Защита от отходов производства и потребления
В данном разделе используются следующие основные понятия:
Утилизация (от лат. utilis ¾ полезный) отходов ¾ извлечение из них и хозяйственное использование различных полезных компонентов; утилизация промышленных отходов ¾ их использование в качестве вторичного сырья, топлива, удобрений и т. п.;
Реутилизация ¾ повторная, иногда многократно-последовательная переработка образовавшихся ранее отходов;
Захоронение отходов ¾ помещение их под землю в специально созданные выемки, брошенные угольные шахты и др., в целях исключения возможности их дальнейшего использования и предотвращения попадания загрязняющих веществ в окружающую среду;
Детоксикация (обезвреживание) отходов ¾ освобождение их от вредных (токсичных) компонентов на специализированных установках.
В настоящее время и по масштабам накопления, и по степени негативного воздействия на окружающую среду опасные отходы становятся экологической проблемой века. Поэтому их сбор, удаление, детоксикация, переработка и утилизация ¾ одна из главнейших задач инженерной защиты окружающей среды. Важнейшей задачей является защита среды обитания и от обычных, т. е. нетоксичных отходов. Решение этой проблемы регламентируется Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002 г.) и Федеральным законом «Об отходах производства и потребления» (1998 г.).
В отечественной и мировой практике наибольшее распространение получили следующие методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО):
¨ строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки;
¨ сжигание отходов в мусоросжигательных заводах;
¨ компостирование (с получением ценного азотного удобрения или биотоплива);
¨ ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков и др.);
¨ предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов;
¨ пиролиз (высокотемпературный нагрев без доступа воздуха) ТБО при температуре 1700 °С.
По оценке ряда специалистов, на нынешней стадии развития производства, которое в целом характеризуется преобладанием ресурсопотребляющих технологий и огромным накоплением отходов, наиболее приемлемым методом считается строительство полигонов для организованного и санкционированного хранения отходов и частичной их переработки (в основном методом прямого сжигания).
Конструктивные схемы допускают высоту таких полигонов до 60 м и послойное его загружение с помощью бульдозеров, для чего устраивают пологий внешний откос. При определенных условиях (инертность, слабая токсичность) совместно с твердыми бытовыми отходами могут складироваться и промышленные отходы. Особое внимание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы исключить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок полного обезвреживания отходов ¾ 50-100 лет.
Другой, менее распространенный метод переработки твердых бытовых отходов ¾ сжигание их на мусоросжигательных заводах. На сегодняшний день в России работает небольшое число таких заводов (Москва-2, Владивосток, Сочи, Пятигорск, Мурманск и др.). На этих заводах спекание отходов происходит при t = 800-850 °С. Вторая стадия газовой очистки отсутствует, поэтому в золе отработанных отходов отмечается повышенная концентрация диоксинов (0,9 мкг/кг и более) (Национальный доклад…,1991). С каждого кубометра сжигаемых отходов в атмосферу выбрасывается 3 кг ингредиентов (пыль, сажа, газы) и остается 23 кг золы.
На некоторых зарубежных мусоросжигательных заводах реализуется более экологичная двухстадийная очистка отходящих газов, в их составе регламентируется очистка более десяти вредных компонентов, включая дибензодиоксин и дибензофураны (на отечественных заводах ¾ четыре компонента). Режим сжигания предусматривает разложение отходов, в том числе образующихся из пластмасс диоксинов при температуре 900-1000 °С. До сжигания в обязательном порядке (в США, например, это регламентируется законом) производится предварительная сортировка твердых отходов, что на порядок снижает содержание вредных веществ в газах и шлаках.
На заводах по пиролизу ТБО при t = 1700 °С практически утилизируются все материальные и энергетические компоненты, что резко снижает загрязнение окружающей среды. Однако технологический процесс очень трудоемкий, по существу, завод по пиролизу ¾ это доменная печь.
К новейшим отечественным разработкам относится технология комплексной переработки ТБО, предложенная НИИ ресурсосбережения.
Технология предусматривает предварительную механизированную сортировку ТБО (извлечение черных и цветных металлов, выделение части балластных компонентов ¾ стеклобоя, бытовых электробатареек и др., выделение текстильных компонентов и др., для последующего их использования или ликвидации).
Термообработка обогащенной и подсушенной фракции мусора осуществляется при температуре до 1000 °С, обогащенные шлаки перерабатываются и сжигаются в камни строительного назначения, предусматривается двухстадийная современная газоочистка.
Мусороперерабатывающий завод нового типа, работающий по данной комбинированной технологии, дает всего 15% отходов.
