«Раздельный сбор отходов»

Основная мысль	Современный мир производит огромное количество отходов. Многие из них могут быть использованы вторично . На свалку должно попадать только то, что не может быть переработано. Если мы не изменим своего отношения к мусору, планета может превратиться в одну большую помойку.
Продолжительность	45 минут.
Материалы	Различные виды упаковки, из простых, и многокомпонентных материалов: стекло, алюминий, пластик, дерево, бумага, пакеты из-под молока, покрытая пленкой бумага и т.д.
Смежные учебные предметы	Экология, химия, биология.
Цель занятия	Сформировать у обучающихся осознание проблем правильного обращения с отходами производства и потребления, и практические умения экономного потребления этих ресурсов.
Задачи	Мотивировать необходимость личного участия обучающихся в решении задач ресурсосбережения. Содействовать формированию культуры утилизации бытового мусор. Узнать больше о разных видах упаковки и повседневно используемых материалах. Д. Приобретая упаковку для подарка другу, вы обращаете внимание: - на яркое оформление упаковки (3) ; - на материал упаковки, его большое количество (4 ); - наличие знаков эко маркировки, свидетельствующие о возможности переработки (2 ); - упакуете подарок в уже использованную коробочку или пакет, предварительно украсив их подручными средствами (1 ). Результаты теста. « Каков твой экологический следпо отношению к упаковке»: От 5 до 7- след размером с мушиную лапку. Браво! Тебе ничего не остается, кроме как летать, жужжать и убеждать других делать так же как ты. От 8 до10- кошачий след. Супер! Не расслабляйся, лежа на печи, осталось сделать совсем чуть – чуть. От 11 до13 – отпечаток лошадиного копыта. Хватит топтаться на месте. Пора галопом нестись туда, где больше солнца. От 14 до 16 – след слона. Нужно постараться. Ты ступаешь тяжело, но у тебя есть силы, что бы далеко пойти. Педагог подводит итог : « Экологический след» измеряет влияние, оказываемое человечеством на окружающую среду. Он показывает нам, какое количество земной и водной поверхности используется в целях производства продовольствия , сырья, энергии, а так же для утилизации отходов, возникающих в процессе этого производства. Современный мир производит огромное количество отходов. Многие из них могут быть использованы вторично. На свалку должно попадать только то, что не может быть переработано. Если мы не изменим своего отношения к мусору, планета может превратиться в одну большую помойку. Многие тысячелетия свалки не меняли своих объемов, люди почти не производили лишних отходов - материалы стоили дорого, всё, что можно, использовалось повторно или перерабатывалось. Металлы переплавлялись, органические отходы компостировались, даже лоскутам старой одежды находили применение. Ситуация оставалась неизменной примерно до середины XIX века - во времена научно-технической революции были изобретены и получили широкое распространение новые полимерные материалы, резины и пластики. Они были дешевы, удобны и, к сожалению, не разлагались естественным путём. Площадь свалок начала неуклонно увеличиваться. Рост промышленности и материального уровня жизни и поныне ведёт к лавинообразному увеличению отходов. В Москве в 2013 году образовалось около 32,6 млн. тонн отходов производства и потребления. Около 80% отходов образуется в результате деятельности сельского хозяйства, добывающей и перерабатывающей промышленности, энергетики и транспорта. Остальные 20% имеют бытовое происхождение. В Москве огромную долю строительных отходов составляют грунты, вынутые при строительстве метрополитена – их объем значительно увеличился в последнее время. Бытовой мусор, хотя и не составляет большую часть в объемах мусора, является весьма опасным для природы видом отходов – ведь в основном это не разлагающиеся в естественных условиях материалы. Большая часть бытового мусора (пластмассы, металлы, бумага, стекло и пищевые отходы) может быть использована повторно. По статистическим данным, в Москве на одну семью приходится до полутора килограмм бытового мусора в день. В основном эти отходы представлены упаковкой из различных материалов . Есть три способа утилизации отходов - закапывание на специальных полигонах, сжигание и переработка. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Мусор из города свозится большей частью на подмосковные полигоны, на данный момент их около 210, площадью от 50 до 60 га. Общая площадь свалок сравнима с площадью четырех с половиной государств Монако или двадцати Ватиканов. Рациональное обращение с отходами является альтернативой превращения нашей планеты в одну большую помойку. 2. Этап приобретения новых знаний. А. Лекция «Внимание - упаковка!» Продемонстрируйте различные варианты упаковки детям. Следует подобрать упаковку из различных материалов - как простых, однокомпонентных (стеклянная бутылка, бумажный пакет, бутылка ПЭТ - полиэтилентерефталат, полиэтиленовый пакет, деревянная коробочка и т.д.), так и сложных, ламинированных упаковок - пакет из-под молока или сока с обозначением UHT (снаружи - пленка, затем слои алюминиевой фольги, серого картона, белой типографской бумаги и опять синтетической пленки). Объясните, что простые материалы, такие, как дерево, металлы, стекло, бумага или синтетика, всё чаще заменяются композитными, содержащими несколько слоев. Это повышает качество конечного продукта , но затрудняет его переработку - ведь при переработке необходимо сначала разделить упаковку на составляющие части, а это возможно далеко не всегда. Обратите внимание на маркировку пластиковых упаковок. На большинстве пластиковых изделий стоит специальный значок - цифра в треугольнике, иногда знак дополняется буквенным обозначением. Это маркировка пластика указывает, из какого материала сделана эта упаковка и можно ли сдавать её на переработку. № и буквенное обозначение Название пластмассы Для чего используется Полиэтилентерефталат Одноразовые бутылки для воды, газировок, пива, растительных масел Полиэтилен высокой плотности Упаковки для молока Поливинилхлорид Тара для моющих средств, упаковка для тортов и пирожных Полиэтилен низкой плотности Пакеты и пищевая плёнка для продуктов Полипропилен Стаканы, многоразовые контейнеры и баночки для продуктов Полистирол Лотки, стаканы для чая и кофе, предметы, похожие на пенопласта (пенополистирол), вилки, ложки, контейнеры для еды Другие виды пластика (акрилонитрил бутадиен стирол, акрил, поликарбонат, полиамид) Обратите особое внимание, что в Москве не принимаются на переработку пластики с маркировкой 3 и 7 ("поливинилхлорид" и "все прочие пластики"). Концепция 3R Понятно, что проблему лавинообразного увеличения количества отходов необходимо решать. Более 20 лет назад была сформулирована концепция 3R - по первым буквам английских слов reduce (сокращение), reuse (повторное использование), recycle (переработка). Из самого названия этой концепции понятны её основные принципы. Reduce - c окращать потребление, не стремиться покупать ненужные вещи, не гнаться за новинками прогресса, если имеющиеся вещи вполне отвечают своим функциям. Стараться покупать продукты с меньшим количеством упаковки. Reuse (повторное использование) - м ногие предметы можно использовать повторно - например, печатать на обратной стороне бумаги, изготавливать поделки из вторичных материалов (вазочка из бутылки от напитка, подставка для карандашей из баночки и т.д.) И третья "R" recycle (переработка) - использованные материалы можно и нужно сдавать на переработку, чтобы из них сделали что-то новое , полезное, а не оставили лежать на свалке мёртвым грузом. При покупке товаров следует обратить внимание на маркировку упаковки - возможно ли будет сдать её потом на переработку? В. Интерактивная беседа «Что делать с мусором?» Справочная информация для педагога: Есть три пути, которым можно утилизировать отходы. Первый - захоронение на полигонах. Недостатки этого способа очевидны - нужны большие площади, свалки портят пейзаж, материалы со свалок практически невозможно будет использовать в переработке. Сжигание - с одной стороны, уменьшается объем мусора в несколько раз и почти решается проблема нехватки площадей для полигонов захоронения. С другой - получающаяся зола сильно токсична, необходимо озаботиться очисткой выхлопов на мусоросжигательных заводах, при сгорании синтетических материалов выделяются опаснейшие вещества - диоксины. Приборы, материалы и оборудование: Весы, отдельные пакеты для разного вида мусора, дневник наблюдений. Цели. Анализ структуры и динамики отходов, образующихся в квартире за определенный период времени (до и после применения методики раздельного сбора мусора) Ход работы: Соберите мусор, который образуется в Вашей семье (классе) в течение одних суток. По возможности взвесьте отдельно бумагу, пластик, стекло и алюминий. Чтобы это было проще , можно ввести дома раздельный сбор мусора. Наблюдение и подсчеты можно вести в течение недели, затем найти среднее арифметическое для каждого типа мусора. Попробуйте в течение недели ходить в магазин с тканевой сумкой, покупать продукты в экономичной упаковке, вторично использовать некоторые предметы. Затем проведите те же самые измерения. Результаты поместите в таблицу и сравните с предыдущими. Оформление результатов: Желательно собрать результаты в единую таблицу, например, такую: Вес Алюминий Пластик Бумага Стекло Прочее Общий вес День 2 День … Итого в среднем: За сутки:__________ За неделю:_________ За месяц:__________ В случае с измерением объема мусора следует указать, какой объем мусора выкидывался до утрамбовывания, повлияло ли как-то на объем мусора более внимательное отношение к выбору упаковки на стадии покупки. Вопросы к заданию: Сколько мусора выбрасывает Ваша семья за неделю, месяц, год? Как долго будет разлагаться в земле вырабатываемый Вами мусор? Можно ли в наших домах использовать несколько разных контейнеров для сбора мусора? Поясните Вашу точку зрения. Что ещё может влиять на количество выкидываемого мусора? Используя данные таблицы, рассчитайте на сколько уменьшиться масса отходов, которые вывозятся из Вашей квартиры на полигоны твёрдых бытовых отходов, при раздельном сборе мусора в неделю (месяц, год).

Характеристика твердых бытовых отходов (ТБО)

В городах и других населенных пунктах происходит наиболее интенсивное накопление ТБО, которые при неправильном и несвоевременном удалении и обезвреживании могут загрязнять окружающую среду.

Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 20 - 25% весной до 40 - 55% осенью, что связано с большим потреблением овощей и фруктов в рационе питания (особенно в городах южной зоны) Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета) с 20 до 1% в городах южной зоны и с 11 до 5% в средней зоне.

Нормы накопления ТБО - это количество отходов, образующихся на расчетную единицу человек - для жилищного фонда, одно место в гостинице; 1 м 2 торговой площади для магазинов и складов, в единицу времени - день, год. Нормы накопления определяют в единицах массы (кг) или объема (л, м 3)

На нормы накопления и состав ТБО влияют такие факторы:

степень благоустройства жилищного фонда (наличие мусоропроводов, газа, водопровода, канализации, системы отопления),

этажность, вид топлива при местном отоплении,

развитие общественного питания, культура торговли, степень благосостояния населения и т д.,

климатические условия (различная продолжительность отопительного периода - от 150 дней в южной зоне до 300 дней в северной),

специфика питания и др.

Качество получаемого в процессе переработки ТБО органического удобрения или биотоплива зависит от химического состава исходных ТБО.

Важным показателем физических свойств ТБО является плотность. Плотность ТБО благоустроенного жилищного фонда в весенне-летний сезон (в контейнерах) составляет 0,18 - 0,22 т/м 3 , в осенне-зимний - 0,20 - 0,25 т/м 3 . Для различных городов среднегодовое значение O,19 - 0,23 т/м 3 .

ТБО обладают механической (структурной) связностью благодаря волокнистым фракциям (текстиль, проволока и др.) и сцеплениям, обусловленным наличием влажных липких компонентов. Вследствие связности ТБО обладают склонностью к свободообразованию и не просыпаются в неподвижную решетку с расстоянием между стержнями 20 - 30 см. ТБО могут налипать на металлическую стенку с углом наклона к горизонту до 65 - 70°.

