БЫТОВЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ОТХОДЫ

1. БЫТОВЫЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ОТХОДЫ.

Производственная и бытовая деятельность человека неминуемо связана с образованием твердых отходов. Если газообразные и жидкие отходы сравни­тельно быстро поглощаются природной средой, то ассимиляция твердых от­ходов длится десятки и сотни лет. Места складирования отходов занимают громадные территории. Ежегодно в Украине складируется до 1,5 млрд т твер­дых отходов. Всего в стране их скопилось до 30 млрд т. Свалки отходов зани­мают более 150 тыс. га. В связи с низким уровнем технологических процессов объем образования промышленных отходов в Украине в 6,5 раза выше, чем в США, и в 3,2 раза выше, чем с странах ЕЭС.

Проблема отходов — это проблема больших городов, и чем больше город, тем эта проблема острее.

Отходы — неиспользуемые для производства данной продукции отдель­ные компоненты сырья или возникающие в ходе технологических процессов вещества и энергия, не подвергающиеся утилизации в данном производстве. Отходы одного производства могут служить сырьем для другого.

Твердые бытовые отходы (ТБО) — непригодные для дальнейшего исполь­зования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые человеком.

Утилизация — употребление с пользой.

Реутилизация (рецикл) — получение из использованной готовой продук­ции путем ее переработки новой продукции того же или близкого ей типа (например, бумаги из макулатуры, металла из металлолома и др.). Использо­вание ТБО в качестве исходного продукта для другого производства также является одним из видов реутилизации.

Вторичные материальные ресурсы (ВМР) — совокупность всех видов от­ходов, которые могут быть использованы в качестве основного и вспомога­тельного сырья для выпуска новой продукции. Реальные вторичные матери­альные ресурсы — это те, для которых созданы эффективные методы и мощ­ности для переработки и обеспечен рынок сбыта. Потенциальные ВМР — все виды вторичных ресурсов, не вошедших в группу реальных.

Фильтрат — жидкая составляющая ТБО, сильно загрязненная. Классификация отходов. Отходы подразделяются на:

•  бытовые (коммунальные) — твердые и жидкие отходы, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате жизнедеятельности людей и амортизации предметов быта;

промышленные — остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свой­ства;

• сельскохозяйственные — отходы, образующиеся в ходе сельскохозяйственного производства;

• строительные — отходы, образующиеся в процессе строительства зданий, сооружений (в том числе дорог и других коммуникаций) и производстве строительных материалов;

• потребления — изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа;

• радиоактивные — неиспользуемые прямые и косвенные радиоактивные вещества и материалы, образующиеся при работе ядерных реакторов при производстве и применении радиоактивных изотопов.

Отходы промышленного и сельскохозяйственного производства называются также производственными отходами. Они могут быть токсичными и не­токсичными.

Токсичные — отходы, способные вызывать отравление или иное пораже­ние живых существ.

1.1. Состав, свойства и объем твердых бытовых отходов.

Морфологический состав. В состав ТБО входят следующие компоненты: бумага, картон 20—30%, пищевые отходы 28—45%, дерево 1,5—4%, металл черный 1,5—4,5%, металл цветной 0,2—0,3%, текстиль 4—7%, кости 0,5—2%, стекло 3—8%, кожа, резина, обувь 1—4%, камни, фаянс 1—3%, пластмасса 1,5—5%, смет ( 15 мм) 7—18%, прочее 1—3%.

Процентные соотношения морфологического состава ТБО весьма услов­ны, так как на соотношение составляющих оказывают влияние степень бла­гоустройства жилого фонда, сезоны года, климатические и другие условия. В составе ТБО постоянно увеличивается содержание бумаги, пластмасс, фоль­ги, различного рода банок, полиэтиленовых пленок и других упаковок. Осо­бенно велики сезонные колебания пищевых отходов — с 28% весной до 45% и более летом и осенью.

