Технологии утилизации твердых отходов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
  «Новосибирский государственный технический университет»

ФАКУЛЬТЕТ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Кафедра инженерных проблем экологии




                                                  РЕФЕРАТ 
                     Технологии утилизации твердых отходов


         Работу выполнила: 
         студентка 2 курса 
         Факультет: ФЭН
         Группа: ЭнБ-41
         Красовская Анна Юрьевна

                                                                                                                   Преподаватель: Ларичкин В. В.









                                                     г. Новосибирск
                                                               2016

      Содержание:
      1.Введение……………………………………………………………………..3
      2. Определение и классификация твердых отходов (ТБО)…………...……..4
      3. Комплексное управление  ТБО.. ………………………………….………..6
      4.Основные технологии утилизации ТБО
            4.1. Подготовка и извлечение вторичного сырья……………………..7
                   4.1.1.Механизированная покомпонентная сортировка ТБО.……7
                   4.1.2Биотермическое аэробное компостирование………………...8
                   4.1.3.Анаэробное сбраживание ……………………………….……9
            4.2. Стабилизация и предварительная обработка отходов…………..10
                   4.2.1Механико-биологическая обработка отходов
                   4.2.2Сушка отходов за счет солнечной энергии
             4.3 Термическая переработка отходов………………………………...11
                    4.3.1Сжигание мусора
                    4.3.2. Пиролиз
                    4.3.3.Плазменная обработка мусора
              4..4. Полигонное захоронение ТБО…………………………………….12
      5. Заключение…………………………………………………………………..13
      6. Список использованных источников………………………………..…….15
      

      










      Введение
      В настоящее время на Земле проживает примерно 7 млрд. человек[1]. 
      Каждый человек в процессе своей жизнедеятельности оставляет неимоверное количество мусора. С каждым годом человечество потребляет все больше продуктов, после чего выбрасываются тонны упаковок и старых вещей.
      В среднем каждый житель нашей планеты производит около 300 кг в год мусора, который не разлагается. По данным ООН каждый год образуется около 720 миллиардов тонн отходов производства и потребления, из которых 440 миллиардов приходится на развитые страны. Так больше всех в мире бытовых отходов за год произведено в Китае - 300 млн. тонн. В США и Индии - 228 и 226  млн. тонн. А в России за год было произведено 48,2 млн. тонн [2].
      Потребности людей в разных товарах только повышаются, соответственно, растут размеры и темпы производства. Следовательно, увеличиваются производимые отходы, которые выбрасываются на свалки, из-за чего повышается уровень загрязнения городов: в лесах, на берегах водоемов, на окраинах городов, на пустырях, даже на обочинах улиц лежат пакеты с мусором.
       По данным Счётной палаты, в России обработку проходит менее 10 % твёрдых бытовых отходов, остальное занимает территорию общей площадью в 4 миллиона гектаров[2]. Но полигоны, на которые свозится мусор, уже переполнены им. Поэтому для свалок увеличивают территории. Это грозит тем, что наша планета может превратиться в одну большую свалку. 
      Поэтому чтобы не произошло экологической катастрофы, необходимо предпринимать меры по утилизации твердых отходов, ведь они наносят вред окружающей среде и здоровью человека.
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      Определение и классификация твердых бытовых отходов (ТБО)
      Твёрдые бытовые отходы (ТБО, бытовой мусор) — непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы быта или товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления[3]. 
      Твердые бытовые отходы представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и гниющих продуктов, отличающихся по физическим, химическим и механическим свойствам и размерам.
  Классификация ТБО можно разделить по нескольким критериям: 
  По качественному составу[3]: 
* бумага,
*  крупногабаритные материалы, 
* пищевые (органические) отходы,  
* пластик, 
* металлы,  
* резина, 
* кожа, 
* текстиль, 
* стекло, 
* дерево и прочие. 
 К опасным ТБО относятся[3]: 
* попавшие в отходы батарейки и аккумуляторы, 
* электроприборы, 
* лаки, краски и косметика, 
* удобрения и ядохимикаты, 
* бытовая химия, 
* медицинские отходы, 
* ртутьсодержащие термометры,  
* барометры, тонометры,  
* лампы. 
      Причем опасными они могут становиться при повреждении корпуса  (ртутьсодержащие приборы и батарейки), или при проникновении отходов в водоемы или в грунтовые и поверхностные воды (остатки - лаков, красок, клеев, бытовая химия, ядохимикаты).
      
