CC BY
165
© А.К. Жамалетдина, 2002
УДК
А.К. Жамалетдина
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МОСКОВСКОГО РЕГИОНА
Резкий рост потребления привел в последние десятилетия к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время общая масса отходов, поступающих в биосферу, достигает геологического масштаба и составляет примерно 340 млн т. в год. Поэтому проблема обезвреживания твердых бытовых отходов является одной из важнейших.
Москва, являясь крупным мегаполисом с численностью населения около 9 млн человек, характеризуется высоким уровнем потребления. Накопление ТБО в Москве достигает 300 кг на человека в год, а ежегодное увеличение отходов на душу населения составляет 4-6 %, что в 3 раза превышает скорость роста населения.
В девяностые годы в сфере управления ТБО сложилась нетерпимая ситуация, вызванная ростом потребления в целом и резким скачком антропогенной нагрузки на природную среду региона. В связи с этим проблема переработки отходов стала одним из приоритетов экологической политики, проводимой властями Москвы и Московской области. Решением данной проблемы занимается инженерное хозяйство Москвы, основными направлениями которого являются следующие:
• сбор, подготовка и подача питьевой воды населению;
• водоотведение и очистка сточных вод;
• сбор, транспортировка и очистка атмосферных осадков, дренажных и условно чистых вод;
• сбор, обезвреживание и утилизация производства и потребления продукции (бытовые отходы, промотходы, токсичные и радиоактивные отходы, осадки, образующиеся при очистке природных, сточных и ливневых вод);
Примерный состав ТБО
• эксплуатация дорожно-
транспортной сети города;
• ведение зеленого и лесопаркового хозяйства.
ТБО представляют собой (рисунок) сложную неоднородную смесь органических и неорганических материалов, большую долю которых (примерно до 30 %) составляют бумажные и пищевые отходы. В их состав входят также текстиль, металлы, дерево, пластмассы, а также листья, кожа, резина, кости, стекло, керамика, камни.
Существуют различные методы утилизации ТБО. Выбор способа утилизации зависит от экономической ситуации, состава отходов, хозяйственной политики, ресурсной базы и культуры населения. К наиболее часто применяемым методам относятся захоронение (складирование), сжигание и компостирование, совмещенное с сепарацией.
В Москве создана более или менее надежная служба, обеспечивающая очистку территорий от ТБО в соответствии с санитарными нормами. Однако не менее важное звено в цепи удаления отходов - собственно их переработка - оставалось без должного развития. Практически единственным способом конечного обезвреживания ТБО на протяжении десятилетий оставался их открытый сброс на свалки, представляющие собой технологически несовершенные и экологически опасные объекты. Частично отходы вывозятся на загородные полигоны и
свалки, предназначенные для их захоронения, частично они попадают в места неорганизованного хранения (около 10 %). Наконец, еще около 6 % отходов просто остается на территории города.
На сегодняшний день в Подмосковье существуют шесть полигонов, на которые свозятся ТБО Москвы. На них приняты меры по уменьшению вредного влияния отходов на окружающую среду. На двух полигонах осуществляется добыча биогаза с производством электроэнергии. Остальные отходы поступают на свалки, которых в Подмосковье насчитывается более 200 (плоша-дью более 1 га). Мелкие стихийные свалки, к сожалению, учету не поддаются, но их общий вклад в загрязнение природной среды Подмосковья весьма значителен. Подавляющая часть существующих свалок (санкциони-рованных и стихийных) является временной и подлежит обустройству и закрытию. На большинстве объектов отсутствуют специальные природоохранные сооружения и системы экологического мониторинга. Все это резко ухудшает их экологические и технические параметры, делает опасными для состояния окружающей среды и здоровья населения на прилегающих территориях.
Захоронение ТБО на свалках. Свалки представляют собой серьезную опасность, т. к. существенно влияют на все компоненты окружающей среды. Они создают условия для роста численности так называемых синан-тропных зверей и птиц - крыс, ворон, голубей и ряда других.
ТБО представляют собой серьезную токсикологическую проблему. Они содержат значительное количество разнообразных токсичных веществ и материалов. Токсичными является около 4 % отходов.
Исследования показали, что в современном городе обычные бытовые
отходы содержат более ста наименований токсичных соединений и среди них - красители, пестициды, лекарства, органические растворители, соединения ртути, свинца, кадмия, таллия и др.
Особое место среди отходов занимают пластмассы и синтетические материалы. Они плохо подвергаются процессам биологического разрушения и могут десятки лет находиться в окружающей среде. Среди них следует выделить поливинилхлорид (ПВХ), который при сжигании образует высокотоксичные полихлорированные диоксины и фураны. Диоксины и фура-ны представляют собой чужеродные живым организмам вещества.
