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

Суть технологии «Имабе Иберика» заключается в том, что ТБО без предварительной сортировки подаются на специальный пресс, где под давлением 280 кг/см2 происходит их уплотнение и автомати- ческая обвязка 4–5 рядами проволоки. В процессе прессования плот- ность отходов увеличивается в 4–5 раз – до 1100…1200 кг/м3 и из них удаляется избыточная влага, которая загрязняет подземные воды и является источником активных процессов ферментации и образо- вания газа. Брикет представляет собой параллелепипед с размерами 1100×1100×2000 мм и весом 2400…2500 кг. Брикет хорошо отфор- мован, имеет четкие углы, легко погружается с помощью автопо- грузчика и перевозится автомобильным, железнодорожным или реч- ным транспортом. Брикеты представляют собой прекрасный «строи- тельный» материал для создания высоконагруженных полигонов, а также для закладки карьеров, неровностей местности. На полигоне брикеты выкладываются рядами по 5 блоков высотой 5,5 м и сверху засыпаются 20-сантиметровым слоем земли.

Прессование в брикеты производится на специальных площад- ках – перегрузочных станциях. К ним ТБО подвозится малыми ма- невренными мусоровозами. После прессования брикеты перевозятся к полигонам большегрузными машинами.

Отжатая влага обрабатывается в специальных отстойниках. Очень важно, что высота складирования брикетов на полигонах и уклоны (бо- ковые откосы) могут быть значительно большими, чем это допускается при засыпке полигонов. Очевидным недостатком метода является воз- можность консервации внутри брикетов на многие десятилетия каких- либо токсичных компонентов, которые могут проявить себя в будущем.

3.1.6. Полигоны ТБО в Директивах Европейского союза

Требования к полигонам для размещения ТБО в основном опре- деляются директивой ЕС, принятой в 1996 г. Места полигонов под- разделяются по типу отходов, которые там депонируются. В Дирек- тивах ЕС по полигонам ТБО перечисляются три типа отходов:

•опасные;

•городские;

•инертные.

Три метода организации полигона: 1. Общая герметизация.

Метод основывается на непроницаемости изолирующего слоя, по- крывающего полигон. Последние исследования показывают, что

41

герметизация ТБО существенно замедляет процесс естественного разложения отходов и по этой причине период, во время которого отходы могут наносить вред, удлиняется.

2. Герметизация с контролем фильтрата.

Это вариант, в котором предусматривается проникновение части осадков в отходы, при этом избыток образующегося фильтрата соби- рается и удаляется. Такой активный подход к эксплуатации полигона позволяет посредством рециркуляции собранного фильтрата уско- рить процесс деструкции отходов.

3. Контролируемый сброс.

При этом подходе контролируется сброс образующихся в отходах влажных и газообразных компонентов.

Полная деструкция смешанных отходов на полигонах происходит за период от 50 до 100 лет или более, после чего они приобретают состояние стабильности. Скорость разложения зависит от таких фак- торов, как влага, попадающая на полигон; влажность самих отходов; пропорции органических веществ в отходах и их компактность. Ис- следования последних лет указывают на целесообразность примене- ния метода организации свалки, который можно определить как «биореактор», или «смывающий реактор», целью которого является достижение быстрой стабилизации отходов на полигонах. Этот ме- тод основывается на циркуляции влаги в депонированных отходах с целью ускорения процесса разложения. Однако при этом процесс требует особенно тщательной разработки и контроля.

Городской мусор может распадаться почти в 10–20 раз быстрее, чем на обычных полигонах, за счет его непрерывного увлажнения. Закапывание мусора происходит обычно в сухие почвы, и недостаток ее влажности не позволяет разлагающим микроорганизмам способ- ствовать быстрому распаду ТБО (это доказали исследования в уни- верситете штата Огайо в США).

