Очистка населенных пунктов от твердых отходов

В среднем в год на 1 человека приходится 300 кг твердых отходов, которые на 60% состоят из пищевых отходов, а 40% составляет текстиль, кожа, резина, бумага, упаковочный материал, металлы и т.д.

Мусор обладает высокой влажностью, способен загнивать, содержит органические и минеральные вещества. Органическая часть может гнить, содержит микроорганизмы и поэтому вредна, но служит хорошим предшественником компоста, она хорошо горит. Минеральная часть не подвержена распаду, безвредна, не горит, поэтому затрудняет сжигание мусора.

Этапы очистки от твердых отходов (мусора):

1. Сбор и вывоз.

2. Обезвреживание и утилизация.

1. Сбор мусора можно осуществлять с помощью:

а) мусоропроводов (централизованная система). Мусоропроводы предусматриваются в жилых домах высотой более 5 этажей. Они обеспечивают наибольшие удобства и наименьшую затрату времени для сбора бытового мусора из квартиры. Мусоропроводы представляют собой вертикальный канал диаметром 40-60 см, который имеет загрузочные клапаны и мусороприемную камеру с бункером на 1 этаже. Мусоропровод оборудуется вентиляционным устройством. Загрузочные отверстия должны быть закрыты плотно прилегающими к ним клапанами. Мусоросборную камеру, как правило, размещают в специальном помещении. Вход в нее должен быть изолирован от входа в жилое помещение. Камера должна быть оборудована водопроводом и канализацией. Мусоропроводы располагаются в стене, разделяющей кухни 2 квартир, или на промежуточной лестничной площадке, что позволяет обслуживать большее число квартир. Мусоропроводы необходимо регулярно подвергать обработке;

б) мусоросборников (децентрализованная система).

Мусоросборники по объему должны соответствовать односуточному накоплению мусора. Это необходимо для того, чтобы вовремя освобождать их, прежде чем мусор загниет. Виды мусоросборников – квартирные (обычное ведро), дворовые и уличные (контейнеры объемом 80, 100, 120 или 600, 700 л). Размещать контейнеры необходимо на специальных площадках. Они должны находиться на расстоянии не более 100 м от обслуживаемых подъездов и не ближе 15 м от окон ближайших квартир, детских учреждений, спортивных площадок и зон отдыха. От зон отдыха площадки отделяются полосой зеленых насаждений. Для предупреждения выплода мух и распространения геогельминтозов контейнерные площадки должны иметь твердое покрытие и достаточные размеры для предупреждения контакта отходов с почвой (контейнеры должны занимать не более 25-30% площадки). Площадка должна иметь ограждение и навес. Необходимо правильно рассчитывать число контейнеров на площадке. Количество мусоросборников рассчитывают исходя из численности обслуживаемого населения, нормы накопления и частоты удаления мусора. Отходы следует вывозить летом ежедневно, зимой не реже 1 раза в 2 суток.

Существуют следующие схемы децентрализованного сбора и вывоза мусора:

- с использованием несменяемых контейнеров (метод постоянной посуды). По этой схеме после выгрузки отходов из контейнера в спецавтотранспорт (мусоровоз) его устанавливают на прежнее место (контейнерную площадку). Контейнеры закреплены за домовладениями, и их ремонт и регулярное мятье являются обязанностью жилищно-эксплутационных предприятий. Преимущество – возможность уплотнения вывозимых отходов при погрузке их в автотранспорт;

- с использованием сменяемых контейнеров (метод сменной посуды). Порожний контейнер выгружается с платформы мусоровоза, а на его место устанавливается заполненный контейнер с контейнерной площадки. Освобожденные контейнеры моют централизованно на мусороперерабатывающем заводе или полигоне твердых бытовых отходов. Заполненные контейнеры вывозят для разгрузки на предприятия по обезвреживанию ТБО. Недостатком является то, что для обслуживания необходимо большее число мусоросборников.

Данные методы используются в жилых районах многоэтажной застройки. Они обеспечивают удобство для населения, отвечают санитарным требованиям, обеспечивают высокую производительность мусоровозов при механизации погрузочно-разгрузочных работ в средних и малых населенных пунктах.

