Утилизация и переработка отходов

1.3 Переработка и утилизация отходов

В европейских странах наибольшее применение нашли следующие методы утилизации: захоронение, сжигание, компостирование и использование в качестве вторичного сырья.

Использование захоронения в качестве способа утилизации является самым экономически выгодным. Но этот метод имеет ряд недостатков:

–полигон, на котором складируется мусор, занимает большие площади земли;

–площадки, на которые будет свозиться мусор, должны быть далеко за пределами жилой зоны, заповедной зоны, мест отдыха;

–отходы, содержащиеся на этих площадках, должны иметь низкий класс опасности.

При этом нужно учитывать, что даже малотоксичные отходы в процессе своего разложения будут оказывать негативное влияние на почву и грунтовые воды. Да и сам участок земли, на котором находился полигон, не может быть позже использован ни для каких хозяйственных нужд.

Одной из наименее привлекательных альтернатив в обращении с отходами является их захоронение на полигонах без получения энергии. По данным Евростата на 2002 г., всего 4 страны в Европе: Дания, Бельгия, Голландия и Швейцария, захоранивали на полигонах менее 20% своих отходов за счет применения технологий переработки. В среднем же в ЕС захоранивается на полигонах около 2/3 всех отходов.

Захоронение отходов на полигонах предполагает не только потери ценных ресурсов, но также является причиной следующих проблем:

–выброс парниковых газов (в частности метана) в атмосферу, а также проникновение опасных жидких субстанций в подземные воды, поскольку многие полигоны не оборудованы системами сбора таких субстанций;

–сокращение емкостей полигонов.

По данным Евростата, в 8 странах ЕС потенциал полигонов будет исчерпан менее чем за 10 лет.

Среди стран ЕС: Швеция, Дания, Голландия, Бельгия, Австрия, а также Швейцария сжигают более 30% всех отходов для производства электроэнергии и тепла. По данным Еврокомиссии, в 2016 г в Европе работало 512 МСЗ, 251 из них генерировал тепло и электричество, 161 – только электричество, 94–только тепло. Наибольшее количество заводов находится во Франции-121, Германии-96, в Великобритании- 42 и в Швеции-37.

За последние два года ЕС прекратил финансирование новых мусоросжигательных заводов, так как их строительство не соответствует принципам “зеленого” восстановления.

В разных странах ЕС отношение к сжиганию отходов неоднозначно. Тем не менее, в пользу применения этой технологии утилизации отходов свидетельствуют следующие технические данные:

–снижается потребность в площадях для захоронения;

–современные когенерационные установки позволяют утилизировать до 80% запаса энергии в отходах;

–одна тонна несортированного бытового мусора по теплотворности соответствует 1/4 т мазута;

–после сжигания отходов прекращается выброс в атмосферу метана, образующегося на объектах захоронения отходов и являющегося причиной парникового эффекта, в 20 раз более значительной, чем двуокиси углерода. По данным европейских исследователей, на территории ЕС 30-50% метана образуется на полигонах;

–отходы сжигания могут быть использованы при производстве строительных материалов; отходы сжигания органических веществ можно использовать в качестве удобрения. И то, и другое возможно при условии отсутствия в отходах сжигания опасных веществ и тяжелых металлов.

На заводе Marshwood в Саутгемптоне (Великобритания) производит электроэнергию при сжигании ТКО, не поддающихся переработке, в объеме до 165 тыс. тонн в год (495 тонн в день), рис.1.1.

Рис.1.1. Завод Marshwood в Саутгемптоне

Завод был построен в 2004 году на берегу реки Тест на границе Саутгемптона и Марш Вуда. Он находится в промышленной зоне напротив порта на расстоянии около 300 метров от жилой застройки. Сжигание мусора происходит с выработкой энергии из пара, а дымовые газы проходят очистку в скруббере и рукавных фильтрах – похожая технология используется на всех заводах компании Veolia. Завод обеспечивает электроэнергией около 22600 местных семей.

В ряде стран на полигонах применяют специальные установки для сбора и утилизации метана. Собранный газ также используется для производства тепла/горячей воды и электроэнергии. Этот метод пока не находит широкого применения в связи с высокой стоимостью оборудования.

Метод компостирования подходит только для органического мусора. В основе этого метода – разложение веществ под действием микроорганизмов. Из преимуществ этого метода – простота, финансовая доступность, возможность использования компоста в качестве удобрения (применяется в сельском хозяйстве). Из недостатков – неприятный запах, который неизбежно сопутствует процессу гниения. Таким методом утилизируется примерно треть всего органического мусора. Но для того, чтобы его можно было безопасно применять, мусор предварительно должен быть рассортирован.

Практически во всех европейских странах широкое распространение получили технологии компостирования биоразлагаемых/органических отходов. Всего в ЕС компостированию подвергается 1/5 всех отходов. Основным стимулом для развития таких технологий стало принятие директивы по захоронению отходов. Компостирование органических отходов может происходить как непосредственно в домашних хозяйствах, так и централизованно. Непосредственно в домашних хозяйствах компостирование происходит либо просто в компостных ямах, либо с применением специальных компостирующих аппаратов. При централизованном компостировании потребители обеспечивают раздельный сбор органики, которая затем вывозится на специально оборудованные площадки либо к силосным башням, где и происходит закладка компоста. Впоследствии такой компост используют для нужд сельского хозяйства.

