Системный подход к проектированию и строительству инженерных сооружений полигонов твердых коммунальных отходов


МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова»



Т. Г. Середа, С. Н. Костарев



СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ



Монография










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2019

УДК 628.472.3
ББК 30.69
      С32




Рецензенты:
доктор технических наук, профессор кафедры техносферной безопасности ФГБОУ ВО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова^. М. Янников;
кандидат технических наук, профессор кафедры строительных технологий ФГБОУ ВО «Пермская ГСХА» В. Н. Зекин




     Середа, Т. Г.
С32 Системный подход к проектированию и строительству инженерных сооружений полигонов твердых коммунальных отходов : монография / СередаТ.Г., Костарев С.Н. - Москва ; Вологда: Инфра-Инженерия, 2019. - 324 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0368-9

     Рассмотрены технологии проектирования полигонов твердых коммунальных отходов (ТКО), даны необходимые расчетные модели. Предложена комплексная технологическая схема управления полигоном захоронения ТКО, основанная на детерминированно-вероятностном подходе к описанию и прогнозированию процессов в природно-технических системах утилизации отходов с использованием новых аппаратно-программных средств и математического моделирования. Освещены вопросы проектирования, строительства и инженерного обеспечения очистных сооружений фильтрата ТКО.
     Для специалистов, чья работа связана с проектированием, строительством и мониторингом состояния полигонов ТКО, а также студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Строительство» и «Техносферная безопасность».

УДК 628.472.3
ББК 30.69







ISBN 978-5-9729-0368-9    © Середа Т. Г., Костарев С. Н., 2019
                          © Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019

            ОГЛАВЛЕНИЕ



Введение....................................................................6
Глава 1. Проектирование полигонов ТКО с учетом эмиссионных потоков веществ... 10
   1.1. Показатели антропогенного загрязнения окружающей среды отходами.....10
   1.2. Характеристика эмиссионных потоков веществ на объектах депонирования ТКО......................................................................15
      1.2.1. Характеристика жидкой фазы биодеструкции ТКО и перспективные методы проектирования очистных сооружений фильтрата ТКО..............20
      1.2.2. Потоки эмиссий биогаза и проектирование газовых систем полигонов ТКО..................................................................39
      1.2.3. Проектные решения восстановления (рекультивации) почв, загрязненных ТКО..................................................................45
   1.3. Технологические подходы к очистке стоков ТКО на гидробиологических сооружениях..............................................................53
      1.3.1. Инженерно-технические подходы в проектировании гидробиологических сооружений для очистки стоков ТКО....................................55
      1.3.2. Гидравлические расчеты гидроботанической станции..............61
Глава 2. Системный анализ природно-технических систем утилизации отходов....65
   2.1. Проектирование полигона ТКО с учетом его жизненного цикла..........69
   2.2. Конструкционно-технологические параметры инженерного обеспечения полигонов ТКО............................................................73
   2.3. Системный подход при формализации природно-технических систем утилизации отходов.......................................................77
   2.4. Научные подходы к формализации природно-технических систем утилизации отходов..................................................................87
      2.4.1. Объемно-балансовыемодели......................................87
            2.4.1.1. Объемно-балансовые эмиссионные модели.................87
           2.4.1.2. Оценочные модели воздействия типовых полигонов ТКО на окружающую среду.............................................91
      2.4.2. Модели диффузионно-конвективного переноса.....................94
      2.4.3. Модели реакторного типа.......................................95
      2.4.4. Регрессионные модели..........................................99
      2.4.5. Имитационные модели..........................................100
      2.4.6. Подходы к концепции иерархической модели управления системами утилизации отходов почвенными методами..............................103
      2.4.7. Подходы к созданию управленческих моделей....................105
      2.4.8. Анализрассмотренныхмоделей...................................110
   2.5. Научное исследование процессов, протекающих на природно-технических системах утилизации отходов.............................................111
Глава 3. Принципы моделирования системы НТО для принятия проектных решений...................................................................118
   3.1. Декомпозиция системы ПТО..........................................118
      3.1.1. Формальная модель системы ПТО................................118

