Сухомлін Юлія Сергіївна

Факультет екології та хімічної технології

Кафедра «Прикладна екологія та охорона навколишнього середовища»

Спеціальність «Екологія хімічних виробництв»

Розробка концепції поводження з твердими побутовими та малотонажними промисловими відходами в Донецькому індустріальному мегаполісі

Керівник: Білогуров Юрій Миколайович

Вступ

    В Донецькій області у зв'язку з великим техногенним навантаженням, рівень забруднення навколишнього середовища надзвичайно високий. Відходи споживання є одними з найвагоміших чинників забруднення навколишнього природного середовища і негативного впливу на всі її компоненти. Інфільтрація від похованих відходів на полігонах, пилоутворення в процесі їх розміщення, вітрова і водна ерозії, інші чинники міграції забруднюючих речовин приводять до забруднення атмосферного повітря, підземних і поверхневих вод, земельних ресурсів. Окрім цього на території області налічують велику кількість несанкціонованих звалищ, що говорить про недосконалість системи збору побутових відходів.

     Проблема твердих побутових відходів є актуальної не тільки на території Донецької області і України в цілому, але і у всьому світі. Важко вирішується ця проблема перш за все через величезну і все наростаючу кількость відходів.

    Метою дослідницької роботи є розробка концепції поводження з твердими побутовими відходами (ТПВ) в Донецькому індустріальному мегаполісі, зокрема розробка Програми поводження з малотоннажними промисловими відходами, а саме ртутьвмісними люмінесцентними лампами, що потрапляють до складу ТПВ.

    Задачі дослідницької роботи:

1. Вивчити ситуацію, що склалася з твердими побутовими відходами в Донецькій області, в Україні в цілому, а також за кордоном.
2. Розглянути існуючі методи переробки і утилізації твердих побутових відходів в Україні і досвід зарубіжних країн.
3. Розробити комплексний метод утилізації ТПВ, що дозволяє використовувати їх ресурсний потенціал.
4. Досліджувати можливі методи утилізації фільтрату санітарних полігонів.
5. Вивчити нормативно-правову базу у сфері поводження з відходами I класу небезпеки.
6. Розробити схему поводження з ртутьвмісними люмінесцентними лампами, щоб уникнути їх попадання до складу твердих побутових відходів.
7. Зробити пропозиції про внесення змін в правове регулювання у сфері поводження з небезпечними відходами.

1 Вивчення складу твердих побутових відходів

    1.1 Склад твердих побутових відходів в деяких країнах світу

    Вивчення характеристик і складу відходів пов'язано із значними складнощами через велику кількість компонентів, змін їх часток від кліматичних умов, пори року і з часом, відсутністю розроблених стандартних методик аналізу.

    Вивчення характеристик і складу відходів пов'язано із значними складнощами через велику кількість компонентів, змін їх часток від кліматичних умов, пори року і з часом, відсутністю розроблених стандартних методик аналізу.

    Морфологічний склад ТПВ значно залежить від кліматичних умов, сезону року, ступеня впорядкування житла, наявності системи роздільного збору ТПВ, у тому числі харчових відходів і ін., і міняється в першу чергу за рахунок зміни тари і упаковки товарів, що використовуються [1].

Морфологічний склад твердих побутових відходів в країнах-учасниках ЄС приведений в табл. 1.1 [1].

    Таблиця 1.1 - Склад відходів в країнах-учасниках ЄС, %

    Морфологічний склад твердих побутових відходів США і Росії приведено в таблиці 1.2 [2].

    Таблиця 1.2 – Морфологічний склад ТПВ в Росії і США, % маси

    Морфологічний склад ТПВ в Україні приведений в таблиці 1.3 [1].

    Таблиця 1.3 – Морфологічний склад ТПВ, що утворюються в різних кліматичних зонах, % маси

    Що стосуеться фракційного складу ТПВ, то в містах України основна маса відходів (60 – 70) % має фракції розміром до 100 мм. Вміст частинок розміром понад 250 мм не перевищує (4 – 5) % (без урахування крупногабаритних відходів). Фракційний склад робить вплив на технологію і організацію збору ТПВ, а також має важливе значення у разі використовування ТПВ на сміттєперероблюючих заводах .

