Мусор - проблема физико-химическая

...Диван, чемодан, саквояж, корзина, картина, картонка... велосипед, телевизор, холодильник - эти столь разнородные вещи объединяет одно: со временем все они становятся мусором.

Чем выше благосостояние, тем больше мусора. Растет число всевозможных упаковочных материалов, все чаще и чаще мы меняем мебель, телевизоры. Современный крупный город «производит» ежегодно миллионы тонн твердых бытовых отходов - ТБО, как говорят специалисты. Их надо удалить, а потом хорошо бы утилизовать. Как это делается? Об этом рассказано в статье.

Кандидат технических наук И. КОГАН.

Немного истории

В средневековых городах проблема удаления мусора решалась просто. Все отходы выбрасывали на улицу перед домом. В крайнем случае - в ближайшую речку.

Постоянно свирепствовавшие эпидемии (холеры, чумы) вынудили городские власти задуматься над чистотой города. Появились мусорщики и мусорные свалки за чертой города. Это уже был шаг вперед. По крайней мере отбросы не валялись на улице. Но, к сожалению, менее вредными они не стели Источники эпидемий, приют для тысяч крыс и миллионов мух - вот что такое были городские свалки.

В начале XIX века в Англии вспыхнула большая холерная эпидемия. Причиной ее была страшная загрязненность рек. Вскоре, после тщательного их обследования, были изданы законы по отводу и очистке сточных вод. Появились первые подметальные машины. А в 1870 году в лондонском предместье Паддингтон появилось первое «мусоросжигательное заведение». Человечество вступило в фазу планомерной борьбы с мусором. Сразу же встал вопрос об эффективном и экономичном его уничтожении

Первые работы по утилизации тепла, возникающего при сжигании мусора, были проведены все в той же Англии. В городе Ольдгейме к «мусоросжигательному заведению» была пристроена электростанция. Вся полученная энергия использовалась на обслуживание самого заведения. Положительно оценил опыт работы комплекса выдающийся английский физик В. Томсон (лорд Кельвин), проведший детальное обследование его работы. Вообще внимание работам по гигиене городов уделяли многие видные ученые. Л. Пастер и Э. Кох помогли оценить опасность разложения отбросов. Д. И. Менделеев интересовался утилизацией отбросов (правда, в основном промышленных) и даже написал статью «Отбросы» в энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона.

Как видите, проблема промышленной переработки мусора не нова. Достаточно актуальна она и теперь. Ведь и мусора стало больше, и санитарные нормы стали строже.

Вообще с этим мусором одни проблемы.

И первая из них:

Как удалить мусор!

Прежде всего быстро, чтобы отходы не начали разлагаться. И притом без потерь, без шума, без неприятных запахов и без грязи.

Лучше всего этим требованиям отвечает мусоропровод. Конструкция его достаточно проста. Это ствол из безнапорных асбоцементных труб, оснащенный загрузочными камерами и системой вентиляции. Диаметр трубы - около 40 сантиметров. В многоэтажных домах больше. В американских небоскребах он доходит почти до метра.

Не стоит думать, что расширение ствола - гарантия от засоров. Ведь, перефразируя Козьму Пруткова, можно сказать: «Как бы ни был широк ствол, всегда найдется предмет еще более широкий», Так что «засороустойчивость» мусоропровода в значительной мере зависит от нас самих. Ведь если сбрасывать в мусоропровод использованные новогодние елки или старую мебель, то засорение, конечно, будет обеспечено.

Приемные клапаны мусоропровода располагаются, как правило, на лестничных клетках. Они должны обеспечивать плотный стык кожуха клапана с трубой. Вентиляция ствола - естественная, с помощью вытяжного дефлектора, устанавливаемого на крыше. Он должен обеспечивать движение воздуха с лестничной клетки в канал мусоропровода - при этом в дом не будут проникать неприятные запахи. Постоянное движение воздуха в трубе способствует подсушке загрязненных поверхностей и сквознякам, чего не любят болезнетворные бактерии и вредные насекомые.

К сожалению, часто неприятные запахи все же проникают в дом. И причиной тому перепад давления в трубе. Дело в том, что температура в нижней части ствола снижается, туда устремляется холодный и более плотный воздух, теплый же, более легкий, скапливается наверху. Перепад давления способствует обратному ходу воздуха - из трубы на лестницу.

