. В зависимости от местных условий их могут пе- ресыпать из дворовых мусоросборников в кузов машины или выво- зить прямо в контейнерах, оставляя взамен пустой контейнер.

Внекоторых городах используется так называемая поквартирная очистка, когда жители в установленное время выносят собравшийся

уних мусор непосредственно в транспорт очистки.

Для стоянки и обслуживания крупногабаритных уборочных ассе- низационных машин (мусоровозов) отводят земельные участки из расчета 25 м2 на одну машину.

Ни один из применяемых в настоящее время в России способов сбора и удаления отходов не является полностью удовлетворитель- ным ни по санитарно-гигиеническим, ни по технико-экономическим показателям.

2.4. Опыт индустриально развитых стран

Германия

В стране ежегодно образуется более 30 млн т отходов, половину из которых составляет домашний мусор.

Раньше в Германии, как и сейчас в России, все отходы без сорти- ровки складывались в серую бочку. В 1991 г. в стране создана на- циональная система сбора отходов «Зеленая точка». Бочки для сбора отходов должны стоять недалеко от домов, но не далее 15 м от про- езжей части, чтобы облегчить работу мусорщикам. В серую бочку

19

складируется только остаточный мусор, старые газеты, журналы и картонные коробки. В желтую бочку выбрасывают банки, бутылки, полимерную и бумажную, а также частично металлическую упаков- ку, на которой стоит «зеленая точка». Зеленая бочка предназначена для биоразлагаемых пищевых отходов, которые перерабатываются в компост. Недавно осуществлено введение в использование голубой бочки для бумаги и картона.

Эти бочки, стоящие перед входом в дом или подъезд, опустоша- ются раз в две недели специальными машинами. Население оплачи- вает эти услуги, причем размер оплаты не зависит от количества из- влеченного из бочек мусора, так что выбрасывать мусор куда-то еще у населения нет ни малейшего стимула, напротив, подобные дейст- вия караются высокими штрафами.

Лишнюю стеклянную тару, которая по каким-либо причинам не по- пала в желтую бочку для упаковок, необходимо относить в большие контейнеры, также расположенные в нескольких точках каждого рай- она. Зеленые, белые и коричневые бутылки сортируются на месте. Ле- карства с просроченной датой принимают аптеки. Для старых батареек есть приемные пункты в любом супермаркете. О вывозе холодильников и другой крупной электротехники нужно договариваться заранее.

Мусор, собранный в городе, в зависимости от расстояния между территорией сбора и полигоном, доставляется или непосредственно на полигон, или в центр по сортировке, или на мусороперегрузочную станцию. Там посредством мусороприемника на несколько десятков тонн со встроенным гидравлическим прессом осуществляется пере- грузка мусора в большие (грузоподъемностью 24…40 т) автоконтей- неры с целью сокращения транспортных расходов при перевозке на большие расстояния.

Гарантами материальной утилизации собранного вторичного сы- рья выступают:

•стекольная промышленность – стеклянная тара;

•«Общество по утилизации бумаги» – бумага и картон;

•«Общество с ограниченной ответственностью по утилизации использованной упаковки из искусственных материалов» – полимер- ные пленки, баночки, тюбики и бутылки, а также пенопласт;

•металлургическая промышленность – белая жесть;

•«Немецкое общество с ограниченной ответственностью по утилизации упаковки из алюминия» – алюминий;

•компания «Картон» – упаковка из картона, комбинированного

сдругими материалами.

20