И.А. Литвенкова
Экология городской среды: урбоэкология
Курс лекций. – Витебск: Издательство УО «ВГУ им. П.М.Машерова», 2005 – 163 с.

Тема 8. Бытовые и производственные отходы. Санитарная очистка городов

2. Сбор и удаление твердых бытовых отходов

2.1. Утилизация твердых бытовых отходов (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.