Проблемы твердых отходов

Одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время является загрязнение окружающей среды отходами производства и потребления и в первую очередь опасными отходами.

Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку по сравнению с атмосферой и гидросферой. Ежегодно на землю попадает примерно 90 млрд т техногенных отходов. По некоторым оценкам, их общая масса в техносфере в настоящее время превысила 4500 млрд т, что уже сопоставимо с массой живого вещества биосферы.

Твердые отходы, поступающие в биосферу в результате техногенной деятельности, подразделяются на три основные категории: промышленные, сельскохозяйственные и коммунально-бытовые. Значительную опасность представляют промышленные отходы, существенно превосходящие сельскохозяйственные и бытовые как по масштабам их накопления, так и по разнообразию состава и свойств.

Сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах, терриконах, несанкционированных свалках отходы являются источником загрязнения воздуха, подземных и поверхностных вод, почв и растительности.

Наибольшее количество промышленных отходов образует угольная и горнорудная промышленность, предприятия черной и цветной металлургии, ТЭС, промышленность строительных материалов.

Предприятия химической промышленности являются источниками менее крупнотоннажных, но значительно более разнообразных и токсичных отходов, относящихся к так называемым опасным отходам. Под опасными отходами понимают отходы, содержащие в своем составе вещества, которые обладают одним из опасных свойств (токсичность, взрывчатость, инфекционность, пожароопасность и т.д.), геохимически и биохимически достаточно подвижны и способны вызывать отравление или иное поражение человека и живых существ. К ним относятся пестициды, соединения тяжелых металлов, отходы, содержащие диоксины, ПАУ и другие канцерогены, радиоактивные отходы, гальванические шламы, отходы стекловолокна, асбестовые отходы и пыль и др.

Ежегодно в мире производится около 500 млн т опасных отходов. Опасные отходы называют «бомбой замедленного действия» в силу их кумулятивного воздействия на окружающую среду. При их складировании происходят многочисленные вторичные химические процессы, и в среду поступают не только известные химикам токсиканты, но и совершенно новые, непредсказуемые по своему воздействию на человека и экосистемы вещества. Установлено, например, что в шламах азотного производства при некоторых условиях образуется целый букет нитрозоаминов – сильнейших канцерогенов и мутагенов. В промышленных районах вблизи больших городов скопления отходов вместе с аэрогенными выпадениями образуют техногенные геохимические аномалии многих металлов, зоны влияния которых простираются на 100-300 км.

Острым является вопрос о так называемых химических «ловушках» - давно забытых захоронениях опасных отходов, на которых построили жилые дома и другие объекты. Они со временем дают о себе знать, в частности появлением необычных заболеваний среди местного населения.

10.6.1. Радиоактивные отходы

К наиболее опасным видам отходов относятся радиоактивные отходы (РАО), поставщиками которых являются АЭС, радиохимические заводы, ледокольный и подводный флот, предприятия неядерного цикла (НИИ, промышленные предприятия, медицинские учреждения).

Во многих странах, особенно в тех из них, на территориях которых имеются АЭС и заводы по переработке ядерного топлива, в настоящее время накопились огромные количества РАО. Так, в США в настоящее время накопилось более 3,7 млн м³ РАО, в России – более 1,6 млн м³, в Великобритании – около 1 млн м³.

В процессе ядерных реакций выгорает лишь около 1,5% ядерного топлива. Почти 98,5% топлива АЭС идет в отходы, представляющие собой радиоактивные продукты расщепления (плутоний, цезий, стронций и др.), которые нельзя уничтожить, а можно лишь вечно хранить на спецскладах (некоторые из радионуклидов могут сохранять смертоносную токсичность в течение 10-100 млн лет). Ядерный реактор мощностью 1000 МВт (аналог 4-го реактора Чернобыльской АЭС) за год работы дает около 60 т РАО.

В 2006 г. в 31 стране функционировали 444 АЭС. В 10 странах строятся еще 23 энергоблока. До 2020 г. намечено ввести в эксплуатацию 38 реакторных блоков. Проблема утилизации отходов сейчас особенно актуальна, так как более 65 реакторов АЭС в разных странах выработали свой ресурс (30 лет) и являются кандидатами на ликвидацию. При их демонтаже потребуется обезвредить более 4 млн м³ низкоактивных отходов и обеспечить захоронение более 100 тыс т высокоактивных.

Существующие в настоящее время методы обращения с РАО безнадежно устарели: высокоактивные отходы концентрируются и изолируются, а средне- и низкоактивные – разбавляются и распыляются, загрязняя окружающую среду. Наиболее приемлемый вариант решения проблемы отходов – это захоронение их на значительную глубину в земную кору. Так, в США захоронение РАО производят в соляных шахтах и скальных породах. В Швеции – в подземных хранилищах в гранитах: один из таких бункеров РАО высотой 69 м и диаметром 60 м расположен в скале под 50-метровом слоем камня и 6-метровой толщиной воды Балтийского моря. Разрабатываемые в США проекты долговременных хранилищ (до 10 тыс лет) предусматривают размещение РАО на глубине 300-1000 м в местах, не подверженных землетрясениям. Стоимость такого проекта оценивается в 27 млрд дол.

На территории России находятся 15 полигонов для захоронения РАО, на которых складируются отходы не только собственных АЭС, но и других стран СНГ, в том числе Украины, которая отправляет РАО своих АЭС на временное хранение до 2010 г. Собственное хранилище отработанного ядерного топлива строится в районе Чернобыльской АЭС.

