Методы обезвреживания и переработки ТБО.
А.П. Щербо (2002) предлагает делить на ликвидационные (призванные решать главным образом гигиенические задачи) и утилизационные (имеющие целью использование полезных составляющих наряду с обезвреживанием отходов).
Основными методами обезвреживания ТБО, способными обеспечить санитарную очистку населенных мест, являются депонирование на полигонах (ликвидационный механический), компостирование в полевых условиях с получением органического субстрата для удобрения полей, биотермическая переработка на индустриальных предприятиях с получением компоста или биотоплива (утилизационный биологический), а также мусоросжигание (ликвидационный термический).
Удаление отходов - многофакторная задача, которая должна решаться в каждом случае с учетом санитарной, экологической обстановки, экономических и климатогеографических условий.
Наиболее распространенным методом обезвреживания бытовых отходов в настоящее время является захоронение на полигонах ТБО.
Полигоны ТБО — специальные инженерные сооружения природоохранного назначения, предназначенные для изоляции и обезвреживания ТБО. Обезвреживание отходов на полигонах ТБО происходит в результате биохимических процессов, в основном термофильной микрофлоры, развивающихся в теле полигона. В процессе обезвреживания участвуют и все остальные представители биоценоза полигона: грибы, водоросли, черви и пр. Выполняя при правильной организации и эксплуатации природоохранную функцию, полигон ТБО сам по себе представляет опасность для окружающей природной среды, а также для санитарно-эпидемиологического благополучия территории и здоровья населения. В атмосферном воздухе в расположении полигона обнаруживаются различные бактерии, грибы, актиномицеты в высоких концентрациях; в теле полигона постоянно образуются и выделяются в атмосферный воздух метан, оксид углерода, фенолы, аммиак, сероводород, толуол, ксилол и другие органические соединения, смесь которых получила название биогаза. Биогазу присущи все токсические, аллергические и неблагоприятные органолептические свойства его компонентов; кроме того, биогаз взрыво- и пожароопасен.
В процессе биохимического распада твердых отходов в теле полигона образуется фильтрат, в котором в высоких концентрациях присутствуют растворимые соединения всех химических элементов, в том числе токсичных металлов; органическая составляющая фильтрата представлена углеводородами, алифатическими и ароматическими карбоновыми кислотами, спиртами, кетонами в высоких концентрациях. БПК м фильтрата от 1500 до 40000 мг 02/л, ХПК до 80000 мг О2/л. Концентрации и соотношения компонентов фильтрата зависят от состава отходов и времени существования полигона. Фильтрат загрязняет почву в окрестностях полигона, а при неблагоприятных природных условиях может проникать в грунтовые воды и воды поверхностных водных объектов.
В теле полигона даже при надлежащей эксплуатации создаются новые биотопы для домашних и полевых грызунов, мух, комаров - переносчиков зоонозных и трансмиссивных болезней.
Для уменьшения этой опасности к организации, эксплуатации полигона, а также к консервации после окончания эксплуатации предъявляются определенные санитарные требования. Участок для полигона выбирают с учетом геологических, гидрогеологических, орографических условий, взаиморасположения с окружающими поселениями (расстояние и роза ветров); для размещения полигона можно использовать овраги, выработанные карьеры и другие неровности рельефа. Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается, как правило, на срок эксплуатации (не менее 15 лет).
Геологическим основанием полигона должны быть глины или тяжелые суглинки; при отсутствии таких пород необходимо устройство водонепроницаемого экрана из глины или искусственных каландрированных геомембран. Высота стояния грунтовых вод на территории полигона должна быть не менее 2 м. По дну котлована полигона укладывается дренаж для сбора и последующего обезвреживания фильтрата. Материалом для изолирующих слоев могут служить ТПО 4-го класса опасности (малоопасные). На территории полигона, кроме участков для складирования и захоронения, могут быть специальные инженерные сооружения для сортировки, переработки или уничтожения отходов. Обязательна организация мониторинга грунтовых вод (высота стояния, химический состав) и химического состава и санитарных показателей почвы в санитарно-защитной зоне полигона.