      
По характеру и степени воздействия на природную среду они делятся на[3]:
- 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.
     Твердые бытовые отходы (ТБО) нарушают экологическое равновесие. Они являются источником поступления вредных биологических, химических неразлагающихся (или долгое время разлагающихся) препаратов в окружающую природную среду, которых там изначально не было. Таким образом, ТБО создают определенную угрозу здоровью и жизни людей, а также будущим поколениям. 
      Чтобы понять масштаб проблемы, приведу приблизительные сроки разложения некоторых видов отходов: до 1 месяца разлагаются пищевые отходы, бумажные полотенца и пакеты;  примерно 1-2 года картонные коробки, вещи из натуральных тканей, веревок, шерстяных носков, листьев и веток; около 10 лет разлагаются  деревянные доски и крупные ветки,  железные банки и арматуры, окурки и коробки из-под молока; приблизительно 50 лет изделия из пенопласта, кожаная обувь или синтетическая одежда; не менее 100 лет разлагаются жестяные банки, электрические батарейки, аккумуляторы для автомобилей, обломки бетона и кирпичей, а также металлические изделия; целых 500 лет необходимо дожидаться распада алюминиевых банок и одноразовых подгузников; дольше всего, до 1000 лет, подвергается разложению обычное стекло[4].
      С другой стороны ТБО следует рассматривать как материалы, которые содержат черные, цветные металлы, и др., пригодные для использования в промышленности: машиностроении, металлургии, в сельском хозяйстве и энергетике. Так, существуют отходы, биоорганического состава, рациональное применение которых это переработка на дешёвое энергетическое топливо, такой метод позволяет получать биогаз, а также освобождает территориальные просторы страны, от загрязняющих веществ.
      Таким образом, твердые отходы отрицательно влияют на человека и на окружающую его среду, если его не перерабатывать, а просто складировать на свалках, но при их переработке, они могут превращаться во вторичное сырье, что очень полезно для промышленности. 



      Комплексное управление ТБО
      
      В настоящее время, люди понимают всю серьезность проблемы ТБО, и создают новые технологии утилизации мусора. Причем, некоторые методы приносят прибыль, давая вторичное сырье.
      Компаний, которые перерабатывают мусор относительно немного, тогда как самого сырья большое количество. Поэтому, нужно чтобы государственные органы (или муниципальные) помогали и спонсировали создание таких компаний. Ведь от этого зависит чистота окружающей нас природы.
      Чтобы добиться результата, нужно управлять отходами, используя комплексные методы:

1.Для достижения сокращений количества отходов, или  вторичной переработки нужно использовать несколько методов. Все технологии должны разрабатываться  совместно, дополняя друг друга. 

2. В каждом городе нужно создавать свою систему утилизации ТБО, учитывая местные проблемы и ресурсы. Также оценка результатов и мониторинг нужно проводить непрерывно с разработкой и осуществления программы по утилизации ТБО.

3. Кроме участия городских властей, необходимо участие самих жителей города. Например, нужно чтобы жители вывозили мусор только на санкционированные свалки, а не в лес или за город, также желательно расфасовывать отходы по качественному составу, если есть контейнеры для разных типов мусора.  












