Методы утилизации твердых бытовых отходов и их недостатки

Биотермическое компостирование – это способ утилизации твердых бытовых отходов основанный на естественных, но ускоренных реакциях трансформации мусора при доступе кислорода в виде горячего воздуха при температуре порядка 60°С. Конечным продуктом биотермической мусоропереработки является компост (органическое удобрение). Компостированию подлежит 67 % общей массы бытовых отходов.

Процесс компостирования происходит в биотермическом барабане, в котором в качестве энергетического материала используются аэробные микроорганизмы, способствующие окислению и разложению органической массы бытовых отходов (рис. 9).

Рисунок 9 - Технологическая схема непрерывного компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся биотермическом барабане: 1 - кран-балка с грейферным ковшом; 2— мусоровоз; 3 — приемный бункер отходов; 4 – дозирующий бункер; 5 — пластинчатый питатель; 6 — подъемный кран с магнитной шайбой для погрузки пакетов металлолома; 7— рольганг; 8— магнитный сепаратор; 9~ бункер металлолома; 10 — пакетирующий пресс; 11 – вращающийся биотермический барабан; 12— вентилятор-наездник; 13 – котельная или пиролизная установка; 14— вытяжной вентилятор; 15 — штабеля компоста на площадках дозревания и готовой продукции; 16— измельчитель компоста; 17— грохот; 18 — прицеп для сбора отсева с грохота

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 2-х суток с целью получения товарного продукта. После этого компостируемый мусор вновь очищается от черных и цветных металлов, доизмельчается и затем складируется для дальнейшего использования в качестве компоста в сельском хозяйстве или биотоплива в топливной энергетике. Биотермическое компостирование обычно проводится на заводах по механической переработке бытовых отходов и является составной частью технологической цепи этих заводов. Однако современные технологии компостирования не дают возможности освободиться от солей тяжелых металлов, поэтому компост из ТБО фактически малопригоден для использования в сельском хозяйстве. Кроме того, большинство таких заводов убыточны. Поэтому предпринимаются разработки концепций получения синтетического газообразного и жидкого топлива для автотранспорта из продуктов компостирования, выделенных на мусороперерабатывающих заводах. Например, предполагается реализовать получаемый компост в качестве полуфабриката для дальнейшей его переработки в газ.

В зависимости от состава отводов в результате технологического процесса выделяются следующие вредные вещества: пыль органического и минерального происхождения, окись углерода, толуол, ксилол, углеводороды, бензол, ацетон, диоксины и другие[1]. Исследования показали, что компост, приготовленный из бытового мусора и внесенный в почву, приводит к значительному загрязнению ее такими тяжелыми металлами, как сурьма, ртуть, кадмий, висмут, свинец, олово, вольфрам, молибден, хром, а также вызывает существенное накопление этих элементов в сельхозпродуктах.

Кроме того, в компосте имеется значительное количество резины, пластмассы, битого стекла и других некомпостируемых компонентов, которые при внесении удобрения в почву существенно загрязняют ее.

Тяжелые металлы переходят в почву и грунтовые воды. Как показали исследования, компост, приготовленный из бытового мусора, содержит элементы, приведенные в таблице 3.

Таблица 3 – Элементы содержащиеся в компосте

Многоразовое внесение компоста на поля может привести к значительному накоплению этих элементов в почве и увеличению их роли в биологическом обороте.

Исследование установило, что биотермическое компостирование не решает основную экологическую проблему – защиту окружающей среды от загрязнений, содержащихся в мусоре. Засорение почвы происходит не только вредными веществами, но и просто огромным количеством твердых остатков металлического, полимерного и стеклянного происхождения.

2.5 Вторичная переработка (рециклинг)

Вторичная переработка (рециклинг)  — повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора. Наиболее распространена вторичная, переработка в том или ином масштабе для таких материалов, как стекло, бумага, алюминий, асфальт, железо, ткани и различные виды пластика.

Вторичное сырье из отходов может быть получено только после их сортировки и специальной подготовки изъятых компонентов на соответствующих производственных площадях[5].

Основная цель комплексной сортировки заключается в извлечении из всей массы собранных ТБО таких компонентов, как металл (черный и цветной), бумага, пластмасса, стекло, пищевые и горючие отходы, текстиль.

Ценные компоненты бытового мусора могут быть использованы на предприятиях разных отраслей промышленности как вторичные сырьевые ресурсы. Их можно извлечь двумя способами:

1) сортировать мусор в месте  сбора, то есть в каждой квартире складировать его компоненты в разных емкостях (контейнерах) (рис. 10).

2) сортировать всю массу бытового  мусора, перемешанного в мусоропроводах  или в общих контейнерах, централизованно  на специальных предприятиях  с помощью различных механизированных  линий и устройств.

Рисунок 10 – Раздельный сбор разных категорий ТБО

Стеклобой является ценным сырьем, в котором испытывают постоянную потребность все современные стекловаренные производства. Добавка стеклобоя в шахту стекловаренной печи позволяет существенно уменьшить энергозатраты.  Наибольшей ценностью, и одновременно редкостью, является стеклобой из отходов стекольного производства. Как правило, он состоит из стекла, не удовлетворяющего какому-либо техническому требованию, и обычно не покидает пределов стекольного завода. 

Отходы стеклянной тары пользуются меньшим спросом, поскольку часто содержат примеси стекла различных цветов, либо вовсе не разделены по цвету. Технологии же автоматического разделения по цвету смешанного стеклобоя крайне дороги и широкого применения не получили.  
Другие типы стеклянных отходов (листовые бесцветные, медицинской кварцевой посуды, отходы утилизации люминесцентных ламп и т.д.) при правильном маркетинге также находят своего потребителя.  
Помимо вторичного использования в стекловаренных печах, набирает популярность изготовление из стеклобоя теплоизоляционного материала – пеностекла различного типа. Для его производства пригодна смесь стекла любого цвета, при этом пеностекло обладает прекрасными водо- и жароупорными качествами, а выпускаться может в виде блоков, плиток и гранул. К сожалению, высокая стоимость пока ограничивает широкое распространение данного продукта.