- бесконтейнерная, или планово-поквартирная схема сбора мусора. Такая схема применяется в небольших городах с домами не более 5 этажей при высокой плотности застройки. Спецавтотранспорт прибывает точно в назначенное время, к которому жильцы должны вынести квартирные мусоросборники и погрузить отходы в мусоровоз. Преимущество – не происходит накопление мусора на дворовой территории, тем самым улучшается ее санитарное состояние. Недостатком является неудобство для жителей, так как они по разным причинам не всегда успевают осуществить перегрузку отходов в мусоровозы, прибывающие в строго определенное время, поэтому бытовые отходы остаются в квартирах. В связи с этим необходима активная разъяснительная работа с населением для того, чтобы предотвратить вынос мусора во двор. Кроме того, уменьшается производительность мусоровозов по сравнению с первыми 2 методами на 20%, требуется большее количество транспортных единиц и обслуживающего персонала. Эффективность этой схемы во многом зависит от достаточности спецавтотранспорта и соблюдения графика движения автомашин.

2. Методы обезвреживания и утилизации мусора:

1. мусоросжигание;

2. мусоропереработка;

3. компостирование;

4. устройство полигонов твердых бытовых отходов.

В нашей стране данные методы составляют: устройство полигонов ТБО – 87,5%, переработка в компост – 6,5%, сжигание – 5%, прочие методы – 1% от массы твердых бытовых отходов.

Мусоросжигание

Мусоросжигание проводится в специальных печах при температуре 900-1000⁰С, при которой разрушаются почти все органические и дурнопахнущие газообразные соединения. Эти печи и сооружения, связанные с ними, носят название мусоросжигательных станций или заводов.

Достоинства метода:

а) обезвреживание происходит радикально и быстро;

б) сокращается и удешевляется использование транспорта, отпадает необходимость вывоза мусора далеко за город;

в) не требуются значительные земельные участки;

г) тепло, пар, шлак могут быть в дальнейшем использованы.

Проблемы, связанные со сжиганием:

1. Ставить вопрос о мусоросжигании в городе можно в тех случаях, когда изучено накопление мусора и его свойства, особенно зольность и калорийность, и хорошо налажена и обеспечена транспортом коммунальная регулярная очистка. ТБО имеет низкую теплотворную способность, поэтому мусор, предназначенный для сжигания, должен быть сухим, свежим, незагнившим, с влажностью не выше 45-50% и зольностью 45%. При этих условиях он будет достаточно сухим и теплотворным, малозольным, гореть сам или с небольшой добавкой топлива и достаточно хорошо сгорать. Нельзя с мусором смешивать отбросы, имеющие высокую зольность: уличный смет и шлак из топок.

Кроме того, мусоросжигание рекомендуется при отсутствии гарантированных потребителей компоста и биотоплива в радиусе не менее 15 км, а также в условиях повышенных санитарных требований к обезвреживанию отходов, особенно в портовых и курортных городах.

2. Поскольку ТБО представляют собой различную по теплотворной способности массу, обеспечение полноты сгорания и эффективной очистки дымовых газов от вредных веществ становится сложной технической задачей. Температурные параметры топок ограничены температурой 900 – 1000⁰С. При более низких температурах не полностью разлагаются дурно пахнущие газообразные вещества, а более высокие приводят к быстрому износу металлических элементов топок. Мусоросжигательные установки (МСУ) должны быть оборудованы надежной системой очистки отходящих газов, причем стоимость системы газоочистки составляет не менее 20% стоимости завода. Такая высокая стоимость обусловлена тем, что для очистки отходящих газов необходимо использовать циклоны и электрофильтры.

МСУ необходимо располагать в складской, промышленной или транспортной зоне города. От жилых домов они должны находиться на расстоянии не менее 300 м во избежание загрязнения воздуха.

Недостаток метода: сжигание ТБО в обычных установках влечет за собой образование большого количества других не менее опасных продуктов, приводящих к загрязнению почвы, воды и атмосферного воздуха. Выбросы МСУ содержат ПХДД (полихлорированные дибензо-п-диоксины) и ПХДФ (дибензофураны) – это чрезвычайно опасные вещества, которые обладают токсическим и канцерогенным эффектом. Зола и шлак, образующиеся при сжигании ТБО, содержат обычные минеральные вещества, тяжелые металлы, диоксины. Сточные воды, образующиеся на МСУ, также содержат тяжелые металлы и диоксины.