Их опасность обусловлена следующими свойствами:
1) высочайшей токсичностью даже в малых концентрациях (эти вещества являются клеточными ядами, поражающими все живое);
2) повсеместностью их распространения в объектах окружающей среды;
3) чрезвычайно высокой устойчивостью к разложению, способностью сохраняться в среде десятки лет и мигрировать в пищевые цепи, попадая в организм человека, где вызывает целый ряд токсических эффектов.
Не менее опасны и другие виды отходов. Например, с отработавшими свой срок трансформаторами и конденсаторами в бытовые отходы поступают значительные количества поли-хлорбифенилов.
Ртуть является основным компонентом отработанных люминесцентных ламп. В стране ежегодно идет в отходы около 200 миллионов люминесцентных и дугоразрядных ламп. В каждой лампе содержится от 80 до 120 мг ртути. Тонны ртути попадают на свалки, что превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) ртути (ПДК ртути для атмосферного воздуха - 0,0003 мг/м3). Не меньшую опасность представляют также ртутьсодержащие электрические батарейки. В электрических батарейках содержание ртути достигает 300 мг, в батарейках для электронных часов составляет до половины массы батареек. Только москвичи и жители Подмосковья выбрасывают каждый год более 50 млн штук батареек. Ртуть является летучим металлом. Способность к испарению расширяет зону его непосредст-
венного присутствия. Кроме того, ртуть при помощи почвенных, водных микроорганизмов может превратиться в метилртуть, попадать в пищевые продукты и вызывать массовые отравления. Пары ртути вызывают нарушения кальциевого обмена, изменение белков, крови, поражение центральной нервной системы, пищеварительного тракта. Кроме того, этот металл негативно влияет на репродуктивную функцию человеческого организма.
Зачастую на свалку выбрасываются автомобильные аккумуляторы. А ведь в каждом из них содержится от 8,5 до 9,5 кг свинца. Этот металл тоже является опасным экотоксикантом. Оксид свинца, являющийся продуктом окисления свинца и многих его производных, вызывает нарушения обменных процессов, поражение нервной системы, малокровие, язвенные болезни, нарушение энергетического баланса клетки.
Далеко не безобидны органические отходы. Попадая на свалку, они разлагаются под действием анаэробных бактерий, в результате чего выделяются высокотоксичный жидкий фильтрат и вредные газы.
Состав фильтрата по отношению к виду загрязняющих его веществ и их содержанию зависит от срока эксплуатации полигона, характера складируемых отходов и объема поступления поверхностных и грунтовых вод. С точки зрения обработки загрязняющих веществ обычно рассматриваются следующие компоненты: органические вещества; азот (главным образом аммонийный); тяжелые металлы.
Органические вещества, которые входят в состав фильтрата, обычно анализируются с помощью таких параметров, как БПК - биологическая потребление кислорода, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ за определенный промежуток времени, ХПК - химическое потребление кислорода, т.е. количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде и, иногда, ООУ - содержание общего органического углерода. Сведения, касающиеся отдельных органических компонентов в фильтрате, в настоящее время весьма ограничены.
Аммонийный азот составляет обычно до 90 % от общего содержания азота.
В дополнение к его эвтрофикационному эффекту аммонийный азот является потребителем кислорода и становится токсичным, когда устанавливается его химическое равновесие с аммиаком. Содержание аммонийного азота в фильтрате различных полигонов неодинаково и может быть очень высоким.
Весьма высоким может быть также и содержание железа и марганца, но содержание более опасных для окружающей среды таких металлов, как ртуть и кадмий, в фильтрате сравнительно низкое. Тяжелые металлы на полигонах находятся в форме нерастворимых сульфидов. Однако при окислении сульфиды переходят в растворимые сульфаты, и выщелачивание металлов может возрастать.
Состав фильтрата изменяется, когда отходы разлагаются в несколько этапов. После короткой аэробной стадии (несколько недель) наступают стадии кислого анаэробного разложения и метаногенного анаэробного разложения. На стадии кислого анаэробного разложения образуются простые соединения, такие как карбоновые кислоты и аминокислоты. В зависимости от гетерогенной природы отходов, стадии кислотного разложения могут продолжаться в течение нескольких лет после депонирования. Кислотогенный фильтрат на протяжении этой стадии характеризуется: высокой концентрацией летучих жирных кислот; кислыми значениями рН; высоким БПК; высоким отношением БПК/ХПК;
высоким содержанием ЫН4+ и органического азота.
