книги / Основы общей экологии. Прикладная экология

Принцип работы автоматической системы сортировки материалов представлен на рис. 10.5.

Рис. 10.5. Принцип работы автоматической системы сортировки материалов: 1 – поступающий материал; 2 – сенсорная система; 3 – разделительная кабина [34]

Автоматическая сортировка отходов. В странах ЕС в последние годы наиболее популярной технологией сортировки коммунальных твердых отходов и смеси вторичного сырья стала автоматическая сортировка. Основой способа разделения материалов является идентификация компонентов с помощью отраженного излучения в инфракрасном, видимом и рентгеновском спектре.

В определенной зоне спектра электромагнитного излучения различные материалы обладают различной степенью поглощения при их облучении. Количество поглощенного света фиксируется датчиками, при совпадении спектра с заданным образцом (например, спектром бумаги) подается сигнал на систему механического выделения материала. Выведение частиц материалов возможно различными способами: с помощью лопаток, подталкивающих материал в определенном направлении, сопел и т.п.

Так же как при ручной сортировке, требуется предварительная подготовка отходов, предполагающая гомогенизацию потока, отделение мелкой органической фракции,

202

разрыв пакетов и распределение отходов по конвейерной ленте.

Оборудование различает до 2000 компонентов по виду, цвету и химическому составу. Технология эффективна как при «положительной», так и при «отрицательной», сортировке отходов, природных ресурсов и сельскохозяйственной продукции.

2. Физико-химические методы обезвреживания отходов

Данные методы применяют при необходимости перевода материала из одного физического состояния в другое либо для изменения каких-либо свойств веществ.

Выщелачивание (экстрагирование). Метод широко ис-

пользуется в практике переработки отвалов горнодобывающей промышленности, некоторых металлургических и топливных шлаков, пиритных огарков, древесных и многих других ВМР (вторичные материальные ресурсы). Метод основан на извлечении одного или нескольких компонентов из комплексного твердого материала путем его (их) избирательного растворения в жидкости-экстракте. Любой процесс выщелачивания заключается в том, что жидкость, проникая в поры твердого тела, растворяет извлекаемый компонент или вступает с ним в реакцию; вещество, перешедшее в раствор (или продукт реакции), диффундирует к поверхности твердого тела и переходит в основную массу жидкости. Иногда извлекаемое вещество содержится в порах твердого тела в растворенном виде, и в этом случае оно непосредственно переходит в растворитель путем диффузии.

Растворение. Растворение заключается в реализации гетерогенного взаимодействия между жидкостью и твердым веществом, сопровождаемого переходом последнего в раствор, и широко используется в практике переработки многих твердых отходов.

203

Кристаллизация. Выделение твердой фазы в виде кристаллов из насыщенных растворов, расплавов или паров имеет большое распространение при переработке различных твердых отходов. Кристаллизацию обычно проводят из водных растворов, понижая растворимость кристаллизуемого вещества за счет изменения температуры раствора или удаления части растворителя. В ряде случаев кристаллизацию ведут из растворов органических веществ (спиртов, эфиров, углеводородов и др.). Кристаллизацию из расплавов осуществляют путем их охлаждения.

3. Термические методы обезвреживания отходов

Термические методы нашли наиболее широкое применение для обезвреживания термически разлагаемых промышленных отходов (избыточных активных илов, медицинских отходов, отходов лесной и ЦБП), в странах Европы они с успехом применяются для утилизации коммунальных отходов. Их достоинствами являются универсальность, надёжность, высокая степень обезвреживания, большой опыт использования, получение нетоксичных продуктов (менее токсичных) в меньших объемах и др.