Благодаря наличию твердых балластных фракций (керамика, стекло) ТБО и компост обладают абразивностью, т.е. свойством истирать соприкасающиеся с ними взаимопересекающиеся поверхности. ТБО обладают слеживаемостью, т.е. при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются (с возможностью выделения фильтрата) без всякого внешнего воздействия. При длительном контакте ТБО оказывает на металл коррелирующее воздействие, что связано с высокой влажностью и наличием в фильтрате растворов различных солей.

В зависимости от нагрузки свойства ТБО меняются следующим образом. При повышении давления до 0,3 - 0,5 МПа происходит ломка различного рода коробок и емкостей. Объем ТБО (в зависимости от его состава и влажности) уменьшается в 5 - 8 раз, плотность возрастает до 0,8 - 1 т/м 3 . В пределах этой стадии работают прессовые устройства, применяемые при сборе и удалении ТБО.

При повышении давления до 10 - 20 МПа происходит интенсивное выделение влаги (выделяется до 80 - 90% всей содержащейся в ТБО воды). Объем ТБО снижается еще в 2 - 2,5 раза при увеличении плотности в 1,3 - 1,7 раза. Спрессованный до такого состояния материал на некоторое время стабилизируется, так как содержащейся в материале влаги недостаточно для активной деятельности микроорганизмов. Доступ кислорода в массу затруднен.

При повышении давления до 60 МПа незначительно снижается объем (в основном за счет выдавливания влаги) и практически не возрастает плотность ТБО.

В зависимости от первоначальной влажности и условий прессования выдавливание влаги начинается при давлении 0,4 - 1,0 МПа, что следует учитывать при разработке устройств для брикетирования ТБО.

Классификация ТБО.

Твердые бытовые отходы (ТБО) в Российской Федерации, представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и гниющих продуктов, отличающихся по физическим, химическим и механическим свойствам и размерам. Перед переработкой, собранные ТБО, необходимо обязательно подвергнуть сепарации по группам, если таковая имеет смысл, и уже после сепарации каждую группу ТБО следует подвергнуть переработке.

ТБО можно разделить на несколько составов:

По качественному составу ТБО подразделяются на: бумагу (картон); пищевые отходы; дерево; металл черный; металл цветной; текстиль; кости; стекло; кожу и резину; камни; полимерные материалы; прочие компоненты; отсев (мелкие фрагменты, проходящие через 1,5-сантиметровую сетку);

К опасным ТБО относятся: попавшие в отходы батарейки и аккумуляторы, электроприборы, лаки, краски и косметика, удобрения и ядохимикаты, бытовая химия, медицинские отходы, ртутьсодержащие термометры, барометры, тонометры, лампы.

Одни отходы (например, медицинские, ядохимикаты, остатки красок, лаков, клеев, косметики, антикоррозийных средств, бытовой химии) представляют опасность для окружающей среды, если попадут через канализационные стоки в водоемы или как только будут вымыты со свалки и попадут в грунтовые или поверхностные воды. Батарейки и ртутьсодержащие приборы будут безопасны до тех пор, пока не повредится корпус: стеклянные корпуса приборов легко бьются еще по пути на свалку, а коррозия через какое-то время разъест корпус батарейки. Затем ртуть, щелочь, свинец, цинк станут элементами вторичного загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод.

Бытовые отходы характеризуются многокомпонентностью и неоднородностью состава, малой плотностью и нестабильностью (способностью к загниванию).

По характеру и степени воздействия на природную среду они делятся на:

производственный мусор, состоящий из инертных материалов,

утилизация которых в настоящее время экономически неоправданна;

утилизируемые материалы (вторичное сырье);

отходы 3 класса опасности;

отходы 2 класса опасности;

отходы 1 класса опасности.

Из общего количества отходов, ежегодно образующихся на предприятиях, города большую часть составляют инертные твердые отходы, и малую часть - промышленные токсичные ТБО.

1

Переработка отходов производства и потребления является одной из наиболее значимых проблем в современном мире. Весьма актуальна она и для России. При явно растущем интересе к проблеме переработки бытовых отходов единой систематизированной терминологии по данной проблематике пока не разработано, методология исследования и оценки твердых бытовых отходов (ТБО) не сформирована, общепринятая классификация бытовых ресурсов отсутствует, структура взаимосвязей «отходы – ресурсы – сырье» страдает пробелами, а само понятие «антропогенное сырье» трактуется неоднозначно. Ввиду явной актуальности множества очерченных проблем попробуем разобраться хотя бы с частью из них. В статье рассматриваются структура и состав твердых бытовых отходов. Даются характеристики и выявляются различия таких понятий, как «отходы»/ «ресурсы»/ «сырье». Проводится анализ взаимосвязей этих понятий. Отдельно уточняются понятия антропогенных ресурсов и антропогенного сырья. Дается классификация антропогенных бытовых ресурсов, построенная на основе систематизированных признаков, отражающих эффективность их использования как сырья.

твердые бытовые отходы

структура твердых бытовых отходов

антропогенные ресурсы

антропогенное сырье

1. Брянцева О.С. Развитие методического инструментария оценки эффективности использования техногенного металлургического сырья / Автореферат диссертации на соискание уч. степени канд. экон. наук, Екатеринбург – 2012.

2. Научно исследовательский центр по проблемам управления ресурсосбережением и отходам. URL: http://www.fgunitspuro.ru

3. Ожегов С.И. и Шведоват Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологических выражений / Российская АН.; Российский фонд культуры. Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: АЗЪ, 1994.

5. Чуркин Н.П. Формирование отходоперерабатывающей индустрии и ее законодательное обеспечение / Н.П. Чуркин, В.В. Жуков // Экологический вестник России. – 2012. - № 6.

Переработка отходов производства и потребления является одной из наиболее значимых проблем в современном мире. Весьма актуальна она и для России. Масштабы и темпы образования отходов в Российской Федерации впечатляют: с 3,9 млрд т. в 2007 г. их количество увеличилось до 5,0 млрд т. в 2012 г. Общий объем накопленных неутилизированных отходов оценивается приблизительно в 90 млрд т. Скопившиеся на территории нашей страны отходы, свалки, захоронения высокотоксичных и ядовитых веществ наносят огромный экологический ущерб. На территории РФ насчитывается около 12 тыс. полигонов и свалок. При этом средний уровень использования отходов в хозяйственных целях составляет не более 36%,средний уровень вторичного использования промышленных отходов составляет около 35%, твердых бытовых - 3-4% .

Цикл появления и жизни мусора выглядит следующий образом. Сначала на фабрике изготавливают предмет, который имеет ценность, товар продают покупателю. Потребитель использует товар и выбрасывает его, когда ценность товара для покупателя становится равной нулю. Мусор попадает из мусорного ведра в мусорный бак. Затем вывозится из города на мусоровозах и сгружается на полигоны, свалку за городом. И там мусор доживает свою жизнь. Таким образом, с точки зрения нашей планеты мусор никуда не исчезает , он просто перемещается с фабрик и домохозяйств на полигоны. Альтернатива захоронению, которое не приносит никаких доходов, - вторичная переработка бытовых отходов , рециклинг.

Цель исследования

При явно растущем интересе к проблеме переработки бытовых отходов единой систематизированной терминологии по данной проблематике пока не разработано, методология исследования и оценки твердых бытовых отходов(ТБО) не сформирована, общепринятая классификация бытовых ресурсов отсутствует, структура взаимосвязей «отходы - ресурсы - сырье» страдает пробелами, а само понятие «антропогенное сырье» трактуется неоднозначно. Ввиду явной актуальности множества очерченных проблем попробуем разобраться хотя бы с частью из них.

1. Структура твердых бытовых отходов (ТБО)

Вся произведенная в стране продукция практически полностью переходит в категорию отходов после ее использования потребителями как в сфере производства и услуг, так и в процессе конечного потребления. Значительное количество отходов образуется в очистных сооружениях, как в производственном, так и в коммунальном секторе экономики.

Глобально все отходы делятся на 2 типа - отходы производственного и бытового потребления . Ко второму типу относятся твердые бытовые отходы (ТБО) - объект дальнейшего изучения. Это отходы упаковки, изношенная одежда и обувь, отработанные аккумуляторы, гальванические элементы и люминесцентные лампы, а также потерявшие потребительские свойства мебель, бытовые приборы и бытовая техника, автотранспортные средства, электро- и радиоаппаратура техника, отработанные масла и технологические жидкости и т. д.

В стране ежегодно образуется (по оценкам ФГУ НИЦПУРО ):

• отходов промышленного производства - 3 млрд т; более 90% промышленных отходов возникает в процессе добычи и обогащения полезных ископаемых;
• свиного навоза и птичьего помета (влажностью 95-97%) - 100 млн т;
• строительных отходов, включая отходы от сноса зданий и замусоренный грунт, - 100 млн т;
• твердые бытовые отходы (ТБО) - 40 млн т.

Особо следует выделить отходы медицинских учреждений, которые составляют, казалось бы, незначительную долю в структуре ТБО - всего около 2%. Однако эта группа отходов опасна в эпидемиологическом отношении , так как, помимо токсичных химических веществ, в них присутствуют патогенные бактерии и вирусы, включая туберкулез, чуму, сибирскую язву, гепатиты, яйца гельминтов, а также радиоактивные вещества. Количество опасных и особо опасных медицинских отходов в России составляет около 1 млн т в год. Только в Москве их ежегодно образуется около 100 тыс. т. При этом, если за последние 10-15 лет их количество возрастало на 3-4% в год, то в настоящее время прослеживается тенденция к их более интенсивному росту. Однако система их сбора, удаления, переработки и обезвреживания в настоящее время далека от совершенства.

Состав городских ТБО (по исследованиям, проведенным в США) примерно таков (в %):

• бумага (в том числе картон, упаковка «Тетрапак», туалетный мусор) - 41;
• Пищевые (органические) отходы - 21;
• стекло (в том числе бутылки) - 12;
• железо и его сплавы (железные банки, батареи) - 10;
• пластмассы (тонкий и толстый пластик) - 5;
• древесина - 5;
• резина и кожа - 3;
• текстиль (ткань) - 2;
• алюминий и другие металлы - 1,3.

Как видно, домашний (бытовой) мусор весьма разнообразный по своему составу. Большую часть бытового мусора (около 40-60%) составляют полимеры и пластмассы, которые практически не разлагаются. Но многие отходы могут быть использованы и для вторичной переработки. Это касается практически всех видов ТБО, кроме органических (пищевых) отходов.

2. Соотношение понятий «отходы», «ресурсы» и «сырье»

Понимание и проведение экономической оценки различных видов сырья осложняет существующая разрозненность терминов, что предопределяет необходимость уточнения терминологии в данной сфере природопользования.

В исследованиях, посвященных вопросам переработки вторичного сырья, часто используются термины «сырье»», «ресурсы», «отходы». Однако вопрос дифференциации этих понятий не вполне освещен в литературе. Часто то или иное понятие используется только по контексту, что требует фокусирования внимания на этом вопросе и исследования, проведенного системно и логично.

Понятия «ресурсы» и «сырье» далеко не равнозначны. Действительно, лесные ресурсы (например, лес) трудно воспринимать как сырье : этому понятию соответствует термин «древесина» . При этом существующая классификация сырья далека от совершенства. Первичное сырье , используемое в различных отраслях промышленности, чаще всего - природное , получаемое в результате разработки месторождений (полезные ископаемые) или переработки природных ресурсов: лес, вода, пушнина и пр. Однако в том, что касается вторичного сырья , следует определиться точнее.

Вторичное сырье обычно разделяют на техногенное и твердые бытовые отходы (ТБО). Однако даже семантически такое деление несовершенно, поскольку сырье и отходы - неравнозначные понятия.

