Реферат: Твердые бытовые отходы (ТБО), их складирование, сепарация и сортировка по группам

Исследование свойств ТБО связано со значительными трудностями в виду большого числа составляющих компонентов. Это число меняется в зависимости от климатических условий, времени года, особенностей местности и т.п.. Так по данным М.И. Мягкова, Г.М.Алексеева (1) плотность ТБО колеблется от 0,06 до 0,45 т/м³. При этом морфологический состав ТБО значительно меняется и по годам. Это связано разумеется с социально-экономическим положением населения и т.п. В осенне-зимний период содержание пищевых отходов превышает среднюю величину. Физико-химические характеристики ТБО двух крупнейших городов бывшего Советского Союза по данным работы (1), основанными на материалах 1967-1977 г.г. приводятся в таблицах 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1

Однако данные, приведенные в таблице 4.1 в какой-то мере следует считать устаревшими по ряду причин. За последние годы с 1988 по 1996 год произошли существенные изменения в социально-экономической жизни населения РФ. Появилось много товаров иностранного производства в соответствующей упаковке. Поэтому для более современной оценки свойств ТБО приводим состав ТБО г. Владимира, одного из средних городов РФ (2). Данные получены в 1995 году институтом Рудологии (Франция, г. Леваль) и Исследовательским институтом по окружающей среде IMOTEP (См. таблицу 4.3).

Таблица 4.2 (Из работы (1))

Таблица 4.3 (Данные Института Рудологии г.Леваль)

Итого, компоненты ТБО, которые должны быть направлены для биохимического разложения по данным 1966-1977г.г. составляет 77,6%. Для г. Владимира по данным 1995г. эти компоненты ТБО составляют 67%, т.е. значительно больше половины от веса всех ТБО.

Следует отметить очень важный фактор, о котором мы упоминали в главах, посвященных ТПО, хотя там эта часть ТПО составляет сравнительно небольшую часть ТПО от общего количества ТПО. ТБО представляет определенную опасность для здоровья всех граждан и для окружающей природной среды. ТБО также как и некоторая часть ТПО является весьма благоприятной средой для развития патогенной микрофлоры (брюшной тиф, дизентерия, туберкулез и т.д.) и даже средой для развития всей паразитической микрофауны и макрофауны. По данным работы (1) коли титр ТБО ~0,000004; титр протея несколько другого порядка менее 0,004. В ТБО, да и в некоторой части ТПО содержащей природные полимерные материалы и хранившиеся на несанкционированных открытых свалках часто обнаруживается гельминтофауна (яйца глистов). При плюсовой температуре, начиная с апреля в ТБО и в некоторой части ТПО в огромном количестве начинают размножаться переносчики инфекционных заболеваний (патогенной микрофлоры) и гельминтофауны, мухи и грызуны всех видов. Переносу этих страшных инфекционных заболеваний способствуют и размножившиеся в большом количестве крупные птицы в первую очередь вороны. ТБО, содержащие до 40-50% пищевых отходов при положительных температурах (начиная с апреля) в нашей средней полосе РФ начинают разлагаться, выделяя неприятный запах. В условиях достаточной аэрации начинается аэробное разложение таких ТБО, содержащих пищевые отходы, т.е. развитие и размножение аэробных бактерий. Это проявляется в постепенном разогревании слоев ТБО. Такое свойство ТБО используется для приготовления биомассы (компоста), прекрасного природного органического удобрения.

При сильной увлажненности и недостатке воздуха начинается процесс анаэробного разложения ТБО за счет развития анаэробных бактерий. Подробно, в деталях эти процессы и приемы экологической биотехнологии мы рассмотрим в отдельных последующих главах.

Несанкционированное, стихийное складирование ТБО без учета требований и приемов экологической биотехнологии вызывает выделение вредных химических (сероводород, индол, скатол и т.п.) и биохимических компонентов. Распространяющиеся растворы, содержащие вредные химические и биохимические препараты загрязняют почвенный слой, попадают в грунтовые воды, а затем в открытые водоемы. Особенно все эти несанкционированные свалки ТБО, содержащие пищевые отходы опасны в жаркое сухое время года при t>+25°C, когда очень усиливается развитие всех видов микро- и макрофлоры, микро- и макрофауны и естественно идет интенсивно ферментация всех пищевых отходов и отходов природных полимерных материалов. При такой температуре t>+25°С сухой погоде создаются условия для интенсивного развития и распространения опаснейших инфекционных заболеваний холеры и чумы. Вот почему и опасны стихийные свалки ТБО не только для природной среды, но и для человека.

