Экология и природопользование

Основы экологии и природопользования. Учебное пособие / Дикань В.Л., Дейнека А.Г., Позднякова Л.А., Михайлов И.Д., Каграманян А.А.
— Харьков: ООО «Олант», 2002.- 384 с.
7.4. Методы обезвреживания отходов
Известные в настоящее время и применяемые в практике многочисленные методы обезвреживания отходов можно объединить в три группы:

1. Ликвидационные, применяемые исключительно с целью изолировать и по возможности уничтожить растущую массу отходов без использования содержащихся в них ценных веществ. К этой категории относятся очень широко применяемое в настоящее время захоронение мусора на свалках различного типа, как открытых, так и усовершенствованных (многоярусные, с земляным перекрытием); затем сжигание отходов в специальных печах, часто очень крупных по мощности, использование мусора в качестве балласта для выравнивания отрицательных форм рельефа и т.д. К этой же группе методов относится применяемый во многих районах земного шара сброс отходов в прибрежные акватории морей и даже внутренние водоемы, заполнение ими выработанных карьеров или шахт.

2. Частично ликвидационные, предусматривающие обязательную сортировку массы отходов на специализированных заводах для выделения наиболее легко утилизируемых категорий мусора — вторичного сырья, органических частей. Основная часть мусора сжигается.

3. Утилизационные методы, при помощи которых используются все составные части мусора — вторичное сырье, горючие части, органические вещества.

Технология подобной переработки

170

отходов опирается на создание высокомеханизированных мусо-роперерабатывающих заводов (производственные мощности которых неуклонно возрастают). Полная утилизация отходов достигается в результате сложного законченного цикла производственных процессов — сортировки, с применением магнитной сепарации и дробления, биологической переработки, пиролиза или газификации органических веществ, со сжиганием не утилизируемых частей для получения пара или энергии, использование вторичного сырья.

Наиболее сильное отрицательное воздействие на качество окружающей среды оказывают отходы, устраненные ликвидационными методами.

Обезвреживание отходов путем захоронения их на различных свалках основано на явлении естественной самоочистки загрязненной почвы. Запашка отходов и их дальнейшее, как правило, очень длительное разложение создают, по существу, новый почвенный слой. Однако, далеко не все виды отбросов можно изолировать в почве, не вызывая одновременно ухудшения качества природных компонентов. Токсичные вещества, металлический лом, резина, шламы очистных сооружений и многое другое не подлежат захоронению на обычных свалках, а требуют организации особых, специализированных объектов для своего обезвреживания, поскольку их разложение вызывает резкое загрязнение грунтовых вод и почвы.

В техногенном круговороте вещества ликвидационные методы обезвреживания отходов являются конечным звеном, замыкающим круговорот, поскольку вещество вновь возвращается в природную среду. Но его физическое состояние коренным образом отличается от тех форм, в каких оно существовало в природе до вовлечения в производство. Основная часть элементов и соединений, заключенных в складированном мусоре, с большим трудом, под воздействием биохимических реакций, приобретает миграционную способность и вновь вовлекается в круговорот. Интенсивность его при этом чрезвычайно слабая. Многие компоненты отходов (стекло, металлолом, керамика, кости) могут

171

консервироваться в почвах на многие столетия и, таким образом, выбывать вообще из круговорота.

Подавляющая часть твердых отходов (60-90 %) в настоящее время накапливается на открытых свалках, где они собираются стихийно, без учета их происхождения, степени токсичности, условий естественного обезвреживания и т.д.

Антисанитарное состояние таких мест и их резко отрицательное воздействие на качество воздушного бассейна, грунтовых и поверхностных вод и продуктивного почвенного слоя общеизвестно.
Неупорядоченные свалки являются идеальным местом для размножения насекомых и грызунов, способствуя, тем самым, возникновению инфекционно опасных очагов; они распространяют пыль, дым, запах: для их организации необходимо отчуждение значительных площадей продуктивных земель. Согласно исследованиям, с 1 га свалки с мощностью пласта до 10 м ежегодно вымывается в грунтовые воды до 2 110 кг хлоридов и 1 070 кг солей натрия. При исследовании 580 свалок в Швейцарии оказалось, что 71 % из них вызывает загрязнение воздуха, 76 % служат рассадника-ми грызунов, 25 % пожароопасные.

