1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему

Функционирование любого крупного города связано с ежедневным потреблением различных видов сырья и энергии и, как следствие, с образованием материальных и энергетических отходов.

Жизнедеятельность человека и животных, любая технологическая деятельность неизбежно приводят к образованию различных видов отходов, оказывающих то или иное воздействие на окружающую среду. Одна из задач инженерной экологии - сделать так, чтобы это воздействие было по возможности умеренным и не вызвало бы необратимые пагубные изменения в природе.

Проблема отходов существовала, в общем-то, всегда. Мусорные свалки, как самый простой путь складирования отходов, в крупных городах являлись и являются потенциальным источником биологического и химического загрязнения окружающей среды, ведут к деградации почв[1-4].

Многие виды отходов представляют повышенную опасность для окружающей среды, городского и сельского населения из-за высокой токсичности. Даже их складирование или захоронение без соблюдения соответствующих предупредительных мер безопасности может привести к серьезным последствиям для природы и людей, экологическому ущербу. Особенно это относится к радиоактивным, взрывоопасным отходам, легколетучим отравляющим веществам.

Отходы потребления - это бывшие в употреблении изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа. Различают отходы промышленного и бытового потребления.

Отходы бытового потребления - пришедшие в негодность изделия домашнего обихода и личного потребления. К отходам потребления относятся и твердые бытовые отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности людей.

Ежедневно при использовании продуктов питания и по ряду других причин образуются твердые бытовые отходы. К ним относятся, например, упаковка и тара для пищевых продуктов из полимерных материалов, стекла, металла, бумаги и картона. Приготовление пищи неизбежно приводит к появлению пищевых отходов. Уборка и ремонт квартир, производственных помещений, территорий дворов, городских улиц, площадей, предприятий связаны с образованием мусора, также являющегося отходом потребления, собираемого коммунальными службами.

Важный способ классификации отходов - по химическому составу основных компонентов[5-8].

Средний морфологический состав ТБО в России включает в себя по данным Академии коммунального хозяйства им. Панфилова следующие компоненты:

- пищевые отходы - 30-38%,

- отходы бумаги и картона - 25-30%,

- текстильные отходы - 4-7%,

- стеклобой и стеклотара - 5-8%,

- отходы пластмасс - 2-5%,

- черные металлы - 0,2-0,3%,

-кости- 0,5-2%.

Масштабы образования ТБО в российских городах характеризуются величиной около 200-500 кг в расчете на одного человека в год. Основную их массу - около 96%, направляют на свалки ТБО. Остальные 4% сжигают на мусоросжигательных заводах или компостируют.

Под складирование ТБО изымают значительные территории земельных ресурсов, общая площадь которых составляет в Рос­сии около 10 тыс. га. Многие свалки уже заполнены или близки к заполнению, а строительство новых полигонов и свалок ТБО свя­зано в крупных городах, как правило, с определенными трудностями, особенно при наличии поблизости крупных водоемов.

Сложность промышленной переработки ТБО состоит, прежде всего, в том, что этот вид отходов имеет сложный морфо­логический состав. Пока нет рациональной технологии перера­ботки столь разных по своему составу материалов, содержащихся в ТБО, в одном технологическом процессе, а разделение смеси различных компонентов на составляющие на полигонах и свалках практически невозможно.

Комплексное управление отходами начинается с изменения взгляда на то, чем являются бытовые отходы. Смесь, называемая бытовыми отходами, будет представлять опасность для людей и окружающей среды, попав как в мусоросжигатель, так и на свалку или мусороперерабатывающий завод. Традиционные подходы к проблеме ТБО ориентировались на уменьшение опасного влияния на окружающую среду путем изоляции свалки от грунтовых вод, очистки выбросов мусоросжигательного завода и т.д. Основа концепции КУО состоит в том, что бытовые отходы состоят из различных компонент, которые не должны в идеале смешиваться между собой, а должны утилизироваться отдельно друг от друга наиболее экономичными и экологически приемлемыми способами.

Принципы комплексного управления отходами:

1) ТБО состоят из различных компонент, к которым должны применяться различные подходы.

2) Комбинация технологий и мероприятий, включая сокращение количества отходов, вторичную переработку и компостирование, захоронение на полигонах и мусоросжигание, - должна использоваться для утилизации тех или иных специфических компонент ТБО. Все технологии и мероприятия разрабатываются в комплексе, дополняя друг друга.

3) Муниципальная система утилизации ТБО должна разрабатываться с учетом конкретных местных проблем и базироваться на местных ресурсах. Местный опыт в утилизации ТБО должен постепенно приобретаться посредством разработки и осуществления небольших программ.

4) Комплексный подход к переработке отходов базируется на стратегическом долговременном планировании, обеспечивает гибкость, необходимую, для того, чтобы быть способным адаптироваться к будущим изменениям в составе и количестве ТБО и доступности технологий утилизации. Мониторинг и оценка результатов мероприятий должны непрерывно сопровождать разработку и осуществление программ утилизации ТБО.

5) Участие городских властей, а также всех групп населения (то есть тех, кто собственно "производит" мусор) - необходимый элемент любой программы по решению проблемы ТБО.

КУО предполагает, что в дополнение к традиционным способам (мусоросжиганию и захоронению) неотъемлемой частью утилизации отходов должны стать мероприятия по вторичной переработке отходов и компостирование. Только комбинация нескольких взаимодополняющих программ и мероприятий, а не одна технология, пусть даже самая современная может способствовать эффективному решению проблемы ТБО.

В соответствии с мировой практикой на стадии сбора ТБО должны решаться вопросы минимизации количества подлежащих захоронению отходов - за счет выделения ресурсов, пригодных для вторичного использования[9-13].