Своим нижним концом ствол мусоропровода смыкается со специальной камерой, где собирается мусор. Лучше, если в ней находится сменный контейнер, который можно просто и гигиенично опорожнить.

Чаще всего первый этап мусороудаления на этом заканчивается. Отходы собираются в мусоросборниках, подъезжает мусоровоз, забирает их и увозит с глаз долой. Правда, при этом сам этап перегрузки довольно неприятен и подчас оборачивается засорением дворов и улиц.

Вообще система удаления мусора значительно менее удобна, чем канализация. Поэтому появилась простая идея - использовать для удаления ТБО канализационную систему. Но для этого надо отходы измельчать. Так появились специальные дробилки. На сегодняшний день создан уже целый ряд моделей мусородробилок. Установка их на кухне в некоторых американских городах действительно сильно сократила объем отходов, поступающих в мусоропровод.

Но «мусорорубки» тоже не идеальный вариант. Во-первых, их нужно делать из ценных антикоррозионных материалов, во-вторых, необходимо постоянно обеспечивать их чистоту, в-третьих, они производят много шума, и, в-четвертых, наконец, это лишняя работа для хозяйки. Поэтому квартирная мусородробилка вряд ли получит повсеместное распространение. Более перспективным представляется

Пневмотранспорт мусора

Здесь не обошлось без аналогий с канализационной системой. Ствол мусоропровода заканчивается в специальной вентиляционной камере и через шиберный клапан соединяется с патрубком. Все патрубки соединяются трубопроводом с общим приемным бункером, который представляет собой циклон - разгрузитель. В системе создается низкое давление. Клапаны мусоропроводных труб периодически открываются, мусор втягивается в пневмосистему и движется к общему приемному бункеру, который может находиться довольно далеко от здания. Отработанный график позволяет оценить стоимость транспортировки мусора различными способами - мусоровозами и пневмотранспортом, воздух, доставивший мусор в бункер, пройдя через фильтры, выбрасываегся в атмосферу.

Эта система обладает целым рядом достоинств. Уменьшается опасность заторов. Ведь теперь пробка в стволе будет способствовать образованию под ней значительно более низкого давления, чем над ней. Этот перепад давления лучше всякого ерша будет гнать пробку вниз. Вообще создание в трубе более низкого давления, чем в окружающем пространстве, - очень желательный эффект. Он разом решает и проблему неприятных • запахов из люков и постоянного притока воздуха в трубу. Кроме того, транспортировка ТБО по трубам позволит снять с целого ряда улиц мусоровозы. И для уличного движения лучше, да и глазу приятнее.

Остается аспект экономический. Конечно, расходы на строительство такой системы велики. А вот эксплуатационные расходы... При вывозе ТБО мусоровозами расходы со временем сильно растут. Это и понятно. Мусора становится больше, значит, нужно больше машин, больше поездок. При использовании же пневмотранспорта эксплуатационные расходы растут очень медленно. Практически они мало зависят от объема мусора. Поэтому в больших городах целесообразно создавать пневмотранспортные системы. Кстати, в Москве в Северном Чертанове пневмосистема в следующем году уже вступит в строй.

Но вот мусор поступил на центральную станцию. Там его спрессовали - чтобы меньше места занимал - и погрузили на мусоровоз, который повез его. Куда?

Здесь мы переходим к следующей проблеме. Мало просто вывезти мусор. Нужно его эффективно обезвредить.

Мусор - в печь

«Наиболее гигиенический способ уничтожения мусора состоит в сожигании его». «Кроме гигиенической точки зрения, для городов, строящих мусоросожигательнос заведение, очень важна и экономическая сторона дела, хотя, конечно, нельзя ради дешевизны... поступиться каким бы то ни было требованием гигиены». Эти цитаты взяты из статей русских инженеров Ф. Тассена и В. Рулева, опубликованных 70 лег тому назад.

Казалось бы, чего проще - поджег мусор, и пусть горит. Увы, все не так просто. Сжечь мусор надо, что называется, дотла. Нужно очистить выделяющиеся при сгорании вредные газы. И, наконец, утилизовать тепло. Проблем много. Поэтому современный мусоросжигательный завод представляет собой достаточно сложное инженерное сооружение.