Существует несколько основных способов термического обезвреживания:

а) огневое сжигание – термический процесс обезвреживания отходов, протекающий при избытке или достаточном количестве кислорода. В процессе горения сжигаемые вещества превращаются в продукты горения (углекислый газ, угарный газ, вода, оксиды серы и азота и пр.), данный процесс сопровождается интенсивным выделением энергии в виде теплового и светового излучения;

б) пиролиз – процесс термического разложения органических отходов под действием высоких температур в бескислородной среде;

в) газификация – процесс термического разложения отходов при нагреве (температура 1000–2000 °С) в присутствии

204

окислителей (кислород, воздух, водяной пар, углекислый газ). Основная цель газификации – получение калорийного генераторного газа;

г) сушка – процесс принудительного удаления влаги из отходов при повышенных температурах и/или интенсивном воздухообмене. Сушка может применяться как подготовительная стадия к термической утилизации отходов с целью обеспечения автотермичности процесса.

Наиболее изученными являются процессы сжигания отходов. В зависимости от типа сжигаемых отходов могут использоваться различные типы печей: с колосниковой решеткой, барабанные печи, печи с псевдоожиженным слоем.

Наиболее простой конструкцией (и как следствие получившей наибольшее распространение) обладают печи с колосниковой решеткой, которые с успехом применяются для крупнокусковых твердых отходов, не склонных к плавлению. Практически все заводы для сжигания ТБО оборудованы указанным типом печей. На рис. 10.6 представлена технологическая схема мусоросжигательного завода г. Вены (Австрия), мощностью 250 тыс. тонн/год (по перерабатываемым отходам).

Одним из ключевых элементов процесса мусоросжигания является газоочистка, включающая:

−дожигание неразложившихся органических соединений в камере дожига;

−очистку от пыли с помощью электрофильтров;

−мокрую очистку от пыли и окислов серы с помощью скруббера;

−доочистку от высокотоксичных соединений (диоксинов) на угольных фильтрах.

Основными достоинством сжигания является высокая эффективность обезвреживания и снижение объема отходов, направляемых на захоронение, а также возможность получения тепловой и электрической энергии.

205

Рис. 10.6. Технологическая схема мусоросжигательного завода

вг. Вене (Австрия)

Кнедостаткам следует отнести высокую стоимость газоочистки, так как в процессе горения возможно образование высокотоксичных соединений – диоксинов.

В процессе пиролиза риск образования токсичных соединений сведен к минимуму. Получающиеся продукты могут быть использованы в качестве товарных продуктов: пиролизные газы в качестве газообразного топлива, пиролизат (твердый остаток) – сорбента, жидкая фракция – жидкого топлива. Недостатком технологии следует считать низкую производительность аппаратов, высокую взрывоопасность процесса и сложность настройки. Снижение объема отходов на 30–40 % ниже в сравнении с сжиганием.

206

Газификация достаточно мало применяемый метод. Чаще используется для переработки древесных и нефтесодержащих отходов.

4. Биологические методы обезвреживания отходов

Наиболее распространенным методом биологической переработки отходов является компостирование.

Компостирование – технология переработки биоразлагаемых фракций отходов в процессе жизнедеятельности аэробных гетеротрофных организмов. В процессе биодеструкции происходит разложение органических соединений с образованием углекислого газа, воды и промежуточных продуктов (гуминовых и прочих органических кислот). Процессы разложения сопровождаются разогревом массы отходов, что приводит к гибели патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Компостирование достаточно простой в аппаратурном оформлении процесс. Промышленная технология может быть реализована в форме полевого компостирования (в буртах) и в закрытых модулях (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Схема конструкции биотуннеля: 1 – корпус; 2 – водяные форсунки; 3 – вентиляционная труба; 4 – водосборные лотки; 5 – воздуховодные трубы; 6 – погрузчик; 7 – вентиляционная система для подачи отсасываемого воздуха на биофильтр

207

В общем виде процесс предполагает:

–стадию подготовки отходов (измельчение, отбор крупногабаритных и мешающих фракций);

–стадию смешения со структураторами и необходимыми добавками (известью, биогенными компонентами и пр.);

–при необходимости увлажнение;

–проведение процесса компостирования (в зависимости от задач и условий проведения от 1 до 12 месяцев) при постоянном контроле параметров (влажность, температура, рН, концентрация кислорода), увлажнении и аэрации;

–кондиционирование получаемого компоста (просеивание, смешение с добавками).

