Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов. Часть 1. Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


№ 355

    МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ
Технологический университет




                                МИСиС





  Кафедра руднотермических процессов



            О.В. Голубев
            П.И. Черноусов
            А.Я. Травянов



 Металлургические методы переработки промышленных и бытовых
 отходов

 Часть 1.Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов

 Учебное пособие

 Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям Металлургия черных металлов и Металлургия техногенных и вторичных ресурсов


Москва Издательство «УЧЕБА» 2005

УДК 504.064 Г60



Рецензент
зав. сектором ФГУП «Гиредмет», канд. техн. наук Ю.А. Бирман




     Голубев О.В., Черноусов П.И., Травянов А.Я.
Г60    Металлургические методы переработки промышленных и
     бытовых отходов. Ч. 1. Образование и проблемы переработки твердых бытовых отходов: Учебное пособие. - М.: МИСиС, 2005. - 79 с.




          В пособии приведены основные понятия и характеристика проблемы твердых бытовых отходов (ТБО). Дана оценка современного состояния этой проблемы в России и за рубежом. Рассмотрены наиболее актуальные вопросы образования, накопления и утилизации ТБО с учётом их морфологического и химического состава. В настоящее время объемы накопления ТБО стали сопоставимыми с объемами накопления отходов добывающих отраслей промышленности. Вместе с тем по сложности морфологического состава и негативному воздействию на окружающую природную среду и здоровье человека ТБО значительно превышают отходы промышленности.
          Задача пособия состоит в формировании у студентов целостной картины образования и обращения с ТБО в мире на современном этапе и раскрытии основных тенденций в развитии и перспективах этого процесса.
          Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 110100 «Металлургия чёрных металлов», 110900 «Металлургия техногенных и вторичных ресурсов», 072000 «Стандартизация и сертификация в металлургии», 110200 «Металлургия цветных металлов».











                                   © Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет) (МИСиС), 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие................................................4
Введение...................................................5
1. Основные понятия и характеристика проблемы ТБО..........6
  1.1. Классификация отходов...............................6
  1.2. Классификация ТБО...................................6
  1.3. Краткая история развития проблемы ТБО ............. 7
  1.4. Объем накопления, состав и структура утилизации ТБО. 10
  1.5. Современные тенденции в образовании ТБО .......... 12
2. Современное состояние проблемы ТБО.................... 14
  2.1. Положение с ТБО в Российской Федерации............ 14
  2.2. Законодательство РФ в сфере обращения с отходами . 16
  2.3. Сбор и удаление твердых отходов .................. 18
  2.4. Опыт индустриально развитых стран................. 19
3. Основные направления переработки ТБО ................. 26
  3.1. Депонирование ТБО на свалках и полигонах ......... 26
    3.1.1. Требования законов РФ к размещению отходов на
    поверхности земли.....................................27
    3.1.2. Полигоны для размещения ТБО....................28
    3.1.3. Утилизация свалочного газа.....................29
    3.1.4. Изоляция полигонов.............................36
    3.1.5. Увеличение срока службы полигонов ............ 40
    3.1.6. Полигоны ТБО в Директивах Европейского союза ..41
    3.1.7. Процедуры депонирования отходов .............. 43
    3.1.8. Схема «Мусороперерабатывающая станция - полигон»..47
  3.2. Компостирование ТБО.................................48
  3.3. Переработка ТБО в анаэробных установках.............49
  3.4. Сплав ТБО в канализацию............................50
  3.5. Переработка ТБО с извлечением вторичных ресурсов....51
    3.5.1. Переработка бумажных отходов ................. 51
    3.5.2. Утилизация консервных банок....................54
    3.5.3. Стеклобой .................................... 55
    3.5.4. Автомобильные покрышки.........................55
    3.5.5. Строительные отходы ...........................58
    3.5.6. Пищевые отходы и производство перегноя ....... 58
  3.6. Термические методы переработки ТБО ................. 59
    3.6.1. Твердофазное сжигание ТБО......................60
    3.6.2. Жидкофазное сжигание ТБО ..................... 72
Библиографический список...................................78

3

ПРЕДИСЛОВИЕ
  Данное издание представляет собой первую часть пособия лекций по учебной дисциплине «Металлургические методы переработки промышленных и бытовых отходов» (всего 4 части). В тексте пособия студент может найти необходимые сведения о современном состоянии проблемы твердых бытовых отходов (ТБО). Ранее с подобной информацией студенты могли кратко ознакомиться в курсах «Основы экологии» и «Экология металлургического производства». Вместе с тем для осознания важности проблем производственного и глобального рециклинга для современной цивилизации специалисты-технологи должны обладать информацией об отходах, объемы накопления которых наиболее значительны. В пособии рассматривается история проблемы ТБО, современные тенденции в их образовании и накоплении, а также основные направления и конкретные технологии переработки этого вида техногенных ресурсов.