Закапывание увлажненного мусора позволяет ему превратиться в гумус за 5–10 лет вместо общепринятого времени ожидания в 100 лет или больше. Быстрое разложение ТБО требует продувания и под- держания нормальной циркуляции воздуха в толщах полигона. Био- реактор для быстрого перепревания мусора – это автономный блок с водой, преднамеренно закачанной в своеобразный резервуар, в кото- ром вода создает специфическую среду, благоприятную для развития бактерий (чтобы они активно расщепляли и перерабатывали отходы). Вода циркулирует по всей системе. Для закапывания используется слой ила, который формируется в нижнем слое биореактора. Ил слу- жит катализатором, увеличивающем скорость разложения отходов.

42

Разгрузка отходов на полигонах создает пыль и вызывает эмис- сию вредных для здоровья газообразных веществ. Рабочие защища- ются от вдыхания пыли посредством респираторов, а режим эксплуа- тации полигона ограничивает выгрузку отходов при сильном ветре. Оборудование по передвижению отходов обеспечивается кабинами с избыточным давлением и эффективными воздушными фильтрами.

На территории полигонов осуществляется контроль за пернатыми. Ограничивается количество отходов, которыми питаются птицы, разносящие возбудителей инфекции со свалки и тем самым создаю- щие потенциальную угрозу для здоровья. По периметру полигона натягиваются специальные провода, которые под действием ветра издают звуки, отпугивающие птиц, или организуется трансляция за- писей звуков, издаваемых хищными животными и птицами.

Выделение запахов от отходов на полигоне уменьшается посредст- вом ежедневной засыпки отходов или путем их уплотнения. Запахи от грызунов или жидкостных выделений на полигоне могут быть сведены до минимума в результате правильного сбора газа и жидкого фильтрата.

Выделение газов из депонированных отходов является одним из основных аспектов, рассматриваемых в связи со здоровьем и безо- пасностью. Эмиссия газа может воздействовать на местную и гло- бальную окружающую среду. Для предотвращения неорганизованно- го газовыделения необходимо планирование мероприятий по сбору и утилизации свалочных газов, о чём было подробно рассказано выше.

3.1.7. Процедуры депонирования отходов

Выбор места

Решение о пригодности места под полигон должно приниматься с учетом общих правил строительства. Не может существовать таких мест, которые идеально подходили бы под полигон, поэтому при проектировании, строительстве, техническом оснащении и эксплуа- тации полигонов должны быть учтены все несовершенства и дефек- ты выбранной под строительство площадки.

Оценка возможности организации полигона для ТБО должна включать следующие аспекты:

•транспортные (наличие хороших дорог к месту свалки);

•геологические (близость к водным источникам, тип почвы, особенности рельефа, возможность обвалов, оползней);

•гидрологические и гидрогеологические (близость естественных водных резервуаров, грунтовых вод);

43

•эстетические (защищенность территории, консервация земле- пользования, пригодность для сельскохозяйственной деятельности);

•безопасность (находится ли место около аэропорта (птицы мо- гут представлять опасность для полетов), близость к территории по- лигона жилой и прочей застройки);

•возможность восстановления, реконструкции и расширения полигона.

Инженерное оборудование полигона

Типовые составные части планирования территории современно- го полигона показаны на рис. 3.2. Гибкие мембраны, сделанные из такого материала, как полиэтилен высокой плотности, устанавлива- ются в комбинации с природными защитными слоями, обычно гли- ной. Над изолирующим слоем из полиэтилена находится защитный экран из материала высокого качества для уменьшения риска повре- ждения изолирующего слоя. Земля перед укладкой синтетического слоя должна быть тщательно подготовлена, чтобы максимально за- щитить создаваемый экран и свести до минимума риск его физиче- ского или химического повреждения.

Рис. 3.2. Схема типовой планировки полигона для размещения ТБО

44

Обязательными элементами полигона являются дренажный слой и система сбора образующегося фильтрата. Фильтрат удаляется и об- рабатывается в очистных сооружениях перед сбросом в систему ка- нализации или в открытый водоем при условии строгого контроля качества очистки. Если позволяют технические возможности, фильт- рат можно подвергать рециркуляции.

Хотя образование газа в значительных объемах не происходит в первые два года эксплуатации полигона и не достигает оптимального уровня для выгодного использования в течение нескольких после- дующих лет, тем не менее для сбора газа на новых полигонах можно применять систему перфорированных труб или дренажного материа- ла, уложенного в основание полигона, для облегчения сбора газа по мере наполнения его отходами. Вертикальные шахты, пробуренные после того, как отходы уже накоплены, обладают слабой эффектив- ностью и не помогают решить проблему запаха.