    1.2 Склад ТПВ Донецької області

    Усереднені результати по складу твердих побутових відходів в Донецькій області чотирьох сезонних досліджень всіх 8 социотипів представлені в таблиці 1.4 [1].

    Таблиця 2.1 – Усереднений морфологічний склад ТПВ в Донецькій області

     Аналіз даних Проекту Тасіс «Вдосконалення системи управління твердими побутовими відходами в Донецькій області України» показує, що у складі твердих побутових відходів основна частка доводиться на харчові відходи і відсів, куди у тому числі входить і зола від пічного опалювання. Значні частки паперу, пластмаси, скла. Вогкість харчових відходів коливається від (60 – 70) % весною до
(80 – 85) % влітку і восени. Міські відходи на (30 – 35) % складаються з горючих матеріалів і на (20 – 40) % - з негорючого баласту: металу, скла, кераміки. Баластні домішки харчових відходів представлені кістками, боєм скла і фаянсу, металевими кришками, банками. Постійно ускладнюється склад твердих побутових відходів, включаючи все більше екологічно небезпечних компонентів. Це – відпрацьовані хімічні джерела струму (ВХДС), тара від засобів побутової хімії, залишки пестицидів, фарб, люмінесцентні лампи і інше. З ними до складу ТПВ приноситься:

• ртуть – близько 100 мг на кожну люмінесцентну лампу;
• пестициди і лікарські препарати;
• окислювачі (вибілюючі склади), синтетичні поверхнево активні речовини, компоненти фарб (важкі метали) – до (3 – 5) % від їх закупівельної кількості;
• з ВХДС – важкі метали, марганець, цинк, кислота, свинець;
• полімерні матеріали – початкові компоненти для мимовільного синтезу діоксинів і інших ксенобіотиків.

2 Методи переробки і утилізації ТПВ

    Методи знешкодження і утилізації твердих побутових відходів діляться по кінцевій меті на ліквідаційні і утилізаційні, а за технологічним принципом – на біологічні, термічні, хімічні, механічні, змішані.

    Найбільше розповсюдження в Україні отримали наступні технології знешкодження і переробки ТПВ: складування на полігонах або звалищах (ліквідаційний механічний спосіб), спалювання (ліквідаційний термічний спосіб), компостування (біологічний спосіб утилізації).

    Загальна картина співвідношення різних методів переробки ТПВ для деяких країн світу представлена в таблиці 2.1.

    Таблиця 2.1 – Співвідношення часток різних методів переробки ТПВ в різних країнах світу

    Зливові і талі води з вище розташованих масивів земель перехоплюються нагірним каналом і відводяться за межі полігону. Передбачають також спеціальні інженерні рішення по збільшенню зчеплення складованого матеріалу з природною підставою.

    Інфільтрація – ведучий чинник, що впливає на інтенсивність протікання физико-біологічних процесів в товщі звалища і визначаючий кількість фільтрату і біогазу, що утворюється. Фільтрат і біогаз утворюються в анаеробній зоні звалища, потужність яку може складати 10 м і більш за рахунок протікання процесів деполімеризації, зброджування, гуміфікації органічної речовини, сульфатредукції і інших процесів. У результаті виходить унікальний по своїй токсичності розчин з мінералізацією до декількох грам на 1 л, вмістом іонів амонія і хлора, інших макрокомпонентів до декількох грам на 1 л, високими концентраціями важких металів (цинк, свинець, нікель, хром, кадмій і ін.).

    Біогаз утворюється в результаті життєдіяльності метанутворюючих бактерій і супроводиться виділенням теплоти, підтримуючої в товщі відходів порівняно невисоку (30 – 40) ⁰С температуру. В результаті внутрішнього розігрівання відходів збільшується проникність підстилаючих звалище глинистих порід.

     В результаті поховання ТПВ на звалищах безповоротно втрачається величезна маса цінних речовин і компонентів що містяться в них, у тому числі солей азоту, фосфору, калія і кальцію, що є основою органічних і мінеральних добрив.

    2.2 Термічні методи переробки відходів

    2.2.1 Спалювання відходів

    Використовування термічного методу зв'язано з рядом екологічних і економічних проблем.

