Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов. Часть 1. Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов. Учебное пособ
.pdfВ небольших городах Рурского региона Германии население при- возит накопившийся мусор, предварительно рассортированный дома, на специальную площадку, расположенную на территории ближай- шего полигона, и бросает в соответствующие контейнеры.
1. Особые отходы.
Их прием осуществляется бесплатно для населения. Имеются кон- тейнеры для красок и лаков; просроченных лекарств и косметики; старых масел; батарей для электронных и электрических приборов; старых химикатов; средств защиты растений; аэрозольных упаковок; вышедших из строя ртутных ламп.
2. Вторичное сырье, подлежащее переработке.
Имеются контейнеры вместимостью несколько тонн для бумаги; картона; лома цветных металлов; лома алюминия; вышедших из строя электронных и электрических приборов; вышедших из строя холодильников. Кроме того, установлены контейнеры меньшей вме- стимости для пенопласта; полимерных пленок; древесины (остатков мебели и т.п.).
3.Остаточный (нестандартный) мусор и строительные отходы.
4.Садовые отходы (стриженная трава с газонов, ветки от кустов, опавшие листья и т.д.), предназначенные для компостирования, сва- ливаются населением на компостную площадку.
К раздельному сбору мусора в Германии привыкли. Технические службы и «ведомства чистоты» есть во всех городах. Устранение му- сора в целом регулируется на правительственном уровне, конкрет- ные же способы разрабатывают муниципалитеты, которые могут при этом пользоваться и услугами частных фирм.
Условия всегда диктует городской совет. Сначала он объявляет конкурс для желающих получить заказ на уборку города, потом вы- бирает оптимальный вариант. Собирать мусор нужно в определен- ном ритме, бесплатно предоставляя в распоряжение населения бочки.
Швейцария
На улицах Женевы муниципальная служба вторсырья расставила металлические контейнеры для битых и нестандартных бутылок, причем стекло сортируется по цвету: белое, зеленое, коричневое. Для этого на контейнерах имеются соответствующие надписи. Для отработанных батареек вокруг крупных магазинов и школ ставят «скворечники» – небольшие ящики. Подсчитано, что 80 % продан- ных в стране батареек вновь возвращаются жителями. Женевцы со- бирают и бытовой алюминий: крышки от молочных бутылок, обер- точную фольгу от шоколада.
21
Япония
С середины 80-х гг. прошлого века в условиях роста масштабов и темпов развития экономики и потребительской активности Япония стала свидетельницей резкого увеличения накопления мусора почти до 45 млн т ежегодно. С увеличением как количества, так и разнооб- разия мусора выросли и размеры различных участков для обезвре- живания и утилизации отходов.
Концепция министерства внешней торговли и промышленности «Об обществе без отходов» способствовала реализации двух нацио- нальных программ, призванных ознаменовать вступление японского общества в новую эру. В 1992 г. в стране начал действовать закон «О стимулировании использования вторичного сырья».
Вторая программа – закон «О стимулировании сортировки при сборе и повторном использовании тары и упаковочных материалов», который вступил в действие в апреле 1997 г. Он способствует эффек- тивному использованию отходов за счет разграничения сфер ответ- ственности. Потребители выбрасывают сортированный мусор, мест- ные власти организуют сортировку при его сборе, а на предпринима- телей ложится ответственность за повторное использование тары и упаковочных материалов.
Швеция
Для жителей 288 коммун Швеции стало привычным делом сортиро- вать мусор уже дома, под кухонной раковиной. Семья, живущая в от- дельном доме, платит половинный тариф за вывоз мусора, если подпи- сывает обязательство сортировать пластик, жесть, стекло и бумагу, а также компостировать органические отходы. Вредные отходы выносят- ся в специальном красном контейнере непосредственно перед сбором мусора. Сбор мусора производится раз в две недели машиной с автопо- грузчиком, так что рабочим даже не нужно выходить из кабины.
В многоквартирных домах сбор мусора происходит следующим об- разом. В мусорные контейнеры выкидывается все, кроме того, что по- ложено нести в специальные емкости для жести, пластмассы и т.п. Вредные отходы относятся на специальные экологические станции, ко- торые могут находиться, например, на бензоколонке. На станции раз- мещают контейнеры зеленого и красного цвета для аккумуляторов и батареек. В контейнеры или шкафы светло-голубого цвета выбрасыва- ют фотохимикаты, остатки краски, аэрозольные баллончики, использо- ванное машинное масло, растворители и люминесцентные лампы.
