Полиароматические углеводороды (ПАУ)
Группа побочных продуктов горения органических соединений. Некоторые из них устойчивы, токсичны, способны к бионакоплению, канцерогены. При избытке кислорода количество образующихся ПАУ зависит от состава отходов и температурного режима. Общий выброс ПАУ от МСЗ в атмосферу составляет 0,02-12 мг/м3.
Летучие органические соединения
Было определено около 250 летучих органических соединений , концентрации которых колебались от 0,05 до 100 мг/м3. Среди них были высокотоксичные и канцерогенные вещества, такие как бензол, фенолы, фталаты.
На свету летучие органические соединения могут вступать в реакцию с оксидами азота, образуя фотохимические окислители , как, например, озон, что отрицательно сказывается на качестве воздуха. Новые предложенные ЕС нормы выбросов летучих органических веществ составляют 20 мг/нм3.
Тяжелые металлы
Многие тяжелые металлы токсичны уже при низких концентрациях, некоторые из них устойчивы и способны к бионакоплению. Тяжелые металлы поступают в печь МСЗ в составе различных отходов. После уменьшения объема сжигаемой массы, их концентрация в золе возрастает до 10 раз. Преимущественно тяжелые металлы (кроме ртути) концентрируются в летучей золе МСЗ, однако они представлены и в газообразных выбросах. Так, ртуть преимущественно выводится с газообразными выбросами МСЗ.
Ртуть в основном содержится в батареях, флюорисцентных лампах и красках. Кадмий – в красках, ПВХ и пигментах, используемых для его окрашивания. Свинец присутствует в батареях, пластмассах и пигментах. Сурьма - в замедляющих горение веществах, используемых при изготовлении пластиков.
В странах ЕС в 1990 г. МСЗ были ответственны за выбросы в атмосферу 8 % (16 т.) кадмия, 16 % (36 т.) ртути. Валовые выбросы хрома от МСЗ составляли 46 т. , а свинца - 300 т. Для предотвращения выбросов тяжелых металлов в последующие годы был разработан ряд фильтрующих устройств. Например, рукавные фильтры задерживают до 95% тяжелых металлов (что означает увеличение их концентрации в летучей золе) за исключением ртути.
Выбросы ртути остаются одной из основных проблем МСЗ. Почти 100% ртути в газообразном состоянии выбрасывается в атмосферу, поскольку она не оседает на фильтрах, на частицах пыли и почти не остается в золе. 20-50% выбросов составляет молекулярная ртуть, оставшаяся часть присутствует в виде соединений двухвалентной ртути. После выбросов в атмосферу растворимая двухвалентная ртуть в основном оседает в окрестностях МСЗ. Молекулярная ртуть, с другой стороны, до того как превратиться в двухвалентную и осесть, может переноситься на большие расстояния.
Таблица 2.2 Тяжелые металлы в выбросах МСЗ (общемировые показатели)
| Металл | Выбросы, (тыс. т/год) | Выбросы (% от суммы всех источников выбросов) |
| Сурьма | 0,67 | 19,0 |
| Мышьяк | 0,31 | 3,0 |
| Кадмий | 0,75 | 9,0 |
| Хром | 0,84 | 2,0 |
| Медь | 1,58 | 4,0 |
| Свинец | 2,37 | 20,7 |
| Марганец | 8,26 | 21,0 |
| Ртуть | 1,16 | 32,0 |
| Никель | 0,35 | 0,6 |
| Селен | 0,11 | 11,0 |
| Олово | 0,81 | 15,0 |
| Ванадий | 1,15 | 1,0 |
| Цинк | 5,90 | 4,0 |
Твердые частицы выбросов
Твердые частицы, присутствующие в воздухе, являются результатом как природных явлений, так и деятельности человека. Это мельчайшие частицы почвы, морская соль, пыль вулканического происхождения, споры грибов и пыльца растений, частицы, присутствующие в выхлопных газах и дыме. Частицы естественного происхождения обычно крупнее 2,5 микрон, в то время как в отходящих газах МСЗ содержится большое количество частиц менее 2,5 микрон. Такие твердые частицы, способные проникать в мельчайшие дыхательные пути, оказывают серьезное влияние на респираторную систему, вызывая астму, могут быть причиной повышенной смертности от заболеваний дыхательной системы и сердца. Наибольшее беспокойство вызывают ультра мелкие частицы размером менее 0,1 микрона.
МСЗ выбрасывают значительные количества мельчайших твердых частиц. Даже самые современные системы очистки газов препятствуют лишь выбросу 5-30% таких частиц. Частицы менее 0,1 микрона не задерживаются системами очистки отходящих газов. Более того, системы нагнетания аммиака, призванные сократить выбросы оксидов азота, могут привести к увеличению количества выбросов мельчайших твердых частиц.
Химический состав твердых частиц изучен плохо. Известно, что в них могут содержаться минеральные оксиды и соли. На их поверхности могут осаждаться тяжелые металлы, диоксины, ПХБ и ПАУ.
Ультра мелкие частицы могут быть химически активны, так как на их поверхности находится большее число свободных атомов, адсорбирующих опасные вещества
Неорганические газы
МСЗ выделяют, прежде всего, хлористый водород (HCl), фтороводород (HF), бромоводород (HBr), оксиды серы (SOx) и азота (NOx).
Сжигание ТБО приводит к образованию большого количества хлористого водорода. Причем, во много раз больших, чем выбросы теплоэлектростанций работающих на угле. Это не удивительно, так как в бытовом мусоре содержится достаточно большое количество хлорорганических соединений, разного рода полимеры, в том числе и ПВХ.