В словарях понятие ресурсы определяется как «имеющиеся в наличии запасы, средства, которые используются при необходимости», а понятие сырье означает «добытый или произведенный материал, предназначенный для дальнейшей промышленной обработки и изготовления готового продукта». Таким образом, ресурсы - это потенциальное сырье, причем ресурсы становятся сырьем в случае выполнения ряда условий, касающихся эффективности их переработки .

Сущностное различие этих двух понятий влечет за собой и различие в их классификациях. В экономических исследованиях в сфере природопользования ресурсы принято разделять на природные и техногенные (т.е. созданные деятельностью человека).

Техногенные ресурсы являются наиболее общим понятием , обозначающим теоретически возможный объем и сырьевой потенциал производственных отходов , которые могут быть использованы для переработки в промышленных объемах.

Обычно техногенное сырье определяется как часть техногенных ресурсов , получаемая из отходов промышленного производства. Участие человека здесь опосредованное. Главное действующее лицо - предприятие-производитель того или иного продукта. Такое определение вполне соответствует общепринятым представлениям.

Таким образом, цепочка «промышленные отходы» - «техногенные ресурсы» - «техногенное сырье» выглядит вполне логично, чего не скажешь о цепочке ТБО. Поэтому с целью восполнения и совершенствования классификации ресурсов нами далее вводятся понятия «антропогенные ресурсы» и «антропогенное сырье» (рис. 1).

Антропогенные ресурсы - та часть твердых бытовых отходов , которая удовлетворяет ряду признаков , позволяющих использовать их в качестве вторичного антропогенного сырья. Эти отходы производит население (человек) в результате своей жизнедеятельности, осуществляемой в природной среде и домохозяйствах (не в производстве). Источником антропогенных ресурсов служат не все ТБО, а только примерно 80% их состава (за исключением пищевых отходов ) (см. рис. 1).

Проведенный анализ экономических исследований, посвященных вопросам вовлечения в переработку бытовых отходов, позволил сформулировать следующие характерные особенности антропогенных ресурсов , оказывающие влияние на целесообразность их использования:

1) концентрация в районах размещения крупных городов ;

2) ухудшение экологической ситуации в районах размещения антропогенных ресурсов, нарастающее с течением времени;

3) сложный многокомпонентный комплексный состав антропогенных ресурсов, обусловленный спецификой бытового потребления;

4) уникальность каждого вида антропогенных ресурсов в отдельности, что вызывает необходимость проведения специальных исследований состава и разработки специфичной технологии переработки;

5) аккумуляция в составе антропогенных ресурсов ценных компонентов, представляющих интерес как сырье для различных отраслей промышленности;

6) низкий уровень использования антропогенных ресурсов при наличии уже разработанных технологий.

Выделенные особенности целесообразно учитывать при оценке эффективности использования антропогенного сырья .

Итак, под антропогенным сырьем понимается та часть антропогенных ресурсов , которая соответствует определенн ым техническим требованиям или стандартам качества , предъявляемым к вторичному сырью, и использование которой во вторичной переработке технологически возможно и экономически эффективно .

Описанные различия в терминах и их взаимосвязь отражены в схеме на рисунке 1.

Рис. 1. Схема формирования вторичного сырья на базе антропогенных и техногенных ресурсов

3. Классификация антропогенных ресурсов

Для эффективного освоения и использования ресурсов, разработки практических рекомендаций в этой сфере необходима группировка антропогенных ресурсов на основе выделения ряда основных классификационных признаков по техническим, химическим, экологическим и иным характеристикам. Систематизация антропогенных ресурсов важна и для обеспечения необходимой и достаточной степени точности экономической оценки целесообразности их использования.

Однако анализ существующих классификаций бытовых отходов показал, что среди признаков классификации отсутствуют признаки, отражающие эффективность их переработки . В этой связи практический интерес представляет выделение классификационных признаков, отражающих их ресурсную ценность как сырья , выявляющих преимущества и экономическую эффективность его использования. Классификация позволит выявить и наиболее выгодные источники антропогенного сырья.

Логично предположить, что ценность антропогенных (бытовых) ресурсов определяется возможностью их непосредственного использования для переработки. В соответствии с этой посылкой и схемой, изображенной на рисунке 1, где антропогенный ресурс служит источником антропогенного сырья, предлагается (по аналогии с признаками, выделенными в для техногенных ресурсов) использовать следующие классификационные признаки :

1) масштабность формирования ресурса: объемы накопления ресурсов, идентичных по технологическим характеристикам;

2) его востребованность: уровень рыночного спроса на ресурс;

3) техническая идентичность: технические возможности использования ресурса в рамках имеющихся производственных мощностей;

4) комплексность использования: возможная степень использования всех полезных компонентов ресурса;

5) рентабельность использования: отношение прибыли к себестоимости продукции, получаемой при использовании ресурса;

6) эколого-экономическая эффективность использования антропогенного сырья: отношение совокупного эколого-экономического эффекта от использования антропогенного ресурса к соответствующим затратам на его подготовку к использованию.

Таблица 1

Классификация антропогенных ресурсов, отражающая их ценность как сырья

Признак	Виды ресурсов
Масштабность формирования ресурса	Массовые Распространенные Уникальные
Востребованность	Дефицитные Востребованные Невостребованные
Техническая идентичность	Используется в основном технологическом цикле вторичной переработки сырья Используется в дополнительном цикле Используется в отдельном производственном цикле
Комплексность использования	Монопродуктовые Многопродуктовые Комплексные
Рентабельность использования	Рентабельные Нерентабельные
Эколого-экономическая эффективность использования	Эффективные Перспективные Неэффективные

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный университет

Нефти и газа имени И. М. Губкина»

Кафедра промышленной экологии

Специальность: 241000

Оценка _____________ (_____)

Дата ________________

____________________________

подпись преподавателя

Курсовая работа по дисциплине

«Современные проблемы химических нефтегазовых технологий»

На тему: «Переработка твёрдых бытовых отходов для выработки тепловой и электрической энергии»

Студентка: Аврорв В.Б.

Группа:

Москва 2015 г.

Введение

Жизнедеятельность человека связана с появлением огромного количества разнообразных отходов. Резкий рост потребления в последние десятилетия привел к существенному увеличению объемов образования бытовых отходов.

Отходы при бесконтрольном размещении засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт, являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения.

Решение проблемы переработки отходов приобретает за последние годы первостепенное значение.

В условиях постоянного ухудшения экологической обстановки возрастает необходимость обеспечить максимально возможную безвредность технологических процессов и безопасную утилизацию отходов.

1. Основные определения ТБО

1.1 Определение, классификация, состав ТБО

Твёрдые бытовые отходы (ТБО, бытовой мусор) — предметы или товары, потерявшие потребительские свойства. ТБО делятся также на отбросы (биологические ТО) и собственно бытовой мусор (небиологические ТО искусственного или естественного происхождения), а последний часто на бытовом уровне именуются просто мусором.

По морфологическому признаку ТБО в настоящее время состоит из следующих компонентов:

Биологические отходы:

• Кости
• Пищевые и растительные отходы (помои, отбросы)

Синтетические отходы:

• Старые автопокрышки

Целлюлозной переработки:

• Бумага — газеты, журналы, упаковочные материалы
• Древесина

Нефтепродукты:

• Пластмассы
• Текстиль
• Кожа, резина

Различные металлы (цветные и чёрные)

Стекло

Смёт

Фракционный состав ТБО (массовое содержание компонентов, проходящих через сита с ячейками разного размера) сказывается как на сборе и транспортировке отходов, так и на технологии их последующей переработки, сортировки. Состав ТБО отличается в разных странах, городах. Он зависит от многих факторов, включая благосостояние населения, климат и благоустройство. На состав мусора существенно влияет система сбора в городе стеклотары, макулатуры и т. д. Он может меняться в зависимости от сезона, погодных условий. Так на осень приходится увеличение количества пищевых отходов, что связано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания. А зимой и весной сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета). С течением времени состав ТБО несколько меняется. Увеличивается доля бумаги и полимерных материалов.

1.2 Количество образования ТБО

Твердые бытовые отходы составляют большую часть всех отходов потребления. Ежегодно количество твердых бытовых отходов по всему миру увеличивается на 3%. В странах СНГ образуется 100 млн. тонн твердых бытовых отходов в год. И почти половина этого объема приходится на Россию.

Наибольшую проблему представляют муниципальные твердые бытовые отходы - ТБО, которые составляют около 8-10% от общего количества образующихся отходов. Это связано со сложным составом ТБО и распределенными источниками их образования.

В России доля городского населения составляет 73%, что несколько ниже уровня европейских стран. Но, несмотря на это, концентрация ТБО в крупных городах России сейчас резко возросла, особенно в городах с численностью населения от 500 тыс. человек и выше. Объем отходов все увеличивается, а территориальные возможности для их утилизации и переработки уменьшаются. Доставка отходов от мест их образования до пунктов утилизации требует все больше времени и средств.

В настоящее время в большинстве случаев отходы просто собираются для захоронения на полигонах, что ведет к отчуждению свободных территорий в пригородных районах и ограничивает использование городских территорий для строительства жилых зданий. Также совместное захоронение различных видов отходов может привести к образованию опасных соединений.

По данным Росприроднадзора, ежегодно в России образуется порядка 35-40 млн. тонн твердых бытовых отходов и практически весь этот объем размещается на полигонах ТБО, санкционированных и не санкционированных свалках, и только 4-5% вовлекается в переработку. Это прежде все связано как с отсутствием необходимой инфраструктуры, так и самих предприятий - переработчиков, которых по стране насчитывается всего порядка 400 единиц. Также следует обратить внимание на то, что количество специально обустроенных мест для размещения отходов – полигонов ТБО в целом по стране около полутора тысяч (1399), что в разы меньше, чем даже санкционированных свалок которых чуть больше 7 тысяч (7153). А количество несанкционированных свалок, которые следует расценивать как уже накопленный за истекшие десятилетия прошлый экологический ущерб, по состоянию на август текущего года превышает и указанную цифру в 2,5 раза и составляет 17,5 тысяч. Все указанные объекты размещения ТБО занимают площадь более 150,0 тыс. Га.

1.3 Законодательство в области ТБО

В соответствие с «Основами государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года», утвержденными Президентом Российской Федерации 28.04.2012г. № Пр-1102, основным направлениями обращения с отходами являются предупреждение и сокращение образования отходов, развитие инфраструктуры их обезвреживания и поэтапное введение запрета на захоронение отходов, не прошедших сортировку и обработку в целях обеспечения экологической безопасности при хранении и захоронении.

Одни из основных законов – «Об отходах производства и потребления» от 24 июня 1998 года (с последними изменениями в начале этого года), – который закрепляет основные принципы государственной политики в области обращения с отходами (за исключением радиоактивных), порядок определения права собственности на них, а также основы экологического контроля. Кроме того, данный нормативно-правовой акт относит организацию деятельности в области обращения с отходами к компетенции органов местного самоуправления. На это же указывает и другой Федеральный закон – №131 «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации». Таким образом, порядок сбора ТБО, места их сортировки и утилизации, санитарные нормы и правила благоустройства определяют местные органы власти.

Значительную часть нормативной базы, регулирующей данную сферу, составляют такие законы, как: ФЗ «Об охране окружающей среды» (от 10 января 2002 года), ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (от 4 мая 1999 года), ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (от 30 марта 1999 года), Земельный Кодекс РФ и другие.

А также многочисленные методические рекомендации, СанПиНы, СП и СНиПы (к примеру, СП 31-108-2002 «Мусоропроводы жилых и общественных зданий и сооружений»; СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления» и др.).

Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области образования, использования, обезвреживания, хранения и захоронения отходов ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны.

2. Переработка ТБО

2.1 Сбор ТБО

Санитарная очистка жилых районов и микрорайонов от твердых домовых отбросов, представляет собой комплекс мероприятий по их сбору, удалению, обезвреживанию и утилизации.

