Нужное из ненужного

Рассказывают, что на острове Шри-Ланка в некоторых деревнях накопившийся мусор отвозят к огромным муравейникам. Муравьи быстро уничтожают отходы, не давая им залеживаться. Сама природа обезвреживает здесь отходы. К сожалению, далеко не везде имеется такое радикальное средство. К тому же отходы, особенно в больших городах, накапливаются столь интенсивно, что любые, самые «мощные» муравейники будут бессильны в борьбе с мусором.

Журнал «Наука и жизнь» неоднократно писал о проблеме удаления и утилизации бытовых отходов (см. № 6, 1972 г.; № 7, 1978 г.). С тех пор способы их утилизации значительно изменились. Изменился и сам мусор — его физико-химические свойства, не говоря уже о количестве, которое с каждым годом возрастает. О современной технологии промышленной переработки отходов рассказывается в публикуемой ниже статье.

Сколько мусора выбрасывает город!

Каждый день семья из трех-четырех человек выбрасывает в среднем ведро мусора. На одного жителя города приходится, таким образом, примерно сто ведер в год, то есть один кубометр, или 180— 200 килограммов твердых бытовых отходов (сокращенно ТБО). Это словосочетание все чаще заменяет неблагозвучное понятие «мусор». Сотни и тысячи учреждений — магазины, гостиницы, вокзалы, кинотеатры, рынки — дают от 30 до 50 процентов всех отходов города. Сейчас в крупных городах нашей страны накапливается за год более 100 миллионов кубометров только бытового мусора (промышленные отходы — совершенно иная тема). Если погрузить всю эту массу в железнодорожные вагоны, длина состава десять раз покроет расстояние между Москвой и Ленинградом. А горы отходов все растут и растут — примерно на 5 процентов в год.

Вспомним сцену из «Мертвых душ». Когда Чичиков приезжает к Плюшкину, в углу комнаты он видит огромную кучу. Что именно находилось там, «решить было трудно, ибо пыли на ней было в таком изобилии, что руки всякого касавшегося становились похожими на перчатки; заметнее прочего высовывался оттуда отломленный кусок деревянной лопаты и старая подошва сапога». К счастью, наша среда обитания непохожа на жилище гоголевского героя.

Куда же девается лавина бытовых отходов?

Заметим сразу, что в большинстве случаев от мусора избавляются по старинке — вывозят на свалку, засыпают землей, сжигают, в некоторых странах сбрасывают в море. Пропадает органическое сырье, азот, фосфор, калий, безвозвратно гибнет металл, бумага, пластмасса. Но если раньше с таким положением приходилось мириться, то теперь подобное расточительство для человечества совершенно недопустимо. Стремительный рост населения и быстрое оскудение природных ресурсов заставляют ученых и технологов вплотную заняться проблемой переработки мусора.

Должен ли пропадать петушиный крик!

В начале пятидесятых годов стали предлагать разделять отходы на компоненты уже в квартирах: в одно ведро — остатки пищи, отдельно — бумагу, металл, стекло и т. д. Существует такая практика и сейчас: в идеале возле каждого окна мусоропровода должен стоять контейнер для пищевых отходов. К сожалению, далеко не везде это правило выполняется. К тому же большинство людей выбрасывают мусор как попало, без его разделения, не задумываясь о масштабах накопления, о трудностях сортировки и переработки бытовых отходов. Несовершенна пока и промышленная технология разделения мусора.

В 1967 году американский ученый А. Шпильхаус предложил создать некий экспериментальный город, в котором абсолютно все отбросы будут сортироваться, обрабатываться, а потом использоваться. Переработанные пищевые отходы—как удобрение в теплицах, а картон и бумага пропитываться солями питательных веществ, чтобы после захоронения на свалках они обогащали почву. Красивая, но пока, увы, так и не исполненная мечта...

И все же идея полной утилизации мусора не утопия. Есть пословица: «У хорошей хозяйки пропадает только петушиный крик». А у самой хорошей хозяйки — природы вообще ничего не пропадает впустую: примером безотходного производства может служить круговорот веществ в биосфере. Отходы, которые накапливаются в природе, например, палые листья в лесу, перегнивают, преют, естественным путем удобряя землю. Аэробы — микробы, которые «дышат» кислородом, перерабатывают легко гниющие вещества в органические удобрения, богатые азотом,— компост. При этом выделяется тепловая энергия— процесс идет с саморазогревом.

