Экология/2. Экологические и метеорологические проблемы
больших городов и промышленных зон
К.т.н. Столярова Н.А., Ботвина И.В.
Автомобильно-дорожный институт ГВУЗ
«ДонНТУ»,Украина
БИОТЕРМИЧЕСКОЕ
КОМПОСТИРОВАНИЕ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Во всем мире остро стоит проблема утилизации бытового мусора – твердых бытовых
отходов. Ежегодное количество образуемых отходов в развитых странах составляет
до 15 тонн на человека в год, а в странах с сырьевой экономикой эта цифра
увеличивается до 50-100 тонн. Данные по производству бытовых отходов приведены
в таблице 1.
Таблица 1. Производство бытовых отходов
|
Страна |
Всего в год, тонн |
На душу населения в день, кг |
|
США
(1997) |
200.000.000 |
1.91 |
|
США
(2004) |
220.000.000 |
2.1 |
|
Западная
Европа |
123.300.000 |
- |
|
Российская
Федерация (2000) |
26.000.000 |
0.117 |
|
Казахстан |
18.000.000 |
0.9 |
В настоящее время в нашей
стране накоплено более 21 млрд. тонн отходов, с учетом исторических
загрязнений, в том числе, 237 млн. тонн радиоактивных. За последние четыре
года, начиная с 2000, их ежегодное образование возросло с 92 до 150 млн. тонн в
год, или в 1,6 раза [1].
Значительная доля образующихся
в мире отходов содержит более 10-15% сухих веществ и относится к категории
твердых отходов. К ним принадлежат отходы промышленного, сельскохозяйственного
и коммунального происхождения, в том числе, отходы городских свалок, содержащие
до 50-70% сухих веществ.
Эти отходы представляют
опасность для окружающей природной среды. Твердые бытовые и промышленные
отходы являются благоприятной средой
для развития патогенной почвенной микрофлоры, паразитической микро- и
макрофауны. Стихийное складирование твердых бытовых и промышленных отходов без
учета требований и приемов экологической биотехнологии вызывает выделение
вредных химических и биохимических компонентов, особенно в летнее время. В то
же время, при переработке твердых бытовых отходов различными методами можно
получить до 40% биомассы компоста (в качестве экологически чистого удобрения),
3-5% стеклоизделий, 3-4% железа и железных изделий, 2-3% пластических масс, а
при глубоком фракционном разделении – цветные металлы, причем, раздельно
[2].
Среднее накопление отходов в крупных городах колеблется, в среднем, от
1,3 до 2,2 м3 на жителя в год.
Для решения данной проблемы
правительство 4 декабря 2003 года приняло проект закона «Об отходах», основными
принципами которого являются:
- не допущение образования отходов путем применения
современных технологий;
- утилизации отходов до полного извлечения полезных
свойств веществ;
- размещение отходов без причинения вреда здоровью
населения и нанесения ущерба окружающей среде;
- соблюдение приоритета утилизации над их размещением;
- захоронение отходов.
То есть, если твердые бытовые
отходы подвергать различным переработкам, то можно получать продукты вторичного
производства, удобрения и другие продукты. На рисунке 1 представлен примерный
состав твердых бытовых отходов [3].
Рисунок 1-
Состав твердых бытовых отходов
Способ основан на естественных, но
ускоренных реакциях трансформации мусора при доступе кислорода в виде горячего
воздуха. Биомасса твердых бытовых отходов в результате данных реакций в
биотермической установке (барабане) превращается в компост. Однако для
реализации этой технологической схемы исходный мусор должен быть очищен от
крупногабаритных предметов, а также металлов, стекла, керамики, пластмассы,
резины. Полученная фракция мусора загружается в биотермические барабаны, где
выдерживается в течение двух суток с целью получения товарного продукта. После
этого компостируемый мусор вновь очищается от черных и цветных металлов, до
измельчается и затем складируется для дальнейшего использования в качестве
компоста в сельском хозяйстве или биотоплива в топливной энергетике [4].