3

      3.1.2. Декомпозиция системыПТОпо процессам.........................123
   3.2. Моделирование биохимических процессов............................125
      3.2.1. Стадиибиодеструкцииотходов..................................125
      3.2.2. Представление системы ПТО в качестве модели анаэробного биореактора.......................................................133
   3.3. Моделирование физических процессов в системах ПТО................137
      3.3.1. Моделирование процессатеплопереноса.........................138
      3.3.2. Разработка диффузионно-фильтрационныхмоделейэмиссионных продуктов..........................................................140
   3.4. Моделирование механических процессов.............................142
      3.4.1. Расчет грунтовых оснований полигонов ТКО....................142
      3.4.2. Расчет устойчивости откосов полигонов ТКО...................145
   3.5. Структурная декомпозиция системы ПТО по подсистемам..............147
   3.6. Формирование критериевуправления системойПТО.....................149
Глава 4. Проектирование безопасной природно-технической системы утилизации отходов.......................................................151
   4.1. Формальная модель системы ПТО....................................151
      4.1.1. ОпределениесостояниясистемыПТО..............................151
      4.1.2. Разработка модели системы ПТО...............................152
   4.2. Моделирование процессов возникновения и развития опасности в системе ПТО...................................................................155
      4.2.1. Классификация состояний системы ПТО.........................155
      4.2.2. Источники опасности на природно-технических системах утилизации отходов...........................................................157
      4.2.3. Параметры источников опасности в системах ПТО...............158
   4.3. Необходимые и достаточные условия для изменения состояния безопасности системыПТО............................................................159
   4.4. Детерминированная модель оценки состояния системы ПТО............160
   4.5. Статистическая динамическая модель параметров источников опасности на системах ПТО.......................................................162
   4.6. Модель безопасного состояния системы ПТО.........................164
      4.6.1. Методика оценки безопасности системы ПТО....................164
      4.6.2. Модель системы защиты объектов системы ПТО..................165
   4.7. Компьютерная программная реализация модели безопасности системы ПТО...................................................................166
Глава 5. Разработка модели эффективного управления системами утилизации отходов.......................................................169
   5.1. Модель активного мониторинга на полигоне ТКО.....................169
   5.2. Модель переноса фильтрата на полигоне ТКО........................171
   5.3. Установление критерия качества управления полигоном ТКО..........173
   5.4. Управление процессами на полигоне ТКО в детерминированной постановке............................................................177
      5.4.1. Исследование модели водного баланса с обратными связями по отклонению потока и влажности от стационарного режима..........177
      5.4.2. Исследование влияния возмущений, вызванных изменением материальной массы и колебаниями плотности фильтрата, на поток и влажность массива ТКО...........................................180

4

      5.4.3. Исследование поведения потока фильтрата и влажности массива при формировании управляющего воздействия в более общем виде.......183
      5.4.4. Исследование влияния возмущений на материальную среду при наличии интегральной составляющей в законе управления......................185
   5.5. Статистически оптимальное управление процессами биодеструкции отходов на полигонах ТКО..............................................187
Глава 6. Разработка практических решений по выбору конструкций технических средств и инженерных сооружений систем НТО...................191
   6.1. Имитационное моделирование какметодсистемного анализа............191
   6.2. Имитационная модель полигона ТКО.................................192
      6.2.1. Постановказадачи............................................192
      6.2.2. Применение теории графов для моделирования структурных свойств системыПТО.........................................................194
      6.2.3. Алгоритмуправления полигоном ТКО............................196
      6.2.4. Реализация имитационной модели..............................198
   6.3. Моделирование процесса рассеивания загрязнений атмосферы.........200
      6.3.1. Аналитическое решение.......................................201
      6.3.2. Численное моделирование.....................................204
            6.3.2.1. Формирование твердотельной и сеточной модели........204
            6.3.2.2. Вариационная постановка задачи......................208
            6.3.2.3. Моделирование процесса стационарной симуляции в ANSYS CFX-PRE.... 209
   6.4. Практические решения по выбору конструкций технических средств, инженерных сооружений и АСУ полигонов ТКО..............................216
      6.4.1. Разработка защитных систем от фильтрационных потоков.........216
      6.4.2. Разработка проектных решений по сбору и утилизации биогаза...222
      6.4.3. Разработка проектных решений по рекультивации полигона ТКО...226
      6.4.4. Разработка автоматизированной системы мониторинга эмиссионных потоков на полигоне ТКО............................................230
            6.4.4.1. Описание алгоритмов.................................230
            6.4.4.2. Проектирование комбинационного автомата.............239
            6.4.4.3. Разработка интерфейса для оператора.................243
6.5. Подходы к автоматизированным технологиям управления полигоном ТКО....................................................................245
      6.5.1. Разработка принципиальной схемы автоматизации полигона ТКО..245
      6.5.2. Подбор оборудования для мониторингаиуправления физико-химическими параметрами в массиве отходов...................248
   6.6. Разработка человеко-машинной имитационной системы................253
      6.6.1. Описание технологической схемы..............................253
      6.6.2. Программно-аппаратная реализация............................255
   6.7. Оптимизация затрат на проектирование и строительство полигонов ТКО...................................................................259
   6.8. Оптимизация экономических показателей при обосновании внедрения инновационных технологий управления полигоном ТКО.....................265
Заключение...............................................................268
Список использованных источников.........................................270
Список сокращений........................................................294
Нриложения...............................................................295

