Материал: Литвенкова И.А. Экология городской среды Урбоэкология

2. Утилизация тбо.

Существует более 20 методов переработки, обезвреживания и утилизации отходов. Условно все методы можно разделить на три группы:

• утилизаци­оные;

• ликвидационные;

• смешанные.

По технологическому принципу различают биологические, термические, химические, механические и смешанные методы. Наибольшее распространение в Беларуси получило в первую очередь складирование на полиго­нах или свалках (ликвидационный механический), которых сегодня в Белару­си насчитывается около 240— 250, общей площадью 1000 га. В Минске по санитарно-экологическим требованиям остановлена станция сжигания бытовых отходов (ликвидационный термический), из-за значительной доли тяжелых металлов в ТБО от выбрасываемых батареек, аккумуляторов, красителей.

Полигоны твердых бытовых отходов. Полигоны — это природоохранные сооружения, предназначенные для централизованного сбора, изоляции и обезвреживания отходов, обеспечивающее защиту от загрязнения атмосферы, почв, подземных и поверхностных вод, препятствующее распространению патоген­ных микроорганизмов за пределы площадки складирования. На полигонах возможна утилизация органической составляющей ТБО путем улавливания биогаза.

Срок службы полигона должен быть не менее 15—20 лет. Размещать полигоны необходимо с учетом требований санитарных норм, с удалением от ближайшей жилой застройки на расстояние не менее 500 м. К полигону должна быть подведена дорога с твердым покрытием. По всему периметру площадки, отведенной для полигона, должна быть устроена защитная лесополоса шириной не менее 20 м. Уровень грунтовых вод под днищем полигона должен находиться на глубине более 2 м. На площадке полигона не должны нахо­диться выходы родников. Категорически запрещается использовать под по­лигоны акватории рек, озер, стариц и болот.

Площадь участка складирования полигона разбивается на очереди эксплуатации из расчета 3—5 лет на каждую очередь. В составе первой очере­ди выделяется первый пусковой комплекс с объемом складирования в те­чение 1—2 лет.

Защита от загрязнения почв и грунтовых вод осуществляется путем устройства специального противофильтрационного экрана, уложенного по всему днищу и бортам полигона, системы перехвата, отвода и очистки фильтрата, а также системы наблюдательных скважин для контроля качества грунтовых вод.

Защита от загрязнения почв и воздушного бассейна осуществляется путем ежедневного перекрытия заполненных рабочих карт полигона слоями грунта, организации системы сбора, отвода и утилизации биогаза, оборудования рабочих карт переносными сетками, перехватывающими разносимые ветром легкие фракции (бумага, пленки), рекультивации поверхности запол­ненных участков полигона.

Защита поверхностных водных объектов от загрязнения ливневыми и талыми водами, стекающими с территории полигона, ограниченной лесополосой, осуществляется путем очистки поверхностного стока на площадке «био­плато» и отвода транзитных поверхностных вод.

Теоретическая вместимость полигона на расчетный срок определяется по формуле:

,

где k₁ — коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО за весь срок службы полигона; k₂— коэффициент, учитывающий объем промежуточных и наружных изолирующих слоев грунта; Т — срок службы полигона, годы; Н₁ и Н₂ — численность населения на первый и последний годы эксплуатации; У₁ и У₂ — удельные годовые нормы накопления на 1-й (фактические данные) и послед­ний годы эксплуатации, м³/чел. в год.

После окончания эксплуатации полигонов их покрывают изолирующим слоем толщиной не менее 1 м в соответствии с проектом рекультивации.

Схема полигона зависит от рельефа местности. На плоских участках устраиваются полигоны высотного или траншейного типа. Полигон вы­сотного типа образуется путем обвалования плоского участка. Полигоны траншейного типа создаются на плоских участка путем прокладки траншей глубиной 3-6 м и шириной поверху 10-12м. Грунт, полученный от разработки траншеи, используется для обратной засыпки после их заполнения ТБО. Полигоны овражного типа. На дно оврага (основание полигона) укладывают глинистый грунт с послойным уплотнением для создания водонепроницаемого противофильтрационного экрана. Участки складирования в овраге разбивают, начиная с верховья, на очереди, сооружая в конце каждого участка земляные плотины. Вместимость полигона, расположенного в овражном участке, рассчитывается в два этапа. На первом этапе определяют вместимость при заполнении до бровки оврага, на втором — с учетом создания дамб обвалования по схеме высотного полигона. Полигоны карьерного типа. Складирование ТБО в карьерах осуществляется по схеме выравнивания (до уровня бровки карьера) или по высотной схеме с превышением уровня бровки карьера за счет создания дамб обвалования. Предусматривается съезд мусоровозов на дно карьера и послойная укладка отходов. Послойная укладка достигается надвигом снизу вверх или сталкиванием с откоса, образованного ТБО.