22
Старые газеты забираются раз в неделю. Их собирают в пакеты и выставляют за дверь. В ряде мест располагаются специальные «газе- тосборники». Алюминиевые банки возвращаются в супермаркеты, за них там выплачивается залоговая стоимость. Стекло выбрасывается в специальные контейнеры отдельно для белого и зеленого «сортов».
Финляндия
ВФинляндии сортировка упаковочных отходов давно стала нор- мой. В этой стране более 20 лет осуществляется селективная сорти- ровка бытовых упаковочных отходов, причем в последние годы их утилизируется около 80 %.
ВФинляндии действует первый в мире завод, перерабатывающий картонные пакеты из-под молока и фруктовых соков, выпускающий из этих отходов бумагу и картон, а также алюминиевый порошок и использующий отходящее тепло для производства электроэнергии. Финская фирма «Corenso», являющаяся лидером по производству бумаги и картона в стране, инвестировала 34 млн евро в новую про- изводственную линию на заводе в г. Варкаусе, на которой фольга, используемая при производстве упаковочных пакетов, перерабаты- вается в алюминиевый порошок. Завод перерабатывает 60 тыс. т упа- ковки в год и получает несколько десятков тысяч тонн бумаги и кар- тона и 3 тыс. т алюминиевого порошка, который поставляется метал- лургическим фирмам Германии.
Кроме того, получаемое при переработке отходов тепло обеспе- чивает производство 25 млн кВт·ч электроэнергии, которая исполь- зуется на самом предприятии в г. Варкаусе и поставляется 6 пред- приятиям (двум фирмы «Corenso» и четырем – материнской компа- нии «Stora Enso»). По мнению экспертов, новая технология перера- ботки упаковки почти безотходна.
К сожалению, массы данных отходов (пакетов от пищевых про- дуктов и напитков) в Финляндии недостает для полной загрузки мощностей предприятия. В связи с этим приходится ежегодно заку- пать 50 тыс. т пакетов (вторсырья) в ФРГ, что составляет более 1/3 массы пакетов, собираемых в Финляндии.
Виюле 2003 г. органы ЕС пересмотрели директиву об утилизации бытовой упаковки, которая действовала с 1994 г. Директива обязыва- ет все страны – члены ЕС создать систему сбора, сортировки и ути- лизации упаковочных отходов; она установила более жесткие норма- тивы утилизации. Согласно директиве ЕС повышены в 2 раза норма- тивы минимальной утилизации, которые составляют для бумаги, кар- тона, стекла 60 % , металлов – 50 %, пластмассы – 22,5 %, дерева – 15 %. Новые нормативы вступят в силу в 2006 г.
23
Канада
Система обращения с ТБО в канадской провинции Британская Колумбия (БК) базируется на принятом правительством стратегиче- ском плане управления ТБО, установленном перечне материалов ТБО, подлежащих сбору и утилизации; принятых экологических тре- бованиях работы с ТБО на разных стадиях их нейтрализации.
Вперечень отходов, подлежащих обязательному сбору или воз- врату, входят:
I группа – газеты, смешанная бумага, рифленый картон, стеклян- ная посуда из-под алкогольных напитков, стальные и алюминиевые банки, текстиль, пластик, остатки стройматериалов, а также органи- ческие отходы (пищевые, отходы садов и огородов);
II группа – шины автотранспорта, батарейки, моторное масло, краски, фармацевтические отходы и др.
Особую группу отходов составляют биомедицинские, ответствен- ность за которые несут медицинские учреждения. У провинции нет разрешения на переработку биомедицинских отходов. Согласно сло- жившейся системе такие отходы экспортируются в США, а власти провинции контролируют эти процессы.
Первичная сортировка мусора I группы в контейнеры (на отходы, подлежащие и не подлежащие утилизации), осуществляется домо- владельцем. Шофер машины по вывозу мусора контролирует сорти- ровку и несет материальную ответственность. Домовладелец, нару- шивший систему сортировки, платит штраф. Оплата за вывоз отхо- дов взимается с каждого отдельного дома, независимо от числа про- живающих, и включается в общий налог на собственность.
Отходы I группы, подлежащие утилизации, могут поступать либо на мусоросжигательный завод (МСЗ), либо на специальные сортиро- вочные станции, где разделяются на бумагу, картон, пластик, алю- миниевые банки и др.
Вг. Ванкувере имеется автоматизированная станция по сортировке вторсырья. На конвейере сортируют 3 т мусора в час. Отсортированные, спрессованные и уложенные в брикеты отходы отправляют на перера- ботку. Отходы, подлежащие захоронению, поступают на полигон.