Очистка жилых районов от ТБО складывается из различных операций. Пока не сложилось единой системы, и существует достаточно большое разнообразие различных способов и методов сбора, удаления и обезвреживания ТБО.

В основном, приняты два способа сбора — унитарный и раздельный. При унитарном способе все отходы собираются в единый мусоросборник, при раздельном — ТБО собирают по видам отходов (стекло, бумага, цветной металл, пищевые отходы и т.д.) в разные мусоросборники. Эта схема требует специальных транспортных средств для вывоза собранных ТБО, но позволяет собирать сырье для вторичной переработки, пищевые отходы, значительно уменьшает объемы отходов, требующих обезвреживания.

Дворовые сборники и контейнеры устанавливают в микрорайонах на специальных площадках, которые размещают на хозяйственных дворах, со стороны торцевых стен зданий или между зданиями, но с обязательным ограждением зелеными насаждениями или невысокими стенками. Площадки мусоросборников и павильоны следует размещать среди жилой застройки таким образом, чтобы создать максимальные удобства жителям при пользовании мусоросборниками, обеспечить удобный проезд транспорта, вывозящего мусор, исключить возможность загрязнения почвы и воздуха, обеспечить соответствие современным эстетическим требованиям.

Одним из направлений обращения с отходами является раздельный сбор и переработка вторичного сырья в пригодную для использования продукцию.

Система раздельного сбора отходов и вторичного сырья позволит решить проблему утилизации отходов, привлечь малый бизнес в эту сферу деятельности и повысить эффективность санитарной очистки города. Это наиболее эффективное решение проблемы уменьшения количества отходов, вывозимых на полигон. С целью повышения эффективности системы сбора и переработки вторичного сырья необходима работа, направленная на создание современных технологий переработки для производства конкурентоспособной продукции. Система раздельного сбора и переработки должна быть хорошо управляемой структурой, действующей на постоянной основе, применяющей современные методы регулирования и контроля.

Разделение отходов по фракциям (раздельное складирование) является наиболее приемлемым вариантом утилизации мусора. В этом случае, значительно уменьшаются затраты на повторную переработку, а неиспользуемые остатки, составляют не более 15% от общей массы (Европейская практика).

Вывоз ТБО производится на специально оборудованную площадку – полигон твердых бытовых отходов, мусороперерабатывающий либо мусоросжигающий завод. Со всеми предприятиями, утилизирующими, перерабатывающими или захоранивающими бытовой мусор, профильная компания, специализирующаяся на сборе и транспортировке отходов, должна заключить договор. Лишь в этом случае ее деятельность будет легальной.

2.2 Виды переработки

Переработка — повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора. Наиболее распространена вторичная, третичная и т. д. переработка в том или ином масштабе таких материалов, как стекло, бумага, алюминий, асфальт, железо, ткани и различные виды пластика. Также, с глубокой древности используются в сельском хозяйстве органические сельскохозяйственные и бытовые отходы.

К основным видам обращения с отходами относятся:

Хранение отходов - содержание отходов в объектах размещения отходов в целях их последующего захоронения, обезвреживания и использования;

Захоронение отходов - изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую природную среду;

Обезвреживание отходов - обработка отходов, в том числе их сжигание и обеззараживание на специализированных установках, в целях предотвращения вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду.

Использование отходов - применение отходов для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг и для получения электроэнергии;

Объект размещения отходов - специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (полигон, шламохранилище, отвал горных пород и др.).

2.2.1 Захоронение отходов

Выбор участка для полигона ТБО осуществляется на основании функционального зонирования территории и градостроительных решений; последние выполняются в соответствии со СНиП. Полигоны размещаются за пределами жилой зоны и на обособленных территориях с обеспечением размеров санитарно-защитной зоны.

Полигон захоронения ТБО - это комплекс природоохранных сооружений, предназначенных для складирования, изоляции и обезвреживания твердых бытовых отходов, обеспечивающий защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующий распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов. На полигонах хранения ТБО размещаются отходы из жилых домов, общественных зданий и учреждений, предприятий торговли, общественного питания, уличный, садово-парковый смет, строительный мусор и некоторые виды твердых промышленных отходов III - IV класса опасности.

Обычно полигон сооружают там, где основанием могут служить глины и тяжелые суглинки. Если это невозможно, устраивается водонепроницаемое основание, что приводит к значительным дополнительным затратам. Площадь земельного участка выбирается с условием его срока эксплуатации (15-20 лет) и в зависимости от объема захораниваемых отходов может достигать 40-200 га. Высота складирования отходов составляет 12-60 м.

Полигон для твердых бытовых отходов в общем случае состоит из следующих частей:

Подъездная дорога, по которой осуществляются подвоз ТБО и обратное движение порожних мусоровозов;

Хозяйственная зона, предназначенная для организации эксплуатации полигона;

Участок складирования ТБО, где размещаются и захораниваются отходы; участок складирования соединяется с хозяйственной зоной временной внутриплощадочной дорогой;

Линия электроснабжения от внешних электрических сетей.

Полигоны бывают малонагружаемыми (2-6 т/м²) и высоконагружаемыми (10-20 т/м²). Годовой объем принимаемых отходов может составлять от 10 тыс. до 3 млн. м³. Технология складирования ТБО на полигонах предусматривает установку водоупорных экранов для защиты грунтовых вод и ежесуточную наружную изоляцию для защиты атмосферы, почвы, а также прилегающих территорий. Все работы по складированию, уплотнению и изоляции ТБО на полигонах выполняются механизировано.

Организация работ на полигоне определяется технологической схемой эксплуатации полигона, разрабатываемой в составе проекта. Основным документом планирования работ является график эксплуатации, составляемый на год. Планируется помесячно: количество принимаемых ТБО с указанием N карт, на которые складируются отходы, разработка грунта для изоляции ТБО. Организация работ на полигоне должна обеспечивать охрану окружающей среды, максимальную производительность средств механизации и технику безопасности.

Пострекультивационное использование территорий полигонов ТБО возможно по различным направлениям - лесохозяйственным, рекреационным (лыжные горки, стадионы, спортивные площадки), гражданского строительства, создания коммерческих или промышленных. Характер такого использования и расходы на рекультивацию должны учитываться еще на стадии проектирования полигона.

2.2.2 Обезвреживание отходов

Термические методы. К термическим методам обезвреживания отходов относятся мусоросжигание и пиролиз.

Мусоросжигание является одним из быстрых и радикальных методов обезвреживания твердых бытовых отходов. Его проводят в специальных печах-деструкторах при температуре 900—1000°С, при которой разрушаются почти все органические твердые, жидкие и газообразные соединения. Отходы с влажностью до 60%, зольностью до 60% и содержанием горючих компонентов (органических веществ) более 20% горят без добавления топлива. Кроме того, за счет значительной теплообразующей способности (4—8 мДж/кг) отходов в процессе их сжигания образуется энергия, которую можно использовать в народном хозяйстве.

В то же время в процессе мусоросжигания возникает необходимость в складировании твердых продуктов неполного сгорания (шлака и золы) и очистке выбросов в атмосферный воздух. В среднем вследствие сжигания 1 т твердых бытовых отходов образуется почти 300 кг шлака и 6000 м 3 дымовых газов, из которых на очистных сооружениях задерживается 30 кг золы. Шлак и зола содержат значительное количество кремния (до 65%), щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий, железо, свинец, цинк и др. Кроме того, в золе могут содержаться диоксины — полихлорированные дибензодиоксины и по-лихлорированные дибензофураны. Эти вещества (их может быть более 210, в зависимости от количества атомов хлора и их размещения в молекуле) оказывают канцерогенное, гепатотоксическое, нейротоксическое действие, угнетают иммунную систему, способны проходить через плаценту, накапливаться в грудном молоке. Самым токсичным и опасным для здоровья людей является 2,3, 7, 8-тетрахлордибензодиоксин. Опасны эти вещества также из-за их чрезвычайной стабильности в окружающей среде. Поэтому складировать золу необходимо так же, как и токсические промышленные отходы, т. е. на специальных полигонах. Шлак можно складировать на усовершенствованных свалках или даже использовать, например, в строительстве для улучшения рельефа местности. Позитивным является то, что площадь для складирования шлака и золы в 20 раз меньше, чем для свалок твердых бытовых отходов.

Дымовые газы, образующиеся во время мусоросжигания, содержат, кроме золы (2—10 г/м3), углерода диоксид — С02 (15%), углерода оксид — СО (0,05%), серы диоксид (S0 2 ), азота оксиды, HCl, HF, а также полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны. Во время сжигания 1 т отходов может образоваться 5 мкг диоксинов, большая часть которых связана с золой, а меньшая — остается в дымовых газах. Диоксины могут содержаться как в собственно отходах, так и образовываться в процессе охлаждения дымовых газов после сжигания мусора. Во время сжигания при температуре 1000 °С диоксины, содержавшиеся в отходах, разрушаются. Но при охлаждении дымовых газов до 250—350 °С они могут образовываться из органического углерода и хлоридов в присутствии водяного пара и ионов меди. Поэтому обязательной является очистка дымовых газов перед их выбросом в атмосферный воздух. Для задержки золы используют электрофильтры и рукавные фильтры, которые дают возможность уменьшить концентрацию золы в выбросах с 2000—10 000 до 10—50 мг/м 3 . Для газоочистки применяют сухие и влажные методы, эффективность которых составляет в среднем почти 70 и 90% соответственно.

Мусоросжигательные печи должны находиться на расстоянии не менее 300 м от жилых кварталов. Печи большой производительности и связанные с ними сооружения (для загрузки мусора, его перемешивания, очистки выбросов в атмосферный воздух и др.) называются мусоросжигательными станциями или заводами.

Таким образом, обезвреживание твердых бытовых отходов на мусоросжигательных заводах при условии соблюдения санитарно-гигиенических требований по их оборудованию и эксплуатации имеет гигиеническое, эпидемиологическое и экономическое преимущество, заключающееся в том, что обезвреживание происходит радикально и быстро. Отпадает необходимость в вывозе мусора далеко за город, т. е. сокращаются транспортные расходы, не требуются значительные по площади земельные участки, могут быть использованы тепло, пар и шлак. Именно этим обусловлено широкое использование мусоросжигания в мире.

Пиролиз. Процесс пиролиза твердых бытовых отходов осуществляется в высокотемпературных реакторах при температуре почти 1640 °С в условиях дефицита кислорода и не требует их предварительной подготовки. Высокая температура обеспечивает разрушение практически всех сложных органических веществ, превращение их в простые горючие (горючий газ, нефтеподобные масла) или негорючие (шлак) соединения. Во время пиролиза твердых бытовых отходов не образуется выбросов в окружающую среду. Такой метод обезвреживания отходов с гигиенической и экономической точки зрения весьма перспективный.

Химические методы. К химическим методам обезвреживания твердых бытовых отходов относится их гидролиз в присутствии хлористоводородной или серной кислоты при высокой температуре с целью получения этилового спирта, витаминов группы В, РР, D и других важных продуктов. Кроме того, отходы гидролизного завода могут быть использованы в виде биотоплива и органических удобрений. При внесении этих удобрений на поля черноземной зоны урожайность картофеля становится в 2 раза больше по сравнению с полями, обработанными другими компостами. Гидролизный метод обеспечивает безотходную технологию производства при соблюдении требований по санитарной охране окружающей среды.

Механические методы . К механическим методам обезвреживания твердых отходов относится изготовление разных блоков (крупнообъемных брикетов, строительных материалов) путем их прессования и использования специальных связующих веществ. В настоящее время механическая сепарация бытовых отходов является одной из основных предшествующих операций полной утилизации и фактического обезвреживания отходов.

