Управление бытовыми отходами

В.В. Куриленко, И.И. Подлипский,
(Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия)
CONTROL SYSTEM OF A HOUSEHOLD WASTE IN RUSSIA: ENVIRONMENTAL PROBLEMS AND RECYCLING METHODS. Kurilenko V.V., Prof., Dr. of Sc. (SPbGU, Saint-Petersburg), Podlipsky I.I. (SPbGU, Saint-Petersburg).

Одна из основных экологических проблем для России – проблема обращения с отходами потребления и производства.

Масса мирового потока твердых бытовых отходов (ТБО) составляет ежегодно около 400 млн. т. Такое количество, без преувеличения, достигает геологических масштабов: с мусором в биосферу попадает около 85 млн. т. органического углерода (природное поступление 40 млн. т./год).

Не мала в этом и роль России. На сегодняшний день в РФ накопилось 80 млрд. т. ТБО. Ежегодно прибавляется около 30 млн. т. ТБО и 120 млн. т. промышленного мусора. Общая площадь занятых отбросами земель в целом по стране превышает 2 тыс. км².

В настоящее время, для нашей страны одной из главных экологических целей, является устранение слабых звеньев в цепи удаления отходов, изменение к лучшему ситуации с переработкой и захоронением отходов, предотвращение несанкционированного размещения отходов, стимулирование вторичного рынка использования отходов. Также одной из важнейших задач государственной экологической политики является поощрение всех видов предпринимательской деятельности по обращению с отходами, образующимися на территории России.

Согласно ГОСТ 30772-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины и определения» отходами потребления называют «остатки веществ, материалов, предметов, изделий, товаров, частично или полностью утративших свои первоначальные потребительские свойства». Там же отмечается, что к этой категории отходов относят не только ТБО, образующиеся в домовладениях, «но и отходы, образующиеся в офисах, торговых предприятиях, мелких промышленных объектах, школах, больницах, других муниципальных учреждениях». Такое определение соответствует зарубежному термину «твердые муниципальные отходы» (Municipal solid waste). Юридической основой для классификации ТБО в России служит Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО), который классифицирует отходы по происхождению, агрегатному состоянию и опасности, используя термин «твердые коммунальные отходы».

В странах ЕС не раз делались попытки классифицировать отходы (Европейский список отходов, списки ОЭСР, Базельская конвенция). Однако в силу разнородности номенклатуры, отсутствия точной статистики и общей сложности данного сектора экономики, картина в мировом масштабе получается весьма неточной.

Твердые бытовые отходы в момент своего формирования являются многокомпонентной (гетерогенной) смесью различных (в основном твердых) материалов, доступных к любому способу переработки. После первоначального перемешивания на месте сбора (мусоросборные баки) и прессования в мусоровозе, большинство потенциально вторичных ресурсов теряют свои потребительские свойства, поэтому внедрение системы селективного сбора, рационально вводить на самых ранних этапах образования массы ТБО.

Выбор технологии утилизации зависит, прежде всего, от свойств и состава ТБО города (района, области, страны). Методика, утвержденная главным санитарным врачом РФ, устанавливает основные свойства, оказывающие определяющее влияние на выбор метода утилизации, бытового мусора: морфологический и фракционный состав, плотность, влажность, химический состав, теплотворная способность, теплоемкость, газогенерирующая способность, слеживаемость, механическая вязкость и т.д.

Все выше перечисленные свойства не являются постоянной характеристикой и зависят от множества факторов: источник отходов, климат, благосостояние населения (района, области, региона, страны), вид используемого топлива, социальные условия и т.д. Именно поэтому каждый полигон представляет собой уникальный объект (табл. 1).

Таблица 1. Сравнение морфологического состава ТБО по различным авторам и районам исследования (по массе, %).

	Систер, Мирный(Москва)	Скорик, Флоринская (СПб)	Смоленск	пригород Смоленска (2005)	Тосненский район
1.Пищевые отходы	30-40	23,07	26–32	30-35	22,5
2.Бумага, картон	36-39	21,22	33-40	25-37	32,5
3.Дерево	1-2	3,3	1,5-5	—	3,5
4.Черный металл	3-4	5,8	2,5-3,6	4,5	3,5
5.Цветной металл	0,5-1,5	0,2	0,4-0,6	0,5	3
6.Текстиль	3-5	6,21	4,6-6,5	2-3	4
7.Кости	1-2	1,5	0,9-0,5	—	—
8.Стекло	2-3	8,9	2,7-4,3	6-9	6,5
9.Кожа, резина	0,5-1	Кожа-1Резина — 2	0,5-1,3	—	1
10.Полимеры	4-5	5,5	4,6-6,0	8-12	12,5
11.Прочее	1-2	1,7	—	строй. отходы – 2	1,5
12.Отсев менее 15 мм	5-7	11,5	8,5-11,2	10-12	9,5
13.Камень, сад	0,5-1	1	0,7-1,0	—	—

Эта уникальность состава и свойств бытового мусора позволяет выбрать экономически и экологически целесообразную методику утилизации муниципальных отходов.

Отношение к отходам и их переработке сильно различается в зависимости от истории, культуры, географии страны-производителя, можно даже говорить об эволюционирующей во времени и в пространстве «философии» отходов. Способы управления отходами подразделяются на четыре типа, по возрастанию их непосредственной стоимости:

• несанкционированные свалки;
• санкционированные и подконтрольные полигоны, от простых свалок под открытым небом до центров «экологического» захоронения, где используются последние технологические новшества, позволяющие извлекать биогаз и получать полезную энергию;
• компостирование, повторное использование либо рециклинг;
• сырьевая утилизация: с выработкой энергии или без выработки энергии (рис. 1).

Рисунок 1. Способы переработки ТБО (по данным государственных агентств по охране окружающей среды, ОЭСР и Евростата).