5

            ВВЕДЕНИЕ



     Во всем мире в больших количествах образуются твердые отходы потребления, которые необходимо утилизировать. Эта задача решается во всех странах с различным успехом. Так в США в среднем утилизируют около 20 % образующегося ежегодно мусора, в Японии этот показатель выше - 30-50 %. В Германии принят закон, согласно которому фирмы-производители упаковки обязаны принимать до 90 % ее назад и перерабатывать не менее 80 % от объема ее ежегодного выпуска. В России в настоящее время широко распространены два основных способа переработки твердых коммунальных отходов - сжигание и биокомпостирование. Третьим, более простым и менее современным способом утилизации мусора является его захоронение на свалках и полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО). На долю этого способа приходится в среднем 75-80 % объема образующихся отходов.
     Современные полигоны ТКО - это комплексы природоохранных сооружений, предназначенные для складирования, изоляции и обезвреживания отходов, обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующие распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов. Поэтому полигоны строят по проекту, выполняемому проектными организациями, в соответствии с требованиями, предъявляемыми строительными нормами и правилами.
     Проекты крупных полигонов состоят из следующих основных частей [77]:
      •  гидрогеологической записки с обоснованием выбора площадки строительства;
      •  технологической части (расчета вместимости, режима эксплуатации и т. д.);
      •  генерального плана участка;
      •  архитектурно-строительной части;
      •  основных технико-экономических показателей;
      •  сводной сметы и т. д.
     Этапы проектирования в обязательном порядке включают в себя:
      •  установление необходимой вместимости полигона захоронения ТКО;
      •  исследование и выбор потенциальных участков;
      •  определение применимости федеральных, республиканских (областных) и местных требований к конкретному участку;
      •  определение местных технических возможностей в обеспечении потребности полигона в энергии и материалах;
      •  рассмотрение возможных направлений последующего использования участка после рекультивации [403].
     Кроме того, для предотвращения негативного воздействия на окружающую среду рекомендуются природоохранные мероприятия и инженерные решения,