Одним из перспективных методов переработки твердых бытовых отходов является их компостирование с аэробным окислением органического вещества. Полученный компост используют в сельском хозяйстве, а не компостируемые бытовые отходы поступают в специальные печи, где термически разлагаются и превращаются в разные ценные продукты ¾ например, в смолу.
И все же следует подчеркнуть, что и у нас в стране и за рубежом основная масса твердых бытовых отходов из-за нехватки полигонов вывозится в пригородные зоны и выбрасывается на свалки. Экологическое состояние свалок явно неудовлетворительное: отходы на них разлагаются, часто загораются и отравляют воздух токсичными веществами, а дождевые и талые воды, просачиваясь через толщу горных пород, загрязняют грунтовые воды.
Складирование и захоронение отходов производится в местах, определяемых решением органов местного самоуправления по согласованию (а потенциально опасных и особо токсичных отходов по разрешению) специально уполномоченных на то государственных органов в области охраны окружающей среды.
Основным направлением ликвидации и переработки твердых промышленных отходов (ТПО) является захоронение их на полигонах, сжигание, в частности, методом высокомолекулярного нагрева без доступа воздуха ¾ пиролиза и складирование в поверхностных хранилищах (шламонакопители, хвостохранилища и др.).
Токсичные твердые промышленные отходы обезвреживают на специальных полигонах и сооружениях. Для предотвращения загрязнения почв и подземных вод, отходы подвергают отверждению цементом, жидким стеклом, битумом, обработке полимерными вяжущими и т. д.
Выбор земельных участков для захоронения производится с соблюдением «Санитарных правил о порядке накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов» и СНиП 2.01.28-85 «Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов». Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных местах, на территориях зеленых зон городов, в зонах санитарной охраны курортов, в зоне питания подземных источников питьевой воды, в зонах активного карста, оползней, селевых потоков, снежных лавин.
В случае особенно токсичных промышленных отходов их захоронение производят на специальных полигонах (рис. 20.17, по С. В. Белову и др., 1991) в котлованах глубиной до 12 м в специальной таре и рабочих железобетонных емкостях.
Рис. 20.17. Полигон «Красный бор» для переработки и захоронения
токсичных промышленных отходов
В стратегическом плане, по мнению многих ученых и специалистов, проблема отходов должна решаться на месте их образования путем внедрения ресурсовозобновляющих технологий (РВТ), обеспечивающих минимизацию промвыбросов и выхода отходов.
Концепция ресурсовозобновляющих технологий впервые была предложена еще в 60-х гг. А. Нагорным. В настоящее время в г. Запорожье (Украина) строится первый в мире завод РВТ производительностью по ТБО ¾ 1000-1500 т/сут. РВТ имеет узлы геохимической, физико-химической и биотехнологической обработки отходов. Вторичные ресурсы найдут применение в качестве биотоплива, металлолома, стройматериалов и т. д.
В развитие концепции РВТ А. Семенов и И. Максимов (1995) предлагают создать экозащитные системы нового поколения ¾ многопрофильные комбинаты «Экополигон», способные совместно перерабатывать все виды антропогенных отходов данного города и региона. При этом более 80% отходов превращаются во вторичные ресурсы и биосферные вещества, восстанавливается качество окружающей природной среды путем санирования (оздоровления) старых свалок и других мер.
По мнению авторов, данный вариант решения проблемы отходов, в основе которого лежит теория трофо-энергетического функционирования экосистем и круговорота веществ, позволяет:
¨ использовать экологически безопасные технологические процессы;
¨ исключить прямое сжигание органических веществ;
¨ обеспечить совместимость конечных продуктов с биосферой и включение их в круговорот веществ в природе;
¨ перекрыть затраты и издержки производства за счет реализации вторичных ресурсов, отдельных видов промышленной продукции, платы за отходы, предотвращения ущерба окружающей среде.
Очень важной и пока еще не решенной проблемой является обезвреживание и захоронение радиоактивных и диоксиносодержащих отходов. Общепризнанно, что избавление человечества от этих отходов ¾ одна из самых острых экологических проблем.
В нашей стране действуют несколько законодательных и нормативно-правовых норм, определяющих использование, хранение и захоронение радиоактивных отходов, в частности нормы радиационной безопасности (НРБ-76/87). Правовые основы обеспечения радиационной безопасности в России определены в Федеральном законе «О радиационной безопасности населения» (1995 г.).
Наиболее разработанными методами утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т. е. отходов, не связанных с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса, являются цементирование, остекловывание, битуминирование, сжигание в керамических камерах и последующее перемещение продуктов переработки в специальные хранилища («могильники»).
