Съвременни решения за преработка на твърди битови отпадъци

Един от основните проблеми на съвременното общество са големи количества битови и промишлени отпадъци, които влияят негативно на околната среда.  Над 60% от градските боклуци са потенциални вторични суровини, които, след съответната преработка, биха могли отново да станат годни за употреба. Още около 30% са органични боклуци, които могат лесно да бъдат превърнати в компост. Проблемът с пълното унищожение или частичното рециклиране на твърдите битови отпадъци е изключително актуален с оглед на вредното въздействие, което имат тези боклуци върху околната среда. Твърдите битови отпадъци са богат източник на вторични суровини, в това число черни, цветни и редки метали. Освен това са и “безплатен” енергоносител, тъй като битовият боклук предоставя въглеродни съединения, необходими при производството на енергия.

Текст: списание Инфрабилд

Природните ресурси, които човечеството употребява, могат условно да се разделят на два вида - възобновяеми и невъзобновяеми. Към първите спадат онези ресурси, които биха могли да се възстановят с помощта на фотосинтезата в обозрим отрязък от време. Или иначе казано, това са всички видове растителност и ресурсите, получени от нея. Към втория вид се отнасят полезните изкопаеми, които, поне в обозримото бъдеще време, не биха могли да се възстановят сами.  Повечето от технологиите, използвани от човечеството в наши дни, се основават на невъзобновяемите природни ресурси като нефт, въглища, различни видове руда. Това обаче води до проблеми, касаещи екологичния баланс на цялата планета - намалени са почвеното плодородие и количеството прясна вода в световен мащаб, а атмосферата е силно замърсена. И все пак има изключения - постоянният стремеж към иновации позволява на учените да разработят някои наистина работещи решения, касаещи биоравновесието.

Правителствата на част от развитите страни обръщат все по-голямо внимание на въпросите, свързани с опазване на природата. Ето защо в определен брой държави вече са въведени мерки, поощряващи използването на специални технологии, чрез които да се подобрят наличните системи за почистване на боклуци и тяхното изгаряне. Вече има достатъчно на брой причини да се смята, че технологията за изгаряне на боклука е от ключово значение. В момента унищожаването на един килограм смет струва 65 цента, а ако скоро не бъдат направени промени в тази сфера, цената ще се увеличи в пъти. Осезаема е необходимостта от технология, която едновременно да обезпечи потребителските нужди на населението и да не вреди на околната среда. Добрата новина е, че такива технологии вече съществуват. И по-конкретно, съществува възможност не просто да се намалят разходите по ликвидация на боклука, но и да се постигне положителен икономически ефект. 

Широко разпространеният метод, използващ изгаряне на тоновете ненужни остатъци, натрупани по сметищата, води до сериозно замърсяване на въздуха и до значителни разходи за държавния бюджет. Негова алтернатива се явява преработката на боклука с последващо сортиране на неговите съставни части. В този случай отсъстват химически и топлинни процеси, което пък понижава екологичния риск. Пресованите остатъци се използват активно в сферата на рециклирането, като така се затваря кръгът “продукт - потребител - отпадък”. Боклукът отново може да достигне го потребителя по формата на стока!

Проблемът, наречен сметище

Управата на всяко населено място би трябвало да си дава сметка, че извозването и обезвреждането на твърдите битови отпадъци биха могли да предизвикат огромен екологичен проблем, ако не бъдат извършвани, както трябва. Процесите по рециклиране на въпросните боклуци не трябва да застрашават биоравновесието, обществената хигиена и условията за живот на населението. Преобладаващото количество от твърди битови отпадъци в света се складира на специално създадени за целта сметища. Това обаче е един от най-неефективните способи за справяне с боклуците, тъй като всяко бунище представлява всъщност огромна територия, която често е била плодородна земя в миналото. Нещо повече - тези места се характеризират с висока концентрация на въглеродосъдържащи материали като хартия, полиетилен, пластмаса и дърво. Вследствие на този факт натрупаните там боклуци често горят и замърсяват околната среда с отделените вредни газове. Освен това, тези струпвания замърсяват подпочвените води, превръщайки ги в източник на зарази. 