Тем не менее, даже в развитых в экономическом отношении странах обезвреживание мусора происходит главным образом за счет так называемой изоляции на открытых свалках. Например, в Германии 63 % всех отходов концентрируется в таких местах, в США — 90 %, в Австрии — 30 % и т.д. Еще выше этот показатель в странах развивающихся, где экономические трудности отвлекают внимание от проблемы правильного обезвреживания мусора.

Достаточно просты по организации и в то же время гораздо более гигиеничны усовершенствованные свалки, где мусор укладывается в несколько ярусов и послойно засыпается землей. В дальнейшем на закрытых свалках можно проводить лесопосадки, возвращая ландшафту его эстетическую привлекательность. Но такие свалки создаются лишь при наличии свободных земель, на определенном расстоянии от жилых застроек, в условиях водонепроницаемых грунтов или низкого стояния подземных вод.

172

Использовать перегнивший мусор подобных накоплений невозможно, так как он оказывается очень засоренным. В результате: обостряющийся дефицит земельных угодий вблизи урбанизированных зон и практически полная неутильность отходов заставляют рассматривать усовершенствованные свалки в качестве хотя и дешевого, но нерационального метода обезвреживания.

Большие количества мусора часто сжигаются на открытом воздухе, чтобы ликвидировать чрезмерные накопления отходов в одном месте. Только в США таким образом уничтожают 45 % городского мусора. А всего в мире сжигают без использования тепла около 20 % общей массы бытовых отходов, т.е. 150-180 млн т. Но этот метод обезвреживания накапливающихся отбросов далеко не безвреден: при сжигании в воздух планеты поступает 255 тыс. т сернистого газа, 210 тыс. т соляной кислоты, 90 тыс. т окислов азота и других газообразных соединений. Простое сжигание твердых, бытовых и промышленных отходов, которое часто диктуется соображениями быстрейшей ликвидации их растущей массы, оказывается нерациональным мероприятием не только потому, что при этом существует опасность загрязнения воздушного бассейна. В условиях обостряющегося дефицита энергии мусор может выступать в качестве дополнительного энергетического источника и тепло, которое выделяется при его сжигании, подлежит обязательному использованию. В этом случае подлежат очистке и катрализации продукты сгорания.

Утилизационные методы обезвреживания отходов в настоящее время приобретают все большее распространение. Любая утилизация предполагает предварительное сортирование гетерогенной по свойствам и видам массы отходов и затем последующую дифференцированную обработку.

На заводах по переработке отходов одновременно осуществляется несколько вариантов утилизации поступающего отработанного сырья: органическая часть отходов подвергается компостированию, вторичное сырье (металлолом, утильная бумага, тряпье и пр.) поступает в регенерацию; горючие, но не утильные части мусора сжигаются, а выделяющееся при этом тепло используется

173

для производства пара или электроэнергии. Зола и шлаки в дальнейшем употребляются для создания асфальтовых дорожных блоков, для засыпки выемок грунта и в других целях.

Компостирование является биотермическим способом обезвреживания отходов. В естественных условиях мусор подвергается воздействию особых термофильных микроорганизмов, которые окисляют органические вещества, выделяя при этом значительное количество тепла. Перерабатываемая масса саморазогревается до температуры порядка 60-70 градусов. Из 1 кг мусора может выделяться до 1 260 кДж тепла, которое и обезвреживает отходы. В результате ферментации происходят не только гибель болезнетворных бактерий, но и размножение сложных органических соединений на более простые, но зато более устойчивые и неподдающиеся гниению соединения. Таким образом, органическое вещество отходов превращается в компост, близкий по составу, и свойствам гумусу. Он является ценнейшим сырьем для проведения химических сельскохозяйственных мелиорации, поскольку содержит по весу 2,5-3,0 % азота, фосфора и калия, 6 % извести и 25-30 % углерода (в расчете на сухое вещество). При внесении 30 т компоста на 1га угодий в почву дополнительно вносится до 435 кг питательных веществ (N, Р, К) и до 1 000 кг извести. По содержанию минеральных удобрений компост лишь немногим уступает навозу, а по содержанию извести — даже превосходит его. Кроме того, при компостировании выделяются значительные количества горных газов (Н2; H2S), которые используют как топливо.

