Твердые и опасные отходы: количественные характеристики

Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Если в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд т вредных веществ (без СО₂), а в гидросферу - около 15 млрд т загрязнителей, то на землю попадает ежегодно примерно 90 млрд т техногенных отходов. По некоторым оценкам, их общая масса в техносфере к концу 90-х годов превысила 4000 млрд т, что уже сопоставимо с массой живого вещества биосферы. Если даже преобладающая часть этой массы химически инертна, то все равно она вытесняет природные экосистемы на значительной площади.

Каждой тонне мусора на стадии потребления соответствует от 5 до 10 т отходов на стадии производства и 50-100 т при получении сырья. На каждого жителя Земли приходится в среднем за год 0,2 т отходов потребления, 1,5 т всех продуктов производства («отложенных» отходов) и около 14 т отходов переработки сырья.

С экоцентристской точки зрения, вся масса отходов опасна. Но для человека считается опасной лишь их часть - те, которые обладают тем или иным уровнем токсичности. Существуют различные оценки опасности отходов, загрязняющих землю. Ежегодно в мире образуется от 1 до 1,5 млрд т вредных производственных и 400-450 млн т вредных твердых бытовых отходов, загрязняющих поверхность земли. Наиболее опасны те токсичные терраполлютанты, которые и геохимически, и биохимически достаточно подвижны и могут попасть в питьевую воду или в растения, служащие пищей для человека и сельскохозяйственных животных. Это в первую очередь соединения тяжелых металлов, некоторые производные нефтепродуктов - ПАУ и соединения типа диоксинов, а также разнообразные синтетические яды - биоциды.

В качестве показателя степени загрязнения почв применяется коэффициент концентрации загрязнения почвы (ККЗ), вычисляемый по формуле:

или (6.3)

где ККЗ_i - коэффициент концентрации загрязнения для i-ro вещества;

x_i - содержание i-ro загрязняющего вещества;

x_ф - фоновое содержание этого вещества.

Основными источниками антропогенного загрязнения земли являются: твердые и жидкие отходы добывающей, перерабатывающей и химической промышленности, теплоэнергетики и транспорта; отходы потребления, в первую очередь твердые бытовые отходы; сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты; атмосферные осадки. содержащие токсичные вещества; аварийные выбросы и сбросы загрязняющих веществ.

Отходы производства и потребления. Масса отходов непосредственно связана с объемами потребления сырья и производства продукции. Поэтому главными поставщиками отходов и загрязнителей земли являются развитые промышленные страны. Но это не означает, что все отходы образуются и накапливаются именно на их территориях. В США, странах ЕЭС и Японии существует отчетливая тенденция вытеснения наиболее «грязных» сырьедобывающих производств и многоотходных технологий в другие, преимущественно в развивающиеся страны. К тому же осуществляемый развитыми странами масштабный экспорт потребительских товаров способствует распространению бытового мусора.

В РФ ежегодно образуется около 7 млрд т отходов производства и потребления. На территории страны в отвалах, свалках, полигонах, хранилищах накоплено порядка 80 млрд т твердых отходов, в том числе более 1,1 млрд т токсичных промышленных отходов. Их количество ежегодно возрастает примерно на 120 млн т. Согласно данным инвентаризации, общая площадь занятых отходами земель превышает 200 тыс. га. Отсутствие соответствующих технологий переработки, необходимых мощностей и специального оборудования приводит к тому, что в качестве вторичных ресурсов используется только 22%, а полностью обезвреживается лишь 3,5% промотходов.

Одна из серьезных экологических проблем - твердые бытовые отходы (ТБО). В городах и крупных поселках РФ каждый год образуется 140 млн м³ ТБО, т.е. почти по кубометру на каждого жителя. В целом по стране промышленным методом (на мусоросжигательных заводах) перерабатывается только до 5% ТБО, остальное идет в захоронения. Причем более 70% отходов вывозится на несанкционированные свалки, занимающие порядка 250 тыс. .га земли.

Избавиться от отходов можно несколькими известными способами:

а) закопать (потребуются новые территории и значительные расходы на земляные работы, изоляцию и последующую рекультивацию);

б) затопить (сохраняется опасность загрязнения акваторий);

в) сжечь (загрязняется воздух);

г) утилизировать.

Последний вариант предпочтителен, но он реален лишь для относительно небольшой части отходов и содержит немало технических, экономических и организационных трудностей. В мировой практике пока не найдены простые и эффективные решения этого вопроса. В развитых странах мира (США, Германия) сейчас утилизируется всего лишь 10% ТБО, а в России и того меньше. К тому же следует помнить: все, что остается в золе и шлаках, в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов, все, что накапливается в очистных устройствах - на фильтрах, в сорбентах, в осадках, тоже «должно куда-то деваться».

Тяжелые металлы. Живое вещество почти целиком состоит из самых легких химических элементов, в основном неметаллов. Содержание легких металлов - Са, Na, К и Mg - в сумме, как правило, не превышает 1%. Все прочие элементы могут находиться в составе организмов только в микро- и ультрамикроколичествах. Некоторые из них - железо, марганец, медь, цинк, кобальт - входят в состав сложных биомолекул или необходимых витаминов. Но их избыток, как и присутствие других металлов, даже в микроколичествах, вредно для организма. Все тяжелые металлы (ТМ) в той или иной степени ядовиты. К ним относят обычно элементы с удельным весом более 4,5 г/см³, хотя в число токсичных металлов входит и легкий бериллий.