В состав пищевых отходов входят картофельные очистки, отходы ово­щей, фруктов, хлеба и хлебопродуктов, мясные и рыбные отходы, яичная скорлупа и др. Они содержат крахмал, жиры, белки, углеводы, клетчатку, витамины. Влажность пищевых отходов колеблется от 60—70% весной до 80—85% летом и осенью. Влажность пищевых отходов ресторанов, столо­вых и других предприятий питания достигает 95%. Балластные примеси пищевых отходов представлены костями, боем стекла и фаянса, металли­ческими крышками и банками.

В целях сохранности и возможности использования пищевых отходов их следует хранить летом при 1 > 6—7° С не более 10 часов, зимой при той же температуре до 30 часов.

Емкости для хранения пищевых отходов необходимо мыть 2% раствором кальцинированной соды или раствором хлорной извести, содержащей 2% ак­тивного хлора, и затем полоскать чистой водой.

Фракционный состав. Основная масса ТБО представлена фракциями до 150 мм (80—90%) и только менее 2% (балластные примеси) представлены фракциями более 350 мм.

В табл. 1 приведены усредненные данные по фракционному составу ТБО крупного города.

Как видно из приведенных в табл.1 данных, фракционный и морфоло­гический состав ТБО взаимосвязан: чем больше в ТБО пищевых отходов, имеющих в основном размеры менее 50 мм, тем больше в их составе мелких фракций и наоборот, при увеличении в составе ТБО различных упаковок (картон, дерево, пластмасса, бутыли и др.), имеющих размеры более 150 мм, значительную долю в массе отходов будут составлять крупные фракции. В различные сезоны года фракционный состав меняется.

Таблица 1. Содержание составляющих ТБО по фракциям, % от общей массы

Наименование составляющих ТБО	Величина фракций, мм
	350-250	250—150	150-100	100-50	менее 50
Бумага	3-8	9-11	9-11	7-9	2-8
Пищевые отходы	—	0—1	2-10	7—13	17-22
Металл	—	0-1	0,5-1	0,8—1,6	0,3-0,5
Дерево	0,5-1	0—0,5	0-0,5	0,5—1	0-0,5
Текстиль	0,2-1,3	1-1,5	0,5-1	0,3-1,8	0-0,5
Кости	—	—	—	0,3-0,5	0,5-0,9
Стекло	—	0-0,3	0,3-1	0,5-1,5	0-0,3
Кожа, резина	—	0-1	0,5-2	0,5-1,5	0-0,3
Камни	—	—	0,2-1	0,5-1,5	0,5-2
Пластмасса	0-0,2	0,3-0,8	0,2-0,5	0,2-0,5	0,2-0,5
Смет и прочие	—	0-0,5	0-0,5	0-0,4	7-11
ВСЕГО:	4-10	11-15	18-22	20-30	30-40

Химический состав. Усредненные данные химического состава ТБО по климатическим зонам приведены в табл. 2. Украина относится к средней климатической зоне, за исключением Южного берега Крыма, который отно­сится к южной. Как видно из результатов, приведенных в этой таблице, по содержанию таких элементов, как азот, фосфор, калий и кальций, ТБО могут быть отнесены к веществам, из которых можно получать ценные удобрения

Таблица 2. Химический состав ТБО в различных климатических зонах от сухой массы

Показатели	Климатические зоны
	средняя	южная
Органическое вещество	56-72	56-80
Зольность	28-44	20-44
Общий азот 1	0,9-1,9	1,2-2,7
Кальций	2-3	4-5,7
Углерод	30-35	28-39
Фосфор	0,5-0,8	0,5-0,8
Общий калий	0,5-1	0,5-1,1
Влажность (% от общей массы)	40-50	35-70

Физические свойства ТБО: плотность, связность и сцепление. Плотность ТБО городов Украины составляет в среднем 0,19—0,23 т/м³. Плотность ТБО колеблется в зависимости от благоустройства жилого фонда и сезонов года. Для благоустроенного жилого фонда плотность ТБО в весенне-летний сезон составляет 0,18—0,22 т/м³, в осенне-зимний сезон 0,2—0,25 т/м³, для небла­гоустроенного жилого фонда с печным отоплением 0,3—0,6 т/м³. Чем больше бумаги и различных пластмассовых упаковок, тем меньше плотность ТБО. С увеличением влажности плотность ТБО повышается. В будущем плотность ТБО больших городов за счет увеличения количества различных упаковок снизится до величины, близкой 0,1 т/м³. В крупных городах Европы и Аме­рики плотность ТБО близка к этому показателю.