Попытки совершенствования технологии сжигания на МСУ пока не привели к положительным результатам. При сжигании ТБО на каждый кубометр отходов расходуется около 150 м³ чистого атмосферного воздуха.

Перспективным методом термического обезвреживания ТБО считается пиролиз – высокотемпературный (от 400 до 1200⁰) способ разложения органического вещества без доступа кислорода и без добавления химических реагентов. Товарными продуктами пиролиза являются либо горючий газ, содержащий много метана, либо полимерные смолы сложного химического состава, используемые в химической промышленности. Шлаки, образующиеся в процессе пиролиза, инертны и могут быть утилизированы при строительстве дорог или в промышленности строительных материалов. Пиролиз в противовес сжиганию трактуют как экологически чистый (протекающий в замкнутом аппарате) технологический процесс, характеризующийся простотой аппаратурного оформления, минимальными выбросами в атмосферный воздух, большей способностью к переработке проблемных отходов (пластмассы, резины и пр.). В настоящее время пиролиз может быть компонентом более сложных систем обезвреживания ТБО (например, обработки неферментируемой фракции, полученной при биотермическом обезвреживании ТБО на МПЗ заводе).

Мусоропереработка

Преимущества метода:

1. обеспечивается сбережение земельных ресурсов;

2. используется ряд компонентов ТБО (металл, дерево, стекло) в качестве вторичного сырья;

3. производство из отходов новых целевых продуктов (биотоплива, компоста, инертного строительного материала);

4. уменьшается загрязнение почвы и водных объектов.

На мусороперерабатывающих заводах вначале с помощью различных процессов (электромагнитной сепарации черного металла, электроиндукционной сепарации цветного металла, гравитационной сепарации стекла, воздушной сепарации бумаги и пленок) извлекают ценный утиль (стекло, бумагу, металлы). Затем отходы поступают на биотермическую переработку. Она производится в горизонтальных вращающихся барабанах-ферментаторах диаметром около 2 м и длиной 60 м при оптимальных условиях увлажнения и аэрации. Внутри барабана установлено шнековое устройство (винтовой конвейер) для перемещения массы отходов по длине ферментатора. Отходы, загруженные с одного конца ферментатора, продвигаются с помощью шнека до противоположного конца за 2 – 3 суток. Преобразование ТБО в продукт, безвредный в санитарно-эпидемиологическом отношении, обеспечивает тепло, выделяемое аэробной термофильной микрофлорой ТБО. Температура обезвреживаемой при медленном вращении ферментатора массы без искусственного подогрева и бактериальных добавок достигает 60-65⁰С, что создает условия для ускоренной трансформации органических веществ в более стабильные, годные для питания растений формы, для отмирания патогенной микрофлоры, яиц гельминтов и личинок мух. При 3-суточном цикле ферментации товарным продуктом является эпидемиологически безопасное органическое удобрение для открытого грунта, при 2-суточном цикле товарным продуктом является биотопливо для закрытого грунта (теплиц, парников), тоже обезвреженное в отношении яиц гельминтов и личинок мух, но с более низким коли-титром. Полученный компост безвреден для окружающей среды и безопасен для населения и лиц, соприкасающихся с ним в процессе применения компоста в сельскохозяйственной практике.

Компостирование

Компостирование – сложный аэробный биологический процесс, при котором легко гниющие органические вещества под влиянием почвенных бактерий при доступе кислорода разлагаются с образованием подвижных форм, хорошо усвояемых растениями – это биохимический процесс. В результате мусор разогревается, органические вещества минерализуются, нитрифицируются и образуется однородная масса – гумус (органическое азотистое удобрение).

Фазы компостирования:

1. фаза нарастания температуры. С первых же дней в компосте независимо от времени года повышается температура. Эта фаза характеризуется усиленным размножением неспороносных мезофильных микроорганизмов. Оптимальная температура их развития 25-30⁰С. Источником энергии для этих бактерий служат легко разлагаемые органические соединения (сахара, органические кислоты, белки и т.д.), вследствие чего уже в первый период компостирования происходит распад органических веществ. Полученные продукты разложения (аминокислоты, мочевина, мочевая кислоты, моносахариды, жирные кислоты) проникают через оболочку микробов, питая их. Повышение температуры компостируемой массы создает благоприятные условия для размножения более теплолюбивых (споровых) форм, а мезофиллы начинают отмирать. Такая схема микробиального населения начинается примерно в зоне температур 42-45⁰С. Фаза нарастания температуры в зависимости от условий компостирования может длиться от одних суток до десяти дней. При обычной в компостах температуре 50⁰С и выше гибнут многие неспороносные бактерии, в частности кишечной группы (брюшного тифа, дизентерии), опасные для человека.