Текстильные отходы потребления – это хлопчатобумажные сортированные, состоящие из бывших в употреблении изделий из тканей, нетканых, трикотажных, плетеных, стеганых материалов, выработанных из хлопка и хлопка в смеси с химическими волокнами и предназначенные для перерабатывающих предприятий[6].

Бумажные отходы различного типа уже многие десятки лет применяют наряду с обычной целлюлозой для изготовления пульпы – сырья для бумаги. Из смешанных или низкокачественных бумажных отходов можно изготовлять туалетную или оберточную бумагу и картон. К сожалению, в России только в небольших масштабах присутствует технология производства высококачественной бумаги из высококачественных отходов (обрезков типографий, использованной бумаги для ксероксов и лазерных принтеров и т.д.). Бумажные отходы могут также использоваться в строительстве для производства теплоизоляционных материалов и в сельском хозяйстве – вместо соломы на фермах.

Переработка пластика в целом – более дорогой и сложный процесс. Из некоторых видов пластика можно получать высококачественный пластик тех же свойств, другие (например, ПВХ) после переработки могут быть использованы только как строительные материалы.

Проблема использования изношенных шин имеет важное экологическое значение, поскольку вышедшие из эксплуатации шины накапливаются в местах их эксплуатации (в автохозяйствах, на аэродромах, промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, горнообогатительных комбинатах и т.д.). Вывозимые на свалки или рассеянные на окружающих территориях, шины длительное время загрязняют окружающую среду вследствие высокой стойкости к воздействию внешних факторов (солнечного света, кислорода, озона, микробиологических воздействий). Места их скопления, особенно в регионах с жарким климатом, служат благоприятной средой обитания и размножения ряда грызунов и насекомых, являющихся разносчиками различных заболеваний. Кроме того, шины обладают высокой пожароопасностью, а продукты их неконтролируемого сжигания оказывают крайне вредное влияние на окружающую среду (почвы, воды, воздушный бассейн).  Проблема использования изношенных шин имеет также существенное экономическое значение, поскольку потребности хозяйства в природных ресурсах непрерывно растут, а их стоимость постоянно повышается. 

Использование изношенных шин, содержащих помимо резины, технические свойства которой близки первоначальным, большое количество армирующих текстильных и металлических материалов, является источником экономии природных ресурсов.  Кроме того, ликвидация свалок изношенных шин позволит освободить для использования по назначению значительные площади занимаемых ими земель. 

Шины, выходящие из эксплуатации, являются одним из самых многотоннажных полимерных отходов потребления. Согласно ориентировочным данным, в Европе ежегодно образуется около 2 млн.тонн, а в США – 2,8 млн.тонн шин. В бывшем СССР в 1988-90 г.г. ежегодно выходило из эксплуатации до 1,5 млн.тонн шин. В связи с общим падением производства количество утильных шин в России и странах СНГ снизилось практически вдвое[6]. 

Шины и пластмассы представляют собой ценное полимерное сырье: в 1 т шин содержится около 700 кг резины, которая может быть повторно использована для производства топлива, резинотехнических изделий и материалов строительного назначения. В то же время, если сжечь 1 тонну изношенных шин, то в атмосферу выделяется 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов.

Из изношенных шин можно получить такую продукцию, как дорожные, напольные, спортивные покрытия, жидкое топливо, корд металлический, наполнитель кордный (кордная ткань), новый состав асфальтобетонной смеси, резиновая крошка, сорбент нефти, шинный регенерат.

Битумные отходы составляют значительную часть строительного мусора, особенно при сносе зданий старой постройки с мягкими кровлями. Переработка битумных отходов возможна в различные продукты, применяющиеся как для производства новых кровельных материалов, так и в других сферах, например дорожном строительстве.

Из древесных отходов в результате их вторичной переработки можно получить  древесно-волокнистые плиты (ДВП), древесностружечные плиты (ДСП), древесные гранулы (пеллеты), жидкое топливо, композиционные строительные материалы, топливные брикеты (евродрова), удобрения, спирты.

Электрические аккумуляторы при должной переработке могут быть источником ценных цветных металлов (главным образом свинца, кадмия и лития) и полимеров, сбыт которых не является проблемой. Отработанные свинцовые аккумуляторы являются наиболее массовыми (по весу) и подразделяются на стационарные, тяговые и стартерные, из которых последние составляют большую часть отходов, поскольку их срок службы, в зависимости от условий эксплуатации, составляет 3-5 лет. Стоит помнить, что даже после слива электролита аккумуляторный лом представляет собой сложное сырье, содержащее 42-67% тяжелых металлов, до 22-35% органической массы, 0,1-6% электролита, 3-10% влаги, кислород, серу и др. Относительное содержание цветного металла зависит от типа аккумулятора. Самые старые эбонитовые моноблоки содержат 50-60%, новые полиэтиленовые (полипропиленовые) - 62-67%. Сегодня на рынке представлены современные автоматические установки для переработки аккумуляторов, позволяющие исключить ручной труд почти на все технологических этапах, начиная от их дробления и заканчивая тонким разделением на фракции.

Отходы цветных металлов это пришедшие в негодность или утратившие свои потребительские свойства изделия из цветных металлов и их сплавов, отходы, образовавшиеся в процессе производства изделий с высоким содержанием цветных металлов и их сплавов, а также неисправимый брак, возникший в процессе производства указанных изделий[6].