книги / Управление отходами. Захоронение твёрдых бытовых отходов
.pdfМинистерство образования
Российской Федерации
Пермский государственный технический университет
Я.И. Вайсман, В.Н. Коротаев, В.Ю.Петров
УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ. ЗАХОРОНЕНИЕ ТВЕРДЫ Х БЫ ТОВЫ Х ОТХОДОВ
Учебное пособие
Допущено Учебно-методическим объединением Государственного комитета РФ по химико-технологическому образованию
(секция охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов)
Пермь 2001
УДК 628.4 П14
Рецензенты: академик РЭА д-р хим. наук, проф. В.В.Тарасов, канд. техи. наук, доц. Н.Е.Кручинина (РХТУ им. Менделеева); кавд. техн. наук, доц. И.В.Май (Пермский государственный технический университет).
Вайсмав Я.И и др.
П14 Управление отходами. Захоронение твердых бытовых отходов: Учеб, пособие /Я.И.Вайсман, В.Н. Коротаев, В.Ю.Петров; Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2001.133 с.
ISBN 5-88151-291-Х
Рассмотрены основные вопросы депонирования твердых бытовых отходов в условиях полигонов. Приведены характеристики ТБО как возможных источников загрязнения окружающей среды Дана санитарная характеристика почвы как приемника ТБО. Рассмотрены основные ф и з^х и ьи чески е и биологические процессы, происходящие при депонировании ТБО на полигонах. Описаны основные технологические схемы, оборудование, устройство и контроль Приведены результаты исследований авторов и примеры использования метода депонирования .
России и зарубежом.
Пособие предназначено для студентов специальное™ 32.07 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" при изучении курса Техника защиты окружающей среды", при курсовом и дипломном проектировании.
УДК 628.4
ISBN 5-88151-291-Х
© Пермский государственный технический университет, 2001
нов в США, ФРГ, Дании. Изложены некоторые сведения о проектируемых полиго нах ТБО в г. Перми, в научном обосновании и разработке которых принимали уча стие авторы.
Так как депонирование является основным методом обезвреживания ТБО, студентам специальности "Охрана окружающей среды и рациональное использо вание природных ресурсов" полезно будет ознакомиться с нормативными требова ниями к проектированию и эксплуатации полигонов, которые приведены в соот ветствующих разделах пособия.
1. История и основные тенденции развития методов складирования ТБО на св&пках (полигонах)
Свалки ТБО еще с доисторических времен являлись непременными спутни ками населенных мест. Отходы не удалялись за пределы населенных мест, а вы брасывались рядом с жильем. В результате улицы многих средневековых Европей ских городов (Париж, Берлин, Лондон) вплоть до XVI-XVII веков были покрыты толстым слоем отходов.
Слой отходов на немощенных улицах был так велик, что передвигаться по ним можно было только в деревянных башмаках на толстой подошве или на ходу лях [2, 3, 4].
Вместе с тем, история знает немало примеров использования в древних циви лизованных странах надежных в санитарном отношении методов удаления и обез вреживания отходов. Так, в Палестине практиковались почвенные методы обез вреживания отходов [2]. В Афинах жители были обязаны вывозить уличные от бросы и фекалии за пределы крепостных стен на расстояние не менее, двух кило метров.
Еше в 3000-1000 гг. до и. э. во времена Минойской цивилизации столице Крита г. Кносе бытовые отходы сбрасывались в глубокие ямы и послойно засыпа лись землей через определенные промежутки времени [1]. В Ветхом завете (глава 23 "Пятая книга Моисея") имеются указания о необходимости закапывать нечисто ты в землю.
Внаучных трактатах великих врачей древности - Гиппократа и Авиценны (Ибн Синя) - неоднократно отмечается, что бытовые отходы и фекалии могут вы зывать загрязнение воды и пищевых продуктов, привести к заболеваниям людей.
Во время правления римских императоров Домитиана (81-96) и Веспасиана (69-79) для обеспечения надлежащего санитарного состояния городов были при няты законы о порядке удаления отходов за их пределы, чтобы обеспечить надле жащее санитарное состояние городов [31].
Всредние века этот положительный опыт был предан забвению, и только в XIV в. в европейских городах вновь начинают внедрять элементы санитарной очи стки городов.