2. фаза высоких (стационарных) температур. Предварительная работа мезофильных организмов способствует созданию условий для развития термофилов, в результате жизнедеятельности которых выделяется большое количество тепла. В благоприятной обстановке бактериальная масса термофилов быстро растет. При повышении температуры на каждые 10⁰ микробиальные процессы усиливаются в 2-3 раза, пока температура не превысит 70⁰С. Продолжительность этой фазы может составлять от 1 суток до 3-4 недель при искусственных ускоренных методах биотермической переработки мусора, а при естественных методах (компост) от 2-3 месяцев до 1 года. В эту фазу при повышении температуры до 75⁰С жизнедеятельность термофильных микроорганизмов снижается, и термофилы погибают, так как кончаются питательные для них вещества.

3. медленное падение температуры при сохранении общего количества микроорганизмов. Значительное снижение температуры в этот период показывает, что все подвижные соединения компостируемой массы использованы. Вновь синтезируемое сложное органическое вещество получило название гумуса, а сам процесс – гумификации.

На процесс гумификации влияют:

а) аэрация отходов – аэробная флора, перерабатывающая бытовые отходы, требует постоянного притока кислорода и отвода газообразных продуктов дыхания. Высокие концентрации СО₂ могут оказать токсическое воздействие на микрофлору, что приведет к снижению интенсивности биологических процессов;

б) влажность отходов. Оптимальная влажность 30% - 69-75%. За пределами данных величин биохимические процессы быстро замедляются;

в) количество и качество легко загнивающих органических веществ. Их должно быть не менее 30%, а неорганических – не более 25% от общей массы;

г) размер частиц. Измельчение твердых отходов приводит к интенсификации биохимических процессов;

д) рН отходов – оптимально 6,5 – 7,6;

е) степень обсемененности отходов термофильными микроорганизмами;

ж) температура. Чем лучше условия будут созданы для скорейшего развития высокой температуры, тем скорее и надежнее произойдут биохимический распад органических веществ и отмирание патогенной микрофлоры.

Созревание компоста в зависимости от климатических условий и времени закладки (лучше весной, в начале лета) продолжается от 5 до 12 месяцев, пока компост не превратится в темно-коричневую рыхлую массу, лишенную неприятного запаха и не привлекающую мух. Эту массу просеивают через сито (грохота) с отверстиями 10-14 мм, чтобы удалить камни, стекло, шлак.

Устройство компостов зависит от того, где они располагаются:

- на индивидуальных усадьбах.

Послойно укладывается слой мусора (15 см), слой компостной массы, слой мусора и т.д. Для биохимических процессов нужна хорошая аэрация и достаточная влажность. Это достигается перелопачиванием компоста и увлажнением. После созревания компостную массу используют в качестве удобрения;

- коммунальные поля компостирования.

Сюда вывозится мусор со всех домовладений населенного пункта. Поля должны находиться на расстоянии 500 м и связываться с городом удобной дорогой. Участок выбирают ровный, без больших уклонов, не затопляемый водами. Его следует окружить отводной канавой с валом и засадить по периферии деревьями и кустарниками. Земли под поля требуется немного – 0,13 га на 1000 жителей. Участок планируют с указанием места для штабелей, проездов между ними, въездной дороги и хозяйственного двора. Размеры штабелей: ширина по низу – 3 м, по верху – 1,5 – 2,0 м с углублением для задержки атмосферных осадков; высота 1 – 1,5 м, длина 20-25 м и больше. Штабеля размещены параллельными рядами на расстоянии 3 м один от другого. В основание штабелей укладывают влагоемкие материалы (торф, солому, опилки, компост) для задержания образующейся при компостировании жидкости. Штабель состоит только из мусора, но сверху и с боков он должен быть покрыт слоем 10-20 см земли или компостного гумуса из ранее созревшего штабеля. С землей и гумусом вносится специфическая микрофлора, компост утепляется, предохраняется от высыхания, защищается от доступа мух к мусору, дурно пахнущие газы задерживаются.