Первый в нашей стране специализированный завод по сжиганию мусора был построен с помощью французской фирмы КНИМ в Москве. Первую «продукцию» завод начал давать в 1975 году. Процесс переработки мусора полностью автоматизирован. Специальный механический черпак захватывает порцию мусора из бункера и забрасывает его в воронку топки. Мусор все время перемешивается на движущихся колосниковых решетках и полностью сгорает. Шлаки направляются в специальную ванну, охлаждаются и затем проходят через электромагнитный сепаратор. Там из них вылавливают металлический утиль, формуют его в кипы и вывозят на металлургические заводы. Оставшиеся шлаки сбрасывают в выходной бункер, Газообразные продукты горения проходят через систему очистных фильтров и нагревают по дороге паровой котел. Выполнив таким образом свои утилизационные функции, газы выходят в атмосферу. Процесс уничтожения мусора закончен. Работает завод непрерывно, пожирая ежедневно около 400 тонн мусора (см. цв. вкладку).

Итак, отходы обезврежены и уничтожены. А обязательно ли их уничтожать? Еще на заре века Д. И. Менделеев писал: «Одна из задач промышленности - переработка отходов в более ценные товары». И хотя речь шла о промышленных отходах, то же самое можно сказать и о ТБО.

Немного статистики

Без знания состава мусора нельзя выбрать тот или иной способ его переработки. Состав же мусора зависит от целого ряда факторов, даже от времени года.

Посмотрите на таблицу. Там дан состав мусора в некоторых городах страны, усредненный за 1970 -1975 годы, и прогоз по Москве на 1980 год. Динамика налицо, особенно если учесть, что отдельные компоненты ТБО (например, пищевой) сильно колеблются в зависимости от времени года. В какой еще области промышленности приходится иметь дело с таким переменчивым по составу исходным продуктом?

Львиная доля отходов падает на бумагу и пищевые отбросы - в среднем две трети, но есть еще металл, текстиль - ценнейшее сырье! Значит, утилизация? Среди методов утилизации ТБО с незапамятных времен на первом месте стоит компостирование.

Такой состав имеет мусор в различных городах страны (приведены средние цифры за 1970 - 1975 годы, и дан прогноз для Москвы на 1980 год).

Составные части отходов	Ленинград	Ростов-на-Дону	Харьков	Тарту	Москва	Москва (прогноз на 1980 г.)
Бумага	30	26,3	27	33,6	34	47
Пищевые отходы	28,1	47,4	47	28,1	33,1	29
Дерево	3,9	2,6	2,0	2,0	2,4	1
Металл	4,7	1,3	1,8	3,3	4,8	4,5
Текстиль	4,4	1,7	3,4	3,8	4,6	5
Кости	2,1	1,8	1,3	1,8	1,1	0,5
Стекло	7,4	2,0	5,6	5,3	4,6	4
Кожа, резина	1,6	0,8	2,1	1,3	2,2	2,0
Камни	2,2	2,3	_	0,81	2,9	1,0
Пластмасса	0,8	0,6	_	0,7	1,6	2
Отсев при сортировке (мельче 15 мм)	14,8	13,2	9,8	19,3	8,7	5,0

Микробы за работой

Еще в XVIII веке крестьяне из окрестностей Киля стали добровольно вывозить из города мусор и нечистоты. Они убедились, что использование их на полях способствует повышению урожая. Так стихийно было начато компостирование бытовых отходов.

Для компостирования, то есть биотермической переработки легкогниющих веществ в органическое гумусообразное удобрение, необходимы три момента: сырье, аэробные микробы и время. Сырье - это слежавшиеся листья и травы, навоз, пищевые отбросы. Аэробные микробы (аэробы) всегда присутствуют в гниющих веществах, Они выделяют много тепла, в результате болезнетворные бактерии гибнут, а сырье «перегорает», и образуется ценное удобрение - компост. Что касается времени, то в естественных условиях этот процесс длится годами и десятилетиями. Ускорить его можно, облегчив жизнь аэробам. А они прежде всего нуждаются в интенсивном притоке воздуха.