Как же наиболее правильно, безопасно и рационально использовать ТБО. ТБО перед их переработкой необходимо обязательно подвергнуть сепарации по группам, если таковая имеет смысл исходя из технико-экономических соображений. Затем каждую группу исходя из ее физико-химических свойств подвергнуть переработке. Если сепарация ТБО по группам, исходя из технико-экономических расчетов, нецелесообразна (например для мелких населенных пунктов, небольших поселков и городов), то такие ТБО необходимо подвергнуть переработке при очень высоких температурах +1200-1400°С в течение 4-7 часов для того, чтобы обезопасить природную среду и человека от образования галоидированных ДО и ДПВ и полностью, и гарантированно уничтожить их. Кроме того, такие температуры гарантируют уничтожение споровых форм опаснейших инфекционных заболеваний. Для безопасной переработке ТБО не подвергнутых сепарации, мы предлагаем самый надежный способ - переработку ТБО в аппарате системы Пурвокс или в электротермическом реакторе (См. главу 1).

Итак, рассмотрим вопросы складирования и сепарации ТБО.

4.2. Основы складирования и сепарации ТБО. Технологические схемы ее проведения

Учитывая высокую химическую и санитарно-эпидемиологическую опасность неорганизованного складирования и хранения ТБО, перед выбором площадки для такого складирования необходимо тщательно рассмотреть ряд вопросов: особенности местности, рельеф местности, особенности геологического строения земных слоев предполагаемого места складирования и хранения ТБО, преобладающую розу ветров, особенности окружающего природного ландшафта. Только тщательный анализ всех этих факторов биогеоценоза, приведенный компетентными профессиональными специалистами и только после тщательной экологической экспертизы, выполненной независимыми экспертами-профессионалами можно останавливаться на выборе определенного участка для складирования, хранения и переработки ТБО. Каковы же основные требования к полигону ТБО?

1. Полигон для складирования и хранения ТБО ни в коем случае не должен заливаться паводковыми водами, т.е. он должен располагаться на определенной высоте по расположению к близлежащим водоемам. Это крайне необходимо из-за санитарно-эпидемиологических требований.
2. Полигон должен быть окружен солидными лесными массивами и направление преобладающей розы ветров должно быть таким, чтобы воздух с поверхности полигона не мог попасть на близлежащие населенные пункты.
3. Складирование и хранение ТБО должно производиться на подготовленное водонепроницаемое основание так, чтобы в процессе многолетней работы грунт был плотным (желательно толстый слой глины не менее 5 м.), не было бы вероятностей образования оползней, просачивания водных растворов с продуктами разложения.
4. ТБО должны складироваться и распределяться по участку сравнительно тонким слоем и этот слой должен быть уплотнен так, чтобы не было разноса мелких и легких частиц.
5. Недопустимо попадание грунтовых вод на основание полигона ДПО.
6. Высота слоя закладки ТБО не должна превышать 2 м. Уплотненные ТБО должны покрываться промежуточным слоем, который бы препятствовал уносу ветром мелких и легких фракций ТБО, а также препятствовал бы выходу на свободную поверхность развивающихся насекомых и в первую очередь мух.
7. ТБО должны складироваться, храниться и перемещаться на заранее спланированные участки (карты) по мере сепарации их и переработки.

Каковы основные требования с целью обеспечения санитарно-эпидемиологических норм при эксплуатации полигонов ТБО?

1. Засыпка ТБО (с учетом расположения карт) и наличие запаса материала для покрывающего слоя.
2. Недопущение сжигания ТБО на территории полигона.
3. Орошение карт с хранимыми ТБО в периоды пониженной пожароопасности в засушливый летний период.
4. Не допускается совместное складирование и хранение ТБО с даже единичными трупами животных, а также токсичных, взрывоопасных промышленных отходов. За правильной эксплуатацией полигонов ТБО осуществляется постоянный контроль соответствующими санитарными эпидемиологическими центрами и комитетами по охране природы.