В европейских странах, США и Японии широко практикуется раздельный сбор отходов в местах их образования, что во многом предотвращает попадание в ТБО как ценных (незагрязненная макулатура, стекло, пластмассы, металлы), так и опасных (отработанные люминесцентные лампы, аккумуляторы, батарейки) компонентов. По разным оценкам, выход селективно собранных отходов потребления составляет 25 - 35% от общего количества образующихся ТБО (иногда - до 50%). Члены Евросоюза должны будут к 2020 г. повторно использовать или утилизировать 50% бытовых отходов и не менее 70% промышленных, производственных и строительных отходов. Предлагается разработка специального законодательного акта о биоразлагающихся отходах. Ужесточены также положения об обработке опасных отходов, в частности, о смешивании опасных и неопасных отходов только при строго определенных условиях[14-15].

Реализация в европейских городах селективного сбора компонентов ТБО в качестве сырья для вторичного использования основана на организации разъяснительной и информационной работы среди населения (начиная со школьных программ обучения), использовании специальных контейнеров, устанавливаемых в местах образования отходов и сортировочных комплексов для доводки и обработки вторсырья. Раздельный сбор отходов часто стимулируется снижением платы за удаление ТБО (оплачивается в основном вывоз неутилизируемой части ТБО).

Сбор отходов часто является наиболее дорогостоящим компонентом всего процесса утилизации и уничтожения ТБО. Поэтому правильная организация сбора отходов может сэкономить значительные средства. Существующая в России система сбора ТБО должна оставаться стандартизованной с точки зрения экономичности. Иногда средства для решения этих новых проблем можно изыскать, вводя дифференцированную плату за сбор мусора.

Российская система правового регулирования в области обращения с отходами производства и потребления в настоящее время требует существенной корректировки и дополнений. Многие действующие нормативные и методические документы в сфере обращения с отходами устарели и не соответствуют не только современному научно-техническому уровню, но и находятся в серьезном противоречии с международными нормами и правилами[16-22].

Показан отрицательный результат несостоявшегося раздельного добровольного сбора муниципального мусора в отдельные контейнеры, организованный в 2000 г. в г. Москве. Сделан вывод о несознательности москвичей и недостаточной информированности населения[23].

Разработана специальная программа, цель которой - привлечение внимания всех слоев общества, администраций различного уровня, промпредприятий, средств массовой информации и рекламы, страховых и инвестиционных компаний к эффективной технологии раздельного сбора отходов и возвращению вторичных ресурсов в городской хозяйственный оборот[24-25].

В домах без мусоропровода обычно применяют сбор мусора в мусоросборники, устанавливаемые на территории домовладений. Тип и емкость применяемых мусоросборников зависят от количества накапливающихся отходов, типа и этажности застройки, а также от способа погрузки и вывоза мусора[26-32].

Можно выделить следующие основные направления:

- в малоэтажной застройке сбор отходов осуществляется в малые металлические, пластмассовые или бумажные мусоросборники, затем вручную или механизировано загружают в кузов собирающего мусоровоза;

- в домах большой этажности или для группы малоэтажных домов устанавливают стандартный контейнер на колесиках, мусор из которого механизированным способом выгружают в собирающий мусоровоз;

- в местах большого скопления мусора устанавливают съемные контейнеры-кузова без уплотняющих устройств или со стационарными уплотнителями.

В малоэтажной застройке для сбора мусора применяют мусоросборники разной емкости, наиболее распространенными являются бачки емкостью 110 - 120 дм³ и 210 - 220 дм³.

По мнению некоторых специалистов, в индивидуальной застройке с малым числом проживающих удобно применять бачки меньшей емкости. Так в небольших городах Германии индивидуальные дома снабжены бачками по 35 л (считается, что такая емкость наиболее удобна для населения). К приходу мусоровоза жильцы сами выставляют бачки к проезжей части улицы.

Бачки изготовляют из разных материалов: листовой стали, алюминия, пластмасс и др. Так шведская фирма «Норба» выпускает бачки из листовой стали вместимостью 100-150 дм³.

В настоящее время наблюдается тенденция к снижению массы мусоросборников. Выпускаемые фирмой «Отто» (Германия) пластмассовые мусоросборники при той же вместимости имеют гораздо меньшую массу, хотя снабжены рукояткой и вертлюжными колесиками для перемещения.

Американские специалисты считают сталь неперспективным материалом для изготовления мусорных бачков из-за значительной массы и больших затрат на их содержание (ремонт, покраска и т. д.). Современным требованиям при изготовлении мусоросборников отвечают такие материалы, как пластмассы и алюминий. Проведенные испытания пластмассовых мусоросборников позволили выявить их положительные качества и недостатки. Масса мусоросборника из пластмассы почти в 3 раза меньше стального. Пластмассовые мусоросборники имеют достаточную прочность; срок службы их в 2-3 раза больше стальных и составляет 5-6 лет.

Эксплуатация пластмассовых мусоросборников создает значительно лучший комфорт для проживающих, они имеют хороший внешний вид, не нуждаются в покраске и ремонте, перегрузка из них мусора в мусоровоз почти бесшумна. Гладкая внутренняя поверхность пластмассовых мусоросборников препятствует налипанию мусора, сила сцепления пластмасс со льдом незначительна, поэтому даже сырой мусор не примерзает при минусовых температурах к внутренней поверхности мусоросборника. Пластмассовые мусоросборники легко поддаются мойке и дезинфекции.

Испытания их на устойчивость к различным дезинфицирующим веществам (формальдегидные растворы, хлорированные контактные вещества) показали, что никаких следов воздействия этих веществ на мусоросборники обнаружено не было. Применение пластмассовых мусоросборников ограничивается возможностью их возгорания, при этом сгорают в основном крышки. Однако установлено, что если крышки содержатся в порядке и плотно закрываются, даже при попадании в мусоросборник горящих окурков и спичек не создаются условия для возгорания массы мусора и сгорания контейнера. Для предотвращения попадания горящих предметов в сборник на нем делается специальная надпись. Следует отметить, что горение мусора в металлическом мусоросборнике также приводит его в негодность, поэтому требование о запрещении выброса в мусоросборники горящих предметов является обязательным независимо от материала сборника.

