СБОРНИК СТАТЕЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ПЕРЕРАБОТКИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Краткий анализ состояния и тенденций решения проблемы твердых бытовых отходов в мировой практике
Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) является остро актуальной, поскольку ее решение связано с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, санитарной очистки городов, охран окружающей среды и ресурсосбережения. ТБО, образующиеся в результате жизнедеятельности людей, представляют собой гетерогенную смесь сложного морфологического состава (черные и цветные металлы, макулатуросодержащие и текстильные компоненты, стеклобой, пластмасса, пищевые отходы, камни, кости, кожа, резина, дерево, уличный смет и пр.). Ежегодно каждый городской житель производит 200-300 кг ТБО, образующих городской мусор. Промедление с его удалением и ликвидацией недопустимо, так как может привести к глобальным эпидемиям (чума, холера и др.), к серьезному загрязнению городов. В то же самое тремя ТБО содержат ценные компоненты (металлы, органические вещества), а также являются потенциальным энергетическим источником. В мировой практике до настоящего времени подавляющее количество ТБО все еще продолжают вывозить на свалки (полигоны): в СНГ на свалки вывозят 97%
Образующихся ТБО, в США - 73%, в Великобритании - 90%, в Германии - 70%, в Швейцарии - 25%, в Японии - около 30%. Недостатки складирования ТБО на свалках: большая потребная площадь земли, сложность организации новых свалок в связи с отсутствием свободных земельных участков, значительные затраты на транспортировку ТБО, потеря ценных компонентов ТБО, экологическая опасность (загрязнение грунтовых вод и атмосферы, распространение неприятных запахов, потенциальная опасность в отношении пожаров и распространения инфекций и пр.). Удаление ТБО на свалки (полигоны), имеющие глубокие исторические корни, следует рассматривать как вынужденное, сиюминутное решение проблемы, в принципе противоречащее экологическим и ресурсным требованиям. Поскольку свалки все дальше удаляются от городов, а бесконечно плечо вывоза ТБО увеличиваться не может, для всех стран актуальна проблема промышленной переработки ТБО. Именно промышленная переработка, учитывающая требования экологии, ресурсосбережения и экономики, представляет собой кардинальный путь решения проблемы ТБО.
В мировой практике нашли промышленное применение четыре метода переработки ТБО:
- термическая обработка (в основном сжигание);
■ биотермическое аэробное компостирование (с получением удобрения или биотоплива);
■ анаэробная ферментация (с получением биогаза);
■ сортировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов для вторичного использования, удалением балластных или вредных компонентов, выделением отдельных фракций, наиболее пригодных технически, экологически и экономически для переработки тем или иным методом, например, сжиганием или ком пости рова н ием).
Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, свои оптимальные области применения, зависящие главным образом от морфологического состава ТБО и региональных условий. Одним из наиболее распространенных и технически отработанных методов промышленной обработки ТБО перед их удалением на свалки является сжигание (часто с утилизацией тепла). В европейских странах сжиганием перерабатывают 20-25% объема городских отходов, в Японии - около 65% , в США - около 15% (в США мусоросжигание рассматривают как один из основных способов продления срока службы свалок). Судя по зарубежным данным, технология прямого сжигания ТБО представляет экологическую опасность вследствие токсичных выбросов (тяжелые металлы, дибензодиоксины, дибензофураны и др.). Техника и технология сжигания ТБО непрерывно совершенствовались. В 30-е годы были разработаны печи для непрерывного слоевого сжигания ТБО, осуществляемого на колосниковой решетке, установленной в нижней части печи (до настоящего времени слоевое сжигание ТБО при температуре 850-1000 град. С в мировой практике применяется наиболее часто). В начале 80-х годов стали появляться котлоагрегаты с топками с псевдоожиженным слоем (система "твердое-газ") в большей степени отвечающие экологическим требованиям. В начале 90-х годов проведены многообещающие исследования по использованию металлургических печей Ванюкова, в которых сжигание осуществляется при температуре 1350 град. С в кипящем слое барботируемого шлакового расплава (образуется из загружаемых совместно
С ТБО в печь золошлаковых отходов ТЭЦ); барботаж осуществляется с помощью окислительного кислородно-воздушного дутья, подаваемого через фурмы в нижней части боковых стенок печи (ниже уровня расплава/, а достигаемая температура обеспечивает разложение опасных органических соединений до простейших нейтральных. В середине 80-х начале 90-х годов Институт высоких температур АН разработал научные основы технологии высокотемпературной (200 град. С) термообработки ТБО в шахтных печах (по конструкции идентичны доменным печам), в которые непрерывно подается предварительно нагретый до 1000-1100 град. С воздух ( воздух подогревается в подгоревателях-кауперах, представляющих собой металлические футерованные емкости с керамическими элементами в виде шариков из диоксида циркония или алюминия). На большинстве действующих заводов не прямому сжиганию ТБО из шлаков сжигания выделяют черный металлолом (огарки). Более чем вековая практика позволяет достаточно четко сформулировать преимущества и недостатки мусоросжигания. Преимущества этого метода; уменьшение объема отходов в 10 раз; снижение риска загрязнения почвы и воды