ВXIV в. в Лондоне [3] и в Берлине [2] была организована вывозка нечистот за пределы городов. В Лондоне вывозка осуществлялась специализированным транс
портом (наклонная пароконная платформа), в Берлине - попутным транспортом.
ВXTV в. в Лондоне появились узаконенные места для свалок, откуда отходы продавались крестьянам и зеленщикам как удобрение [3,4].
ВXV в. в Англии были установлены правила сбора и удаления мусора, кото рые остались практически неизменными в течение почти 500 лет. Эти правила рег ламентировали устройство свалок, места их расположения [4].
Узаконенные свалки появились сначала в Англии (XIV в.), затем во Франции (XV в.) и в Германии (XVII в.)
На специально отведенные для свалок участки территории вблизи населенных мест при слабом контроле, а зачастую и без всякого контроля за уровнем загрязне ний и эстетическим состоянием участка, сбрасывались ТБО. Большинство свалок были открытого типа без засыпки отходов землей, часть их специально поджига лась для уменьшения объемов отходов на свалке.
Вплоть до конца XIX в. большинство свалок не контролировалось. Они явля лись источниками загрязнения атмосферного воздуха, почвы, подземных вод, по стоянно горели, издавали зловоние, были местом размножения грызунов и мух.
ВXIX в. неудовлетворительная практика сбора, удаления и обезвреживания отходов стала вызывать возмущение населения, так как она приводила к созданию антисанитарных условий в городах. Началась активная разработка законодатель ных актов, регулирующих эти вопросы.
В1842 г. в Англии в Основном докладе Чэдвика о санитарных правилах для трудящихся Великобритании были даны рекомендации по решению проблем бы товых отходов.
ВСША в 1875 г. принят Акт об общественном здравоохранении, в котором были указаны права Санитарного управления по контролю за сбором, удалением и обезвреживанием бытовых отходов.
В1893 г. сенат г. Гамбурга в связи с эпидемией холеры принял решение о со оружении первого в Германии предприятия по сжиганию бытовых отходов, трупов животных. Технология сжигания была подобна применявшейся в Англии, но име ла ряд существенных отличий и усовершенствований [32].
Первая ручная сортировка ТБО в США (в г. Нью-Йорке) была организована в 1898 г. Она обслуживала район более чем с 116000 жителей. При этом из ТБО утилизировалось до 37% вторичных материалов [33]. В то же время были органи зованы ручные сортировки ТБО в Берлине, Шарлоттенбурге, Гамбурге и Мюнхене. На них использовались барабанные грохоты и ленточные конвейеры, что позволя ло перерабатывать до 300 т ТБО в сутки [34].
Кконцу XIX в. была создана законодательная база и разработаны основные методы обезвреживания отходов. Это обеспечило возможность перехода к новым более эффективным методам обезвреживания ТБО.
ВXX в. на смену неорганизованным неконтролируемым свалкам пришли усовершенствованные контролируемые свалки - полигоны, основанные на прин ципе, известном со времен древнейших цивилизаций, - послойной земляной за сыпке отходов. Особенно большое распространение получили такие свалки в шес тидесятые годы в США, где их называют "Sanitary Landfill" (санитарная свалка), в ФРГ - "Deponie" или "Geordnete Deponie" (упорядоченные свалки - полигоны), в Великобритании, Франции.
В США в ряде штатов (1966 - 1970 гг.) были приняты законы, запрещающие открытые неконтролируемые свалки и разрешающие Sanitary Landfill [5].
Современные полигоны в ФРГ начали проектировать и строить после шести десятых годов, когда в 1965 г. был принят закон и ряд подзаконных актов (доку ментов) по отходам [34]. После 1972 г. в ФРГ действовало 130 упорядоченных по лигонов ТБО (Geordnete Deponie), 16 компостных заводов и 30 мусоросжигатель ных заводов [35, 36]. В СССР первые усовершенствованные свалки появились в начале шестидесятых годов (Ростов-на-Дону), однако они не обеспечивали необ ходимую степень защиты окружающей среды от загрязнения. Они отличались от обычных свалок только организацией приема ТБО, их разравниванием, уплотнени ем и послойной засыпкой землей. Вопросы защиты подземных вод от загрязнения и сбора биогаза не решались.