Природа-то и подсказала технологию компостирования бытовых отходов. Этот способ широко применяется в нашей стране. Существует, правда, и множество других рецептов, как из ненужного сделать нужное. В Италии, например, испытываются установки для механической сортировки мусора. Во Франции разрабатывают методы сбраживания отходов с получением горючих газов, делают из мусора и топливные брикеты. В США и Японии из мусора изготовляют строительные блоки для сооружения дамб. Известен метод гидросепарации — из отходов выделяют волокнистые фракции для производства бумаги. Но самым верным и испытанным все же остается способ переработки ТБО в компост.

В природе процесс гниения длится месяцы, а порой годы. Человека такие темпы не устраивают.

В конце пятидесятых годов главный инженер коммунального хозяйства французского города Тулуза Феликс Прат предложил фирме «Софрани» проект ускоренного получения компоста из бытовых отходов. Утепленное помещение, подача воздуха на платформы с отходами заставляли микробов работать быстрее. Велись подобные разработки и в нашей стране, в Академии коммунального хозяйства имени К. Д. Памфилова. В 1958 году в лаборатории сектора санитарной очистки городов начались испытания: через барабанный асфальтосмеситель пятиметровой длины, обшитый теплоизолятором, прокручивали тонны отходов. Исследовалось влияние влажности, состава, аэрации. Ученые доказали, что всего за несколько суток в специальных вращающихся барабанах-ферментаторах можно переработать огромные массы ТБО. Так создавалась технология промышленной переработки твердых бытовых отходов в компост.

Первый в СССР опытный завод по механизированной переработке бытовых отходов был пущен в эксплуатацию в 1970 году в Ленинграде. Из необезвреженного мусора электромагнитными сепараторами выделялся черный металл, отходы измельчались в дробилках и только потом поступали в барабан-ферментатор.

Но такая, казалось бы, перспективная технология имела и слабые места. Ведь ТБО в массе — совсем небезобидная вещь. Это источник инфекции — в мусоре содержится болезнетворная микрофлора, яйца гельминтов, личинки мух. Кроме того, в толще отходов, как уже говорилось, идут анаэробные процессы (разложение без доступа воздуха), причем с образованием метана, который взрывоопасен. Началось совершенствование процесса переработки отходов. Тому способствовало следующее.

Такой разный мусор

«Остатки, сор от каменной кладки и печной работы; битый камень, кирпич, глина, известь, иногда с золою и с угольем, окалиной, черепками; сор, мелкие остатки каменного, древесного уголья» — вот как определяется слово «мусор» в словаре В. И. Даля. Действительно, в XIX веке большую часть мусора составляли отходы печного отопления — шлаки и зола. За столетие состав твердых бытовых отходов значительно изменился. Да что там за столетие! Структура мусора меняется каждые десять лет.

В контейнеры для бытовых отходов попадает все больше бумаги, картона, полиэтиленовой пленки, стекла. (Последний компонент — в основном пустые банки и бутылки, так как не у всех, видимо, хватает времени и упорства сдать их в приемные пункты.) Все это так называемые некомпостируемые фракции, «инертный материал», засоряющий удобрение. Казалось бы, подтверждаются прогнозы противников компостирования, предрекавших, что ТБО, состоящие преимущественно из бумаги, стекла, пластмассы, замусорят поля. Тем более что известен и реальный факт: в Хельсинки пришлось закрыть завод компостирования отходов только из-за того, что доля бумаги достигла 70 процентов, а пищевых отходов стало поступать совсем мало.

Но есть и другая сторона проблемы. Ведь недаром химики шутят, что грязь — вещь не на своем месте. Для удобрения металл, бумага, полиэтилен, конечно, не годятся. А вот будучи извлеченными из компоста, они становятся ценным вторичным сырьем.
Санитарные инженеры оказались перед альтернативой: отказаться от компостирования как от неперспективного начинания или научиться очищать компост. Выбран был второй путь.