В мировой практике, на сегодняшний день, известно более 20 методов переработки ТБО, которые по конечной цели делятся на:

• ликвидационные (в основе санитарно-экологические задачи);
• утилизационные (использование вторичных ресурсов).

Большинство этих методов не нашли значительного распространения в связи с их технологической сложностью и высокой стоимостью внедрения.

Наибольшее практическое распространение получили следующие ликвидационные методы:

• складирование на полигоне (свалке);
• сжигание;
• аэробное биотермическое компостирование.

На данном этапе экономико-экологического развития России, наиболее подходящей для использования является способ размещения ТБО на полигонах, как наиболее простых и дешевых сооружений, устраиваемых в местах, где основанием могут служить глины и тяжелые суглинки.

Полигоны – комплексы природоохранительных сооружений, предназначенные для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО, обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующие распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.

При обзорном рассмотрении технологии складирования ТБО на полигонах, можно выделить основные достоинства и главные недостатки. Экономическая целесообразность и техническая простота организации – основные причины распространения технологии; потеря утильных фракций ТБО, потеря земельных ресурсов и загрязнение вод, воздуха и почв – последствия применения складирования ТБО на полигонах.

Для микроорганизмов масса смешанных ТБО на полигоне представляет собой многофазную, гетерогенную систему микросред с резко противоположными условиями даже в пределах одного микролокуса. Именно твердая фаза обеспечивает мозаичность и гетерогенность среды для обитания микроорганизмов.

Для традиционного типа полигона (постепенная загрузка) можно использовать модель периодического культивирования с повторным внесением посевного материала микроорганизмов и беспозвоночных.

Процесс разложения органической фракции состоит из трех основных фаз (стадий), которые выделяются по пищевым потребностям преобладающей бактериальной популяции: гидролитическая, гетероацетогенная и метоногенная стадии.

Первая группа включает гидролитические бактерии, обычно называемые ацидогенными, так как они обеспечивают начальный гидролиз субстрата до низкомолекулярных органических кислот и других малых молекул. Втора группа представляет собой гетероацетогенные бактерии, которые продуцируют уксусную кислоту и водород, а третья – это метаногенные бактерии, которые продуцируют метан. Эта последняя группа может быть подразделена на потребителей водорода (литотрофы) и уксусной кислоты (ацетотрофы) (рис. 2). Субстраты, содержащие серу и азот, могут вызывать рост еще двух дополнительных групп сульфатредуцирующих бактерий и денитрификаторов.

Рисунок 2. Схема бактериальных сукцессий при анаэробной биодеградации органической части ТБО.

Основными экологически значимыми продуктами свалок являются две группы веществ: свалочный газ (биогаз) (leakade) и отжимная жидкость (фильтрат) (leachate).

Фильтрат – это отжимная жидкость, возникающая за счет водоотдачи ТБО под действием давления вышележащих отходов, а также за счет проникновения воды, осадков, ливневых и талых вод.

Основными компонентами фильтрата являются органические вещества, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы и металлоиды (Ca, Na, Fe, Mg, Mn, Zn, Cr, Co, Pb, As, Cu, Ni, Hg и др.) и различные их производные (различные формы нахождения веществ). Наибольший интерес представляют металлоорганические комплексы, так как они являются наиболее токсичными и миграционно активными соединениями.

Состав биогаза может насчитывать около 50 примесей (в основном Н₂О, СО₂ и NO₂), основным компонентом является метан (содержание 60–97%) – один из основных парниковых газов.

Наиболее часто используемыми альтернативами полигонам являются сжигание и комплекс сжигания и компостирования.

По мнению ряда исследователей, мусоросжигательные заводы – главный источник выбросов в воздух диоксинов – сверхстойких органических загрязнителей, представляющих собой смесь полихлордибензо-пара-диоксинов (ПХДД) и полихлордибензофуранов (ПХДФ). Диоксины разрушают гормональную систему человека, приводят к иммунодефициту и ослаблению защитных сил организма, способствуют развитию женских болезней, росту количества выкидышей и детей-инвалидов.

Борьба против диоксинов привела к принятию новых, очень суровых нормативов по МСЗ, вследствие чего большинство заводов сейчас ожидает закрытие или реконструкция. После внедрения новых норм Европейского союза только в Голландии было закрыто четыре из двенадцати МСЗ, а на переоборудование остальных израсходовано свыше 1 млрд. долларов.

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 60-65Сº 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% ТБО, в Японии и США – до 2%.

На всех компостных заводах получаемый компост имеет весьма плохой товарный вид, характеризуется низким качеством и сбывается с большим трудом.

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.

К сожалению, в России экономика отходов в настоящее время находится в неудовлетворительном состоянии. Чтобы кардинально исправить положение, необходимо реформировать государственную политику в этой области, существенно усилив государственное регулирование сбора и переработки отходов.

В настоящее время в России существует большое количество полигонов ТБО (около 10 тыс.), мусоросжигательных (около 20 шт.) и мусороперерабатывающих (компостирующих) заводов (около 15 шт.) – источников воздействия на окружающую среду. Для каждого объекта должны быть разработаны определенные системы защиты и предупреждения аварийных ситуаций.

Функционирующие объекты складирования бытовых и промышленных отходов, созданные без учета последних научных исследований должны быть усовершенствованы новыми системами защиты окружающей среды (кольцевые защитные сооружения, системы сбора биогаза и т.д.), а вновь создающиеся должны быть спланированы как высоконагружаемые полигоны и оснащены всеми необходимыми инженерными сооружениями.

Все работающие мусороперерабатывающие и мусоросжигательные заводы в России оснащены морально и технически устаревшим оборудованием и для повышения их экологической безопасности необходимо полное обновление материально-технической базы.