Итак, по мнению ведущих российских и зарубежных специалистов наиболее современным экологическим и экономическим требованиям соответствует комплексная технология (1) переработки ТБО, соединяющая воедино комбинацию процесса сепарации и сортировки ТБО, процессов экологической биотехнологии, высокотемпературной переработки определенной фракции ТБО (при t +1200- 1400°С в течении 4-7 часов и захоронение не утилизируемой и экологически безопасной фракции ТБО).

При поступлении каждой порции ТБО необходимо производить тщательный осмотр поступивших ТБО, производить дозиметрический контроль каждой порции ТБО. Далее допускается выгрузка порции ТБО на заранее спланированный участок ( карту ). Порция ТБО подвергается перед переработкой сепарации по группам и сортировке. Сепарация и сортировка ТБО может производиться различными технологическими способами.

Например, поступающая порция ТБО подается на ленточный транспортер-питатель по которому движется порция ТБО и далее, по мере движения ленты металлические частицы улавливаются электромагнитными сепараторами

После улавливания металлических частиц ТБО поступают на операцию дробления. Дробилки, применяемые для дробления ТБО могут быть различного типа. Например дробилки типа " Мультиротор" (Франция) (2). Для дробления ТБО необходимо учитывать тот фактор, что после отделения металла (точнее черного металла) в ТБО могут находиться камни, в лучшем случае кирпичи, в худшем булыжники, кости, стекло, различные виды пластических масс. Поэтому необходимо, чтобы элементы дробления дробилки (любого типа) выдерживали такую кратковременную экстремальную нагрузку. Двигатель с приводом дробилки также должен иметь достаточный предел мощности (запас мощности) и должен быть готовым к таким максимальным нагрузкам. Вот здесь можно сделать (после отделения черных металлов) как наиболее опасных для дробления второй этап сортировки. А именно поставить на технологическом потоке пневматический (потоком воздуха) классификатор ТБО типа "ЗИГ-ЗАГ"

Этот второй этап классификации следует использовать когда нет гарантии безаварийной работы дробилки при дроблении камней, костей, стекла и пластмасс. В этом случае твердые тяжелые части ТБО будут отделяться от легкой фракции. Однако есть у данного варианта и существенный недостаток. Вместе с камнями, стеклом, пластическими массами и костями в тяжелую фракцию попадут и пищевые отходы, что крайне нежелательно для дальнейшей переработки. В общем, каждый технолог и специалист выбирает свою технологическую схему, исходя из реальных конкретных условий работы.

На наш взгляд интересна технологическая схема переработки ТБО, приведенная в работе (2). По этой схеме порция ТБО поступает на два технологических потока (См. рис. 5). ТБО разгружаются на два питателя и транспортируются по этим линиям, на которых установлены электромагнитные сепараторы СЭ-1 конструкции ВНИИ коммунмаш. Отделенный черный металл попадает на прессование где из него получаются определенные изделия. Ширина ленты конвейеров, описанная в работе (2) составляет 1200 мм, скорость движения 1м/с. Над лентой конвейера и устанавливаются электромагнитные сепараторы. После отделения черного металла ТБО поступают на дробилки и далее по слабому наклону дробленные ТБО поступают на горизонтальный транспортер, питающий специальные биологические барабаны. В трех вращающихся барабанах происходит главная технологическая операция - приготовление биомассы-компоста. Однако, если грамотно и правильно рассматривать эту биомассу, то она так называется весьма условно. Это точнее только грязное сырье для получения экологически чистой биомассы. Это биомасса-компост получается способом экологической биотехнологии, описанной нами далее весьма подробно в последующих главах. Более того масса может содержать тяжелые (в первую очередь цветные) металлы (1) (Cu, Zn, Cr и т.д.), что крайне недопустимо, особенно содержание кадмия.

Биобарабан представляет из себя стальной пустотелый цилиндр. В работе (2) указываются размеры: длина 60 и диаметр - 4 м. Толщина стенки 20 мм. Впереди есть загрузочное устройство в виде неподвижной камеры. На торце барабана находится разгрузочный люк, который открывается с помощью электропривода. Внутри барабана вмонтирована система аэрации (специальная подача воздуха) и одновременно осуществляется удаление выделяющихся газов с помощью специальной системы отсоса. Внутри барабана кроме того производится орошение биомассы обеспечивающее требуемую влажность продукта. Вращение биобарабанов осуществляется от электрического привода.

