Тема 11. ПРОБЛЕМА ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ НА ТЕРИТОРІЇ МІСТ.
ПРОБЛЕМА ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ НА ТЕРИТОРІЇ МІСТ
Питання теми
Тверді відходи: визначення і класифікація.
Характеристика твердих побутових відходів.
Поводження з твердими побутовими відходами.
Основні терміни: відходи, вторинні матеріальна ресурси, побутові відходи, збирання відходів, видалення відходів, знешкодження відходів, утилізація відходів, полігони твердих побутових відходів.
Діяльність людини зумовлює утворення твердих відходів. Газоподібні і рідкі відходи швидко поглинаються природним середовищем, на відміну від них, тверді відходи асимілюються десятки і сотні років. Місця складування твердих відходів займають великі території. В Україні щороку утворюється до 1,5млрд. Тон. Твердих відходів. Загалом в країні накопичилось до 30 млрд. Тон. Звалища відходів займають більше 150 тис. Га. Об’єм утворення твердих відходів в Україні в 6,5 разів більший ніж в США і в 3,2 рази ніж в країнах ЄЕС. Проблема відходів – це, в основному, проблема міст, чим більше місто, тим більше відходів.
Тверді відходи: визначення і класифікація. Компоненти сировини, які не використовуються при виробництві продукції, або речовини і енергія, які виникають під час технологічних процесів, і не піддаються утилізації на даному виробництві, називаються відходи.
Тверді побутові відходи (ТПВ) – це непридатні для подальшого використання харчові продукти і предмети побуту.
Вторинні матеріальні ресурси (ВМР) – сукупність всіх видів відходів, які можуть бути використані як основна чи допоміжна сировина для випуску нової продукції.
Реальні ВМР – це ті ресурси для яких створені ефективні методи і технологічні схеми для переробки.
Потенціальні ВМР – ті ресурси, що не відносяться до реальних.
За походженням відходи поділяють на такі групи:
1) побутові – тверді відходи, які не утилізуються в побуті (предмети побуту і харчові продукти не придатні для використання);
2) промислові – залишки сировини, матеріалів, напівфабрикатів, які утворюються при виробництві продукції;
3) сільськогосподарські – відходи сільськогосподарського виробництва;
4) будівельні – відходи, які утворюються при будівництві і виробництві будівельних матеріалів;
5) радіоактивні – радіоактивні речовини і матеріали, які утворюються при роботі ядерних реакторів, при виробництві і застосуванні радіоактивних ізотопів;
6) відходи споживання – вироби, які втратили свої споживчі властивості в результаті зносу.
За токсичністю відходи поділяють на:
1) токсичні – відходи, які можуть викликати отруєння чи інше ураження живих організмів;
2) нетоксичні.
Характеристика твердих побутових відходів. Побутові відходи характеризує склад, властивості і об’єми накопичення. Склад ТПВ показаний в таблиці 1.
Склад ТПВ
залежить від благоустрою міста, пори року, кліматичних та інших умов.
Таблиця 1. Склад твердих побутових відходів.
Морфологічний
Фракційний
Хімічний
Папір і картон (20-30%)
Харчові відходи (28-45%)
Дерево (1,5-4%)
Метал (1,5-5%)
Текстиль (4-7%)
Кістки (0,5-2%)
Скло (3-8%)
Шкіра і резина (1-4%)
Пластмаса (1-5%)
Сміття (7-18%)
Інше (1-3%)
350-250 мм
250-150 мм
150-100 мм
100-50 мм
<50 мм
Основна маса ТПВ представлена фракціями до 150 мм (80-90%) і лише 2% фракціями >350 мм. Чим більше харчових відходів, тим більше дрібних відходів.
Органічні речовини (56-80%)
Зольність (20-44%)
Загальний азот (0,9-2,7%)
Кальцій (2-5,7%)
Вуглець (28-39%)
· фосфор (0,5-0,8%)
Загальний калій (0,5-1%)
Вологість (35-70%)
Властивості твердих побутових відходів поділяють на фізичні, компресійні, абразивні і корозійні, теплотехнічні і санітарно-бактеріологічні.
