Компостирование ТБО и их смесей с другими отходами

Тема: «ХОЛОДНЫЕ» И «ГОРЯЧИЕ» МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТБО

Цель:изучить «холодные» и «горячие» методы переработки ТБО. Ознакомиться с экологическими проблемами «горячих» методов утилизации

ПЛАН:

1. Позиция Евросоюза по переработке ТБО

2. Компостирование ТБО и их смесей с другими отходами

2.1Технологии компостирования

2.2Разработка биопрепаратов

2.3Опыт России

ХОЛОДНЫЕ И ГОРЯЧИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТБО

Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) — это проблема общемирового масштаба. Анализ соотношения методик переработки ТБО в мире достаточно убедительно по­казывает (табл. 8.1), что у каждой страны Европы, Азии и Америки имеется свой собственный подход к этой проблеме. США, например, 85% ТБО складирует на полигонах и лишь 15 % — сжигает. Густонаселенная Япония, наоборот, лишь 25 % ТБО складирует, а 75 % — сжигает на специальных мусоросжи­гательных заводах (МСЗ). Однако Япония не имеет никаких эко­логических проблем с мусоросжигательными заводами. Это об­ъясняется тем, что ежегодно в Японии ведутся огромные на­учные исследования и ежегодно публикуются сотни научных статей по исследованию процессов сжигания ТБО и миними­зации экологического риска. При этом в целом по ЕС, Японии и США имеется некий «средний баланс» между объемами ТБО, складированных на полигонах и объемами ТБО, сожженных на специальных заводах. Объемы ТБО, подвергнутых компостиро­ванию, пока сильно отстают.

Позиция Евросоюза.

А) По компостированию.

В сентябре 2003 г. в немецком городе Витценгаузен был торжественно отпразднован несколько необычный юбилей: 20 лет со дня рождения так называемого «биоконтейнера» — бочки для сбора пищевых отходов. «Биоконтейнер принадлежит к числу наиболее успешных германских проектов,— с гордостью заявил один из авторов изобретения, профессор Технического университета в Брауншвейг Клаус Фрикке.— По-моему, здесь можно говорить об успехе. Все-таки сумма инвестиций в это столь важное для охраны окружающей среды дело достигла уже 4 млрд евро». Далее он сказал: «Правда, есть у биоконтейнера и конкуренты. Так, простое сжигание мусора намного дешевле и удобнее, чем его сортировка и последующая переработка».

Однако именно раздельный сбор ТБО есть непременным условием успеха программы компостирования ТБО. С точки зрения специалиста по компостированию для его успешного осуществления прежде всего необходимо ограничить или исключить те компоненты ТБО, которые не разлагаются микро­организмами, а также те компоненты, при разложении которых могут выделяться токсичные газы («проблемная эмиссия»). В этом смысле как раз очень важен «биоконтейнер» (т. е. от­дельный контейнер для пищевых отходов) — ведь с точки зрения перспектив компостирования в нем собирается наиболее быстро и полно биоразлагаемая, а значит, и наиболее ценная фракция ТБО — пищевые отходы. К сожалению, одной из существенных проблем «биоконтейнерного» проекта является постоянный и стойкий неприятный запах, исходящий от биоконтейнера.

Наиболее простым способом компостирования, тре­бующим наименьших объемов инвестиций, является «полевое» (т. е. на открытых площадках) аэробное компостирование, осо­бенно если это малая площадка частного фермера в сельской местности. Однако «созревание» компоста в полевых условиях длится довольно долго — 3-4 месяца. При этом для обеспечения высокого качества конечного продукта необходимо соблюдать ряд условий:

1) Компонентная и структурная стабильность исходного сырья.

2)Отсутствие бионеразлагаемых примесей.

3)Обеспечение регулярного проветривания и перелопачивания куч, чтобы аэробное брожение не перешло в анаэ­робное.

Несоблюдение этих и еще ряда других рекомендаций может привести к получению компоста низкого качества, что будет пре­пятствовать интенсивному развитию этого рынка, более того, может привести к его подрыву. Компост, полученный из более ка­чественного сырья, с более длительным периодом созревания может быть куплен садоводческими кооперативами, компост более низкого (но все еще достаточно хорошего) качества может найти применение в сельском хозяйстве.