      Основные технологии утилизации ТБО
      Технологии переработки отходов – совокупность концепций, методов и подходов к обращению с отходами производства и потребления, цель которых заключается в сокращении объема отходов и повышении эффективности их повторного использования[5].
      В целом, наилучшие доступные технологии, применяемые в сфере утилизации ТБО возможно разделить на следующие группы:
      1. Подготовка и извлечение вторичного сырья:
      Переработка мусора начинается с его сортировки. Сортировка может проходить в местах образования отходов, в пунктах приема вторичных материалов и в мусоросортировочных заводах. Обычно ТБО разделяются по размерам и материалам, это может происходить с помощью специально обученного персонала или полностью автоматической системой. После чего пригодное для вторичного использования сырьё измельчается, пакетируется и отправляется на повторное использование отходов, а не пригодное в уменьшенном виде на свалку.
      Механизированная покомпонентная сортировка ТБО
      Наиболее часто используется механизированная покомпонентная сортировка. Она служит для разделения несортированных отходов, и для повторной отсортировки после потребителей отходов для улучшения качества ТБО как сырья для следующей переработки.
Минус этого метода состоит в том, что качество выделяемых  при механизированной сортировке продуктов  меньше, чем при ручной.
Сортировочные устройства зачастую выполняют следующие действия:
? отсеивание;
? уменьшение размеров;
? уплотнение;
? отделение по плотности или магнетическим свойствам 

      Если будет производиться только одна сортировка, то задача очистки города и оптимальной переработки ТБО не будет решена. Поскольку полученные компоненты (за исключением металлов) сбываются с трудом, или для их переработки требуется создания специальных производств, значительная часть отходов не утилизируется и подлежит удалению на полигоны.
      
      
      
      

      Биотермическое аэробное компостирование
      Метод механизированного биотермического компостирования обезвреживает  ТБО в аэробных условиях. 
      Масса органических отходов, которая разлагается в результате активности микроорганизмов (пищевые отходы, зеленые садовые отходы, отходы древесины, ил сточных вод и др.), перерабатывается в биотермических барабанах, в которых контролируются оптимальные условия для развития микроорганизмов (температура, кислород, влажность,  рН и другие параметры).  Методы биологической переработки позволяют уменьшить объем отходов и менять физические свойства для захоронения отходов. 
      Компостирование – аэробный метод переработки, в процессе которого органические вещества при оптимальных условиях воздуха и влажности превращаются в похожий на гумус продукт – компост. Компост образуется в  результате частичного разложения отдельных продуктов, которые содержат органическое вещество и неорганические балластовые вещества. Его используют в сельском хозяйстве, в садоводстве и в формировании ландшафтов как альтернативу для торфа. 
       Компостирование производится либо открытым способом, либо закрытым в биореакторах. Для компостирования открытым способом используют открытые ямы (траншеи), аэрированные кучи, которые покрываются брезентом или пленкой. Этот метод самый распространенный. При этой технологии формируют трапецеидальные кучи 1,5–2 метра в высоту, в которые складывают сырье (размельченные и смешанные отходы) компоста и его размещают в направлении правящих ветров. Их периодически перемешивают, чтобы обеспечить оптимальные условия воздуха и влажности. 
      Переработка твердых отходов в компост – достаточно совершенный метод их обезвреживания и последующего использования. Основной недостаток данного метода в том, что отходы в России не проходят должной первичной переработки и конечный продукт может содержать соединения тяжелых металлов, химически опасные вещества.
      
      
      
      
      
      
      
      

      Анаэробное сбраживание (биохимическая ферментация ТБО)
      Еще один метод переработки мусора– получение и утилизация биогаза, который образуется при анаэробном разложении органических компонентов ТБО. Обычно этот метод проводится сразу на полигонах, и ему подвержены смешенные бытовые отходы.
      Этот метод сравним с компостирование, но он отличается тем, что при сбраживании производится биогаз и его реализация требует меньше места и связана с меньшими ограничениями в отношении исходного материала. 
      В анаэробной (бескислородной) технологии для переработки ТБО используют разные бактериальные группы, которые постепенно в трехстепенных процессах (гидролизе, ферментации и образовании метана) разлагают высокомолекулярные органические соединения до простых конечных продуктов – метана и углекислого газа (CO2). 
      Получение биогаза в анаэробном процессе происходит в бескислородной среде, поэтому для его реализации необходим закрытый резервуар: специально сконструированный стационарный реактор или изолированные энергетические ячейки на полигоне отходов. Чтобы обеспечить производство биогаза на промышленном уровне необходимо комплексное, сложное производство, которое состоит из системы аккумулирования биомассы, оборудование переработки и системы аккумулирования и очистки биогаза.
      Конечный продукт – биогаз – источник энергии. Его популярность возросла  в государствах Европейского Союза в связи с тем, что исчерпаемые источники энергии уменьшились. Анаэробный метод производит биогаз и позволяет использовать остаточные продукты разложения в качестве удобрения, но их качество должно быть высоким, не содержать загрязняющих веществ. Кроме того, этот метод дорогой, поскольку необходимо  использовать большое число ректоров вместительной емкости. 
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      