Помещения для мусоросборников должны предусматривать возможность установки оборудования для предварительной подготовки мусора к транспортировке (пресса, накопители и т. п.) и быть обеспечены подводкой силовой электроэнергии.

Одна из самых актуальных и насущных проблем жителей российских городов – вывоз бытового мусора из квартиры или офисов. И актуальности этому вопросу придает не только тот факт, что свалки отходов стали возникать стихийно и спальные районы превращаются в зловонную зону, но и обсуждение новых законопроектов в Госдуме.

В настоящее время вывоз бытового мусора из квартиры, как и утилизация отходов торговых центров, является проблемой для ЖКХ.

Причиной перебоев с вывозом становятся городские пробки, нехватка контейнеров для мусора, недостаточное количество центров по утилизации мусора и заполненные под завязку свалки. Кроме того, специализированная техника проезжает по определенному графику, который может не совпадать с работой других подразделений.

Современная спецтехника и усовершенствованные контейнеры позволяют бесшумно и качественно осуществлять вывоз. Многие компании предлагают составить индивидуальный график вывоза твердых бытовых отходов. Тот факт, что предоставляющих подобные услуги компаний немало, стимулирует здоровую конкуренцию среди них и качественное выполнение работ. На деле же со всем объемом мусора в мегаполисе эти фирмы не справляются. Это также связано с довольно высокими тарифами на вывоз бытового мусора из квартиры, которые даже в пределах одного города и одной компании могут быть различными.

Непрерывное увеличение объемов бытового мусора, накапливающегося в больших городах, и возрастающие санитарные требования обусловливают необходимость развития специального мусоровозного автотранспорта.

Бытовой мусор характеризуется повышенной санитарной опасностью, низкой средней плотностью, а также значительной влажностью из-за наличия в нем пищевых отходов. Эти свойства домового мусора, а также условия эксплуатации определяют особые требования к мусоровозному автотранспорту.

Для транспортировки ТБО в российских городах преимущественно используются собирающие мусоровозы с уплотняющими устройствами типа ФАУН (объем кузова -18 м³, номинальная грузоподъемность - 10,3 т), КО-415 (объем кузова - 23 м³, номинальная грузоподъемность - 9,4 т) и КО-424 (объем кузова - 7,5 м³, номинальная грузоподъемность - 2,9 т).

По данным практики, реальная грузоподъемность собирающих мусоровозов составляет 60-80% от номинальной, что во многом объясняется малой эффективностью уплотнения отходов в кузове мусоровоза (из-за неоднородного состава и крупности отходов, и недостаточного усилия прессования в реальных условиях эксплуатации мусоровозов; кроме того, контроль заполнения кузова отсутствует, а оценка его заполнения по числу опорожненных контейнеров неточна, так как сами контейнеры могут быть загружены не полностью).

В развитии конструкций собирающих мусоровозов наблюдаются некоторые общие тенденции. Геометрическая емкость кузова увеличилась в среднем с 8-10 до 12-15 м³.

В новых моделях мусоровозов степень уплотнения мусора достигает отношения 1:4-1:5, в то время как в старых моделях она составляла 1:3. Повышение степени уплотнения является следствием совершенствования уплотняющих устройств и снижения средней плотности исходного мусора. В лучших моделях мусоровозов степень уплотнения мусора значительно выше средней. Так, по данным фирмы «KUKA», средняя плотность уплотненного мусора во вращающемся барабане достигает 0,75 т/м³, что соответствует степени уплотнения 1:6 при средней плотности исходного мусора 0,12-- 0,15 т/м³. Высокую степень уплотнения обеспечивают мусоровозы фирмы «SITA» (Франция) за счет применения принципиально нового способа уплотнения плитой в виде двуплечего рычага. Средняя плотность уплотненного мусора достигает 0,65 т/м³.

При выборе типа уплотняющего и разгрузочного устройства необходимо учитывать условия сбора мусора, его состав и среднюю плотность, принятые методы утилизации и обезвреживания, а также условия разгрузки. При возможно большей вместимости собирающий мусоровоз должен обладать хорошей маневренностью, поэтому при решении вопроса о целесообразности и возможности применения мусоровоза для сбора мусора в домовладениях большое значение имеет показатель компактности.

Компактность мусоровоза выражается отношением площади, занимаемой машиной, к вместимости кузова (по исходному материалу). Этот показатель наряду с радиусом разворота и общими габаритными размерами машины определяет возможность его применения в конкретных условиях жилой застройки.

Наилучшее использование полезной грузоподъемности базового шасси достигается не только за счет эффективности уплотняющего устройства, но и за счет снижения массы спецоборудования в расчете на единицу удаляемых отходов. Масса спецоборудования мусоровоза определяется сложностью уплотняющего устройства, его мощностью, необходимой жесткостью кузова для достижения заданного эффекта уплотнения, способом разгрузки мусоровоза, наличием механизма для разгрузки мусоросборников, применяемыми материалами для спецоборудования и другими факторами.

Удельный вес спецоборудования в расчете на 1 м³ вывозимого мусора колеблется от 50 до 104 кг, а в расчете на 1 т - от 77 до 160 кг. Наименьший удельный вес спецоборудования имеют мусоровозы фирмы «Аутолава» (Финляндия) с универсальной загрузочно-разгрузочной плитой. Мусоровозы с вращающимся барабаном («KUKA», «Шкода») имеют показатель удельного веса спецоборудования около 79-85 кг/м3, что примерно соответствует тому же показателю в мусоровозах, оборудованных уплотняющими плитами «Халлер».