Разумеется такая биотехнологическая схема переработки ТБО

очень далека от оптимальной биотехнологической схемы. Более того, такая масса является слишком грязной по следующим причинам:

1. В такой массе могут присутствовать цветные металлы: медь, цинк и т.п., т.к. производится отделение только черного металла с помощью электромагнитных сепараторов.
2. В такой массе могут присутствовать камни, стекло, пластические массы из синтетических полимерных материалов и, что самое неприятное, очень большое количество отработанных химических источников тока (ОХИТ), которые могут быть источниками образования хлора, а следовательно и источниками образования галоидированных ДО и ДПВ, т.е. самых опасных супертоксикантов в мире.

Кроме того, такая масса не является полноценным готовым компостом - биомассой, т.к. в такой массе не прошла до конца ферментация (см. последующие главы), и более того, применение такой массы представляет определенную микробиологическую опасность (см. также последующие главы), т.к. в такой массе может быть активная патогенная микрофлора и паразитическая гельминтофауна. И кроме всего прочего в такой массе могут содержаться тяжелые металлы, что также недопустимо.

В общем, такая технологическая схема переработки ТБО, приведенная на рис.5 далека от совершенства и от оптимальной схемы. Более того, как мы уже упоминали, такая грязная масса, засоренная камнями, пластмассами и с возможным присутствием тяжелых металлов не может с учетом современных требований без проведения дополнительной тщательной очистки, в первую очередь от тяжелых металлов, быть использована для получения истинно экологически чистой биомассы в качестве природного органического удобрения. И, кроме того, необходимо проведение всего цикла ферментации, чтобы такая биомасса была безопасной с микробиологической точки зрения (подробно биотехнология рассматривается в последующих главах).

Существуют самые разнообразные схемы разделения (сепарации) ТБО по фракциям. По мнению Л. Штарке (3), мокрый способ сепарации целесообразен тогда, когда компоненты ТБО представлены уже в так сказать обогащенном виде. А именно в процессе подготовки ТБО к переработке производится очистка и тонкое разделение (предварительная сепарация) ТБО (4). Процесс, созданный фирмой Bureau of Mines позволяет получать бумажную фракцию, содержащую почти 100% основного компонента (5) (6) (7). Однако, в большинстве рассмотренных нами технологических схем разделение ТБО на первой стадии осуществляется сухим способом. Для этого используется воздушные сепараторы (например, типа "Зиг-заг", приведенный на рис.4) и различные классификаторы. Фирма Kraus-Maffei (ФРГ) использует чаще всего сухие способы сепарации ТБО. Для разделения бумажной и пластмассовой фракции используется гидроразделитель, работа которого основана на различной гидрофильности разделяемых фракций ТБО. В этом агрегате составные фракции подвергаются дальнейшему измельчению. Бумажная фракция с помощью водного потока подвергается турбулентному движению (т.е. движению с завихрением) и выделяется отдельно. Пластические массы вместе с отходами текстильных изделий образуют легко удаляемый верхний слой. Такой способ, как считают специалисты, рассчитан на отделение и возврат бумажных отходов. Одновременно он служит и для отделения и последующей переработки пластмасс. Технология фирмы Kraus-Maffei несомненно является более прогрессивной по сравнению с технологией указанной М.И. Мягковым и др. (2), где производится только на наш взгляд предварительная грубая сепарация от тяжелых черных металлов с помощью электромагнитных сепараторов и дробление. Определенный технологический интерес может представлять технологическая схема комбинированной сепарации ТБО, разработанной в г. Аахене (ФРГ). Здесь по схеме после магнитной сепарации черных металлов, просеивания крупные фракции ТБО измельчают и подвергают более глубокой сепарации. Легкая фракция (бумага и пластмасса) разделяется мокрым способом.