Второе поколение заводов-санитаров

В конце семидесятых — начале восьмидесятых годов появилось второе поколение заводов по переработке отходов — в Ташкенте, Минске, Алма-Ате, Баку. В 1982 году был расширен и реконструирован завод в Ленинграде. Сейчас здесь перерабатывается 900 тысяч кубометров ТБО в год.

Завод мощный, но и сегодня он в силах очистить лишь часть города. А завтра? К тому же с каждым годом растет тепличное хозяйство, компост — нарасхват.

Поэтому в пригороде Ленинграда — Янино — было решено строить второй мусороперерабатывающий завод, один из самых крупных в мире. Проект завода выполнил институт «Гипрокоммунстрой» (авторский коллектив: С. И. Мишин, А. Е. Мельн, Р. В. Семенова, Э. Б. Крельман).

Новые виды оборудования сконструировал Всесоюзный научно-исследовательский институт коммунального машиностроения. Макет завода экспонировался на выставке «Интербытмаш-85».

Чтобы представить себе будущий завод по переработке отходов, совершим по нему мысленное путешествие.

По широкой эстакаде мусоровозы подъезжают к приемному отделению и выгружают отходы на восемь пластинчатых питателей. Затем отходы попадают в восемь теплоизолированных барабанов, длина каждого из них — 60 метров. Четыре вентилятора постоянно подают воздух во внутреннюю полость барабанов.

Как же из зловонной массы отходов получается рассыпчато-коричневый компост с легким запахом сырой земли? При вращении барабана отходы измельчаются и перемешиваются. Удельная поверхность мусора при этом увеличивается. Постоянная аэрация (на один килограмм отходов подается 0,2—0,8 кубометра воздуха), пробуждает к жизни аэробную микрофлору мусора. В работу вступают организмы (мезофилы), разогревающие массу сначала до 20—35, а потом до 50 градусов. На этом этапе активно размножается микрофлора другого рода (термофилы). Температура поднимается до 70 градусов. Лавинный биотермический процесс обеззараживает отходы. Одновременно происходит не только распад органического вещества, но и его синтез — возникают гуминовые соединения, улучшающие качество будущего органического удобрения.

Процесс продолжается двое суток. Обезвреженные отходы через перфорированную насадку на конце барабана равномерно подаются на ленточный конвейер. Но это еще не тот компост, который может идти в теплицы и на поля. Он очень загрязнен: поблескивают консервные банки и осколки стекла, торчат куски дерева, пластмассы, тряпки, камни.

Поэтому все последующие технологические операции связаны с максимальной очисткой компоста. Сейчас заводы по переработке -мусора оснащаются автоматизированными сепараторами, выделяющими так называемые утильные фракции.

Сначала отделяют черный металл. Над конвейером укреплен электромагнитный сепаратор, который извлекает из компостной массы железные предметы. Этот лом попадает в бункер-накопитель, потом в пакетировочные прессы, где прессуется в 80-килограммовые брикеты, готовые к переплавке.

Освобожденная от черного металла масса продолжает свой путь. С конвейера она попадает в грохот — цилиндрическое сито с ячейками диаметром 45—60 миллиметров. Грохот вращается довольно быстро— со скоростью 15 оборотов в минуту. Более крупные частицы остаются над решеткой, мелкие проваливаются. Оба продукта — надрешетный и подрешетный — освобождают от цветного металла. Специальные установки создают под транспортером бегущее электромагнитное поле. Предметы из цветного металла под действием поля сдвигаются и сбрасываются в сторону. Первый такой экспериментальный сепаратор испытывается на действующем ленинградском заводе. Вторая установка будет работать в Янине.

Для выделения из компоста стекла используют баллистические стеклосепараторы (см. цветную вкладку).

Остается освободить компост от полиэтиленовой пленки. Делается это так. Масса попадает в сильную струю воздуха. Комки компоста первыми падают на транспортер, а более легкие, обладающие большей парусностью куски полиэтиленовой пленки оседают сверху. Отсюда их отсасывает специальное сопло.

Компост идет в молотковые мельницы. Воздуходувка подает в шахту мельницы сильную струю воздуха. Раздробленная часть увлекается в циклон потоками воздуха и вновь возвращается на конвейер, а более тяжелые нераздробленные фракции падают обратно на молотки.

