Переработка отходов как средство защиты окружающей среды

Переработка отходов является альтернативным направлением по отношению к дорогостоящим методам захоронения отходов. Наблюдающийся в мире рост объема перерабатываемых отходов и популярности этого направления свидетельствует о ее перспективности.

Полный цикл переработки отходов включает в себя сбор, сортировку, переработку и повторное использование их.

Разработка технологий переработки отходов должна основываться на следующих положениях:

  • они должны не только ориентироваться на существующие потребности рынка, но и способствовать развитию новых направлений реализации продуктов переработки;
  • они должны быть гибкими и легко приспосабливаться к изменяющимся условиям;
  • они должны обеспечивать сбалансированность критериев потребностей рынка, прибыльности и экологичности, тем самым охватывать как можно больший объем и разнообразие отходов.

Существует несколько общепринятых организационных принципов построения системы переработки отходов производства и потребления.

При этом формы организации производств по переработке отходов могут быть различными. Наиболее часто используемые организационные формы приведены в табл. 18.1.

Каждая из форм имеет характеристики, позволяющие использовать их в различных случаях.

Основными методами переработки отходов являются биоразложение, компостирование и сжигание.

Эти методы особенно эффективны при переработке ТБО.

Сложные по составу промышленные отходы требуют применения дополнительных специальных физико-химических методов переработки. Компостирование считается формой переработки, нацеленной на сырую органическую отходную массу. В табл. 18.2 приведены виды отходов, подвергающиеся компостированию.

В практике промышленного компостирования можно выделить
следующие методы:

  • компостирование в буртах без принудительной аэрации;
  • компостирование в буртах с принудительной аэрацией;
  • компостирование в установках с контролируемыми условиями (вращающиеся бочки, горизонтальные или вертикальные силосные башни и др.);
  • смешанные системы.

Стоимость методов компостирования растет с применением специализированной техники и может достигать значительных величин.

Выбор методов компостирования определяется критерием оптимального сочетания стоимости с достигаемым эффектом утилизации компостируемых отходов. Потенциальный успех и экономическая эффективность применения компостирования зависят от наличия рынков сбыта для продукта.

Компостирование — это биологический метод обезвреживания ТБО. Иногда его называют биотермическим методом.Сущность процесса заключается в следующем. Разнообразные, в основном теплолюбивые, микроорганизмы активно растут и развиваются в толще мусора, в результате чего происходит его саморазогревание до 60 °С. При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы. Разложение твердых органических загрязнений в бытовых отходах продолжается до получения относительно стабильного материала, подобного гумусу.

Механизм основных реакций компостирования такой же, как при разложении любых органических веществ. При компостировании более сложные соединения разлагаются и переходят в более простые.

К основным химическим показателям, характеризующим мусор как материал для компостирования и получения биотоплива и органических удобрений, относятся содержание органического вещества; зольность; содержание общего азота, кальция, углерода.

Ежегодно увеличивающееся количество отходов повлекло за собой разработку ускоренных, механизированных способов их переработки. Для этого сооружаются специальные мусороперерабатывающие заводы.

Схема работы мусороперерабатывающего завода следующая. Законченный цикл обезвреживания ТБО состоит из трех технологических этапов:

  • прием и предварительная подготовка мусора;
  • собственно биотермический процесс обезвреживания и компостирования;
  • обработка компоста.

Оборудование для приема и предварительной подготовки отходов включает в себя приемный бункер, питатели, транспортеры, магнитные сепараторы. Процесс биотермического обезвреживания и’компостирования происходит в горизонтальных вращающихся барабанах.

Оборудование для обработки компоста состоит из контрольного грохота, магнитного сепаратора и дробильного оборудования для измельчения балласта. Кроме того, необходимо иметь склад готовой продукции, т.е. площадку дозревания компоста, а также оборудование для взвешивания поступающих отходов и отпускаемого компоста и мойку для мусоровозов. На мусороперерабатывающих заводах Российской Федерации применяется в основном отечественное оборудование, которое дорабатывается и модернизируется с учетом свойств ТБО конкретного региона или города и в соответствии с требованиями создания оптимальных условий для их обезвреживания.

Переработка мусора должна обязательно сочетаться с выдачей продукции, безопасной и в эпидемиологическом отношении.Обезвреживание отходов обеспечивается, в первую очередь, высокой температурой, аэробной ферментацией. В ходе биотермического процесса происходит гибель большей части патогенных
микроорганизмов.

