Мусоросжигательные заводы – опасность для России

С.С. Юфит, д.хим.наук

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ

Связывание частичек диоксинов происходит не только в воздухе, ана­логичная картина наблюдается и в воде. В Англии, к северу от Бирмин­гема, работал сжигатель опасных от­ходов (фирма Coalite Chemical). В 1991 г. в молоке коров на трех фер­мах были обнаружены опасные коли­чества диоксинов, поэтому продажа молока с этих ферм была запрещена. Обследование данного района пока­зало, что диоксины накопились не только в почве вокруг сжигателя, но и по фарватеру реки Doe Lea. Даже на расстоянии 1,5 км от места сброса сточных вод были найдены высокие концентрации диоксинов. (Waste Not, № 187, March 1992).

Наше исследование донных отло­жений Северной Двины показало, что выброс диоксинов после целлюлозно-бумажных комбинатов распространя­ется на десятки и даже сотни кило­метров, хотя, как я уже говорил, в чистой воде они растворимы плохо, но на частичках илов их может быть очень много.

Но откуда же идет загрязнение во­ды? Что является источником загряз­нения сточных вод? Первый источник загрязнения - вода для охлаждения шлака, который образуется при сжи гании мусора. Шлак содержит много тяжелых и токсичных металлов. Если металл не летуч, он уходит в шлак, если летуч, то попадает и туда, и сюда, а если это ртуть, то искать ее надо в отходящих газах (табл. 1).

Таблица 1 – Типичный состав отходящих газов МСЗ.

Другим источником являются скрубберы для улавливания кислых газов после охлаждения газов при выходе из печи и вода для смыва осад­ков с фильтров. Все эти воды весьма токсичны и требуют специальной очистки. Именно они загрязнили реч­ку Doe Lea в Англии, так как этот сжи­гатель уничтожал только жидкие ток­сичные отходы.

В табл. 2 приведены результаты работы кислых скрубберов. Хорошо видно, что оксиды азота и угарный газ вообще не задерживаются в этихочистителях.

Сточных вод в среднем образуется 2,5 м³ на тонну сжигаемых отходов. Эта вода сильно загрязнена солями и токсичными металлам (табл. 2). Она всегда либо сильнощелочная, либо сильнокислая. И то другое плохо, так как в этих случая требуется специальная обработка воды. В тех сжигателях, где нет отбора тепла, для получения энергии в горячие газы впрыскивают воду, которая полностью испаряется и с газами попадает на очистные филь­тры, а оттуда - в сборник сточной воды.

Существует еще одна опасность, связанная с загрязненной водой, про­мывающей шлаки, вывезенные на свалки. В этой воде оказалось много не только токсичных металлов, но и опасные количества ПАУ.

ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ АВТОРОВ ПРОЕКТОВ МСЗ В РОССИИ

Раздел «Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)»

Во многих проектах этот раздел составлен крайне небрежно, что при­водит к возникновению конфликтов с населением. Оценка воздействия на окружающую среду подменяется, а зачастую и исчерпывается рассмот­рением структуры и уровней выбро­сов и сбросов:

1) Не рассматриваются альтерна­тивные проекты. Это важнейшее требование либо полностью игнори­руется со ссылкой на превосходные качества данного конкретного проек­та, делающие ненужным рассмотре­ние иных проектов, либо указанием на острую необходимость решения проблемы уничтожения мусора. И, наконец, при рассмотрении альтерна­тивных проектов не оценивают эко­номические показатели. Нежелание проводить сравнительный экономи­ческий анализ вполне понятно, так как сжигание мусора всегда дороже его захоронения и авторы должны выдвинуть серьезные аргументы для оправдания удорожания уборки му­сора.

Характерный пример.Стои­мость строительства завода в Подмосковье оценивалась в 80 млрд руб., а вывоз мусора обходился горо­ду в 2 млрд руб. в год. На собрании горожан в качестве аргумента про­тив строительства МСЗ было ска­зано, что 80 млрд руб. хватит го­роду на 40 лет вывоза мусора. Ре­зультат: строительство завода запрещено.