Анализ тенденций развития методов переработки и обезвреживания ТБО в мировой и отечественной практике позволяет сделать вывод, что в развитых стра нах обычные свалки постепенно были ликвидированы к концу восьмидесятых го дов и на первое место вышли полигоны ТБО, которые называются по-разному (са нитарная земляная засыпка, санитарная свалка, контролируемая усовершенство ванная свалка, полигон ТБО, Sanitary Landfill, Geordnete Deponie).
Вевропейских странах объем ТБО на такие полигоны в настоящее время на правляется более 60 - 70% ТБО, сжигание 20 - 28%, на компостирование 1-3%.
Анализ развития различных методов переработки и обезвреживания ТБО в развитых странах показал, что за последние двадцать лет объем ТБО, направляе мых на полигоны, уменьшился примерно на 10 - 15%, но полигоны остаются на первом месте и сохранят это место на ближайшие 1 0 - 1 5 лет. Возрастает доля сжигаемых отходов, они устойчиво занимают второе место. Объем таких отходов увеличился за последние двадцать лет примерно на 5 - 6%, к 2000 г. сжигалась примерно третья часть ТБО, еще больше возрастает объем сжигаемых ТБО к 2005— 2010 гг. Доля компостируемых отходов, снизившаяся в семидесятые - восьмидеся тые годы, начинала возрастать в девяностые годы после создания небольших ком постных заводов и компостных участков на полигонах ТБО, а также после внедре ния дуальных систем ("Gnine Punkt" и др.). К 2000 г. доля компостируемых отхо дов составила примерно 4 - 5%, а к 2010 г. достигнет 10% от общего объема ТБО.
Резко увеличилась доля сортируемых отходов (8 - 10%) к 2000 г., и 2005 - 2010 гг. она достигнет 15 - 20%. Возрастут и темпы прироста объема пиролизуемых отхо дов: с десятых и сотых долей процента в начале восьмидесятых годов до 1% в 2000 г. и до 3 - 5% в 2005 - 2010 г.
Вкачестве иллюстрации можно привести динамику изменения методов пере работки ТБО в ФРГ за 1977 - 2000 гг. и прогноз на 2000 г. (табл. 1.1).
Особенно больших успехов в совершенствовании полигонов ТБО добились США, ФРГ, Дания. Опыт этих стран подробно рассматривается в настоящем посо бии.
Вместе с тем, необходимо отметить, что в последнее десятилетие в развитых странах четко прослеживается тенденция к переходу на новый уровень обращения
сТБО [41, 42, 43, 44]. В последних работах исследователей этот уровень называет ся JSWM (integrated solid waste management) - полная (глубокая) переработка отхо дов
|
Изменение объемов переработки ТБО различными |
Таблица 1.1 |
||||
|
|
|||||
|
|
|
методами [37] |
|
|
|
Метод |
|
Доля в общем объеме перерабатываемых ТБО, % |
||||
переработки |
1977 |
1982 |
1984 |
1987 |
1990 |
2000 |
Депонирова |
4,70 |
76,10 |
72,96 |
67,77 |
63,80 |
49,35 |
ние |
22,40 |
22,30 |
24,57 |
26,20 |
28,80 |
35,10 |
Сжигание |
||||||
Компостиро |
2,60 |
’ 1,60 |
1,93 |
2,40 |
2,85 |
5,40 |
вание |
- |
- |
0,03 |
0,03 |
0,05 |
0,85 |
Пиролиз |
||||||
Сортировка |
- |
- |
0,51 |
3,60 |
4,50 |
8,30 |
Так, R.Cossu [41], описывая тенденции развития технологий и методов обра щения с твердыми отходами, выделяет три основных этапа: I - неконтролируемые свалки; II - контролируемые свалки (sanitary landfill) и простые системы рецирку ляции отходов; III - JSWM (полная переработка отходов).
Концептуально JSWM предполагает реализацию новых подходов к обраще нию с отходами, а именно: минимизацию образования отходов в результате вне дрения экологически чистых технологий, дуальных систем сбора ТБО (Grune Punkt и др.), рециркуляции материалов, административных и правовых акций, направ ленных на увеличение долговечности (ресурса) продукции, удлинения цикла ее использования по прямому назначению, рекуперации энергии и материалов; новый уровень организации полигонов, обеспечивающих сухое хранение (захоронение) отходов, фиксацию и инкапсуляцию опасных компонентов, надежную инженер ную защиту при захоронении отходов.