2.2.3 Использование отходов для получения вторсырья

ТБО стоит рассматривать как техногенные образования, которые можно характеризовать как своеобразные носители, содержащие в себе практически бесплатные компоненты различных металлов и других материалов, пригодных для использования в металлургии, машиностроении, стройиндустрии, в химической промышленности, энергетике, в сельском и лесном хозяйствах и т. д. .

Основные направления использования вторсырья представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные направления использования вторсырья

Вид отхода	Продукция
Макулатура	Бумага, картон, мягкие кровельные материалы, теплоизоляционные материалы, волокнистые плиты, плитки облицовочные
Древесина	ДСП, ДВП, технологическая щепа, топливные брикеты, активированный уголь, древесно-полимерные плиты
Изношенные шины	Резиновая крошка для замены первичного сырья, кровельные материалы, изделия технического назначения, добавляется в асфальтобетонные смеси при прокладке дорог, плиты для лежачих полицейских, резиновые коврики
Текстиль	Пакля, ватина, настилочные материалы, волокна, восстановленная шерсть, теплозвукоизоляционные плиты
Полимеры	Пленка полимерная, фурнитура мебельная, плинтусы, уголки, полимерная посуда (ведра, канистры, стаканы и т.д.)
Ртутьсодержащие лампы	Концентрат ртути, нетоксичные соединения (судьфид ртути) для последующего захоронения
Металлолом	Цветные металлы (алюминий, медь, цинк), чёрные металлы (сталь, чугун)

Рассмотрим некоторые виды переработок.

Большинство металлов целесообразно перерабатывать вторично. Ненужные либо же испорченные предметы, так называемый металлолом, сдаются на пункты приема вторсырья для последующей переплавки. Особо выгодна переработка цветных металлов (меди, алюминия, олова), распространённых технических сплавов и некоторых чёрных металлов (чугун).

Стальные и алюминиевые банки переплавляются с целью получения соответствующего металла. При этом выплавка алюминия из баночек для прохладительных напитков требует только 5 % от энергии, необходимой для изготовления того же количества алюминия из руды, и является одним из наиболее выгодных видов рециклинга.

Вторично перерабатываются процессоры, микросхемы и прочие радиодетали — из них извлекаются драгоценные металлы (главный целевой компонент — золото). Радиодетали вначале сортируют по размерам, затем дробят и погружают в царскую водку, в результате чего все металлы переходят в раствор. Из раствора золото осаждается определенными вытеснителями и восстановителями, другие металлы - сепарацией. Иногда после дробления радиодетали подвергаются отжигу.

Бумажные отходы различного типа уже многие десятки лет применяют наряду с обычной целлюлозой для изготовления пульпы — сырья для бумаги. Из смешанных или низкокачественных бумажных отходов можно изготовлять туалетную или оберточную бумагу и картон. К сожалению, в России только в небольших масштабах присутствует технология производства высококачественной бумаги из высококачественных отходов (обрезков типографий, использованной бумаги для ксероксов и лазерных принтеров и т. д.). Бумажные отходы могут также использоваться в строительстве для производства теплоизоляционных материалов и в сельском хозяйстве — вместо соломы на фермах.

Переработку пластмасс можно рассмотреть на примере ПЭТ.

Существующие способы переработки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ) можно разделить на две основные группы: механические и физико-химические.

Основным механическим способом переработки отходов ПЭТ является измельчение, которому подвергаются некондиционная лента, литьевые отходы, частично вытянутые или невытянутые волокна. Такая переработка позволяет получить порошкообразные материалы и крошку для последующего литья под давлением. Характерно, что при измельчении физико-химические свойства полимера практически не изменяются. При переработке механическим способом ПЭТ-тары получают флексы, качество которых определяется степенью загрязнения материала органическими частицами и содержанием в нём других полимеров (полипропилена, поливинилхлорида), бумаги от этикеток.

Физико-химические методы переработки отходов Пэт могут быть классифицированы следующим образом:

• деструкция отходов с целью получения мономеров или олигомеров, пригодных для получения волокна и плёнки;
• повторное плавление отходов для получения гранулята, агломерата и изделий экструзией или литьём под давлением;
• переосаждение из растворов с получением порошков для нанесения покрытий; получение композиционных материалов;
• химическая модификация для производства материалов с новыми свойствами.

Каждая из предложенных технологий имеет свои преимущества. Но далеко не все из описанных способов переработки ПЭТ применимы к отходам пищевой тары. Многие из них позволяют перерабатывать только незагрязнённые технологические отходы, оставляя незатронутой пищевую тару, как правило, сильно загрязненную белковыми и минеральными примесями, удаление которых сопряжено со значительными затратами, что не всегда экономически целесообразно при переработке в среднем и малом масштабе.

Основной проблемой в переработке вторсырья является не отсутствие технологий переработки — современные технологии позволяют переработать до 70 % от общего количества отходов — а отделение вторсырья от остального мусора (и разделение различных компонент вторсырья). Существует множество технологий, позволяющих разделять отходы и вторсырье. Самая дорогая и сложная из них — извлечение вторсырья из уже сформировавшегося общего потока отходов на специальных предприятиях.

3. Получение тепловой и электрической энергии из ТБО

Твердые бытовые отходы - это топливо, сопоставимое по теплоте сгорания с торфом и некоторыми марками бурых углей. Оно образуется там, где тепловая и электрическая энергия наиболее востребована, т.е. в крупных городах, и имеет гарантированное предсказуемое возобновление, пока существует человечество.

В последнее время неуклонно наблюдается общий рост выработки энергии из отходов, который прогнозируется и в дальнейшем, при этом доля выработки электроэнергии несколько повышается (рис. 1). Ориентировочные расчеты для ТБО с теплотой сгорания, например, 10 МДж/кг показывают, что общие удельные расходы на строительство завода с увеличением его мощности от 100 до 300 тыс. т ТБО в год, уменьшаются примерно на 25-35%.

Рисунок 1. Выработка электрической и тепловой энергии в Европе.

За рубежом выручка от продажи вырабатываемой энергии, в первую очередь, зависит от типа и качества продаваемой энергии. Так, например, в Австрии электроэнергия покупается по цене 45 евро/МВт.ч при гарантированном обеспечении ею потребителя, и 25 евро/МВт.ч, если поставка электроэнергии зависит от режима работы поставщика. Тарифы на отпуск тепловой энергии составляют 10 и 6 евро/МВт.ч (11,6 и 7 евро/Гкал) соответственно .

Гарантированный отпуск тепловой и электрической энергии от предприятия, сжигающего ТБО (и тем самым повышение цены за ее реализацию), может быть обеспечен, например, при совместной работе с городской ТЭЦ. Специалистами ОАО «ВТИ» по заданию Правительства Москвы разработаны технические предложения по созданию отечественных типовых комплексов для энергетической утилизации ТБО. При их разработке принимался во внимание тот факт, что, как показывают расчеты и зарубежный опыт, наиболее эффективным с позиции энергетического использования отходов является предприятие с годовым отпуском электрической энергии 100 тыс. МВт.ч и более (с установленной электрической мощностью более 15 МВт). Такое предприятие можно с полным основанием считать ТЭС на ТБО.

В настоящее время разработаны основные принципиальные технические решения, позволяющие уже сейчас создать полномасштабный опытно-промышленный образец современной отечественной ТЭС на ТБО с установленной электрической мощностью 24 МВт (360-420 тыс. т ТБО в год), которая представляет собой современное предприятие с завершенным технологическим процессом термической переработки отходов и традиционным паросиловым циклом для выработки электроэнергии. Единичная производительность каждой из двух технологических линий по сжигаемым отходам составляет примерно 180 тыс. т ТБО в год.

На ТЭС применена тепловая схема с поперечными связями и конденсационной турбиной с регулируемым промежуточным отбором пара на теплофикацию. Данная схема имеет наиболее гибкий характер по утилизации пара. В зависимости от времени года и запроса потребителей энергии, ТЭС позволяет ежечасно вырабатывать от 10 до 25 МВт.ч электрической и от 0,57 до 1,9 Гкал тепловой энергии.

3.1 Получение тепловой энергии

Задачей экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с является экологически чистое сжигание ТБО и других горючих отходов с выработкой тепловой энергии, с минимальным воздействием на окружающую среду, с максимальным кпд, минимальными трудозатратами и максимальным использованием негорючих твердых бытовых отходов и системой утилизации золы.

В бункерном блоке твердые бытовые и промышленные отходы принимают без сортировки как из спецмашин, так и из грузового транспорта общего назначения. Крупногабаритные металлические включения отделяют из отходов на стадии приема, а мелочь - из золы после сжигания отходов. Жидкие горючие и жидкие обводненные отходы принимают в отдельные емкости. Затем отсортированные горючие ТБО равномерно подаются на сжигание в блок сжигания. Для обеспечения высокой эффективности обезвреживания процесс сжигания отходов осуществляют в две стадии:

Озоление в противоточной вращающейся печи;

Дожигание дымовых газов в вихревом дожигателе.

Дымовые газы охлаждают в котле-утилизаторе с получением перегретого пара. Вырабатываемый пар отдается городским предприятиям, используется для собственных нужд завода в качестве греющего источника для абсорбционных тепловых насосов и догрева сетевой теплофикационной воды города или обогрева теплиц. Затем дымовые газы поступают в блок дымоочистки, где выполняется мокрая очистка дымовых газов от пыли и вредных примесей.

Концентрированные стоки из системы газоочистки и сточные воды от промывки технологического оборудования используются для охлаждения золы с отводом пара в огнетехнический агрегат. Золу и шлам из блока сжигания и блока дымоочистки используют в блоке утилизации золы для производства строительных материалов. Из переплавляемой золы в систему газоочистки уходят легколетучие компоненты (K, Na, С, Cl, S) и тяжелые металлы (Zn, Cu, Cd, Pb). Здесь же происходит улавливание вторичной пыли с повышенным содержанием тяжелых и цветных металлов (в т.ч. в виде шлама в ЦБА). Масса исходной золы и газов после плавления распределяется в соотношениях: шлак - 60%, вторичная зола от испарения легколетучих веществ и за счет механического уноса - 9,0%, дымовые газы - 29%, металл - 2%. Гранулированный шлак в виде частиц размером до нескольких мм имеет высокую устойчивость к растворению в воде и слабых кислотах. Такой шлак пригоден для строительства дорог и производства строительных материалов.

В целом блок утилизации золы в составе МСЗ обеспечивает переработку в экологически безопасные продукты до 90% исходной массы золы. Диоксины, содержащиеся в исходной золе, в полученном после плавления шлаке отсутствуют полностью.

Рисунок 2. Блок-схема блока утилизации золы.

Блок утилизации золы содержит 1 - источник электропитания, 2 - воздушный компрессор, 3 - плазмотрон, 4 - водяной насос, 5 - бункер золы с системой подачи золы, 6 - плавильный реактор, 7 - систему слива расплава и грануляции шлака, 8 - дожигатель отходящих газов, 9 - приемник для зольного остатка, 10 - центробежно-барботажный аппарат, 11 - рукавный фильтр, 12 - дымосос, 13 – трубу.

3.2 Получение электроэнергии

Возможно несколько вариантов схем комбинирования МСЗ и энергетического оборудования для получения различных энергоносителей. Мусоросжигательные заводы сооружаются как утилизационные котельные (УК), так и ТЭЦ (УТЭЦ):

Котельная и МСЗ; конечным продуктом является тепловая энергия.

ТЭЦ со сжиганием ТБО; конечным продуктом является тепловая и электрическая энергия (или только электроэнергия)

o ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ПГУ;

o ТЭЦ, сжигающие ТБО на базе ГТУ;

o ТЭЦ на базе ПГУ, сжигающие совместно с ископаемым топливом ТБО (или топливо из ТБО).

