Глава 21
Отходы производства и потребления

Значительной экологической проблемой современного мира является образование и дальнейшие операции с отходами производств и потребления. Ими принято называть остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция),

372

утратившие свои потребительские свойства. Отходы могут (или не могут) быть реально или потенциально использованы в других (отличных от источника образования) отраслях деятельности человека или в ходе регенерации. В этом главное принципиальное отличие в путях обращения с отходами. Отходы, которые не могут быть даже потенциально использованы, должны быть захоронены, а если они являются вредными для человека, других живых организмов и в целом для окружающей среды, то предварительно их необходимо обезвредить (нейтрализовать). Неиспользуемые отходы иногда именуют отбросами.

Отходы, содержащие вредные вещества, которые обладают опасными свойствами (токсичностью, пожаро - взрывоопасностью, высокой радиационной активностью) или содержат возбудителей инфекционных болезней, а также могут представлять потенциальную опасность для окружающей природной среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами, называют опасными отходами.

Процесс обращения с отходами сопутствует человеку с незапамятных времен, а в современных условиях возникает необходимость управления отходами. Это обусловлено прежде всего колоссальными объемами возникающих отходов, а также тем, что границы между понятиями "сырье" - "отходы" - "вторичные ресурсы" очень условны. Эти границы зависят от технико-экономических задач производства, экономической целесообразности и технологической возможности комплексной переработки и использования исходного природного сырья.

Отходы производства и потребления поступают в окружающую среду в больших количествах, в частности только в Москве ежегодно образуется 20 млн. м3 так называемых твердых бытовых отходов и около 5 млн. т промышленных нетоксичных отходов. В общей сложности в Российской Федерации накоплено около 7 млрд. т отходов, из которых 1 млрд. т - опасные отходы. В среднем на каждого жителя РФ вырабатывается (накапливается) до 15 т различных твердых отходов в год. Такой темп роста накопления твердых отходов объясняется невысокой степенью их утилизации. Так, степень утилизации инертных отходов, к которым относятся вскрышные породы, зола, отдельные виды строительных отходов, составляет примерно 25-30 %. Степень же утилизации опасных отходов еще ниже и составляет менее 20%. Но дело не только в объеме отходов, а в том, что они очень активно и разнообразно воздействуют на окружающую среду. Воздействие отходов зависит от их качественного и количественного состава. В целом отходы представляют собой неоднородные по химическому составу, сложные многокомпонентные смеси веществ, обладающих разнообразными физико-химическими и физико-механическими свойствами. Общая направленность химического и вещественного состава отходов

373

обусловлена взаимодействием компонентов, биологическим разложением и ассимиляцией веществ (рис. 92).

Отходы в значительных количествах образуются во всех базовых отраслях промышленности (сельское хозяйство, энергетика, металлургия, строительство, транспорт, горнодобывающие производства), а также в быту.

Рассмотрим основные виды отходов и их возможное влияние на окружающую среду

Твердые бытовые отходы (ТБО), которые иногда именуют коммунальными, и включающие в себя остатки сточных вод, в общем-то представляют собой отбросы, не утилизованные в быту и образующиеся главным образом в результате амортизации предметов быта и собственно жизни людей, включая жилища, бани, прачечные, столовые, больницы, рестораны, магазины и др. Проблема бытовых отходов в настоящее время весьма остро стоит во многих, если не в большинстве, странах мира. Так, в городах США ежегодно образуется около 180 млн. т отходов. В Японии в 1995 г. было "произведено" около 75 млн. т бытовых отходов. В бывшем СССР в 1985 г. спецтранспортом было вывезено из городов 217 млн. м³ бытовых отходов, а в 1988 г. уже 228 млн. м³. По данным А.И. Матросова (1999 г. доля бытовых отходов в странах Европы достигает 6% от общего объема отходов, что вдвое больше аналогичного показателя для России (≈3%). Главное направление утилизации бытовых отходов в развитых европейских странах - это сжигание их с предварительной весьма тщательной сортировкой, при которой на разных ее ступенях из отходов изымается максимально возможное количество вторичных ресурсов (сырья). Оставшиеся же после сжигания отходы подлежат уже захоронению на длительные

374

сроки на специально оборудованных (запроектированных и построенных по разработанным нормативам и методикам) полигонах.

