13XVМеждународная научно-практическая конференция УДК 502.36 : 608.2
Озеров Сергей Владимирович Ozerov Sergey Vladimirovich магистрант master's student, Ашихмина Татьяна Валентиновна Ashikhmina Tatiana Valentinovna
к.г.н., доцент
Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor,
Куприенко Павел Сергеевич Kuprienko Pavel Sergeevich
д.т.н., профессор Doctor of Technical Sciences, Professor ФГБОУ ВО Воронежский государственный технический университет
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МИНИМИЗАЦИИ ВЕРОЯТНОСТИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОБЪЕКТАХ РАЗМЕЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ
APPLICATION OF MODERN TECHNOLOGIES TO MINIMIZE THE PROBABILITY OF ACCIDENTS AT MUNICIPAL SOLID WASTE DISPOSAL FACILITIES TO MANAGE THEIR ENVIRONMENTAL SAFETY
Аннотация. Решение вопросов обеспечения экологической безопасности объектов размещения твердых коммунальных отходов (ТКО) в значительной мере связаны с минимизацией вероятности залповых выбросов загрязняющих веществ в результате аварий. Процесс горения разных компонентов отходов сопровождается образованием токсичных продуктов, характеризуется опасным залповым воздействием на окружающую среду и здоровье людей, способствует усилению парникового эффекта в общепланетарном масштабе. Предлагаемая схема подготовки ТКО к размещению на полигоне с использованием технологии брикетирования отходов позволит существенно уменьшить вероятность возгорания компонентов отходов, что, соответственно, влечет за собой снижение объемов эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду. Разработанная система экологического менеджмента
«Инновационные аспекты развития науки и техники» аварийных ситуаций на объекте размещения отходов (ОРО) позволит минимизировать экологический ущерб от возможных аварий.
Abstract. The solution of the issues of ensuring the environmental safety of municipal solid waste (MSW) disposal facilities is largely associated with minimizing the likelihood of salvo emissions of pollutants as a result of accidents. The gorenje process of various waste components is accompanied by the formation of toxic products, characterized by a dangerous salvo impact on the environment and human health, contributes to the strengthening of the greenhouse effect on a planetary scale. The proposed scheme for preparing MSW for placement at the landfill using waste briquetting technology will significantly reduce the likelihood of ignition of waste components, which, accordingly, entails a reduction in the volume of emissions of pollutants into the environment. The developed system of environmental management of emergency situations at the waste disposal facility (ORO) will minimize environmental damage from possible accidents.
Ключевые слова, полигон ТКО, аварийные ситуации, возгорание отходов, брикетирование ТКО, система экологического менеджмента аварийных ситуаций.
Keywords. MSW landfill, emergencies, waste ignition, MSW briquetting, environmental management system of emergencies.
В настоящее время в России основным способом обращения с отходами является размещение их на специальных объектах (полигонах), число которых превышает 15000, а общая площадь занимаемой территории составляет порядка 4 млн га [1, с. 127]. Масштаб образования отходов производства и потребления, их накопление в различных геоэкологических условиях в течение длительного времени позволяют рассматривать отходы и процессы их трансформации, как факторы, оказывающие воздействие на все компоненты экогеосферы и формирующие открытую, находящуюся в постоянной вещественно-энергетической связи с внешней средой, антропогенную геоэкологическую систему (АГС) «Объект размещения отходов» [2, с. 291]. Такие системы оказывают длительное разносторонне-негативное воздействие на экологическое состояние прилегающих территорий [3, с. 256], которое значительно возрастает в результате аварийных ситуаций (АС).
XVМеждународная научно-практическая конференция Объектом исследования является полигон ТКО г. Воронежа, расположенный в 7,0 км к западу от г. Воронежа, на водоразделе рек Дон - Девица, представляющем собой пологоволнистую равнину, расчлененную густой овражно-балочной сетью. Вместимость полигона -9474825 м3; Площадь участка захоронения - 251657,5 м3; срок эксплуатации полигона - 16,2 лет, начало эксплуатации - конец 2011 года. Ежегодно на полигон ТКО может поступать 454000 т отходов.
