Структура полигона ТБО

5.  Твердые бытовые отходы (ТБО)

 

Твердые бытовые  отходы (ТБО) – совокупность твердых  веществ (пластмасса, бумага, стекло, кожа и т.д.) и пищевых отбросов, образующихся в бытовых условиях. Человечество на сегодняшний день придумало множество видов деятельности по обращению с твердыми бытовыми отходами: хранение, транспортирование, утилизация, складирование и даже добывание из обыкновенного мусора энергии. Твердые бытовые отходы я бы хотела рассмотреть подробнее в следующей главе.

 

 

Таблица 2.Состав ТБО в некоторых городах 

Составляющий компонент  ТБО	Москва	Харьков	Владимир
Гниющие пищевые отходы (овощные очистки, остатки  пищи)	36,8	47	44
Целлюлозное волокно (бумага, картон)	36,4	29,3	22
Стекло	5,6	-	9
Металлы	3,4	1,8	8
Кожа, текстиль	1,6	2,1	5
Древесина	2	2	1
Шлаки, пыль	0,9	-	1
Пластические массы (упаковочные  материал)	0,7	-	5
Прочие ТБО	7,1	4,7	5

 

В таблице 2 приведен состав ТБО двух городов России, а также Харькова (Украина). Однако с начала 90-х годов прошлого века, среди ТБО все большее место занимают пластмассы и синтетические материалы, а также упаковка. В структуре развитых стран выделяются макулатура и органические отходы (около 20 % в среднем, увеличиваясь до 60 % в южных странах). К 2000 г. в наибольшей степени увеличился объем пластмассовых отходов. Так, если в 1970 г. в США объем пластмассовых отходов составлял 3 млн. т., в 1986 г. – 10,3 млн. т., то в 2000 г. уже свыше 15 млн. т. Аналогичная тенденция наблюдается в России. Количество бытовых отходов в расчете на одного человека увеличивается примерно на 1-4 %, а по массе на 0,2-0,4 % в год и в настоящее время составляет (кг/год): в благоустроенных зданиях – 210-225, в неблагоустроенных зданиях – 360-450.

3. Утилизация ТБО

В мировой практике наибольшее распространение получили следующие инженерно-технические  методы обращения с ТБО:

1) сжигание на  мусоросжигательных заводах; 

2) предварительная  сортировка, утилизация и реутилизация  ценных веществ из отходов;

3) компостирование с получением азотного удобрения или биотоплива;

4) ферментация  (получение биогаза);

5) пиролиз ТБО  – высокотемпературный (около  1700ºС) нагрев без доступа воздуха; 

6) строительство  полигонов для длительного захоронения  отходов (с возможностью их частичной переработки).

1. Сжигание ТБО – диоксиновая опасность

 

Сжигание твердых  отходов в кострах или примитивных  печах нельзя считать целесообразным ни с экономической, ни, тем более, с экологической точек зрения. При этом не только загрязняется воздушная среда, но и не используется образующаяся тепловая энергия. Ряд специалистов считает, что оно может быть оправдано только в том случае, если сочетаются утилизация тепловой энергии и очистка отходящих газов. Такой процесс происходит на мусоросжигательных заводах (МСЗ), которые имеют паровые или водогрейные котлы со специальными топками. Температура в топке должна быть не менее 1000 °С, чтобы сгорели все дурно пахнущие примеси.

Выбор сжигания или компостирования для обезвреживания твердых отходов зависит от местных условий. В интересах сельского хозяйства, очевидно, компостировать отходы целесообразнее в Нечерноземных районах. Что касается мусоросжигания, оно как способ использования ТБО должно рассматриваться как пройденный этап. Например, в европейских странах за последние 10 лет не введен ни один мусоросжигательный завод; сжигают лишь то, что остается после сортировки и утилизации. Это, в частности, объясняется тем, что при сжигании мусора с самым разнообразным сочетанием компонентов образуется огромное количество вредных веществ, таких как диоксины, фосген, синильная кислота и другие, а также золы и шлаки неизвестного состава и с непредсказуемыми свойствами. Например, при сжигании 1 т городского мусора в среднем образуется около 25—34 кг летучей золы.