Для сбора и утилизации отходов II группы существуют разные решения. Шины в настоящее время в провинции БК выбрасывать запрещено, а нарушения караются штрафом. Прием использованных шин проводят на свалках и в мастерских по ремонту автомобилей. Принятые шины либо сжигают на двух цементных заводах (20 %), либо дробят на специализированном заводе (80 %). Полученную
24
крошку используют для изготовления дорожек для тренажеров, дре- нажа под слой зеленого дерна или подстилок-матрасов для коров. Автомобили сдаются в специальное депо. При обнаружении бро- шенных машин с владельцев взимается штраф.
Опасные отходы любого вида в провинции БК не захоранивают, а экспортируют в соседнюю провинцию Альберта, используя услуги посреднических частных компаний. В БК имеются 5 частных компа- ний, которые наряду с посредническими услугами выполняют работу по нейтрализации опасных отходов (кроме радиационных), таких, как нефтепродукты, химические агрессивные жидкости и др.
На территории БК работает МСЗ для термической нейтрализации отходов (регион Большой Ванкувер, один из двух заводов в Канаде), перерабатывающий 17 % мусора. Завод – собственность муниципа- литета. Производительность завода – 250 тыс. т в год (три техноло- гические линии производительностью 70 тыс. т в год, эксплуати- рующиеся с 1988 г.).
Технологическая схема МСЗ (немецкой фирмы «Montenay Inc.») представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Технологическая схема МСЗ в провинции Британская Колумбия (Канада): 1 – площадка; 2 – помещение для приема автомашин; 3 – поддерживающая платформа; 4 – бункер для мусора; 5 – подъемный кран; 6 – желоб для подачи отходов; 7 – решетка;
8 – разгрузка золы; 9 – бункер для тяжелой золы (легкая фракция собирается из газового потока на рукавных фильтрах, а затем убирается встряхиванием с помощью сжатого воздуха); 10 – паровой котел (бойлер); 11 – суперподогреватель; 12 – экономайзер;
13 – башня для охлаждения; 14 – реактор с адсорбентом (гашеная известь Са(ОН)2 в смеси с активированным углем); 15 – тканевый фильтр; 16 – выхлопная труба газового потока, состав которого непрерывно контролируется
25
Основной продукт переработки мусора – перегретый пар (108 т/ч) с температурой 248 °С при давлении 3100 кПа, 50 % которого ис- пользуется для котельной завода, а 50 % экспортируется на бумаго- перерабатывающую фабрику. К другим продуктам переработки от- носятся зольный остаток (21 % по массе и 16 % по объёму от сжи- гаемого мусора) и железосодержащие металлы (3 % по массе посту- пающего мусора). Получаемый шлак используется для изготовления дорожных покрытий или вывозится на полигон.
На территории БК имеется 8 действующих и запасных полигонов для компостирования и захоронения нейтральных отходов. В Ванку- вере полигон, функционирующий с 1966 г., в настоящее время зани- мает площадь 450 га и принимает 400 тыс. т отходов в год, из кото- рых компостируется 200 тыс. т. Полигон должен расширяться вверх, не занимая новые участки земли, общий объем приема отходов со- ставит 1 млн т в год.
На полигонах осуществляется прием неутилизируемого мусора, доставляемого частными лицами (домовладельцами) и коммерче- скими предприятиями по сбору мусора, а также шлак с МСЗ.
Полигоны эксплуатируются частными компаниями, которые должны сами решать вопросы дорожного строительства (наиболее дорогостоящая статья расходов), используя отходы мусоросжига- тельных заводов; содержания транспортного парка и станций для дезинфекции, решать задачи утилизации метана и обеспечивать безопасность грунтовых вод от фильтрата, защищать свалки от птиц во избежание инфекций и помех для окружающих территорий и про- изводств (например, аэропорта в г. Ванкувере).
Отвод метана осуществляется через скважины, расположенные в земле на определенной глубине, с помощью насосов. Затем метан поступает в наружный трубопровод и сжигается. Теплота от сжига- ния метана используется на нагрев воды для отопления помещений.
3.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТБО
3.1.Депонирование ТБО на свалках и полигонах
Свалка, или, как принято говорить в настоящее время, полигон, является самым старым и наиболее широко распространенным ме- стом депонирования (размещения) твердых отходов. Хорошо спроек- тированный и оборудованный полигон создает возможность безо- пасного депонирования муниципальных твердых отходов.