Связность и сцепление. Бумага и картон, текстиль и пластмассовые плен­ки формируют структуру ТБО и придают им механическую связность. Лип­кие и влажные компоненты обеспечивают сцепление. Эти свойства ТБО спо­собствуют сводообразованию и зависанию на стенках бункеров и прутьях решеток. Так, через решетку 30x30 см ТБО самостоятельно не проваливают­ся, и для их проталкивания требуются дополнительные усилия. На стенках бункеров с углами 65—70° происходит налипание и зависание ТБО. При дли­тельном хранении ТБО слеживаются, самоуплотняются и теряют сыпучесть.

Компрессионные свойства. Для уменьшения общего объема ТБО при пе­ревозке и складировании на полигонах важно знать их компрессионные свой­ства, т.е. влияние давления на степень уплотнения.

При послойном уплотнении на полигонах при удельном давлении, рав­ном 0,1 МПа, объем рыхлого ТБО, выгруженного из мусоровоза, уменьшает­ся в 3—4 раза.

При прессовании ТБО в мусоровозе при удельном давлении, равном 0,1 МПа, их объем уменьшается в 1,5—3 раза.

При повышении удельного давления до 0,3—0,5 МПа происходит полом­ка различного рода упаковок, прессование бумаги и пленок, начинается выдавливание влаги. Объем ТБО в зависимости от состава и влажности может быть уменьшен как минимум в 5 раз от первоначального, полученного при сборе ТБО в контейнерах. Плотность ТБО при этом может достигать величины, равной 0,8 т/м³ и более.

При повышении удельного давления до 10—20 МПа отжимается 80—90% всей влаги, содержащейся в ТБО при сборе. При этом объем ТБО снижается еще в 2—2,5 раза, а плотность повышается в 1,3—1,7 раза. Спрессованные таким образом ТБО на какое-то время стабилизируются, так как содержания влаги в ТБО недостаточно для активной жизнедеятельности микроорганиз­мов, а доступ кислорода из-за высокой плотности затруднен. При дальней­шем повышении удельного давления до 60 МПа происходит почти полное отжатие влаги, но объем практически уже не изменяется. Микробиологичес­кая жизнь в таком материале замедляется.

Абразивные и коррозионные свойства (от лат. abrasu — соскабливание и corrose — разъедание). Соскабливание трущихся поверхностей происходит за счет балластных фракций (металл, бой стекла, фаянса, кости и др.). В связи с этим ТБО обладают абразивностью и могут истирать соприкасаю­щиеся с ними взаимоперемещающиеся поверхности. При контакте с метал­лами ТБО оказывают корродирующее воздействие, что связано с их высо­кой влажностью, наличием в фильтрате растворов различных солей и кис­лой средой (рН=5—6,5).

Теплотехнические свойства. Наличие в ТБО большого количества органи­ческих веществ обуславливает их теплотворную способность.

Удельная теплоемкость основных компонентов ТБО (в Дж/кг • град.) следу­ющая: вода — 4190; дерево, картон, бумага — 2000—2500; стекло, камни — 800—1000; железо — 400; алюминий — 860.

Теплотворная способность ТБО также зависит от их плотности. Так, при изменении плотности от 0,2 т/м³ до 0,5 т/м³ теплотворная способность ТБО снижается с 2000 до 940 ккал/кг.