    Екологічні проблеми пов'язані з утворенням при термічній переробці відходів ряду токсичних сполук, перш за все диоксинів, а також значної кількості твердих вторинних відходів (25 % по масі). Економічні проблеми пов'язані з необхідністю установки дорогого устаткування для знешкодження викидів в атмосферу, витратами на подальше знешкодження шлаків.

     Розроблені різноманітні установки для спалювання відходів. Типова технологічна схема сміттєспалювального заводу представлена на рис. 2.1.

    1 – приймальний бункер; 2 – грейферний захоплювач; 3 – завантажувальний бункер; 4 – колосникові грати; 5 – повітрядувка; 6 – піч;
7 – форсунки; 8 – казан-утилізатор; 9 – транспортер; 10 – електрофільтр; 11 – димоусмоктувач; 12 – труба
     Рисунок 2.1 – Схема сміттєспалювання

     Відходи з приймального бункера 1 грейферним захоплювачем 2 подаються в завантажувальний бункер 3. Спалювання в печі 6 відбувається на рухомих колоснікових гратах 4. Необхідний для горіння відходів повітря подається повітрядувкою 5 під грати. Конструкція печі передбачає спалювання як твердих, так і рідких відходів. Для цього в печі є форсунки 7 для уприскування рідких відходів. Казан 8 дозволяє утилізувати тепло, що виділяється при горінні відходів, і одержувати перегрітий пара. Димові гази проходять очищення від золи-уносу в електрофільтрі 10, а потім димоусмоктувачем 11 викидаються через трубу 12, висота якої розраховується з урахуванням зниження граничних концентрацій шкідливих речовин нижче за норми ГДК. Шлак, що утворюється при горінні відходів, після охолоджування водою видаляється транспортером 9 на склад.

    2.2.2 Піроліз відходів

    Під піролізом розуміють процес термічного розкладання відходів без доступу кисню, в результаті якого утворюються піролізний газ і твердий вуглецевий залишок. Кількість і склад продуктів піролізу залежить від складу відходів і температури розкладання.

     Піролізні установки залежно від температурного режиму процесу розділяють на:

• низькотемпературні (450 – 500) ⁰С, що характеризуються мінімальним виходом газу, максимальною кількістю смол, масел і твердих залишків;
• середньотемпературні (до 800) ⁰С, що характеризуються збільшеним виходом газу із зменшеною кількістю смол і масел;
• високотемпературні (понад 800) ⁰С, що характеризуються максимальним виходом газів і мінімальною кількістю смолоподібних продуктів.

    Частина енергії одержуваного газу використовується для підігріву повітря, що подається в зону згорання реактора. Решта енергії передається споживачу у вигляді газоподібного палива або у вигляді теплоносіїв.

    Піролізний газ має перевагу перед природним, оскільки не містить сполук сірки і азоту. Проте в зв'язку з низькою теплотою згорання, труднощами акумуляції і зберігання піролізного газу, його неможливо збирати і транспортувати на значну відстань, унаслідок чого споживач газу повинен знаходитися не далі 3 км від піролізної установки.

    2.2.3 Переробка ТПВ компостуванням

    Теоретично біохімічні реакції аеробів, що протікають при компостуванні, можна представити в наступному вигляді:

n (Целюлоза) – Мікроорганізми – (n Глюкоза)                  (2.1)

    Перероблені таким чином відходи вступають в природний круговорот речовин в природі за рахунок їх знешкодження і перетворення в компост – цінне органоінеральне добриво, що використовується, наприклад, для міського озеленення або в якості біопалива. В процесі переробки відходів створюються умови, згубно діючі на більшість хвороботворних мікроорганізмів, яйця гельмінтів і личинки мух.

    Найбільш досконалим вважають безперервний процес компостування з примусовим аеробним окисленням органічних відходів у біотермічному барабані, що обертається.