отходами; возможность рекуперации образующегося тепла. Недостатки мусоросжигания исходных ТБО: опасность загрязнения атмосферы; уничтожение ценных компонентов; высокий выход золы и шлаков (около 30% по массе); низкая эффективность восстановления черных металлов из шлаков; сложность стабилизации процесса сжигания. С 1972 г. в СНГ по проектам института "Гипрокоммунэнерго" построено 11 заводов, работающих по технологии прямого сжигания исходных ТБО (в городах Москва, Мурманск, Владимир, Владивосток. Сочи, Киев, Севастополь, Харьков). Все заводы, за исключением завода в Г. Владимире, работают на комплектном импортном оборудовании. Основной вывод по всем построенным заводам - их неудовлетворительная работа и отрицательное экологическое влияние. Именно по экологическим соображениям бывший Госкомприроды СССР закрыл все три завода в Москве, из которых два с ликвидацией Комитета возобновили работу. Как убедительно показывает многолетняя практика, механический перенос европейского оборудования технологий, например, в российских условия положительных результатов не дает (различие морфологического состава ТБО, систем сбора и др.). Плохая работа завода в г. Владимире, укомплектованного отечественным оборудованием, во многом объясняется несовершенством применяемой технологии, мало учитывающей состав и свойства исходного сырья как объекта для сжигания. Возможность использования для переработки и ликвидации ТБО термических методов основана на морфологическом составе ТБО, которые содержат до 60-70% органической (горючей) фракции. Вместе с тем специфические свойства органической фракции делают возможным ее использование для получения новой товарной продукции - компоста, биотоплива, корма для скота, спирта и др. Промышленное развитие получили главным образом методы компостирования ТБО, занимающие второе по распространенности (после сжигания) место в мировой практике.
Компостирование - это биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами. В биохимических реакциях взаимодействуют органический материал, кислород и бактерии, а выделяются углекислый газ, вода и тепло. В результате саморазогрева до 60-65 град. С происходит уничтожение большинства болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Продуктом
Компостирования является органическое удобрение - компост или
Биотопливо (сырой компост). Компостирование ТБО в мировой практике развивалось как альтернатива сжиганию (первый завод в Европе по компостированию ТБО был построен в 1932 г. в Нидерландах), но большого распространения не получило. В Европе с получением компоста перерабатывают около 2% ТЕО, в Японии и США - до 2%. В СНГ с 1971 по 1987 годы по проектам института "Гипроком-мунстрой" построено 8 заводов
- в городах Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ташкент, Алма-Ата, Баку, Тбилиси, Минск, Могилев), а в конце 1994 г. - 9-й завод (в Санкт - Петербурге), на которых реализована практически одна и та же технология прямого компостирования исходных ТБО. Некоторым исключением
Являются Санкт-Петербургские заводы МПБО, на которых реализовано
Частичное извлечение из исходных ТБО, перед компостированием, черного металлолома. Несмотря на то, что Санкт-Петербургский завод был первым, построенным в бывшем СССР, положительный опыт его функционирования не был учтен при проектировании заводов в других городах, на которых ТБО подвергают компостированию без какой-либо первичной обработки. При практически неизменной технологии все действующие в СНГ заводы отличаются лишь схемой цепи аппаратов. Все заводы оснащены
Оборудованием для трех основных технологических операций,
Обеспечивающих производство компоста; частичной (в Санкт-Петербурге) предварительной подготовки ТБО, биотермического аэробного
Компостирования (для процесса компостирования достаточно удачно в качестве биобарабанов использованы цементные печи), очистки компоста от примесей и складирования компоста; на некоторых заводах, кроме того, предусмотрена термическая обработка (сжигание, пиролиз)
Некомпостируемой фракции (гг. Санкт-Петербург, Минск, Тбилиси, Ташкент). На всех компостных заводах в СНГ (за исключением Санкт-Петербурга) получаемый компост имеет весьма плохой товарный вид, характеризуется низким качеством и сбывается с большим трудом. Товарный вид компоста Санкт-Петербургского завода более благоприятен, но, как и на остальных заводах, компост существенно загрязнен тяжелыми металлами. По аналогии с прямым мусоросжиганием, технология прямого компостирования ТБО имеет тот же принципиальный недостаток - мало учитывает состав и свойства исходного сырья, чем и объясняется неудовлетворительная работа заводов и низкое качество готовой продукции. Третий метод промышленной переработки ТБО - получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов ТБО - чаще всего используется непосредственно на полигонах захоронения (в США, например, имеется около 80 установок по сжиганию метана, получаемого за счет гниения мусора на свалках). Вместе с тем в Германии и Японии разработана технология получения биогаза из органической фракции, выделенной из ТБО при их обогащении на специальных заводах. По-видимому, возможность применения анаэробной ферментации органической фракции ТБО следует учитывать в тех случаях, когда имеется практическая потребность в биогазе (с учетом его невысокого качества). С середины 60 годов находит практическое применение 4-й метод переработки ТБО - их механизированная сортировка. В настоящее время в различных странах действует несколько десятков заводов, применяющих сортировку ТБО (извлечение металлов, легкой фракции, стеклобоя и др.).