Биотермические методы
обезвреживания твердых бытовых отходов
происходят в результате жизнедеятельности микроорганизмов, использующих
кислородную составляющую воздуха и органическое вещество твердых бытовых
отходов с выделением значительного количества тепла. Основа процессов
обезвреживания и обеззараживания твердых бытовых отходов с последующим применением
их (компоста) в качестве органического удобрения или (биотоплива) состоит в
доведении твердых бытовых отходов до полуразложившегося состояния (распад
органического вещества составляет 15-25%). Процесс разложения экзотермический –
температура достигает 60-700С. Данный метод переработки получил
широкое распространение в развитых странах, так как он является наиболее
экономичным, экологичным и достаточно эффективным.
Рисунок 2-Схема
управления сбором и переработкой твердых бытовых отходов
В начале процесса в блоке
отделения от общей массы твердых бытовых отходов отделяются крупногабаритные
отходы, которые затем разделяются на отходы, состоящие преимущественно из
органической и неорганической частей.
Рисунок 3-Технологическая схема
Неорганические
крупногабаритные отходы поступают в блок разделки, где разделываются на части,
размеры которых определяются загрузочным устройством камеры окисления. После
прохождения камеры окисления они соединяются с неорганическими отходами
основного потока и направляются на дальнейшую переработку в соответствии с
общеизвестными технологиями.
Крупногабаритные отходы,
состоящие преимущественно из органической части (пластмасса, древесина и т.д.)
после грубого дробления (блок предварительного дробления) попадают в основной
поток движения отходов.
Оставшиеся после удаления
крупногабаритных предметов органические и неорганические отходы поступают в
блок измельчения, затем направляются в камеру предварительного подогрева
(температура в камере порядка 200oС или выше). Температура в камере
определяется условиями удаления воды и других относительно легкокипящих
соединений.
Из камеры предварительного
подогрева отходы попадают в реактор термоудара, где мгновенно нагреваются до
температуры 650-700oС. При этой температуре протекает
высокоскоростной пиролиз органических соединений с образованием твердых и
газообразных продуктов. В камере предварительного подогрева и реакторе
термоудара процессы проводятся без доступа воздуха.
Твердые отходы, содержащие и
неорганическую часть, из реактора поступают в блок сбора и направляются в блок
разделения, где более легкий по плотности органический остаток отделяется от
неорганического. Органический остаток, представляющий собой углеподобный
продукт, сушится и направляется на дальнейшее использование.
Неорганический остаток
попадает в камеру окисления, где удаляются последние следы органических
соединений. К неорганическому остатку основного потока, вышедшего из камеры
окисления, добавляется неорганический остаток крупногабаритных отходов,
прошедший через блок разделки и камеру окисления.
Преимущества процесса:
· относительно небольшие энергозатраты при переработке единицы ТБО вследствие
нагрева до высоких температур меньшего количества вещества, чем в обычно
используемых процессах, и преимущественно энтропийного характера процесса
пиролиза,
· использование малого количества кислорода (воздуха),
· максимальная степень допустимой переработки или уничтожения отходов,
· минимальное возможное количество выводимых из системы соединений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Игнатович Н.И., Рыбальский Н.Г. Что нужно знать о
твердых бытовых отходах? М.: РЭФИА. 1995. 54 с.
2. Некрасов В.Г., Горзиб И.М. Твердые бытовые отходы и
проблемы их утилизации. Промышленная энергетика, 1992, №2, с. 46-48.
3. Eccles Harry.
Treatment of metalcontaminated wastes: Why select a biological process? Обработка содержащих металлы отходов: Почему избран
биологический процесс? // Trends Biotechnol. – 1999 – 17, №12 С. 462-465.
4. Примкулулы К. Проблемы отходов производства и
потребления // Экология и устойчивое развитие, № 4, 2004, С. 4-10.