К развитию АС на полигоне ТКО могут привести природные и техногенные процессы и явления (рис. 1).
Рис. 1. Причины возникновения аварий на полигонах ТКО
Возможные аварийные ситуации также могут быть сгруппированы по длительности их реализации (рис. 2).
«Инновационные аспекты развития науки и техники» Рис. 2. Длительность возможных аварий на полигоне ТКО
Опасным залповым воздействием на окружающую среду и здоровье людей является процесс горения разных компонентов отходов, сопровождающийся образованием токсичных продуктов, способствующих также усилению парникового эффекта в общепланетарном масштабе (табл. 1).
Таблица 1. Токсичное и экологическое воздействие
продуктов горения отходов
Токсичное вещество Источник при горении Токсичное действие на человека Воздействие на окружающую среду
СО (угарный газ) Органические вещества Тканевая гипоксия, кома Сам по себе газ не обладает сильным парниковым эффектом, но в ходе реакций с ОН в атмосфере образует более сильный парниковый газ - углекислый.
СО2 (углекислый газ) Органические вещества Ацидоз, сужение бронхов, спазм голосовой щели, нарушение внимания Парниковый газ, который в воздухе воздействует на теплообмен земли и является ключевым элементом в формировании земного климата.
NO2 (диоксид азота) Обои, древесина, целлулоид Бронхоспазм, отек легких Способствует образованию кислотных осадков и смога
COC12 (фосген), HCl (хлористый водоРоД) Кабельная изоляция Трахеоброн-хит, бронхио-лит Способствует образованию токсичных осадков
HCN (циано-водород) Шерсть, шелк, полиуретан Тканевая гипоксия, кома Загрязняет воздушную и водную среды
Бензолы пластмассы Бронхоспазм, пневмонии, кома Негативно влияют на эколого-гигиеническое состояние объектов окружающей среды
Альдегиды Древесина, хлопок, бумага Трахеоброн-хит, бронхио-лит, пневмонии Токсичные химические вещества, негативно влияющие на жизнедеятельность живых организмов
XVМеждународная научно-практическая конференция На объектах размещения ТКО аккумулируется большое количество горючего органического материала, самовозгорание которого определяется теплофизическими параметрами веществ (табл. 2).
Таблица 2. Теплофизические характеристики ТКО [4, с. 85]
Компоненты Влага, % Выход летучих Средняя теп-
от общей компонентов лотворность,
массы ТКО, % ккал/кг
Бумага, картон 22 49,05 3390
Пищевые отходы 23,5 3,39 890
Дерево 4,8 - 3410
Текстиль 1 53,59 3460
Резина 1 1,40 5670
Полимерные материалы 6,5 2,97 -
Кости 0,7 - -
Металл 3,0 - 49
Стекло 15 - 23
Керамика, отходы строитель- 19 7,88 23
ства, камни
Выделяющийся на полигоне биогаз, в состав которого входит метан, длительное время поддерживает процесс горения отходов. Существенное влияние на скорость и направление распространения пожара и залповых выбросов загрязняющих веществ от полигона оказывают физико-географические и климатические условия района размещения объекта. В случае возгорания отходов на рассматриваемом объекте огонь может распространиться по всей его территории, в зону действия основных поражающих факторов пожара (токсичные продукты горения, дым, потеря видимости) может попасть население близлежащих жилых территорий и садовых участков.
К мероприятиям, направленным на безопасное размещение отходов, обладающих пожароопасными свойствами или выделяющими пожароопасные вещества при хранении, относятся:
- предварительная утилизация или обезвреживание отходов, содержащих в повышенном количестве горючие компоненты;
- поддержание отходов в увлажненном состоянии для снижения вероятности самовозгорания;
- ограничение контакта отходов с факторами, провоцирующими возгорание;
- обеспечение на объекте размещения отходов запаса воды, песка для тушения пожара;
- обеспечение использования инертных изолирующих материалов для пересыпки слоев отходов, размещаемых на объекте.