Работа полигона

Доставка отходов

Чтобы убедиться, что на полигоне депонируются только разре- шенные виды отходов, при въезде на его территорию должен быть организован тщательный контроль, необходимо сделать детальные записи об источнике и типе отходов.

Депонирование отходов

Депонирование отходов желательно осуществлять на отдельных небольших участках – «картах». Использование небольших карт по- зволяет накапливать и изолировать различные отходы в пределах одного места на полигоне. Депонирование в картах позволяет уменьшить образование растворимых вредных веществ из-за не- большой величины эксплуатируемой площадки, незаполненные от- секи дренируются чистой дождевой водой.

Обычно во время депонирования отходы уплотняют, чтобы дове- сти до максимума использование свободного пространства и свести к минимуму опасность оседания депонированных отходов в дальней- шем. Недостаточная уплотненность депонируемых отходов ведет к формированию внутренних сточных каналов, и протекающая сквозь них вода может увеличить количество растворимых вредных веществ.

Известны данные о том, что твердые отходы могут быть уплотне- ны до 1 т/м3, но более распространенной является плотность 0,7 т/м3.

С 1960-х гг. рекомендуется практика ежедневного покрытия пло- щадей, на которые сброшены отходы, изолирующим слоем грунта.

45

Для изолирующего покрытия применяются инертные материалы. Иногда они привозятся на полигон, а иногда их можно изготовить из грунта, удаленного во время его строительства. Для этого применя- ется карбамидоформальдегидная пена. Другим материалом, успешно используемым в целях создания изолирующего покрытия, являются отходы бумажной пульпы от переработки макулатуры.

Практика ежедневного укрытия предполагает уменьшение до ми- нимума проблем запахов на свалках, а также ограничение распро- странения паразитов и разбрасывания мусора сильным ветром.

Решение проблемы газа на свалке

Выделяемый из депонированных отходов газ является смесью ме- тана (50…60 %) и диоксида углерода с небольшим количеством дру- гих газов. Газообразные выделения могут наносить вред здоровью людей, вызывая удушье или взрываясь, а также местной окружающей среде, нанося потери урожаю и посевам из-за реакции газа с почвой. Кроме того, с тех пор, как стало известно, что основной компонент газовой смеси метан способствует развитию теплового эффекта, воз- никла постоянная необходимость снижать выбросы газа в атмосферу.

Утилизация газа для получения электричества или использования его в качестве топлива должна сопровождаться выполнением опре- деленных требований:

1)минимальная глубина биологически разлагающихся отходов на свалке должна быть 8…9 м;

2)на свалках должно быть накоплено необходимое количество отходов для того, чтобы стал образовываться газ в достаточных для его регенерации объемах. Это количество может быть различным, но приблизительно оно оценивается в 0,5 млн т;

3)в первые 2 года после депонирования отходы не генерируют газ

вдостаточных для использования количествах. Оптимальная генера- ция газов начинается через 5 лет.

Закрытие полигона

Устройство куполообразного или горизонтального малопрони- цаемого покрытия стало общепринятым способом закрытия полиго- на по окончании срока эксплуатации, определяемого лицензией на депонирование, или по причине его заполнения. На материал покры- тия, например, глину, обычно как можно быстрее укладывается слой грунта. Появившаяся на слое грунта растительность помогает пре- дотвратить фильтрацию воды. Другими материалами, используемы- ми для покрытия, являются бентонит и сланцевая глина.

46

Рекультивация полигона

План рекультивации полигона в конце периода его эксплуатации должен быть составной частью всего процесса, начиная от выделе- ния места под строительство, включая проект инженерного оборудо- вания и весь период депонирования отходов.

Обычно цикл жизни полигона составляет 20–30 лет.