Рационалната организация при преработването на твърдите битови отпадъци дава възможност след рециклиране да се използват до 90% от боклуците в строителната индустрия, например в качеството си на пълнител за бетон. Нещо повече - от 1000кг твърди битови отпадъци може да се получи топлинна енергия, еквивалентна на онази, която се отделя при изгарянето на 250 килограма мазут.  В настоящето съществуват редица способи за съхраняване и преработка на твърдите битови отпадъци - предварително сортиране, санитарен земен насип, изгаряне, биотермично компостиране, нискотемпературна и високотемпературна пиролиза. 

Предварително сортиране

Този технологичен процес предвижда разделение на твърдите битови отпадъци във фракции посредством ръчен труд или с помощта на автоматизирани конвейери. След това боклуците се раздробяват и пресяват, като по същото време от тях се извличат металните части.  Сортирането на твърдите битови отпадъци е една от съставните части на рециклирането, затова съществуват специализирани заводи, изпълняващи тази задача. В тях се отделят металните, пластмасовите, стъклените, хартиените и други материали с цел по-нататъшната им преработка. 

Санитарен земен насип

Въпросният подход към обезвреждането на твърдите битови отпадъци е свързан с получаването на биогаз и използването му впоследствие в качеството му на суровина за отопление. С тази цел битовите боклуци биват засипвани по определена технология с почва.  Биогазовите депа са снабдени с вентилационни тръби, вентилатори и контейнери за събиране на газ. Наличието на пореста структура в комбинация с органични компоненти е предпоставка за активно развитие на микробиологични процеси. Депото може да бъде разделено на няколко зони, в които характерните микробиологични процеси се различават - аеробна, преходна и анаеробна. В най-горния аеробен слой боклуците се минерализират до въглероден двуокис, вода, нитрати, сулфати и разни прости съединения, благодарение на микробното окисление. Така нитратите и нитритите се превръщат в газообразен азот и неговите оксиди, тоест се извършва процесът денитрификация. 

Най-голям обем заема дълбоката анаеробна зона, в която интензивните микробиологични процеси протичат при нищожно съдържание на кислород - под 2%. В тези условия се появяват най-различни газове и летливи органични вещества. Основният процес в тази зона е образуването на метана. Постоянната температура на това ниво (30-40°С) създава оптимална среда за развитието на метанообразуващи бактерии. В най-общи линии това представлява съвременното производство на биогаз. Ето защо може да се направи предположението, че и занапред тази система може да бъде използвана - вероятно нито количеството на изхвърляните боклуци ще бъде драстично намалено, нито необходимостта от биогаз. 

Изгаряне на отпадъците

Това е широко разпространен способ за унищожение на твърдите битови отпадъци, който претърпява драстична промяна в края на XIX век. Сложността на непосредственото рециклиране на тези боклуци се обуславя от количеството на техните компоненти, както и от санитарните изисквания към процесите по преработка. Тъкмо по тази причина и до ден-днешен изгарянето си остава най-популярният метод за първична обработка на този вид смет. Изгарянето на битовите боклуци позволява да се намалят техните обем и маса, както и да се получат допълнителни ресурси, които биха могли да бъдат използвани за централизирано отопление и производство на електроенергия. Сред основните недостатъци на този подход са отделянето на вредни вещества в атмосферата и унищожаването на органични и други компоненти, които се съдържат в битовите отпадъци. 

Изгарянето може да бъде разделено на два вида - непосредствено изгаряне, при което се получават само топлина и енергия, и пиролиза, при която се образува течно и газообразно гориво. Всяка страна решава как да обработва своите битови отпадъци. Така например в САЩ и Англия само 10% от тях биват изгаряни, докато в Австрия, Италия, Франция и Германия от 20 до 40%. В Белгия и Швеция процентите са 50, в Япония - 70, а в Дания и Швейцария - 80.  За да се повиши екологичната безопасност на изгарянето като процес, е необходимо да се спазват някои условия и основни принципи, които не търпят компромиси. Трябва да се следят относителната температура на изгаряне и продължителността на високотемпературното изгаряне. Освен това, трябва да има налични турбулентни въздушни потоци за пълно изгаряне. 