Разумеется, есть целый ряд технологий компостирования, которые могут существенно ускорить период созревания компоста, например, анаэробное термическое компостирование, для ко­торого уже необходима заводская установка. Но такая технология требует значительно более крупных как инвестиций, так и эксплу­атационных затрат.

Переход к компостированию ТБО вместо его складирования, а также вместо его сжигания является экономически выгодным; в первом случае экономическая выгода составляет 1-4 евро/тонна ТБО, во втором — 12-25 евро/тонна. Из двух технологий компости­рования более дешевая — полевое аэробное компостирование, однако «заводское» анаэробное термическое компостирование более приемлемо экологически, т. к. сводит к минимуму выброс парникового газа СО2. Если перейти от складирования ТБО к «за­водскому» анаэробному термическому компостированию, то по­лучим экономическую выгоду 2-5 евро/тонна ТБО, а если же мы перейдем на такое компостирования от сжигания ТБО — экономия составит 13-29 евро/тонна.

Однако во многих странах с переходной экономикой (в т. ч. в Украине) такие оценки могут быть искажены по следующим при­чинам:

1) Слишком низкая плата за земельный отвод под полигон ТБО.

2)Слишком низкая плата за складирование 1 т ТБО.

3)Большая разница в цене бензина (или дизтоплива), из-за чего неадекватно учитываются транспортные расходы.

4)Низкие экологические платежи за загрязнение при­ родной среды; при этом полное отсутствие платы (на местном уровне) за выброс парниковых газов (СО₂ и СН₄).

5)Нет штрафных санкций за отсутствие сбора фильтрата на свалках ТБО и его дальнейшего обезвреживания.

Использование технологии компостирования позволяет возвратить в природный биогеохимический кругооборот органи­ческое вещество ТБО, растительных отходов и ОКК, восстановить и поддержать баланс питательных веществ почв в селах и малых го­родках, возвратить в землепользование сотни гектаров плодо­родных земель, занятых под свалки ТБО и иловые поля ОКК, уменьшить загрязнение природной среды, улучшить экономи­ческие показатели в секторе обращения с жилищно-комму­нальными отходами.

Примечание: Изучение потенциального спроса на компост в США показало, что если бы все органические отходы в США по­двергались компостированию, потенциальный спрос был бы удо­влетворен приблизительно на 10 % — в основном, в сельском хо­зяйстве, где использование компоста не только повышает урожай­ность, но и значительно сокращает эрозию почв и загрязнение химическими удобрениями. Исследование потенциальных эконо­мических выгод от более широкого использования компостиро­вания в США показало, что переход от свалок и мусоросжигания к компостированию органических отходов дал бы экономию от 1 до 2 млрд долларов в год. При этом в США отдают предпочтение аэ­робному компостированию, т. к. в этом случае выделяется преиму­щественно СО₂, а не метан.

Б) По сжиганию ТБО.