Санитарно-бактериологические свойства. ТБО содержат большое коли­чество влажных органических веществ, которые, разлагаясь, выделяют гни­лостные запахи и фильтрат. При высыхании продукты неполного разложе­ния образуют насыщенную загрязнителями и микроорганизмами (от 300 до 15 млрд на 1 г сухого вещества) пыль. В результате происходит интенсив­ное загрязнение воздуха, почв, поверхностных и грунтовых вод. Разносчи­ками патогенных микроорганизмов являются мухи, крысы, птицы, бездом­ные собаки и кошки.

В среде ТБО наряду с сапрофитными развиваются патогенные бактерии — носители различных заболеваний. Кроме патогенных микроорганизмов, ТБО содержат яйца гельминтов (глистов). При складировании ТБО часть патогенных микроорганизмов погибает уже через несколько дней, тогда как другие их виды могут существовать в таких условиях в течение нескольких лет. Яйца гельминтов сохраняют свою жизнестойкость в течение многих лет. С пылью или фильтратом они выносятся за пределы складирования ТБО и являются источниками загрязнения вод и почвенного покрова.

Микроорганизмы, обнаруживаемые в ТБО, являются возбудителями ге­патита, туберкулеза, дизентерии, аскаридоза, респираторных, аллергических, кожных и других заболеваний.

Обеззараживание ТБО осуществляется следующими методами: сжигание органики на мусоросжигающих заводах, обработка дезинфицирующими ра­створами, биологическое обеззараживание в аэробных (компостирование) и в анаэробных (захоронение на полигонах) условиях, глубокое прессование с полным отжатием фильтрата, капсулирование измельченного ТБО различ­ными отвердителями.

Биологическое обеззараживание ТБО при захоронении их на полигонах осуществляется следующим образом. ТБО перекрываются слоем земли, что прекращает доступ кислорода. В анаэробных условиях (при отсутствии кис­лорода) развиваются анаэробные бактерии, разлагающие органические вещества и убивающие патогенную микрофлору. Процесс разложения орга­ники очень длителен и требует больших площадей для складирования ТБО. При этом возможна утилизация органических веществ в виде биогаза, со­держащего до 55—60% метана.

Биологическое обеззараживание ТБО при компостировании осуществля­ется следующим образом. При наличии влаги и кислорода в среде ТБО раз­виваются аэробные бактерии. Сначала развивается группа мезофильных аэроб­ных бактерий, которые расщепляют некоторые органические соединения. При этом выделяется энергия, которая разогревает ТБО до 20—35° С. После пер­воначального разогрева в среде ТБО начинает активно развиваться группа термофильных аэробных бактерий, которые способны расщеплять более ус­тойчивые органические соединения. Выделяющаяся при этом энергия разо­гревает ТБО до 60° С и более. Такая температура губительна для патогенных микроорганизмов (табл.Щ.3).

Таблица 3. Влияние температуры на гибель патогенных микроорганизмов

Влияние температуры на патогенные микроорганизмы
Возбудители заболеваний	условия выживания		условия гибели
	среда	число дней	1°С	время в мин.
Туберкулеза Тифа Дизентерии Холеры	ТБО в почве ТБО  ТБО ТБО	150-180 4-115 10-40 1	55-65 55-60 55 50	5-60 5-30 60 80-60

По действующим в Украине санитарным нормам для определения бакте­риального загрязнения ТБО пользуются титрами (титр — содержание чего-либо в единице объема) микроорганизмов, определяемых по специальной методике. В качестве тест-объекта используют "коли-титр", т.е. количество клеток кишечной палочки, которые свидетельствуют о развитии другой более опасной патогенной микрофлоры. В странах Европейского сообщества в ка­честве титра используют фекальный стафилококк.

В табл. 4 приведены данные аэробного обеззараживания в процессе компостирования.