Кроме того, компостирование может проводиться в биотермических камерах или индустриальным способом на МПЗ.

Устройство полигонов ТБО

Полигоны ТБО – это специальные инженерные сооружения природоохранного назначения, предназначенные для изоляции и обезвреживания ТБО.

Обезвреживание отходов на полигонах происходит в результате биохимических процессов, происходящих в основном за счет термофильной микрофлоры, развивающейся в теле полигона.

Недостатки:

1. Полигон твердых бытовых отходов представляет опасность для окружающей природной среды:

- в атмосферном воздухе обнаруживаются различные бактерии, грибы;

- в теле полигона постоянно образуются и выделяются в атмосферный воздух метан, оксид углерода, фенолы, аммиак, сероводород, толуол, ксилол и другие органические соединения, смесь которых получила название биогаз. Ему присущи токсические, аллергические свойства, он пожаро- и взрывоопасен;

- в процессе биохимического распада твердых отходов в теле полигона образуется фильтрат, в котором присутствуют растворимые соединения всех химических элементов, в том числе токсичных металлов. Фильтрат загрязняет почву в окрестностях полигона, а при неблагоприятных природных условиях может проникать в грунтовые воды и воды поверхностных водных объектов;

- в теле полигона создаются новые биотопы для домашних и полевых грызунов, мух, комаров – переносчиков зоонозных и трансмиссивных болезней.

2. большая площадь земли, на многие десятилетия выводимая из хозяйственного оборота. На урбанизированных территориях с высоким уровнем хозяйственного освоения выбрать участок для размещения полигона, который удовлетворял бы все гигиеническим и экологическим требованиям, невозможно.

Требования к организации, эксплуатации и консервации после окончания эксплуатации полигона

Участок для полигона выбирают с учетом геологических, гидрогеологических, орфографических условий, взаиморасположения с окружающими поселениями (расстояния и розы ветров); для размещения полигона можно использовать овраги, выработанные карьеры и другие неровности рельефа. Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается, как правило, на срок эксплуатации (не менее 15 лет).

- полигоны ТБО не размещают в рекреационных зонах, на территории 1-го и 2-го поясов ЗСО источников питьевого водоснабжения, во всех зонах охраны курортов и источников минеральных вод, а также в местах выхода на поверхность трещиноватых горных пород;

- радиус СЗЗ полигона должен составлять 1000 м;

- геологическим основанием полигона должны быть глины или тяжелые суглинки, при отсутствии таких пород необходимо устройство водонепроницаемого экрана из глины или искусственных каландрированных геомембран;

- высота стояния грунтовых вод на территории полигона должна быть не менее 2 м.

- по дну котлована полигона укладывается дренаж для сбора и последующего обезвреживания фильтрата.

Схема основных технологических операций при эксплуатации ТБО

Доставка ТБО – радиационный дозиметрический контроль – разгрузка мусоровозов у карты – укладка ТБО на карте слоями – послойное уплотнение ТБО – укладка промежуточного или окончательного слоя – рекультивация: засыпка растительным грунтом, озеленение. На территории полигона, кроме участков для складирования и захоронения, могут быть специальные инженерные сооружения для сортировки, переработки или уничтожения отходов.

Закрытие полигона (вывод из эксплуатации) осуществляется после его отсыпки на проектную высоту. Последний слой отходов при выводе из эксплуатации окончательно перекрывается наружным изолирующим слоем грунта, мощность которого в зависимости от последующего использования территории полигона может колебаться от 0,6 до 1,5 м. Поверх изолирующего слоя укладывают слой плодородного грунта, поверхность бывшего полигона озеленяют для предотвращения выветривания и размывания атмосферными осадками. Территорию выведенного из эксплуатации полигона захоронения ТБО можно использовать для создания лесопарков, открытых складов товаров непищевого назначения. Капитальное строительство на территории полигона ТБО, выведенного из эксплуатации, не допускается в течение не менее 40 лет.

Какого-либо одного универсального метода обезвреживания и переработка твердых бытовых отходов, удовлетворяющего современным экологическим, гигиеническим требованиям и рационального с экономических позиций, не существует. Тенденция мировой практики в этой области – комплексная переработка ТБО, основанная на промышленной технологии по принципу комбинации различных методов, объединяемых рациональной сортировкой отходов на всех этапах цикла обращения.