Масса спецоборудования значительно возрастает по сравнению с моделями самосвальной разгрузки, если применена выталкивающая (подпрессовывающая) плита. Так, мусоровоз модели КШ фирмы «Норба», снабженный выталкивающей плитой, весит на 800 кг больше самосвальных мусоровозов. Оборудование мусоровоза механизмом для разгрузки мусоросборника повышает его массу на 350-500 кг. Наблюдается тенденция к снижению массы спецоборудования за счет применения легких сплавов. По данным фирмы «Норба», изготовление кузова из алюминиевых сплавов снижает массу спецоборудования на 200-300 кг.

На основании исследования условий сбора и вывоза мусора в нашей стране и изучения зарубежного опыта были определены наиболее типичные технологические схемы и проведен анализ для выявления рациональной сферы применения (рис. 1.1-1.4). Был проведен сравнительный анализ технологических схем сбора и вывоза мусора по основным технико-экономическим показателям. Широко применяемые в настоящее время схемы - баковая и контейнерная – имеют сравнительно низкие показатели по производительности.

Наибольшее распространение получила система перегрузки мусора из стандартных контейнеров в кузовной мусоровоз с уплотнителем. Эта система сочетает в себе лучшие качества баковой и контейнерной схем: сбор мусора производится в большие емкости, разгрузка их механизирована, мусор в кузове уплотняется.

Мусоровозы со съемными кузовами контейнерами, в которые мусор загружается стандартными уплотнителями, могут применяться в жилой застройке с высокой плотностью населения. Такая схема позволяет в 1,8-2 раза повысить производительность мусоровоза. Преимущества съемных кузовов особенно проявляются при расстоянии вывоза до 20-25 км.

Вывоз пищевых отходов производится в контейнерах, обладающих антикоррозионными и антиадгезионными свойствами. Не стоит забывать, что пищевые отходы необходимо вывозить сразу же по мере их накопления и планировать эту процедуру таким образом, чтобы машина с пищевыми отходами на борту не стояла в пробке. Пищевые отходы вывозятся на специальные полигоны, где подвергаются утилизации.

Таблица 1.1. Технологическая схема I. Вывоз мусора кузовным мусоровозом с загрузкой из малых мусоросборников

I	II	III	IV	V	VI
Сбор мусора на площадке	Доставка баков к месту стоянки мусоровоза	Опорожнение баков, загрузка мусоровоза с одновременным уп­лотнением мусора	Мойка баков на месте сбора мусора	Вывоз мусора на место обезврежи­вания	Выгрузка мусора на месте обезврежива­ния
Баки емкостью 100 дм^3	Те же баки, что и в гр. I, тележка для перемещения баков	Кузовной мусоровоз с уплотняющим устройством; геометриче­ская емкость 7 м^3	Над трапом, из шланга	Тот же мусоровоз, что и в гр. III	Самосвальная разгрузка кузова опрокидыванием назад. Мусоровоз тот же, что и в гр. III

Таблица1.2. Технологическая схема II. Вывоз мусора контейнерным мусоровозом по системе сменной тары

	I	II	III	IV	V
Сбор мусора в	контейнер:
а) под мусоро­проводом	б) на открытой площадке	Погрузка контейнера на мусоровоз	Вывоз мусора на место обез­вреживания	Выгрузка мусора на месте обезвреживания	Мойка контейнеров на месте обезвреживания мусора
Контейнер 0,75 м^3 на тележке	Контейнер 0,75 м^3	Контейнерный мусоровоз с 8 контейнерами по 0,75 м^3 и краном грузоподъемностью 0,5 т	Тот же мусоровоз, что и в гр. II	Опрокидыванием платформ с кон­тейнерами на стороны	Над напором на стационарной установке или с помощью машины ПМ-130; емкость цистерны для воды 6000 л

Таблица1.3. Технологическая схема III. Вывоз мусора кузовным мусоровозом с механизированным опорожнением контейнера

I	II	III	^,v	V	VI
Сбор мусора под мусоропроводом	Доставка контейнера к мусоровозу	Опорожнение контейнера, загрузка мусоровоза с одновременным уплотнением мусора	Мойка контейнера	Вывоз мусора на место обезвреживания	Выгрузка мусора на месте обезвреживания
Контейнер 0,75 м^3 на ко­лесиках или на тележке	То же, что в гр. I	Кузовной мусоровоз с уплотняющим устройством геометриче­ской емкостью 7 м^3 геомет­рической емкостью 14 м^3. Мусоровоз оборудован подъемно-опрокидывающим устройством для разгрузки контейнера	Передвижная моечная установка с емкостью для чистой воды 3 м^3	Те же мусоровозы, что и в гр. III	Разгрузка кузова мусоровозов (те же, что в гр. III) самосвальное и с помощью вытал­кивающей плиты

Таблица 1.4. Технологическая схема IV. Вывоз мусора с применением съемных кузовов-контейнеров со стационарными уплотнителями

I	II	III	IV	V	VI	VII
Сбор мусора под мусоропроводом	Доставка контейне­ра к накопителю	Опорожнение кон­тейнера, заполне­ние накопителя с одновременным уплотнением мусора	Мойка контейнера	Установка накопи­теля на платформу автомобиля	Вывоз мусора на место обезврежи­вания	Выгрузка мусора на месте обезвре­живания
Контейнер 0,75 м^3 на колесиках или на тележке	То же, что | в гр. I	Съемный кузов- накопитель гео­метрической ем­костью 7 м^3 со стационарным уп­лотнителем 1 м^3 (приемный отсек), оборудованный опрокидывателем контейнеров	Передвижная моечная установка с емкостью для чистой воды 3 м^3	Автомобиль с приспособлением для установки и съема накопителя	Тот же автомобиль, что и в гр. V	Самосвальная раз­грузка накопителя опрокидыванием назад. Тот же автомобиль, что и в гр. V

Средняя норма сбора пищевых отходов у населения составляет 30 кг/чел. в год. Состав и накопление пищевых отходов, собираемых у населения, изменяются по сезонам года. Ориентировочный состав пищевых отходов, %, приведен ниже:

Отходы:

• овощные . . . 9-15

• картофель и его очистки . . . 60-65

• фруктовые . . . 5-8

• мясные . . . 2,3-2,7

• рыбные . . . 1,8-2,5

• хлеб и хлебопродукты . . . 1,6

• молочные и сырные отходы . . . 0,4

• кости . . . 3,4-4,1

• яичная скорлупа . . . 0,4

• посторонние примеси . . . 4-12

• прочие отходы . . . 2,7

Как следует из приведенных данных, пищевые отходы вместе с кормовой частью содержат до 12 % балластных примесей (стекло, резину, металлы, бумагу разных сортов и др.). 

