Мусорные превращения: от отходов - к энергии

По оценкам специалистов, более 60% городских отходов – это потенциальное вторичное сырье, которое можно переработать и с выгодой реализовать. Еще около 30% – это органические отходы, которые можно превратить в компост.

 

Однако для любого города и населенного пункта проблема удаления или обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) всегда является в первую очередь проблемой экологической. Весьма важно, чтобы процессы утилизации ТБО не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом.

 

В настоящее время основными способами обращения с ТБО являются их термическое уничтожение (сжигание), захоронение на специальных полигонах, компостирование (получение удобрений) и переработка.

 

Среди этих способов сейчас первое место принадлежит захоронению. Как известно, подавляющая масса ТБО в мире пока складируется на мусорных свалках, стихийных или специально организованных в виде «мусорных полигонов». Однако это самый неэффективный способ борьбы с ТБО, так как мусорные свалки, занимающие огромные территории часто плодородных земель и характеризующиеся высокой концентрацией углеродсодержащих материалов (бумага, полиэтилен, пластик, дерево, резина), часто горят, загрязняя окружающую среду отходящими газами. Кроме того, мусорные свалки являются источником загрязнения как поверхностных, так и подземных вод за счет дренажа свалок атмосферными осадками. Следовательно, присутствие твердо-бытовых отходов в открытых свалках крайне отрицательно влияет на окружающую среду и как следствие – на человека.

Количество полигонов минимально в странах, испытывающих проблемы со свободными площадями (Швейцария, Швеция, Дания, Германия, Япония) и они имеют наиболее высокие показатели экологически и экономически направленной переработки ТБО, и максимально там, где достаточно высвобожденных земель.

 

Германия, Бельгия и Швеция являются лидерами по переработке отходов. Германия в последние годы практически не размещает отходов на полигонах (меньше 0,5%). Здесь жители городов собирают мусор раздельно: пищевые отходы в один пакет, остальное – в другой. Жители частных домов тщательно сортируют отходы, причем для отходов садовых хозяйств предусмотрены контейнеры зеленого цвета, содержимое которых централизованно компостируют. Жители оплачивают стоимость контейнеров и вывоз мусора по факту, а не в среднем на жителя в месяц. В счете на оплату учитывается масса сданного мусора. Каждый год жителям сообщают обо всех изменениях в ценах на эти услуги.

Сортировка бытовых отходов постепенно стала стилем жизни большинства немецких семей. Для сбора макулатуры, винных бутылок, использованных батареек, пивных и молочных бутылок используют контейнеры разного цвета. Одежду немцы складывают в пластиковые мешки, пластиковую и металлическую посуду – в контейнеры желтого цвета, пищевые бытовые отходы – в коричневые контейнеры, а остальные виды бытовых отходов – в черные. 

 

Муниципальные власти формируют специальные отряды, которые должны следить за чистотой. Эти так называемые «мусорные шерифы» появятся, например, если кто-то бросит на тротуар или проезжую часть окурок или, скажем, банку из-под пива. «Страж чистоты» вежливо вручит ему красную карточку. На картоне красного цвета напечатан перечень штрафов, которые будут взиматься с граждан, промахивающихся мимо урны.

 

В Швеции широко применяется система, так называемых, «депозитов», когда в цену продукции входит стоимость ее утилизации. Поэтому в этой стране повсеместно принято не выкидывать пластиковые и стеклянные бутылки или упаковку, а сдавать в специальные пункты приема, возмещая себе часть потраченных средств. Все, что может нанести вред экологии – вывоз мусора, его утилизация или хранение – строго контролируется государством. За незаконный вывоз мусора налагается огромный штраф. А на всех предприятиях переработки вторсырья установлены датчики по контролю за предельно допустимой концентрацией вредных веществ. Информация с этих датчиков постоянно поступает в государственные органы надзора за экологией.

 

Как известно, «лидером» в мире по образованию бытовых отходов на душу населения является США – свыше 3 кг в сутки. В США используется пластиковый мешок в мусорном ведре, в урне, контейнере. После его накопления концы пакета завязывают и выносят в мусорный контейнер у дома. Специальные службы регулярно вывозят пакеты с мусором на мусоросортирующие конвейеры, где извлекают из них бутылки, бумагу, банки и др. Остатки отправляют на захоронение.