2) Неверно рассчитывается вели­чина санитарной зоны. Все МСЗ от­носятся к опасным производствам, не ниже 2-й категории опасности, и раз­ личные обоснования для уменьшения санитарной зоны недопустимы. Обычным аргументом является ссыл­ка на уникальную чистоту выбросов данного МСЗ, «не имеющего аналогов за рубежом».

Характерный пример.Авторы предлагали установить размер сани­тарной зоны в 180 м. Это было свя­зано с тем, что иначе в санитарную зону попадал военный городок. Аргу­менты авторов проекта: 1) военные не являются жителями населенного пункта; 2) выбросы завода настолько чистые, что это не принесет ника­кого вреда ни жителям, ни окружаю­щей среде. Результат: Санэпиднадзор не дал разрешения на строитель­ство МСЗ.

3) Отсутствует рассмотрение воз­действия вредного объекта на окружающую среду: леса, воды и жи­вотный мир. Это нарушение особен­но опасно при строительстве МСЗ в зонах лесов 1-й группы, у границ за­поведников и вблизи рек и озер.

Характерный пример.Из-за мас­совых протестов населения до сих пор не согласован землеотвод для строительства современного поли­гона для захоронения мусора во Вла­димирской области. Протесты свя­заны с необходимостью вырубки участка водоохранного леса. МСЗ су­щественно более опасны, чем совре­менные промышленные полигоны для захоронения мусора.

4) Не учитываются отдаленные последствия работы МСЗ. Это за­мечание относится к принятию рас­считанных низких уровней загрязне­ния (в долях ПДК) для обоснования безопасности данного МСЗ. Однако при рассмотрении отдаленных пос­ледствий влияния выбросов малопод­вижных тяжелых металлов, свинца и кадмия, а также крайне устойчивых диоксинов критерий ПДК не приме­ним, так как эти вещества накаплива­ются в окружающей среде и по мере работы завода их уровень неотврати­мо повышается.

Критерий ПДК для диоксинов со­вершенно не приемлем. Это следует из того твердо установленного фак­та, что не существует столь малой дозы диоксинов, которая была бы безопасной (US ЕРА Health Assess­ment Document for 2,3,7,8-Tetrchlorodibenzo-p-Dioxin (TCDD) and Related Compounds. EPA/600/BP-92/OOlc, August 1994). Допустимая суточная доза, установленная в Рос­сии, - 10 пг/кг веса/день, американ­ская норма - в сто раз меньше. Эти нормы установлены от бессилия, так как уже имеющееся загрязнение ди­оксинами в западных стран такое высокое, что данные нормы легко перекрываются. Основные загрязни­тели природы диоксинами - это МСЗ. В России их пока очень мало и, соответственно, фоновый уровень загрязнения ниже западного.

Характерный пример. В резуль­тате многолетней работы сжигателя мусора в Роттердаме (Нидер­ланды) в радиусе до 30 миль от него загрязнение коровьего молока до­стигло такого уровня, что его продажа и потребление были запре­щены. Высокий уровень содержания диоксинов в отходящих газах на сжигателе в Цаанштадте привел к за­ражению прилегающей территории, превышающему среднее загрязнение в Нидерландах в 50-100 раз. Резуль­тат: завод в Цаандштадте закрыт (и еще 3 завода), остальные заводы Нидерландов затратили миллионы долларов на переоборудование сис­тем очистки газов.

В Польше два МСЗ, выбрасывав­шие диоксины на уровне 15-23 нг TEQ/м³, остановлены. Аналогичные примеры есть и в Англии, и в Канаде, и в других странах.

5) Учет чрезвычайной стойкости диоксинов. Каким бы малым ни был выброс диоксинов, они на десятиле­тия останутся в окружающей среде. Именно поэтому вокруг даже самых лучших сжигателей, полностью удов­летворяющих нормам Европейского Союза (НЕС), создается отравленная зона. Она очень хорошо выражена в радиусе до 1,5 км вокруг трубы сжи гателя, а при его многолетней работе эта зона охватывает до 30 км. В ближ­ней зоне выпадают крупные аэро­зольные частицы, а мелкие могут распространяться на десятки кило­метров.