Диоксины — общепринятое название группы органических веществ, которые относятся к классу полихлорированных полициклических соединений (ПХ ПС). Под этим названием объединено более 200 веществ.

Диоксины признаны наиболее опасными веществами — супертоксикантами. Борьба с ними объявлена мировым сообществом специальным документом — Стокгольмской конвенцией, открытой для подписания 23 мая 2001 г. Через год Россия присоединилась к указанной Конвенции.

2.  Сортировка, утилизация и реутилизация ТБО городов

 

В большинстве стран мира, прежде всего развитых, для утилизации существует унифицированная система, которая позволяет депонировать или переработать каждый компонент. Указанная система в общем виде состоит из трех взаимодополняющих и связанных между собой блоков:

1) рециклинг или повторное использование;

2) собственно утилизация, направленная, прежде всего, на  сокращение объемов ТБО; 

3) депонирование или складирование.  Соотношение между собой блоков  этой системы определяется спецификой  страны (площадь, уровень развития техники и технологии, отношение населения к проблеме) и самой структурой отходов. Так, наиболее экологически обоснована эта система у относительно маленькой и технологически развитой Японии, где наибольшее количество твердых отходов направляется в повторное производство. Напротив, в такой крупной стране, как США, 80 % отходов складируется. То же самое относится и к России, где около 140 млн м³ ТБО/год складируется на площади около 100 км² пригородных земель под полигонами.

Рециклинг (рециклизация). Это повторное использование какого-то ресурса после его обработки, делающей его пригодным для такого использования. Процесс использования вторичного сырья превращен в большинстве стран в особого рода производственную деятельность, сектор бизнеса.

Главное в процессе рециклинга — селективный (избирательный) сбор, сортировка отходов и подразделение на категории. При разделении отходов по категориям выделяют:

- отходы, которые  могут быть использованы для  производства аналогичной продукции  (стекло, бумага, металлы, пластмассы);

- отходы, содержащие  опасные или особо ценные компоненты (аккумуляторы, батарейки, некоторые  виды пластмасс)

Сепарация (разделение) определяет в большой степени успешность рециклинга. Например, на мусороперерабатывающих заводах черные металлы выделяются методом магнитной сепарации, цветные металлы — с помощью переменного магнитного поля или методом дробления с последующей пневмовибросепарацией.

Внедрение предварительной  сортировки позволяет вдвое сократить  количество ТБО, направляемых на сжигание или захоронение. Так, в США извлекается и повторно используется 60 % металлов, 50 % макулатуры, 40 % стекла, содержащихся в ТБО. Во Франции в 2005 г. из макулатуры ТБО произведено до 56 % бумаги.

Рециклизация становится все более выгодной в развитых странах, а потенциальная прибыль данной отрасли привлекает к ней все новые и новые фирмы. Более того, во многих западных странах фирмы борются за доступ к рынку отходов, к бизнесу очистки. А государство постоянно поддерживает режим наибольшего благоприятствования, стимулирующий рециклизацию.

Мусороперерабатывающие  заводы: отходы в доходы. Расчеты показывают: вывозить содержимое мусорных контейнеров на свалку (полигон) нецелесообразно ни в экологическом, ни в экономическом отношениях. С каждым годом растет ценность ТБО как комплексного сырья. Это становится понятным, если учесть, что в его составе содержится около 20—40 % макулатуры, 2—3 % черных и цветных металлов, 25-40 % пищевых отходов, 1-5 % пластмасс, 4-6 % стекла, 4—6 % текстиля и др. С другой стороны, на фоне повышения стоимости городских земель, расширения строительства загородных домов, поселков, дач и т. п. существующие свалки (полигоны) стремительно заполняются или уже переполнены. Так, существующие полигоны в Подмосковье заполнены более чем на 90 %.

В этих условиях предпочтительна организация двухступенчатой  системы сбора и переработки, при которой отходы везут не на свалку, а на расположенные в черте города мусороперерабатывающие заводы (МПЗ). Там отходы сортируют, измельчают, уплотняют, прессуют, извлекают из них полезные материалы, а остатки направляют на свалки.