Закрытие полигона (вывод из эксплуатации) осуществляется после его отсыпки на проектную высоту. Последний слой отходов при выводе из эксплуатации окончательно перекрывается наружным изолирующим слоем грунта, мощность которого в зависимости от последующего использования территории полигона может колебаться от 0,6 до 1,5 м. Поверх изолирующего слоя укладывают слой плодородного грунта, поверхность бывшего полигона озеленяют для предотвращения выветривания и размывания атмосферными осадками. Территорию выведенного из эксплуатации полигона захоронения ТБО можно использовать для создания лесопарков, открытых складов товаров непищевого назначения. Капитальное строительство на территории полигона ТБО, выведенного из эксплуатации, не допускается в течение не менее 40 лет.
Существенным недостатком полигонов захоронения ТБО является большая площадь земли, на многие десятилетия выводимая из хозяйственного оборота. На урбанизированных территориях с высоким уровнем хозяйственного освоения выбрать участок для размещения полигона, который удовлетворял бы всем гигиеническим и экологическим требованиям, невозможно.
Эффективной альтернативой полигонам захоронения ТБО является индустриальный способ биотермического обезвреживания ТБО на мусороперерабатывающих заводах (МПЗ). Индустриальный способ обеспечивает сбережение земельных ресурсов, использование ряда компонентов (прежде всего металлов) в качестве вторичного сырья, производство из отходов новых целевых продуктов (биотопливо, компост, инертный строительный материал), уменьшает загрязнение почвы и водных объектов.
Основным технологическим звеном завода являются горизонтальные вращающиеся барабаны-ферментаторы диаметром около 2 м и длиной 60 м, в которых происходит биотермическая переработка отходов. Внутри барабана установлено шнековое устройство (винтовой конвейер) для перемещения массы отходов по длине ферментатора. Отходы, загруженные с одного конца ферментатора, продвигаются с помощью шнека до противоположного конца за 2—3 сут. Преобразование ТБО в продукт, безвредный в санитарно-эпидемиологическом отношении, обеспечивает тепло, выделяемое аэробной термофильной микрофлорой ТБО. Температура обезвреживаемой при медленном вращении ферментатора массы без искусственного подогрева и бактериальных добавок достигает 60-65 °С, что создает условия для ускоренной трансформации органических веществ в более стабильные, годные для питания растений формы, для отмирания патогенной микрофлоры, яиц гельминтов и личинок мух. При 3-суточном цикле ферментации товарным продуктом является эпидемиологически безопасное органическое удобрение для открытого грунта, при 2-суточном цикле товарным продуктом является биотопливо для закрытого грунта (теплиц, парников), тоже обезвреженное в отношении яиц гельминтов и личинок мух, но с более низким колититром. Для нормальной работы ферментатора и получения высококачественного товарного продукта в технологический цикл включены дополнительные звенья, а именно электромагнитная сепарация черного металла, электроиндукционная сепарация цветного металла, гравитационная сепарация стекла, воздушная сепарация бумаги и пленок. Перед укладкой готового продукта в штабеля на грохоте отделяется неферментируемая фракция (камни, кожа, текстиль, пластмасса и пр.), которая составляет около 20% исходной массы отходов. Эта часть отходов направляется для захоронения на полигон ТБО.
Сжигание отходов производится на мусоросжигательных установках (МСУ). Мусоросжигание целесообразно при содержании в ТБО активного органического вещества менее 30%, а также при отсутствии гарантированных потребителей компоста и биотоплива в радиусе 15 км от возможного места расположения МПЗ. МСУ могут проектироваться с утилизацией тепла, образующегося при сжигании отходов, для производства электроэнергии.