В днешно време горивото от битови отпадъци се получава в насипно състояние, като гранули и брикети. Изгарянето гарантира минимално съдържание на шлака и пепел в крайните вещества, но същевременно се явява източник на вредни емисии, които се разпространяват в атмосферата. Специализираните заводи отделят под формата на газове хлороводород, серен диоксид, както и твърди частици от различни метали - олово, цинк, желязо, манган, кобалт, мед, никел, сребро, кадмий, хром, калай, живак и други. Установено е, че количеството на кадмий, олово, цинк и калай в саждите и прахта е правопропорционално на броя пластмасови отпадъци, изгорени в съответния период.  Единствено чрез сортиране или разделно събиране на боклуци може да се намали отделянето на вредни вещества при изгаряне. Да се намали, но не и да изчезне напълно! Ето защо е важно да се обърне внимание и на съвременните способи за преработка на битови отпадъци, които позволяват ефективното рециклиране и вторичното използване на ценните компоненти, които се съдържат в тях.

Биотермично компостиране

Този способ за рециклиране на твърдите битови отпадъци се базира на естествените, но ускорени реакции при трансформацията на боклуците, които настъпват при досег с горещ въздух с температура от порядъка на 60°С. Биомасата, съдържаща се в общото количество смет, се превръща в компост под въздействие на по-нататъшните реакции, настъпващи в биотермичната обстановка. За реализацията на този способ обаче изходният материал трябва да бъде изчистен от предмети с големи габарити, както и от метали, стъкла, керамика, пластмаса, каучук и други. Получената смес се зарежда в биотермични барабани за известно време, след което отново се изчиства от черни и цветни метали и се смачква.

После се складира за по-нататъшна употреба като компост в селското стопанство или биогориво в сферата на енергетиката. Важно е да се отбележи обаче, че дори съвременните технологии не предоставят възможност крайният продукт да бъде изчистен от солите на тежки метали. При наличието на такива, той не е годен за употреба като компост, тъй като би унищожил или поне увредил и най-издръжливата на вредни влияния реколта. Друг метод за обезвреждане на отпадъците е пиролизата - необратима промяна в химичния състав на отломките, която настъпва под влияние на висока температура в безкислородна среда. Цената на този процес е висока, но той не вреди на околната среда. Според степента на термично въздействие има два вида пиролиза - нискотемпературна (до 900°С) и високотемпературна (над 900°С).

Нискотемпературна пиролиза

Това е процес, при който раздробеният отпадъчен материал се разлага термично. При повишаване на температурата се увеличава количеството на газообразните крайни продукти за сметка на твърдите. Преимуществото на пиролизата спрямо непосредственото изгаряне е основно с оглед запазване на природата. С помощта на този способ може да се преработват боклуци, неподлежащи на рециклиране, като например гуми, пластмаси, масла и други. След пиролизата не остават биологично активни вещества, затова и подземното складиране на крайните продукти не нанася вреда на околната среда. Образуваната след процеса пепел пък има висока плътност, така че обемът на боклуците бива драстично намален. Към преимуществата на пиролизата спада и фактът, че получените продукти се съхраняват и транспортират осезаемо по-лесно, отколкото при другите методи. В Дания, САЩ, Германия и Япония например вече функционират заводи за преработка на твърди битови отпадъци чрез пиролиза.

Високотемпературна пиролиза

Този способ за обработка на твърди битови отпадъци е фактически превръщането на боклука в газ. Съставна част на процеса са твърдите продукти във формата на шлака, тоест онези, които не подлежат на нискотемпературна пиролиза. Методът високотемпературна пиролиза се извършва посредством херметическа електропещ, а по време на процеса се спазват стриктни правила, осигуряващи безопасност и ефективност. Високотемпературната пиролиза се явява едно от най-перспективните направления в областта на преработката на твърди битови отпадъци не само от гледна точка на биоравновесието, а и с оглед на полезните вторични продукти, които се получават при него - газ, шлака, метали и други материали, които биха могли да имат широко приложение в различни отрасли.

Въпросният подход дава възможност икономически изгодно, екологично чисто и относително лесно, що се отнася до използваната технология, да се преработват битови боклуци без каквато и да е предварителна подготовка. Описаният метод е подходящ за превръщане в газ на различни по вид, размер и структура отпадъци. Сред потенциалните изходни материали за високотемпературната пиролиза са запалима фракция от твърди битови отпадъци, отделена при сортиране; твърди и нетоксични промишлени отпадъци като пластмаса, картон, хартия; твърди и запалими продукти, останали при преработката на автомобили; отпадни води с цел изсушаване на утайката; суха биомаса като дървесина, стърготини, кора и т.н.