Таблица.4. Эффект аэробного обеззараживания в процессе компостирования

Микрофлора	В исходном ТБО	В готовом компосте
Сальмонеллы Фекальные колиформы (условные патогены) Общие колиформы	6000 2,7 -10   4,4-10	0-5 8  8

Объемы ТБО. Ежегодно на нашей планете образуется несколько миллиар­дов кубических метров ТБО. Количество ТБО, образующихся в различных стра­нах мира на душу населения, составляет сотни килограммов в год и колеблют­ся от 200—300 кг в странах Скандинавии, до 500—700 кг в США и Канаде. Последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденция к росту количества ТБО, приходящегося на душу населения, особенно в крупных городах.

Нормы накопления — это количество ТБО, образующихся на расчетную единицу (человек для жилого фонда; одно место в гостинице; 1 м² торговой площади для магазинов и складов; одно посадочное место в столовых, кафе, ресторанах, кинотеатрах; одного ребенка в яслях и детсадах; одного учащего­ся в школах, училищах, институтах и т.д.). К ТБО, входящих в норму накоп­ления от населения и удаляемых специальным автотранспортом, относятся отходы, образующиеся в жилых и общественных зданиях, включая отходы от текущего ремонта помещений, отходы от отопительных устройств, смет, опав­шие листья, собираемые с улиц и дворовых территорий, и крупные предметы домашнего обихода.

Нормы накопления ТБО образуются из двух источников: жилых зданий и общественных учреждений (предприятий общественного питания, учебных, зрелищных учреждений, гостиниц, детских садов, парикмахерских и др.).

На нормы накопления и состав ТБО влияют: степень благоустройства жи­лого фонда (наличие водопровода, канализации, газа, мусоропроводов, систе­мы отопления), этажность, развитие общественного питания, культура торгов­ли, степень благосостояния населения, климатические условия (различная про­должительность отопительного сезона), потребление овощей и фруктов.

Для крупных городов нормы накопления выше, чем для средних и малых сугубо ориентировочные нормы накопления ТБО приведены в табл.5. Уточнение норм накопления ТБО, образующихся в условиях того или иного города, производится на специально выбранных контрольных участках. В городах с населением до 300 тыс. чел. контрольный участок охватывает 2% жителей, в городах с населением до 500 тыс. чел. — 1%, в городах с населением более 500 тыс. чел. — 0,5%. Из культурно-бытовых объектов выбирают не менее двух наиболее характерных. Нормы накопления определяются по сезонам года. Замеры проводятся в течение 7 дней и оформляются специальными актами, которые утверждаются горисполкомами как эталон нормы накопления ТБО на последующие 5 лет.

Таблица .5. Нормы накопления ТБО для городов

Нормы накопления для жилых помещений
Объекты образования отходов		Норма накопления ТБО на одного жителя							Плот­ность, г/м3
		среднесуточная			среднегодовая
		кг	дм3		кг		дм3
Полностью благоустроенные до-
ма без отбора пищевых отходов		0,49-0,51	2,12-2,19		190-195		770-820		230-250
Неблагоустроенные дома без
отбора пищевых отходов		0,93	2,57		340		940		360
Дома частного сектора с
приусадебными участками		1,5	3,29		550		1200		460
Для благоустроенных домов с мусоропроводами норма накопления ТБО на 15% выше,
чем для таких же домов, но без мусоропроводов
Норма накопления ТБО для нежилых помещений
Объекты образования		Расчетная		среднесуточная		среднегодовая			Плотность,
ТБО		единица		кг	дм3	кг		м3	кг/м3
Больницы	одна койка			0,64	2,16	235		0,79	300
Поликлиники	один визит			0,01	0,05			—	200
Гостиницы	одно место			0,25	18	90		0,43	210
Общежития		„”		0,26	1,07	96		0,39	250
Санатории, дома отдыха		"_"		0,69	2,47	250		0,9	270
Детские сады, ясли		"_"		0,33	1,08	79		0,26	300
Школы	один ученик			0,08	0,38	20		0,1	210
Профучилиша		„_”		0,42	1,66	100		0,4	250
Вузы или техникумы		"_"		0,1	0,46	24		0,11	220
Театры или кино	одно место			0,06	0,28	20		0,1	200
Учреждения	один работник			0,27	1,18	70		0,3	230
Рестораны	одно блюдо			0,09	0,27			—	330
Кафе, столовые		"_"		0,05	0,17			—	300
Промтоварные магазины	1м2	торг. площади		0,16	0,8	50		0,25	200
Продуктовые магазины		"_"		0,32	1,42	100		0,44	230
Рынки		„”		0,09	0,22	33		0,8	400
Склады	1мг	площади		0,09	0,19	35		0,07	500
Вокзалы		"_"		0,36	1,37	130		0,05	260