По токсичности, присутствию в современной окружающей среде и вероятности попадания в живые организмы может быть выделена приоритетная группа ТМ: свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, таллий, висмут, олово, ванадий, сурьма. Несколько меньшее значение имеют хром, медь, цинк, марганец, никель, кобальт, молибден и селен. За исключением указанной выше небольшой группы «биофильных» ТМ все эти металлы, по крайней мере по отношению к высшим животным и человеку, токсичны. Они попадают в организм с пищей, водой, при вдыхании загрязненного воздуха и в зависимости от химической формы их соединений с той или иной скоростью выводятся из организма. Но незначительная их часть задерживается в органах и тканях, вступая в соединение с биогенными элементами и радикалами. Так как эти соединения не участвуют в нормальном обмене веществ и для большинства из них характерны длительные периоды полувыведения (от месяцев до десятков лет), происходит постепенное накопление ТМ, ведущее к различным поражениям и тяжелым хроническим заболеваниям.

По приблизительной оценке к концу XX в. в мире накоплено (в млн т): Си - 300, Zn - 200, Cr - 70, Pb - 20, Ni - 3,5, Cd - 0,6, Hg - 0,5. Природа никогда не знала такого груза ТМ на поверхности земли, в биосфере. Загрязнение среды тяжелыми металлами определяется не только указанными количествами. Они образуются и при производстве других металлов - железа и алюминия, а также при сжигании топлива и переработке химического сырья.

Предельно допустимые суточные дозы (ПДД_с) различных ТМ, поступающих в организм человека с водой или пищей, колеблются в широких пределах от 0,1 мкг (Hg) до 5 мг (Zn). Сопоставление ПДД_с с массой ТМ, находящихся в окружающей среде, и простой расчет позволяют заключить, что эти вещества заключают в себе потенциал многократного отравления всего человечества.

Пестициды. Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб при сомнительном экономическом эффекте. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе они не очень токсичны. Но при употреблении растительных продуктов в пищу содержащиеся в них нитраты под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее.

В 40-х годах нашего столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения - пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (средства борьбы с насекомыми), гербициды (средства борьбы с сорняками), фунгициды (средства борьбы с грибковыми заболеваниями) и др. Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе для людей. Поэтому все они - биоциды, т.е. вещества, угрожающие различным формам живого. Даже сравнительно мало токсичные пестициды плохо подвергаются ферментативному разложению. Большинство организмов не располагает соответствующими механизмами детоксикации. Все синтетические пестициды являются ксенобиотиками.

В 1938 г. был рекомендован к применению сильный инсектицид - дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ). Казалось, что люди получили «чудо-оружие», вещество чрезвычайно токсичное для насекомых и казавшееся безвредным для человека. ДДТ обладал широким спектром действия, был стоек в окружающей среде, а производство его было совсем недорогим. Снижение численности вредителей благодаря применению ДДТ во многих случаях привело к резкому росту урожая. Кроме того, ДДТ оказался эффективным средством борьбы с насекомыми-переносчиками инфекционных заболеваний (сыпного тифа, малярии и др.). Достоинства ДДТ казались столь выдающимися, что его создатель - швейцарский химик П. Мюллер получил за свое открытие Нобелевскую премию. Неудивительно, что это вещество возглавило нескончаемый парад пестицидов, мировая коллекция которых выросла до 6000 наименований, а их производство достигло 1,2 млн т в год.

Однако вскоре стало очевидным, что применение пестицидов вызывает целый ряд проблем. Многие вредители быстро приспособились и повысили устойчивость к применяемым препаратам; наблюдались вторичные вспышки численности вредителей, ставших более агрессивными. Существенно возросли затраты на применение в повышенных дозах все новых и более дорогих пестицидов. Наконец, появилось много данных об отрицательном воздействии пестицидов на полезные организмы, на природную среду и здоровье человека.

В начале 70-х годов применение ДДТ в большинстве развитых стран было запрещено. На смену ему пришли менее токсичные препараты, быстрее разрушающиеся в окружающей среде. Но несмотря на многомиллиардные затраты на производство и применение пестицидов, потери урожая от вредителей не уменьшились; люди не сумели надежно защитить растения, не смогли полностью уничтожить ни одного вида вредоносных организмов, зато существенно увеличили загрязнение почв и биосферы в целом.

Ставшая уже классической история ДДТ наглядно иллюстрирует оборотную сторону химизации сельского хозяйства. Пестициды постепенно накапливаются в почве и воде, а затем по пищевым цепям переходят в растения, в животных и организм человека. Хотя ДДТ уже много лет снят с производства и повсеместно запрещен к применению, в природной среде циркулируют около миллиона тонн этого ядовитого вещества. Его обнаруживают в воде и воздухе, в организмах животных и человека даже в тех районах земного шара, где никогда не проводились химические обработки растений. Применение ДДТ и его аналогов имело множество серьезных экологических последствий. В результате загрязнения почвы и заражения биосферы гибнут целые популяции полезных насекомых, рыб, птиц и других животных. По данным ВОЗ, отравление пестицидами каждый год поражает в мире до двух миллионов человек и уносит до 40 тыс. человеческих жизней. Спустя более полувека с начала применения пестицидов следует признать, что беспрецедентная химическая война с вредителями сельского хозяйства практически полностью проиграна.