В случае, когда рекультивация предполагает восстановление рас- тительности, очень важным фактором является химический состав почвы. Необходим также и период восстановления, перед тем, как земля станет пригодной для какой-либо деятельности. На протяже- нии этого периода должен осуществляться мониторинг качества воз- духа, воды и почвы. Толщина слоя почвенного покрытия может быть различной и зависит от дальнейшего использования территории по- лигона, но в любом случае она должна быть не менее метра. Корни большинства растений уходят в почву только на 30 см, но корни де- ревьев могут достигать глубины 5 м. Следовательно, деревья, расту- щие на относительно тонком почвенном покрытии свалки, не в со- стоянии закреплять свою корневую систему и могут быть поврежде- ны воздействием ветра. Это, в свою очередь, может вызвать эрозию почвы и создать опасность для целостности покрытия.

Совершенно естественно, что рекультивирование полигона не ре- комендуется для строительства зданий, особенно если депонирован- ные отходы были токсичными. Спустя длительное время после пре- кращения эксплуатации полигона существует возможность строи- тельства при соблюдении определенных условий. К ним относится стабилизация места полигона, заложение специально спроектиро- ванных фундаментов, установка оборудования по управлению выде- ляющихся со свалки газов, создание почвенных и подпочвенных дре- нажных систем и обеспечение контроля оседания.

3.1.8. Схема «Мусороперерабатывающая станция – полигон»

Опыт, накопившийся за последнее десятилетие в большинстве стран, показывает, что вывозить содержимое мусорных контейнеров непосредственно на полигоны экономически невыгодно и экологиче- ски опасно. Более целесообразной, по мнению специалистов, считаеть- ся признаётся организация двухступенчатой системы сбора и перера- ботки ТБО, при которой отходы везут не на полигон, а на расположен- ные в черте города перерабатывающие станции или заводы. Там отхо- ды сортируют, измельчают, уплотняют, прессуют, извлекают из них полезные компоненты. Образовавшийся после этих операций остаток

47

отправляют на специально оборудованные полигоны. Такая схема по- зволяет втрое снизить парк мусоровозов. Экономятся площади, в 1,5– 2 раза продлевается срок службы действующих полигонов, появляется возможность продавать продукты переработки. При этом для города с населением 300 тыс. жителей вполне достаточно мусороперерабаты- вающей станции производительностью 25…30 тыс. т ТБО в год.

3.2. Компостирование ТБО

Компостирование – это способ переработки отходов, основанный на естественном биологическом разложении (перегнивании) органи- ческого вещества в присутствии воздуха.

Компостирование ТБО долгое время осуществлялось на полях от- носительно большой площади (полевое компостирование). Считалось, что наиболее целесообразно применять его в городах с населением 50– 500 тыс. жителей при наличии свободных территорий вблизи города.

Технология полевого компостирования допускает совместное обезвреживание и переработку ТБО с осадком сточных вод (смеши- вание обезвоженного осадка сточных вод с ТБО). Компост, получен- ный из такой смеси, содержит больше азота и фосфора.

Суть технологии компостирования заключается в дроблении (из- мельчении) ТБО и многократном отделении различных фракций компостируемого материала.

Другим методом компостирования является аэробная обработка при двухсуточном прохождении мусора через вращающийся барабан (использована конструкция цементной печи), приводящая к аэроб- ному разогреву за счёт окисления и разложению высокомолекуляр- ных органических соединений, а также к распаду органических ве- ществ на простые составляющие.

В настоящее время компостирование чаще осуществляется на за- водах механизированной переработки ТБО, где основной технологи- ческий процесс – аэробное разложение – происходит в сложных ме- таллоёмких установках – ферментаторах (биобарабанах, биобашнях). На заводе в г. Коровино эта технология реализуется следующим об- разом. Бытовые отходы перегружаются в бункер-накопитель, откуда грейферным краном подаются в загрузочные воронки, а затем – во вращающиеся барабанные грохоты, где разделяются на две фракции – мелкую и крупную. Мелкая фракция ТБО проходит через дробилку и поступает в биотермические башни, где за четверо суток в результате аэробного процесса бытовой мусор превращается в компост. Просеян- ный на виброгрохотах готовый компост направляется потребителю. Крупная фракция поступает в котлоагрегаты и сжигается при темпера- туре 800…1000 ºС на специальных наклонно-переталкивающих ре-

48

шетках. Дымовые газы проходят тщательное обеспыливание на элек- тростатических фильтрах, обеспечивающих степень очистки 96…98 %. Вырабатываемый котлами пар давлением 13 атм с темпера- турой 250 ºС используется для нужд завода. Магнитными сепаратора- ми из поступающих отходов извлекается черный и цветной металло- лом, который пакетируется и реализуется как вторичное сырье.