В 1998 г. в ЕС установлены новые нормативы на содержание хлористого водорода в отходящих газах МСЗ – 10 мг/м3. Исследование, проведенное Гринпис в Швеции в 2000 г., которое охватывало 21 МСЗ показало, что выбросы хлористого водорода от 17 МСЗ превышали установленную норму ЕС. Средняя концентрация хлористого водорода по 21 МСЗ составляла 44 мг/м3, в то время как концентрации от различных МСЗ находились в пределах 0,2 – 238 мг/м3
Оксиды азота и серы выделяются во всех промышленных процессах, включающих процесс горения. Эти выбросы могут изменять кислотность дождей. Выбросы NОx и SОx влияют на респираторную систему человека. Есть данные о связи между повышением загрязнения воздуха SO2 и смертностью среди жителей с респираторными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Также наблюдалась связь между повышением уровня SO2 и ростом количества обращений в медицинские учреждения с астмой и другими хроническими заболеваниями дыхательной системы.
Выбросы NОx и SОx приводят к возникновению так называемых вторичных частиц, образующихся в результате химических реакций, происходящих в атмосфере. Чаще всего оксиды азота и серы окисляются до кислот, а потом нейтрализуются атмосферным аммиаком. При этом образуются частицы сульфатов и нитратов аммония. Эти частицы, являясь растворимыми, тем не менее, способны в течение длительного времени находиться в воздухе. Более редкие вторичные частицы - частицы хлоридов аммония – образуются из хлористого водорода. На поверхности вторичных частиц могут оседать ПАУ, диоксины и другие токсичные соединения.
Другие газы
Бытовые отходы содержат до 25% углерода, который высвобождается в процессе сжигания. Из 1 т отходов высвобождается приблизительно 1 т CO2. Диоксид углерода, как самый распространенный парниковый газ значительно влияет на изменения климата, поэтому его выбросы должны быть минимизированы. Однако норм на выбросы СО2 для МСЗ не существует.
Токсичный оксид углерода (СО) также выделяется в процессе сжигания отходов. Уровни СО могут оказывать существенное влияние на больных сердечно-сосудистыми заболеваниями. Исследования Гринпис, проведенные в Швеции в 2000 г., показали, что 10 из 15 обследованных заводов по сжиганию бытовых отходов превышают норму выбросов СО, установленные ЕС в 50 мг/м3. При этом егоконцентрации составляли от 2,6 до 249 мг/м3.
Сбросы МСЗ
Стоки МСЗ сводятся к стокам воды, которая используется в оборудовании для мокрой очистки отходящих газов. Данные по этим стокам ограничены. Известно, что в них содержится свинец, кадмий, медь, ртуть, цинк, сурьма, нейтральные соли и несгоревшие остатки органических соединений.
Зола и шлаки МСЗ
Летучей называется зола, улавливаемая на фильтрах очистки отходящих газов. Как указывалось ранее, мелкодисперсные частицы золы удерживают на своей поверхности большое количество токсичных веществ.
Топочная зола и шлак собираются на «исподе» установок для сжигания. В связи с большей крупностью составляющих ее частиц, топочная зола менее способна к аккумуляции токсичных веществ. В технологическом процессе сжигания топочная зола обычно перемешивается со шлаком – негорючим остатком ТБО, и не выделяется в отдельную категорию при классификации твердых отходов МСЗ. Следует отметить, что смешивание топочной золы и шлака в десятки раз увеличивает объем опасных отходов, подлежащих захоронению.
Диоксины
С появлением новых систем очистки, количество диоксинов в стоках и газообразных выбросах значительно уменьшилось. Однако из-за этого повысилось содержание диоксинов в летучей золе и шлаках.
Контролировать количество диоксинов золе и шлаках очень трудно и дорого. Теоретически, в золе должно находиться около 97% образующихся диоксинов. Результаты исследований Гринпис показали, что на МСЗ Шпаттлау в золе содержалось 99,6% диоксинов. И лишь небольшая часть диоксинов присутствует в газообразных выбросах.
Кроме диоксинов, содержащих хлор, в золе и шлаке присутствуют диоксины, содержащие бром. В 1999 г. было обнаружено присутствие в летучей золе йодированных диоксинов.
Самые высокие уровни диоксинов наблюдались в летучей золе. Исследования, проведенные на восьми МСЗ в Испании, показали, что в ней диоксины присутствуют в количестве от 0,07 до 3,5 нг/г. Необыкновенно высокие уровни содержания диоксинов наблюдались на одном из МСЗ в Испании в 1997 г. Они составили 41 нг/г.
В шлаках МСЗ концентрации диоксинов ниже, чем в летучей золе. Например, средние количества диоксинов в шлаках трех МСЗ в Испании равнялись 0,006, 0,013 и 0,098 нг/г. Результаты анализа шлаков пяти МСЗ в Баварии (Германия), показали, что уровень диоксинов на них изменялся от 1,6 до 24 пг/г. Шлаки, взятые с 18 новых МСЗ в Польше в 1994-1997 гг., содержала диоксины от 8 до 45 пг/г.
Огромное ежегодно вырабатываемое количество шлака приводит к тому, что количество диоксинов в нем сравнимо с количеством диоксинов в летучей золе. Тем не менее, анализ проб, взятых на восьми испанских МСЗ, показал, что годовое количество диоксинов в их газообразных выбросах равно 1-1,2 г /год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в шлаках – 2-19 г/год.