Знезараження і використання твердих

Побутових відходів

Знезараження твердих побутових відходів є заключним етапом санітарного очищення міста і відіграє дуже важливу роль в охороні навколишнього середовища, оскільки попереджує забруднення ґрунту, повітря і води, а відходи, в санітарному відношенні, стають нешкідливими. Знезараження відходів повинно здійснюватись найбільш ефективними в санітарному і техніко-економічному відношенні методами. При цьому в багатьох випадках доцільно використовувати корисні властивості відходів. Такий процес знезараження включає в себе підготовку сміття до використання його у якості добрив в сільському господарстві і в якості вторинної сировини.

За характером знезараження і використання відходів методи знезараження поділяються на біотермічні, фізико-механічні, термічні та хімічні.

Основними методами знезараження є компостування, спалювання і звалища (полігони) для складування.Механізовані методи знезараження починають замінювати полігони. Це обумовлено підвищенням вимог до охорони навколишнього середовища, тенденцією до збільшення полігонів за розмірами по мірі зростання міст і кількості побутових відходів.

Одним із методів знезараження твердих побутових відходів є їх біотермічна переробка з отриманням компосту та біопалива. Біотермічний процес проходить в результаті росту і розвитку різних, в основному теплолюбних, мікроорганізмів в аеробних умовах (при достатньому доступі повітря). Цей процес протікає лише в умовах належної аерації та пониженої тепловіддачі. Найбільш інтенсивно біотермічні процеси протікають при вологості відходів 40...60 % і при вмісті в ньому не менше 25 % органічних речовин. В результаті розігріву відходів до 50...70 ⁰С і дії різних мікроорганізмів знищуються мікроби, личинки і лялечки мух. Самі відходи під дією біохімічних процесів перетворюються в перегній та використовуються в сільському господарстві в якості добрив.

Залежно від технологічної схеми і обладнання, що використовується, біотермічні методи поділяються на наступні:

– польове компостування (переробка) на відкритих майданчиках без попередньої підготовки відходів;

– польове компостування на відкритих майданчиках з попередньою підготовкою відходів;

– переробка в спеціальних установках без попередньої підготовки відходів (біотермічні камери, парники, теплиці і т.д.);

– прискорене компостування в спеціальних камерах з попередньою підготовкою відходів;

– промислове біотермічне знезараження і переробка відходів.

Компостування твердих побутових відходів штабелями – це відкрита біотермічна обробка побутових відходів без попередньої підготовки в компост на спеціальних ділянках для подальшої його утилізації в сільському господарстві або зеленому будівництві в якості добрив. Відходи на полях компостування вкладають на грунт, вкритий водопоглинаючими матеріалами (торф, солома, дозрівший компост та ін.) окремими штабелями, які зверху і по бокам накриваються шаром ґрунту або торфу товщиною 20...25 см. Штабелі мають форму трапеції, ширину яких по низу в поперечному перерізі приймають в межах 3...4 м, по верху 2...3 м, а висоту 1,5...2 м. Довжину штабелі мають 10...25 м (рис. 8.1.).

	Рис. 8.1. Поля компостування 1 – магістральна дорога з твердим покриттям; 2 – містки для переїзду; 3 – відвідна канава; 4 – випуск води; 5 – компостні штабелі; 6 – господарська зона

Необхідну територію для полів компостування визначають за формулою:

,(8.1)

де F – площа необхідної території для компостування ТПВ, м²;

Q_p – об’єм річного надходження сміття на поля компостування, м³;

t – термін знезараження сміття, місяців;

V – об’єм одного штабеля, м³;

f – площа одного штабеля, м²;

k – коефіцієнт, що враховує додаткові площі, k=2,2...2,5.

Для орієнтовних розрахунків площа території полів компостування приймається із розрахунку 1,5...2 га на 10 тис. населення. Поля компостування відділяють від житлових районів міста санітарно-захисною зоною шириною не менше 300 м.

Застосовують також варіант компостування ТПВ з влаштуванням ровів у сполученні зі штабелями відходів. Рови сприяють кращій аерації і швидшому виникненню високих температур. Грунт із ровів використовують на створення ізолюючого шару штабелів.

Застосування цих простих методів потребує значних територій для влаштування компостних полів та тривалого часу (10…12 місяців) для переробки відходів.

Польове компостування на відкритих майданчиках з попередньою підготовкою відходів (рис. 8.2.) зменшує строк переробки відходів в компост до 20...70 діб.