Санкционированная свалка – территория, временно разрешенная для размещения отходов. Такая свалка имеет СЗЗ не менее 2 км, в пределах которой не допускается жилая застройка.

Наиболее серьезным источником загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод являются возникающие в городах и вокруг них несанкционированные свалки.

Полевое компостирование является наиболее простым способом обезвреживания и переработки ТБО. Если на полигонах обезвреживание протекает в течение 50—100 лет, то при полевом компостировании этот процесс происхо­дит за 6—18 месяцев в зависимости от климатических условий.

Компостирование — сложный аэробный биологический процесс, сопро­вождающийся интенсивным выделением тепла. Компостирование в максимальной степени соответствует природному кругообороту веществ, обеспечивая обезвреживание и утилизацию ТБО.

Легкогниющие органические вещества разлагаются с образованием подвижных форм гуминовых кислот, хорошо усваиваемых растениями. В результате компостирования синтезиру­ется гумус, который является основным компонентом почвы. В основе полу­чения компоста лежит процесс аммонификации под воздействием аэробных бактерий. В свою очередь аммонификация является процессом разложения органических соединений ТБО с выделением аммиака. Поэтому при компо­стировании ТБО теряют до 20% (по весу) органических веществ.

Разложение органического вещества ТБО, инициируемое аэробной мик­рофлорой, требует постоянного притока кислорода и отвода газообразных продуктов окисления, в том числе углекислого газа. Накопление углекислого газа, снижая окислительный потенциал, может тормозить процесс. Поэтому в ТБО должно поддерживаться определенное соотношение углерода и азота (С:N = 25-30). В процессе компостирования можно выделить две основные фазы: I - получение биотоплива; при этом снижение содержания органичес­кого вещества составляет 5—8% вес; II - получение компоста, при котором снижение веса органического вещества составляет 20%.

Компостирование ТБО производится на площадках, расположенных рядом с полигонами. Для успешного течения процесса компостирования необходимо соблю­дение следующих условий: влажность ТБО должна быть не менее 50—60% вес; содержание пищевых отходов - не менее 25-30%; отношение С : N в ТБО, равное порядка 25-30.

Разберем несколько технологий компостирования:

1) Наиболее простая технология компостирования заключается в складировании в штабеля, расположенные параллельными рядами с проездом между ними 3 м. Ширина основания и высота варьируют в зависимости от климатических условий. Для предотвращения выплода мух, устранения запахов и уменьшения теплообмена между штабелями и воздушной средой их покрывают слоем земли высотой 15—20 см.

В процессе компостирования интенсивно снижается влажность отходов. Для обеспечения активизации процесса наряду с перелопачиванием и принудительной аэрацией материал следует увлажнять. Полученный компост очищается от балластных фракций — стекла, камней, металла.

2) Другим вариантом технологии полевого компостирования являете предварительное дробление ТБО перед укладкой в штабеля, осуществляемое при помощи молотковых дробилок. В этом случае выход компоста увеличивается, а количество отходов снижается.

3) Более совершенная технология полевого компостирования осуществляется на специальных секционных площадках с водонепроницаемым основанием (бетонные плиты), оборудованных грейферным краном, осуществляющим создание и перелопачивание штабелей. На площадках имеется дробильно-сортировочное отделение, оборудованное приемным бункером с пластинчатым питателем, магнитным сепаратором для отбора металлолома, системой ленточных транспортеров, цилиндрическим грохотом, дробилкой для компоста. Для аэрации ТБО в штабелях прокладывают перфорированные воздуховоды, соединенные с вентилятором. Площадки содержат систему полива и пожаротушения. Для ликвидации крупного отсева балластных фракций площадки могут содержать мусоросжигательные установки небольшой производительности; при их отсутствии балласт вывозится на полигон. Для небольших городов (до 200 тыс. жителей) такие площадки компостирования являются альтернативой полигонам ТБО.