Компостирование проводится как в особых штабелях на открытом воздухе, так и в специальных биотермических закрытых камерах.

Удельный вес органических остатков в бытовых отходах может существенно меняться в различных странах и даже в отдельных городах. Например, в Великобритании они составляют 15 % общей массы мусора, в Нидерландах — 29%, в Швейцарии — 50 %, в США — 68 %, в Польше — 37 % и т.д. Для компостирования можно использовать исключительно бытовой мусор, поскольку

174

в промышленных отходах могут находиться токсичные или ядовитые вещества.

На Московском мусороперерабатывающем заводе мощностью 500 тыс. м3 из бытового мусора ежегодно получают 60 тыс. т компоста, идущего на удобрение сельскохозяйственных угодий. Одновременно вырабатывается 60 тыс. т пара.

Сжигание массы отходов (без использования выделяющегося тепла) впервые было применено в Англии в 1876 г., но широкое распространение этот метод получил лишь в 60-е годы 20-го столетия, когда технический прогресс позволил создать принципиально новые конструкции мусоросжигательных печей, снабженных специальными устройствами для устранения золы, очистки газообразных выбросов и т.д. Более 40 % городов мира с населением свыше 1 млн чел. и 50 % европейских городов этой категории имеют подобные заводы.

Теплотворность мусора достаточно высока, и она продолжает возрастать по мере изменения структуры его составляющих компонентов. Так, по исследованиям ЕРА (США) бытовой мусор обладает средней теплотой сгорания 12,1 кДж/кг, что сопоставимо с теплотой сгорания бурого угля. Примерно такими же величинами измеряется энергетическая возможность городских отходов в Варшаве. Однако, бурый уголь содержит в 2,5 раза больше влаги и в 10-20 раз больше серы, и это обстоятельство повышает энергетическую ценность отбросов.

В среднем на одну тонну отбросов можно получить 1 000 кг пара и 150 кВт электроэнергии, хотя эти параметры меняются в зависимости от состава отходов и мощности предприятий. После сжигания остается 40-50% по весу золы и шлака. В настоящее время считается, что город с населением в 500 тыс. чел. может дать 1 000 т отходов в день, и это количество в состоянии на 7 % покрыть расходы в топливе для энергоблока мощностью 500 мВт.

В связи с изменением структуры отходов происходит увеличение их теплоты сгорания. По расчетам специалистов Германии, 10 лет назад она составляла 3,35-6,3 мДж/кг, в текущее время достигла 10,5 мДж/кг, а к концу десятилетия возрастет до 13,8 мДж/кг.

175

По степени утилизации тепла заводы подразделяются на две группы:

— не использующие выделяющееся тепло: это мелкие, эпизодически работающие предприятия;

— использующие тепло для производства пара или электроэнергии: этот процесс осуществляется на средних по мощности (около 100 т/сут.) и крупных (200 т/сут.) предприятиях непрерывного цикла, причем в печах может сжигаться не только один мусор, но и прочее топливное сырье (мазут, газ, уголь).

Дефицитность многих традиционных видов органического топлива заставляет более серьезно оценивать энергетические возможности отходов.

В ряде европейских стран использование энергии при сжигании мусора осуществляется уже много лет. В Амстердаме в течении 60 лет мусор сжигают в паровых генераторах энергоблоков высокого давления. При этом вырабатывается около 6 % электроэнергии, потребляемой городом. Применение этого метода в Германии позволяет покрывать свыше 20 % бытового потребления электроэнергии в целом по стране.

Расчеты американских ученых также свидетельствуют о весьма серьезных перспективах энергетического использования. Горючие категории мусора в отходах в США исчисляются ориентировочно величиной в 136 млн т, а их тепловыделение оценивается в 136 млрд кВт, что эквивалентно сжиганию 54,7 млн т угля с низким содержанием серы или 29 млн т нефти.

Всего в мире ежегодно сжигается промышленным способом около 6 % бытового мусора (50 млн т), что дает мировому хозяйству 7,5 млрд кВт энергии и 500 т пара.

В последние годы разработана технология производства из органических частей отходов газа и нефти при помощи пиролиза. Технология переработки мусора на пиролизных установках сводится к следующей схеме: после дробления и высушивания мусора из него удаляются все неорганические части, а остальная масса нагревается до температуры более 485°С без доступа кислорода.