4

ВВЕДЕНИЕ
   Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов. В настоящее время масса потока ТБО, ежегодно поступающего в техносферу, достигла почти геологического масштаба и составляет около 400 млн т в год. Влияние потока ТБО уже остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда биофильных элементов, в частности органического углерода. Так, масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн т в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет немногим более 40 млн т в год.
   Объем накопления ТБО в России в последние пять лет превысил 150 млн м³, что уже совсем немного уступает объему образования отходов угледобычи (свыше 400 млн м³) или объему накопления отходов обогащения руд металлов (свыше 200 млн м³). С другой стороны, токсичность ТБО, содержащих тяжелые металлы, опасные химические соединения, бактерии и т.п., незначительно уступает отходам химической промышленности и биоэкотоксикантов. На 16 тыс. га земли, отданных в нашей стране под полигоны ТБО, ежегодно пропадают 1 млн т стали, 200 тыс. т алюминия, 4 тыс. т олова, до 100 млн лампочек, содержащих вольфрам.
   В предлагаемом пособии рассматриваются общие вопросы и основные тенденции в образовании и накоплении ТБО, приводятся данные об их морфологическом и химическом составе, а также о методах обращения с ТБО в России и передовых индустриальных странах.
   Материал пособия является базой для рассмотрения конкретных способов утилизации ТБО, в том числе с применением металлургических технологий.

5

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ТБО
1.1. Классификация отходов
   К настоящему времени сложилась следующая система классификации отходов, производимых цивилизацией:
   •   отхоДы производства - материалы, образующиеся в процессах производства продукции и выполнения услуг, не находящие применения на том предприятии, где они были получены;
   •   отходы потребления - материалы или изделия, утратившие свои потребительские свойства в процессе эксплуатации;
   •   твердые бытовые отходы (ТБО) - отходы потребления, образующиеся в населенных пунктах в результате жизнедеятельности населения. ТБО образуются, главным образом, в жилых зданиях, учреждениях и предприятиях общественного назначения (общественного питания, учебных и зрелищных комплексах, гостиницах, детских садах и т.п.). К ТБО относятся также отходы от отопительных устройств, уличный мусор, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий, канализационные отходы, осадки сточных вод и т.п. В последние годы эти отходы стали выделять в особую группу так называемых «муниципальных отходов»;
   •   опасные отходы - отходы, содержащие в своем составе вещества, обладающие хотя бы одним опасным для людей и окружающей среды (ОС) свойством (токсичностью, инфекционностью, взрыво-или пожароопасностью и т.п.), и присутствующие в таком количестве и в таком виде, в которых они представляют непосредственную или потенциальную опасность для здоровья людей или состояния ОС как самостоятельно, так и при вступлении в контакт с другими веществами или объектами ОС;
   •   вторичное сырье - отходы производства и потребления, собранные и подготовленные к повторному использованию при условии экологической безопасности применяемых технологий их переработки.

1.2. Классификация ТБО
   Несмотря на остроту проблемы ТБО, общепринятой их классификации до сих пор не существует. Известны способы их подразделения по источникам образования, характеру происхождения, качественному составу и пр.
   Источниками городских отходов являются домашнее хозяйство, коммерческие (конторы, магазины, рестораны) и муниципальные (школы, больницы) учреждения. По характеру использования быв