Фізичні властивості - це щільність, зв’язаність, липкість відходів. Середня щільність ТПВ - 0,19-0,23 т/м3.
Компресійні властивості – це здатність відходів ущільнюватись під впливом тиску. Об’єм ТПВ можна зменшити в 5 разів, до щільності 0,8 т/м3. При тиску 0,1 мпа об’єм ТПВ зменшується в 3-4 рази.
Абразивні і корозійні (від лат. Abrasio – зшкрябування) і (лат. Corrosio – роз’їдання) – це здатність руйнувати поверхню. Зішкрябування відбувається за рахунок баластних функцій – метал, скло. Кістки. Корозія зумовлена вологою і розчинами, які є у відходах.
Теплотехнічні властивості зумовлені органічними речовинами, в яких акумульована велика кількість тепла. Загальна теплоємність компонентів ТПВ (в Дж/кг град) така: дерево, картон, папір – 2000-2500; скло – 800-1000; метал – 400-860. Теплоємність води – 4190 Дж/кг град. Теплоємність залежить від щільності (при збільшенні щільності вона зменшується).
Санітарно-бактеріологічні властивості пов’язані з вмістом хвороботворних мікроорганізмів. Вміст мікроорганізмів у ТПВ від 300 до 15 млрд. На 1 кг сухої речовини.
Норми накопичення – це кількість ТПВ, яка утворюється на розрахункову одиницю (житловий масив, школа, столова і т.д.).
Щороку на планеті накопичується декілька мільярдів кубічних метрів ТПВ. Джерела накопичення – це житлові будинки і громадські установи. На норми накопичення ТПВ впливає ступінь благоустрою, поверховість, культура торгівлі і громадського харчування, клімат, матеріальне становище населення.
Поводження з твердими побутовими відходами включає збір, перевезення, поховання, знешкодження та утилізацію.
Збір побутових відходів – це діяльність, пов’язана із збиранням і розміщенням відходів у спеціальних місцях чи об’єктах, включаючи сортування відходів з метою подальшої утилізації чи видалення.
Збір побутових відходів поділяють на валовий і роздільний.
Валовий збір – це збір без розподілу на складові компоненти. Організація валового збору і видалення ТПВ передбачає збирання сміття в сміттєзбірники чи бачки і його періодичний вивіз.
Роздільний збір – це система збору окремих компонентів ТПВ. Роздільний збір дає можливість отримати відносно чисті вторинні ресурси і зменшити кількість відходів, які потребують видалення. Такий збір потребує свідомого підходу від населення, збільшення кількості обслуговуючого персоналу і тари, спеціального транспорту для вивезення різних видів відходів. Ці додаткові витрати компенсуються за рахунок утилізації вторинних ресурсів. В Україні селективний відбір ТПВ поки що не має практичного розвитку.
Окремо збирають крупногабаритні відходи, які не поміщаються в стандартні контейнери. Їх збирають на спеціальних площадках біля житлових будинків і вивозять за графіком.
Перевезення відходів - це транспортування відходів від місця їх утворення або зберігання до об’єктів оброблення, утилізації чи видалення. Для перевезення твердих побутових відходів використовують спеціальний транспорт – сміттєвози місткістю від 6 до 60 м3. У важкодоступних місцях використовують транспорт місткістю від 1 до 6 м3. Для перевезення відходів економічно використовувати електротранспорт в нічний час.
Тверді побутові відходи можна подрібнювати і видаляти в каналізацію. Для дрібнення використовують дробілки. Подрібнені ТПВ знезаражуються разом із стічними водами на міських очисних спорудах. Цей метод ефективніший ніж збирання і вивезення ТПВ.
Знешкодження відходів – це зменшення чи усунення небезпечності відходів шляхом механічних, фізико–хімічних чи біологічних методів оброблення.