1.2 Характеристика твердых промышленных отходов

С развитием горнодобывающей, металлургической и других отраслей про­мышленности на территории многих городов Украины стали размещаться отвалы вскрышных и шахтных пород, шлаков, шламохранилища. Так, на­пример, в Донецке имеются многочисленные терриконы отвальных пород угольных шахт, в Мариуполе — отвалы шлаков, шламохранилища, в Харько­ве — отвалы горелой формовочной земли, шламохранилища. В то же время производственные отходы являются богатым источником дешевого сырья, практически готового для производства строительных материалов.

Промышленные отходы образуются при добыче полезных ископаемых, их обогащении, переработке сырьевого концентрата и использовании готового продукта. К отходам добычи полезных ископаемых относятся попутно добываемые горные породы — вскрышные, шахтные, вмещающие. Основная масса по­путных пород образуется при добыче руд черных и цветных металлов

Различные отходы образуются при переработке сырьевого концентрата в готовую продукцию на каждой технологической операции в результате физи­ко-химических процессов, протекающих при обычных или высоких темпера­турах. На некоторых предприятиях образуется более 200 наименований отхо­дов основного и вспомогательного производств, например, доменные, ферросплавные и сталеплавильные шлаки, зола, топливные шлаки, фусы, кислая смолка, кислые гудроны и др.

Отходы потребления образуются при использовании готовой продукции. К ним относятся, например, металлолом, вышедшее из строя оборудование, изделия технического назначения из резины, пластмасс, стекла и др.

Классификация твердых промышленных отходов производится по следу­ющим признакам:

•  по отраслям промышленности — отходы топливной, металлургической, химической и других отраслей;

•  по конкретным производствам — отходы сернокислотного, содового, фосфорнокислотного и других производств;

•  по агрегатному состоянию — твердые, жидкие, газообразные;

•  по горючести — горючие и негорючие;

•  по методам переработки;

•  по возможностям переработки — вторичные материальные ресурсы (ВМР), которые перерабатываются или планируются в дальнейшем перерабатывать, и отходы, которые на данном этапе развития экономики перерабатывать нецелесообразно;

•  по опасности — промышленные отходы подразделяются на четыре класса опасности:

Класс	Характеристика отходов
Первый	чрезвычайно опасные
Второй	высокоопасные
Третий	умеренно опасные
Четвертый	малоопасные

Класс опасности отходов устанавливается в зависимости от содержания в них высокотоксичных веществ расчетным методом или согласно перечню от­ходов, приведенном в Государственном классификаторе отходов. На все виды отходов разрабатывается технический паспорт согласно Межгосударственному стандарту ДСТУ-2195-93, действие которого распространяется на 10 стран СНГ.

Перелік використаної літератури:

 

1.    И.И. Мазур, О.И. Молдаванов: Курс инженерной экологии, учеб. для вузов – М.: Высшая школа, 1999. – 447с: ил.

2.    Рациональное природопользование в горной промышленности: учеб. для вузов – М.: МГГУ, 1995. - 444 с.

3.    Экология и охрана при горных работах: учеб для вузов – М.: МГГУ, 1994. – 418 с.

4.    Закон України Про екологічну експертизу, від 9 лютого 1995 року (Відомості Верховної Ради України. 1995. №8. Ст. 54)