Наиболее просто эта проблема решается на полевых фабриках компоста. Твердые бытовые отходы после предварительной чистки и дробления укладываются штабелями. Чем лучше измельчены отходы, тем они доступнее для микробов. Теперь нужно лишь периодически перемешивать массу, и через два-три месяца компост созреет. Это уже не годы. Правда, зимой срок созревания увеличивается в два-три раза, да и площадь для такой полевой фабрики нужна значительная - до двух гектаров на каждые сто тысяч жителей. Метод полевого компостирования удобен только для небольших городов с населением до 50 тысяч человек.

Более кардинальный выход, очевидно, в переводе фабрики под крышу, чтобы аэробы круглый год были обеспечены не только воздухом, но и теплом, в котором они также очень нуждаются.

В нашей стране первый завод по переработке ТБО в компост был построен в Ленинграде. Спроектирован завод институтом «Гипрокоммунстрой» Технология процесса разработана Академией коммунального хозяйства имени К.Д. Памфилова оборудование создано во ВНИИкоммунмаш и на заводах Минстройдормаша

Трудно даже перечислить проблемы, которые пришлось решать при проектировании и строительстве завода К примеру, никто толком не представлял себе, как ведут себя большие массы ТБО в условиях заводского потока А разгрузка мусора? Выяснилось, что угол естественного откоса мусора превышает 90 градусов то есть мусорная куча может не рушиться, даже если она имеет обратный наклон - верх нависает над низом. Пришлось переделывать конструкцию входного бункера. Как быстро разгрузить мусоровоз? Как обеспечить равномерную подачу сырья на конвейер? Как лучше размельчать мусор? Все эти и еще многие другие задачи были успешно решены, и в 1971 году завод вступил в строй.

Если сердцем мусоросжигательного завода является топка, то здесь эту почетную миссию выполняет ферментатор. Это огромный вращающийся барабан длиной 60 метров и шириной – 4. Каждый день барабан наполняется на половину длины. Равномерно перемещаясь по длине ферментатора, масса мусора перерабатывается в компост. Весь процесс занимает два дня. За год завод производит до 60 тысяч тонн компоста. Это составляет около 70 процентов исходного продукта.

Некоторые ленинградские совхозы используют компост дважды. Первый раз его вносят под слой почвы в теплицы и парники. Компост при этом работает как биотопливо. В нем вновь активизируются биотермические процессы, температура повышается до 40-50°. Ранние огурцы созревают на две-три недели раньше срока, да и урожай выше. На следующий год компост используют уже как удобрение. Очень любят его капуста, лук, морковь. Ежегодно дают хорошие урожаи подкармливаемые ленинградским компостом яблони. Итак,

Сжигать или компостировать!

После только что сказанного вы наверняка ответите: конечно, компостировать. Ведь при сжигании уничтожаются ценнейшие органические вещества. Что касается утилизации тепла, то мусор - топливо неважное Если сжигать весь городской мусор, то этим самым потребности города в тепле будут удовлетворены всего на один процент

Однако не будем торопиться. Посмотрите на таблицу состава мусора. Количество бумаги в мусоре начинает превышать процент пищевых отходов. Со временем ее процент в мусоре индустриальных городов возрастет еще больше. А для компостирования важно, чтобы пищевых отходов в целом было не менее 20 процентов от общей массы ТБО. Кстати, в Хельсинки пришлось закрыть компостный завод именно по этой причина. Доля бумаги в ТБО достигла 70 процентов, а пищевых отходов стало намного меньше. Кроме того, некомпостируемые отходы все равно нужно обезвредить. Значит, опять на свалку или на мусоросжигательный завод. Компостному заводу требуется также значительная площадь - до шести гектаров. Три гектара - под завод и столько же - для склада. Ведь компост - товар сезонного спроса. Летом и осенью он никому не нужен. Для мусоросжигательного завода достаточно площади в два гектара, и обезвреживаются на нем все поступающие отходы.

Так что же, сжигать?

Решить эту проблему не так-то просто. И у огня и у микробов есть свои сторонники и противники. Рассудить их может только время. Пока же ясно одно: нужно компостировать и сжигать. Выбор того или иного метода должен определяться местными условиями. А лучше сочетать эти методы. То, что можно,- компостировать, остальное - сжигать. Так работает один из мусороперерабатывающих заводов в Москве.