      
      2. Стабилизация и предварительная обработка отходов
      Механико-биологическая обработка отходов. 
      Сущность этого метода заключается в дроблении ТБО на мелкие части после грубого визуального осмотра. После этого просева масса делится на несколько фракций. Основная часть отходов после размельчения и просева оседает в потоке мелких частиц величиной не более 40 мм, после чего транспортируется в биологический отдел, в котором обрабатывается микроорганизмами аэробно в помещениях с кислородом или без него, тем самым снижается уровень органических веществ. Этот процесс повторяется до биодеградации, разрушения сложных веществ. После частица подвергаются сожжению, а побочный продукт можно использовать для производства извести, цемента и в электропромышленности. 
      В потоке больших частиц оседают бумага, фольга, пластмасса, древесина, обувь и т.д. При помощи баллистической системы из потока выкидываются предметы большого размера, массы или вредные примеси, которые утилизируются отдельно и помещаются в особую фракцию. Такие предметы в дальнейшем послужат горючим веществом. Они транспортируются в печь для сжигания. В результате образуется шлак, который можно использовать в строительстве дорог.
      Механико-биологическая обработка не является окончательным методом устранения отходов, так как получаемый при этом остаток должен подвергнуться дополнительным операциям в форме полигонного захоронения или сжигания.
      Сушка отходов за счет солнечной энергии
      Метод с использованием солнечной энергии служит для сокращения объема и повышения теплотворной способности отходов с высоким содержанием воды и ила сточных вод.
      Сушка проводится в цехе с прозрачной кровлей и со стеновым ограждением. Отходы разогреваются энергией солнечного излучения, а атмосфера в цеху способствует переходу влаги в воздух. Для  эффективности сушки отходы подвергаются ворошению и разрыхлению. Солнечная энергия ускоряет процесс перехода влаги из отходов в воздух. 
      
      
      
      
      
      
      
      
      

      
      3. Термическая переработка отходов
      Сжигание мусора
      Самый старый и распространенный метод утилизации ТБО – сжигание. Существуют специальные печи для сжигания больших объемов мусора, в которых температура не менее 600 °С. Этот  способ имеет и плюсы: уменьшение объема отходов, получение тепловой энергии, и большой минус: попадание в атмосферу вредных веществ. В связи с этим, заводы должны очищать газообразные отходы с помощью разнообразных фильтров.
      Пиролиз
      Кроме сжигания к этому способу утилизации мусора относится пиролиз, который представляет собой разложение отходов под действием высоких температур без доступа кислорода. Осуществляют пиролиз в специальных установках. В их реакторах происходит сначала высушивание осадка, а потом его разложение при высокой температуре без доступа воздуха. В результате получается газ, который после простой очистки поступает в атмосферу, и экологически безвредный шлам, который захоронят на полигонах. Этим методом можно утилизировать пластик, покрышки, масла после отработки, и т. п. Пиролиз – более совершенный и перспективный способ утилизации отходов, чем простое сжигание.
      Плазменная обработка мусора 
      По сути это газификация отходов. Обработка происходит при высочайших температурах  900- 5000 градусов. В результате получается газ, а из неорганики – шлак. Газ используется для получения тепла и электроэнергии, а шлак получается компактным и  безвреден. Для этой обработки можно не проводить сортировку и сушку отходов. 
       Основным преимуществом газификации является то, что получаемые горючие газы могут быть использованы в качестве топлива, а получаемая смола может быть использована как топливо или химическое сырье. К недостаткам можно отнести, что при газификации с использованием воздушного и паровоздушного дутья получают газ с низкой теплотой сгорания 3,5–6 МДж/м. Такой газ непригоден для транспортировки и может быть использован только на месте получения. 
      