Вторичная переработка (реутилизация). Имеется много способов вторичной переработки различных типов мусора, причем постоянно предлагаются новые. К настоящему времени наиболее широко применяемые технологии таковы:

- извлеченную  бумагу снова измельчают до  состояния пульпы, из которой далее изготовляют различную бумажную продукцию; ее можно также перемалывать и продавать как целлюлозную изоляцию, измельчать и компостировать;

- стекло дробят, плавят и делают из него  новую тару, дробят и используют  вместо гравия или песка при  производстве бетона и асфальта;

- пластмассу  переплавляют и изготавливают  из нее «синтетическую древесину», устойчивую к биодеградации и  могущую использоваться как материал  для различных ограждений, перил,  столбов, настилов и других  сооружений, эксплуатирующихся под открытым небом;

- металлы плавят  и перерабатывают в различные  детали; получение алюминия из  лома позволяет экономить до 90 % электроэнергии, необходимой для  его выплавления из руды;

- старые покрышки  переплавляют с последующим изготовлением  новых резиновых изделий;

- текстиль измельчают  и используют для придания  прочности макулатурной бумажной  продукции;

- пищевые отходы  и садовый мусор компостируют  с получением органического удобрения.

3.  Компостирование твердых бытовых отходов

 

На многих МПЗ  осуществляется промышленная переработка ТБО в органическое удобрение — компост. Его получают в результате разложения растительных и животных остатков микроорганизмами. Для этой цели используют навоз, навозную жижу и помет птиц в смеси с различными видами торфов, городской мусор, опавшие листья деревьев, солому и другое. При компостировании в органической массе повышается содержание питательных веществ (азота, фосфора) в усвояемой растениями форме, обезвреживается патогенная микрофлора, уменьшается количество целлюлозы и пектиновых веществ; удобрения становятся сыпучими, что облегчает их внесение в почву. Разные по составу и способу приготовления компосты применяют под многие культуры, выращиваемые на различных почвах. Компосты часто используют вместо остродефицитных органических удобрений (навоз, торф).

4.  Складирование (депонирование) отходов

 

Складирование (депонирование) — это наиболее распространенный способ обращения с твердыми бытовыми отходами городов в большинстве  стран. Складирование осуществляется на специально отведенные полигоны, которые после использования просто засыпают слоем земли. При этом все отравляющие вещества попадают в землю и соединенные с ней водные потоки.

4. Современное устройство ТБО

1. Материалы для строительства полигона ТБО

Современные материалы для строительства полигонов ТБО – это геосинтетические материалы. По материалам немецкой компании Naue приведем данные об этих материалах.

 

Геосинтетическими материалами называются материалы, в которых как минимум одна из составных частей изготовлена из синтетических или натуральных полимеров в виде плоских форм, ленточных или трехмерных структур, которые используются в геотехнике или применяются в других областях строительства в контакте с грунтом и/или другими строительными материалами. 
Геосинтетические материалы подразделяются на водопроницаемые и водонепроницаемые. Классификация геосинтетических материалов приведена на следующей схеме: 
 