Влажность пищевых отходов изменяется по сезонам года. В осенний период из-за преобладающего содержания в пищевых отходах овощных и фруктовых отходов их влажность достигает 80 %, в весенний период она не превышает 70 %. Влажность пищевых отходов предприятий общественного питания составляет 85-90 %.

Для сбора пищевых отходов используют сборники вместимостью 50 л. В связи с тем, что к качеству пищевых отходов, доставляемых на кормоприготовительные предприятия, со стороны потребителей предъявляются повышенные требования, все большее применение для их доставки находят двухслойные мешки разового пользования. Внутренний мешок изготовлен из полиэтиленовой пленки, наружный - из влагопрочной бумаги.

Пищевые отходы собирают в специально предназначенные сборники (баки, ведра, контейнеры), закрывающиеся крышками и имеющие надпись «Пищевые отходы». Внутреннюю и наружную поверхности металлических сборников окрашивают. Ежедневно после опорожнения сборники пищевых отходов промывают водой с применением моющих средств. Периодически сборники дезинфицируют 2 %-ным раствором кальцинированной соды, едкого натра или раствором хлорной извести, содержащим 2 % активного хлора. После дезинфекции сборники моют чистой водой. Хранить пищевые отходы в теплое время года разрешается не более 10 ч с момента их сбора, осенью и зимой, при температуре воздуха ниже 6-7°С не более 30 ч.

Химический состав пищевых отходов (% общей массы) составляет:

• Влага общая . . . 71,8-85

• Сухое вещество . . . 15-28,2

В том числе:

• протеин . . . 1,7-4,4

• жир . . . 0,4-1,6

• безазотистые экстрактивные вещества . . . 11,4-15,5

• клетчатка . . . 1-3

• зола . . . 1,8-2,4

Питательная ценность такого корма - 0,2-0,33 кормовые единицы.

Согласно ветеринарно-санитарным нормативам, пищевые отходы, доставляемые в откормочные хозяйства, должны быть обработаны термическими методами - провариванием и высушиванием, очищены от балластных фракций. Процесс стерилизации способствует получению корма, легко усвояемого животными. Продолжительность термической обработки для обеззараживания независимо от применяемого метода должна быть не менее: при температуре 100 ⁰С - 60 мин, при температуре 110 ⁰С - 40 мин.

Масса вареных пищевых отходов должны содержать не менее 70 % частиц размером фракций до 20 мм. Остальная часть отходов должна содержать частицы размером фракций не более 40 мм. При назначении рационов вареные отходы охлаждают до 70-75 ⁰С и смешивают с другими видами кормов, например комбикормами. Допустимая неоднородность смешивания - не более 10 %

На выходах предприятий, отходы которых, так или иначе, содержат в себе неэмульгированные жиры и растительные масла (кафе, рестораны, бары и закусочные, а также кондитерские пекарни и еще ряд заводов по производству пищевой промышленности) устанавливаются жироуловители. Жироуловители препятствуют проникновению жиров в бытовую канализационную сеть, обеспечивают отсутствие проблемы засоров, вследствие чего у предприятия больше не будет проблем с «жировыми пробками» и неприятным запахом в его помещениях.

Вывоз жидких отходов существенно отличается от вывоза твёрдых и бытовых отходов.

Первое различие – это ассенизаторская техника, используемая в этих случаях. Если для ТБО используются, как правило, самосвалы, то для вывоза жидких отходов применяют илососы и цистерны. Данные машины оснащены вакуумным насосом с приводом, развивающим давление около 200 бар и всасывающую скорость до 350 л/мин, всасывающей стрелой, гидравликой, электрической системой и прочим оборудованием. С его помощью производится не только откачка отходов, но и последующее промывание и прочистка труб, резервуаров, ям, котлованов и прочих отстойников.

Централизованные и локальные канализационные системы, гостиничные комплексы, точки общественного питания, станции техобслуживания, системы теплоснабжения и другие места, оснащённые вертикальными или горизонтальными установками жироуловителей, обслуживаются по-иному. Скапливаемая жировая масса со временем загнивает и отравляет своими токсинами воздух, поэтому вывоз отходов из жироуловителей осуществляется гораздо чаще. Кроме того, после процедуры откачки производится промывание специальным раствором, удаляющим остатки жировых отложений и других загрязнений.

В густонаселенных территориях нередко приходится транспортировать отходы на большие расстояния. Решением в этом случае может явиться станция временного хранения отходов, от которой мусор может вывозиться большими по грузоподъемности машинами или по железной дороге. Станции промежуточного хранения представляют собой объекты повышенной экологической опасности и могут при неправильном расположении и эксплуатации вызывать не меньше нареканий местных жителей и общественных организаций, чем свалки и МСЗ.

Во многих городах на базе полигонов ТБО и специальных автохозяйств созданы унитарные муниципальные предприятия по сбору и складированию ТБО. В ряде случаев полигоны поставлены под контроль природоохранных организаций, а их деятельность частично финансируется из экофондов. Самостоятельность полигона, также как и транспорта, создавала условия для множества злоупотреблений, при которых ТБО оказывались в пригородных лесах, а талоны продавались на свалке всем желающим. Вместе с тем, четкого разграничения полномочий между городскими организациями в области ТБО пока не произошло. К таким организациям относятся управление жилищно-коммунального хозяйства, городской центр санэпиднадзора, горкомприрода, лесники и водники. Теоретически они отвечают за жилые и промышленные зоны, пригородные леса, водоохранные и санитарно-защитные зоны.