Поскольку ТБО представляют собой разномерную и разнохарактерную по теплотворной способности массу, обеспечение полноты сгорания и эффективной очистки дымовых газов от вредных и опасных компонентов становится сложной технологической задачей. Температурные параметры топок МСУ ограничены 900-1000 °С. При более низких температурах не полностью разлагаются дурно пахнущие газообразные вещества, более высокие приводят к быстрому износу металлических элементов топки. МСУ должны быть оборудованы надежной системой очистки отходящих газов в виде комбинации циклонов, скрубберов и электрофильтров; стоимость системы газоочистки составляет не менее 20% стоимости строительства завода. Несмотря на высокую эффективность газоочистки МСУ в отношении взвешенных веществ и большей части отходящих газов (оксиды азота, серы, углерода), выбросы МСУ в атмосферу содержат поли-хлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), чрезвычайно опасные вещества, способные давать токсические и канцерогенные эффекты в дозах, составляющих сотые доли пикограмма на 1 кг массы.
Зола и шлак, образующиеся при сжигании ТБО, составляют от 275 до 430 кг на 1 т ТБО. Эти опасные промышленные отходы, содержат, кроме обычных минеральных веществ, тяжелые металлы в концентрациях порядка сотен миллиграммов на 1 кг, а также диоксины. Опасность представляют и сточные воды МСУ, формирующиеся из промывных вод системы газоочистки и транспортной воды системы шлакозолоудаления; в них также содержатся тяжелые металлы и диоксины. Удельное количество сточных вод составляет 1 м3 на 1 т перерабатываемых отходов. Таким образом, сжигание ТБО в обычных установках влечет за собой образование большого количества других не менее опасных продуктов, приводящее к загрязнению почвы, воды и атмосферного воздуха, не избавляет от необходимости захоронения опасных отходов (золы и шлака), образующихся при сжигании ТБО. Попытки совершенствования технологии сжигания на МСУ (слоевое сжигание, низкотемпературная газификация, сжигание в кипящем слое и пр.) пока не привели к положительным результатам. При сжигании ТБО на каждый кубометр отходов расходуется около 150 м3 чистого атмосферного воздуха.
Перспективным методом термического обезвреживания ТБО считается пиролиз - высокотемпературный (от 400 до 1200 °С) способ разложения органического вещества без доступа кислорода и без добавления химических реагентов (многофазный процесс карбонизации органического вещества). Товарными продуктами пиролиза являются либо горючий газ, содержащий много метана (швель-газ), либо полимерные смолы сложного химического состава, используемые в химической промышленности. Шлаки, образующиеся в процессе пиролиза, инертны и могут быть утилизированы при строительстве дорог или в промышленности строительных материалов. Объем захораниваемых шлаков составляет около 20% массы, подвергнутой пиролизу. Основные технологические этапы пиролиза ТБО показаны на рис. 16.3. Пиролиз в противовес сжиганию трактуют как экологически чистый (протекающий в замкнутом аппарате) технологический процесс, характеризующийся простотой аппаратурного оформления, минимальными выбросами в атмосферный воздух, большей способностью к переработке проблемных отходов (пластмассы, резины и пр.). В настоящее время пиролиз может быть компонентом более сложных систем обезвреживания ТБО, например обработки неферментируемой фракции ТБО, полученной при биотермическом обезвреживании ТБО на МПЗ заводе. Возможно использование пиролиза и при уничтожении в ограниченных масштабах некоторых видов опасных отходов.
В заключение следует отметить, что какого-либо одного универсального метода обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов, удовлетворяющего современным экологическим, гигиеническим требованиям и рационального с экономических позиций, не существует. Тенденция мировой практики в этой области — комплексная переработка ТБО, основанная на промышленной технологии по принципу комбинации различных методов, объединяемых рациональной сортировкой отходов на всех этапах цикла обращения, начиная со сбора ТБО в домовладениях, и максимальное повторное использование фракций отходов или товарных продуктов их переработки в различных отраслях хозяйства.
К твердым промышленным отходам наряду с остатками сырья, полупродуктов, находящихся в твердом сухом состоянии, относят и вещества (смеси веществ) пастообразной консистенции (клеи, кубовые остатки и пр.), а также твердые отходы повышенной влажности (шламы гальванических и других производств, осадки очистных сооружений канализации и пр.).