УК оснащаются паровыми котлами-утилизаторами с параметрами пара, как правило, давлением 1,4-2,4 МПа температурой до 250 – 300 0 С, при слоевом сжигании топлива на специальных решетках различных систем (в том числе «кипящего» слоя). Иногда котлы-утилизаторы применяются водогрейные.

УТЭЦ оснащены турбогенераторами с турбинами различного назначения:

Теплофикационными для выработки электроэнергии с отбором пара низкого давления и тепла как для собственных нужд МСЗ, так и отдачи внешним потребителям через электрические и тепловые сети городов;

Производственными с отборами пара повышенного давления, обеспечивающие технологические и коммунальные нужды предприятий,

А также чисто конденсационными, вырабатывающими только электроэнергию.

Для наибольшей наглядности особенности реализации каждой из схем комбинирования, приведем российский и зарубежный опыт применения описанных технологий, а также перспективные разработки в данной области.

На первой стадии твердые отходы превращаются в газообразный горючий продукт-газ, а на второй - полученный газ сжигается в паровом или водогрейном котле. Суммарный коэффициент тепловой мощности составляет примерно 95%. Таким образом, при работе мини-ТЭЦ на отходах можно обеспечить горячей водой и отоплением несколько больших домов. Исходя из этого, располагать установку наиболее рационально следует в том районе города, где есть проблемы с транспортировкой отходов, и имеется потребность в дополнительной тепловой энергии. Один из вариантов - использование установки в порядке модернизации старых угольных ТЭЦ. Перед тем как отходы будут подвергаться сжиганию, они пройдут первичную сортировку и измельчение до требуемых линейных размеров кусков - в пределах 20 на 20 см.

Предлагаемая технология обеспечивает допустимый уровень образования диоксинов. Максимальная температура (1000-1200 градусов) и время горения в зоне газификации гарантируют уничтожение диоксинов. После первой стадии сжигания нет выбросов в атмосферу, так как весь продукт-газ идет в горелку на выработку тепла. Низкие линейные скорости газового потока в реакторе и его фильтрация через слой исходного перерабатываемого материала обеспечивают крайне низкий вынос пылевых частиц с продукт-газом. В результате появляется возможность значительно сократить капитальные затраты на газоочистное и энергетическое оборудование. Таким образом, сжигание в две стадии позволяют резко уменьшить образование диоксинов и обеспечить допустимые нормы.

Что касается образующейся золы, то предлагается технология, позволяющую перерабатывать золу в химически нейтральный, механически достаточно стойкий продукт, который можно использовать даже при строительстве без всяких опасений. Из золы получаются керамические шарики, в которых имеется тройная физико-химическая защита поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Степень вымываемости тяжелых металлов из таких шариков в тысячи раз меньше, чем из самой золы. Это переводит золу в безопасное состояние, т.к. простое замешивание в цемент означает просто отсрочку негативных последствий, поскольку цементные блоки недолговечны.

4. Проблемы переработки ТБО

Проблемы переработки ТБО лежат во многих сферах.

Сегодня основным источником компенсации затрат на вывоз и утилизацию ТБО являются платежи населения. Причем, совершенно очевидно, что существующие тарифы за обезвреживание бытовых отходов неадекватно низкие, и они не способны покрывать даже затраты на захоронение отходов и их вывоз. Недостаток средств на утилизацию компенсируется дотациями из госбюджета, но все равно при этом у органов ЖКХ не появляется денег на развитие системы раздельного сбора, такой, которая уже давно применяется в Европе. Кроме того, сегодня тариф за обращение с ТБО не дифференцирован – абсолютно не важно, собираете вы отходы раздельно или просто сваливаете все в один общий контейнер - платить за утилизацию мусора вы будете одинаково.

Еще одной проблемой существующей в нашей стране системы обращения с твердыми бытовыми отходами является довольно ограниченный рынок вторичного сырья – многие переработчики отходов сталкиваются с проблемами при реализации сырья, которое было получено из отходов.

В настоящее время информирование населения о проблеме утилизации ТБО практически не осуществляется, и население России ничего не знает о том, какие возможности несет в себе система раздельного сбора.

Кроме того, все способы обращения с отходами имеют свои минусы и плюсы.

Самый старый и известный — захоронение, строительство и содержание полигона намного проще и дешевле, чем устройство мусоросжигательного завода (МСЗ) или мусороперерабатывающего завода (МПЗ). В этом состоят, пожалуй, главные плюсы хранения отходов на полигоне. Минусов же довольно много:

• занимаются большие земельные площади (кроме собственно полигона следует учесть и окружающую его санитарно-защитную зону). В наше время земля вблизи больших городов дорога, да и расходовать её есть смысл на более чистые цели; а строительство полигона на большом удалении экономически нецелесообразно;
• при данном способе практически не извлекаются полезные компоненты отходов — то, на что потрачено немало материалов, труда и энергии просто закапывается в землю;
• трудности с рекультивацией территории. Любой, самый сверхвысоконагруженный полигон рано или поздно исчерпает свою ёмкость. После этого он должен быть засыпан землёй, на поверхности высажены деревья. Но эта территория ещё очень долгое время не будет пригодна практически ни для каких полезных применений. В толщах отходов происходят анаэробные (то есть без доступа воздуха) процессы — а они очень длительны. Таким образом, не только в период функционирования, но и после его окончания полигон ТБО занимает значительные земельные площади.

Сжигание отходов требует значительных капиталовложений. Теоретически, отходы могут рассматриваться как топливо, а МСЗ, соответственно, как теплостанции. На практике дело обстоит не так хорошо.

Во-первых, теплотворная способность отходов, не подвергавшихся разделению, очень низка — проще говоря, они могут вообще не гореть на воздухе (это зависит от содержании в ТБО негорючих фракций и изменяющейся в связи с погодными условиями влажностью) — для полного сжигания может потребоваться дополнительная сушка, использование настоящих топлив, применение обогащённой кислородом газовой смеси в качестве окислителя (вместо воздуха).

Во-вторых, отходящие дымовые газы МСЗ содержат значительное количество вредных примесей, как твёрдых, так и газо- или парообразных. Например, современные отходы могут включать значительное количество хлорсодержащей органики, при сжигании которой образуется такое вещество как диоксин, относящийся к суперэкотоксикантам, т. е. сверхотксичным веществам. В связи с этим требуется тщательная многоступенчатая очистка отходящих газов, а также применение особо высоких температур, чтобы исключить неполное сгорание отходов (при полном сгорании образуются менее токсичные вещества).

Наконец, сжигание всё равно не избавляет от проблемы отходов — оставшийся в топках негорючий шлак, уловленная в очистных установках зола составляют до 10% по объёму и 30% по массе первоначального количества ТБО «въехавшего» в ворота МСЗ. Этот шлак и золу всё равно надо куда-то девать. Часто просто на свалку, хотя возможно использование шлака как наполнителя для шлакоблоков и т. п.

Таким образом, в минусах МСЗ высокая стоимость оборудования, гораздо боле сложная, по сравнению с обычными теплостанциями, технология сжигания и очистки газов, плохое извлечение полезных компонентов. Даже с учётом разного рода ухищрений (предварительная сортировка, полезное использование образующегося тепла и шлака) МСЗ редко являются прибыльными предприятиями. Тем не менее, несмотря на все недостатки, в мире функционирует более тысячи МСЗ — хотя в последнее время наблюдается некоторая тенденция к сокращению их числа.

Основной проблемой сложившихся способов переработки вторсырья является не отсутствие технологий переработки, а отделение вторсырья от остального мусора (и разделение различных компонент вторсырья). Существует множество технологий, позволяющих разделять отходы и вторсырье. Все они – затратные и самая дорогая и сложная из них – извлечение вторсырья из уже сформировавшегося общего потока отходов на специальных предприятиях.

Основные проблемы, сопутствующие использованию ТБО в качестве топлива для получения энергии, для России, и для Москвы в частности, следующие:

1. Эффективная утилизация тепла, образующегося при сжигании отходов, и, прежде всего, проблема, связанная со сбытом вырабатываемой энергии. Нестабильность выработки электроэнергии вследствие сезонных и суточных колебаний количества и качества ТБО, а также при остановах технологических линий затрудняет ее сбыт в электрические сети.

2. Наиболее актуальным на сегодняшний момент является вопрос эффективного преобразования энергии ТБО в электрическую, т.к. абсолютный электрический КПД не превышает 14-15 %, в то время как за рубежом вновь вводимые в эксплуатацию установки, сжигающие ТБО, имеют абсолютный электрический КПД примерно 22%.

6. Перспективы переработки ТБО

При этом возможных направлений модернизации данной системы управления отходами два:

1) создание условий для минимизации образования отходов, т.е. технологическая модернизация экономики на основе наилучших доступных технологий;

2) вовлечение отходов, включая накопленные за предыдущие годы объемы, в хозяйственное использование в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов, т.е. развитие в России индустрии утилизации отходов.

Использование ТБО, включая промышленные отходы по типу бытовых, в качестве топлива с использованием энергии при ее преобразовании в электрическую и тепловую; механико-химическая очистка уходящих из котлов газов; внедрение новых технологий сжигания, в том числе в так называемых топках с «кипящим» слоем; полезное использование ряда составляющих отходов, в том числе шлаков, золы, металлов, - все это имеет огромное значение с точки зрения экономии ископаемого топлива, материалов, но, главным образом, охраны природы, воздушного и водного бассейнов в Москве и Московской области путем постепенного закрытия существующих свалок и отказа от выделения новых земель для их организации.

Наряду с общепринятыми (традиционными) схемами сжигания ТБО с использованием тепловой и электрической энергии в системах энергоснабжения городов, в том числе в Москве, имеется богатый опыт европейских стран в схемных решений, приводящих к комбинированным источникам энергоснабжения. В составе таких источников используется наряду с технологическими линиями обезвреживания ТБО с выработкой энергии не только энергетическое оборудование в виде парогенераторов, но и газотурбинные установки (ГТУ), парогазовые установки (ПГУ).

Опыт эксплуатации многочисленных зарубежных предприятий по термической переработке ТБО показывает, что современная ТЭС на ТБО является экологически безопасным предприятием. Это подтверждают и результаты исследований, проведённых на московских спецзаводах в период их запуска и последующей эксплуатации. Концентрация регламентируемых веществ в газообразных продуктах сгорания ТБО не превышает принятых в ЕС нормативных значений, что обеспечивает экологически безопасную эксплуатацию таких предприятий. Образующиеся золошлаковые остатки могут быть переработаны в инертный продукт для последующего использования, например, в дорожном строительстве, на территории самой ТЭС.

Для увеличения рынка вторсырья в развитых зарубежных странах сегодня применяются различные механизмы влияния - требования по обязательному применению вторсырья при выпуске новых товаров (в процентах) и льготное кредитование подобных производств. Также, в европейской системе госзакупок предусматриваются преимущества для таких предприятий и организаций, которые производят или поставляют товары и продукцию, которые производятся из вторичного сырья либо же с использованием вторсырья.

Перспективы использования в РФ твердых бытовых отходов в качестве вторичных энергетических ресурсов связаны с принятием законодательных документов, направленных на существенное сокращение полигонного захоронения, по крайней мере, для крупных городов, и повышение заинтересованности энергетических компаний в развитии возобновляемых источников энергии, а также активном внедрении новых технологий в области переработки.

Заключение

Процесс утилизации твёрдых бытовых отходов должен подбираться в каждом отдельном случае учитывая все особенности отходов, местности, их количество.

Сложность решения проблем утилизации бытовых отходов объясняется необходимостью применения сложного капиталоемкого оборудования и отсутствием экономической обоснованности каждого конкретного решения.