3 Концепція поводження з твердими побутовими відходами

     В роботі розглядається комплексний метод утилізації твердих побутових відходів. Дана концепція припускає наступні дії у сфері поводження з твердими побутовими відходами:

• здійснення реконструкції існуючих і організацію нових контейнерних майданчиків;
• проведення реконструкції існуючих комунальних АТП з поступовою заміною застарілої і зношеної спецтехніки на нову, що дозволить: транспортувати ТПВ до місць сортування і видалення без втрат по шляху проходження; обслуговувати контейнерні майданчики і контейнери; швидко і якісно проводити прибиральні роботи на території населених пунктів;
• здійснення сортування на сміттєсортувальних станціях з метою витягання вторинних ресурсів, відходів I – II класів небезпеки, з подальшим пресуванням вторинної сировини і «хвостів», що залишилися, в купи. Проходження ТПВ через сміттєсортувальний завод дозволить мінімізувати об'єми відходів, розміщуваних на полігоні, що дозволить збільшити термін служби останніх в (2 – 4) рази.
• видалення закупованих «хвостів» на «санітарні полігони»;
• відсортовані і роздільно закуповані вторинні ресурси транспортувати на підприємства, що здійснюють переробку даних відходів.

    Проте таке рішення проблеми поводження з твердими побутовими відходами не виключає попадання малотоннажних промислових відходів в їх склад. В ході збору і транспортування відбувається забруднення твердих побутових відходів ртуттю, в результаті бою при навантажувально-розвантажувальних роботах і транспортуванні ртутьвмісних люмінесцентних ламп, що представляє небезпеку для здоров'я людей.

    Нами запропонована принципова схема поводження з малотоннажними промисловими відходами, представлена як анімоване зображення 3.1.

     Таким чином, у сфері поводження з ртутьвмісними люмінесцентними лампами передбачається:

• збір на підприємстві-утворювачі відходів в спеціально відведених для цього місцях для тимчасового зберігання;
• здійснення спеціалізованими підприємствами збору малотоннажних промислових відходів, накопичення до транспортних норм і транспортування ртутьвмісних відходів на підприємства, здійснююче переробку цього виду відходу.

Висновки

    Найраціональнішим рішенням проблеми поводження з твердими побутовими відходами в Донецькій області є будівництво сміттєсортівальних заводів, що дозволяють витягувати із сміття ресурсоцінну сировину, таке як текстиль, папір, пластмаса, спресовуване в брикети, а також стекло і метали. Будівництво сміттєсортувальної станції є актуальним як з економічною, так і з екологічною сторін. По-перше можливо отримання прибутку за рахунок продажу вторсировини споживачу, а по-друге – зменшує навантаження на оточуюче природне середовище.

Література

1. Пособие по мониторингу полигонов твердых бытовых отходов./ Г.И. Бородай. – Донецк: Тасис, 2004. – 293
2. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов./ В.И. Сметанин. – М.: Колос, 2000. – 232 с.
3. Андрейцев В.И. Экологическое право./ В.И. Андрейцев. – К.: Вентурі, 1996. – 208 с.
4. Арский Ю.М. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать./ Ю.М. Арский. – М.: МГУ, 1999. – 360 с.
5. Бринчук М.М. Экологическое право. / М.М. Бринчук. – М.: Юристъ, 1998. – 686 с.
6. Запольский А.К., Салюк А.И. Государственная программа охраны окружающей среды./ А.К. Запольский. – К.: Высшая школа, 2003. – 358 с.
7. Земля тривоги нашої. / С.В. Третьяков. – Донецьк: «ЦЭПИ ЭПИцентр ЛТД». – 2004. – 152 с.
8. Зербина Д.Д. Антропогенные экологические катастрофы./ Д.Д. Зербина. – К.: Наукова думка, 1999. – 328 с.
9. Лифшиц А.Б. Современная практика управления твердыми бытовыми отходами./ А.Б. Лифшиц // Чистый город. – 1999. – № 1(5). – с. 2–10
10. Николайник Н.И., Мелехова О.П. Основы экологического права./ Н.И. Николайник. – М.: Дрофа, 2003. – 624 с.
11. Пальгунов П.П., Сумарохов М.В. Утилизация бытовых отходов./ П.П. Пальгунов. – М.: Стройиздат, 1990. – 352 с.
12. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопастность./ Ю.Л. Хотунцев. – М.: Академия, 1998. – 450 с.