      
      





      4.Полигонное захоронение ТБО
      Самым распространенным и дешевым методом утилизации отходов является полигонное захоронение. Этот метод очень прост в использовании, и, к сожалению, в России часто используется. 
Суть метода в том, что в специальных выкопанных ямах распределяют мусор и засыпают его слоем грунта в 60-80 см. Производят такую обработку на полигонах, подготовка которых исключает проникновение в почву, грунтовые воды загрязнений. Идеальные полигоны должны быть снабжены специальной вентиляцией, фильтрами, емкостями для сбора биогаза и газоотводящей системой. Но даже при этих системах не исключен риск загрязнения, так как  полигонные захоронения могут нанести вред атмосфере, почве и грунтовым водам.
         Различают 3 основных этапа существования полигона:
1. первый этап – период работы полигона 15–20 лет. За это время происходит заполнение мощностей полигона отходами;
2. второй этап (его условно можно назвать биореактором) – период после закрытия полигона до времени затухания биохимических процессов в свалочном теле. В этот период процессы биохимического разложения вещества в теле полигона при отсутствии специальных технологических решений протекают естественным образом;
3. третий этап – период адаптации полигона к окружающей среде.
  Отрицательными воздействиями полигонов на окружающую среду являются: 
* загрязнение атмосферного воздуха продуктами разложения отходов;
* загрязнение почв, бактериологическое заражение местности;
*  загрязнение подземных и поверхностных вод фильтратом полигона; 
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      

      Заключение
      Для решения проблемы утилизации ТБО нужно использовать комплектные методы. Для начала, наша задача состоит в том, чтобы бы не загрязнять окружающий нас ландшафт. Нужно выбрасывать мусор в контейнеры.
      Кроме того, должна достаточно на хорошем уровне осуществляться работа ЖКХ, они должны следить, чтобы урн и контейнеров хватало, и обеспечивать своевременный вывоз мусора. Также администрация должна благоустраивать места для утилизации отходов.
      У нас в России только начались создаваться мусороперерабатывающие компании, поэтому с 1 января 2016 года в единых платежных документах появилась новая строка по оплате за жилищно-коммунальные услуги. Россиянам добавили новую оплату к имеющимся услугам ЖКХ. Согласно поправкам расчеты управляющей компании, ТСЖ, ЖСК за коммунальные услуги будут производиться теперь не только с ресурсоснабжающими организациями, но и с региональным оператором по обращению с твердыми коммунальными отходами[6]. 
      Таким образом, для нормализации экологического состояния, нужно применять такие технологии, как вторичное применение твердых отходов. Тогда будет улучшаться состояние экосистемы и это приведет к: 
* уменьшению образования мусора, на основе малоотходного или безотходного производства;
* сокращению токсичных элементов и прочих материалов загрязнёнными подобными веществами с помощью новых технологий;
* увеличению уровня переработки отработанных материалов;
* экономии сырьевых материалов с большим потенциалом, заменив их отходными ресурсами;
* уменьшению финансовых затрат, а также ресурсов на утилизацию отходов, их вовлечение в сельскохозяйственный оборот. 
 









Список использованных источников
1. http://answiki.org/774-skolko-lyudey-zhilo-na-zemle-za-vse-vremya.html
2. http://vegafood.com.ua/neudobnaya-pravda/skolko-musora-ostaetsya-posle-cheloveka-za-7-dnej
3. http://www.metalspace.ru/education-career/osnovy-metallurgii/tbo/923-tverdye-bytovye-otkhody.html
4. http://ecograd-spb.ru/stati/72-sroki-razlozheniya-tverdykh-bytovykh-otkhodov
5. http://www.cleandex.ru/all/recycling/refuse
6.http://informatio.ru/news/society/tarify/u_rossiyan_poyavitsya_novaya_stroka_v_platezhkakh_za_zhkkh_s_1_yanvarya_2016_goda_tverdye_kommunalny/
7. Научная электронная библиотека (http://www.monographies.ru), статья  « Обзор наилучших доступных технологий утилизации ТБО».



     14
     
     
.......................