Происхождение, хранение и способы утилизации бытовых отходов

Проблема удаления твердых бытовых отходов (ТБО) и загрязнений городских территорий особенно остро стоит в крупных городах (мегаполисах) с численностью жителей более 1 млн человек. Средняя норма «производства» ТБО на одного человека достигает 1 м3/год (по объему) или 200 кг/год — по массе.

Горы бытовых, промышленных, радиоактивных отходов, а также отходов, связанных с добычей полезных ископаемых и строительных материалов, заставили разработать особую схему их утилизации — создавать полигоны хранения ТБО. По фазовому состоянию отходы разделяются на твердые, жидкие или смесь твердых, жидких и газообразных фаз. Твердые бытовые отходы весьма разнородны по составу (табл. 10.1): пищевые остатки, бумага, металлолом, резина, стекло, древесина, ткань, синтетические вещества.

Анализ ТБО показывает, что основная их масса приходится на долю органических компонентов (до 80%). Пищевые отходы привлекают птиц, грызунов, животных, трупы которых являются источником болезнетворных микроорганизмов. Атмосферные осадки, солнечное тепло, разогревание свалки и тепло от пожаров (в том числе подземных) способствуют протеканию на полигонах ТБО непредсказуемых физико-химических и биохимических процессов, продуктами которых являются многочисленные токсические химические соединения в жидком, твердом и газообразном состоянии.

В процессе хранения отходы способны превращаться в другие вещества с другими физико-химическими и токсическими свойствами. Это приводит к появлению на полигонах хранения (захоронения) отходов новых экологически опасных веществ, что может представить серьезную угрозу биосфере, существованию человека. Биогенное воздействие ТБО на ОС выражается в том, что отходы создают благоприятные условия для размножения насекомых, птиц, грызунов, млекопитающих, микроорганизмов. Это приводит к разносу бактерий и вирусов на огромные расстояния.

Наибольшую опасность представляют жидкие промышленные и бытовые отходы, которые характеризуются высокими концентрациями самых разнообразных токсичных веществ и соединений, способных проникать в гидрографическую сеть и подземные воды, нанося ощутимый вред почвенно-растительному покрову.

Проблема утилизации радиоактивных отходов в настоящее время приобретает все более угрожающие размеры. Это связано с их широким применением, вредным и скрытным воздействием на живой организм.

Проведенными исследованиями установлено, что вокруг полигонов ТБО формируются зоны динамичных ореолов поликомпонентного загрязнения поверхностных и подземных вод, других природных сред с высокими температурами токсичного фильтрата (порядка 40—50°С), вытекающего из-под свалки. Высокая температура фильтрата определяется протеканием экзотермической химической реакции, происходящей в отходах. Поэтому необходимо предусматривать перехват этих загрязненных потоков разного рода геохимическими барьерами, (окислительно-восстановительные, сорбционные, глеевые), гидродинамическими ловушками (бессточные водоемы, озера, поймы, болота).

Но эти устройства должны обеспечить невозможность проникновения загрязнений в грунтовые воды, обратив особое внимание на отсутствие депрессионной воронки, связанной с усиленным отбором подземных вод в этом районе. Наиболее протяженные «языки» загрязнения подземной гидросферы наблюдаются вдоль поверхностных водотоков с глубоким эрозионным врезом. Например, установлено, что из отвалов (терриконов) Донбасса дождевыми водами выносятся селен, кобальт, медь.

Воздействие твердых и опасных отходов на приземные слои атмосферы заключается в испарении с, поверхности почвы в результате разогревав теплые периоды или при пожарах входящих в состав отходов элементов (ртуть, мышьяк летучие металлы), газообразных соединений, получающихся в результате химических реакций в недрах свалки. При горении наблюдается выделение диоксина, фуранов, хлорированного-дибензодиозона. Поэтому во многих странах Европы сжигание бытовых отходов запрещено .

При строительстве жилых районов на местах бывших свалок люди сталкиваютсяс проблемой загрязнения помещений и подвалов метаном и другими углеводородами, образующимися при разложении засыпанных грунтом отходов. В конце концов, это приводит к появлению повышенных концентраций угарного и углекислого газа, что приводит к отравлениям и даже жертвам. Приземные слои воздуха над полигонами ТБО часто загрязнены пылью, сажей, пестицидами и другими мелкодисперсными твердыми частицами, которые поднимаются вверх воздушными потоками и загрязняют земные поверхности вблизи полигона (в радиусе до 3 км).

Таким образом, геологическая среда и в особенности зона аэрации испытывают на полигонах ТБО повышенную нагрузку (развитие оврагов, оползневых процессов, заболачивание, участки комплексного загрязнения). Это указывает на то, что полигоны ТБО оказывают комплексное воздействие на все компоненты многоэтажной структуры ландшафта, создавая опасность проникновения загрязнения в пищевую цепь и организм человека. Пути и механизмы такого воздействия весьма сложны и недостаточно изучены.

Во многих странах с этой целью разработаны долгосрочные программы исследований, нормативные и законодательные акты, определяющие порядок размещения опасных отходов в теологической среде. Недопустимо, когда зона санитарной охраны полигона и применяемое оборудование выбираются произвольно (без учета реальных процессов загрязнения и комплексных ответных реакций биосферы на функционирование полигонов ТБО).

Результаты мелкомасштабных исследований дают возможность выявить значение региональных геолого-тектонических, гидродинамических, метеорологических, термических, геохимических и микробиологических факторов, влияющих на состояние отходов, на миграцию и отложение образующихся загрязняющих веществ и соединений.