6

ших в употреблении товаров ТБО делятся на отходы товаров длительного (бытовая техника, мебель) и краткосрочного (газеты, одежда, пищевые отходы) пользования, а также различных видов упаковочных материалов. По качественному составу бытовые отходы подразделяются на бумагу (картон), пищевые отходы, дерево, металл черный, металл цветной, текстиль, кости, стекло, кожу и резину, камни, полимерные материалы, прочие компоненты и отсев (мелкие фрагменты, проходящие через 1,5-сантиметровую сетку).
   Б. Н. Ласкорин предлагает классифицировать отходы по направлениям переработки на группы, в которые попадают ТБО, подлежащие, соответственно:
   •    ликвидации без дополнительной обработки (сжигание, санитарные свалки и т.д.);
   •    повторному использованию в том или ином производстве после дополнительной обработки (разделение фаз, извлечение отдельных элементов, химическая обработка и т.д.);
   •    захоронению или складированию с необходимой предварительной обработкой.
   К опасным ТБО относятся: отходы, содержащие батарейки и аккумуляторы, электроприборы, лаки и краски, косметика, удобрения и ядохимикаты, бытовая химия, медицинские отходы, ртутьсодержащие термометры, барометры, тонометры, лампы.

1.3. Краткая история развития проблемы ТБО
   Проблема твердых отходов появилась вместе с человеком, но в древности это, в основном, была проблема домашнего мусора. Около 1450 г. до н. э. Моисей обязал свой народ возвращать отбросы обратно в землю (Второзаконие, гл. 23, ст. 12-13). Природа была в состоянии справляться с отходами, когда население было немногочисленным и отбросы были невелики, а человек продолжал вести натуральное хозяйство. Лишь позднее к ТБО добавились твердые отходы производства, к которым принято относить и отходы сельского хозяйства.
   История этой проблемы тесно связана с историей развития городов. Население древних городов увеличивалось в ограниченном крепостными стенами пространстве. Будущие горожане переселялись из деревень вместе с живностью, что увеличивало скученность в городе и загрязненность его территории отходами жизнедеятельности людей и животных.
   Приблизительно около 500 г. до н.э. в Афинах был издан первый известный эдикт, запрещающий выбрасывать мусор на улицы и предусматривающий организацию специальных свалок. Согласно закону мусорщикам предписывалось сбрасывать отходы не ближе чем за

7

милю от города. У римлян в Кодексе Юстиниана I были записаны меры, ограждающие граждан от скопления отбросов.
   Однако, подобно многим античными изобретениям, практика утилизации отходов была забыта в средние века. Средневековые города утопали в грязи и отбросах, а главными санитарами были кошки, собаки, свиньи и вороны. В жаркое время года отбросы быстро разлагались и, попадая в почву и водоёмы, порождали тяжёлые болезни, а зачастую и эпидемии, такие как чума, холера. К тому же обилие не убираемых бытовых отходов создавало благоприятную среду для быстрого размножения насекомых и грызунов - переносчиков инфекций.
   Жители продолжали выбрасывать мусор в окна вплоть до XIV в. По мнению некоторых историков, одна из наиболее жестоких пандемий чумы 1348-1350 гг., уничтожившая почти треть населения стран от Исландии до Индии, была вызвана именно этими загрязнениями. Лишь со временем, когда была установлена прямая связь между отходами и эпидемиями различных болезней, мусор стали собирать и вывозить за пределы городов.
   В 1297 г. в Лондоне был принят закон, приказывающий домовладельцам содержать дом и тротуар перед домом в чистоте. Закон 1354 г. обязывал жителей убирать грязь на улице ежедневно. Появилась профессия мусорщика и специальные повозки. Указ 1407 г. обязывал лондонцев сохранять накопившийся у них мусор в доме до прихода мусорщика. Во Франции в XVI в. издаётся ряд вердиктов, предписывающих горожанам собирать мусор в корзины, но они как не выполнялись горожанами, так и не контролировались городскими властями. В связи с тем, что проблема мусора и нечистот приобретала всё большую остроту, в 1789 г. власти Парижа предложили установить в определённых местах города каменные столбы, огороженные железными решётками, куда надлежало сбрасывать бытовые отходы. Во второй половине XIX в. уже были изданы указы, согласно которым на каждом этаже устанавливалось ведро или ёмкость для нечистот.
   Постепенно европейские муниципалитеты оформили ответственность за сбор и утилизацию отходов в законах. Мусор вывозили за городские ворота и просто складировали в различных хранилищах в сельской местности. В результате роста городов свободные площади в их окрестностях уменьшались, а неприятные запахи и возросшее количество крыс, вызванные свалками, стали невыносимыми. В результате отдельно стоящие свалки были во многих местах заменены ямами для хранения мусора.

8