1 - разрыхляющая установка; 2,3 - мелкие сита; 4 - магнитный отделитель; 5 - резательно-валковый измельчитель; 6 - воздушный сепаратор; 7 - циклон; 8 - вентилятор с нижним дутьем; 9 - пыле-отделитель; 10 - поточный классификатор; 11 - фильтр для обезвоживания; 12 - концентратор; 13 - накопитель; 14 - насос; 15 - приспособление для выгрузки и обезвоживания; 16 - магнитный отделитель; 17,18 - установка для разделения по плотности; 19 - рифленые вальцы; 20,21 - оптико-механический прибор для сортировки.

I - бытовой мусор; II - зола, песок, органические соединения; III, IX, XIII - органические продукты; IV, XIV - железо; V - свежий воздух, VI - отработанный воздух; VII - мелкая пыль, VIII - циркули-рующий воздух; X - бумага, легкие пластмассы, текстиль; XI - промывная вода; XII - свежая вода; XV - цветные металлы; XVI - керамика; XVII - бесцветное стекло; XVIII - зеленое стекло; XIX - ко-ричневое стекло; XX - органическая составляющая, тяжелые пластмассы.

Целлюлозно-бумажная фракция набухает в воде. Переработка тяжелой фракции производится в классификаторе или в разделителе. Этот способ сепарации экономически выгоден при годовом объеме переработки ТБО 250 000 т. Ценным в данной схеме, как считает Л. Штарке), является то, что измельчение ТБО производится после отделения металлической фракции. Но с данным суждением можно не согласиться, так как такая последовательность операций характерна и для ранее упомянутых технологических схем в том числе и для схемы, приведенной на рис. 5.

Самой интересной и перспективной на наш взгляд представляет собой схема сепарации ТБО, представленная как схема сепарации RRR, приведенная на рис. 7 (10) (11) и применяемая по данным немецких специалистов в Стокгольме. По существу, такая же схема разделения ТБО, основанная на сухом способе отделения, разработана в США, в институте Франклина. По этой схеме ТБО дробятся в молотковой мельнице. Далее ТБО разделяются воздушными и магнитными сепараторами и классификаторами. Отдельные промежуточные фракции подвергаются дополнительному измельчению. Разделение пластических масс и бумаги производится в высоковольтном разделителе (12). В процессе сепарации ТБО играют важную роль форма отходов, загрязненность их поверхности маслами, жирами и поверхностно-активными веществами. Степень сепарации может быть достигнута весьма высокая, более 96%. Это очень важно, т.к. примеси во вторичном сырье оказывают существенное влияние на последующие технологические свойства материала при его переработке. Согласно этой схемы пластмассовая фракция спрессовывается в рулон. В

Стокгольме такая технологическая схема по данным работы (3) успешно функционирует при производительности установки 120 000 т ТБО в год. В чем заключается ценность, перспективность и оптимальность схемы сепарации ТБО, приведенной на рис. 7? Ну, во-первых, данная схема позволяет глубоко разделять ТБО на практически однородные фракции. Более того, по данной схеме достигается разделение ТБО практически до отдельных компонентов. Это позволяет полностью перерабатывать ТБО с максимальным выходом ценных сырьевых продуктов и создавать таким образом из бесплатного сырья благодатную основу для организации и работы различных предприятий по производству ценных товарных продуктов. В наше время перспективность данной технологической схемы переработки ТБО заключается прежде всего в том, что она позволяет получать раздельно олово, алюминий, цветные металлы. Это особенно важно, когда во всем чувствуется дефицит цветных металлов. И, наконец, во-вторых, оптимальность данного технологического процесса заключается в том, что этот процесс позволяет достигнуть степени сепарации, приближающейся к 0,97 (т.е. почти к единице).

Сравнивая приведенные технологические схемы (см. рис. 5, 6, 7) между собой следует отметить, что схема, приведенная на рис. 5 и работающая с некоторыми добавлениями и усовершенствованиями, до сих пор в Санкт-Петербурге (1), на наш взгляд, в значительной степени, устарела и не отвечает современным экологическим требованиям.

4.3. Перспективность переработки фракции ТБО

Итак, после разделения ТБО на фракции, каждая из фракций поступает на последующую технологическую стадию - стадию переработки в конечный продукт. На основании данных, приведенных директором департамента природопользования администрации Владимирской области г. С. Алексеевым, в работе (13)¹ , из поступающих в год ТБО из Владимира 540 000 м³ можно получить, по нашим расчетам, следующие количества ценных товарных продуктов.

