Именно промышленная переработка, учитывающая требования экологии, ресурсосбережения и экономики, представляет собой кардинальный путь решения проблемы ТБО.
В мировой практике нашли промышленное применение четыре метода переработки ТБО:
- термическая обработка (в основном сжигание);
- биотермическое аэробное компостирование (с получением удобрения или биотоплива);
- анаэробная ферментация (с получением биогаза);
- сортировка (с извлечением тех или иных ценных компонентов для вторичного использования, удалением балластных или вредных компонентов, выделением отдельных фракций, наиболее пригодных технически, экологически и экономически для переработки тем или иным методом, например, сжиганием или компостированием).
Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, свои оптимальные области применения, зависящие главным образом от морфологического состава ТБО и региональных условий.
Одним из наиболее распространенных и технически отработанных методов промышленной обработки ТБО перед их удалением на свалки является сжигание (часто с утилизацией тепла). В европейских странах сжиганием перерабатывают 20-25% объема городских отходов, в Японии - около 65% , в США - около 15% (в США мусоросжигание рассматривают как один из основных способов продления срока службы свалок). Судя по зарубежным данным, технология прямого сжигания ТБО представляет экологическую опасность вследствие токсичных выбросов (тяжелые металлы, дибензодиоксины, дибензофураны и др.).
Техника и технология сжигания ТБО непрерывно совершенствовались.
В 30-е годы были разработаны печи для непрерывного слоевого сжигания ТБО, осуществляемого на колосниковой решетке, установленной в нижней части печи (до настоящего времени слоевое сжигание ТБО при температуре 850-1000 град.С в мировой практике применяется наиболее часто). В начале 80-х годов стали появляться котлоагрегаты с топками с псевдоожиженным слоем (система "твердое-газ") в большей степени отвечающие экологическим требованиям.
В начале 90-х годов проведены многообещающие исследования по использованию металлургических печей Ванюкова, в которых сжигание осуществляется при температуре 1350 град.С в кипящем слое барботируемого шлакового расплава (образуется из загружаемых совместно с ТБО в печь золошлаковых отходов ТЭЦ); барботаж осуществляется с помощью окислительного кислородно-воздушного дутья, подаваемого через фурмы в нижней части боковых стенок печи (ниже уровня расплава/, а достигаемая температура обеспечивает разложение опасных органических соединений до простейших нейтральных. В середине 80-х начале 90-х годов Институт высоких температур АН разработал научные основы технологии высокотемпературной (2000 град.С) термообработки ТБО в шахтных печах (по конструкции идентичны доменным печам), в которые непрерывно подается предварительно нагретый до 1000-1100 град.С воздух ( воздух подогревается в подгоревателях-кауперах, представляющих собой металлические футерованные емкости с керамическими элементами в виде шариков из диоксида циркония или алюминия).
На большинстве действующих заводов не прямому сжиганию ТБО из шлаков сжигания выделяют черный металлолом (огарки).
Более чем вековая практика позволяет достаточно четко сформулировать преимущества и недостатки мусоросжигания. Преимущества этого метода; уменьшение объема отходов в 10 раз; снижение риска загрязнения почвы и воды отходами; возможность рекуперации образующегося тепла. Недостатки мусоросжигания исходных ТБО: опасность загрязнения атмосферы; уничтожение ценных компонентов; высокий выход золы и шлаков (около 30% по массе); низкая эффективность восстановления черных металлов из шлаков; сложность стабилизации процесса сжигания.
С 1972 г. в СНГ по проектам института "Гипрокоммунэнерго" построено 11 заводов, работающих по технологии прямого сжигания исходных ТБО (в городах Москва, Мурманск, Владимир, Владивосток. Сочи, Киев, Севастополь, Харьков). Все заводы, за исключением завода в Г.Владимире, работают на комплектном импортном оборудовании.
Основной вывод по всем построенным заводам - их неудовлетворительная работа и отрицательное экологическое влияние. Именно по экологическим соображениям бывший Госкомприроды СССР закрыл все три завода в Москве, из которых два с ликвидацией Комитета возобновили работу. Как убедительно показывает многолетняя практика, механический перенос европейского оборудования технологий, например, в российских условия положительных результатов не дает (различие морфологического состава ТБО, систем сбора и др.). Плохая работа завода в г.Владимире, укомплектованного отечественным оборудованием, во многом объясняется несовершенством применяемой технологии, мало учитывающей состав и свойства исходного сырья как объекта для сжигания.