Преработка на гниещи отпадъци

Органичната фракция на твърдите биологични отпадъци, получена в резултат на първоначалното сортиране, може да бъде подложена на анаеробна преработка, така че да се получи компост, подходящ за селското стопанство. Този процес протича в реактори, в които бактериите, произвеждащи метан, преработват органичната субстанция в биогаз и хумус. Субстанцията се държи на същото място при определена температура в продължение на 15-20 дни. Следващият етап предвижда целият обем да бъде подложен на проверка с оглед подобряване на ефективността, след което да бъде разпределен в по-малки и удобни за използване форми.  Полученият хумус може да бъде прилаган при реализацията на ландшафтни проекти, градинарство и селско стопанство. Метанът пък може да бъде използван при производството на топло- и електроенергия.

Преработка на стари автомобили

В развитите страни съществуват и строги закони, и държавно финансиране, стимулиращо преработката и повторното използване на различните автомобилни части. Нещо повече - през юли 2006 година Европейският съюз категорично забрани на негова територия да се изгарят и заравят в земята старите автомобилни гуми. По тази причина повечето държави започнаха активно да търсят алтернативни методи за обезвреждане. Все още обаче оборудването за преработка на гуми не е евтино, но инвестицията се възвръща за период от една до три години.

За преработка на самите излезли от употреба автомобили се използва технологията за промишлен демонтаж, която позволява вторичната употреба на отделни детайли. Стандартната линия за такъв тип дейност е способна да преработва десет хиляди автомобила годишно. Тя е предназначена за оптимално бързо и безопасно сваляне на различни детайли.  Основните компоненти на линията са автоматичен конвейер, придвижващ автомобилите; устройство за преобръщане на колите и за тяхната подготовка за пълно разглобяване. Следва премахване на двигателя, а след това - на всички останали съставни части, които биха могли да бъдат повторно използвани.

Преработка на медицински отпадъци

Игли, спринцовки, медицински контейнери, метални сонди, стъкло, физиологични вещества, лекарства, филтри, флакони, памперси, катетри и лабораторни отпадъци - това са само част от медицинските отпадъци, които трябва да се третират с особена предпазливост.  Съществува технология за преработването им, която ги смила и стерилизира, така че да се превърнат в суха и хомогенна прах без аромат. Описаният остатък е изцяло инертен продукт и не съдържа микроорганизми. Този процес се осъществява с помощта на стандартно оборудване и е изцяло автоматизиран. 

Подобен вид опасни отпадъци трябва да се събират разделно в съответните учреждения - държавни, общински и частни диагностично-консултативни центрове; центрове за спешна помощ; кабинети за преливане на кръв; специални учреждения за пациенти, диагностицирани с различни заболявания; старчески домове; научно-изследователски институти; учебни заведения с профили с медицинска насоченост; ветеринарни лечебници; аптеки; учреждения за съдебно-медицински експертизи и други. Традиционните общински бунища, пълни с непреработена смет, не просто провалят ландшафта в даден регион - те представляват потенциална заплаха за здравето на хората. Риск съществува, дори бунището да не е в непосредствена близост до населеното място, тъй като то може да се превърне в огнище на опасни зарази, а територията му е толкова голяма, че епидемията просто да не може да бъде спряна.

Основната задача, която стои пред системите за преработка на твърди битови отпадъци, е възможно най-голямо количество от натрупаната смет да бъде преработена, така че да бъдат получени ценни крайни продукти. За да се реализира тази цел, се използват всички постижения на съвременните технологии, които позволяват да се автоматизират процесите по сортиране и разделна преработка на различните видове отпадъци.  Само чрез комбинация от всички описани решения за обработка на смет може да се постигнат оптимални резултати, които да обхванат голяма територия и рентабилно да подпомогнат съответните съпътстващи производства. Не бива да се забравя и биоравновесието, което пряко влияе върху качеството на живот на всички същества, обитаващи тази планета.