Отходы, прошедшие сбор, хранят либо в бункерах и силосных башнях, либо на площадках.

Бункеры обычно представляют собой большие бетонные хранилища прямоугольной формы, расположенные ниже уровня земли. Печи для сжигания часто сооружают на краю площадки, что приводит к удорожанию конструкции. Емкость для хранения отходов может находиться в ведении местной администрации или администрации штата. Нередко емкость рассчитана на хранение отходов лишь в течение 1,5 суток. Это имеет существенное значение при проектировании установки и нередко препятствует созданию мощных установок с подачей 1000 т/сут и более. Конструкция бункеров для хранения отходов этого типа позволяет свободно подходить к рабочим органам подвесных кранов.

В силосной башне хранят предварительно рассортированные (по размеру кусков) отходы.

Построено очень много различных типов бункеров, расположенных ниже уровня земли и используемых для хранения различных материалов. Была высказана мысль, что в подобных бункерах можно хранить и отходы. Эксперименты подтвердили это предположение. Бункеры представляют собой вертикально расположенные емкости или сооружения. Они обычно расширяются книзу и открыты с нижней стороны. Для непрерывного забора отходов используют разгрузочные приспособления типа драглайна или шнекового устройства. Принимаемый материал обрабатывается в порядке поступления.

Хранение на площадках предполагает наличие накрытой или огороженной площади. Обычно отходы подают на наклонную площадку трактором с бульдозером и подъемным ковшом. Этот способ считается приемлемым для небольших установок по сжиганию отходов. Так как в настоящее время наиболее широко распространен метод хранения отходов в бункерах, расположенных ниже уровня земли, то отходы извлекают из них и подают к печам подвесным краном с автоматическим ковшом или захватом (на небольших установках используют также монорельсовые краны-подъемники).

Кран не только извлекает материал из хранилища, но и сортирует отходы, перемешивает их перед подачей на дальнейшую переработку, например сжигание.

В западных странах, где проблема получения из ТБО вторичного сырья во многом решается за счет масштабной организации раздельного покомпонентного сбора отходов в местах их образования, доводка селективно собранных отходов осуществляется на специальных сортировочных комплексах, в основном методами ручной сортировки. При этом проводится как прямая сортировка (извлечение ценных компонентов), так и обратная (удаление загрязняющих компонентов, в том числе опасных). В качестве ценных компонентов практикуется выделение макулатуры (в том числе по сортам), пластмассы, стекла и металлов (металлы часто извлекают в автоматическом режиме с помощью магнитной и электродинамической сепарации).

Для обслуживающего персонала, работающего на постах ручного отбора (посты оборудуются с двух сторон горизонтального сортировочного конвейера), создаются условия повышенного комфорта. Как правило, линии сортировки размещаются в специальных закрытых остекленных кабинах с местным усиленным освещением, пылеподавлением и кондиционированием воздуха. Сортировочные кабины в свою очередь находятся в здании, где размещается весь комплекс по приему сырья, его обработке и складированию продукции.

Как отмечено выше, в российских условиях в ближайшие десятилетия тяжело организовать повсюду селективный сбор отходов потребления у населения, хотя организация коллективно-селективного контейнерного сбора ценных компонентов и пунктов приема у населения вторсырья актуальна.

Для вовлечения ТБО в цивилизованную масштабную сортировку с целью получения ценных продуктов и минимизации количества отходов, направляемых на объекты их переработки и захоронения, в российских условиях предпочтителен не покомпонентный, а пофракционный сбор муниципальных отходов, (в том числе у населения) с адаптацией западных технологий для сортировки тех фракций отходов, которые уже обогащены незагрязненными ценными компонентами. Практически оптимальный состав ТБО, вовлекаемых в переработку для получения полезных продуктов, должен подбираться на основе организации в городе несмешивающихся потоков отходов жилого и нежилого сектора. Эффективность ручной сортировки во многом зависит от организации работы на стадии сбора и транспортировки муниципальных отходов.

Главным направлением сепарации смешанных ТБО является их механизированная сортировка (покомпонентная и пофракционная) в промышленных условиях заводской практики в технологиях комплексной переработки[33-37].

Обобщение опыта промышленной практики сортировки ТБО показывает, что качество выделяемых при механизированной сортировке продуктов, за исключением металлов, ниже, чем при ручной сортировке, вследствие чего макулатура (в составе легкой фракции), стеклобой и др. сбываются с трудом. С этих позиций, а также с учетом реальной ценности материала и условий рынка, в качестве основных полезных компонентов ТБО при использовании механизированной сортировки следует рассматривать в основном черные и цветные металлы, содержание которых в ТБО постоянно возрастает (ежегодно в российские ТБО попадает и безвозвратно теряется до 2 млн. т стали и более 100 тыс. т цветных металлов, в т.ч. до 2 тыс. т олова в составе консервной тары). Металлы необходимо выделять также и по той причине, что они не должны попадать в процессы сжигания и ферментации.

Исходя из этого, в общем случае рациональная схема механизированной сортировки ТБО должна предусматривать[33, 35]:

- извлечение в самостоятельные продукты черных и цветных металлов[38];

- разделение потока отходов на две фракции - горючую и биоразлагаемую (соответственно для термообработки, биообработки или захоронения)[39-41];

- удаление опасных и части балластных компонентов.

В основе всех возможных прогрессивных технологических схем комплексной переработки ТБО лежит механизированная сепарация ТБО (возможно применение операции ручной сортировки крупнокусковой фракции).