 
Как следует из схемы, понятие геосинтетические материалы объединяет четыре группы материалов. Это геотекстили, геотекстильподобные материалы, геосинтетические глиноматы и геомембраны. 
Геотекстили - это плоские водопроницаемые полимерные (синтетические или натуральные) текстильные материалы, нетканые, тканые или вязанные, применяемые в геотехнике или других областях строительства в контакте с грунтом и/или другими строительными материалами. 
Нетканый геотекстиль - это водопроницаемый материал, изготовленный из натуральных или искусственных полимеров путем механического или термического адгезивного закрепления волокон, нитей или филаментов. Нетканые геотекстили являются самыми распространенными в своей группе. Наибольшую известность в отечественной строительной практике получил геосинтетический нетканый материал марки "Дорнит". Нетканые геотекстили обладают невысокой прочностью и большой растяжимостью. Удлинение при разрыве этих материалов доходит до 70%. В силу этого нетканые геотекстили применяются как разделительные слои, препятствующие перемешиванию грунтов, а также как фильтры в конструкциях дренажей. Нетканые геотекстили используют и в качестве защиты гидроизоляционных элементов от механических повре-ждений. Так, нетканые геотекстили используются для защиты геомембран при устройстве противофильтрационных экранов при строительстве полигонов для захоронения отходов. 
Вязаный геотекстиль - это геотекстиль в котором волокна, нити, филаменты или другие элементы скреплены путем провязывания. 
Тканый геотекстиль (геоткань) - это геотекстиль, изготовленный в результате прямоугольного переплетения двух или большего количества нитей. Геоткани обладают высокой прочностью, малой деформируемостью и водопроницаемостью. Прочность на растяжение этих геотекстилей может достигать сотен килоньютонов на 1 метр ширины, при этом удлинение при разрыве составляет не более 12-18 %. Поэтому эти геотекстили используются в качестве армирующих элементов для повышения прочности и несущей способность грунтовых сооружений и оснований. Геоткани так же применяются при устройстве защитных экранов полигонов для захоронения отходов, усиления оснований, сложенных техногенными грунтами. 
Другую группу геосинтетических материалов образуют так называемые геотекстильподобные материалы. Геотекстильподобные материалы - это плоские или трехмерные, водопроницаемые полимерные (синтетические или натуральные) материалы, которые не классифицируются как геотекстили. К ним относятся геосетки, георешетки, геоматы. 
Геосетками называются регулярные плоские структуры виде прямоугольной сетки, в которой образующие сетку элементы (высокопрочные нити или пучки нитей) скреплены узлами, переплетены или спрессованы. При этом открытые ячейки сетки существенно больше составляющих ее элементов. 
Георешетками называются регулярные прямоугольные структуры, изготовленные из полимерных (натуральных или синтетических) элементов, полученных прессованием, литьем под давлением или другими способами, которые переплетены или соединены между собой. При этом размер открытых ячеек георешетки существенно больше составляющих ее элементов. 
Геосетки и георешетки, как и геоткани, характеризуются высокой прочностью и малой деформируемостью. Это определяет их область использования в качестве армирующих элементов грунтовых сооружений и оснований. Геосетки и георешетки применяются так же в случаях обеспечения местной устойчивости откосов. 
Геоматами называются трехмерные водопроницаемые структуры из полимерных материалов и/или других синтетических или природных элементов, соединенных между собой термическим, механическим или другим способом, которые используются для закрепления грунтовых частей, корней трав или небольших растений, а так же применяются в геотехнике или других областях строительства. Геоматы изготавливаются в виде регулярных или хаотичных волоконных трехмерных структур, либо в виде сотовых, либо других конструкций из полос геотекстиля или пластмасс. Геоматы применяются для создания устойчивого растительного покрова на берегах рек, прудов, склонов и откосов с целью предотвращения эрозионных процессов поверхности. Геоматы в виде пространственных сотовых структур используются в сочетании с геотекстилями для усиления оснований и повышения несущей способности. 
Геоячейки это трехмерные водопроницаемые сотовые или решетчатые структуры, изготовленные из полос геотекстилей или геомембран, используемые, например, для закрепления частей грунта, корней растений или небольших растений в геотехнике и других видах строительства. 
Геосинтетические глиноматы и геомембраны относятся к водонепроницаемым материалам и применяются как изоляционные материалы. 
Геосинтетические глиноматы - это материалы заводского изготовления, состоящие из природных глин (например, бентонита), обладающих низким коэффициентом фильтрации, и геотекстиля. Поэтому часто глиноматы называют бентонитовыми матами. Эти материалы применяются для создания прудов, противофильтрационных завес, часто они служат альтернативным решением глиняным экранам при строительстве полигонов для захоронения отходов. 
Геомембранами называются рулонные материалы, характеризующиеся очень низкой водопроницаемостью, изготавливающиеся из синтетических полимеров или битумов. Геомембраны применяются для гидроизоляции, пароизоляции и газоизоляции подземных строительных конструкций, противофильтрационных экранов, устройства прудов, отстойников, испарителей. 
Развитие геосинтетических материалов привело к тому, что возникла группа геокомпозиционных материалов. 
Геокомпозиционными материалами называются геосинтетические материалы, которые объединяют свойства нескольких материалов. К таким материалам могут быть отнесены дренажные маты, состоящие из дренирующего ядра, фильтра и пароизолирующей мембраны.