7.1.3. ПРОБЛЕМЫ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Это одна из болезненных проблем, которую необходимо срочно решать. Ведь сегодня на Украине только твердых отходов накоплено 25 млрд. тонн, которые занимают около 160 тыс. га. Средняя плотность их почти в 10 раз превышает этот показатель в России.

Во второй половине 60-х годов нашего века наступила эпоха "мусорной цивилизации". В развитых странах объём отходов промышленности, сельского хозяйства и бытовой сферы достиг огромных размеров - 10 млрд.тонн в год. Запасы вторичного сырья в развитых странах сопоставимы с запасами естественных (первичных) ресурсов. Поэтому они являются важным источником обеспечения этих стран черными и цветными металлами, бумагой, удобрениями и т.д. (Боков В.А. и др., 1996 г).

Систематизация данных об отходах, это не просто "экологические затраты", как некоторые считают, а наиболее перспективные источники доходов. Так, в 12 государствах Европы, которые вместе взятые "продуцируют" отходов столько, сколько их "производит" одна Украина, ежегодно перерабатывается более 400 млн.тонн, имея благодаря этому более 40 млн.долларов доходов и большое количество рабочих мест. Украина же имеет 500 техногенных месторождений, комплексная переработка которых в 5-15 раз выгоднее, по сравнению с добычей и переработкой полезных ископаемых.

Проблема свалок и захоронения достаточно сложная. Она примыкает к проблеме утилизации отходов. В развитых странах приняты законы по обязательной переработке отходов с учетом характера окружающей среды и степени потенциальной опасности отходов. Причинами введения таких законов явились рост объема отходов, сложность или даже невозможность выделения новых площадей для свалок, мощное движение населения против свалок в районах выделения полигонов. Пример: мощное противостояние населения против выделения полигона ТБО у с.Сороковка вблизи г.Харькова. Мы здесь не будем останавливаться на всех этих вопросах. Покажем только на одном примере, как, например, решение проблемы бытовых отходов влияет на создание нетрадиционных источников энергии. Это получение биогаза.

Б И О Г А З

В последнее десятилетие во многих странах мира активизировались поиски нетрадиционных источников энергии. Изучается энергетический потенциал, создаются и совершенствуются методы использования биомассы, в том числе отходов сельского хозяйства производства (растительные остатки, навоз), лесного хозяйства, городских сточных вод, твердых бытовых отходов и т.п. Исследуются возможности и разрабатываются способы получения топлива из биомассы путем сжигания, сухой перегонки, гидролиза, аэробного и анаэробного разложения.

Анаэробное разложение - один из наиболее известных процессов превращения биомассы в энергию. Основные продукты анаэробного распада органического вещества - диоксид углерода, метан и сброженный осадок.

Твердые бытовые отходы, на 55-60% состоящие из органических фракций, также рассматриваются как значительный потенциал источников энергии.

В большинстве проведенных исследований подтверждается, что разложение органического вещества в твёрдых бытовых отходах (ТБО) протекает почти идентично сбраживанию сильно загрязненных сточных вод или осадка очистных сооружений.

Учитывая актуальность проблемы, рассмотрим основные направления и результаты научных исследований по этой проблеме за рубежом.

Одним из главных этапов в исследованиях по проблеме сбора и использования образующегося на полигонах биогаза является изучение процесса разложения ТБО, скорости его протекания, количества образующегося на разных стадиях газа, его состава и свойств, а также факторов, оказывающих влияние на перечисленные показатели.

Американскими учеными Фаркухарам, Ревенсом и Ринсом различаются 5 фаз процесса распада твердых бытовых отходов на полигонах:

1 фаза - аэробное разложение;

2 фаза - анаэробное разложение без выделения метана;

3 фаза - анаэробное разложение с непостоянным выделением метана;

4 фаза - анаэробное разложение с постоянным выделением метана;

5 фаза - затухание анаэробных процессов.

Фазы 1 и 2 имеют место в первые 10-50 дней с момента укладки отходов, время протекания третей фазы - от 180 до 500 дней. В течение фазы 4 состав и интенсивность выделения биогаза остаются постоянными, если не нарушаются никакие другие условия на полигоне.

Среди большого числа факторов, влияющих на процессы образования биогаза на полигонах, к перспективным относятся те, которые обеспечивают жизнедеятельность и активность метановых бактерий (микроорганизмов). Это: влажность, рН, температура, морфологический состав отходов, плотность, химический состав, условия складирования отходов - площадь, объем, глубина полигона (высота складирования отходов).

Из перечисленных факторов наиболее важным является влажность. Содержание воды должно обеспечивать возможность максимального распределения питательной среды и самих бактерий по объему полигона. Проведенными исследованиями экспертов установлено, что максимальный выход биогаза достигается при влажности 40-45% и рН от 6,5 до 8,0.