Рис. 8.2. Схема безкамерної установки із примусовою аерацією 1 – ізоляційний шар; 2 – вентиляційна труба із вертикальним випуском; 3 – підстилаючий шар

Суть методу полягає: у влаштуванні системи аерації нижніх шарів штабелів за допомогою спеціальних аераційних труб, вертикальних труб; в створенні пустот в штабелях. При цьому значно швидше досягається висока температура і скорочується строк дозрівання компосту. Завдяки штучній аерації з’являється можливість збільшення розмірів штабелів, що дозволяє зменшувати території, які відводяться під полігони.

Переробка в спеціальних установках без попередньої підготовки відходівпризначена для знезараження побутових відходів і перетворення їх в компост закритим способом (рис. 8.3.).

Рис. 8.3. Біотермічна двохсекційна камера 1 – пристінні козирки; 2 – отвір для вивантаження сміття; 3 – камера для прийому рідини; 4 – аератори; 5 – завантажувальні люки; 6 – дефлектор; 7 – решітка

Камери являють собою закриті приміщення із цегли або бетону з верхнім завантажувальним отвором в перекритті та з нижнім розвантажувальним отвором у стіні. Підлога камери виконується із водонепроникного матеріалу з ухилом 0,01 %. Такі камери мають низьку теплопровідність, високу волого- і морозостійкість та досягають об’єму 2...20 м³ і більше. Процес компостування в камері протікає за 40...60 діб, і значно швидше досягається температура 50...70 ⁰С (за 5...10 діб). При штучному підігріві оборотність камери складає 10...12 днів.

Загальний об'єм камери визначається за формулою:

, (8.2)

де V – об’єм камер, м³;

Q_g – середньодобове надходження відходів у камери, м³;

t – тривалість повного циклу процесу з урахуванням часу завантаження та розвантаження, діб;

k_bk – коефіцієнт використання повного об’єму камери, k_bk=0,65... 0,75.

Кількість камер визначається їх розрахунковою місткістю та будівельним об’ємом:

, (8.3)

де n – кількість камер, шт;

V – сумарний об’єм камер, м³;

g – будівельний об’єм однієї камери, м³.

Річна продуктивність камери визначається за формулою:

, (8.4)

де К_у – коефіцієнт ущільнення відходів у камері, К_у = 0,2...0,4.

Площа ділянки для біотермічних камер з врахуванням проїздів, службових приміщень і т. д. приймають із розрахунку 0,5...1 га на 10 тис. м³ відходів, що переробляються в рік. Санітарно-захисна зона складає не менше 300 м.

Прискорене компостування в спеціальних камерах із попередньою підготовкою відходів. Для прискорення біотермічних процесів застосовується попереднє подрібнення відходів. Суть методу полягає в тому, що суміш попередньо подрібнюється в молоткових дробарках, очищається від металу і за допомогою елеватора надходить у першу камеру, потім у другу і третю. Цикл компостування триває 4...6 діб. У верхній частині камер знаходиться пристрій для зволоження відходів і дозатори для введення мінеральних добавок і біологічних прискорювачів. Недоліком такого методу є багатократне перевантаження відходів.

Методи промислового біотермічного знезараження і переробки відходів.Промислова переробка відходів застосовується у великих містах на спеціальних заводах. При цьому зменшується трудоємкість і тривалість процесів знезараження та утилізації відходів, зменшується площа територій, що зайнята установками для переробки відходів, знижується пробіг автотранспорту для видалення відходів.

Прискорення біотермічних процесів досягається за наступних умов:

– створення оптимальних умов для розвитку мікроорганізмів (аерація, температура, вологість);

– фізико-хімічна підготовка середовища для мікрофлори (подрібнення і перемішування);

– додавання активних мікроорганізмів.

Строк компостування 3...5 днів; кількість відходів, які перероблюються – 400...700 тис. м³ на рік.

Розміри санітарно-захисних зон для центральних заводів 500 м, для районних – 300 м; розміри земельних ділянок – 0,05 га, складів свіжого компосту – 0,04 га на 1000 т на рік.

Не підлягають біотермічній переробці відходи інфекційних і хірургічних відділень лікарень, відходи парків, садів і городів, що пошкодженні шкідниками, відходи з домішками радіоактивних, дезинфікуючих і токсичних речовин.