Необходимо особо отметить, что именно полигон формирует ос- нову любого интегрированного плана по работе с отходами. Ни один из альтернативных вариантов переработки отходов: сжигание, ути-
26
лизация, выпаривание, компостирование и т.п. не может функциони- ровать сам по себе, все они нуждаются в депонировании как в необ- ходимом дополнении для размещения вторичных отходов: зол, шла- ков, шламов, пылей и т.п.
3.1.1.Требования законов РФ к размещению отходов на поверхности земли
Требования к размещению твердых отходов на санкционирован- ных свалках или полигонах обобщены в Федеральном законе №89-ФЗ. Согласно этому закону санкционированные свалки представляют собой разрешенные органами исполнительной власти на местах тер- ритории для размещения твёрдых промышленных отходов (ТПрО) и твёрдых бытовых отходов (ТБО), но не обустроенные в соответствии с утвержденными нормативами и эксплуатируемые с отклонениями от требований санитарно-эпидемиологического надзора. Санкциони- рованные свалки считаются временными сооружениями и их функ- ционирование разрешается до окончания строительства полигонов или заводов для утилизации отходов. К свалкам относятся также вре- менные шламохранилища, отвалы и другие сооружения, применяемые для хранения ТПрО. По санитарной классификации свалки являются объектами I класса опасности и имеют санитарно-защитную зону (СЗЗ) не менее 1 км. В пределах СЗЗ не допускается жилищное строи- тельство, размещение спортивных сооружений, парков, детских до- школьных учреждений, школ, оздоровительных учреждений, пред- приятий пищевой промышленности, водопроводных комплексов.
По российскому законодательству складирование, захоронение и иное размещение отходов допускается в специально отведенных местах при наличии положительных заключений государственной экологической экспертизы и органов государственного санитарно- эпидемиологического надзора. Запрещаются сброс и захоронение отходов в водных объектах. Захоронение потенциально опасных и особо токсичных отходов производится с разрешения специально уполномоченного государственного органа по согласованию с орга- нами государственного санитарно-эпидемиологического надзора.
Полигон для депонирования ТБО представляет собой природо- охранное сооружение для централизованного сбора и обезврежива- ния отходов, обеспечивающее защиту от загрязнения атмосферы, почв, поверхностных и грунтовых вод и препятствующее распро- странению болезнетворных микроорганизмов. Полигоны для ток- сичных ТПрО (I и II класса опасности) имеют такие же санитарные
27
ограничения и такой же размер СЗЗ, как и свалки. Полигоны ТБО, не принимающие навоз и фекалии, приравниваются к санитарным объ- ектам III класса опасности и имеют СЗЗ не менее 0,3 км. Централь- ные полигоны ТБО, принимающие нечистоты населенного пункта, являются объектами II класса с СЗЗ не менее 0,5 км. На полигоны ТБО могут приниматься нетоксичные ТПрО, а также по согласова- нию, в соответствии со специальным перечнем токсичные ТПрО IV и
IIIкласса опасности.
Впоследнее десятилетие ежегодно под полигоны отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель, и это без уче- та площадей, загрязненных многочисленными несанкционирован- ными свалками. При выборе участка для устройства полигона ТБО учитывают климатогеографические и почвенные условия. Запрещается устраивать полигоны на территории I и II поясов зон санитарной охра- ны водоисточников и минеральных источников; всех трех зон охраны курортов, в местах выхода на поверхность трещиноватых пород и вы- клинивания водоносных горизонтов, также в местах массового отдыха населения и размещения оздоровительных детских учреждений.
Основные особенности полигонов, отличающие их от свалок:
•уплотнение отходов, позволяющее увеличить нагрузку на еди- ницу площади;
•послойное укрытие отходов;
•мероприятия по предотвращению проникновения сточных вод полигона в почву и подземные воды;
•сбор биогаза (при необходимости).
Работы на полигонах должны быть полностью механизированы, а после их закрытия должна производиться рекультивация земель- ного участка.
3.1.2. Полигоны для размещения ТБО
Эффективность работы полигона во многом определяется выбо- ром участка в соответствии с техническими требованиями, социаль- но-экономическими аспектами и, что особенно важно в настоящее время, с согласия населения близлежащих территорий.
Для полигона ТБО выбирают ровную местность, исключающую возможность смыва атмосферными осадками части отходов и загряз- нения ими прилегающих земельных площадей, открытых водоемов, почвы расположенных поблизости населенных пунктов. Санитарно- защитная зона между полигоном и жилой застройкой должна состав- лять не менее 100 м.