Согласно ИТС 17-2016 [5, с. 118] применительно к обеспечению пожарной безопасности полигона ТКО наибольшее значение имеют наилучшие доступные технологии (НДТ) подготовки отходов к размещению на объекте, НДТ обращения с выбросами в атмосферу и НДТ организационно-управленческого характера.
К наилучшим доступным технологиям, снижающим вероятность возгорания отходов при их подготовке к размещению, относятся:
1) сортировка отходов с извлечением ресурсных фракций и органических биоразлагаемых материалов.
2) прессование и брикетирование отходов перед размещением на полигоне, позволяющие снизить пожароопасность отходов, а также предотвратить эмиссию загрязняющих веществ в атмосферу.
НДТ организационно-управленческого характера предполагают использование системы экологического менеджмента (СЭМ) в соответствии с ГОСТ Р ИСО 14001-2016 [6].
На исследуемом объекте реализуется сортировка поступающих отходов на мусоросортировочном комплексе (МСК), расположенном в непосредственной близости к полигону ТКО. Основные этапы технологического процесса МСК представлены на рис. 3.
XVМеждународная научно-практическая конференция
Приемный цех
\ /
Сортировочная кабина
_у/_
Грохот
_> /_
Цех разделения на фракции
Пресс для отсортированных
фракций _^_
Переработка вторсырья
Рис. 3 - Схематичное изображение работы Воронежского мусоросортировочного комплекса
Извлечение в процессе сортировки отдельных фракций отходов снижает содержание горючих компонентов, удельную низшую теплоту сгорания ТКО на рабочую массу и, соответственно, при уменьшении значений теплоты сгорания ТКО снижается риск самовозгорания ТКО на полигонах.
Проведенные исследования динамики содержания компонентов горючей массы в зависимости от степени извлечения сортируемых фракций отходов показали, что значение удельной низшей теплоты сгорания в летний период, когда вероятность возгораний полигонов ТКО максимальна, после сортировки снижается на 20-30% [7, с. 142].
Однако, уровень извлечения полезных фракций отходов при сортировке на рассматриваемом объекте составляет порядка 10% от общей массы отходов. Таким образом, большая часть отходов размещается на полигоне и является значимым фактором пожарного риска.
Для снижения пожароопасности полигона ТКО предлагается реализация технологии объемного прессования коническим пуансоном, которая относится к НДТ [5, с. 121] и позволяет обеспечить высокую прочность брикетированных отходов без обвязки брикетов.
«Инновационные аспекты развития науки и техники» Оптимальное давление для осуществления процесса составляет 80 Мпа, что позволяет повысить прочность брикетов на 25-30% по сравнению с распространенными технологиями. На основании экспериментальных данных разработана технологическая схема брикетирования отходов, высокая эффективность которой подтверждена при помощи апробации на лабораторном стенде и выполнения масштабирования на промышленный процесс [8, с. 18].
Размещение отходов в виде брикетов позволяет продлить период эксплуатации ОРО, а также минимизировать вероятность пожаров в массе отходов. Преимущества предлагаемой технологии заключаются в уменьшении стоимости процесса прессования отходов за счет отсутствия необходимости применения материалов для обвязки брикета, а также за счет снижения вероятности распада брикетов вследствие их высокой плотности.
Реализация данного метода возможна при модификации метода раструбного послойного прессования в прессе, имеющем свободный выход. Для предотвращения самопроизвольного разрушения брикетов без обвязки при их транспортировке предлагается порционная загрузка и послойное прессование с давлением 60 - 80 Мпа, которое снижает удельный объем прессования ТБО в среднем на 25-30 % [9, с. 90]. Схема процесса брикетирования представлена на рис. 4.