На специальных комбинатах и пунктах захоронения радиоактивные отходы сжигают до минимальных размеров в прессовочной камере. Полученные брикеты помещают в пластиковые бочки, заливают цементным раствором и отправляют в хранилища («могильники»), врытые в землю на 5-10 м. По другой технологии их сжигают, превращают в пепел (золу), упаковывают в бочки, цементируют и отправляют в хранилища.
Для утилизации жидких радиоактивных отходов используют методы остекловывания, битуминирования и др. При остекловывании при температуре 1250-1600 °С образуются гранулированные стекла, которые также заковывают в цемент и в бочки, а затем отправляют в хранилища. Однако, по мнению многих специалистов, долговечность бочек-контейнеров сомнительна.
Всего в России действуют 16 спецкомбинатов и пунктов захоронения муниципальных отходов. Один из них ¾ НПО «Радон», расположенный в 100 км от Москвы, где перерабатывается ежегодно 3000 м3 твердых и 350 м3 жидких радиоактивных отходов (Кузнецова, 1995).
В 1993 г. проведена первая в стране инвентаризация мест хранения и захоронения радиоактивных отходов и разработан «Порядок осуществления экологического контроля за охраной окружающей среды при производстве, использовании, захоронении радиоактивных материалов». В настоящее время сбор, хранение и мониторинг хранения радиоактивных отходов строго регламентирован.
Тем не менее практически все существующие способы утилизации и захоронения радиоактивных отходов не решают проблему кардинально и, как отмечает А. Я. Яблоков (1995), не видно приемлемых путей их решения. Особенно это касается утилизации и захоронения радиоактивных отходов АЭС и ядерных военных производств и в первую очередь тех из них, которые относят к категории особо опасных (высокоактивных). По некоторым сведениям, их накопилось в мире более 1200 т и объем их ежегодно увеличивается.
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) считает предпочтительным захоронение радиоактивных отходов в твердом и отвержденном виде, однако не исключает возможности захоронения и жидких отходов путем перевода их в геологические формации.
Так, например, разработан метод захоронения особо опасных радиоактивных отходов в подземные емкости некоторых геологических формаций (массивы каменной соли, скальных пород и др.) на глубину не менее 600 м. Однако этот метод не является экологически безопасным, и ученые ищут другие более приемлемые и надежные способы.
Научные коллективы Российского космического агентства и ряд других сформировали два основных возможных направления локализации высокоактивных радиоактивных отходов:
1. Удалить их навечно, без возможного возврата на Землю, в космическое пространство, за пределы Солнечной системы или на околосолнечные орбиты. Такую идею в свое время выдвигали российские и американские ученые.
2. Ликвидировать физические радиоактивные изотопы, произвести резкое ускорение их превращения, в первую очередь долгоживущих в стабильные, т. е. провести процесс трансмутации.
К таким изотопам относятся: нептуний-237, углерод-14, техниций-99, цезий-135, цирконий-93.
Эти направления, сформулированные Л. Катерняком в работе «Избавит ли конверсия Землю от радиоактивных отходов» (1995) вызывают неоднозначную оценку. К тому же ст. 50 Закона РСФСР «Об охране окружающей природной среды» (1991) прямо запрещалось размещение радиоактивных отходов путем отправки их в космическое пространство или затопление.
Активная борьба с другими весьма опасными диоксиносодержащими отходами ведется в США, Японии, странах Западной Европы. По данным печати, в этих странах запрещено использование нескольких десятков диоксиносодержащих веществ, а также низкотемпературное сжигание мусора; изменяются технологии, например, производства бумаги, внедряется повсеместный строжайший контроль за содержанием диоксинов в промышленной продукции, отходах и продуктах.
Для борьбы с диоксиносодержащими отходами в нашей стране важное значение имело принятие летом 1993 г. проекта первого этапа федеральной программы «Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов».
В настоящее время в Российской Федерации утверждены нормы предельно допустимых концентраций для диоксинов ¾ 0,5 пг/м3 (в пересчете на 2,3,7,8 ¾ ТХДД). Разработаны и внедрены (на водопроводах Уфы и Москвы) технологии очистки воды от диоксинов сорбцией на гранулированных активных углях (ГАУ).
Проблема борьбы с диоксинами осложняется отсутствием в достаточном количестве современной аналитической аппаратуры, малым числом специальных лабораторий, недостаточной обученностью персонала, высокой стоимостью приборов зарубежных фирм и т. д.
Решение весьма сложной проблемы защиты окружающей среды от радиоактивных, диоксиносодержащих и других опасных отходов требует дальнейшей концентрации усилий, специалистов разного профиля и огромных капиталовложений.