В Голландии было проведено пря­мое измерение содержания диокси­нов в воздухе на расстоянии 1 и 24 км от трех сжигателей мусора (МСЗ). Концентрации диоксинов в воздухе снизились менее чем в 3 раза - с 0,6 до 0,24 пг/м³ на расстоянии 24 км от источника диоксинов (Van Jaarsveld J.A. Onderlinden D. RIVM nr. 738473007, juni 1989). Абсолютно все исследования в разных странах пока­зали четкое ухудшение здоровья на­селения и особенно детей в зонах вокруг МСЗ.

6) Диоксины не исчезают из ок­ружающей среды десятилетиями. В Южном Вьетнаме в местах, отрав­ленных диоксинами, и сейчас при­сутствуют диоксины почти в тех же количествах, что и после обработки оранжевым реагентом 25 лет назад, до сих пор влияя на животный мир, растительность и здоровье людей. Именно поэтому не существует таких технических решений при сжигании неразделенного мусора, которые не наносили бы непопра­вимого ущерба природе и здоровью людей.

СИСТЕМЫ ЗАГРУЗКИ МУСОРА

Мусор должен взвешиваться и хо­тя бы частично сортироваться. В на­стоящее время, особенно в больших городах, в мусор попадает много алю­миния, если его предварительно не отделять. При одновременном попа­дании значительного количества алю­миния в зону горения возможен теп­ловой взрыв.

Бункер для хранения резервного запаса мусора, необходимого для рит­мичной работы МСЗ, представляет собой объект повышенной опасности. Хранение мусора в течение многих дней и даже недель помимо наруше­ния санитарно-гигиенических усло­вий труда приводит к появлению взрывоопасного метана. Правильная конструкция бункера (если он вообще необходим) должна предусматри­вать:

а) разгрузку через низ бункера, что позволит избежать длительного хра­нения мусора. Если авторы не находят технического решения для разгрузки мусора через низ бункера, необходи­мо предусмотреть полную очистку бункера не реже, чем раз в неделю;

б) мощную принудительную венти­ляцию мусора, чтобы предотвратить создание взрывоопасной концентра­ции метана;

в) поступление воздуха из бункера в печь сжигания, а не в трубу.

Характерный пример.В одном из проектов предлагалось загружать печь с помощью грейферного крана, то есть за один раз в печь поступало более 100 кг влажного горючего. По мнению специалистов, это долж­но было привести к неравномерному горению и нестабильной работе всех систем печи. Авторы проекта заяви­ли, что у них неравномерности не будет, но это их «ноу-хау». Резуль­тат: замечание было внесено в от­рицательное заключение.

ПЕЧЬ СЖИГАНИЯ

Согласно нормативам Европейско­го Союза (НЕС) геометрия горячей зоны сжигателя должна обеспечивать пребывание газов в зоне с температу­рой не ниже 850 °С в течение не менее 2 с (правило двух секунд) при концен­трации кислорода не менее 6 %. Сле­дует заметить, что это очень жесткое требование и выдержать его непрос­то. Особенно трудно добиться высо­кого содержания кислорода в зоне горения.

У авторов проектов имеются два очень серьезных заблуждения:

1) соблюдение правила двух секунд означает полное уничтожение диок­синов при выполнении этого требо­вания, что совершенно не соответс­твует действительности. Требование двух секунд означает, что в этих усло­виях концентрация диоксинов в от­ходящих газах будет приемлемой для их очистки до требуемых 0,1 нг/м³ (при 11 % кислорода в газах). При этом подразумевается, что степень очист­ки будет не ниже «шести девяток», то есть 99,9999 96;

2) при высокой температуре «все сгорит». Ошибочность данного ут­верждения очевидна. К тому же ав­торы проектов не учитывают еще и особого свойства диоксинов - спо­собности к новому синтезу в холод­ной зоне. Незнание этого факта по­буждает вводить в проекты дополни­тельные зоны с высокой температу­рой - зоны «дожита», которые совершенно бесполезны для снижения концентрации диоксинов в отходя­щих газах.