Данный подход представляется весьма перспективным и экономически весьма важным. Для уничтожения ТБО за рубежом строят мощные мусоросжигательные заводы (до 900 т/сут и более) в целях получения энергии. На начало 90-х годов XX в. доля сжигаемого мусора составляет для США - до 4%; Японии - 26%; ФРГ - 35%; Швеции - более 52%; Швейцарии -75% и др. Часть этих заводов производят электроэнергию, но главным образом вырабатывается пар, который используется на промышленных предприятиях или в жилых зданиях. Важнейшей отличительной чертой мусоросжигания в европейских странах, США, Японии является высочайшая степень очистки выбросов в атмосферу и других возможных источников загрязнения среды в используемой технологии мусоросжигания. В 1990 г. на заводы по переработке мусора в нашей стране было вывезено чуть более 1420 тыс. т бытовых отходов.

Основными способами переработки ТБО являются захоронение и термический метод (пока только сжигание). Кроме того, в мировой практике применяют биотехнологические методы как с получением биогаза, так и удобрений или биотоплива. При этом степень сортировки (предварительной и конечной) с получением ценных продуктов для вторичного использования является основным экономическим показателем три оценке переработки ТБО для быстрой окупаемости строительства предприятий по их утилизации. В табл. 44 приведены данные по соотношению технологий переработки ТБО в некоторых странах.

Как показывают эти материалы, только Франция и Япония широко используют сжигание, остальные - большей частью полигоны. Конечно, сжигание уменьшает объемы отходов почти в 10 раз, дает энергию, но производит золу, которую нужно захоранивать, что также является загрязнением среды.

Поэтому в мире мусоросжигание и захоронение отходов применяют как дополняющие друг друга способы обращения с отходами.

Полигоны для захоронения ТБО являются строительными сооружениями, которые проектируют и строят как ответственные объекты,

375

обеспечивающие инженерную защиту окружающей среды от загрязнений даже в аварийных ситуациях.

Современные полигоны ТБО после рекультивации позволяют возводить на них даже зоны отдыха, как это сделано, например, в Барселоне. В последние годы после сортировки во многих странах производят прессование отходов, что резко уменьшает объем ТБО и повышает вместимость полигонов. Экономический анализ показал, что мусоросжигательные заводы более капиталоемки, чем полигоны ТБО, особенно, если на полигоны поступает зола с этих заводов.

Как было отмечено выше, крупнейшими производителями ТБО являются мегаполисы, где средняя норма "производства" ТБО на одного человека в год составляет 1 м³ по объему и 200 кг по массе. Однако в мегаполисах с населением 10 млн. жителей и более эта норма увеличивается в 1,5-2 раза, что связано с большей долей отходов из сферы обслуживания и других инфраструктур, обеспечивающих собственно "жизнедеятельность" города.

В состав ТБО в основном входят: бумага, картон (≈37%); кухонные отходы (≈30,6%); дерево (1,9); кожа и резина (0,5%); текстиль (5,4%); искусственные органические материалы, главным образом полиэтилен (5,2%); кости (1,1%); металлы (3,8%); стекло (3,7%); керамика, камень (0,8%) и прочие (9,7%).

В большинстве стран, в отличие, например, от ФРГ и Нидерландов, глубокая сортировка ТБО все-таки не производится, как бы ни были они перспективны в качестве вторичного сырья или для извлечения полезных компонентов для вторичного употребления. Наша страна не является исключением. Анализ ТБО показывает, что основная масса в них приходится на долю органических составляющих - до 75 - 80%. В целом и ТБО следует относить к непромышленным отходам, но при этом не следует забывать, что деление отходов на бытовые и промышленные достаточно условно, так как в бытовые отходы входят остатки резины, кожи, бумаги и других органических веществ и полимерные материалы. Полиминеральные отходы составляют до 15% от общего числа бытовых и промышленных отходов.

В России, да и в других странах из-за низкой культуры сбора в ТБО попадают элементы питания ("батарейки"), краски, лаки, люминесцентные лампы и многое другое. По различным оценкам 1 т бытовых отходов содержит до 50 нанограмм диоксинов. Следует отметить, что в последние годы в составе ТБО существенно уменьшилась доля пищевых отходов, кожи, резины, стекла и значительно возросло содержание упаковочных материалов (бумага, картон, полиэтилен). Это значит, что в Россию поступает большое количество отходов, которые могли бы быть захоронены в других странах, где были произведены товары с упаковкой, поступившие в виде импорта.