3.3.Переработка ТБО в анаэробных установках

Впоследние годы активизировались работы по метановому сбра- живанию ТБО. Фирмы «Валорга» и «Софрегас» (Франция) апроби- ровали в производственных условиях технологию переработки ТБО в анаэробных условиях с получением горючего газа и органического удобрения. Первый завод, работающий по этой технологии, эксплуа- тируется под г. Греноблем.

Завод производительностью 8000 т ТБО в год обслуживает район

снаселением 25 тыс. человек. В результате переработки ТБО на за- воде за год получают 3200 т удобрений и 800 тыс. м3 биогаза.

На рис. 3.3 изображена принципиальная схема переработки ТБО по технологии фирмы «Валорга».

Рис. 3.3. Принципиальная схема переработки ТБО по технологии фирмы «Валорга»: 1 – приемный бункер; 2 – мостовой кран с грейферным ковшом; 3 – дробилка с вертикальным валом; 4 – магнитный сепаратор; 5 – насос-смеситель; 6 – метантанк; 7 – шнековый пpecc; 8 – рыхлитель; 9 – фильтрат; 10 – цилиндрический грохот;

11 – упаковка в мешки; 12 – крупный отсев; 13 – склад удобрений; 14 – газгольдер; 15 – компрессор; 16 – уравнительная камера

49

ТБО разгружают в приёмный бункер, откуда грейферным краном их подают на питатель, а затем в дробилку с вертикальным валом. Измельчённые ТБО из дробилки перегружают на ленточный конвей- ер, проходящий под сепаратором черного металлолома. Очищенный от чёрного металла материал направляется в метантанк (500 м3), где находится 10–16 сут при температуре 25 ºС. При этом происходит сбраживание органической массы. Из каждой тонны ТБО получают 120…140 м3 газа, который поступает в газгольдер. Часть полученно- го газа откачивают компрессором и через уравнительную камеру на- правляют под давлением под слой перерабатываемого материала, что необходимо для перемешивания массы.

Твердая фракция из метантанка направляется в шнековый пресс для частичного обезвоживания и далее в рыхлитель. Затем материал попадает в цилиндрический грохот, где разделяется на массу, ис- пользуемую как органическое удобрение, и крупный отсев.

Из тонны ТБО получают до 170 кг (140 м3) биогаза, содержащего 65 % метана, 410 кг органического удобрения влажностью 30 %, 50 кг металлолома и балластовых фракций, 250 кг крупного отсева с цилиндрического грохота; 120 кг составляют газовые потери и фильтрат; 5 % биогаза расходуется на собственные нужды завода. Биогаз можно использовать в исходном состоянии, получая в виде тепла 6,5 кВт·ч/м3, и после очистки от диоксида углерода, получая в виде тепла 9,9 кВт·ч/м3.

3.4. Сплав ТБО в канализацию

Сплав ТБО применяется как метод транспортировки ТБО или, при измельчении, как метод транспортировки и переработки. В первом случае неизмельчённые ТБО транспортируют гидравлическим спо- собом к месту сбора и перегрузки в специальный автотранспорт, а во втором перед спуском в канализацию их измельчают и вместе со сточными водами городской системной канализации направляют на очистные сооружения, где и перерабатывают с осадком сточных вод.

В ряде стран для транспортирования ТВО применяется так назы- ваемая система Гарши, которая заключается в следующем. ТБО сбрасывают в квартирах в специальную раковину и смывают водой. Сточная вода из обслуживаемого района направляется в мусоро- сборник. ТБО накапливаются в специальной камере, а вода поступа- ет в канализацию. Накопившиеся в камере отходы два раза в неделю удаляют илососными машинами.

50