Эволюция технологических подходов при решении проблемы твердых бытовых отходов

Экологическое состояние страны является общественным благом, поэтому, выполняя эколого-экономическую оценку эффективности переработки и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), можно судить о той доле общественного благополучия, которая утрачивается при неправильном природопользовании и наносит вред окружающей среде. В практическом плане эколого-экономическая оценка эффективности служит обоснованием для выделения финансирования на строительство объектов по переработке и утилизации ТБО.

Твердые бытовые отходы (ТБО) представляют собой один из видов отходов потребления: это или остатки продуктов, или отслужившие свой срок товары и изделия, а также тара и упаковка, образовавшиеся у населения, в организациях и учреждениях, в системе ЖКХ и городского хозяйства, в сфере быта и услуг, а также аналогичные отходы в любой сфере деятельности, образование которых не связано с производством продукции и выработкой энергии [1].

По своему составу российские ТБО представляют собой гетерогенную смесь. Отходы различаются по крупности, свойствам и степени опасности компонентов: пищевые и растительные отходы - 20-30%, макулатурообразующие компоненты -20-25%, пластмассы - до 10%, стекло - 3-5%, текстиль - 3-5%, черные металлы - 3-4%, цветные металлы - 0,4-0,5%, по 1-2% - дерево, кожа, резина, камни, керамика, кости, 10-15% приходится на прочие отходы и так называемый отсев (фракцию - 20 мм переменного состава). Ввиду отсутствия в России системы раздельного сбора в ТБО попадают практически все опасные бытовые компоненты, в т.ч. к ТБО не относящиеся -отработанные батарейки, электронный лом, аккумуляторы, термометры, тонометры, люминесцентные лампы, медицинские отходы и многое другое [2, с. 10-15].

Главная особенность проблемы ТБО заключается в том, что они образуются в больших количествах (у каждого человека около 300 кг/год), и ежедневно их нужно из мест образования удалять [3]. Для повышения эколого-экономической эффективности необходимо формирование системы селективного сбора отдельных компонентов ТБО.

Проблема удаления ТБО из мест образования в принципе была решена еще в средневековье, когда жизнь вынудила изобрести свалку за чертой города, куда отходы стали удалять (до этого их бездумно выбрасывали из окон, выносили на улицу рядом с жильем, что привело к трагедии: чума и холера выкосили половину Европы). На тот период это было самое прогрессивное решение проблемы отходов [4, с. 15-19].

Основные недостатки полигонного захоронения ТБО:

– от накопления больших объемов отходов создается постоянная экологическая опасность (плотность ТБО 0,15 т/м³);

• –    сложность выделения площадей и обустройство новых мест под свалки;

• –    возрастающие затраты на захоронение ТБО;

• –    рост затрат на доставку ТБО к местам захоронения (увеличение плеча вывоза отходов);

• –    потеря ценных компонентов ТБО;

• –    нерациональное использование земельных ресурсов [5, с. 24–32].

В мировой практике около полувека основной тенденцией решения проблемы ТБО является вовлечение их в промышленную переработку и утилизацию, за счет этого уменьшается поток отходов на захоронение. Соответствующая техническая политика в первую очередь стала проводиться в странах с малой площадью и высокой плотностью населения. В начале ХХI века во Франции полигонному захоронению подвергали около 35% ТБО, в Германии и Бельгии – менее 10%, в Нидерландах и Швейцарии – менее 5%. В двух странах – в России и Румынии – за последние сотни лет в сфере обращения с ТБО по количественным показателям захоронения отходов не изменилось почти ничего: захоронению подвергают 97–98% образующихся ТБО (в Москве 80–85%) [6, с. 28–33].

ТБО стали интенсивно вовлекать в промышленную переработку к середине 70-х гг. прошлого столетия, в разгар мирового энергетического кризиса. Для обоснования методов промышленной переработки ТБО была в то время разработана концепция Waste to energy («Отходы – в энергию»). Она рассматривала отходы как источник возобновляемой энергии (по формальным признакам эта концепция к ТБО приемлема – на горючую фракцию в ТБО приходится 70–80%). Соответственно упор был сделан на термическую переработку ТБО, в основном на сжигание, которое стали рассматривать как важный вклад в переход от использования ископаемого топлива к производству возобновляемой энергии [7].

Постепенно выяснилось, что вложение больших средств в строительство мусоросжигательных заводов (МСЗ) не позволяет существенно сократить поток ТБО на захоронение – «сжигательная» концепция оказалась ошибочной:

• –    совершенно не учитывалось, что срок службы МСЗ не превышает, как правило, 25 лет, а количество образовавшихся ТБО ежегодно увеличивается на 3% (в такой ситуации вырисовывается неизбежность гонки строительства МСЗ, что бизнесу выгодно!);

  – совершенно не учитывалось, что прямое сжигание неподготовленных, несортированных ТБО – самый затратный и экологически небезупречный вариант решения их проблемы (при сжигании ТБО образуются новые, более опасные, чем исходные ТБО, отходы, в частности, летучая зола);

• –    не учитывался большой объем обедненных кислородом отходящих газов (5–6 тыс.куб.м на 1т сжигаемых отходов); дымовые газы содержат всего 8% кислорода и более 10% диоксида углерода, они являются более тяжелыми, чем воздух (т.е вытесняют воздух из приземного слоя и опускаются на уровень дыхания человека);