Основными задачами является: обоснованный выбор места для полигонов ТБО, определение приоритетных загрязнителей и путей их проникновения в ОС, а также в пищевую цепь и живой организм, обеспечение всестороннего мониторинга влияния полигона на ОС после ввода его в эксплуатацию.

По результатам этих работ можно выдавать краткосрочные и долгосрочные прогнозы изменения ОС региона под действием хранящихся отходов. Если полученная комплексная информация достаточно полна, то успешно могут быть решены вопросы: где и когда загрязняющие вещества окажутся в любой из природных сред, какие экологически опасные химические и биохимические реакции будут протекать в зоне влияния отходов.

Необходимо отметить, что в последние годы в составе ТБО уменьшается доля пищевых отходов, кожи, резины, стекла и соответственно возрастает содержание упаковочных материалов (бумага, картон, синтетика), т.е. просматривается сброс западных отходов в наших городах и неумение их использовать.

Широко распространенным способом уничтожения нефтеотходов является вывоз на полигоны и свалки, где их сжигают или захоранивают. Места ликвидации нефтеотходов должны отвечать требованиям: наличие мощных глинистых водонепроницаемых грунтов; достаточное удаление от населенных пунктов; исключение возможности попадания поверхностных вод с территории полигона в близко расположенные водоемы. На полигон сдаются производственные отходы следующих групп: осадки из очистных сооружений; нефтепродукты, не подлежащие регенерации; нефтесодержащие стоки; отходы гальванического, химического и кожевенного производства; особо вредные отходы в контейнерной упаковке.

Не подлежащие регенерации нефтепродукты и нефтесодержащие стоки привозят в емкостях, оборудованных шланговыми устройствами, и сливают в карты. Затем происходит естественное их отстаивание, откачивание или испарение воды, а нефтепродукты направляются для сжигания в специальные звездообразные ямы, выложенные огнеупорным кирпичом. Неорганизованное сжигание нефтепродуктов (без достаточного количества окислителя) приводит к неполному сгоранию и повышенному дымообразованию, т.е. загрязнению атмосферы.

Нефтеотходы обычно представляют собой эмульгированные с различной степенью стабильности растворы, в которых доля воды может составлять до 70% общей массы. Удаление воды из: таких растворов простым отстаиванием удается с трудом. Во всплывающих в. отстойниках нефтепродуктах оказывается до 10% механических примесей в основном неорганического происхождения (абразивная пыль, порошок металлов, мелкий песок). При достижении температуры кипения; воды в барботажной ванне слой нефтепродуктов насыщается большим количеством мелких паровых пузырьков.

Молекулярные силы способствуют слиянию эмульгированных нефтепродуктов с пузырьками диспергированного в слое пара и воздуха, а затем всплытию образующейся при этом системы «флотируемая частица — пузырек» на поверхность слоя. Всплывающие на поверхность пузырьки воздуха и пара образуют слой пены, насыщенный флотируемым веществом, т.е. нефтепродуктами. В паровой пузырек (в зависимости; от температуры слоя, площади разделения фаз газ-жидкость и парциального давления компонентов) в первую очередь испаряются составляющие, имеющие более низкую температуру кипения.

Всплывая на поверхность, парогазовые пузырьки образуют ячеистую пену, насыщенную парами воды и продуктами испарения углеводородов при температуре, близкой к температуре испарения воды. Испарение нефтепродуктов происходит также и с поверхности ячеистой пены. Испаряющийся сфлотированный нефтепродукт в виде тончайшей пленки образует поверхность ячеек, а водный пар и газ, заключенные в них, служат изолятором. По мере испарения части нефтепродукта стенки паровых ячеек утончаются, ячейки «взрываются» и происходит распыление остаточного нефтепродукта.

Когда в барботажной ванне начинается кипение, то все тепло, поступающее извне в жидкость, тратится на парообразование. Температура кипения остается постоянной в течение всего времени кипения. При этом наличие механических примесей способствует образованию на поверхности дополнительного количества пузырьков пара.

Диаметр паровых пузырьков зависит от внутренних факторов (вязкости жидкой фазы, коалесценции пузырьков на поверхности твердой фазы), размера барботажных отверстий и скорости воздуха. Образовавшаяся ячеистая пена испаряется и разрушается вследствие излучения надслоевого пламени, а также при выходе из слоя первичного воздуха. При этом улучшаются условия прогрева слоя из-за разрушения теплоизолирующей пенной структуры.

Неравномерность перемешивания слоя приводит к образованию застойных зон, в которых при повышенной температуре слоя может произойти расслоение системы «нефтепродукт-вода», т.е. вода, как более тяжелый компонент, останется внизу, а смесь нефтепродуктов всплывает. Так как углеводороды могут нагреться выше температуры кипения воды, то возможен перегрев ее и бурное вскипание. Это приводит к образованию большого количества пены с парогазовыми прослойками, изолирующими поверхность нефтепродукта от пламени, т.е. прекращению процесса горения — обрыву пламени.

Опасность этого момента для людей и оборудования заключается в выбросе горящей жидкости. Формирование прогретого слоя начинается через несколько минут после воспламенения жидкости. Эффективное перемешивание усредняет температуру слоя и разрушает пенную структуру с выделением парогазовой фазы — этот момент надо держать под особым контролем. Необходимо принимать во внимание и то, что подача воздуха в слой горящих нефтепродуктов приводит к его охлаждению, поэтому воздух необходимо подогревать, используя тепло отходящих нагретых газов.