Возможность использования для переработки и ликвидации ТБО термических методов основана на морфологическом составе ТБО, которые содержат до 60-70% органической (горючей) фракции. Вместе с тем специфические свойства органической фракции делают возможным ее использование для получения новой товарной продукции - компоста, биотоплива, корма для скота, спирта и др. Промышленное развитие получили главным образом методы компостирования ТБО, занимающие второе по распространенности (после сжигания) место в мировой практике.
Компостирование - это биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами. В биохимических реакциях взаимодействуют органический материал, кислород и бактерии, а выделяются углекислый газ, вода и тепло. В результате саморазогрева до 60-65 град.С происходит уничтожение большинства болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух. Продуктом компостирования является органическое удобрение - компост или биотопливо (сырой компост).
Компостирование ТБО в мировой практике развивалось как альтернатива сжиганию (первый завод в Европе по компостированию ТБО был построен в 1932 г. в Нидерландах), но большого распространения не получило.
В Европе с получением компоста перерабатывают около 2% ТЕО, в Японии и США - до 2%.
В СНГ с 1971 по 1987 годы по проектам института "Гипроком-мунстрой" построено 8 заводов - в городах Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ташкент, Алма-Ата, Баку, Тбилиси, Минск, Могилев), а в конце 1994 г. - 9-й завод (в Санкт-Петербурге), на которых реализована практически одна и та же технология прямого компостирования исходных ТБО. Некоторым исключением являются Санкт-Петербургские заводы МПБО, на которых реализовано частичное извлечение из исходных ТБО, перед компостированием, черного металлолома. Несмотря на то, что Санкт-Петербургский завод был первым, построенным в бывшем СССР, положительный опыт его функционирования не был учтен при проектировании заводов в других городах, на которых ТБО подвергают компостированию без какой-либо первичной обработки. При практически неизменной технологии все действующие в СНГ заводы отличаются лишь схемой цепи аппаратов. Все заводы оснащены оборудованием для трех основных технологических операций, обеспечивающих производство компоста; частичной (в Санкт-Петербурге) предварительной подготовки ТБО, биотермического аэробного компостирования (для процесса компостирования достаточно удачно в качестве биобарабанов использованы цементные печи), очистки компоста от примесей и складирования компоста; на некоторых заводах, кроме того, предусмотрена термическая обработка (сжигание, пиролиз) некомпостируемой фракции (гг.Санкт-Петербург, Минск, Тбилиси, Ташкент).
На всех компостных заводах в СНГ (за исключением Санкт-Петербурга) получаемый компост имеет весьма плохой товарный вид, характеризуется низким качеством и сбывается с большим трудом. Товарный вид компоста Санкт-Петербургского завода более благоприятен, но, как и на остальных заводах, компост существенно загрязнен тяжелыми металлами.
По аналогии с прямым мусоросжиганием, технология прямого компостирования ТБО имеет тот же принципиальный недостаток -мало учитывает состав и свойства исходного сырья, чем и объясняется неудовлетворительная работа заводов и низкое качество готовой продукции.
Третий метод промышленной переработки ТБО - получение и утилизация биогаза, образующегося при разложении органических компонентов ТБО - чаще всего используется непосредственно на полигонах захоронения (в США, например, имеется около 8О установок по сжиганию метана, получаемого за счет гниения мусора на свалках). Вместе с тем в Германии и Японии разработана технология получения биогаза из органической фракции, выделенной из ТБО при их обогащении на специальных заводах. По-видимому, возможность применения анаэробной ферментации органической фракции ТБО следует учитывать в тех случаях, когда имеется практическая потребность в биогазе (с учетом его невысокого качества).
С середины 60 годов находит практическое применение 4-й метод переработки ТБО - их механизированная сортировка. В настоящее время в различных странах действует несколько десятков заводов, применяющих сортировку ТБО (извлечение металлов, легкой фракции, стеклобоя и др.).
Как показывает практика, сортировка сама по себе, как самостоятельная операция, не решает задачу санитарной очистки города и оптимальной переработки ТБО: выявляемые компоненты (за исключением металлов) сбываются с трудом, либо требуют создания специальных производств для их переработки (например, для вторичной переработки макулатуросодержащих компонентов), значительная часть отходов не утилизируется и подлежит удалению на полигоны. Вместе с тем важным преимуществом обогащения ТБО является возможность выделения из них тех компонентов, которые в процессе дальнейшей переработки (например, методом сжигания или компостирования) могут угрожать здоровью людей или не удовлетворяют требованиям процессов дальнейшей обработки.