Мусороперерабатывающие заводы. Основной задачей мусороперерабатывающих заводов (МПЗ) является обезвреживание ТБО и переработка обезвреженных компонентов ТБО для дальнейшей утилизации. Как правило, на МПЗ применяют аэробный метод обезвреживания ТБО (компостирование), который может быть дополнен следующими технологиями:

• вывоз части ТБО на полигоны (ликвидационно-биологический метод);

• сжигание части ТБО на мусоросжигающих заводах (ликвидационно-термический метод);

• сжигание части ТБО на МСЗ с использованием полученного тепла (утилизационно-термический метод);

• термическая обработка ТБО без доступа воздуха (пиролиз) с утилизацией газов и других продуктов пиролиза (утилизационно-термический метод).

При использовании указанных выше технологий на МПЗ возможно получение следующих ценных компонентов ТБО: черные и цветные металлы стекло, пластмассы, сырье для картонных фабрик, продукты пиролиза, теши и органические удобрения (компост).

Переработка ТБО на МПЗ включает следующие основные операции:

- Технологическая подготовка ТБО.

- Обеззараживание ТБО в биотермических барабанах. В течение 2-3 дней происходит компостирование ТБО во вращающихся биотермических барабанах; обязательным условием обеззараживания ТБО является их выдержка – не менее 12 часов при температуре, губительной для патогенной микрофлоры.

- Контрольная сортировка обеззараженных ТБО. Производится для очистки компоста от крупных фракций, которые не компостируются.

- Извлечение черных металлов. На современном уровне развития утилизационных технологий можно извлекать 90-95% всего черного металла, входящего в морфологический состав ТБО. Черные металлы извлекаются из ТБО с помощью подвесных электромагнитов, расположенных над конвейерной линией, перемещающей ТБО.

- Извлечение цветных металлов. Обычно ТБО содержат до 0,2 – 0,3% цветных металлов, фракционный состав этих включений – менее 250 мм. Извлечение цветных металлов производится после извлечения черных металлов в потоке обеззараженного ТБО, имеющего фракции менее 250 мм с помощью многофазного индукторного электроустройства, устанавливаемого под лентой конвейера, создающего бегущее электромагнитное поле.

- Извлечение балластных включений, меньших 250 мм.

-Извлечение измельченной пленки из компоста.

Технологическая схема МПЗ приведена на рис. 5 .

Мусоросжигательные заводы. Обезвреживание ТБО на мусоросжигательных заводах (МСЗ) получило широкое применение в мировой практике. Такие страны как Дания, Швейцария и Япония сжигают около 70% своих ТБО. МСЗ занимают сравнительно небольшие площади от 2 до 5 га. Их применение оправдано в тех случаях, когда полигоны ТБО расположены на значительном удалении от города. Однако сжигание ТБО связано со значительными выбросами в атмосферу и сложностью их очистки. При низкотемпературном сжигании ТБО (ниже 1000 ⁰С) вероятность образования высокотоксичных газов увеличивается. Не решены вопросы использования образующихся шлаков и летучей золы, которые являются крупнотоннажными отходами. При сжигании образуется 10-15% золошлаков от веса поступающих на МСЗ отходов.

В последние годы в ряде стран идут интенсивные промышленные исследования в направлении термической переработки ТБО нагреванием без доступа воздуха до температуры 500 – 600 ⁰С

Рис. 5. Технологическая схема мусороперерабатывающего завода

Примечание: 1 — взвешивание мусоровозов; 2 - приемное отделение; 3 — пластинчатый питатель; 4 — сепаратор крупных (>400 мм) фракций ТБО; 5 -сепаратор черных металлов; 6 - удаление крупных фракций на МСЗ или полигон ТБО; 7 — подача фракций ТБО мельче 400 мм на биобарабаны; 8 - биобарабаны; 9 — сушка компоста; 10 — сепаратор балласта; 11 — сепаратор цветных металлов; 12 — бункер для черных металлов; 13 — пресс для брикетирования черных металлов; 14 — бункер для цветных металлов; 15 - пресс для брикетирования цветных металлов; 16 — вторцветмет; 17 — вторчермет; 19 — бункер стекла; 20 — стекольный завод; 21 - дробилки; 22 - сепаратор дробленой пленки; 23 — бункер дробленой пленки; 24 — завод пластмасс; 25 — шта­бели дозревания компоста.

(низкотемпературный пиролиз) и выше 1100 ⁰С (высокотемпературный пиролиз). Важное отличие технологии пиролиза ТБО заключается в том, что образующиеся газообразные продукты – пар и топливный горючий газ – можно разделить и использовать в самом процессе термической обработки ТБО или вне его. При этом выброс газообразных продуктов в атмосферу резко снижается. При пиролизе образуются продукты, которые могут найти применение в хозяйственной деятельности: газообразное топливо (30-40%); твердый углеродистый остаток (30-40%) – используется как заменитель низкосортных графитов, заполнитель асфальтобетонных смесей, низкосортное топливо, сорбент; смола (20-30%) – как топливо, составляющая асфальтобетонных смесей, сырье для извлечения химсоединений; подсмольная вода – как антисептическое средство для пропитки шпал.