176

Как показали экспериментальные данные, из 1 т органических отходов в процессе пиролиза добывается 160 л нефти с низким содержанием серы, 70 кг угля, по теплотворности не уступающего каменному углю, и некоторое количество газа.

Однако получаемая при этом нефть имеет довольно низкую теплоту сгорания (около 58 % природной), и ее нельзя использовать для производства бензина, мазута и смазочных масел.

Газ, полученный из отходов, обладает теплотворной способностью в 3 730 кДж/м3, а сопутствующие химические соединения не позволяют применять его в качестве энергетического топлива. До тех пор, пока не будет разработана более совершенная технология пиролиза отходов, газ и нефть, добытые из отходов, можно использовать лишь в виде добавок к топливу на мусоросжигательных заводах.

В это же время стоимость переработки отходов путем пиролиза намного дешевле, чем его простое сжигание на специализированных заводах, и в то же время этот способ более благоприятен по отношению к окружающей среде.

Мусоросжигательные заводы, на которых осуществляется ликвидация отходов без предварительного разделения их на категории для последующей утилизации, широко создаются в СНГ. Они обладают высокой производственной мощностью, почти полностью механизированы и, следовательно, вполне отвечают требованиям очистки окружающей среды от ненужных и вредных накоплений. Для предотвращения утечки при сжигании мусора газообразных поллютантов на заводах создаются особые газоочистные устройства (электрофильтры и пр.). Выделяющееся тепло используется для отопления.

В СНГ уже функционируют заводы такого типа в Москве (мощностью 200 тыс. т), в Санкт-Петербурге (400 тыс. т), в Ташкенте, Риге, Минске, Рязани, в Нижнем Новгороде, Харькове и во многих других городах. Расчетами установлено, что экономически эффективно строить мусороперерабатывающие заводы в больших городах с населением не менее 1,5-2 млн чел., при котором ежегодное поступление отходов будет порядка 400-500 тыс. т

177

в год. При этом на базе завода создаются развитые теплично-парниковые хозяйства.

Ограниченность первичных материальных ресурсов вынуждает рассматривать многие категории отходов в качестве очень важного сырьевого источника. Металлолом, бумага, картон, тряпье и прочие виды ненужной продукции при должной организации их сбора, удаления и утилизации могут быть вторично вовлечены в производство. Вторсырье составляет по объему 15-25 % общей массы отходов, а в некоторых случаях этот показатель оказывается еще значительнее.

О сырьевых возможностях мусора свидетельствует следующий факт: в США половину производящей меди и треть выплавленного алюминия получают из вторичного сырья, а по отдельным элементам доля регенерированного вещества составляет (в процентах): сурьма — 61, свинец — 35, золото — 29, железо — 28, олово — 26, никель — 24, ртуть — 21, серебро — 21, платина — 25, тантал — 16, цинк — 5, вольфрам — 3 и т.д.

Размеры регенерации зависят от длительности жизни изделия, темпов роста его производства и потребления и, конечно, вида изделия.

Огромные массы вторичного сырья сконцентрированы в старых автомашинах. Только в США ежегодно попадают на свалку около 7 млн старых автомашин, в которых консервируется примерно 23 млн т разнообразных веществ. Всего в настоящее вре-. мя в стране можно пустить в переработку до 20 млн устаревших и скопившихся на свалках машин, т.е. около 65 млн т вторсырья. Обычный метод утилизации выброшенных автомашин — разбор деталей или пакетирование — довольно трудоемкая и дорогая операция. В Германии в Ингольштадте создан специальный завод, перерабатывающий в год до 200 тыс. автомашин, на котором применена совершенно новая технология, резко сокращающая потери металла и время на утилизацию одной машины. В Бельгии для переработки машин применяют жидкий азот, под воздействием которого железо и сталь становятся ломкими и поддаются мелкому дроблению и сепарации; в Японии была спроектирована

178

высокотемпературная печь (карбекью), в которой достигается дифференцированная выплавка цинка, свинца, алюминия и слабоокисленной стали.

Почти половину всех городских отбросов составляет бумага. Анализ ее сырьевых и энергетических возможностей показал следующее: на производство 1 кг бумаги затрачивается 48,6 кДж энергии, а при ее сжигании выделяется всего 17,2 кДж/кг. Следовательно, при сжигании макулатуры теряется безвозвратно 64 % энергии, и потому бумажные отходы рациональнее использовать в качестве вторичного сырья, а не для производства энергии.