В последующей стадии метаногенного анаэробного разложения доминируют метаногенные бактерии органической флоры. Основными продуктами разложения являются метан и диоксид углерода. Стадия метаногенного анаэробного разложения может длиться 100 лет и более. Фильтрат на метаногенной стадии характеризуется: очень низкой концентрацией летучих жирных кислот; низким БПК; низким отношением
БПК/ХПК; высоким содержанием ЫН^.
Наиболее экологически опасным является загрязнение подземных и тесно с ними связанных поверхностных вод участка, поскольку подземные воды загрязняемых полигоном горизонтов используются для водозабора Поверхностные воды наиболее загрязнены в водоемах, примыкающих к полигону; из этих водоемов вода сбра-
Элемент Выбросы в воздух Летуч ая зола
Содержание % Коэф. концентрации Содержание % Коэф. концентрации
Висмут 0,0003-0,0013 300-1300 0,01 10000
Серебро 0,0006-0,0021 86-300 0,003-0,01 430-1430
Олово 0,02-0,18 80-720 0,22-0,3 880-1200
Свинец 0,155-0,186 97-116 0,45-1 281-625
Кадмий 0,0005-0,0012 38-923 0,005-0,01 380-770
Сурьма 0,003-0,009 60-180 0,01-0,02 200-400
Медь 0,15-0,4 32-85 0,07-0,3 15-64
Цинк 0,18-0,56 22-68 1-3 120-360
Хром 0,06-0,16 7-20 0,08-0,6 10-200
Ртуть 0,00004-0,00009 5-10 - -
сывается в речную сеть и загрязнение далее прослеживается вниз по течению на несколько километров. Фильтрат является экологически наиболее опасным фактором влияния полигона на природную среду, так как может приводить к прямому уничтожению окружающей флоры и фауны.
Проведенные исследования возможности очистки фильтрата традиционными методами показали, что эти методы не обеспечивают очистки фильтрата до необходимой степени. Присутствие в его составе большого числа органических загрязнений, играющих роль поверхностно-активных веществ (ПАВ), стабилизирует систему, препятствуя процессам коагулирования, осаждения и сорбции. Полученный результат позволяет сделать вывод о необходимости применения для очистки фильтрата нетрадиционных методов, связанных с использованием воздействия на фильтрат больших энергий, способных разрушить сложные органические молекулы.
Эмиссии свалочного газа (СГ), поступающие в природную среду, формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих странах мира осуществляются специальные мероприятия по их минимизации. Такая практика фактически привела к возникновению самостоятельной отрасли малой энергетики, которая базируется на добыче и утилизации СГ.
В связи с тем что более 60 % массы ТБО составляют органические материалы, в основном пищевые отходы и бумага, а при захоронении создаются анаэробные условия, в которых протекает биоконверсия органического вещества с участием метаногенного сообщества микроорганизмов, в результате этого процесса образуется свалочный газ, макрокомпонентами которого являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2).
В среднем газогенерация заканчивается в теле свалки в течение 10-30 лет, при этом удельный выход газа составляет 120-150 м3 на т ТБО. Стехиометрия процесса газообразования может быть описана следующим упрощенным уравнением реакции:
С6Н10О5 + Н2О = ЗСН4 + ЗСО2
Соотношение метана и углекислого газа может меняться от 40-70 до 30-60 %, соответственно. В существенно меньших концентрациях, на уровне не-
скольких процентов, присутствуют, как правило, азот, кислород, водород. В качестве микропримесей в состав СГ могут входить десятки различных органических соединений.
Состав биогаза обуславливает ряд его специфических свойств. Прежде всего, СГ горюч и взрывоопасен, его средняя калорийность составляет примерно 5500 ккал/м3. В определенных концентрациях он токсичен. Токсичность определяется наличием ряда микропримесей, например, сероводорода. Обычно СГ обладает резким неприятным запахом. Он относится к числу так называемых парниковых газов, что придает ему глобальную значимость и делает объектом пристального внимания мирового сообщества.
Свободное распространение СГ в окружающей среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального масштаба.
• СГ может создавать взрывопожароопасные условия в зданиях и сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО. Например, в Москве, в течение восьмидесятых - девяностых годов десятки зданий были построены в зонах бывших свалок, насыщенных газогенерирующими бытовыми отходами. Вместе с тем известны случаи взрывов, вызванных накоплением СГ в подвальных помещениях, сопровождавшиеся человеческими жертвами.
• В жаркое время года СГ способствует возгоранию ТБО в зонах их складирования.
• В безветренную погоду СГ накапливается в приземном слое атмосферы в значительных концентрациях и формирует опасную ситуацию, создает неблагоприятные условия труда для персонала полигонов.