6

Введение

которые обязательно разрабатывают в проектах. К ним относятся санитарнозащитная зона и противофильтрационный экран.
     К санитарно-защитной зоне относится территория, отделяющая жилую застройку от территории, занятой отходами. При этом руководствуются размером санитарно-защитной зоны, которая должна быть не менее чем 500 м от жилой застройки до границ полигона [234] и гидрологическими условиями.
     Противофильтрационный экран представляет собой слои глины или гео-синтетические мембраны, предназначенные для сбора фильтрата, его откачки и предотвращения попадания в грунтовые воды. Под фильтратом понимают жидкость, которая прошла через твердые отходы или появилась из них и содержит растворимые, взвешенные или осажденные материалы, выделенные из захороненных отходов.
     Проектирование полигона проводят в соответствии с техническим заданием заказчика, инструкцией по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов (АКХ им. К. Д. Памфилова. - М., 1996 [77]), СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления» [232], Федеральным законом от 24.06.1998 (ред. от 30.12.2008 № 309-ФЗ) № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», ГОСТ 30772-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины и определения», СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов» [234]; СанПиН 2.1.5.980-00. «Гигиенические требования к охране поверх-ностныхвод» [230].
     В ходе проектных работ используются топографические и тематические картографические материалы, литературные и фондовые источники информации, интернет-ресурсы, результаты натурного обследования территории, лабораторные исследования.
     Наибольший ущерб для окружающей среды наносит образующийся фильтрат. В связи с этим в рамках проекта полигона ТКО выполняются проектные работы по обезвреживанию фильтрата. Основные виды работ в проекте по обезвреживанию фильтрата:
      •  инженерно-экологические изыскания для оценки влияния климатогеографических и гидрогеологических условий на объём и состав образующегося фильтрата;
      •  лабораторные исследования по обоснованию оптимальных режимов обезвреживания и фильтрата;
      •  расчётные работы с использованием программных комплексов АРМ ТБО, в частности авторами предлагается использовать программный комплекс «Управление жизненным циклом полигона твердых бытовых отходов (АРМ ТБО)» (свидетельство регистрации программы для ЭВМ 2009612494. - ФИПС, 2009);
      •  расчёты по подбору доз реагентов в зависимости от технологии и производительности оборудования;

7

Системный подход к проектированию и строительстве полигонов ТКО

       • технико-экономическое обоснование предложенных решений по подбору оборудования и реагентов;
       • разработка рекомендаций по экологическому мониторингу с применением КИПиА и др.
     Краткая характеристика проектируемого полигона включает в себя следующую информацию:
       • площадь земельного участка с кадастровым номером отведенного под строительство полигона ТКО и его удаленность от населенного пункта;
       • состав почвы;
       • уровень подземных вод (УПВ) и прогнозное поднятие УПВ;
       • проектируемую глубину котлована;
       • проектную высоту полигона;
       • планируемую производственную площадь полигона;
       • проектный срок эксплуатации полигона.
     Если проектная высота полигона ТКО не менее 20 м, а нагрузка на использованную площадь превышает 10 т/м², то такой полигон считается высоко-нагружаемым.
     В графической части выполняются схема расположения земельного участка в заданном масштабе (М 1:10 000), схема разрезов полигона и схема генплана полигона в соответствии с выбранной технологией.
     На выбранном под полигон участке выполняется топографическая съемка, геологические и гидрогеологические изыскания.
     Основные элементы полигона — это подъездная дорога, участок складирования ТКО, хозяйственная зона, инженерные сооружения и коммуникации.
     Проект выполняется так, чтобы участок складирования ТБО (участок захоронения отходов, УЗО) занимал до 95 % площади. Его разбивают на несколько очередей эксплуатации с учетом приема отходов в течение 3-5 лет. Заполняют каждую очередь по высоте поярусно. Высоту каждого яруса принимают равной 2-2,5 м, включая толщину слоя изоляции отходов минеральным грунтом.
     УЗО должны быть защищены от стока поверхностных вод, поступающих с вышерасположенных земельных массивов. Для перехвата дождевых и паводковых вод вокруг полигона проектируют водоотводную канаву. На расстоянии 1-2 м от водоотводной канавы устраивают ограждение вокруг полигона. Также по периметру полигона на полосе 5-8 м высаживают древесно-кустарниковую растительность, прокладывают инженерные коммуникации (водопровод, канализацию), устанавливают мачты электроосвещения, отсыпают минеральный грунт для использования его на изоляцию ТКО [77].
     Хозяйственная зона проектируется на пересечении подъездной дороги с границей полигона, что обеспечивает возможность эксплуатации зоны на любой стадии заполнения полигона ТКО. В хозяйственной зоне проектируются бытовые и производственные здания и сооружения:
       • административно-бытовой корпус с контрольно-пропускным пунктом;
       • гараж;