В организациях и учреждениях (например, в школах), где образуется достаточно большое количество биоразлагаемых отходов и имеется подсобное хозяйство, компостирование может производиться в индивидуальном порядке. Наиболее высокий уровень компостирования биоразлагаемых отходов достигнут в Нидерландах, Бельгии, Австрии и Германии (более 50%); самый низкий – в Великобритании и Ирландии (менее 5%). В большинстве стран ЕС вывоз биоразлагаемых отходов на полигоны запрещен.

Уровень переработки в европейских странах различен. Больше всего отходов-от 30 до 50% и более, подвергаются вторичной переработке в Швеции, Дании, Швейцарии, Германии, Бельгии, Норвегии, Австрии и Нидерландах. Меньше всего, до 15%, перерабатывают Великобритания, Исландия, Португалия и Греция. Остальные страны перерабатывают от 15 до 30% своих отходов.

В целом по европейским странам объем переработанных упаковочных материалов (пластик, бумага, стекло и металл) увеличивается. Согласно изменениям, внесенным в директиву по отходам упаковки в 2004 г., в будущем страны ЕС должны будут значительно сократить объемы сжигаемых отходов и увеличить часть, идущую на вторичную переработку.

Сжигание без получения энергии является наименее привлекательным способом обращения с отходами. В настоящее время используется все меньше; предпочтение отдается сжиганию с получением электроэнергии и тепла.

К установкам по сжиганию отходов без получения энергии и тепла применяются те же требования к их безопасности, что и к когенерационным установкам.

1.4 Опыт Германии

Германия является одним из самых успешных европейских примеров борьбы с отходами. Ее жители начали раздельно собирать мусор еще в конце 1980-х годов, и сейчас в Германии сложилась система глубокой сортировки. Так, на приписанной к дому площадке должно быть как минимум три контейнера—для пищевых отходов, для пластика, пакетов и упаковок и для бумаги и картона. Стеклянные бутылки и банки—из-под вина, масла или джема—относят в отдельные общественные баки на улице. Металлические баки для стеклянной тары в Берлине—разные контейнеры для стекла разных цветов, рис. 1.2. А тару от напитков можно сдать в специальные приемники—фандоматы, установленные во всех сетевых магазинах. При этом стоимость пластиковой бутылки или банки включена в цену почти каждого напитка, и, сдав емкость, эту переплату можно вернуть. Не хочешь сдавать бутылки—попросту не получишь назад уплаченные сверх напитка деньги.

Рис. 1.2 Металлические баки для стеклянной тары в Берлине

Крупногабаритный мусор типа мебели находит свое место на свалке—туда его можно отвезти либо самому, либо при помощи грузчиков. Одежду принимают благотворительные организации, а батарейки—магазины, где для этого устанавливают специальные коробки. При этом как жители сортируют мусор у себя на кухне—это их личное дело, главное —правильно расфасовать его по контейнерам общего пользования. Штрафы за нарушение этих норм во всех федеральных землях существенно отличаются—за выкинутые в неположенном месте отходы можно заплатить от €30 до €75. А вот оставленный у бака старый шкаф или холодильник обойдется в €50–2500. При этом если нарушителя не получится найти, то расходы за вывоз такого мусора управляющая компания потом поделит поровну между всеми квартирами в подъезде. Платит за вывоз мусора каждое домохозяйство. Стоимость может сильно варьироваться в зависимости от места проживания, числа квартир, объема и количества баков на подъезд. С учетом этих факторов управляющие компании и устанавливают тарифы. В среднем для крупных городов речь может идти о плате в €150–300 в год.

Ежегодно страна производит около 41 млн тонн мусора – примерно по 500 килограммов на человека. По разным данным, от 60 до 80% этого объема уходит на повторную переработку или мусоросжигательные заводы—для получения электроэнергии, а остальное отправляется на свалки. На рис.1.3. представлен крупнейший центр промышленной переработки отходов в Европе Lippe Plant площадью 230 га.

Рис. 1.3. Lippe Plant (Германия) – крупнейший центр промышленной переработки отходов в Европе.

Центр расположен на окраине города Люнен в 500 метрах от жилой застройки. В него входят заводы по переработке химикатов, древесины, пластмасс, индустриальных отходов, электроники, а также станция компостирования пищевых отходов. Центр ежегодно получает более 980 000 тонн отходов и производит около 500 000 тонн материалов и 337 ГВт·ч энергии, треть из которой идет на поддержание работы заводов. Переработка материалов не ведет к выбросу токсичных веществ в атмосферу, а, напротив, позволяет избежать выбросов более 400000 тонн парниковых газов.

Почти 15% всего сырья, которое использует промышленность Германии, получено как раз с помощью переработки. Она, кроме того, еще и оказывается выгодным бизнесом – в 2017 году оборот мусороперерабатывающей отрасли составил примерно €70 млрд, а работало в этой сфере более 250 тыс. человек.