Отличие технологических схем сортировки связано с реализацией операции вторичного грохочения: в одной из схем эта операция может не использоваться, в двух других она осуществляется по разным классам крупности (по классу 60 мм и 100 мм), что объясняется различным целевым назначением комплексной переработки ТБО (в части выпуска готовой продукции) и экономическими соображениями (снижение капитальных затрат на дорогостоящие переделы переработки).

Механизированная сортировка исходных ТБО и продуктов ферментации обеспечивает извлечение черных и цветных металлов, выделение горючей и биоразлагаемой фракции (последняя пригодна для ферментации и для производства строительных материалов), а также удаление опасных компонентов.

Сравнение и выбор технологических схем сортировки ТБО по критериальной оценке затруднены, так как не все схемы имеют одинаковое целевое назначение и не в равной степени учитывают закономерности обогащения сырьевых материалов (например, имеются единичные случаи нарушения известного в практике обогащения принципа «не дробить ничего лишнего», когда дроблению подвергают всю массу исходных ТБО, что ухудшает эффективность последующей сепарации и увеличивает затраты, не давая при этом никаких очевидных преимуществ).

В зарубежной практике сортировка ТБО наиболее часто начинается с операции грохочения; отдельные классы крупности этой операции обогащаются раздельно тем или иным методом, что в итоге дает определенный технологический эффект (повышение извлечения, чистоты разделения). В то же время отечественный опыт показывает, что установка барабанного грохота в начале процесса нецелесообразна, так как его отверстия легко забиваются текстильными и влажными компонентами. Аналогичные сложности отмечаются при грохочении исходных ТБО по классу 70-100 мм на заводах во Франции и Швейцарии.

Учитывая специфичность отечественных ТБО, механический перенос западных технологий сортировки в российские условия не является оптимальным решением. Любая западная технология должна быть адаптирована к российским условиям с учетом технологических свойств ТБО, отмеченных выше.

В таблице 1.5 в общем виде представлены принципиальные способы из­влечения утильных фракций из ТБО.

Таблица 1.5. Принципиальные способы из­влечения утильных фракций из ТБО

Утильный компонент	Способ извлечения
Черный металл	электромагнитная сепарация
Цветной металл	извлечение с помощью переменного «бегущего» магнитного по­ля; дробление и пневмовибрационная сепарация
Бумага	пневматическое разделение фракций по скорости витания в потоке воздуха; гидролульпация и осаждение тонковолокнистых фракций
Текстиль	«сухое» извлечение в цилиндрических грохотах с крючками (вильчатые установки); сепарация за счет сохранения прочности (в отличие от бумаги) при смачивании и перетирании
Синтетическая пленка	пневматическое разделение по ско­рости витания в потоке воздуха; сепарация за счет сохранения прочности при смачивании и пере­тирании электростатическая сепарация
Стекло	«мокрая» сепарация в циклонах; пневматическое отделение в вос­ходящем потоке воздуха по скоро­сти витания; сепарация в метате­лях с отражательной плитой по упругости и баллистическим свой­ствам

В каждой конкретной схеме завода используют свой набор тех­нологического оборудования, позволяющий в большей или меньшей мере отобрать утильные фракции. В России сепарацию ТБО рассматривают не только как метод, позволяющий утилизировать не­которые ценные компоненты ТБО, а в основном как способ улуч­шения «традиционных» методов их переработки: повышения за счет изъятия балластных фракций качества компоста, снижения засорения колосниковой решетки при сжигании ТБО. В итоге эффективность метода переработки ТБО, в котором акцентировано внимание на извлечение утильных компонентов, определяется заку­почной стоимостью выделенных компонентов с учетом их качества. Примером служат несколько принципиально различных апробиро­ванных технологических схем комплексной сепарации ТБО [33].

Пищевые отходы разделяют на две части[42-44]. Одна из них, содержащая ценные органические вещества, подается в цех для приго­товления кормовых веществ, другая, содержащая в основном стекло, кости, проходит через магнитные сепараторы и сепаратор балласта и подается в машину для отделения стекла и костей. Лом черного металла, отобранный магнитными сепараторами, направля­ют для очистки в печь. Очищенный металл поступает на пресс для упаковки.

Пищевые отходы после промывки водой при сильном встряхивании направляют на дробилку с режущими ножами. Раздробленный материал поступает в стерилизатор, куда подают пар. Внутри стерилизатора расположен смеситель, перемешивающий материал в процессе стерилизации. Материал находится в стерилиза­торе 40...50 мин и нагревается до 100...110 °С. Такая температура является достаточной для инактивации всей патогенной микрофло­ры. Стерилизатор работает циклично. Разгрузка производится авто­матически переключением лопастей, перемешивающих и перемеща­ющих материалы. Обезвреженный материал поступает во вращаю­щуюся сушильную камеру. В момент поступления в камеру материал аэрируется воздухом, нагретым до 80 °С, и переносится вверх, где в течение 20...25 мин подвергается действию воздуха, нагретого до 100 °С и выше. В процессе сушки влажность материала снижа­ется до 10...12%.

Научно-исследовательским институтом гигиены (МНИИГ) им. Ф.Ф. Эрисмана проведены посезонные санитарно-микробиологические исследования воздушной среды внутри цеха сортировки ТБО и на прилегающей территории и получены количественные характеристики загрязненности производственной среды при эксплуатации промышленно-экспериментальной линии сортировки ТБО производительностью 15 т/час. При этом изучено также санитарно-микробиологическое состояние некоторых компонентов ТБО (макулатуры, текстиля, пищевых отходов).

При оценке влияния технологического процесса на микробное состояние воздуха определяли общее микробное число (ОМЧ), бактерии группы кишечных палочек (БГКП), стафилококки и плесневые грибы.

