Информационно-исследовательский проект "Возможность использования биодинамических технологий для утилизации твердых бытовых отходов"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №1 г. Пушкино

Информационно-исследовательский проект

Возможность использования биодинамических технологий

для утилизации твердых бытовых отходов в Пушкинском районе

Выполнил: Курпаков Владислав, ученик 7 «А» класса

Пушкино, 2015г.

«Человечество не погибнет в атомном кошмаре –

оно задохнется в собственных отходах».

Нильс Бор

Введение.

       Масса мирового потока бытовых отходов составляет ежегодно около 400 миллионов тонн, из которых 80% уничтожается путем захоронения под землей. Такое количество, без преувеличения, достигает геологических масштабов: с мусором в биосферу попадает около 85 млн. тонн органического углерода. Для сравнения: природное поступление этого элемента в почвенные пласты планеты составляет 40 млн. тонн в год.

       Отсюда, человечество имеет перед собой проблему, по масштабам возможной катастрофичности не менее серьезной, чем уничтожение Земли в атомных войнах или космических катаклизмах. В настоящее время, экологические публицисты констатируют: человечество вошло в новую эру — мусорную.

        Таким образом, проблема переработки ТБО – одна из самых актуальных в области экологической безопасности. Для ее решения, помимо заинтересованности государства, необходимо активное привлечение внимания общественности.  

       Цель работы:

        - на основании теоретического исследования предложить  свой вариант решения проблемы ТБО при помощи современных биотехнологий.

       Задачи:

       - изучить и проанализировать  историю возникновения  проблемы отходов,  развитие технологий по утилизации ТБО;

       - разработать предложения по применению биодинамической технологии, как наиболее экологически безопасную альтернативу для  утилизации ТБО в условиях Пушкинского района.

       Методы исследования:

        -   теоретический анализ (анализ ситуации в сфере переработки ТБО);

        -   сравнение (сравнение различных технологий утилизации ТБО);

        - прогнозирование (прогнозирование последствий применения различных технологий переработки органических отходов).

       Ожидаемый результат:

        В процессе теоретического исследования биодинамической технологии переработки ТБО получить рабочий материал для дальнейшего практического развития проекта.

Глава 1.

Проблема ТБО и экологическая безопасность

        Мусор (твёрдые бытовые отходы (ТБО), бытовой мусор) — предметы или товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления.  ТБО делятся также на отбросы (биологические ТО) и собственно бытовой мусор (небиологические ТО искусственного или естественного происхождения. Изучением мусора, «мусорной археологией», способов его утилизации занимается наука гарбология.

        Мусор всегда играл важнейшую роль в человеческой культуре. Показательно, что он оставил свой след и в религии. К примеру, участок земли под Иерусалимом, где сбрасывали и периодически сжигали отходы, в Библии назван Геенной Огненной. Для христиан Геенна стала одним из обозначений Ада. Не менее известен один из 12-ти подвигов, которые совершил герой древнегреческих мифов Геракл - он решил проблему отходов, скопившихся в конюшнях царя Авгия.

       Известно, что на заре своей юности человечество производило намного меньше мусора, чем сегодня. Но, именно по мусорным ямам археологи судят о степени развитости той или иной древней цивилизации.

        Так, примерно 3 тыс. лет до н.э. В городе Кносс (остров Крит, тогда главный город крито-микенской культуры) построены первые в истории человечества централизованные помойки: мусор сваливали в специально вырытые ямы, слои мусора пересыпали слоями земли. Этот метод утилизации благополучно дожил до наших дней.

        В Европе, только в  XVI  веке стали появляться законодательные акты, запрещавшие выбрасывать мусор на улицы города, так как они, к тому времени, уже превратились в многовековые свалки и стали мешать жителям.  Например, в 1400 году  французский хронист оставил нам свое наблюдение, что горы мусора вблизи стен Парижа по высоте были примерно равны высоте ворот.

        Обилие  мусора и обитавшие в нем крысы провоцировали  вспышки эпидемий чумы и холеры. В Средние века из-за этих болезней, вызванных антисанитарией,  погибали миллионы человек

         Как итог - во многих городах Западной Европы, к XVIIвеку были созданы муниципальные мусорные службы - мусорщики собирали отходы на телеги и вывозили их из города.

         В XVIII веке начало Промышленной революции привело к многократному увеличению объемов производимого мусора. В это же время было замечено, что сбор и утилизация отходов может принести реальную пользу, особенно – металлолом, который можно использовать во вторичном производстве. Пионерами вторичной переработки стали Североамериканские Соединенные штаты (САСШ).

         К концу XIX века быстрый рост городов естественно привел  к увеличению количества мусора. Одновременно развивалась и наука гигиены, поэтому городские власти были вынуждены признать, что избавление от отходов является жизненно важной задачей. Во многих городах начался процесс создания муниципальных мусорных служб - до этого, подобными делами занимались частные лица: как правило, старьевщики или фермеры, вывозившие пищевые отходы и использовавшие их в качестве корма для скота.

        В 1874 году, в Англии, предпринята первая попытка производства энергии из мусора. В г. Ноттингем  начал действовать первый "деструктор" - паровая машина, частично использующая в качестве топлива горючие отходы. Впоследствии деструкторы применяли для производства электроэнергии. Поныне в мире действуют тепловые электростанции, использующие в качестве топлива мусор.

        В 1895 году, в г. Нью-Йорке (США) создана первая в мире система предварительной сортировки мусора. Жители города были обязаны разделять пищевые отходы, бумагу, металл и выбрасывать их в отдельные баки, стоящие на улице. Также впервые в мире, городские мусорщики получили униформу. Муниципалитет Нью-Йорка впервые смог сделать сбор мусора прибыльным делом - отходы удавалось перепродавать и получать дополнительный доход для городского бюджета. Двумя годами позже город построил первый в мире мусороперерабатывающий завод.

        Начало XX века ознаменовалось массовым использованием свинарников в качестве утилизаторов пищевых отходов. Популярная в то время цифра гласила, что 75 свиней способны съесть 1 тонну отходов в сутки. По этой причине свинофермы начали появляться вокруг крупных городов.  

        Вторая половина XX века – «эпоха» пластика, аллюминевых банок и рекламной и одноразовой упаковки. Именно эти материалы до сих пор создают основной фон на мусорных свалках (полигонах) и загрязняют природу вокруг населенных пунктов.

        Проблема мусора  стала  глобальной к 80-м годам XX века. После серии "мусорных кризисов" многие страны мира пришли к выводу, что единственным перспективным способом решения проблемы отходов является их переработка. А международная конференция  «Повестка дня на ХХІ век», проходившая в г. Рио-де-Жанейро (1992г.)  признала  проблему твердых отходов одним из серьезных препятствий устойчивому развитию мирового хозяйства.

        В 2008 году было подсчитано,   что мировое сообщество производит в год около 2.08 млрд. тонн мусора. Для сравнения, ежегодно в мире производится примерно 2 млрд. тонн зерна и около 1 млрд. тонн стали.

       В настоящее время  «мусоропроизводство» продолжается, и, также, продолжает расти круг связанных с ним проблем. Существует несколько   способов утилизации мусора: захоронение, сжигание, «синтезгаз» и сортировка мусора с последующей биопереработкой.

        Захоронение ТБО  на специальных полигонах, в просторечии называется мусорной свалкой.

         Одна из главнейших проблем, связанная с захоронением отходов, — образование так называемого свалочного газа. При захоронении органического вещества (которого в мусорной массе в среднем от 50 до 70%) происходит его  преобразование с участием микроорганизмов. В результате этого процесса образовывается биогаз, в основной состав которого входит метан (СН4) и диоксид углерода (СО2). Масштабы образования этого газа таковы, что уже влияют на климат Земли - 40 млн. тонн в год, или около 8% его общепланетного потока. В настоящее время свалочный газ считается одной из серьезных причин глобального потепления.

         Из-за обилия пластика,  неконтролируемое горение свалок приводит к образованию и попаданию в атмосферу токсичных соединений, в том числе неизвестных, переносимых на значительные расстояния.

          Большую опасность представляет фильтрат, попадающий с территории свалок в подземные воды. В отходах длительное время сохраняются бактерии, вызывающие брюшной тиф, дизентерию, холеру, туберкулез, другие опасные болезни. Проникновение фильтрата в подземные воды может привести к значительному распространению этих микроорганизмов.      

      Наконец, под мусоросвалки отчуждаются большие площади земель, которые практически невозможно использовать после консервации полигона.

      Сжигание ТБО в специальных печах до образования золы – технология наиболее распространённая в США и Европе.

       Основным преимуществом сжигания ТБО считается то, что объем отходов, идущих на захоронение, уменьшается в 8-12 раз. С другой стороны, мусоросжигающие заводы (МСЗ)  наносят существенный вред окружающей среде и здоровью человека.

      Повсеместно существует заблуждение, что сжигаемый мусор просто исчезает. На самом деле он всего лишь видоизменяется. По большому счету, МСЗ представляют собой производства по «изготовлению» токсичных отходов из сравнительно безопасных материалов.

       «Синтезгаз» –   технология утилизации органических отходов, таких как древесные отходы, птичий помет и навоз с ферм.  Технология требует постоянного наличия высококвалифицированных специалистов и непредсказуема в обслуживании.  Органические отходы должны имеет влажность не более 25%. На данный момент в мире есть только два завода, на которых внедрена данная технология для переработки птичьего помета и навоза. Оба завода еще работают в тестовом режиме (2 года после внедрения) и их экономическая целесообразность под вопросом.  

        Сортировка с последующей биодинамической переработкой – самый эффективный и экологически безопасный способ утилизации ТБО.  При этом способе твердые бытовые отходы  делятся на неорганические и органические.     Первая часть отходов: пластик, металл черный и цветной, ветошь, стекло активно принимают фирмы, специализирующиеся на переработке вторсырья.

        Оставшиеся органические  отходы (примерно 50%) поступают на переработку согласно биодинамической схеме переработки органических отходов.

         Если органика дает возможность рентабельного получения биогаза (СН4), то она поступает на участок получения биогаза, где с помощью   бактерий, образующих метан вырабатывается биогаз, который после очистки можно использовать как для бытовых, так и для производственных нужд, например, для производства электрической энергии.

        Органические отходы, из которых нельзя получить биогаз поступают в специальные камеры, где последовательно перерабатываются особыми видами бактерий (компостирование).

        Полученный компост можно использовать как комплексное удобрение для растений или передать в следующий блок, где из него будет приготовлена основа для переработки компоста красным калифорнийским червем. Выведенный в культуре гибрид этого червя (которого можно свободно закупить для технологического процесса) перерабатывает компост за 26-30 суток в органическое удобрение – биогумус.

        Продукт,  получаемый в процессе переработки органических отходов червями содержит: 18-30% гумуса, 1-1,5% общего азота, 2-5,7% общего фосфора,0,3-0,5% калия, рН составляет 7-7,5, что указывает на возможность использования его в качестве удобрения.

        Очень важно, что  данный биодинамический процесс очень близок к тому, что происходит в природе. Биогумус можно использовать как основу почвенной смеси для теплиц, вносить как естественное удобрения на поля, сделать «живыми» газоны города и т. п. А излишки расплодившихся червей можно скармливать домашней птице или продавать дачникам (вместе с адаптированной технологией), чтобы на их участках тоже заработали маленькие биодинамические производства для личных нужд.

        Итак, выяснив, что описанный процесс биодинамической сортировки и переработки является природным, в своей основе, то можно смело рекомендовать его как основной способ утилизации ТБО.

Глава 2.

Возможность использования биодинамических технологий для утилизации ТБО в  Пушкинском районе

         В настоящее время на территории Московской области действует 41 официальный полигон, куда потоком сотни мусоровозов съезжаются, чтобы выгрузить московский мусор. Также имеется большое количество несанкционированных свалок, подлежащих ликвидации, которые оказывают пагубное влияние на экологию области. Площадь каждого мусорного полигона от 50 до 100 га. Свой ресурс они вырабатывают через три-четыре года. [3]

        Пушкинский район входит в десятку лучших по экологии в Московской области. Действительно, у нас около половины территории занимают лесные массивы, более 20 малых рек протекают и украшают землю. Есть и животные, и птицы, даже разрешена охота.  Район развивался как дачный, «зеленый» уголок, куда приезжали на отдых жители пыльной и шумной Москвы. Конечно, пользоваться природой легко и просто, гораздо сложнее ее охранять и работать над ее улучшением. 

          В 1925г. село Пушкино становится городом, который надолго сохранил основные черты «зеленого». Однако, развиваясь, город создал много типичных проблем, которых всегда трудно избежать. Одна из таких проблем – «производство» мусора, который есть и будет всегда, где живут люди.

          В основном, весь городской и районный мусор собирается на огромной свалке-полигоне «Царево», расположенным недалеко от одноименного села. Полигон занимает площадь 12,8 гектаров. Для местных жителей это далеко не самое приятное соседство. Да и проезжая мимо на машине тоже обращаешь внимание на эту огромную мусорную гору. Жители давно жалуются на всех уровнях, вплоть до Губернатора и Президента, на свое «антисанитарное» соседство. Но, проблема пока остается не совсем решенной.

        На поддержание полигона в должном состоянии расходуются огромные средства, постоянно разрабатываются новые проекты лимитов размещения мусора и проводятся дорогостоящие анализы почвы, атмосферы и воды.

        Так же существует проблема пожаров. Принимаются все меры для предотвращения возгораний на полигоне и строгого соблюдения технологии захоронения - пересыпке грунтом всей площади участка захоронения отходов, захоронения с уплотнением отходов тракторами и катками и т.п.

        Для предотвращения попадания  опасных веществ в водоемы строятся специальные дамбы. Бурятся специальные скважины для наблюдения за состоянием грунтовых вод. [2]                                                            

        В настоящее время, на полигоне «Царево» уже работает линия по первичной сортировке отходов. Органика отделяется от неорганических промышленных и бытовых отходов, и, просто «закапывается» в грунтовый «могильник». А оставшиеся продукты сортировки идут в дальнейшую утилизацию – мусор тоже имеет цену, причем немалую!

         Однако  город и район развиваются,  много людей приезжает к нам на постоянное место жительства. Развивается сельскохозяйственное производство, малый и средний бизнес. Значит, совсем скоро места под захоронение отходов может не хватить, и встанет вопрос расширения или переноса полигона в другое место. Это значит, что могут вновь продолжиться обоснованные жалобы жителей, не желающих разделять такое соседство.

         Выходом из создавшейся ситуации может стать строительство небольшого комбината по биодинамической переработке органических отходов. Места много он не займет – по существующим готовым разработкам комбинат представляет собой несколько полностью закрытых строений с замкнутым циклом производства. На переработку комбинат сможет принимать не только органику из населенных пунктов, но и побочные продукты сельского хозяйства – птичий помет и навоз.

Особую ценность, на мой взгляд, такой комбинат представлял бы для лесничеств района и прилегающих территорий. С 2010 года в Московской области, в том числе – Пушкинском районе, еловый лес активно уничтожает опасный вредитель – короед-типограф. Тысячи гектар леса им уже уничтожены, засохшие деревья захламляют лес и создают дополнительную угрозы:  возникновения лесных пожаров и дальнейшего распространения вредителей. Больные и сухие деревья надо вырубать, но, что с ними делать дальше – очень «больной» вопрос. Во многих местах вырубки просто поджигают. Дым от этих искусственных пожаров создает такие же проблемы, как и горящий торф – ветром его приносит в населенные пункты, где людям приходится дышать опасной гарью.

         Проблема утилизации миллионов кубометров никому ненужной древесины могла бы быть решена на нашем биодинамическом комбинате. Стволы, ветки, пни и весь лесной мусор измельчались бы в специальных дробилках. Полученная масса компостировалась бы с помощью разлагающих целлюлозу бактерий, а затем перерабатывалась   «одомашненными» червями.

          В итоге: получаем тысячи тонн полезного продукта - биогумуса, который был бы востребован производителями сельхозпродукции, дачниками и озеленителями городов. Для демонстрации экологической безопасности биодинамического метода переработки ТБО можно построить рядом с комбинатом «рекламную» теплицу, в которой круглый год выращивались бы овощи и цветы. Сначала – для работников полигона и окрестных дачников. В последствии – может появиться мощное тепличное хозяйство, снабжающее свежими продуктами город Пушкино и села района.

          Возникает и другой вопрос – стоимости и окупаемости нового производства. Расчеты должны сделать толковые специалисты. Но, я думаю, что на вопросах экологической безопасности  нельзя экономить.  Кроме того, так как биодинамический процесс – природный, то и затраты будет вполне разумные. Природа никогда не совершает ошибок, и любой свой процесс делает эффективным и уравновешенным. С природным органическим мусором природа «борется» уже сотни миллионов лет, и главный продукт, который она предлагает всему живому на Земле – энергия (уголь, нефть, газ) и питание (почва, обогащенная органическими и минеральными веществами).

Заключение

        Исследовав историю возникновения проблемы ТБО и эволюцию их переработки, изучив современное состояние вопроса утилизации отходов в Пушкинском районе, мы можем сделать следующие выводы:

1. Проблема утилизации мусора так же стара, как история всего человечества. Ее решению во все времена уделялось пристальное внимание.

2. Такие современные способы утилизации ТБО, как захоронение, сжигание на МСЗ и «синтезгаз» не могут решить основной проблемы – опасных выбросов во все среды обитания. Кроме того, многие побочные эффекты такой утилизации напрямую угрожают жизни и здоровью человек.

3. Сортировка мусора помогает сделать отходы ценным и рентабельным товаром (пластик, алюминий, стекло, ветошь и т.п.) для дальнейшей вторичной переработки, помогает создать и сохранить рабочие места.

4. Биодинамическая технология способна превратить органическую составляющую отходов в полезный товар и решить проблему мусорных полигонов, портящих вид нашего района и области.

5. Размещение небольшого комбината по переработке ТБО, хотя бы в тестовом режиме, на базе уже существующего полигона, позволило бы совершенствовать технологию утилизации ТБО и, тем самым, оздоровить экологическую обстановку Пушкинского района.

Список источников

1. Боровский Е. Э. Отходы, мусор, отбросы… // Химия. — № 10. — 2001.

2. Орлов Г. Экология всему голова. [Электронный ресурс] режим доступа -  http://p-pushkino.narod.ru/pages/157/page4.htm

          3. АГС-комплекс. Ситуация с полигонами ТБО в Московской области. [Электронный ресурс] режим доступа -  http://www.musorunet.ru/poligony_tbo_2014.php