А.Т. Никитин (1996) рассматривает ситуацию с переработкой бытовых отходов в России на примере нашего крупнейшего мегаполиса

376

Москвы. Выше мы уже отмечали, что Москва ежегодно производит более 20 млн. м³ ТБО в год. Основная их часть (до 90%) утилизируется на специальных полигонах "Хметьево" и "Тимохово". Отмечается, что за последние 10 лет количество эксплуатируемых крупных полигонов в Подмосковье уменьшилось с 5 до указанных выше 2-х. Эти полигоны функционируют с 1970 г. и в ближайшее время срок их эксплуатации заканчивается. Даже наиболее обустроенные полигоны в Московском регионе, по мнению ведущих специалистов, не отвечают современным международным требованиям по минимально необходимому перечню функционирующих природоохранных сооружений, таких, как водоохранные экраны, противооползневые сооружения, системы отвода и обезвреживания фильтрата и поверхностных вод, ограждения границ полигона, оборудования для мойки машин и т. п. На этих полигонах не производится нормируемая послойная укладка отходов по специальной технологии в связи с отсутствием необходимой техники. Стоимость захоронения остается до конца неопределенной, что не позволяет провести квалифицированные экономические расчеты. На этих же полигонах складируются и токсичные промышленные отходы, величина хранения которых достигает 1,5 млн. т в год. Последнее обстоятельство совершенно недопустимо, поскольку требования к утилизации ТБО и ПО (промышленных отходов) совершенно различны и совместное хранение их не допускается по соображениям экологической безопасности.

Кроме того, на территории Москвы находятся до 90 свалок мусора общей площадью почти 290 га. Из них 63 - не функционируют. По официальным данным, в Москве работает два мусоросжигательных завода, оснащенных немецким и датским оборудованием. Существующие технологии сжигания и не самое современное оборудование на них в целом не обеспечивают надлежащий уровень экологической безопасности, что, кстати, вызывает резкие протесты жителей города против строительства новых мусоросжигательных заводов.

За последнее пятилетие в Москве начала реализовываться программа строительства мусороперегрузочных станций (МПС), которые обеспечивают сортировку и прессование ТБО, что уменьшает объемы их хранения.

Ученые многих стран считают, что для решения "больной" для многих из них проблемы наиболее перспективными методами утилизации ТБО после их сортировки являются биотехнические методы.

Огромную проблему составляют отходы производства (промышленные) - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Они могут быть безвозвратными (технологические потери: улетучивание, угар, усушка) и возвратными. К ним следует причислить отходы производственного потребления - непригодные для дальнейшего

377

использования по прямому назначению и "списанные" в установленном порядке машины, оборудование, инструменты, приборы и т. п. Они могут быть сельскохозяйственными, бытовыми и другими. К обоим этим видам отходов нужно отнести медикаментозные, химические, высокотоксичные и радиоактивные.

Сегодня в среднем на каждого жителя планеты в год добывается около 20 т сырья, по некоторым источникам даже до 40 т, которое с использованием примерно 800 т воды и 2,5 кВт энергии перерабатывается в продукты потребления и примерно 90 - 98 % идет в отходы (!). В бывшем СССР в 1988 г. в машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности удельный вес металлоотходов в общем потреблении черных металлов составил 21%, а удельный вес стружки в образовании металлоотходов достиг 42%. Средняя доля ТБО лежит, как мы уже отмечали, в пределах от 0,2 до 0,6 т в год, остальное составляют промышленные отходы. В Европе (без России) производство отходов всеми отраслями хозяйства составляет 10 - 11 т на душу населения в год. Промышленные и сельскохозяйственные отходы составляют около 70%, из них примерно 40 % - промышленные и 30% - сельскохозяйственные; кроме этого, отходы строительного производства достигают почти 25%.