Япония занимает второе место в мире по бытовому отходу на душу населения – свыше 2 кг мусора в сутки. Территория Японии слишком мала, чтобы использовать ее под мусорные полигоны. Поэтому на сегодняшний день Япония стремится свести показатель захоронений к нулю. Здесь перерабатывается все, что можно переработать. Закон о рециклировании упаковок и банок действует в Японии с 1995 г. В соответствии с ним, каждый житель Японии обязан сортировать и выкидывать упаковки строго в отведенные для определенного материала контейнеры. Обязательна переработка отходов следующих видов: всех типов стеклотары, пластиковых бутылок, банок, коробок, бумажных и пластиковых упаковок. В соответствии с действующим законодательством утилизация мусора в Японии – это слаженный процесс, в котором успешно сотрудничают три участника: потребители, предприниматели и государственные структуры. Ежегодно на уборку мусора тратятся около 2000 долларов США на одного жителя. Поэтому Япония считается одной из самых «чистых» стран в мире.

 

Существует ряд способов хранения и переработки твердых бытовых отходов, а именно: предварительная сортировка, санитарная земляная засыпка, сжигание, биотермическое компостирование, низкотемпературный пиролиз, высокотемпературный пиролиз.

Этот технологический процесс предусматривает разделение твердых бытовых отходов на фракции на мусороперерабатывающих заводах вручную или с помощью автоматизированных конвейеров. Сюда входит процесс уменьшения размеров мусорных компонентов путем их измельчения и просеивания, а также извлечение более или менее крупных металлических предметов, например консервных банок. Отбор их как наиболее ценного вторичного сырья предшествует дальнейшей утилизации ТБО (например, сжиганию). Поскольку сортировка ТБО - одна из составных частей утилизации мусора, то имеются специальные заводы для решения этой задачи, т. е. выделения из мусора фракций различных веществ: металлов, пластмасс, стекла, костей, бумаги и других материалов с целью дальнейшей их раздельной переработки.

Такой технологический подход к обезвреживанию твердых бытовых отходов связан с получением биогаза и последующим использованием его в качестве топлива. С этой целью бытовой мусор засыпают по определенной технологии слоем грунта толщиной 0,6-0,8 м в уплотненном виде. Биогазовые полигоны снабжены вентиляционными трубами, газодувками и емкостями для сбора биогаза. Наличие в толщах мусора на свалках пористости и органических компонентов создаст предпосылки для активного развития микробиологических процессов. 

Это широко распространенный способ уничтожения твердых бытовых отходов, который широко применяется с конца XIX в. Сложность непосредственной утилизации ТБО обусловлена, с одной стороны, их исключительной многокомпонентностью, с другой - повышенными санитарными требованиями к процессу их переработки. В связи с этим сжигание до сих пор остается наиболее распространенным способом первичной обработки бытовых отходов. Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. К числу недостатков этого способа относится выделение в атмосферу вредных веществ, а также уничтожение ценных органических и других компонентов, содержащихся в составе бытового мусора. 

Этот способ утилизации твердых бытовых отходов основан на естественных, но ускоренных реакциях трансформации мусора при доступе кислорода в виде горячего воздуха при температуре порядка 60°С. Биомасса ТБО 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 2 сут. 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. 

Органическая фракция ТБО, полученная в результате сортировки, а также отходы ферм и очистных сооружений могут быть подвергнуты анаэробной переработке с получением метана и компоста, пригодного для сельскохозяйственных и садоводческих работ. Переработка органики происходит в реакторах, где бактерии, производящие метан, перерабатывают органическую субстанцию в биогаз и гумус. Субстанция выдерживается в реакторе при определенной температуре 15-20 дней. Завод обычно состоит из двух или более параллельных линий. Биореакторы стационарны и расположены вертикально. Конечный продукт, гумус, полностью переработан, стабилизирован и пригоден для ландшафтных работ, садоводства и сельского хозяйства. Метан может быть использован для производства тепла и электроэнергии.