В настоящее время в Европе действует Европейская Ди­ректива по сжиганию отходов от 4 декабря 2000г. №2000/76/СЕ. Директивой установлены предельно допустимые нормы загряз­няющих веществ для среднесуточных выбросов в атмосферу: СО (50 мг/м³), всего пыли (10 мг/м³), летучие органические соединения (10 мг/м³), НС1 (10 мг/м³), HF (1 мг/м³ ), SO₂ (50 мг/м³), NO₄ (200 мг/м³); а также предельно допустимые нормы разовых выбросов, которые могут происходить в течение получаса — это строго определенные нормы, которые нельзя превышать. В Директиве определены до­пустимые концентрации для летучих тяжелых металлов: кадмий + торий (ОД мг/м³), ртуть (0,1 мг/м³) и общее значение для всех остальных металлов (1 мг/м³), зафиксированы допустимые концен­трации и на выброс диоксинов и фуранов — ОД нг/м³. Директива обязует осуществлять последующий дожиг отходящих газов. При сжигании твердых бытовых отходов выходящие из печи газы должны, по крайней мере, в течение 2 секунд подвергаться воздей­ствию температуры 850 °С (при сжигании опасных отходов — 11-00 °С). Очень низкие концентрации диоксинов измерить невоз­можно. Американской армией были определены эквиваленты ток сичности 210 молекул диоксинов и фуранов. В нормативно-правовой базе зафиксировано предельное значение — 0, 1 нг/м³ ЭТ. Экви­валент токсичности (ЭТ) является суммой измерений веса 210 мо­лекул. В первом приближении 0,1 нг/м³ имеет кратность порядка 10^-13. Некоторые молекулы имеют ЭТ порядка 0,001, поэтому для того, чтобы принять во внимание данные замеров, необходимо обеспечить чувствительность порядка 10-16. Нам же необходимо такое качество для взятия проб на выходе из дымохода на высоте 70 м! Хорошо, что есть предельное значение — ОД нг/м, однако из­мерить его невозможно. До тех пор, пока среди бытовых отходов мы будем находить батарейки, гальванические элементы и элек­троприборы, в шлаках будут присутствовать тяжелые металлы в больших концентрациях. Летучая зола после дымоочистки со­ставляет от 2 до 5% от массы поступающих отходов и является более опасной, чем шлаки. Бытовые отходы имеют НТП (нижний уровень теплотворной способности) — 2000 ккал/кг. Диоксины раз­рушаются при температуре 1100 °С в ходе их последующего сжи­гания. Однако при температуре от 450 до 275 °С они образуются снова. Для рекуперации тепла необходимо, чтобы процесс охлаж­дения длился как можно дольше. Поэтому, чем больше энергии мы получаем, тем больше образуется диоксина. В настоящее время оптимальная с точки зрения экономики мощность печи — это 10 тонн/час, или 80000 тонн/год. На мусоросжигательном заводе ис­пользуется 2 или 3 печи. Сумма инвестиций в завод, имеющий 2 печи (160000 тонн/год), составляет порядка 100 млн.евро. Затраты на переработку 1 тонны отходов варьируют от 60 до 100 евро за тонну. Эффективность рекуперации энергии может измеряться в кВт/ч электроэнергии на тонну обработанных отходов. Во Франции речь идет о порядка 150 кВт/ч, в исключительных случаях — о 192 кВт/ч. Напомним о том, что эффективность утилизации биогаза от полигона ТБО составляет 250 кВт/ч, при этом в атмосферу не вы­брасываются ни диоксины, ни тяжелые металлы и не образуется летучая зола.

Сравнительные экономические оценки технологий для ЕС:

1) Раздельный сбор + полевое компостирование — 35-75евро/тонна.

2)Раздельный сбор + термическое заводское компостиро­вание — 80-125 евро/тонна.

3)Складирование + заводское сжигание — 55-90 евро/тонна.

Вероятные тенденции ближайшего будущего в Украине:

1)Удорожание складирования ТБО (повышение платы).

2)Официально (на государственном или муниципальном уровне) будет узаконен раздельный сбор ТБО, без чего ТБО не могут быть складированы на полигоне.

3)Уменьшение или полное прекращение госдотаций на сжигание ТБО.

4)Сжигание ТБО без предварительной сортировки также будет облагаться дополнительным налогом.

5)Переход от технологий складирования и сжигания ТБО к технологиям компостирования ТБО будет в 95% случаев связан с технологией аэробного полевого компостиро­вания и лишь в 5 % случаев — с термическим анаэробным
компостированием в заводских условиях.

Компостирование ТБО и их смесей с другими отходами

Общая информация.

Компостирование может быть двух основных видов:

1) Аэробное — на открытых площадках (или в открытых траншеях) — «полевое»; при этом основной продукт — вы­сококачественное органическое удобрение, а побочный —биогаз (который зачастую вообще не улавливается).

2)Анаэробное, как правило, в заводских условиях — с полу­чением, главным образом, биогаза, а в качестве побочного продукта («шлама») — органическое удобрение.

Возможны также комбинации пунктов 1 и 2 (см. рис. 8.1).

Технология полевого компостирования допускает со­вместную переработку ТБО с богатыми азотом осадками сточных вод сельскохозяйственного сектора и производства пищевых про­дуктов, а в городах — осадков канализационных коллекторов (ОКК). Применяют две принципиальные схемы полевого компос­тирования: с предварительным дроблением ТБО (рис. 1а, б, г) и без предварительного дробления ТБО (рис. 1д — там происходит дро­бление уже образовавшегося компоста). Установки полевого ком­постирования, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства. Кроме того, в схему компостиро­вания иногда встраивают «биобарабан» для «принудительного» ускорения процесса, но это уже не совсем полевое, а скорее за­водское компостирование (рис. 1в).