Пояснение. Вопрос о полезности «дожига» при высоких температурах довольно широко обсуждался в лите­ратуре. Подавляющая часть данных свидетельствует о неэффективности этого метода для уменьшения концен­трации продуктов неполного сгора­ния (ПНС). К ПНС относятся и диок­сины. В работе Коммонера (Common-ег В. at al.Waste Management and Research 5:327-346, 1987) и Xaгенмайера (Hagenmaier H. at al. ibid. 5:239-250,1987) сообщается, что при обследовании мусоросжигательных печей было показано, что диоксины образуются в процессе сжигания и что их образование происходит в зо­не охлаждения, поэтому повышение температуры при сжигании не приво­дит к деструкции диоксинов.

Еще в 1987 г. Тренхольм и Турнау показали, что выбросы 15 токсичес­ких веществ (ПНС) из разного рода печей сжигания не улучшаются при изменении температуры от 700 до 1500 °С, при изменении времени пре­бывания газов в печи от 2 до 6 с и из­менении концентрации кислорода от 2 до 15 % (Trenholm A. and Thurnau R. Proceedings of the Thirteen Annual Rasearch Simposium. Cincinnati, OH: U.S. EPA Hazardous Waste Engineering Research Laboratory, EPA/600/9-87/015, July 1987). И наконец, высокие температуры приводят к увеличению летучести компонентов, что имеет следствием увеличение выбросов опасных металлов.

Таким образом, метод уменьше­ния концентрации опасных ве­ществ путем «дожига» не имеет под собой обоснования и не способен хоть сколько-нибудь снизить об­щие выбросы ПНС и тяжелых ме­таллов.

ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

1. Качество очистки газов. При оценке качества очистки газов следу­ет руководствоваться принятыми в Российской Федерации нормами Ев­ропейского Союза (НЕС).

Характерный пример. В одном из проектов (аналог Пятигорского и Крымского МСЗ) были запроекти­рованы приведенные в табл. 3.

Следует отметить, что в табл. 3 вообще не указаны выбросы диоксинов, вопрос о которых являет­ся краеугольным камнем при оценке эффективности любого МСЗ. По НЕС содержание диоксинов в отходящих газах (в расчете на 11 % кислорода при нормальных условиях) должно быть не выше 0,1 нг/м³ в токсических эквивалентах I-TEQ. Очевидно, что указанный в табл. 3 уровень выбросов токсичных веществ совершенно не­допустим. Результат: проект завода был отклонен.

2. Структура очистных сооружений. Основная ошибка проектантов очистных сооружений состоит в том, что они не четко представляют себе факторы, влияющие на снижение вы­бросов диоксинов. Большая часть об­разовавшихся диоксинов адсорбиро­вана на частицах летучей золы, поэто­му снижение запыленности снижает загрязнение дымовых газов диокси­нами. Однако после прохождения го­рячих электростатических фильтров

количество пыли снизится, а концен­трация диоксинов может увеличиться. Реально снижают содержание ди­оксинов в газах только угольные фильтры, на которых диоксины необ­ратимо связываются, и специальные каталитические дожигатели, объеди­ненные с дожиганием NO_x. Именно всилу трудностей улавливания диок­синов очистные сооружения совре­менных заводов стоят так дорого.

Характерный пример.Очистные сооружения проектируемого завода включали угольный фильтр, который должен был работать только в «осо­бых ситуациях». Однако все осталь­ные фильтры не могли снизить со­держание диоксинов в газах. Резуль­тат: проект завода в этой части был переделан, что привело к удоро­жанию проекта и к увеличению коли­чества подлежащих захоронению опасных отходов.

3. Закалка отходящих газов. Распространенным заблуждением явля­ется представление о том, что резкое охлаждение отходящих газов («закал­ка») будет снижать образование диок­синов. Истинная закалка подразуме­вает снижение температуры на многие сотни градусов за доли секунды, что­бы заморозить положение термоди­намического равновесия при высокой температуре. Это трудно достижимов реальных условиях МСЗ. Но даже если бы авторам проекта и удалось бы заморозить горячую смесь газов, сни­жения концентрации они бы не доби­лись, так как «новые» диоксины обра­зуются не в парах, а на поверхности частичек золы уноса.