Резюмируя все написанное выше, можно с уверенностью заявить, что несмотря на существующие технологий рационального использования отходов, основной причиной неэффективной работы по утилизации ТБО является то, что проблемы охраны окружающей среды, использования ресурсов и непрерывного развития системы утилизации мусора до сих пор не являются приоритетными для органов управления в нашей стране.

Остается лишь надеяться на то, что в ближайшее время государством будут сделаны шаги, необходимые для создания новой более экологичной и эффективной системы обращения с ТБО.

Список литературы

1. Твёрдые бытовые отходы [Электронный ресурс].– https://ru.wikipedia.org Википедия — свободная энциклопедия.
2. Ситуация с отходами потребления в России и в Костромской области [Электронный ресурс].– Управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзора) по Костромской области.
3. Федеральный Закон Российской Федерации от 24 июня 1998 г. № 89-Ф3 (ред. от 25.11.2013) “Об отходах производства и потребления” [Электронный ресурс].– КонсультантПлюс: Версия Проф..- Электрон.данные и прог.- ЗАО «Консультант Плюс». – Москва. – 2001-2014.
4. Федеральный Закон Российской Федерации от 10.01.2002 № 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" [Электронный ресурс].– КонсультантПлюс: Версия Проф..- Электрон.данные и прог.- ЗАО «Консультант Плюс». – Москва. – 2001-2014.
5. Сбор и удаление твердых бытовых отходов [Электронный ресурс].– http :// allformgsu . ru /
6. Технология захоронения ТБО [Электронный ресурс].– http://waste-nn.ru/tehnologiya-zahoroneniya-tbo/ 2011-2014 — «Министерство экологии и природных ресурсов Нижегородской области» .
7. Е.И. Гончарук, В.Г. Бардов, С.И. Гаркавий, А.П. Яворовский и др. – Под ред. Е.И. Гончарука. К.: Здоровье, 2006. — 792 с.
8. Хмельницкий А.Г. / Использование вторичных материальных ресурсов в качестве сырья для промышленности / Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки. — Новосибирск, 1995. — 167 с.
9. Баруздина Ю. / Продукции из вторсырья — зеленый свет/ Твердые бытовые отходы / май 2010. — 65 c .
10. Сачков А.Н., Никольский К.С., Маринин Ю.И. / О высокотемпературной переработке твердых отходов во Владимире / Экология городов. — М.: 1996. — 331 с.
11. Stubenvoll J., Bohmer S., Szednyj I. Stand der Technik bei Abfallverbrennungsanlagen. Studie im Auftrag des Bundesministerium fur Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft. Wien, September 2002, 164 с.
12. Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления (RU 2502017) – патент.
13. Копылов А.Е. Экономические аспекты выбора системы поддержки использования возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2008. № 1. 45 c .

Состав ТБО

Второй по значимости проблемой городов является рост объе­ма городских свалок ТБО - твердых бытовых отходов. При разложе­нии бытового мусора микроорганизмами выделяется метан, вносящий свой вклад в потепление климата. На старых свалках концентрация метана так ве­лика, что метан добывают как особый вид топлива - свалочный газ.

Состав ТБО в современных городах разных стран достаточно близкий. Основными фракциями (составляющими, компонентами) являются бума­га, органические остатки и стекло (табл. 14).

К настоящему времени существует несколько способов обращения сТБО.

Депонирование ТБО

Ежегодно в окрестностях города с миллионным населением накапливается 3,5 млн т мусора. Депонирование (накопление) - самый традиционный способ избавления от ТБО, при котором отходы собирают и отвозят на свалки. Прежде большинство свалок были необорудованны­ми. Впрочем, и сегодня в России таких свалок много. Часть их - несанк­ционированные: они самостийно возникают вокруг населенных пунктов и дачных поселков. В более цивилизованном варианте отходы депонируют на полигонах (рис. 79) - в глубоких ваннах, дно которых покрыто водоне­проницаемым материалом (слоем водоупорной глины, полиэтиленом и т. п.). Из необорудованной свалки вытекают снеговые и дождевые воды, просочившиеся через толщу мусора и загрязнившиеся при этом продукта­ми разложения отходов. На полигоне эти воды собирают в специальные емкости и направляют на очистные сооружения для переработки. После того как ванна заполнится отходами, ее покрывают слоем земли и засажи­вают деревьями.

Однако независимо от варианта депонирования мусора при перегнивании органических составляющих ТБО образуется метан и выделяется в атмо­сферу. Кроме того, большую часть перегнивающих отходов можно было бы использовать в качестве вторичного сырья, т. е. для переработки и произвол ства новых изделий. Наконец, растет площадь, занятая полигонами (они за­полняются за 2-5 лет, самые большие - за 15 лет).

Сжигание ТБО

Отходы сжигают на специальных мусоросжигательных заво­дах (МСЗ) и за счет этого процесса получают некоторое количество энер­гии. В настоящее время интерес к МСЗ снизился. Сейчас очевидно, что они неэффективны - перерабатывают очень большой объем ТБО, и золы после сжигания остается достаточно много. Она часто токсична, и ее необ­ходимо захоранивать. Одновременно МСЗ загрязняют атмосферу, причем опасными веществами, которые не разлагаются при обычной температуре горения, например диоксинами. Попытки воздействовать на мусор более высокими температурами или применять для этого раскаленные расплавы металлов пока не принесли заметных успехов. В Японии вплоть до 2000 г. основную часть бытовых отходов сжигали, а золу использовали для насы-пания новых площадок в море под городское строительство. Теперь коли­чество сжигаемого мусора резко сокращено, в последние годы закрыто 500 МСЗ.

Сортировка и переработка ТБО

Самый перспективный, экологичный и экономически выгод­ный способ обращения с ТБО - это их сортировка с последующей пере­работкой. При таком подходе бытовые отходы рассматривают как «клад в мусорном ящике». В идеальном варианте население само сортирует отхо­ды, помещая их разные фракции в разные контейнеры. Так поступают жите­ли многих городов Германии. Возможна сортировка на конвейере с элек­тронной системой распознавания. В любом случае выделяют фракции бума­ги, пластика, стекла, металла, органических остатков. Крупногабаритный мусор вывозят отдельно.

Организовать сортировку ТБО населением - задача достаточно сложная. К примеру, в России большая часть горожан живет в квартирах с маленьки­ми кухнями, в которых сложно разместить несколько емкостей для сбора разных фракций мусора. Поэтому, вероятно, экономические стимулы (де­нежные вознаграждения и т. п.) окажутся более эффективными, чем призы­вы к гражданам проявлять сознательность и активно участвовать в меро­приятиях по поддержанию чистоты окружающей среды. Подобные обраще­ния действенны в том случае, когда уровень экологической культуры достаточно высок и население понимает важность сбора сортированных отходов. (Высокая экологическая культура населения, в частности, облегчила организацию сортировки отходов в ряде городов Германии.)

Если отходы рассортированы, то переработка каждой фракции не пред­ставляет сложностей и является достаточно выгодным делом. Из макулату­ры делают новую бумагу. Органику компостируют и получают удобрения. Лом черных и цветных металлов, а также стекло переплавляют. Пластики прессуют и делают из них садовые скамейки, тазы для непищевых продуктов и прочие предметы быта. В государствах с развитой экономикой (Канаде, Швейцарии, Германии и других) до 50 % бытового мусора подвергается пе­реработке. И тем не менее проблема ТБО обострена во многих странах, в том числе в России, где сортируется менее 2 % отходов.

Уменьшение объема ТБО путем снижения потребления

Около 50 лет назад в США заговорили о том, что человечест­ву необходима программа производства и потребления товаров, которая позволит свести к минимуму количество ТБО. Вскоре в развитых странах зародилось и быстро набрало популярность общественное экологическое движение в поддержку идеи о безотходном потреблении. На рубеже XX и XXI вв. активность движения достигла пика. Примерно в то же вре­мя в кругах экологов была сформулирована глобальная концепция под на­званием Zero Wastes Goal - «Цель: нулевые отходы». Цель эта, конечно, недостижима, поскольку какая-то часть отходов всегда будет неперерабо-танной. Значит, их придется депонировать или сжигать. Однако на пути к этой идеальной цели человечество научится экологичному обращению с ТБО.

Производство биоматериалов

Количество производимого людьми бытового мусора можно уменьшить, если его составляющие удастся включить в глобальные кругово­роты веществ, т. е. если микроорганизмы смогут разрушать бытовые отходы до минеральных веществ, усваиваемых продуцентами. И такое решение уже найдено. Одно из популярных направлений в химической промышленности и биотехнологии - это создание материалов, которые можно использовать в строительстве, в быту, в медицине и которые способны вступать в природ­ные круговороты веществ без ущерба для экосистем.

Как вы помните, большинство пластиков не разлагается микроорганизма­ми. Повсеместно используемые изделия из пластмасс, после того как отслужили свой срок, поступают на переработку. Тот пластик, который не стал вторичным сырьем, накапливается в окружающей среде. Объем его растет год от года, потому что искусственные материалы не имеют потребителей в живой природе, а сжигание пластмасс загрязняет атмосферу токсичными веществами. Неудивительно, что сегодня во всем мире большие надежды возлагают на технологию синтеза биопластиков. Это искусственно получа­емые полимерные материалы, разрушаемые живыми организмами. Мало то­го, они частично, а самые современные полностью являются продуктом жиз­недеятельности микроорганизмов. Специально выведенные штаммы бакте­рий синтезируют биор излагаемые материалы из жиров или из углеводов (крахмала), например из отходов сахарной промышленности.

Главное достоинство биопластиков в том, что их применение не усугубля­ет проблему ТБО. Они разрушаются за короткий срок - от нескольких ме­сяцев до двух лет. Между тем время разрушения синтетических пластиков превышает десятки и сотни лет. Биопластики экологичны: они разлагаются до углекислого газа и воды. Стоимость их не превышает стоимости полиме­ров, полученных из нефти.

Начало индустрии биопластиков положено в 1980-х гг. в Италии. Новые, более совершенные, поколения полимерных материалов сегодня синтезиру­ют в Австрии, Германии, США, Японии и России. Но до сих пор их будущее сомнительно, а возможность широкого применения остается под вопросом. Причина в том, что для производства биоразлагаемых материалов необходи­мо расходовать продовольственное сырье. При увеличении численности на­селения Земли, которое наблюдается сейчас, осложнится снабжение людей продовольствием. Не исключено, что на непищевое использование продо­вольственного сырья будет наложен запрет (об этой проблеме вы прочитаете в следующих главах).

основные понятия

• твердые бытовые отходы
• депонирование ТБО
• сортировка и переработка ТБО

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы основные подходы к обращению с отходами, используемые в мире?

2. Как можно снизить экологический ущерб, причиняемый окружающей среде при депонировании отходов?

3. В чем заключается экологическая опасность сжигания отходов?

1. Какие преимущества имеет сортировка и переработка отходов?

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Один житель США производит около 600 кгТБО в год, один европеец - в два раза меньше. О «мусоропроизводстве» россиян данные неточны, но очевидно, что мы замусориваем планету не менее интенсивно, чем европейцы.

В некоторых странах сортированный мусор принимают бесплатно, а за сдачу несортированного мусора приходится платить. В Куритибе жите­ли получают вознаграждение за сортированные отходы, доставленные в местный пункт сбора. В Австралии организована раздача комплектов мешков с бирками, к тому же проводят еженедельные розыгрыши при­зов за участие в раздельном сборе отходов. Мешки победителя прове­ряют, и, если отходы в них должным образом сортированы, он получает крупный приз - экологичный автомобиль или путевку на курорт на Ка­рибском море.

В Германии разрешается ежеквартально выставлять возле домов ненуж­ные громоздкие вещи. Часть их перераспределяется - получает «вто­рую жизнь» и не попадает на свалки. Одежду, которую еще можно но­сить, собирают благотворительные организации (ее полагается склады­вать перед домом в специальных пакетах, которые накануне каждый домовладелец может найти в почтовом ящике).