• СГ оказывает негативное воздействие на растительный покров. Причи-
ной угнетения растительности на примыкающих к полигонам ТБО площадях является насыщение свалочным газом порового пространства почвы и вытеснение из нее кислорода.
• СГ относится к числу так называемых "парниковых'' газов, вызывающих глобальное потепление климата Земли.
Захоронение ТБО на полигонах. Обезвредить твердые бытовые отходы можно путем складирования их на специально оборудованном полигоне. Полигоны - комплексы природоохранительных сооружений, предназначенных для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО. При квалифицированном проектировании, правильной эксплуатации и рекультивации полигоны обеспечивают приемлемую защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствуют распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.
Такой способ позволит значительно уменьшить или нейтрализовать вредные действия факторов, которые сопутствуют свалкам. Современные полигоны должны быть оборудованы всеми типами систем, чтобы не допустить контакта отходов с окружающей средой. Именно вследствие этого разложение отходов затруднительно. И оно представляет собой своеобразную бомбу замедленного действия. При недостатке кислорода органические отходы подвергаются анаэробному брожению, что приводит к формированию. (СГ).
Наиболее отработанный и распространенный в мировой практике метод переработки несортированных твердых бытовых отходов - сжигание мусора.
Мусоросжигание - это наиболее сложный и «высокотехно-логичный» вариант обращения с отходами. Сжигание
требует предварительной обработки ТБО (с получением так называемого топлива, извлеченного из отходов). При разделении из ТБО стараются удалить крупные объекты, металлы (как магнитные, так и немагнитные) и дополнительно его измельчить. Для того чтобы уменьшить вредные выбросы из отходов, из них извлекают также батарейки и аккумуляторы, пластик, листья. Сжигание неразделенного потока отходов в настоящее время считается чрезвычайно опасным. Таким образом, мусо-росжигание может быть только одним из компонентов комплексной программы утилизации.
Сжигание позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства: запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, привлекательность для птиц и грызунов, а также получить дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества или отопления.
Сжигание, решая проблему уменьшения объема отходов, создает более серьезную проблему - образующиеся зола и шлаки являются более токсичными, и требуют специальных полигонов для захоронения. При этом происходит загрязнение воздуха токсичными веществами. Выбросы МСЗ включают все обычные для промпредприятий отходы: загрязненный воздух; загрязненные воды; загрязненные отходы
Из данных таблицы видно, что в дымах МСЗ опасных металлов в некоторых случаях в тысячи раз больше, чем в фоновом воздухе. Токсичные металлы выбрасываются в форме солей или окислов, то есть в устойчивом виде, и могут лежать неопределенное число лет, накапливаясь постепенно и с пылью попадая в организм человека.
Наиболее актуальной проблемой при сжигании ТБО является образование высокотоксичных диоксинов и фу-ранов, решение ее до сих пор, к сожалению, не найдено.
Наиболее эффективным как с экономической, так и с экологической точки зрения является комплексное управление отходами (КУО). КУО предполагает, что в дополнение к традиционным способам (мусоросжиганию и захоронению) неотъемлемой частью утилизации отходов должны стать мероприятия по сокращению количества отходов, вторичная переработка отходов и компостирование.
Нельзя подходить к проблеме ТБО, как к борьбе с мусором, стараясь любой ценой избавиться от него и поскорее выбросить на свалку или сжечь. Это гигиенически нецелесообразно и экологически вредно в силу содержания в этом виде отходов значительного количества вредных веществ, которые должны быть удалены из отходов на стадии их сбора. Кроме того, ТБО - это комплексное сырье,
содержащее целый ряд ценных компонентов.
В США подсчитали, что металлы, извлеченные из отходов потребления, могут обеспечить национальную потребность: в железе на 7 %, в алюминии на 8 % и в олове на 19 %, не говоря уже о бумаге, стекле и пластмассе. Остается только придумать, как их извлечь из сваленного в кучу гниющего мусора.
Из существующих методов промышленной переработки в Москве применяются только два - огневое обезвреживание на мусоросжигательном заводе и прессование. Метод прессования дает экономию по объему такую же, как и сжигание. Полученные брикеты лежат неопределенно долго, так как из-за высокой плотности там осталось мало воздуха и почти нет воды. Главный результат - полигон будет работать в три-четыре раза дольше, то есть не 30-40 лет, а 100120.
Существующая в городе ситуация со сбором, переработкой и захоронением отходов характеризуется низким уровнем промышленной переработки данного вида отходов, потерей ценных вторичных ресурсов, что ведет за собой неоправданно большие объемы захораниваемых отходов на полигонах.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Жамалетдина А.К. — Московский государственный горный университет.