8

Введение

      •  площадка с навесом для стоянки спецтехники на определенное количество машино-мест;
      •  склад для хранения спецодежды, хозинвентаря, материалов;
      •  трансформаторная подстанция;
      •  пожарный резервуар с рассчитанной емкостью;
      •  автомобильные весы с навесом;
      •  площадка для дезинфекции мусоровозов (дезбарьер);
      •  септик для приема хозяйственно-бытовых стоков от административнобытового корпуса и др.
     На участках с конфигурацией, близкой к квадрату, хозяйственную зону можно проектировать у последней очереди складирования ТБО. На участках вытянутой формы хозяйств зона размещается посередине длинной стороны. Хозяйственная зона занимает значительно меньшую часть от общей площади.
     На выезде из полигона проектируют контрольно-дезинфицирующую зону для дезинфекции колес мусоровозов.
     Расчетный расход талых вод на проектируемом полигоне ТКО может быть определен по слою стока за часы снеготаяния в течение суток согласно Временным рекомендациям ВНИИ ВОДГЕО.
     Размещают полигоны за пределами городов и населенных пунктов. Перед проектированием заказчик с заинтересованными организациями (архитектурно-планировочным управлением, отделом по делам строительства и архитектуры, органами экологии и санэпиднадзора и гидрологической службой и др.) определяют район, в котором подбирают участок для размещения полигона. По гидрологическим условиям благоприятными считают участки с отложениями глины и суглинков и залеганием уровня грунтовых вод на глубине более 2 м. Нельзя использовать под полигоны болота глубиной более 1 м и участки с выходом грунтовых вод на поверхность в виде ключей, территории, затопляемые водами, районы геологических разломов, а также участки, расположенные ближе 15 км от аэропортов. Под полигоны отводят отработанные карьеры глин, участки в лесных массивах, овраги, свободные от ценных пород деревьев [403].
     При отводе участка выдают рекомендации по использованию нарушенной территории после закрытия полигона с учетом дальнейшего ее использования.
     Капитальное строительство на участках складирования ТБО запрещено из-за выделения ядовитых и взрывоопасных газов в течение длительного времени (свыше 40 лет после закрытия полигона) [404].
     При проектировании и строительстве современных полигонов твердых коммунальных отходов необходим системный подход к рассматриваемому объекту. В данной монографии при проектировании полигона ТКО он будет рассмотрен как природно-техническая система утилизации отходов - Природа -Техника - Отходы (система ПТО), и будет представлено научное исследование процессов, протекающих в системе ПТО. Отзывы на монографию можно при-слатьпоадресам: iuras@dora.raid.ru, stg41@raail.ru.

9

            ГЛАВА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛИГОНОВ ТКО С УЧЕТОМ ЭМИССИОННЫХ ПОТОКОВ ВЕЩЕСТВ


1.1. Показатели антропогенного загрязнения окружающей среды отходами

     В настоящее время свидетельством загрязнения окружающей среды является огромное количество отходов, которые образуются в процессе жизнедеятельности населения и на стадии создания материальных продуктов за счет остатков сырья, полуфабрикатов и т. д. Кроме этого в результате антропогенного воздействия в атмосферный воздух и водоемы поступают загрязняющие вещества с бытовыми и технологическими выбросами и сточными водами (газообразные и жидкие отходы). В процессе эксплуатации изделий возникают отходы потребления (тара, расходуемые материалы, запасные части и т. п.). Изделия, утратившие свои потребительские свойства, превращаются в мусор или твердые бытовые отходы (ТКО). В крупных городах, где хозяйственная деятельность наиболее сконцентрирована и где на ограниченной территории сосредоточена значительная численность населения, происходит наиболее интенсивное накопление ТКО, которые при неправильном и несвоевременном удалении и обезвреживании представляют угрозу окружающей природной среде.
     Только в Пермском крае на учете находятся более 400 свалок общей площадью свыше 2 000 га. Из них только 160 свалок и ведомственных полигонов складирования отходов разрешены органами природы и администрациями территорий области. Примерно 240 свалок в области являются несанкционированными. В большинстве случаев санитарное состояние свалок неудовлетворительное, отмечаются серьезные нарушения действующих нормативных документов по безопасному размещению отходов, что наносит непоправимый ущерб окружающей среде. При сложившейся ситуации в городе Перми без внедрения промышленной переработки твердых бытовых отходов (ТКО) существует опасность «обрастания» города в течение 25-35 лет десятками «могильников» [189].
     Обезвреживание отходов - комплекс дорогостоящих мероприятий. Поэтому в последнее десятилетие, особенно после ужесточения экологических норм в развитых промышленных странах, бурно расцвёл бизнес, основанный на экспорте токсичных отходов. Между тем проблема утилизации собственных отходов в России стоит очень остро.