Оптимальный температурный режим для получения биогаза при анаэробном процессе разложения ТБО на полигонах - 29-38 град.С.

Главная среди физических характеристик, складирования на полигоне ТБО - плотность. Она оказывает влияние на скорость течения анаэробных процессов разложения, количество и интенсивность выделения образующего биогаза. При неплотной укладке отходов на полигоне увеличивается объем пустот и уменьшается выход биогаза.

Увеличение плотности складирования ТБО может быть достигнуто путем прессования и укладки тюками (брикетами), трамбовки катками специальных конструкций. Плотность ТБО повышается с увеличением площади и глубины полигона, а также времени, прошедшего с момента укладки отходов (естественное уплотнение).

Для получения биогаза в больших количествах, позволяющих использовать его в хозяйственных целях, разработано несколько методов. Они применяются в зависимости от конкретных условий каждого полигона. При решении вопросов применения того или иного метода, в первую очередь, учитываются: уровень грунтовых вод; время, прошедшее с момента закрытия полигона; каким материалом произведена изоляция верхнего слоя отходов, будут ли применяться меры для повышения качества и объемов выхода биогаза.

Анализ практического применения научных разработок в области сбора и утилизации биогаза на свалках ТБО за рубежом, показал следующее. Проведенные американскими специалистами расчеты показали, что рентабельное использование биогаза возможно только на полигонах вместимостью больше 1 млн.тонн.

На свалке Нью-Йорка с размером участком 60х90 м, из 100 пробуренных скважин ежесуточно получают 110 тыс.м3 биогаза, теплота сгорания которого после очистки, в сутки составляет 36453 кДж\м3. Этот газ подается непосредственно в газораспределительную сеть, по которой он в смеси с природным газом поступает к потребителям.

В штате Южная Каролина создана установки для получения биогаза со свалки ТБО площадью 12 га и глубиной 12 м. На этой свалке сбор биогаза производится посредством 18 скважин. В дальнейшем он подвергается осушке и очистке в адсорбентах.

Со свалок штата Флорида проектом предусматривается получать 198,1 тыс.м куб. биогаза в сутки.

В Калифорнии на закрытой в 1969 году свалке площадью 61 га и вместительностью 3,25 млн.т. ТБО в 1981 году начато получение биогаза 30 пробуренными скважинами. Биогаз используется для отопления и горячего водоснабжения отеля, плавательного бассейна, прачечной. Его потребление составляет от 270 до 810 м3/час.

В окрестностях Лондона в 1982 году на свалке площадью 20 га пробурено 20 скважин, через которые собирается 4000 м3\час биогаза. Самая низкая теплота сгорания биогаза 20112 кДж/м3. По трубопроводу длиной 4 км он поступает на местную фабрику, где позволяет экономить 15 тыс.тонн жидкого топлива в год.

Всего в Великобритании имеется более 300 свалок пригодных для получения биогаза в количестве эквивалентном примерно 1,3 млн.тонн условного топлива.

В Германии почти 300 свалок бытовых отходов оснащены установками по сбору и утилизации биогаза.

Использованием биогаза, получаемого на свалках ТБО, занимаются во Франции, Италии, Индии, Швеции и др. государствах.

Экспериментальными исследованиями установлено, что аэробный процесс с выделением метана идет в слабощелочной среде при рН 7,1-7,8. При рН < 7,0, характерной для "молодых" отходов, выделение метана незначительно и организация промышленного получения его экономически нецелесообразна.

Максимальное количество биогаза выделяется при рН 7,6-7,8. При этом плотность должна быть равной 0,95 и теплота сгорания в пределах 2000- 24000 кДж/ м3.

Наиболее активным при сушке и очистке от вредных примесей является сероводород (Н2S).

При разложениях ТБО на полигонах из каждой тонны отходов образуется до 250 м3. сырого биогаза с теплотой сгорания 4655-20950 кДж/ м3 и следующим усредненным составом: метан 50-65%, углекислый газ 30-45%, сероводород - 1-2%, азот , водород 1-2%, а также небольшое количество кислорода и различных соединений.

Известны, конечно, и другие способы использования твердых бытовых отходов.Это, как было выше отмечено, строительство мусороперерабатывающих заводов. Но, к сожалению, дешевизна свалок, отсутствие экологического контроля и законов, низкая стоимость сырья в прежние годы привели к неуправляемому распространению свалок твердых бытовых отходов. Для г.Харькова и Украины в целом это проблема чрезвычайно актуальна. Поэтому мы были вынуждены рассмотреть эту проблему, хотя бы только в аспекте получения какой-то прибыли от этих свалок. Это совсем не означает, что мы выступаем сторонниками образования новых свалок. Свалки в настоящее время это скорее вынужденная, чем целесообразная мера.