ТПО образуются в больших количествах в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых; их образование не является целью данного производственного процесса, и для получения целевого товарного продукта ТПО должны быть выведены за пределы производства. Большинство ТПО можно использовать в качестве вторичного сырья для получения других целевых продуктов, для части ТПО возможны восстановление полезных свойств и повторное использование (рециклинг). Большие успехи в этом направлении достигнуты при производстве цветных металлов, широко внедрен рециклинг в производстве бумаги и картона, есть разработки в области повторного использования материала автомобильных покрышек в строительстве.
Среди ТПО особо выделяются опасные отходы, под которыми понимают вещества или смеси веществ, обладающие опасными для человека или окружающей среды свойствами (токсичностью, взрыво- и пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудители инфекционных болезней. По степени опасности промышленные отходы делятся на 4 класса: 1-й класс — чрезвычайно опасные, 2-й класс - высокоопасные, 3-й класс - умеренно опасные, 4-й класс - малоопасные. ТПО l-3-го класса при невозможности повторной переработки или другого способа утилизации подлежат захоронению на полигонах ТПО с целью полной и долговременной изоляции от окружающей среды.
Отходы 4-го класса при наличии положительного санитарно-эпидемиологического заключения можно использовать в качестве изолирующего грунта на полигонах ТБО, в некоторых случаях в дорожном строительстве, при вертикальной планировке территории.
Выбор места для полигона захоронения и обезвреживания опасных ТПО — очень трудная гигиеническая и инженерно-геологическая задача. Полигон должен располагаться на достаточном удалении от поселений, рекреационных зон, поверхностных водных объектов, сельскохозяйственных угодий, на территории с мощным естественным противофильтрационным экраном, низким стоянием грунтовых вод и маломощными глубокими горизонтами подземных вод, не используемых для питьевого и хозяйственного водоснабжения. При оборудовании полигона принимают меры для предупреждения распространения ливневых и талых вод за границы полигона, для чего сооружают кольцевую канаву и глиняные валы достаточной высоты. Способ захоронения ТПО зависит от агрегатного состояния, водорастворимости и класса опасности отходов. В частности, захоронение водорастворимых отходов 1-го класса (чрезвычайно опасных) производится в котлованах в контейнерной упаковке в стальных баллонах со стенками толщиной 10 мм, помещаемых в бетонный короб. Заполненные отходами котлованы изолируют уплотненным слоем глины толщиной 2 м, после чего покрывают водонепроницаемым покрытием из гудрона, цементогудрона.
Рекультивацией нарушенных земель называется искусственное восстановление плодородия почвы и растительного покрова после техногенного нарушения природной среды в процессе добычи полезных ископаемых или крупномасштабного строительства.
Раздел рекультивации нарушенных земель должен быть в каждом проекте, связанном с техногенным вмешательством в геологическую среду: проекте добычи полезных ископаемых, гидротехнического строительства, строительства или вывода из эксплуатации любого крупного объекта. Рекультивация осуществляется в несколько этапов (горнотехнический, технический и биологический).
Горнотехнический этап рекультивации по существу является завершающим этапом горного цикла (добычи полезных ископаемых). На этом этапе осуществляются мероприятия по защите рыхлых пород от эрозии, по восстановлению гидрогеологического режима горной выработки; все работы проводятся с использованием горной техники.
На техническом этапе производят вертикальную планировку рекультивируемой территории, формирование откосов, транспортировку и нанесение плодородных пород на рекультивируемые земли, строительство дорог, гидротехнических и мелиоративных сооружений.
На заключительном, биологическом, этапе осуществляется комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на возобновление флоры и фауны, восстановление хозяйственной продуктивности земли.
Гидрогеологический и гидрохимический мониторинг должен продолжаться и после рекультивации; его продолжительность определяется динамикой наблюдаемых процессов.