10

Глава 1. Анализ эмиссионных потоков веществ на полигонах отходов

     При выборе эффективных систем сбора, удаления, обезвреживания и использования ТКО исследуются состав и свойства ТКО по методикам [178]. При исследовании ТКО устанавливают их морфологический и фракционный состав, плотность, влажность, химический состав. Эти характеристики зависят от типа объекта образования отходов, вида используемого топлива, климата, местных социальных, национально-этнических условий и других факторов, индивидуальных для каждого города. К физическим свойствам ТКО относятся: плотность, влажность, теплотворная способность, теплоемкость. Плотность ТКО может изменяться в зависимости от времени года, климатической зоны, фракционного и морфологического состава.
     При работе с ТКО необходимо учитывать такие их свойства, как способность к слеживанию, механическая вязкость, коррозионная активность. Слежи-ваемость проявляется при длительной неподвижности ТКО, когда они теряют сыпучесть, самоуплотняются и способны выделять фильтрат (отжимную жидкость) без всякого внешнего воздействия. Механическая связанность определяется наличием волокнистых (текстиль) и армирующих (проволока, линейные куски древесины и др.) фракций.
     Важным показателем управления биохимическими процессами является влажность ТКО. Общая влажность средней массы ТКО по России доходит до 60 % [296]. При отсутствии соответствующих условий для проведения анализа можно воспользоваться упрощенным методом определения свойств отбросов на основе имеющихся сведений об их теплотехнических свойствах [178].
     Одним из важных количественных показателей в организации очистки городов от ТКО является накопление отходов, образующихся за дискретный период на расчетную единицу (человек для жилищного фонда; одно место в гостинице; 1 м² торговой площади для магазинов и складов и т. д.).
     Ориентировочные нормы накопления ТКО в зависимости от источников их образования определены СНиП 11-60-75 (на 1 чел/год). Для крупных городов нормы накопления ТКО составляют 260-280 кг/год на человека при средней плотности этих отходов 190-200 кг/м³. Морфологический состав ТКО в Пермском крае и Российской Федерации представлен в работе [296].
     Состав ТКО за последние десятилетия существенно изменился. Если в начале столетия мусорные свалки состояли в основном из остатков продовольствия и тяжелой фракции канализационных стоков, то сейчас на первом месте находятся такие компоненты, как бумага, стекло, полимеры, металлы. Показателен в этом отношении анализ, проведённый Европейской ассоциацией утилизации ТКО в 1993-1995 гг. Установлено, что объём сухих отходов (бумага, стекло, пластмасса, металл, текстиль) ныне уже в два раза превышает объём органических отходов (остатки продовольствия, тяжёлые фракции канализации). Динамика изменения