Многие страны практикуют захоронение РАО в морях и океанах; в основном, это связано с появлением атомного флота. Общее количество РАО сброшенных в Северной Атлантике 12-ю странами (США, Великобритания, Нидерланды, Франция, Германия и др.), составило около 95 тыс т с суммарной активностью более 1 млн кюри. За 30 лет эксплуатации атомного флота вплоть до 1992 г. (в 1993 г. сброс РАО в море был запрещен) Россия отправила в экосистемы северных морей более 100 тыс м³ жидких РАО с активностью 24 тыс кюри, а в восточные моря - 6868 контейнеров с твердыми РАО и 38 судов с суммарной активностью 22,2 тыс кюри.

Подобные загрязнения считают незначительными по сравнению с загрязнением Мирового океана от стока рек и глобальных выпадений, особенно вследствие проведения ядерных взрывов. Так, сибирские реки дают сток в море порядка 10 тыс кюри в год, а естественная радиоактивность Мирового океана составляет более 1 млрд кюри в год.

10.6.2. Твердые бытовые отходы

К твердым бытовым отходам (ТБО) относят смесь веществ и материалов, образующихся в результате жизнедеятельности населения, которые необходимо утилизировать или уничтожать как бесполезные или опасные.

По составу ТБО неоднородны и включают, % по массе: бумагу – 20-30, пищевые отходы – 35-40, стекло – 4-8, металлы – 4-7, пластмассы – 3-6, текстиль – 4-5, дерево – 1-2 и др.

Дополнительным источником ТБО являются городские сооружения, в которых накапливается осадок (или ил), состоящий на 70-80% из органических веществ. Они имеет неприятный запах и содержит патогенную микрофлору. Обезвреживание осадка является обязательным условием очистки сточных вод.

В развитых странах мира на одного жителя приходится в среднем 250-300 кг ТБО в год. В разных странах эта величина может колебаться: США – 720 кг, Австралия, Финляндия – 620 кг, Канада, Франция, Швеция – 360-480, Испания, Норвегия – 200, Нидерланды – 190 кг.

В мировой практике наибольшее распространение получили следующие методы переработки ТБО: 1)строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки; 2) сжигание отходов на МСЗ; 3) компостирование с получением азотного удобрения или биотоплива; 4)ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков); 5) пиролиз - высокотемпературный нагрев без доступа воздуха при 1700^оС.

По оценке ряда специалистов, наиболее приемлемым методом следует признать строительство полигонов вместо неконтролируемых свалок. Конструктивные схемы допускают высоту такого полигона до 60 м и послойную его загрузку с помощью бульдозеров. Совместно с ТБО могут складироваться и промышленные отходы. Особое внимание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы исключить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок полного обезвреживания ТБО – 50-100 лет.

Другой метод переработки ТБО – сжигание на МСЗ. В настоящее время в России и Украине, работает немногим более 10 МСЗ (в мире – более 2000). Так как на заводах не предусматривается 2-й стадии газоочистки, то в отходящих газах содержание диоксинов достигает 0,7-1 мкг/м³ (по нормам ЕС выбросы диоксинов не должны превышать 0,1нг/м³), а в золе – 1 мкг/кг. Такие МСЗ являются крайне опасным источником загрязнения атмосферы городов.

На большинстве зарубежных МСЗ реализована двухстадийная очистка отходящих газов, в их составе регламентируется очистка более 10 вредных компонентов, включая диоксины (на заводах Украины и России – только 4 компонента). При этом производится предварительная сортировка ТБО, что способствует резкому снижению токсичных веществ в газах и золе.

В этой связи мусоросжигание рассматривается как пройденный этап утилизации ТБО. Так, в странах ЕС за последние 10 лет не введен в строй ни один МСЗ, а ряд заводов был закрыт (см. также раздел 9.3.1).

Рациональным методом переработки ТБО, почти не оказывающим отрицательного воздействия на окружающую среду, является компостирование с аэробным окислением органики. Полученный компост используют в сельском хозяйстве, а отходы сжигают с получением пара. Во избежание загрязнения компоста металлами их удаляют из ТБО до процесса компостирования.

Весьма перспективно получение из ТБО биогаза по способу, который называют «метановым сбраживанием» в анаэробных условиях. В результате микробиологических процессов под воздействием метанобразующих бактерий (см. также 3.5.3) выделяется биогаз, содержащий до 66-70% CH₄. Последний используют для получения тепла и электроэнергии. Процесс осуществляют в специальных бункерах, врытых в землю, или биореакторах. Получение биогаза из органических отходов привлекает внимание в связи с энергетическим кризисом. Ныне в мире работает более 8 млн установок для получения биогаза.

К сожалению, в мировой структуре способов утилизации ТБО доля рациональных и эффективных методов крайне незначительна. Так, доля сжигаемых ТБО составляет: Япония - 70%, Зап. Европа – 20-50% (Англия – 10%, Дания – 80%), в развивающихся странах – 7-10%. Данные по США наиболее показательны: подвергается вторичной переработке -13,1%, сжиганию – 14,2%, захоронению – 72,7% ТБО. В России и Украине перерабатывается (сжигается) 3-5% ТБО, т.е. основным способом утилизации ТБО является захоронение на свалках, в редких случаях – на полигонах.

По прогнозам специалистов, до 2025 г. количество отходов возрастет в 4-5 раз, а стоимость их переработки и хранения – в 2-3 раза. Таким образом, утилизация ТБО переходит в число глобальных экологических проблем.