При проведении мероприятий по рекультивации нарушенных земель, как правило, не возникает конкретных санитарных вопросов и основная роль в их разработке и осуществлении принадлежит землеустроителям, агрономам, лесоводам и другим специалистам сельского и лесного хозяйства. Однако проведение таких мероприятий во многом способствует оздоровлению природной среды региона, восстановлению природной и эстетической ценности нарушенных земель и тем самым санитарно-эпидемиологическому благополучию.
77. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации полигонов для захоронения ТБО.
78. Биотермические методы обезвреживания твердых бытовых отходов, характеристика.
79. Ликвидационные методы обезвреживания твердых бытовых отходов, характеристика.
80. Утилизационные методы обезвреживания бытовых отходов, характеристика.
81. Системы сбора и удаления отходов в населенных пунктах.
82. Гигиеническое нормирование вредных веществ в почве. Показатели вредности химических веществ.
83. Понятие о микроклимате, его гигиеническое значение. Терморегуляция организма, основные пути теплопередачи.
84. Микроклиматические факторы в жилых зданиях. Принципы гигиенической оценки параметров микроклимата.
85. Естественная вентиляция жилых и общественных зданий. Расчет воздушного куба. Особенности воздухообмена в зданиях разной этажности.
86. Оценка эффективности воздухообмена в жилых и общественных зданиях. Искусственная вентиляция.
87. Гигиенические требования, предъявляемые к освещению жилых и общественных зданий. Основные светотехнические понятия и геометрические показатели.
88. Естественное освещение жилых и общественных зданий. Принципы гигиенической оценки проведения измерений.
89. Геометрические и светотехнические методы оценки.
90. Гигиеническое нормирование, измерение и оценка искусственного освещения.
91. Инсоляция. Гигиенические требования к обеспечению инсоляцией жилых и общественных зданий, территории жилой застройки.
92. Отопление жилых и общественных зданий. Основные виды и системы и их гигиеническая характеристика.
93. Строительные материалы и конструкции. Гигиенические требования, предъявляемые к синтетическим строительным материалам.
94. Гигиенические требования к планировке и оборудованию жилых зданий.
95. Предупредительный и текущий санитарный надзор в области гигиены жилых общественных зданий.
96. Система мероприятий по профилактике внутрибольничных инфекций.
97. Гигиенические основы современного строительства лечебно-профилактических учреждений. Выбор участка, его планировка и застройка.
98. Гигиенические требования к внутренней планировке и санитарно-техническому оборудованию амбулаторных и стационарных соматических лечебных учреждений.
99. Гигиенические требования к планировке и режиму эксплуатации инфекционного отделения (больницы).
100. Гигиенические требования к планировке и режиму эксплуатации родильного отделения.
101. Гигиенические требования к планировке и режиму эксплуатации хирургического отделения.
102. Гигиеническое значение зеленых насаждений. Требования к озеленению населённых пунктов и зон отдыха населения.
103. Гигиеническое значение организации улично-дорожной сети. Благоустройство улиц.
104. Гигиеническая оценка топографических, климатических, гидрологических и почвенных условий, эпидемиологической ситуации при планировке и застройке населенных мест.
105. Гигиенические требования к планировке населенных мест. Градообразующие факторы.
106. Гигиенические требования к организации и характеристика основных элементов селитебной территории.
107. Гигиенические требования к планировке и застройке микрорайона. Размещение учреждений и предприятий обслуживания населения на его территории.
108. Физические и физиологические характеристики шума. Классификации шума.
109. Источники шума в населенных пунктах, их сравнительная гигиеническая характеристика. Особенности его влияния на организм человека.
110. Принципы гигиенической оценки коммунального шума.
111. Система мероприятий по снижению коммунального шума.
112. Санитарный надзор по защите от шума среды обитания человека.
113. Электромагнитное излучение, характеристики, источники в населённых местах, общественных и жилых зданиях и сооружениях.
114. Источники электромагнитных излучений радиочастотного диапазона, принципы гигиенической оценки, биологическое действие.
115. Организация мероприятий по защите населения от воздействия электромагнитных излучений.