А если в городе нет заводов или есть, но мало? Что тогда?

Таблица позволяет сравнить достоинства различных способов обезвреживания мусора.

	полигон	завод по производству компоста	мусоросжигательный завод
Срок обезвреживания	50-100 лет	1-4 суток	менее суток
Капиталовложения (млн. руб.)	0,5-1	4-5	6
Стоимость обезвреживания одной тонны (руб.)	1	9	10
Стоимость с учетом дохода	1	2-5	4-5

По данным Международной ассоциации обработки твердых отходов (есть и такая!), в 1971 году в Западной Европе сжигалось 12 процентов мусора, компостировалось 3 процента, закапывалось на усовершенствованных свалках (полигонах) 10 процентов и свозилось на неусовершенствованные свалки 75 процентов.

Что же такое усовершенствованная свалка, или, как ее называют, полигон?

Еще одни способ

Этот способ обезвреживания состоит в складировании мусора в специально отведенных местах.

- Так это же обычная свалка,- можете сказать вы.

И да и нет. Да - потому, что назначение у них одно - складирование мусора. Нет - потому, что отличается она от свалки не меньше, чем дворец от хижины. Поэтому и называется эта усовершенствованная свалка полигоном

Если обычная свалка - потенциальный источник пожаров, очаг заразы, обиталище крыс да мух, то полигон - надежное в санитарном отношении место, обеспечивающее обеззараживание и захоронение бытовых отходов. Основанием полигона служит достаточно большая площадка, обязательно с водонепроницаемым основанием. Это нужно, чтобы не допустить загрязнения подземных вод фильтратом - жидкостью, сопутствующей гниющим продуктам. Площадка делится на сектора. В течение суток на один из секторов - он открыт - свозят мусор, высыпают и утрамбовывают. Затем слой уплотненного мусора высотой до двух метров засыпают слоем грунта в четверть метра высотой/

На следующий день сваливают мусор в другой сектор и т д. После того, как засыпан весь нижний слой, начинают таким же образом создавать следующий. При этом высота полигона может достигать 60 метров. При наращивании высоты полигона важно соблюдать определенный угол откоса, чтобы не допускать оползней. Да и технике будет легче работать. Основное техническое средство полигона - каток-утрамбовщик. Но если нет катка, то можно обойтись и бульдозером, желательно, конечно, помощнее. Один стосильный бульдозер достаточен для обслуживания полигона на 100 тысяч жителей.

Мусорный холм насыпан. А что с ним дальше делать? Ничего. Можно устроить лыжную горку, можно парк. Во всяком случае, после того, как полигон отслужил свой срок, его внешний вид ничем не будет напоминать о его «нутре».

Итак, третий способ обезвреживания. Давайте сравним его с ранее описанными.

И вот выясняется: мало того, что обезвреживание будет длиться целый век, еще и стоит полигон ненамного дешевле завода. Зачем же тогда он нужен?

Однако хоть и дорог полигон, но по этой статье с заводом сравнивать его не стоит. При строительстве завода около 40 процентов средств идет на оборудование - уникальное, сложное в эксплуатации. Для полигона же основной расход - земляные работы. К тому же, если участок под полигон выбран на водоупорном слое, стоимость его резко падает.

И снова сакраментальный вопрос:

Что делать!

Полигон, мусоросжигательный завод или завод для компостирования? В каком соотношении должны существовать эти предприятия? Конечно, лучше бы обойтись без первого. Но надо быть реалистами. Человечество еще не настолько богато, чтобы промышленным способом обеззараживать весь производимый им мусор. И поэтому сегодня не стоит дилемма: завод или полигон? А дилемма «полигон или свалка» должна решаться однозначно. И не нужно в преддверии грядущего завода сбрасывать мусор в ближайший овраг.

Лучше немедленно приступить к строительству полигона. Это под силу практически любому небольшому городу. И неспроста ученые Международной ассоциации обработки твердых отходов прогнозируют на ближайшие годы опережающий рост полигонов. Очевидно, задачу замены «диких» свалок полигонами и в нашей стране следует считать первоочередной. Для успешного решения этой задачи (да и целого ряда других, ей подобных) нужны совместные усилия представителей самых разных профессий, но прежде всего, конечно, специалистов именно по санитарной очистке городов.