Типичная схема «закалки»: ды­мовыегазы с температурой более 850 °С поступают либо в камеру впрыска воды, либо в котел-утилиза­тор, где охлаждаются приблизитель­но до 320 "С. В журнале Chemosphere (1987, 16, № 8-9, р. 336-343) авторы указывают наиболее благоприятные условия для образования диокси­нов - интервал 300-400 °С. Это имен­но те температурные условия, в кото­рых газы остывают в котле-утилиза­торе до начала очистки. Если учесть, что образование вторичных диокси­нов может начинаться при темпера­турах ниже 700 °С (температуры на­чала их распада), а согласно данным Управления по охране окружающей среды США (US ЕРА Background Doc­ument for The Development of PIC Reg­ulations From Hazardous Waste Incin­erators. US EPA Office of Solid Waste, October 1989) в результате экспери­мента получен нижний предел такого образования - от 250 до 350 °С, то очевидно, что котел-утилизатор в рас­сматриваемой схеме является идеаль­ным реактором для образования вто­ричных диоксинов. Если отходящие газы содержат мало кислорода, а НЕС требуют не меньше 6 % 0₂ в газах во время сжигания, то характеристики этого реактора для производства вто­ричных диоксинов сильно улучшатся. Следует учитывать и тот факт, что «закалка» возможна только на тех МСЗ, на которых не предусмотрено получение энергии.

4. Основные устройства для очис­тки газов, принятые на современных МСЗ (в г. Алкмаар, Нидерланды):

♦ электростатический фильтр -очистка от пыли;

♦ разбрызгиватель воды (испарение загрязненной воды) - охлаждение газов и частичное удаление НС1;

♦ еще один электростатический фильтр - дополнительное улавли­вание соли, образовавшейся на предыдущей стадии и проскока пыли;

♦ скруббер для поглощения кислых газов (1 стадия) - удаление НС1;

♦ скруббер с раствором щелочи (2 стадия) - удаление кислых газов НС1, HF, S0₂;

♦ обработка сточных вод после скрубберов(нейтрализация, флок-куляция и осаждение). Очищенная вода поступает в разбрызгива­тель;

♦ теплообменник;

♦ реактор с дополнительным вво­дом активного угля - первое уда­ление диоксинов;

♦ пылевые фильтры - удаление тон­ких пылевых частиц;

♦ разогрев газов перед каталитичес­ким дожигом окислов азота;

♦ реактор подавления NO_x (с вводом NH₃). Этот реактор теперь соеди­няют и с каталитическим дожигом диоксинов;

Таким образом, в систему очистки введено три противопылевых филь­тра, два орошаемых скруббера, фильтр с активированным углем и система дожига окислов азота.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД

Принципиальным моментом явля­ется экологическая оценка сжигания неразделенного мусора и соответс­твенно, строительства заводов для этой цели.

Экология не есть сумма мер по ох­ране окружающей среды. Более того, охрана окружающей среды - это толь­ко одна из частей прикладной эколо­гии. С точки зрения основного при­нципа экологии - сохранения дома, в котором мы живем, сжигание нераз­деленного потока «мусора» есть дейс­твие антиэкологичное. Мы безвозв­ратно уничтожаем вещества, которые были изъяты у природы, что недопус­тимо при глобальном подходе к про­блеме.

Однако строительство таких заводов мусоросжигателей крайне вредно и с гуманитарной, социальной точки зрения, так как работа МСЗ требует стабильного потока ТБО как по ко­личеству, так и по составу, это основа работы любого промышленного пред­приятия.

Таким образом, данные заводы (и их владельцы) «консервируют» сло­жившуюся в городах ситуацию с му­сором и будут противиться любому изменению в методах утилизации бы­товых отходов.