По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья (100 Гт/год) хозяйственная деятельность человека постепенно стремится к биологической "производительности" - 1000 Гт/год. При этом расточительное использование сырья и энергии в хозяйственной деятельности человека превышает всякие разумные пределы. И если в развитых странах сельскохозяйственные отходы утилизируются на 90%, корпуса автомашин - на 98%, отработанные масла - на 90%, то значительная часть промышленных и строительных отходов, отходов горнодобывающих и металлургических производств практически в полном объеме не утилизируется.

Человечество преуспело в создании орудий производства и технологий уничтожения себе подобных, но практически не занималось созданием промышленности по переработке отходов своей деятельности. В результате помимо ежегодного прирастания объема непереработанных промышленных отходов, в том числе токсичных, во всем мире существуют и старые захоронения (свалки), количество которых в промышленно развитых странах исчисляется десятками и сотнями тысяч, а величины объемов отходов (в первую очередь особо опасных) многими миллиардами тонн и кубометров. Для их переработки потребуются затраты в десятки и сотни миллиардов долларов в год на протяжении десятилетий (!).

В России отходы по степени вредности и опасности делятся на четыре класса, в европейских странах принято деление на три класса.

К опасным (токсичным) отходам относят отходы, способные вызывать отравления или иное поражение живых существ. Это прежде

378

всего неиспользованные ядохимикаты сельскохозяйственного назначения, промышленные канцерогены и мутагены. В США даже среди ТБО около 40% относят к особо опасным, в Венгрии-34%; во Франции - 6%, Великобритании - 3%, а в Италии и Японии всего лишь - 0,3%. В России, по некоторым данным, таким образом выделяют из ТБО 10% особо опасных.

Основная часть опасных отходов складируется или захоранивается, в том числе и затапливается в море. Обезвреживанию с предварительной обработкой, сжиганию и вторичной переработке подвергается наибольшая часть опасных отходов. Например, в Нидерландах примерно 300 тыс. т опасных отходов ежегодно подвергается физико-химической обработке, около 200 тыс. т сжигается, более 250 тыс. т захоранивается и около 700 тыс. т затапливается в море.

На территории России к концу 90-х годов накоплено в хранилищах, на складах, могильниках, полигонах, свалках 1405 млн. т токсичных отходов. В 1995 г. образовалось 89,9 млн. т отходов, в том числе 1-го класса опасности -0,16 млн. т, 2-го - 2,2 млн. т, 3-го - 8,7 млн. т, 4-го - 78,8 млн. т. Из них использовано в собственном производстве 34 млн. т и полностью обезврежено 65 млн. т. Кроме того, 12,2 млн. т передано на другие предприятия для использования.

Это характеризует состояние проблемы даже по официальным данным и свидетельствует о непрерывном росте неперерабатываемых промышленных отходов, не говоря уже о неучтенных свалках, старых захоронениях, инвентаризация которых даже не начиналась, и где содержится около 86 млрд. т отходов (1,6 млрд. т токсичных).

Особую опасность представляют радиоактивные отходы, влияние которых на окружающую среду рассмотрено нами выше. В начале 90-х годов была завершена регистрация мест хранения и захоронения радиоактивных отходов, суммарная величина радиоактивности которых составила примерно 5,3 млрд. Ku (Кюри)¹. В России на душу населения приходится примерно 4 Ku, не считая продуктов распада от выброса, возникшего в результате Чернобыльской катастрофы, накопленных запасов оружейного плутония, 8 тыс. т (около 6 млрд. Ku) отработанного ядерного топлива, хранящегося на АЭС.

До принятия Конвенции о запрещении захоронения радиоактивных отходов в океанах и морях западноевропейскими странами в океанских водах затоплено более 35 млн. ГБк радиоактивных отходов в контейнерах, основная часть этого количества приходится на долю Великобритании - 76%.

В настоящее время страны Европы производят захоронение высокотоксичных и радиоактивных отходов в подземном пространстве. В Германии, например, высокоактивные отходы помещают в соляной

379

купол, расположенный вблизи Ганновера, в котором по состоянию на конец 1993 г. накопилось около 3000 т отходов, ждущих захоронения, и к этим отходам ежегодно прибавляется около 500 т новых.