В США существует система домашних распродаж: по низким ценам рас­продаются вещи, уже бывшие в употреблении, но еще пригодные для дальнейшего использования. Разумеется, применение этих вещей долж­но быть экологически безопасным: к ним, например, не относятся за­грязняющие атмосферу старые автомобили. Повторное использование бытовых предметов не только продляет срок их службы, но и уменьшает количество ТБО.

В развитых странах налажена переработка старых автомобилей. Если раньше за сдачу автомобиля в утиль приходилось платить значительную сумму, то теперь это можно сделать бесплатно. Стоимость утилизации старого автомобиля включена в цену нового. Таким образом, расходы на переработку отслуживших свое средств передвижения несут фирмы-производители и покупатели новых автомобилей. В Европе на свалки попадает не более 10 % автомобильных покрышек, 40 % сжигается с получением энергии, столько же подвергается глубо­кой переработке и 10 % перетирается в крошку, используемую как ком­понент дорожных покрытий и в производстве изделий из пластика. Кро­ме того, на шинах восстанавливают протекторы. Из каждой тонны ста­рых покрышек, подвергнутых глубокой переработке, получают 400 л нефти, 135 л газа и 140 кг стальной проволоки. В России утилизация ста­рых автомобилей пока организована плохо. Хотя уже сейчас в Москов­ской области существует ряд таких производств, возглавляемых Ногин­ским и Люберецким заводами по переработке металлолома. В процессе переработки участвуют 500 фирм. ! Ш Ш Ш Свалочный газ добывают более чем на 500 старых свалках, из них две трети - в США, остальные - в Европе.

Водосбережение и энергосбережение
§ 40 в городских экосистемах

· Как городское население обеспечивается водой?

· Что такое водосбережение?

· Почему необходимо экономить энергию?

Водопотребление и водосбережение

Важное условие комфортной жизни горожан - наличие добро­качественной воды, которая является дефицитным ресурсом. Потребление водных ресурсов на нужды населения, промышленности, сельского хозяйст­ва, городских коммунальных служб называют водопотреблением. Коли­чество воды, потребляемое одним городским жителем, в разных странах раз­личается. Так, на одного парижанина или берлинца приходится примерно 150 л воды в сутки, а на москвича - в пять раз больше. Очевидно, при таком расходе воду не столько пьют, сколько льют - избыточно расходуют ее на са­нитарно-гигиенические нужды. Потребление воды возрастает за счет неис­правности сантехники и утечки из трубопроводов. Вся использованная вода превращается в бытовые стоки.

Главным фактором водосбережения является платное водопользо­вание, при котором сумма, уплачиваемая за пользование водопроводом (например, в течение месяца), изменяется в зависимости от количества потраченной воды. Платное водопользование давит на бедные слои насе­ления, но способствует повышению качества обслуживания, а качествен­ная вода благотворно сказывается на здоровье горожан. Для работы систе­мы платного водопользования в квартирах устанавливают счетчики. Это становится для жильцов стимулом к применению водосберегающих тех­нологий мытья посуды, стирки, использования воды для ванн и душей (и просто умывания), экономичных смывных бачков для туалетов и т. д.

Как показала практика, в результате расход воды снижается примерно в два раза.

Слежение за качеством питьевой воды

В России, как и везде в мире, существуют государственные стандарты качества питьевой воды. В соответствии с ними необходимо, чтобы водопроводная питьевая вода удовлетворяла определенным гигиени­ческим требованиям. Чистая вода - не значит без примесей. Обычно она со­держит более двухсот различных ионов, микроскопические неорганические и органические частицы, живые микроорганизмы, летучие вещества и газы. Но вода должна быть безопасной по химическому составу и обладать благо­приятными физическими характеристиками (табл. 15).

Водопроводную воду многократно проверяют в течение года, отбирая про­бы. Для оценки качества воды в стандарте указаны санитарные нормы содер­жания химических веществ и ионов (в том числе молекул хлора, поверхно­стно активных средств, ионов тяжелых металлов). Измеренные по пробе показатели не должны превышать эти нормы, иначе воду запрещают к ис­пользованию. В государственном стандарте также указаны формы живых организмов - бактерий, одноклеточных водорослей, простейших, - присут­ствие которых свидетельствует о непригодности воды.

Водоподготовка

Путь природной воды в наши дома обычно начинается с обло­женной камнями трубы на дне водоема - с оголовка. Камни не дают попасть в водозаборную трубу крупным предметам, увлекаемым по дну течением. Вода поступает на очистную станцию (рис. 80), где ее обеззараживают, до­бавляют коагулянты (вещества, вызывающие слипание взвешенных частиц) и выдерживают при постоянном перемешивании. Затем отстаивают. После выпадения осадка фильтруют для удаления примесей и, если нужно, умягча­ют, осаждая соли магния и кальция, устраняют избыток других ионов, рас­творенные газы. Потом снова обеззараживают. По окончании цикла водо-подготовки вода не содержит ни вредных микроорганизмов, ни органиче­ских веществ, ни взвешенных примесей. Но в ней остается хлор (если воду

Обеззараживают хлорированием). Хлор вызывает коррозию металлических труб, придает воде неприятный привкус. Поэтому перед подачей потребите­лю вода не менее суток отстаивается в специальном резервуаре.

Если станция водоподготовки не перегружена, то хлора после отстаива­ния обычно не остается. Однако весной водопроводная вода часто пахнет хлором. В паводок, когда бурные потоки талых вод смывают много грязи, до­зу антисептика (чистого хлора или его соединений) увеличивают, и он не ус­певает полностью улетучиться. Иногда вместо хлорирования используют озонирование - через воду пропускают воздух, насыщенный химически ак­тивным веществом озон. Такая вода не вредит здоровью человека, как хлори­рованная вода, однако озонирование гораздо дороже.

Идеальным вариантом водопотребления является разделение воды на питьевую и бытовую. Для стирки или для мытья посуды воду очищают по менее строгим стандартам. В Японии для полива газонов в основном приме­няют дождевую воду, собираемую с крыш водосборными трубами. Для питья во многих городах мира используют бутилированную воду или воду, очищенную бытовыми фильтрами с активированным углем. Этот материал способен поглощать массу разнообразных загрязняющих веществ.

Качество воды повышается, а затраты на ее очистку снижаются в том слу­чае, если водосборные бассейны находятся под охраной. Комиссия ученых-специалистов при Организации Объединенных Наций (ООН) в рекоменда­циях по использованию водных ресурсов указывает: «...Охрана источников водоснабжения от загрязнения - это первая линия защиты. Охрана источ­ника - это почти всегда наилучший способ обеспечения безопасности пить­евой воды, и ему следует отдавать предпочтение перед очисткой воды из за­грязненного источника».

В природе вода совершает круговорот. Если хорошо очищать стоки, то та­кой круговорот осуществим и в городских экосистемах: воду можно исполь­зовать многократно.

Экономия энергетических ресурсов

Экономия энергии в городе возможна за счет децентрализа­ции системы энергоснабжения: крупные тепловые электростанции за­меняют небольшими энергетическими установками - мини-электростан­циями (мини-ТЭС). Большие ТЭС имеют КПД не более 30 %, так как значи­тельная доля тепловой энергии рассеивается на пути к потребителю. Мини-ТЭС размещены в подвальных этажах зданий - они приближены к потребителю, и КПД их достигает 80 %.

Энергосбережение начинается с поиска возможностей снизить затраты энергии на отопление. В России до 90 % энергии, потребляемой жителями, расходуется для обогрева помещений осенью, зимой и весной. Поддержание комфортного климата в квартире обходится недешево и составляет львиную долю платы за коммунальные услуги. Неудивительно, что во всем мире идет активный поиск возможностей снизить расходы энергии на обогрев жилья. Лидирует в этом поиске Германия. В старых домах на обогрев 1 м 2 прежде за­трачивалось около 600 кВт-ч энергии в год. После 1970 г. в Германии стали строить дома с улучшенной теплоизоляцией, что позволило сократить рас­ходы энергии в два раза. В последние годы появились дома с низким энерго­потреблением, где эта величина не превышает 70 кВт-ч, и даже дома с ульт­ранизким энергопотреблением - не более 30 кВт-ч. В России с ее холодным климатом достичь такого уровня снижения затрат энергии на отопление не­мыслимо. В современных типовых домах годовые затраты энергии на ото­пление превышают 700 кВт-ч на 1 м 2 , однако снизить это количество в два раза, используя опыт немцев, вполне возможно. Кроме того, должен быть ис­ключен расход энергии из-за бесхозяйственности: нельзя оставлять распах­нутыми двери в домовых подъездах и плохо утеплять окна.

Количество потребляемой энергии можно снизить в два - четыре раза, ис­пользуя современную энергосберегающую бытовую технику - холодильни­ки, телевизоры, осветительные приборы и т. д.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

· водопотребление

· платное водопользование

· качество питьевой воды

· децентрализация системы энергоснабжения

· энергосбережение

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каков норматив водопотребления в странах Европы?

2. В чем состоят преимущества платного водопользования?

3. Как можно повысить качество питьевой воды?

4. Какие преимущества дает децентрализация производства энергии?

5. Как можно снизить затраты на обогрев помещений?

6. Какой выигрыш может дать использование энергосберегающей быто­вой техники?

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Платное водопользование, которое стало обычным для развитых стран, постепенно внедряют и в развивающихся странах. Например, в 1988 г. индонезийский город Богор решился на этот шаг для того, чтобы улучшить водоснабжение населения. В квартирах были установлены счетчики и повышена месячная плата. В результате горожане стали более экономно использовать воду, ее расход снизился на одну треть, что позволило подключить к системе водоснабжения значительное количество семей, раньше не имевших этой возможности. В итоге выиграли все. Город Нью-Йорк заплатил 1 млн долларов за сохранение лесов на территории водосбора. Практичные американцы подсчитали, что оплата строительства и эксплуатации водоочистных производств была бы в 10 раз выше.

В Германии фирмы, снабжающие города питьевой водой, приплачива­ют фермерам, которые не используют минеральные удобрения и пести­циды.

Флуоресцентная лампочка мощностью 18 Вт дает столько же света, сколько обычная лампа накаливания в 75 Вт. Замена последних флуоресцентными лампами позволяет сократить потребление электроэнергии на освещение примерно в четыре раза. Новые лампочки в семь раз долговечнее, чем старые, производство их взамен ламп накаливания дает значительную экономию сырья.

В США в 1972 г. энергопотребление среднего холодильника составляло 336 кВт-ч в год, в 1993 г. стандарт был ужесточен до 116 кВт-ч в год. В Дании сегодня эта величина равна 45, и планируется уменьшение до 26. В Германии сконструированы «умные дома» пассивного типа: в них либо вообще нет затрат энергии, либо эти затраты не превышают 15 кВтч/м 2 в год. Стены их построены из теплоизолирующего материала, в окна вставлены двойные стеклопакеты, а между стеклами находится инертный газ, который обеспечивает полную теплоизоляцию. Такие дома теряют минимальное количество тепла. Основным «прибором», нагревающим помещение, является сам человек, который, даже сидя в спокойном состоянии, «имеет мощность» 120 Вт. Атмосфера в такой квартире вполне пригодна для нормальной жизни, так как воздух в ней постоянно обновляется. Специальный прибор - рекупиратор - отбирает тепло у воздуха, удаляемого из квартиры. Воздух, поступающий в помещение, подогревается. Автоматизированная система следит за тем, чтобы воздухообмен был достаточным. Большинство «умных домов» - индивидуальные, и рядом с домом установлена ветровая элек тростанция, которая дает небольшое количество энергии, необходимое для освещения, работы бытовых приборов и подогрева воздуха в особо холодную погоду.

Похожие статьи