ТОКСИЧНОСТЬ ШЛАКОВ И ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ

В силу экспериментальности заво­да авторы проектов МСЗ не имеют возможности определить санитарно-гигиенические характеристики шлака и летучей золы. Шлак и летучая зола, получаемые на обычных МСЗ, высоко токсичны, и авторы обязаны прове­рить их токсичность при сжигании реальных ТБО. В некоторых проектах предлагается использовать шлаки для производства цементных изделий или для производства технических стекол. Если использование в стеклах, по-видимому, не вызывает возраже­ний, то вопрос с цементными издели­ями более сложен. В настоящее время имеются спорные данные о таком способе утилизации, связанные с тем, что при изменениях показателя кис­лотности среды (рН) может начаться вымывание тяжелых токсичных ме­таллов. Летучая зола весьма токсична и использовать ее крайне опасно. На современных заводах ее захорани­вают на спецполигонах. На «образцо­вом» заводе в Вене получаемые це­ментные блоки захоранивают в ста­рых соляных шахтах.

АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ, ОСТАНОВКА ЗАВОДА

Обычно авторы считают свой про­ект весьма надежным и не рассматри­вают аварийные ситуации, к которым можно отнести:

♦ взрывы в горячей зоне;

♦ прогар стенок зоны дожига или пода печи;

♦ аварийная остановка сжигания при авариях на воздуховодах или в связи с перебоями в подаче му­сора или газа.

Согласно НЕС печь должна оста­навливаться автоматически при па­дении температуры в зоне горения ниже 850 °С. Аварийная остановка приводит к резкому повышению вы­бросов диоксинов. Точно такое же повышение выбросов наблюдается и при начале работы печи, поэтому НЕС предусматривают начало сжигания мусора только после разогрева печи до 850 °С.

ПОДГОТОВКА ТБО К СЖИГАНИЮ

Вопрос о подготовке ТБО к сжи­ганию на самом деле является самым главным при оценке предлагаемой технологии. Если мы принимаем на веру эффективность разборки мусо­ра, то на сжигание поступает мусор, содержащий около 4 % пластмасс, что вполне достаточно для эффективно­го образования диоксинов. Выборка бумаги и картона приводит только к ухудшению тепловой характеристики топлива, а ценность загрязненной мусором макулатуры весьма пробле­матична. Об элементах питания мы уже говорили. Таким образом, изме­нение состава поступающего москов­ского мусора при ручной сепарации незначительно (кроме стекла и цвет­ных металлов). Для колебаний соста­ва мусора величина 20 % является обычной. Повторю еще раз: неболь­шое снижение содержания пластмасс не может существенно сказаться на выбросах диоксинов. Некоторые ав­торы (Н. Rigo, Dioxin and chlorine: new evidence of no material relationship in a commercial scale system. Organohal-ogen Compounds, 1998,36, 261) вооб­ще отрицают связь между присутс­твием пластмасс (хлорсодержащих) и выбросом диоксинов, хотя есть и другие мнения (P. Costner. Correlation of chlorine input and PCDD/PCDF emis­sions at a full-scale hazardous waste in­cinerator. Organohalogen Compounds 1998, 36,147). Однако несмотря на научные дискуссии вывод один: сни­жение концентрации пластмасс с 15 до 9 тыс. т/год не изменяет мощ­ность источника диоксинов. Таким образом, разборка мусора (самая «зеленая» операция) на самом деле слабо меняет токсические свойства потока ТБО, а вопрос об экономи­ческой целесообразности в проекте не обсуждается. Это естественно, так как, к сожалению, рынок вторичного сырья в России практически не су­ществует.

Принципиальное отличие москов­ского (российского) топлива для МСЗ от европейского состоит в том, что зарубежный мусор в Европе разбира­ется на стадии сбора, а не сжигания. В некоторых странах, например, в Швеции запланировано использова­ние более 70 % материалов, пригодных для рециклинга. Пример Вены (Авс­трия): из 1,8 млн жителей, которые «производят» 835 тыс. т ТБО (1998 г.), 40 % участвуют в раздельном сборе мусора. Они сортируют 30 % от обще­го объема ТБО, что составляет 250 тыс. т/год. 9,5 % идет на компос­тирование, 11,5 % захоранивают на полигонах (не на свалках!), а остальное сжигается на МСЗ в Вене, но с пред­варительной сепарацией мусора.