За характером переробки і утилізації відходів заводи поділяються на наступні групи:

– комбіновані, що забезпечують отримання компосту з повною утилізацією відходів, які не компостуються; доцільні при продуктивності заводів не менше 100 тис. т відходів у рік;

– з частковою переробкою відходів і двохступінчастим помелом до і після біотермічної обробки; заводи такого типу малоекономічні;

– із завантаженням відходів безпосередньо в біотермічні установки в обхід приймального бункеру; рекомендуються для малих і середніх міст;

– з попереднім подрібненням відходів, які не сортуються, дробарками з високим ступенем подрібнення перед подачею в біотермічні установки; заводи відрізняються простотою і надійністю технологічної схеми, мають невисокі затрати електроенергії;

– з переробкою в біотермічній установці без сортування і подрібнення відходів, але з виділенням скла із готового компосту; на переробку відходів затрачається мінімум електроенергії, технологічна схема проста, але дає найменший вихід компосту.

Найбільш доцільними для застосування є заводи з переробкою без сортування і з попереднім подрібненням відходів.

Сміттєсортувальні та сміттєутилізаційні заводи.На таких заводах здійснюється виділення із загальної маси відходів окремих компонентів для вторинного використання в народному господарстві. Санітарно-захисна зона для заводів районного значення 300 м. Застосовуються дві технологічні схеми заводів: з ручним і механізованим відбором вторинної сировини.

Продуктивність заводів з ручним відбором, що побудовані у Москві, Києві, Донецьку – 150 тис. м³ відходів, що обробляються.

На заводах з механізованим розділенням і сортуванням утилізується до 60% побутових відходів, що надходять на завод. Відходи, що не переробляються (40%), спалюються.

Повна механізація і автоматизація технологічних процесів, велика кількість встановленого обладнання значно збільшує капіталовкладення на будівництво і експлуатаційні витрати на утримання заводу.

Утилізація відходів промисловості.Вторинні матеріальні ресурси – це відходи промисловості, використання яких на певному етапі може бути доцільним в народному господарстві. До них відносяться залишки сировини, матеріалів або напівфабрикатів, що утворюються при виготовленні продукції і втратили частково або повністю свої споживчі властивості; продукти фізико-хімічної переробки сировини, отримання яких не є метою даного виробничого процесу і які можуть бути використані в народному господарстві як готова продукція після додаткової переробки.

Одним із найбільш перспективних напрямків утилізації промислових відходів є використання їх у виробництві будівельних матеріалів і виробів.

Складування відходів на звалищах. Захоронення відходів на звалищах – найменш досконалий в технологічному і санітарному відношенні метод знезараження. Як найбільш дешевий, він широко розповсюджений у всіх країнах. Відходи складуються у вигляді насипу у кар’єрах і ярах. Розрівнювання, ущільнення і покриття відходів ізолюючим шаром не практикується. Санітарно-захисна зона приймається шириною 1000 м.

Звалища – джерело забруднення навколишнього середовища дрібними фракціями відходів, мухами, димом від постійного горіння відходів. Через відсутність водонепроникної основи можливе забруднення фільтратом грунтових вод. Відсутність твердих покриттів проїздів призводить до сезонного використання звалищ. Утилізація відходів на звалищах технічно і економічно недоцільна.

Комбінований метод (полігони). Полігони (вдосконалені звалища) є одним із найекономічніших методів знезараження побутових відходів, що забезпечує, при дотриманні спеціальних технологічних і санітарних правил, охорону навколишнього середовища від забруднень. Особливо ефективні полігони для міст, в яких накопичується 100...300 тис. м³ відходів на рік.

При проектуванні, будівництві і експлуатації полігонів необхідно забезпечити:

– повну санітарно-епідеміологічну безпеку для обслуговуючого персоналу і населення, що проживає поблизу;

– охорону від забруднення ґрунту, повітряного басейну, грунтових і поверхневих вод;

– раціональне використання і економію площі полігонів за рахунок збільшення ємкості полігонів (підвищення ступеню ущільнення відходів і висоти складування);

– зниження до мінімуму вартості знезараження відходів;

– максимальну механізацію всіх видів робіт.

На полігонах дозволяється знезараження побутових відходів, відходів культурно-побутових, торгівельних, адміністративних закладів, вуличного сміття, нетоксичних і слаботоксичних відходів промислових підприємств, а також сільськогосподарських відходів.

Не допускається сумісне знезараження на полігонах побутових, радіоактивних, тонкодисперсних, токсичних, легкозаймистих і вибухових відходів, трупів тварин і рідких відходів, які повинні знезаражуватись на спеціальних полігонах в установках і спорудах. Перелік промислових відходів, які дозволяється знезаражувати на полігоні, встановлюється місцевими органами санітарного нагляду і комунальними організаціями.

Згідно санітарних вимог і умов безпеки виконання робіт по складуванню відходів, забороняється відбір вторинної сировини на полігонах.