В наибольшей степени современным экологическим и экономическим требо ваниям соответствует технология комплексной переработки ТБО, которая сочетает процессы сортировки, термическую и биологическую переработку отходов. При этом сортировка в результате селективного сбора изменяет качественный и коли чественный состав ТБО. Это приводит к тому, что почти на 50% уменьшается по ток отходов, направляемых на сжигание и компостирование, ускоряется процесс компостирования и улучшается качество компоста, стабилизируются термические процессы при сжигании, сокращается выброс в атмосферу вредных веществ с от ходящими газами, уменьшается выход неутилизируемых золы и шлака.
Комплексная переработка более выгодна и в экономическом отношении
(табл. 1.2, табл. 1.3).
При этом важно отметить, что если в России только начинается сооружение полигонов ТБО по современным технологиям и в ближайшие годы нет условий для внедрения JSWM, то в развитых странах он практически реализуется по всем направления.
2. Характеристика ТБО как возможного источника загрязнения окружающей среды
2.1. Классификация ТБО
Источниками ТБО являются жилые дома, объекты социально-культурного и бытового назначения (школы, детские дошкольные учреждения, лечебные учреж дения, объекты общественного питания, зрелищные учреждения и др.), магазины, смет с улиц и площадей, рынки и т.д.
Классификация ТБО по месту образования представлена в табл.2.1. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|
|
|
Классификация ТБО по месту образования |
|
|
||||||||
Наименование |
Место образования |
|
Основные компоненты |
|||||||||
отхода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мусор |
Жилье, |
|
|
объекты |
Кухонные отбросы, остатки пищи, кости, |
|||||||
|
|
соцкультбыта |
(дет |
бумага, тряпье, дерево, стекло, металл, |
||||||||
|
|
ские, |
дошкольные |
резина, |
пластмасса, кожа, |
комнатный |
||||||
|
|
и |
школьные, |
зре- |
смет, отходы бытовой химии, остатки |
|||||||
|
|
лищные, |
спортив |
медикаментов, бытовая |
техника, непри |
|||||||
|
|
ные и |
другие |
уч |
годный инвентарь, упаковки и др. |
|||||||
|
|
реждения^ |
|
|
Кухонные отбросы, мусор, смет, остатки |
|||||||
Отбросы и |
отходы |
Столовые, |
|
кафе, |
||||||||
предприятий |
обще |
рестораны и др. |
пищи |
|
|
|
|
|||||
ственного питания |
Магазины, |
базы, |
Невозвратная тара, различные виды упа |
|||||||||
Отбросы торговых |
||||||||||||
предприятий |
|
рынки |
|
|
|
|
ковок, |
смет, |
отбросы, |
некондиционные |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
овощи, фрукты, другие товары, мусор, об- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
разующийся при содержании помещений |
||||
Отбросы и |
отходы |
Больницы, |
|
клини |
Перевязочный материал, упаковка и ос |
|||||||
. гсечебно-профилак- |
ки, |
поликлиники, |
татки медикаментов, части тела после |
|||||||||
гических учрежде |
родильные |
дома, |
операций, последы, трупы лабораторных |
|||||||||
ний |
|
санитарно-проти |
животных, мусор, смет, кухонные отбро |
|||||||||
|
|
воэпидемические |
сы, остатки пищи, непригодный инвен |
|||||||||
|
|
учреждения |
|
|
тарь, шприцы, иглы, системы перелива |
|||||||
! |
|
|
|
|
|
|
|
ния крови, |
инструментарий |
разового |
||
|
|
|
|
|
|
|
пользования__________________________ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Строительный му- |
Строительство |
и |
Строительный мусор, грунт, бой кирпи |
|||||||||
гор |
|
реконструкция |
|
ча, стекла, железобетонных изделий, не |
||||||||
|
|
объектов |
в |
насе |
возвратная тара и упаковка, жесть, не |
|||||||
|
|
ленном пункте |
|
пригодные |
металлические |
элементы |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
строительных |
изделий |
и материалов, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
пластмасса |
|
|
|