Продукция завода используется в сельском хозяйстве, причем как бы дважды. Дело в том, что из цехов выходит еще не дозревший компост. Долгое время в нем продолжается биотермический процесс и держится высокая температура. Такой компост применяется как ценнейшее биотопливо для подогрева грунта.

Двадцатисантиметровый его слой, заложенный в теплицы, позволяет, например, получать по сорок килограммов огурцов с квадратного метра, да и созревают овощи гораздо раньше. А остывший и уже дозревший компост используется вторично—в открытом грунте на полях и в городском озеленении как обычное органическое удобрение.

Отходы... без отходов

Возможно, некоторых заинтересует, куда же деваются крупные отходы — надрешетная часть. Тем более что балласта — так специалисты называют крупный отсев с грохота — не так мало: 25—30 процентов от массы компоста. До последнего времени эта проблема решалась на действующих заводах следующим образом: крупные отходы шли в отвал, иначе говоря, опять на свалку или сжигались в топках. На новом заводе будет не так.

Несколько лет назад разработан проект установки для пиролиза отходов — термической обработки без доступа кислорода. Первая в стране опытная пиролизная установка действует уже на Ленинградском механизированном заводе по переработке бытовых отходов. Усовершенствованная установка будет работать и на заводе в Янино. В создании ее принимало участие несколько научных и проектно-конструкторских коллективов.

После отсева на грохоте крупные отходы по конвейеру доставляются в приемный бункер. К бытовым отходам добавляются подходящие по составу для пиролиза промышленные отходы с других предприятий города. Отсюда масса попадает в сушильный барабан. Высушенный материал перегружается в такой же барабан, где идет непосредственно пиролизный процесс. Парогазовая смесь, которая получается в результате разложения продукта, состоит из горючего газа, смолы и воды.

Твердый углеродистый остаток пиролиза, пирокарбон, охлаждается циркулирующей по трубам холодной водой, а потом измельчается в порошок. Пирокарбон используют в металлургии как заменитель графита. С внедрением пиролиза переработка бытовых отходов стала полностью безотходным производством. Утилизируется весь объем отходов, поступающий на завод.

Миллионы из мусора

Переработка отходов может и должна быть рентабельным производством. Так, на ленинградском заводе в 1984 году при переработке 143 тысяч тонн отходов реализовано 100 тысяч тонн компоста. Что это значит? Биотопливо, которое получили совхозы и колхозы, позволило уменьшить энергозатраты, раньше поспели овощи. Все это дало экономический эффект, равный 1 миллиону 50 тысячам рублей. Повторное использование компоста как органического удобрения прибавило еще 700 тысяч рублей. Кроме того, из отходов получили и реализовали 3,2 тысячи тонн лома черных металлов на сумму 1 миллион 200 тысяч рублей. Поистине миллионы из мусора! И это только на одном заводе.

Сейчас работают восемь мусороперерабатывающих предприятий: в Москве, Ленинграде, Ташкенте, Минске, Алма-Ате, Баку, Тбилиси, Могилеве. Помимо второго завода в Ленинграде, строятся и проектируются предприятия в Ереване, Фрунзе, Гомеле, Горьком, Бухаре, Самарканде. Такие заводы нужны прежде всего там, где требуется компост. В городах средней полосы продукция идет в теплицы и на поля овощеводческих совхозов и колхозов. В Средней Азии компостом удобряют поля хлопчатника. Везде — и на севере и на юге — компост используют в городском озеленении. Удачно решена проблема сбыта в Минске. Там мусороперерабатывающий завод расположен... через дорогу от овощеводческого совхоза, который потребляет весь объем заводской продукции — органического удобрения.

И все же пока заводов мало: в нашей стране перерабатывается только 3 процента твердых бытовых отходов.

Примерно такая же картина во всем мире (хотя это, конечно, не повод для самоуспокоения). Объемы промышленной утилизации и мусора пока ничтожно малы. Что будет, если человечество не изменит своего отношения к переработке отходов? Известный американский специалист по этой проблеме Ч. Мантелл ответил на такой вопрос словами древнего изречения: «Немного поспи, немного подремли, немного отдохни, сложа руки, и так придет твоя бедность».

Нельзя допустить, чтобы это пророчество сбылось.