Как показывает практика, сортировка сама по себе, как самостоятельная операция, не решает задачу санитарной очистки города и оптимальной переработки ТБО: выявляемые компоненты (за исключением металлов) сбываются с трудом, либо требуют создания специальных производств для их переработки (например, для вторичной переработки макулатуросодержащих компонентов), значительная часть отходов не утилизируется и подлежит удалению на полигоны. Вместе с тем важным преимуществом обогащения ТБО является возможность выделения из них тех компонентов, которые в процессе дальнейшей переработки (например, методом сжигания или компостирования) могут угрожать здоровью людей или не удовлетворяют требованиям процессов дальнейшей обработки. Критерии выбора оптимальных технологий, работоспособность которых мало зависит от морфологического состава исходных ТБО, определяются комплексным характером проблемы ТБО и базируются на экологических, ресурсных и экономических требованиях. Этим требованиям, учитывающим достижения мировой практики и тенденции ее развития и соответствующим рекомендациям международного конгресса по экологии в Рио-де-Жанейро (Бразилия, 1992 г.) и требованиям Закона РФ "Об охране окружающей природной среды" (от 19 декабря 1991 г.) отвечает проектирование и строительство комбинированных мусороперерабатывающих заводов. Построение промышленной технологии именно по принципу комбинации различных методов переработки ТБО нивелирует недостатки каждого метода, взятого в отдельности. Объединяющим процессом при этом является сортировка (в том числе на основе селективного сбора),
Изменяющая качественный и количественный состав ТБО. При этом повышается не только доля рецикла ряда компонентов ТБО как прибавки к сырьевому балансу страны, но и во многом решается вопрос удаления опасных бытовых отходов и балластных компонентов, вопрос оптимальной подготовки тех или иных фракций компонентов ТБО к дальнейшей
Переработке.
Предварительная сортировка улучшает и ускоряет процесс
Компостирования органических веществ ТБО, облегчает очистку компоста от примесей, снижаем потребную производительность тесьма дорогостоящего биотермического и термического оборудования, улучшает состав комплекте и отходящие газов, улучшает процесс сжигания, т. е. технология комплексной переработки ТБО повышает экологичность и экономичность традиционной термической и биотермической обработки ТБО. Эта технология, кроме того, повышает уплотняемость свалок
Неутилизируемых отходов и, как следствие, уменьшает их объем и количество проникающих в почву фильтрационных вод. Не случайно в США с 1991 г. вступил в силу закон, в соответствии с которым запрещается доставка ТБО на свалки и мусоросжигательные заводы без предварительной сортировки. Выбор рациональной технологии переработки ТБО применительно к тому или иному городу можно осуществить, исходя из пяти основных условий: потребной производительности; морфологического состава ТБ; числа компонентов, входящих в состав ТБО, которые в данных технико-экономических условиях представляют практическую ценность и должны извлекаться в самостоятельней продукт (очевидно, это, в первую очередь, металлы трех видов - черный металлолом, оловосодержащий лом, лом алюминии); кондиций, предъявляемых к продуктам обогащения; число компонентов, которые являются опасными к должны быть удалены из ТБО либо по экологическим соображениям, либо исходя из требований процессов дальнейшей обработки (к опасным компонентам в первую очередь относятся отработанные люминесцентные лампы и сухие гальваноэлементы - батарейки, к балластным - стеклобой, текстильная фракция). В общем виде технология комплексной переработки ТБО должна представлять комбинацию процессов селективного сбора (обязательно - отработанных люминесцентных ламп, возможно - электробатареек и стеклобоя), механизированной сортировки ( покомпонентной и пофракционной), биотермической обработки обогащенной органической фракции ТБО, термической обработки отходов обогащения и компостирования с утилизацией продуктов сжигания (шлака и тепла отходящих газов). По-видимому, получись компост из органической фракции ТБО применительно к регионам Севера и Сибири нецелесообразно, более рационально биотермическое компостирование использовать в средних и южных регионах страны. Убедительным подтверждением развития мировой технической политики в направлении именно комплексной переработки ТБО является подписание в 1993 г. контракта британской фирмой "Henley Burrowes" на строительство комбинированного мусороперерабатывающего завода производительностью 200 тыс. т/год в японском городе Осака, причем тендер выигран в жесткой конкурентной борьбе с фирмами других стран (технологии и оборудование этой фирмы были в 1992 г. предложены Префектуре Восточного Административного округа г. Москвы для строительства соответствующего завода, однако, как показала отечественная экспертиза, набор оборудования не обеспечивает работоспособность технологии в российских условиях. В 1993 г. российская сторона по контракту выполнила работы по адаптации английской технологии к российским условиям).