Знезараження на полігонах проходить за рахунок їх біотермічного анаеробного розкладання з виділенням газів, фільтрату і незначної кількості тепла. Температура маси, що складується, при вологості 40...50%, не перевищує 30...40 ⁰С. Процеси виділення газів (метану, водню, сірководню та ін.) тривають протягом 5...10 років і більше з моменту закладання полігону. При застосуванні ізолюючих шарів забруднення атмосферного повітря газами поширюється на відстань не більше 50...100 м від меж полігону. Тривалість знезараження і мінералізації відходів у верхніх шарах складає 15...25 років після закриття, в більш глибоких шарах – 50 і більше років. Санітарно-захисна зона приймається шириною не менше 500 м.

Під полігони відводяться ділянки, непридатні для сільськогосподарського і промислового використання і не відведені по генеральному плану розвитку міста під міську забудову.

Найбільш раціонально використовувати полігони для рекультивації вироблених територій (кар’єри глини, піску, щебеню та ін.).

Ділянка полігону повинна мати такі розміри, щоб була можлива його експлуатація не менше 15 років. При влаштуванні полігону в кар’єрі або ярі, який за генпланом підлягає рекультивації, цей строк може бути зменшений до 5 років.

Термічні методи базуються на повному знищенні відходів методом їх спалювання, сушки або піролізу в спеціальних інженерних спорудах.

Переваги термічних методів наступні:

– економія земельних ділянок;

– використання горючих газів і тепла, що утворюється при спалюванні відходів, для виробництва електроенергії, теплопостачання сміттєспалювальної станції і прилеглих районів; використання шлаку і золи з будівельною метою, металу – в якості вторинної сировини;

– повне знезараження відходів.

Сміттєспалювальні установки. Застосування сміттєспалювальних установок доцільно при наступних умовах:

– вміст у побутових відходах менше 30% активних органічних речовин;

– відсутність споживачів компосту і біопалива;

– підвищення санітарних вимог до знезараження відходів (в курортних і портових містах);

– висока інфікованність відходів (відходи лікувальних закладів, перукарень та ін.);

– обмеження земельних ділянок для будівництва споруд із знезараження;

– ліквідація залишків відходів, які не компостуються на сміттєпереробних заводах;

– висока теплова здатність відходів і можливість їх спалювання без додаткового палива.

Конструкція сміттєспалювальних печей повинна відповідати наступним вимогам:

– рівномірне і легкорегульоване повне спалювання при стабільній температурі 900...1000 ⁰С незалежно від складу і розміру відходів;

– перемішування в процесі горіння відходів;

– стерильність шлаків і відсутність в них гниючих залишків;

– ефективність очищення димових газів від шкідливих домішок і летючої золи;

– висока ступінь механізації і автоматизації робіт, зменшення до мінімуму кількості обслуговуючого персоналу;

– простота обслуговування і ремонту;

– висока зносо- і корозійна стійкість всіх механічних деталей.

Хімічні методи знезараження передбачають застосування технологічних схем із складним обладнанням і високою вартістю і тому широкого розповсюдження не отримали.

Гідроліз. Хімічний метод знезараження, що передбачає переробку відходів в слабкому розчині сірчаної кислоти, при тиску 1,5...2 атм і температурі 115...120 ⁰С, в автоклавах протягом 3 год. В таких умовах проходить швидкий гідроліз білкової клітинної протоплазми і патогенних мікроорганізмів.

Гідролізат (продукти гідролізу) має високий вміст азоту (1,1%), калію (1%), фосфору (0,5%) і може бути використаний в якості добрив в зеленому господарстві або для отримання харчових дріжджів.

Термохімічний метод переробки твердих побутових відходів – піроліз– оснований на розкладанні частинок при високій температурі без доступу повітря або при його недостатній кількості, шляхом неповного окислення повітрям; отримані газоподібні і рідкі продукти можуть бути використанні в якості палива або хімічної сировини. Характеристика продуктів піролізу визначається складом відходів, температурою, тиском і температурою піролізного процесу.

Метод піролізу має наступні переваги:

– безвідходна технологія без шкідливих викидів і відходів, що забруднюють навколишнє середовище;

– руйнування і перетворення всіх отруйних сполук в горючі або інертні сполуки;

– можливість акумулювання газу в газгольдерах і передачі його по мірі необхідності споживачам;

– відсутність рухомих елементів в гарячій зоні;

– сумісна переробка побутових і промислових відходів;

– найменша земельна ділянка на одиницю потужності (порівняно з іншими методами знезараження).