28
Допускается отвод земельного участка под полигон ТБО на тер- ритории оврагов, начиная с его верховьев, что обеспечивает сбор и удаление талых и ливневых вод устройством перехватывающих на- горных канав, отводящих эти воды в открытые водоемы.
Очень важен характер грунтов и расположение грунтовых вод. Лучшими для основания полигона считаются глины и тяжелые суг- линки. Грунтовые воды должны находиться на достаточной глубине (с учетом необходимости складирования отходов на глубину не ме- нее 10 м), выходы грунтовых и подземных вод в виде ключей и род- ников должны отсутствовать. Кроме того, учитываются природные особенности выбранного места: доминирующие ветры, количество осадков, температурный диапазон, глубина промерзания грунта и пр.
Меры по снижению проникновения внешней влаги на полигон можно обобщить следующим образом:
1)выбор участка с минимумом поверхностных и грунтовых вод.
2)наличие уклона укрытия для стока дождевых вод.
3)осуществление озеленения законченной засыпки участка (карты).
4)создание влагонепроницаемого покрытия полигона.
5)уплотнение отходов для уменьшения эффекта выщелачивания (щелочи образуются, прежде всего, за счет притока внешней воды).
6)дренаж грунтовых и поверхностных вод.
При разложении отходов образуются газы, причем в первое вре- мя – при свободном доступе воздуха – это процесс аэробный, при котором выделяется диоксид углерода и повышается температура отходов. После того, как свободный кислород в объеме отходов бу- дет израсходован, в результате уже анаэробного разложения образу- ются метан, диоксид и оксид углерода. При наличии отходов, содер- жащих сульфиты, может выделяться сероводород. Поэтому на отра- ботанных участках (картах) крупных полигонов экономически и эко- логически оправдано применение системы газосбора. При вместимо- сти полигона не менее 1 млн т ТБО максимальная часовая выработка газа на 2–3-й год после укрытия отходов может достигать 1000 м3/ч.
3.1.3. Утилизация свалочного газа
Одна из основных причин, по которой многие страны Европы с 2010 г. прекращают размещение ТБО на свалках и полигонах уста- ревших конструкций, состоит в том, что при таком способе утилиза- ции происходит биохимическая ферментация отходов с выделением в атмосферу свалочного газа (СГ) (или биогаза).
29
Макрокомпонентами СГ являются метан (СН4) и диоксид углеро- да (СО2), их соотношение может меняться от 40…70 % (объём.) до 30…60 % соответственно. В существенно меньших концентрациях, на уровне нескольких процентов присутствуют, как правило, азот (N2), кислород (О2) и водород (Н2). В качестве микропримесей в со- став СГ могут входить десятки различных органических соединений. Состав биогаза обусловливает ряд его специфических свойств. Пре- жде всего, СГ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 23 МДж/м3. В определенных концентрациях он токсичен. Конкрет- ные показатели токсичности определяются наличием ряда микро- примесей, таких, например, как сероводород (Н2S). Обычно СГ обла- дает резким неприятным запахом.
Глобальная эмиссия СГ является важным параметром для расчета прогнозных моделей изменения климата Земли в целом. На оценках потоков свалочного метана строятся национальные стратегии приро- доохранной деятельности в некоторых развитых странах. Например, в США вступил в силу закон о необходимости оборудования всех без исключения полигонов страны системами добычи и обезвреживания биогаза, после того как американскими исследователями было пока- зано, что свалки являются основным антропогенным источником ме- тана в США.
Первые глобальные оценки потока свалочного метана начали проводиться в прошлом десятилетии. Так, в одной из первых наибо- лее авторитетных работ 1987 г. было показано, что глобальная эмис- сия свалочного СН4 составляет 30…70 млн т в год, или 6…18 % от его общепланетарного потока. При этом отмечалось, что данная ве- личина превышает массу метана, выделяемого угольными шахтами. На основании роста объемов образования ТБО в развивающихся странах прогнозировалось, что в следующем столетии свалки будут основным глобальным источником метана.
В середине девяностых годов оценка глобальной эмиссии свалоч- ного метана проводилась экспертной группой Межправительствен- ной комиссии по изменению климата (IPCC), была получена величи- на, равная 40 млн т в год. Практически она подтвердила правиль- ность прежних оценок и окончательно поставила свалочный метан в реестр основных источников парниковых газов планеты. Интересно отметить, что существенный вклад в глобальную эмиссию вносит Россия. По тем же оценкам IPCC, свалки России ежегодно выбрасы- вают в атмосферу 1,1 млн т. метана, что составляет примерно 2,5 % от планетарного потока.
30