Исследования показали, что наиболее загрязнен воздух при прохождении потока ТБО по открытым конвейерам до процесса аэросепарации: в весенне-летний период, характеризующийся максимальной микробной обсемененностью (на 1-2 порядка более высокой, чем в осенне- зимний период), общее содержание микробов находится в пределах 10- 20 тыс. кол/м3 (при этом содержание БГКП составляет 1-6 тыс. кол/м3, стафилококка - 0,4 тыс. кол/м3, плесневых грибов - 10-12 тыс. кол/м3). В контрольной точке ОМЧ было на уровне 1,5-3 тыс. кол/м3, БГКП и стафилококки практически отсутствовали. Весьма важно, что после процесса аэросепарации микробная обсемененность резко снижается (ОМЧ не превышает 1 тыс. кол/м3).

При транспортировке и вывозе ТБО по открытым конвейерам в воздух производственного помещения поступает пыль и незначительно возрастает концентрация аммиака и сероводорода (до процесса аэросепарации).

Из компонентов ТБО наиболее опасны в отношении распространения микробов макулатура, текстиль и особенно пищевые отходы: их индексы общего числа микробов весьма высоки и находятся на уровне 107-108, причем бактериальная составляющая загрязненности этих компонентов передается на весь состав ТБО.

Для обеспечения нормальных гигиенических условий труда и снижения потенциальной опасности микробиологического загрязнения производственных помещений необходимо:

- укрытие конвейеров и основного технологического оборудования (до процесса аэросепарации);

- организация местных отсосов конвейерной перегрузки и укрытие этих узлов (до процесса аэросепарации);

- организация приточно-вытяжной вентиляции в цехе сортировки;

- направление отработанного воздуха из процесса аэросепарации в термический процесс (использование в качестве дутья).

Весьма важно, что технологические режимы механизированной сортировки ТБО и сочетание сепарационных операций обеспечивают существенное улучшение состояния воздушной среды в производственных помещениях.

Относительно высокий уровень бактериального загрязнения ТБО как источника распространения патогенных микробов в производственной среде необходимо учитывать в тех случаях, когда организуют ручную сортировку ТБО с ленты открытого тихоходного конвейера в производственных условиях и когда существует эпидемиологическая опасность от непосредственного контакта человека с компонентами ТБО. С этих позиций предпочтительной является ручная сортировка «свежеобразованных» отходов нежилого сектора города, малозагрязненных пищевыми и растительными компонентами, а также сортировка вторсырья.

Основной проблемой реализации данного метода переработки отходов является низкая развитость сети предприятий по переработке вторичного сырья, что ведет к увеличению срока окупаемости ЛСМ и снижению инвестиционной привлекательности для данного производства.

Дробление является одной из вспомогательных операций, применяемых при переработке отходов [42-47].

Целесообразность включения операций дробления в технологические схемы переработки ТБО определяется в основном требованиями к крупности материала соответствующих переделов переработки - обогатительного, термического, биотермического, других переделов, а также необходимостью освобождения отходов от упаковки перед сепарацией ТБО (например, если сбор и транспортировка ТБО на сортировку осуществляется в полиэтиленовых мешках).

Основной принцип реализации на практике дробления техногенного сырья может быть заимствован из опыта обогащения полезных ископаемых - «не дробить ничего лишнего». Это означает, что дроблению следует подвергать не все исходные ТБО, а лишь их фракцию, не удовлетворяющую по крупности требованиям последующего передела. В частности, исходя из условий сортировки, легкообогатимой является фракция -250 мм (-300 мм), поэтому дробить следует лишь крупнокусковую фракцию, выход которой относительно небольшой.

Дробление производится в специальных машинах - дробилках - методами раздавливания, раскалывания, истирания, удара, разрывания или их сочетанием; кроме того, в некоторых дробилках на куски материала воздействуют изгибающие силы.

Выбор способа дробления зависит от физических свойств дробимого материала и крупности исходного материала.

Для очень твердых материалов наиболее рационально дробление ударом или раздавливанием, для вязких - раздавливанием или ударом в соединении с истиранием. Хрупкие материалы дробят способом раскалывания, волокнистые материалы типа текстиля - разрыванием.

Для мелкого дробления нетвердых и хрупких материалов применяются валковые дробилки. Эти дробилки состоят из двух валков с гладкой, рифленой или зубчатой поверхностью, вращающихся навстречу друг другу. Материал загружается в щель между ними и истирается.

Для дробления техногенного сырья - отходов - чаще всего применяются роторные дробилки: молотковые, ножевые и дисковые; значительно реже - растирающие дробилки (рашпили) и дробилки других типов.

Роторно-ножевые дробилки бывают двух типов - двухроторные и трехроторные. В обоих случаях роторы выполнены в виде винтов, режущие кромки которых обеспечивают дробление материала. Дробилки этого типа часто используются в зарубежной практике перед сепарацией ТБО для вскрытия мешков и пакетов с отходами.

Два верхних винтовых ротора, вращающихся с небольшой скоростью навстречу друг другу, обеспечивают предварительное дробление материала, нижний ротор - его доизмельчение.

Нижний ротор образует режущую поверхность как с двумя верхними роторами, так и с неподвижными ножами, закрепленными на корпусе (за счет дополнительных многозаходных витков). Степень дробления регулируется с помощью изменения зазора между нижним ротором и стационарными ножами. Скорость вращения каждого ротора можно плавно и индивидуально регулировать.

Роторно-дисковые дробилки включают один или два вращающихся вала, на которых закреплены предварительно напряженные режущие диски (как правило, зубчатые). Режущие кованые зубчатые диски изготавливаются из высокопрочных и износостойких материалов. Насаженные между режущими дисками распорные кольца защищают валы роторов от повреждений в процессе дробления.

В предложенном способе [48] для размалывания различных отходов необходимо погрузить их в воду и затем подводить энергетический импульс любой природы (например, электрический разряд в воде, лазерный луч, импульсный ультразвук). Следующие один за другим энергетические импульсы создают в воде мощное ударное давление, которое и размалывает отходы до очень тонкодисперсного состояния.