Однако, компост, получаемый в результате биотермического обезвреживания ТБО на мусороперерабатывающих заводах, не должен быть использован в сельском и лесном хозяйства, так как содержит примеси тяжелых металлов, которые через траву, ягоды, овощи или молоко могут причинить вред здоровью человека.

По этой же причине целесообразно несистематическое применение таких компостов в городских скверах и парках.

Недостатком компостирования является необходимость складирования и обезвреживания некомпостируемой части мусора, объем которой составляет значительную часть от общего количества мусора. Эта задача может быть решена методом сжигания, пиролиза или простым вывозом отходов на полигоны.

Общепризнанно, что биологические методы разложения органических загрязнений считаются наиболее экологически приемлемыми и экономически эффективными, о чем свидетельствуют показатели различных процессов переработки отходов, приведенные в табл. 18.3.

Технология процесса биоразложения отходов различна. Например: в биопрудах — жидкие отходы; в биореакторах — жидкие, пастообразные, твердые; в биофильтрах — газообразные. Существуют и другие модификации биотехнологии.

В настоящее время многие разбавленные промышленные отходы обрабатывают биологическими способами. Обычно это метод окисления, осуществляемый в аэротенках, биофильтрах и биопрудах аэробной переработки стоков — самая обширная область контролируемого использования микроорганизмов в биотехнологии.

Существенными недостатками аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией большого количества образующегося избыточного ила (до 1… 1,5 кг биомассы микроорганизмов на каждый удаленный
килограмм органических веществ).

Исключить указанные недостатки помогает анаэробная обработка сточных вод методом метанового сбраживания. При этом не требуется затрат энергии на аэрацию (что играет большую роль в условиях энергетического кризиса), уменьшается объем осадка и, кроме того, образуется ценное органическое топливо — метан.

Анаэробные процессы микробиологической конверсии органических веществ представляют комплексную и весьма сложную группу явлений, многие фундаментальные аспекты которых стали понятными только в последние годы. Тем не менее промышленные технологии анаэробной очистки уже в 80-е гг. XX в. достигли достаточно высокого уровня и получили широкое распространение за рубежом. В нашей стране интенсивные анаэробные технологии пока не используются, что наносит значительный ущерб состоянию окружающей среды, так как методы генной инженерии позволяют получать штаммы, способные обезвреживать экологически опасные органические вещества и другие материалы.

На рис. 18.8 представлена классификация конструкций анаэробных реакторов, нашедших широкое применение в различных странах.

Следует отметить, что микроорганизмы по-разному реагируют на различные вещества, входящие в отходы, поэтому необходима проверка отходов на биоразлагаемость анаэробной микрофлорой, а также определение оптимальных условий обработки.

Наиболее подходящим тестом является биохимический метановый потенциал (БМП). При этом образец отходов смешивают с анаэробной культурой в определенной среде, выдерживают в анаэробных условиях (закрытая емкость) и периодически измеряют объем образующегося газа. Количество метана, образующегося в контролируемый период, отнесенное к количеству углерода в отходах и оцениваемое как химически потребляемый кислород (ХПК), показывает биообрабатываемость испытуемого образца отходов.

Процесс метанового брожения протекает при неизменной общей массе ХПК, который распределяется в процессе очистки на ХПК метана (как правило, более 90 %) и ХПК образующейся биомассы.

Вариантом теста определения ХПК, или соответственно конвертируемости отходов, является оценка токсичности отходов, т.е. измерение относительной скорости, с которой простой органический субстрат типа сахарозы конвертируется в биогаз в присутствии испытуемого образца отходов и без него. Этот тест полезен для определения обрабатываемости отходов и оценки условий метаногенеза.

Большое количество тестов может быть выполнено в пределах достаточно ограниченного периода времени и объема образца. Это позволяет определять варианты стратегии биообработки отходов и варианты включения в технологию стадий предварительной и совместной обработки, а также подбор микробиоценоза и условий его оптимальной акклиматизации во времени. Например, считается нормальным, если БМП при мониторинге составляет около 30 дней, в то время как для легко деградируемого материала этот период составляет неделю.

В перечень веществ, биоразлагаемых анаэробным способом, входят органические соединения различных классов: спирты, альдегиды, кислоты алифатического и ароматического рядов.

В то же время, как показали исследования, ряд органических соединений в анаэробных условиях разлагаются не полностью.

Таким образом, обрабатываемость отходов в анаэробных условиях зависит от способности определенной микрофлоры к деградации соединений, входящих в состав отходов, а также от устойчивости микроорганизмов к токсичной органике и неорганике.

Следует отметить, что биообрабатываемость в анаэробных условиях перечисленных органических соединений была выявлена в результате многих исследований.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)