Аэрация компостной фракции может осуществляться путем перебуртовки (ворошения, перемешивания) или принудительной аэрации.

На компостирование могут направляться отходы целлю- лозно-бумажной промышленности, сельского хозяйства, пищевой промышленности, осадки процессов очистки сточных вод, отходы от уборки территорий (укосы трав, обрезь зеленых насаждений).

Получаемый компост в зависимости от качества исходного сырья может быть использован для рекультивации полигонов, антропогеннонарушенных территорий, для работ по озеленению, для выращивания сельскохозяйственной продукции при высоком качестве исходного сырья.

10.3. Захоронение отходов производства и потребления

При отсутствии технической возможности и экономической целесообразности переработки отходов производится их размещение в окружающей среде на специализированных объектах – полигонах захоронения отходов.

Полигон захоронения отходов – технологическое сооружение, предназначенное для захоронения отходов, вклю-

208

чающее массив размещенных отходов и элементы инженерной защиты окружающей среды от негативного воздействия (например, система противофильтрационной защиты, система сбора и отведения биогаза, система очистки фильтрационных и сточных вод) [35].

Захоронение отходов является наиболее популярной технологией утилизации коммунальных твердых отходов в РФ. При этом 95 % объектов захоронения коммунальных твердых отходов полигонами названы быть не могут, так как не имеют системы инженерной защиты окружающей среды.

Размещение отходов на полигонах приводит к безвозвратной потере ресурса отходов, созданию очагов длительного негативного воздействия. К основным аспектам негативного воздействия объектов захоронения коммунальных твердых отходов относят:

–выделение в атмосферный воздух биогаза (образуется при гниении отходов), содержащего метан, моно- и диоксид углерода, дурнопахнущие соединения, вносящего существенный вклад в развитее парникового эффекта;

–экстремальные выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ при горении массива отходов;

–воздействие фильтрационных вод на подземные и поверхностные воды. Фильтрационные воды содержат экстремально высокие концентрации органических соединений (ХПК фильтрата 5000–15 000 мгО/л), тяжелые металлы, соли, патогенную микрофлору;

–распространение инфекционных и прочих заболеваний

сптицами и животными, обитающими на полигоне/свалке;

–разнос легких фракций отходов на прилегающие территории.

Следует отметить, что стабилизация массива полигона (когда воздействие становится практически равным нулю) происходит не ранее чем через 150–200 лет. Очевидно, что

сучетом указанной потенциальной опасности современный

209

и безопасный объект размещения отходов должен предусматривать элементы по защите окружающей среды и являться сложным техническим сооружением, а не простым полем, куда вывозятся отходы (как это бывает в 80 % случаев в РФ). Структура современного полигона представлена на рис. 10.8.

На территории, отведенной для размещения полигона, как правило, выделяются следующие функциональные зоны: технологическая, хозяйственная, резервная.

Технологическая зона – здесь находятся сооружения, предназначенные для осуществления основных технологических и природоохранных функций полигона – размещения отходов и защиты окружающей природной среды от вредного влияния их жидких и газообразных загрязняющих продуктов. Сюда входят участок захоронения отходов со встроенными системами противофильтрационной защиты и дегазации, а также пруд-регулятор.

Участок захоронения отходов – основное сооружение полигона, которое, как правило, разбивается на очереди строительства.

В участок захоронения входят [36]:

–система ограждающих сооружений, в том числе: внешняя ограждающая дамба; водоотводные каналы; разделительные дамбы между площадками отдельных очередей и пусковых комплексов; сопрягающая берма, по которой прокладывается эксплуатационная (патрульная) дорога;

–система противофильтрационной защиты: плёночный экран, укладываемый на слой суглинка мощностью не менее 1,3 м, и надэкранный дренаж для вывода фильтрата из тела полигона;

–система дегазации массива отходов в виде вертикальных газоотводных колодцев, закладываемых равномерно по всей площади участка в среднем через 50 м.

По мере заполнения участка отходами формируются и планируются внешние откосы и поверхность полигона, на

210