• –    содержание вредных примесей в отходящих газах не равно нулю, и с атмосферными осадками они неизбежно возвращаются на земную поверхность, загрязняя почву и воды;

• –    прямая энергетическая утилизация ТБО исключает их использование в качестве вторичных материальных ресурсов (ВМР);

• –    совершенно ошибочно посчитали, что сжигание горючей части отходов (особенно бумаги и пластмассы) более выгодно с экологической точки зрения, чем их использование в качестве ВМР; в действительности при сжигании, в частности, полимеров, выбрасывается больше СО 2 , чем при выработке электроэнергии, необходимой для получения полимеров;

• –    пищевые и растительные отходы, попадающие в процесс сжигания, обладают очень низкой энергетической ценностью (4 МДж/кг) и увеличивают выход недожога [8].

Как альтернатива «сжигательной» развивалась концепция, которую можно назвать «компостной». Её сторонники (в СССР – Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова) исходили из того, что до 70% ТБО представляют собой биоразлагаемую фракцию, следовательно, их можно подвергнуть ферментации с получением продукта для сельхозиспользования (при условии отсутствия в нем тяжелых металлов и других загрязняющих примесей, в т.ч. механических); компост улучшает почвенную структуру, влагосодержание, уменьшает эрозию [9, с. 27–35].

Возвращение части отходов в круговорот природы – важная задача экономики природопользования. Однако мировая практика убедительно показала, что ТБО не пригодны для производства качественного компоста без сепарации в местах их образования. В той же Германии законодательно запрещено использование компоста из ТБО в качестве удобрения. Для компостирования в европейских странах используют фракции (имеющие высокое содержание биоразлагаемых веществ), не содержащие опасных компонентов, например металлы, которые получаются после раздельного сбора [10].

Чисто «компостная» концепция оказалась надуманной.

В начале 80-х годов прошлого столетия во Всесоюзном институте вторичных ресурсов (ВИВР Госснаба СССР), исходя из гетерогенного состава ТБО, впервые было разработано представление о комплексной переработке ТБО и дано обоснование применения комбинационных технологических решений, базовой основой которых является сортировка.

Из новой концепции с очевидностью вытекало, что использовать какой-то один определенный метод или технологию для переработки всей образующейся массы ТБО нельзя, иначе это приводит к ухудшению экономических показателей, увеличению затрат, усилению негативного влияния технологии на окружающую среду, что в конечном итоге не позволяет решить проблему отходов [11].

Несмотря на то что концепция комплексной переработки ТБО подверглась в нашей стране обструкции сторонниками прямого сжигания и компостирования ТБО (Букреев С.И., Вилливальд В.И., Пурим И.П и др.), именно она получила развитие в мировой практике.

В ХХI веке комплексный подход к решению проблемы ТБО выявляет иерархическая последовательность обращения с отходами:

• –    выделение из отходов ресурсов, которые пригодны для вторичного использования;

• –    вовлечение ВМР в хозяйственный оборот (создание развитой индустрии вторсырья);

• –    переработка остаточных (после выделения вторсырья) отходов с утилизацией энергии (использование в качестве вторичных энергетических ресурсов – ВЭР);

• –    размещение на полигоне той части остаточных отходов, которые не могут быть использованы в качестве ВМР и ВЭР [12].

Реализация концептуальных принципов иерархии управления отходами обеспечила за последнее десятилетие революционные изменения в решении проблемы ТБО в ведущих странах ЕС.

В качестве ВМР в этих странах используют до 40–65% ТБО, сжигают с утилизацией энергии 23–35% ТБО (в Дании – 54%, Австрии – 23%), захоранивают в среднем 10–15% ТБО (в Нидерландах – 2%, во Франции – 35%). Иными словами, частью новой модели управления ТБО, реализуемой в настоящее время в мировой практике, стало снижение количества не только захораниваемых, но и сжигаемых отходов [13].

В настоящее время мировая практика экономики природопользования доказала, что предпочтительной является возможность сохранения энергии, сосредоточенной в отходах, за счет их вторичного использования и переработки в качестве ВМР. Повторное использование обеспечивает значительную экономию энергии и сокращение выбросов (например, при вовлечении металлоотходов во вторичное использование расход энергии в целом снижается на 60–95% по сравнению с выплавкой металлов из руды, а объем отходящих газов уменьшается в 5–10 раз) [14].

Согласно исследованиям Агентства по природоохранной деятельности США, вторичное использование и переработка ТБО взамен их сжигания на МСЗ позволяет сэкономить 0,8 т условного топлива на каждую тонну используемых ТБО. Экологическое воздействие МСЗ напрямую связаны с загрязнением окружающей среды, они не безопасны в экологическом плане. Кроме того, стоимость сжигания одной тонны отходов чрезвычайно высока – 50–70 долларов, поэтому такая технология имеет серьезные экологические и экономические изъяны.

В соответствии с современной концепцией формируется следующий общий подход к выбору технологии: предпочтение должно отдаваться комбинационным технологическим решениям, которые сводят к минимуму затраты на их реализацию и экономический риск практических действий, обеспечивая утилизацию отходов в качестве ВМР и ВЭР (с учетом иерархии обращения с ТБО) [15].