В настоящее время известны три установки по пиролизу ТБО: горизонтальные (барабанного типа), вертикальные (шахтного типа), смешанные. К недостаткам существующих пиролизных установок следует отнести малую производительность, несовершенную систему очистки газообразных продуктов, нерешенность вопросов полной утилизации продуктов пиролиза. Внедрение пиролизных установок позволит создать безотходные технологии переработки ТБО, в том числе для небольших городов, где строительство крупных мусороперерабатывающих комплексов нерентабельно.

Тема 8 экология флоры в условиях городкой среды

1. Структура зеленых насаждений в городе.

2. Своеобразие флоры урбоэкосистем.

3. Состояние городских насаждений и факторы, обуславливающие неблагоприятную экологическую обстановку для развития урбанофлоры.

4. Роль зеленых насаждений в создании оптимальной городской среды.

5. Фитомелиорация городской среды. Принципы создания насаждений в городах и пригородных зонах.

1. Структура зеленых насаждений в городе и их свойства.

Зеленые насаждения города входят в состав комплексной зеленой зоны – единой системы взаимосвязанных элементов ландшафта города и прилегающего района. Функции данной зоны: обеспечение комплексного решения вопросов озеленения и обновления территории; природоохранная функция; рекреационная; улучшение условий труда и проживания.

Комплексная зеленая зона состоит из ядра (территория городской застройки) и внешней зоны. В ядре выделяют: микрорайоны, кварталы; зеленые насаждения различного назначения; озеленение улиц, дорог, площадей; озеленение промышленных территорий. Внешняя зона включает: внегородскую застройку, промышленные территории; курорты и места отдыха (пляжи, дачные поселки, учреждения отдыха); зеленые массивы (лесопарки), сады, питомники; неозеленяемые (сельскохозяйственные) территории; водоемы.

В структуру зеленых насаждений городской среды входят:

- насаждения общего пользования, к которым относят: скверы, парки, бульвары, сады, газоны, набережные, вертикальное озеленение.

- насаждения ограниченного пользования - внутриквартальные насаждения (во дворах жилых зданий), приусадебные участки, зеленые массивы лечебных, детских, школьных учреждений и промышленных предприятий.

- насаждения специального назначения - ветрозащитные, противопожарные, санитарные, мелиоративные, водоохранные зоны.

Многие города окружены «зеленой зоной» - пригородными лесами. Т.о. зеленые насаждения могут иметь как самостоятельное значение (лесопарки), так и входить в структуру застройки города в качестве ее органического компонента (скверы, уличные насаждения).

По В.В. Владимирову (1986, 1996), при формировании природного каркаса города важно учитывать следующие наиболее важные принципы:

• преемственность построения каркаса в экзогенном плане (главные оси при­родного каркаса города должны быть логическим продолжением тех или иных алиментов природного каркаса района);

• взаимосвязанность элементов каркаса (каркас должен представлять собой не случайную мозаику различных по назначению городских зеленых насажде­ний, а скорее сетку экологических осей, на пересечении которых целесообразно формировать сравнительно крупные массивы зелени (зеленые зоны) – центры экологической активности);

• относительную автономность отдельных частей каркаса (элементы каркаса должны проникать во все наиболее значительные структурные звенья города - жилые и промышленные районы, микрорайоны и др.);

• функциональное соответствие каркаса конкретным природным и экономическим особенностям города, что должно выражаться как в построении структу­ры каркаса, так и в его биологических характеристиках;

• одновременное формирование каркаса (по крайней мере в новых городах) с городской застройкой как части архитектурно-планировочной структуры города.

Структуру природного каркаса города услов­но можно подразделить на макро-, мезо- и микроструктуру (Владимиров, 1996).

Макроструктура охватывает расположение зеленых массивов в черте города по отношению к массивам жилых кварталов, к промышленным районам города и транспортным узлам, к искусственным и естественным водоемам. Макроструктура создается при составлении генерального плана города.

кольцевая макроструктура – сформирована обычно в силу исторических причин в центрах старых городов: озеленение по периметру «бульварное кольцо» и за счет прежних загородных садов, кладбищ.