Найбільш поширеними в Україні є поховання відходів на полігонах і звалищах, компостування і спалювання.
Поховання відходів – це остаточне розміщення відходів у спеціально відведених місцях чи об’єктах таким чином, щоб шкідливий вплив відходів на навколишнє природне середовище та здоров’я людини не перевищував встановлених норм. Поховання здійснюють у спеціально відведених місцях, наприклад на полігонах ТПВ.
Полігони твердих побутових відходів – це природоохоронні споруди, які призначенні для складування ТПВ і забезпечують захист атмосфери, ґрунтів, підземних і поверхневих вод від забруднення, запобігають поширенню патогенних мікроорганізмів за межі площадок складування і забезпечують знезараження відходів біологічним способом.
Термін служби полігону повинен бути не менше 15-20 років. Розміщувати полігони потрібно з урахуванням санітарних норм, відстань від житлових будинків повинна бути не менше 500м. До полігону повинна бути прокладена дорога з твердим покриттям. По всьому периметру площадки полігону – повинна бути захисна лісосмуга шириною не менше 20м. На площадці полігону не повинно бути джерел. Рівень ґрунтових вод повинен знаходитись на глибині більше 2м. Забороняється створювати полігони ТПВ в акваторіях річок і озер.
Площа полігону розбивається на ділянки експлуатації з розрахунку одна ділянка на 3-5років.
Для захисту ґрунтів від забруднення на дні і по бокам полігону створюється спеціальний захисний екран. Для захисту повітря потрібно щодня, перекривають шари відходів ґрунтом, збирати і відводити біогаз, затримувати сітками легкі фракції (папір, плівку). Для захисту від забруднення водних об’єктів поверхневий стік очищають на біоплато.
Використані ділянки полігону рекультивують.
На першому етапі проектування розробляється фотопроект полігону, аналізуються техніко-економічні показники території. Проектом полігону визначається його ємність, тип конструкції, потреба у транспорті, механізмах обслуговування, персоналі, розробляється план рекультивації, складається архітектурно-плановий проект, гідротехнічний розділ (плотини, дамби, фільтраційні екрани, системи очищення), санітарний розділ (санітарні зони, каналізація, утилізація біогазу), передбачається електропостачання, освітлення і зв’язок.
Ділянка під полігон вибирається з врахуванням рози вітрів, рельєфу, розташування доріг, населених пунктів та інших факторів. Перевага надається ділянкам, де залягає глина і суглинки.
Схема полігону залежить від рельєфу місцевості. На рівнинних ділянках створюються полігони висотного чи траншейного типу. Висотні полігони після насипання ТПВ висотою 2-3м трамбують і засипають ґрунтом шаром 0,25м. Для траншейних полігонів роблять траншеї глибиною 3-6м і шириною 10-12м. Грунт, отриманий при розробці траншеї, використовують для засипання ТПВ.
Складування ТПВ в кар’єрах полягає у вирівнюванні ділянки.
Після закінчення експлуатації полігону, згідно проекту рекультивації, його покривають ізолюючим шаром ґрунту товщиною не менше 1 м.
Компостування це найбільш простий спосіб знешкодження ТПВ. Якщо на полігонах розкладання відбувається протягом 50-100 років, то при компостуванні цей процес проходить за 6-18 місяців.
Компостування – це складний аеробний біологічний процес, який супроводжується виділенням тепла і утворенням гумусу. Основою компостування є процес амоніфікації під впливом аеробних бактерій.
Компостування здійснюють на ділянках біля полігонів.
При компостуванні ТПВ складають в штабеля паралельними рядами. Штабеля покривають шаром ґрунту чи торфу товщиною 15-20 см. Тривалість компостування в штабелях – від 12 до 18 місяців. При постійному перемішуванні і зволоженні штабелів, цей термін може бути зменшений.