50 000-60 000 т биологической массы² - компоста в качестве экологически чистого природного органического удобрения для всех видов почв.
10 000-12 000 т - стеклоизделий.
10 000-11 000 т - железа и железных изделий.
~ 7 000 т - пластических масс и изделий из них способом экструзии или литья.

И это еще далеко не полный перечень ценных товарных продуктов, которые можно получить из ТБО, поступающих за год в один из средних городов РФ Владимир. Если применить глубокое фракционное разделение ТБО (применив для разделения технологическую схему процесса RRR, изображенную на рис. 7), то можно получить кроме вышеназванных компонентов и цветные металлы, причем раздельно, такие ценные металлы, как олово (Sn), алюминий (Al) и суммарную фракцию цветных металлов, которую нетрудно разделить на виды: свинец (Pb), медь (Cu) и т.д.. Мы считаем, что после предполагаемого пуска Центра технического захоронения в любом благоразумном варианте или какого-либо другого полигона по переработке ТБО с глубоким разделением по фракциям, предприимчивым молодым предпринимателям нужно, все взвесив, все рассчитав, очень основательно, начинать свое дело. Главное дешевое сырье и широкий ассортимент получаемых ценных продуктов от экологически чистого, дефицитного для среднего класса органического природного удобрения биомассы-компоста до широкого ассортимента товаров из металла, пластических масс, стекла и т.п.. Одна только биомасса-компост, составляющий по весу 60-70% от общего количества ТБО, поступающих за год (включая все целлюлозно-бумажные отходы) при цене биомассы в 2 раза дешевле животного навоза, т.е. по цене 100 000 рублей за одну тонну (по ценам 1996 - начало 1997 г.г.) может дать за один год прибыль в несколько миллиардов рублей. От продажи такой продукции можно получить до 6 миллиардов рублей за вычетом расходов на приобретение оборудования (один бульдозер для перемешивания и перемещения биомассы, одна или две дробилки), на оплату обслуживающего персонала и на приобретение биодобавок для разложения биомассы (с целью ускорения разложения). Подробно технология получения такого природного органического удобрения изложена в последующих главах.

Литература к Главе 4

1. В. Ульянов, О существующих методах обезвреживания твердых бытовых отходов // Экологический бюллетень "Чистая земля", Владимир, Спец. выпуск, №1, 1997, с.22-27.
2. М.И. Мягков, Г.И. Алексеев, В.А. Ольшанецкий, Твердые бытовые отходы, Л-д, Стройиздат, 1978, с.51, 69.
3. Л. Штарке, Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс, Пер. с немец., к.х.н. В.В. Михайлова, Л-д, Химия, (Лен. отд.), 1987, с.30-33.
4. Schenkol W. // Chem. - Ing. - Techn. 1977, jg.49, №12, s. 966-969.
5. Baum B., Parker C.H. // SPEJ., 1973, v.29, №5, р.41-45.
6. Mod. Plast. Int., 1975, v.5, №10, p.64-66.
7. Sinn H // Chem.- Ing.- Techn., 1974, Jg.46, № 5, s.576-579.
8. Chem.- Ing.- Techn., 1975, Jg.47, №13, s.A384.
9. Hoberg H., Schulz E. // Aufbereitungstechnic, 1977, jg.18, №1, s.1-5.
10. Wasser, Luft und Betrilb., 1979, jg.23, №10, s.46-47.
11. Mod. Plast. Int., 1977, v.7, №11, p.11-13.
12. Firnhaber R.B. // VDI-Nachr., 1974, jg.28, №5, s.1-2.
13. С. Алексеев, Что такое ЦТЗ? // Экологический бюллетень "Чистая земля", Спец. выпуск, №1, 1997, с.1-5.

Сноски

1. Данные получены и обработаны Институтом Рудологии (Франция) в 1995 году
2. 50 000-60 000 т в год можно получить готовой биомассы при глубокой сепарации ТБО. Выход сырья для получения биомассы из общего годового поступления ТБО в количестве ~135 000 т составляет ~90 000 т. В процессе переработки способом экологической биотехнологии из такого количества образуется 50 000 - 60 000 т биомассы.