Здесь мы сталкиваемся с парадоксом. Таких специалистов нигде не готовят. Да, ни один вуз страны не выпускает инженеров такого профиля. А нужда в них огромная. У нас в стране около пяти тысяч городов. Если каждый из них обеспечить хотя бы одним специалистом, то это определило бы работу большого факультета вуза на много лет вперед. Подготовка специалистов по санитарной очистке городов должна быть налажена как можно скорее.

Казалось бы, здесь самое время поставить точку. Но уж очень сложна эта мусорная проблема. Ведь все, что мы рассмотрели, направлено на уничтожение мусора. Только компостирование возвращает часть полезных веществ, содержащихся в мусоре, растениям. А бумага, текстиль, металлы черные и цветные? Разве у нас переизбыток этих продуктов? И проблема утилизации их со временем станет ребром. Поэтому интересно, какие работы в этом направлении делаются сейчас.

Новые методы

Прежде всего это методы, конкурирующие с обычным сжиганием Дело в том, что при таком способе выделяется много вредных газов и продуктов неполного сгорания. Необходимость фильтрации отходящих газов удорожает и без того не очень экономичный процесс»

Пиролитический способ переработки мусора - разложение органических веществ при нагреве без доступа воздуха - практически свободен от выброса газов в атмосферу Получающиеся в результате пиролиза газы и пиролитические масла могут использоваться и как топливо и как ценное химическое сырье. Важная особенность метода в том, что продукты сгорания не нужно использовать сразу же после их получения, как при обычном сжигании. Полученный в результате пиролиза горючий газ может быть направлен в газгольдер и использоваться, когда в этом будет необходимость.

Если поднять температуру процесса до уровня 1500-1700°, то в результате образуется коксовый остаток и газ, содержащий в основном водород и окись углерода. Минеральная часть, состоящая из стекла и металлов, плавится. Далее идет обычный металлургический процесс с получением феррометалла (смеси металлов и кремния).

Существует еще целый ряд других идей по утилизации бытовых отходов - переработка отходов и в этиловый спирт, и в глюкозу, и в строительные блоки. В США уже есть примеры использования отходов в строительстве. В городе Элджин построен мост. При изготовлении бетона для него было использовано 25 тысяч размельченных в порошок пластиковых бутылок. Масса моста при этом уменьшилась, а прочность бетона увеличилась. На окраине города Ричмонда стоит дом, весь построенный из бытовых отходов. Стены его из кирпича, на который ушло 12 тысяч бутылок. Двери, оконные рамы и карнизы - из жести (200 тысяч консервных банок). Крыша и покрытия - из 8 тонн макулатуры и даже земля вокруг дома - это компост из отходов. Весь этот дом - символ движения за утилизацию отходов.

Идей много. Наверное, не все они получат распространение. Но, тем не менее, путь утилизации бытовых отходов, безусловно, перспективен. В этой связи представляет интерес комплексный метод переработки ТБО, разработанный и реализованный итальянскими фирмами «Рутир», «Серойя» и «Чекини». Завод, построенный этой фирмой под городом Римом, производит бумагу - в кипах или пульпе,- высушенный и запакованный в кипы текстиль, черный металлолом, корм для скота и ком пост. Утилизируется около 60 процентов поступающего мусора. Остальное сжигается. Главное в технологическом процессе - полная автоматизация процесса сортировки. А сортировка на сегодня - самый важный этап в утилизации ТБО.

Степень утилизации отходов на заводе высока. Однако расходы при такой переработке ТБО значительно превышают доходы. Слишком громоздок и дорог технологический цикл. Надеяться на широкое использование в ближайшее время итальянского опыта не приходится. Но и недооценивать его не следует. Все-таки будущее за утилизацией.

ЛИТЕРАТУРА

В.В. Разнощик. Огнем и микробами. М, Стройиздат, 1976 г.
З.И. Александровская и др. Санитарная очистка городов от твердых бытовых отбросов. М, Стройиздат, 1977 г.

Журнал "Наука и жизнь" №7 1978 г.