Загрузка порционная в пресс-камеру —> Циклы прессования брикета —> Выход брикета —> Погрузка брикета на вывозящий автотранспорт общего назначения
Рис. 4. Блок-схема процесса брикетирования ТКО
Основные этапы технологического процесса сортировки ТКО с применением технологии объемного прессования коническим
XVМеждународная научно-практическая конференция пуансоном, который возможно реализовать на Воронежском МСК,
представлены на рис. 5.
Рис. 5. Принципиальная блок-схема сортировки отходов с этапом брикетирования
Предлагаемый способ брикетирования ТКО и складирования брикетов на полигоне позволит:
- снизить удельную площадь полигона ТКО для размещения отходов;
- снизить вероятность возгорания отходов на 20-30%;
- повысить объемную емкость полигона в 7-8 раз;
- снизить выделение биогаза за счет уменьшения порового пространства в результате уплотнения отходов;
- снизить выделение фильтрата за счет уменьшения влагоемкости в результате уплотнения отходов.
В качестве организационно-управленческого решения по минимизации аварийности исследуемого объекта размещения отходов предлагается система экологического менеджмента аварийных ситуаций (СЭМ) (рис. 6).
Рис. 6. Основные структурные элементы СЭМ на объекте «Полигон ТКО г. Воронежа»
Неотъемлемым элементом СЭМ на объекте размещения отходов являются планы ответных действий организации в случае возникновения аварийных ситуаций на объекте.
Таким образом, предлагаемые технологические решения по минимизации возникновения аварийных ситуаций на объекте размещения отходов «Полигон ТКО г. Воронежа» способствуют снижению удельной низшей теплоты сгорания размещаемых отходов, соответственно, снижению: пожароопасности полигона, объемов эмиссий биогаза, поступления в окружающую среду токсичных соединений.
Внедрение системы экологического менеджмента с детально разработанными планами ответных действий персонала объекта в случае возникновения аварийных ситуаций позволит минимизировать экологический ущерб от возможных аварий за счет их быстрой и эффективной ликвидации.
XVМеждународная научно-практическая конференция Библиографический список:
1. Гильмундинов В.М., Тагаева Т.О., Бокслер А.И. Анализ и прогнозирование процессов обращения с отходами в РФ. Проблемы прогнозирования, 1, 2020. с. 126-134.
2. Ashikhmina T.V. A systematic approach to modeling complex processes of interaction between waste disposal facilities and the environment in the ecological safety of antropogenic geoecological systems managmen // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Том 7 (73). №2 2. 2021 г. С. 291-306.
3. Ashikhmina T. V., Ovchinnikova T. V., Kuprienko P. S., Ashi-khmin A. M. Geoecological features of solid municipal waste storage facilities placement in Voronezh region. Геополитика и экогеодинамика регионов. Том 6(16). Выпуск 2. 2020г. С. 254-264.
4. Середа Т.Г. и др. Снижение пожаровзрывоопасности объектов депонирования отходов // Т.Г. Середа, О.В. Кушнарева, С.Н. Костарев, А.И. Устинов, М.А. Михайлова // Пожарная безопасность, 2008 № 3, с. 84-89.
5. Инженерно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 17-2016 Размещение отходов производства и потребления [Текст] / Москва, Бюро НДТ, 2016 г., 195 с.
6. ГОСТ Р ИСО 14001-2016 Системы экологического менеджмента Требования и руководство по применению [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200134681 (дата обращения 5.10.2021).
7. Петров В.Г., Чечина А.А. Влияние степени извлечения сортируемых фракций на теплотехнические свойства бытового мусора // Химическая физика и мезоскопия. Т. 7, № 2, с. 135-145.
8. Ермакова Л.С. Технология объемного брикетирования твердых бытовых отходов [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех.
«Инновационные аспекты развития науки и техники» наук (03.02.08) / Ермакова Лидия Сергеевна; Моск. гос. ун-т инж. Экологии. - Москва, 2012, 20 с.
9. Ермакова Л. С., Гонопольский А.М. Полигонное захоронение ТБО в брикетах высокой прочности // Естественные и математические науки в современном мире № 4 (39), СиБак, 2016 г., с.88-94.