В процесі компостування виділяють дві основні фази: 1) отримання біопалива, при цьому вміст органічних речовин зменшується на 5-8% за масою; 2) утворення компосту, при якому зменшення ваги органічних речовин становить 20% за масою.
Отриманий компост очищують від баластних фракцій – скла, каміння, металу.
Компостування має ряд переваг. Воно забезпечує швидке знешкодження ТПВ, в наслідок мінералізації органічних речовин. В результаті компостування утворюється біопаливо і гумусу. Для компостування не потрібні складні технології. Компостування сприяє кругообігу речовин в природі.
Для успішного компостування потрібно дотримуватись таких вимог:
– вологість ТПВ повинна бути не менше 50-60% за масою;
– вміст харчових відходів - не менше 25-30% за масою;
– відношення С:N у ТПВ повинно бути 1:25-30.
Дуже ефективно здійснювати компостування ТПВ з осадом стічних вод (ОСВ).
Тверді побутові відходи можна переробляти на сміттєпереробних заводах (СПЗ). Основним завданням СПЗ є знешкодження ТПВ і переробка знешкоджених компонентів ТПВ для подальшої утилізації.
На СПЗ, як правило, застосовують аеробний метод знешкодження ТПВ, який може бути доповнений такими технологіями:
· вивезення частини ТПВ на полігони (ліквідаційно-біологічний метод);
· спалювання ТПВ на сміттєспалювальних заводах (ліквідаційно-термічний метод);
· спалювання частини ТПВ на сміттєспалювальних заводах і використання тепла (утилізаційно-термічний метод);
· термічна обробка ТПВ без доступу кисню (піроліз) і утилізація газів та інших продуктів піролізу (утилізаційно-термічний метод).
При використанні вказаних технологій отримують на СПЗ можна отримати такі цінні компоненти ТПВ: чорні та кольорові метали, скло, пластмасу, сировину для картонних фабрик, продукти пролізу, тепло і органічні добрива.
Переробка ТПВ на СПЗ включає такі основні процеси:
1) технологічна підготовка ТПВ (сортування, відділення крупногабаритних фракцій);
2) знезараження ТПВ в біотермічних барабанах (знешкодження патогенної мікрофлори, збільшення щільності);
3) сортування знезаражених ТПВ (очистки від крупних фракцій, подрібнення);
4) видалення кольорових металів (за допомогою електромагнітів);
5) видалення чорних металів (за допомогою електромагнітів);
6) видалення баластних включень, розміри яких менші 250мм (балістичний і пневматичний спосіб);
7) видалення дрібних включень (< 10мм) з компосту (гідравлічний метод).
Частину ТПВ, яка залишається після переробки на СПЗ вивозять на компостні площадки.
Тверді побутові відходи, також, можна знешкоджувати на сміттєспалювальних заводах (ССЗ). На ССЗ здійснюється термічно-ліквідаційне знешкодження ТПВ, в результаті якого отримують тепло і вилучають з відходів чорні метали.
Знешкодження на ССЗ має переваги і недоліки (табл. 2).
Таблиця 2. Переваги і недоліки знешкодження твердих побутових відходів на сміттєспалювальних заводах.
Переваги
Недоліки
Отримання тепла
Вилучення чорних металів
Не потрібна спеціальна підготовка ТПВ
Не потрібні великі площі
Потрібна висока температура (> 10000C)
Утворюється велика кількість газів, які потрібно очищати
Утворюється велика кількість шламу і попелу
Ефективним є використання на ССЗ піролізу без доступу кисню. Продукти пролізу - смола, твердий вуглецевий залишок і підсмолена вода, знаходять практичне застосування.
Література: 1, 5, 9.
Таким чином, ми з’ясували, що однією з основних екологічних проблем великих і малих міст є проблема знешкодження відходів, зокрема твердих побутових відходів. Основними способами позбавлення від них є їх складування, переробка чи спалювання. Кожний із цих способів має свої переваги і недоліки, тому для ефективного вирішення проблеми відходів потрібно розробляти нові технології їх знешкодження та утилізації.