11

Системный подход к проектированию и строительстве полигонов ТКО морфологического состава отходов в различных странах показывает значительное увеличение процентного содержания полимеров в ТКО в большинстве стран. В промышленно развитых странах, таких как Япония и государства Европейского Союза, доля полимерных материалов наибольшая - 10-15 %, в России, в частности в Москве - 6%, что практически в 10 раз превышает показатель 1950 года. Это связано с большим применением в последние десятилетия полимернойупаковки [276].
      В настоящее время широко распространены два основных способа переработки ТКО: сжигание и биокомпостирование. В экономически развитых странах все меньше бытовых отходов вывозится на свалки и все большее их количество перерабатывается промышленными способами. Самый эффективный из них -термический. Он позволяет почти в 10 раз снизить объем отходов, вывозимых на свалки, причем несгоревший остаток уже не содержит органических веществ, вызывающих гниение, самопроизвольное возгорание и опасность эпидемий.
      Сейчас зарубежные специалисты делают ставку на мусоросжигательные установки [292], которые не только сжигают отходы, но и перерабатывают выделяемое при этом тепло в энергию. Тем не менее в большинстве стран выработка и утилизация тепловой и электрической энергии рассматриваются всего лишь как дополнение к обезвреживанию отходов. В этой связи особое внимание привлекает концепция «энергетического баланса», предложенная рабочей группой Всемирного энергетического совета: полученная энергия должна покрывать энергетические затраты на саму переработку мусора. Поэтому выбор технологии чаще всего определяется балансом производимой и потребляемой энергии. Наибольший эффект дают комплексные технологии (утилизация материалов и сжигание) или непосредственное сжигание неподготовленных отходов, а наименьший -компостирование отходов с захоронением неорганических остатков.
      Утилизация отходов в России имеет ряд особенностей. Главные из них -это суровый климат и сбор всех отходов в общий контейнер без предварительной сортировки. Из-за большой доли несгораемых веществ и высокой влажности бытовых отходов их калорийность невысока, всего 1 000-1 500 ккал/кг. Это почти в два раза ниже, чем в большинстве городов Европы, США и Японии [292].
      Утилизация мусора методом его сжигания широко применяется в тех странах, где остро ощущается «дефицит территории» и введены ограничения на захоронение определенных видов отходов (Япония, Великобритания, Германия), так как эта технология имеет ряд крупных недостатков. Так, многие химические вещества при сжигании ТКО переходят в дымовые газы - это хлорированные диоксины и хлорированные фураны, относящиеся к возможным канцерогенам для человека. Кроме того, при сжигании ТКО остаются шлак и зола, основными компонентами которых являются инертные материалы низкой растворимости (например, силикаты, клеи, песок, мелкая зола) и неорганические вещества.

12

Глава 1. Анализ эмиссионных потоков веществ на полигонах отходов

      В золе и шлаке обнаруживается значительное количество органических соединений (буфенил, хлорбензол, хлорофенол, диоксины). Большинство летучих металлов (мышьяк, ртуть, свинец, кадмий и цинк) обычно концентрируется в придонном шлаке. Полной статистики по вопросам утилизации золы и шлака до настоящего времени нет. По данным ЕРА, около 36% всего количества золы и шлака попадает в зольные насыпи (захоронение только золы без других ТКО), 17% располагаются вместе с ТКО, судьба остальных неизвестна. Если шлак можно использовать, например, при засыпке оврагов или в строительстве, то зола подлежит захоронению на специально оборудованных полигонах, поскольку она адсорбирует тяжелые металлы и другие токсичные вещества.
      Объемы промышленной переработки и утилизации мусора на мусоросжигающих заводах в нашей стране ничтожно малы. Сейчас действуют лишь 7 заводов по термической переработке отходов, причем 2 из них реконструируются, а остальные работают не на полную мощность. Практически все построенные в России мусоросжигательные заводы используют импортное оборудование. При этом они либо работают неудовлетворительно, либо остановлены. Серьёзной и пока нерешённой проблемой для них является задача улавливания из дымовых газов паров ртути и диоксинов. Альтернативой мусоросжигательным заводам являются мусороперерабатывающие заводы. При данной технологии используется метод биотермического компостирования (разложение содержащегося в ТКО органического вещества микроорганизмами).
      Третьим, более простым и менее современным способом утилизации мусора является его депонирование (захоронение) на свалках и полигонах ТКО. На долю утилизации этим способом приходятся в среднем 75-80 % объёма образующегося во всем мире мусора. Сравнительные данные различных аспектов существующих методов обезвреживания и переработки ТКО показаны в таблице 1.1.
      По мере исчерпания невозобновляемых ресурсов большой упор делается на исследования в области переработки отходов. Однако ясно, что даже при современных технологиях простая ликвидация отходов на свалках как минимум на 65 % дешевле любого способа их переработки, и в силу этого данный способ ликвидации отходов в настоящее время наиболее распространен.
      Пока самым дешевым способом утилизации ТКО является простое захоронение, когда мусор привозится на свалку без предварительной сортировки, складируется и засыпается небольшим слоем покровного грунта. Этот способ является наиболее распространенным также и в силу того, что не требует больших затрат. Однако при использовании этого способа происходит потеря земель, загрязнение подземных и поверхностных вод, возникает социальная напряженность вокруг таких свалок, наблюдается резкое ухудшение качества жизни и статуса данной территории, снижается стоимость земли и инвестиционная привлекательность


13