В сельском хозяйстве действуют ныне иные методы обезвреживания отходов. Основную массу отходов дают животноводческие хозяйства, где скот содержится в стационарных условиях. Отходы, возникающие в растениеводческих отраслях сельского хозяйства, в основном, или перерабатываются на силос, или скармливаются скоту, или компостируются, но некоторая часть их также поступает на свалки, где и перегнивает. Однако и по объему, и по степени воздействия на окружающую среду эти выбросы не идут в никакие сравнения с отходами животноводческих хозяйств.

Величина животноводческих отходов равна 21 млрд т. Эта масса обезвреживается единственным способом — за счет естественного разложения и минерализации в почвенном слое. При стойловом содержании скота отходы обычно собираются и нормировано используются в виде органических удобрений на сельскохозяйственных угодьях, при пастбищном животноводстве они рассеиваются и обезвреживаются стихийно, но не изменяя при этом направления миграции органического вещества в естественном круговороте.

Масштабы миграции определяются довольно высокими параметрами: в почву ежегодно в процессе минерализации животноводческих отходов поступает только азотных соединений до 100-105 млн т. При этом происходят микробиологическое размножение и гидролиз азотосодержащих органических

179

веществ, и в результате образуются хорошо вымываемые нитраты (NO3). В слабогумусированных почвенных разновидностях или в присутствии некоторых пестицидов содержание нитратов в продуктивном слое резко возрастает. Если в небольших объемах эти соединения не вызывают заметных нарушений в почве, то при превышении определенного уровня концентрации нитратов возникает разрушение структуры почвы, усиливается эрозия, а в глинистых почвах происходит уплотнение и затвердение продуктивного слоя.

Выращенные на таких почвах овощи характеризуются крайне высокими уровнями концентрации нитратного азота, достигающими иногда 0,2-0,5 %. В дальнейшем путем микробиологических превращений нитраты могут превращаться в высокотоксичные нитраты, потенциально опасные и для людей, и для домашних животных. Это заставляет с особой тщательностью контролировать нормы внесения навоза в почву.

вернуться к содержанию
вернуться к списку источников
перейти на главную страницу

Релевантная научная информация:

  1. Основы экологии и природопользования. Учебное пособие / Дикань В.Л., Дейнека А.Г., Позднякова Л.А., Михайлов И.Д., Каграманян А.А. — Харьков: ООО «Олант», 2002.- 384 с. - Экология и природопользование
  2. 7.4. Методы обезвреживания отходов - Экология и природопользование
  3. 6.1. Сущность экологизации материального производства - Экология и природопользование
  4. 7.1. Первый уровень системы — образование отходов - Экология и природопользование
  5. 7.3. Третий уровень системы - обезвреживание отходов - Экология и природопользование
  6. 9.7. Влияние машиностроительного предприятия на окружающую среду - Экология и природопользование
  7. 9.8. Методы обезвреживания загрязнителей - Экология и природопользование
  8. § 5. Анализ систем питания - Валеология
  9. 13.3. Формирование индустриальной цивилизации - Исторические науки
  10. 14.3. Россия во второй половине XIX в. - Исторические науки
  11. 15.1 Первая мировая война - Исторические науки
  12. 1.4. Точки соприкосновения экологии и экономики природопользования (современные подходы) - Экология и природопользование
  13. 1.8. Воздействие общественного производства на окружающую среду - Экология и природопользование
  14. 2.5. Модели управления природопользованием - Экология и природопользование
  15. 2.6. Глобальное моделирование экологических исследований, его мировоззренческое и политическое значение - Экология и природопользование
  16. 3.5. Сочетание требования экологизации производственных процессов с требованиями экономического роста отраслей народного хозяйства - Экология и природопользование
  17. 4.3. Основные направления научно-технического прогресса и их влияние на охрану окружающей среды и рациональное природопользование - Экология и природопользование
  18. 6.4. Основные направления экологизации материального производства - Экология и природопользование
  19. 7.2. Второй уровень системы — размещение отходов - Экология и природопользование
  20. 7.5. Хозрасчетный и общий экономический эффект от использования отходов - Экология и природопользование

Другие научные источники направления Экология и природопользование: