UTYLIZACJA ŚMIECI

Corocznie Indzie na całym świecie wyrzucają miliardy ton śmieci. Jednakże nie wszystkie te odpadki są bezużyteczne. Niektóre materiały nadają się do przerobienia, inne można spalić, aby uzyskać energię.

Śmieci są użytecznym źródłem surowców, jednakże zbieranie ich wymaga dużych nakładów kosztownej, ręcznej pracy. W krajach rozwiniętych odpadki z domów czy sklepów są zbierane do plastykowych worków lub kubłów i zwykle cotygodniowo wywożone przez przedsiębiorstwo sanitarne dysponujące odpowiednimi śmieciarkami. Gdzieniegdzie zamontowano pneumatyczne instalacje przesyłające odpadki domowe systemem rur bezpośrednio na miejscowe wysypisko. Inny system polega na tym, że śmieci domowe przechodzą przez specjalną komorę pod budynkiem. Komora ta jest opróżniana przez pojazd z pompą do zasysania śmieci.
Innym sposobem jest sortowanie odpadków. W wielu krajach mieszkańcy są zachęcani do wstępnego sortowania śmieci przed ich wyrzuceniem. Bywa, że władze lokalne żądają, by mieszkańcy osobno składowali zużyty papier i szkło. W niektórych miastach wystawiane są specjalne pojemniki na zużyte opakowania szklane. Są one zabierane do hut szkła, mielone i używane do produkcji nowych wyrobów szklanych. Dalsze oszczędności uzyskuje się wystawiając osobne pojemniki na szkło brązowe, zielone i przezroczyste, tak aby nie trzeba było sortować go w hucie.

Butelki zwrotne

Pojemniki na różnokolorowe butelki obniżają koszty odzysku szkła, gdyż nie trzeba wydobywać go spośród innych śmieci.

Zmielone szkło poddawane jest kontroli jakości. Następnie jest myte i mielone, zanim trafi do huty, gdzie po stopieniu powstaną z niego nowe butelki.

 

Duża ilość napojów sprzedawana jest w butelkach zwrotnych, za które przy zakupie pobiera się kaucję. Kaucja jest zwracana, gdy oddajemy pustą butelkę. W ten sposób nabywca jest zachęcany do zwrotu opróżnionych butelek, które następnie odkupywane są od sklepu przez wytwórcę napoju i powtórnie napełniane. Pozwala to zaoszczędzić na koszcie nowych butelek, jednakże zbieranie, czyszczenie i sterylizacja starych także niemało ; kosztuje. Z tego powodu nie wszyscy producenci chcą skupować swe butelki. Nowoczesna śmieciarka zgarnia wrzucane doń śmieci do zbiornika z tyłu pojazdu, gdzie są one zgniatane. Urządzenie to nie jest jednak w stanie poradzić sobie z dużymi obiektami, jak np. stare meble, lodówki czy kuchenki, łe należy osobno odwieźć na złom lub do punktu skupu surowców. Zwykle większe elementy metalowe są zabierane ze śmietników przez złomiarzy, czyli ludzi zajmujących się zbieraniem wyrzuconych metali i odsprzedawaniem ich na złom. Za cenniejsze metale (na przykład ołowiane rury, miedź) oddane do punktu złomu można niekiedy uzyskać stosunkowo dużą zapłatę. Wiele zakładów przemysłowych wytwarza znaczne ilości rozlicznych odpadów. Można je przewozić bezpośrednio do firm, które wykorzystują je lub przerabiają na użyteczne produkty. Na przykład przy produkcji koksu powstaje jako odpad żużel, szeroko używany w budownictwie. A ze starych szmat można produkować papier wysokiej jakości.

Składowanie

Systemy kanalizacyjne do odprowadzania ścieków były używane już jakieś 5000 lat temu. Zorganizowane zbieranie i składowanie śmieci to stosunkowo nowy wynalazek. We wspólnotach pierwotnych przenoszono się na inne miejsce, gdy nie można było znieść smrodu bijącego od śmietniska. Lecz gdy człowiek osiedlał się w stałych siedzibach, palono wszystko, co tylko się dało, zagrzebując resztę w izolowanych miejscach.
W Wielkiej Brytanii na przykład, składowanie śmieci spoczywało na barkach właściciela posesji aż do 1875 roku, gdy specjalnym aktem prawnym określono zasady regularnego wywożenia odpadków i ich składowania.
Najprostszą metodą postępowania z odpadkami jest po prostu wyrzucenie ich na wysypisko. Jednak wielkie hałdy śmieci są nieestetyczne, a ich sąsiedztwo jest szkodliwe dla zdrowia. Poza tym w wielu regionach odczuwa się brak wolnych terenów, które można by było przeznaczyć na wysypisko, wymagające stosunkowo dużej powierzchni. Dlatego preferuje się składowanie kontrolowane. Śmieci, po posortowaniu i oddzieleniu wszystkiego co można wykorzystać powtórnie, są mielone, zgniatane a następnie układane warstwami na specjalnie przygotowanym wysypisku. Każda z warstw odpadów jest przysypywana warstwą ziemi. Organizmy żyjące w glebie pomagają rozłożyć śmieci, a ich sprasowanie zapobiega zapadaniu się powierzchni wysypiska. Co więcej, sprasowane odpadki zajmują znacznie mniej miejsca, a to pozwala na zmniejszenie rozmiarów wysypiska. Niestety, technika ta jest dosyć kosztowna.
Szacuje się, że w Wielkiej Brytanii 9% wszystkich odpadków jest składowanych w ten sposób. Niekiedy metodą tą wypełnia się wyrobiska nieczynnych kopalni odkrywkowych lub kamieniołomów. Po zakończeniu gromadzenia śmieci i rekultywacji, wysypiska takie mogą być zamieniane w parki, a w paru miejscach w USA urządzono na nich sztuczne stoki narciarskie.
Dwiema głównymi metodami zmniejszenia objętości zajmowanej przez śmieci są proszkowanie i spalanie. Proszkowanie to proces mechaniczny, w którym odpady są zgniatane i mielone. Duże maszyny proszkujące potrafią przerobić w ciągu godziny do 70 ton śmieci.

Spalanie

Spalanie śmieci w temperaturze pomiędzy 750°C a 1000°C w specjalnym piecu jest najskuteczniejszą metodą zmniejszania ich objętości. Gdzieniegdzie piece do spalania śmieci używane są do podgrzewania wody, którą ogrzewa się sąsiadujące osiedla. Należy zauważyć, że nie można wykorzystać w ten sposób całej energii dostarczanej przez spalane śmieci. Jej część jest zużywana do wysuszenia odpadów, zanim te trafią do paleniska pieca. Popioły, powstające podczas spalania, spadają przez otwory w ruszcie i są usuwane z pieca, po czym wywożone na wysypisko.
Największą wadą spalania odpadków jest to, że przy okazji produkuje się poważne ilości sadzy i dymu. Aby zminimalizować zanieczyszczenie atmosfery spowodowane spalaniem śmieci, muszą być stosowane różne metody oczyszczania emitowanych gazów.

Sortowanie

Duże ilości odpadów papierowych, metalowych, plastykowych i szklanych są wykorzystywane powtórnie w procesie recyklingu (utylizacji). Większość tych materiałów jest w krajach zachodnich zbierana do specjalnych pojemników jeszcze w domach lub fabrykach. Lecz pozostałe śmieci także zawierają wiele cennych materiałów, które mogą być oddzielone na różnych etapach ich obróbki przed składowaniem na wysypisku. Wysuszone śmieci są spalane bez dostępu powietrza w celu otrzymania takich przydatnych substancji jak tlenek węgla, metan, wodór, oleje mineralne, smoła czy węgiel drzewny. Metale ferromagnetyczne (zawierające żelazo bądź nikiel) są wyciągane z taśmociągu, którym transportowane są śmieci przez silne magnesy zawieszone ponad nim. Oddziela się także szkło, aluminium i inne metale nieżelazne w procesach wykorzystujących ich różne własności fizyczne.Często rozdziela się materiały bazując na różnicach w ich gęstości, czyli ciężarze właściwym. Jeden z rodzajów separatorów działa w ten sposób, że sproszkowane śmieci spadają na taśmociąg poruszający się pod górę; materiał o większej gęstości opada na dół, a lżejszy wędruje do góry. Jeżeli spalamy śmieci, to metale i szkło topią się i opadają, jako najcięższe, na samo dno pieca, skąd mogą być łatwo zbierane.
Szkło oddzielone ze śmieci można później posortować na kolorowe i białe. W tym celu zmielone szkło przechodzi przez silne pole magnetyczne. Kawałki szkła białego nie oddziaływają z polem, podczas gdy szkło kolorowe oddziaływuje i jest separowane. Co więcej, można szkło kolorowe posortować według kolorów. Kawałki szkła przechodzą przez strumienie światła, a uzyskiwane zmiany jego zabarwienia są rejestrowane przez elementy światłoczułe. Na podstawie wysyłanych przez nie sygnałów automaty sortują szkło - każdy kolor osobno.

Metale

Jeśli chodzi o metale, to odzyskuje się głównie żelazo i aluminium. W mniejszych ilościach otrzymuje się ołów, miedź i rtęć. Wysoka cena metali szlachetnych, takich jak złoto czy platyna, powoduje, że opłacalne jest odzyskiwanie nawet niewielkich ich ilości.

Metody mechaniczne oczyszczania ścieków

Polegają one na usunięciu grubszych zawiesin organicznych i mineralnych oraz ciał pływających. Usuwa się je za pomocą krat, sit, piaskowników, tłuszczowników oraz osadników różnego typu. Kraty i sita są mechanicznymi przegrodami ustawionymi na drodze spływu ścieków. Osadzające się na nich zanieczyszczenia, zwane skratkami, usuwa się okresowo ręcznie lub mechanicznie. Następnie poddaje się je procesom kompostowania lub po rozdrobnieniu w dezintegratorach zawraca się do obiegu. Kraty zatrzymują grubsze frakcje zanieczyszczeń, sita - drobniejsze (ok. 5 mm). Drobniejsze frakcje nadają się do przeróbki w komorach fermentacyjnych lub biotermicznych. Produktem jest tzw. biogaz oraz przefermentowany osad, nadający się do użycia jako nawóz. 
 
Piaskowniki zatrzymują cięższe zanieczyszczenia ziarniste takie jak piasek, muły węglowe itp. Nie oddzielenie ich powodowałoby szybkie zużycie urządzeń mechanicznych takich jak pompy, zawory itp. pracujących w przepompowniach. Piaskowniki płaskie mają kształt rynien o długości kilku metrów, w których zanieczyszczenia osadzają się na dnie wskutek działania siły ciężkości podczas przepływu ścieków z niewielką (9...12 m/min) prędkością. Wadą piaskowników płaskich jest fakt zajmowania przez nie dużej powierzchni użytkowej. Tej wady pozbawione są piaskowniki wirowe, działające na zasadzie hydrocyklonów. Zbudowane są w postaci pionowej rury, do której w górnej części wtłaczane są ścieki na kierunku stycznej do ścianki rury. Nadaje to im szybki ruch wirowy. Siła odśrodkowa odrzuca cięższe zanieczyszczenia ku ściankom, po powierzchni których opadają do zbiornika zlokalizowanego u dołu urządzenia. Odpiaszczone ścieki opuszczają urządzenie umocowaną współśrodkowo rurą odlotową. Tłuszczowniki są to przepływowe osadniki służące do oddzielania zanieczyszczeń o gęstościach mniejszych od wody, co powoduje, że unoszą się na jej powierzchni. Tłuszczowniki mają postać basenu flotacyjnego. Ścieki przepływają przez basen ze zmniejszoną prędkością umożliwiającą wypłynięcie tłuszczu na powierzchnię cieczy. W celu ułatwienia wypływu wytwarza się w cieczy pęcherzyki powietrza, wdmuchując sprężone powietrze przez otwory w pobliżu dna tłuszczownika. Pęcherzyki powietrza unosząc się ku powierzchni porywają cząstki tłuszczu. Warstwa tłuszczów lub olejów zgarniana jest systemem przelewów lub czerpaków. Osadniki służą do usuwania ze ścieków zanieczyszczeń łatwo opadających. Oczyszczanie ścieków odbywa się w sposób ciągły z wykorzystaniem sił grawitacyjnych. Prędkość liniowa ścieków powinna wynosić do 0,01 m/s, przekrój strumienia ścieków powinien byś przeto odpowiednio duży w porównaniu z rurociągiem transportującym ścieki.. W osadnikach można oddzielić cząstki stałe o średnicy ponad 0,03 mm. Ścieki oczyszczone w osadnikach mają wyraźnie zredukowaną wartość parametru BZT5. W osadnikach Imhoffa (dwukomorowych) poza rozdzieleniem osadów od ścieków następuje fermentacja z wydzieleniem metanu i dwutlenku węgla. Otrzymany w ten sposób gaz może służyć do celów opałowych (metan 65...70%. CO2 25...30%). Czas oraz intensywność fermentacji zależą od temperatury. W temperaturze 10...15 st. C całkowity rozkład osadu następuje po 2...4 miesiącach. Osadniki te redukują BZT5 o ok. 40%, a zawiesiny o ok. 70%

2. Metody chemiczne

Do oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających chemiczne związki organiczne, metale ciężkie itp. stosuje się metody fizyko-chemiczne jak i chemiczne. Zalicza się do nich koagulację, neutralizację, ekstrakcję, sorpcję, elektrolizę i destylację. W zależności od składu ścieków można prowadzić oczyszczanie jedną lub kilkoma z podanych metod. 

Koagulacja

Procesy koagulacji ścieków są podobne do zachodzących podczas oczyszczania wody Polegają na łączeniu cząstek koloidowych w większe zespoły, w wyniku czego wytrąca się osad w postaci zwartego koagulatu. Czynnikiem powodującym koagulację może być dodatek elektrolitu, dodatek koloidu o przeciwnym znaku ładunku elektrycznego do ładunku cząstek koloidowych, dehydratacja zolu, odparowanie lub wymrażanie ośrodka dyspersyjnego, a także czasami ogrzewanie lub wytrząsanie zolu. Ciekawą grupą związków stosowanych jako koagulanty są polielektrolity. Należą do nich np. kopolimery kwasu akrylowego i jego pochodnych. W łańcuchu tego polimeru mogą występować boczne grupy jonotwórcze, takie jak -COOH, -COO-Me+, -NH2, -NR2, lub NR3+X-. Ich budowa powoduje powstawanie zespołu zjawisk elektrostatycznych na granicy cząsteczka - roztwór prowadzących do koagulacji cząstek koloidalnych i wytrącenia ich w postaci osadu. Dokładniejszy opis mechanizmu koagulacji można znaleźć w podręcznikach chemii fizycznej. 
W procesie koagulacji uzyskuje się znaczny efekt oczyszczenia (redukcja BZT5 do 85% i zawiesin do 90%). Powstaje tu jednak duża ilość osadów. Metodę stosuje się najczęściej do oczyszczania ścieków przemysłu włókienniczego, garbarskiego i chemicznego. 

Neutralizacja

Polega na zobojętnianiu ścieków o odczynie alkalicznym lub kwaśnym substancjami o odczynie przeciwnym. Do zobojętniania ścieków alkalicznych można używać kwaśnych gazów spalinowych, powstających np. z paliw zasiarczonych i zawierających dwutlenek węgla, tlenki siarki i azotu. Do neutralizacji ścieków kwaśnych używa się mleka wapiennego lub gazów odpadowych zawierających amoniak. Neutralizację można prowadzić następującymi metodami : 

• mieszaniem ścieków kwaśnych z alkalicznymi, 

• dodawaniem odpowiednich odczynników, 

• przepuszczaniem ścieków kwaśnych przez złoża sporządzone np. z kamienia wapiennego i innych skał o podobnym odczynie (np. dolomitów). 

3. Metody biologiczne

Wykorzystanie procesów biochemicznych i częściowo fizycznych do oczyszczania ścieków pozwala uzyskać dalsze obniżenie ładunku substancji organicznych. Stosuje się je zwykle jako kolejny stopień oczyszczania w przypadku, gdy metody zastosowane wcześniej nie zapewniają odpowiedniej klasy czystości wody zrzucanej do odbiorników. Oczyszczanie biologiczne przebiega zarówno w warunkach tlenowych, niedotlenionych jak i beztlenowych i polega na utlenianiu oraz mineralizacji związków organicznych zawartych w ściekach przy udziale mikro i makroorganizmów. Mikroorganizmy te zużywają związki zawarte w ściekach jako pokarm i podstawę przemiany materii. 

Zasada oczyszczania jest taka sama, jak w przypadku naturalnego samooczyszczania się zbiorników wodnych. Różnica polega na stworzeniu optymalnych warunków przebiegu procesu (obecność tlenu, pożywki, mieszanie mechaniczne, temperatura, pH itp.), które zwiększają szybkość i skuteczność procesu. Metody biologiczne dzieli się na naturalne i sztuczne. Do naturalnych zlicza się metodę pól irygacyjnych i pól filtracyjnych. Do sztucznych zalicza się metodę złoża spłukiwanego i osadu czynnego. 

Sztuczne złoża biologiczne Sztuczne złoże biologiczne składa się z rusztu, na którym ułożona została warstwa kruszywa, koksu, żużla, tufów wulkanicznych, kamienia, gruzu ceglanego itp. Od dołu, przez ruszt złoże jest napowietrzane sprężonym powietrzem, od góry zaś zraszane ściekami. Zraszanie realizowane jest systemem przelewów, młynkami Segnera itp. Istotne jest równomierne rozrzucenie cieczy na całą powierzchnię złoża. Procesy zachodzące na powierzchni wypełnienia złoża są podobne do procesów na powierzchni gleby pól irygacyjnych. Tworzy się błona biologiczna, w skład której wchodzą mikroorganizmy roślinne i zwierzęce. Ich działanie polega na utlenieniu i mineralizacji substancji zawartych w ściekach. Złoże po zbudowaniu nie jest aktywne. Jego dojrzewanie trwa kilka tygodni. Złoża zraszane mają grubość 1,5...3 m. Swoją aktywność utrzymują do temperatury 6 st. C. Poniżej aktywność złoża zanika. Ich praca charakteryzuje się wysokim stopniem oczyszczania. BZT5 do 95%, zawiesiny do 92%, bakterie chorobotwórcze do 95%. Wysoka skuteczność oczyszczania jest okupiona stosunkowo niewysoką wydajnością. 

Złoża spłukiwane (wysokoobciążone)

Są to złoża o podobnej budowie. Grubość warstwy wypełnienia wynosi 2...4 m. Ze względu na większe objętościowe obciążenie złoża mineralizacja zanieczyszczeń nie zachodzi na nich całkowicie. Powstają na nich duże ilości kłaczkowatej błony biologicznej, która jest częściowo unoszona przez odpływające ścieki. Nadają się do oczyszczania ścieków o niewilkim stężeniu. W przypadku ścieków stężonych należy stosować recyrkulację. Stopień oczyszczenia wynosi ok. 65% BZT5. 
Typowy proces oczyszczania ścieków składa się - na ogół - z czterech stopni oczyszczania: mechanicznego, biologicznego, usuwania związków biogennych i tzw. odnowy wody. Złoże spłukiwane może stanowić - obok instalacji osadu czynnego - drugi stopień oczyszczania. 
Pomimo stosowania oczyszczania wielostopniowego w ściekach mogą pozostać jednak pewne zanieczyszczenia nie ulegające rozkładowi. Te substancje zwykło się określać nazwą związków refrakcyjnych. Usuwanie ich odbywa się metodami innymi niż biologiczne, np. przez sorpcję na węglu aktywowanym. Jest to skuteczna, ale jednocześnie bardzo droga metoda. Pewnego rodzaju rozwiązaniem mogą być próby uzyskiwania szczepów bakteryjnych działających selektywnie na konkretny związek chemiczny. Pozwala to na rozkład tych substancji w specjalnie prowadzonych procesach z mikroorganizmami immobilizowanymi na nośniku, np. piance poliuretanowej. Te same szczepy można stosować do regeneracji węgla aktywowanego, co pozwoli na wielokrotne jego użycie. 

---