Для многих стран Европы захоронение опасных и радиоактивных отходов является сложной, порой неразрешимой задачей. Между странами происходит интенсивный обмен отходами. Это объясняется, с одной стороны, различиями в списках опасных и радиоактивных отходов, а с другой - наличием технологий и производств, использующих эти отходы как сырье. Через национальные границы ежегодно перемещается более 2 млн. т таких отходов. Вместе с тем; зарегистрирован нарастающий нелегальный вывоз опасных отходов в страны Африки и Азии, а также перемещения туда предприятий по сжиганию опасных отходов. Не меньшей проблемой для стран Западной Европы являются старые захоронения отходов, среди которых большой объем занимали опасные отходы. Такие захоронения вполне можно сравнивать с химическими "бомбами замедленного действия", поэтому инвентаризация и поиски таких захоронений во многих странах рассматриваются как приоритетные задачи.

По состоянию на начало 90-х годов в Дании зарегистрировано около 3200 таких захоронений, в Нидерландах - около 4000, на территории только западных земель Германии - более 50 000 (!) (Матросов А.И., 1999, с. 7).

Недостаточное внимание в России, а также в странах, где высокий уровень использования агротехники, уделяется вопросам обезвреживания пришедших в негодность десятков тысяч тонн пестицидов, инсектицидов, гербицидов и т. п.

Повышенную опасность для окружающей среды представляют отходы крупных животноводческих комплексов, которые в нашей стране ежегодно выбрасывают около 150 млн. т разжиженного навоза и помета. Из них примерно 70 % используют в качестве удобрений, а более 40 млн. т этих отходов, попадая вместе со стоками в поверхностные и подземные воды, загрязняют их, делая непригодными для питьевого водоснабжения без применения сложных энергоемких технологий обезвреживания и очистки воды.

Оценивая отходы, следует выделить канализационные, которые представляют собой отработанный биологически активный ил, частицы текстиля, бумаги, песок и т. п. Содержание большого количества солей тяжелых металлов в отработанном иле не позволяет использовать его в качестве удобрения, и поэтому он накапливается на специальных территориях - полях аэрации. На подмосковных полях аэрации, например, накопилось несколько десятков миллионов кубометров таких отходов. Воздействие атмосферных осадков на биологически активный ил приводит к загрязнению как поверхностных, так и подземных вод.

В регионах и городах с развитой системой предприятий и учреждений медико-курортного профиля накапливаются чрезвычайно

380

сложные по составу отходы, относящиеся к классам опасных отходов. Сложность обращения с "медикаментозными" и "больничными отходами" заключается в том, что в них наряду с огромным числом химических соединений сложных структур, обладающих эффектом суммации, входят биологические объекты, в том числе инфекционные. Это затрудняет, а иногда делает невозможным сортировку отходов. Неорганизованное складирование, спорадическое сжигание на свалках (полигонах) таких отходов сопровождается образованием вторичных токсикантов, которые могут быть гораздо опаснее исходных соединений (полихлорвинилованные бифенилы, диоксины, бензофураны и др.). Процессы сортировки, утилизации, транспортировки ТБО и ПО затрудняются также тем, что многие из них обладают структурными связями из-за того, что некоторые из их видов, такие, как текстиль, проволока, кожа и др., имеют волокнистость и повышенную сцепляемость, а другие обладают клеящей способностью и даже могут затвердевать при затворении водой (цементная пыль, известь, алебастр и др.). В результате повышается сводообразование и снижается просыпаемость отходов через неподвижные решетки сортировочных устройств, кроме того, отходы налипают на их стенки и т. п. Нужно отметить, что твердые отходы обладают слеживаемостью, приводящей к потере сыпучести и их уплотнению; абразивностью (керамика, стекло, компост), т. е. способностью к истиранию поверхностей, с которыми твердые отходы соприкасаются; коррозионной активностью по отношению к металлам (Матросов А.С., 1999, с. 9).

Вышеизложенное показывает, что нарастающий объем отходов потребления и производства все более становится экологической проблемой глобальной значимости. В связи с этим усилия многих ученых, инженеров и других специалистов (медиков, микробиологов) сосредоточиваются на управлении обращением с отходами.

Важнейшим аспектом в реализации этой системы является не техническая, а экологическая часть решения, так как антропогенные экосистемы, соседствующие с природными, осложняются таким воздействием, как высокая численность и плотность населения, высокая концентрация промышленного производства и интенсивность сельского хозяйства; различие климатических и географических условий; отсутствие единой системы управления отходами.

381

---