Так, например, при переработке печатных плат из старых компьютеров на заводе в Берлине извлекают металлы – железо, алюминий, медь, никель, а также золото, палладий и тантал, рис.1.4. Но несмотря на отлаженный механизм утилизации, и у Германии остаются нерешенные проблемы в мусорной отрасли. В основном они связаны с современной культурой нерационального потребления. Экологи утверждают, что за последние четверть века объем необязательных отходов—одноразовые столовые приборы, посуда, салфетки, упаковки и т.д.—увеличивался столь стремительно, что общество попросту вовремя не увидело проблемы.

Рис. 1.4 Переработка печатных плат из старых компьютеров на заводе

По данным немецкого Союза защиты природы (NABU), потребители стали выбрасывать в два раза больше пластиковых вилок, ложек и ножей и сразу в шесть раз больше одноразовых стаканчиков. Касается такая "расточительность" и еды – немцы за год отправляют на помойку в среднем 7 млн тонн пригодной в пищу еды, подсчитали в Штутгартском университете. Решение специалисты предлагают искать в социальной рекламе, которая рассказывала бы гражданам, что они могли бы не покупать то, что им не нужно, а жертвовать вместо этого деньги на благотворительность.

1.5. Опыт Франции

Способы переработки и утилизации бытовых отходов во Франции (данные 2011 г) представлены на рис. 1.5. Во Франции довольно давно существует раздельный сбор отходов. Мусорные баки маркируют крышками разных цветов. Белая крышка обозначает стекло. Желтая – отходы, которые идут на переработку. Выбрасывать в этот контейнер мусор необходимо непременно высыпая его из мешка, чтобы рабочие смогли увидеть содержимое контейнера. В противном случае муниципальные службы не будут его вывозить. А безответственного гражданина ждет серьезный разговор с соседями, чей мусор также останется в баках. В контейнер с коричневой крышкой выбрасывают все остальные отходы, которые подлежат сжиганию или захоронению на свалках. Продукты фармацевтики – старые таблетки, упаковки от них, термометры и так далее – можно сдать в любую аптеку, чтобы токсичные вещества не попадали ни в переработку, ни на общий полигон.

Рис.1.5. Способы переработки и утилизации бытовых отходов во Франции

В некоторых местах контейнеров может быть больше. Отдельно могут стоять баки для пластиковых продуктов, картона и дерева. При этом следует помнить, что не весь пластик в принципе можно переработать.

Французские власти, чтобы облегчить населению жизнь, стараются лучше его информировать и объяснять принципы сортировки. Например, в Париже одно время была распространена система "электронных помощников", которые висели над мусоркой и после сканирования упаковки подсказывали, в какую именно урну ее следует опустить.

Для нестандартных вещей существуют специальные пункты, куда их нужно вывозить самостоятельно, – около 4,5 тыс. по стране. А вот за выброс таких отходов в неположенных местах грозит штраф.

Проблема мусора для Франции носит не только экологический, но также и политический характер. Основным вызовом в сфере сохранения экологии в Евросоюзе называют переработку пластмасс. В мае 2018 года Еврокомиссия обнародовала правила, по которым токсичные пластмассы необходимо заменить на альтернативные материалы. Франция в этом пока уступает своим соседям – по данным Евростата, страна перерабатывает около 25% производимых пластмасс, что в два раза меньше, чем в Германии и Нидерландах. Но власти уже запретили одноразовые пластиковые пакеты в местных супермаркетах, чтобы выполнить свое обещание по использованию только переработанных материалов на территории всей Франции к 2025 году.

Переработкой отходов в стране занимаются 300 специализированных предприятий, которые производят 2,3 млн тонн вторичного сырья ежегодно. А общий уровень переработки в стране составляет 42%. При этом с момента принятия первого закона о переработке бытовых отходов в 1975 году количество свалок в стране уменьшилось с 6 тыс. до 230, а число мусоросжигательных заводов – с 300 до 120.

Также во Франции в последние годы набирает популярность социально-ответственная концепция потребления. Она строится на четырех принципах: демократичность, общественная полезность, смешанные ресурсы и их общее использование. Например, в Париже этот подход на практике вылился в создание 15 центров по сбору, ремонту и повторной реализации различной продукции. Центры эти разбиты по категориям – текстиль, картон, спорттовары, игрушки, бытовая техника и некоторые другие.

Большая часть отходов во Франции, как и в других странах мира, приходится на крупные корпорации. Чтобы повысить ответственность бизнеса, власти предусмотрели систему крупных штрафов и поощрений в виде льгот для ответственных предприятий. За нарушение правил выброса мусора штраф предусмотрен и для физических лиц – €35. За оставленный на дороге мусор придется заплатить около €70, при этом сумма варьируется от города к городу.

Глава 2. Классификация

отходов жизнедеятельности

Отходами называют вещества или предметы, образующиеся в процессе осуществления жизнедеятельности человека и не имеющие определенного предназначения по месту их образования либо утратившие полностью или частично свои потребительские свойства. Основные источники образования отходов представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Основные источники образования отходов

Предприятия, вырабатывающие неорганическую продукцию, производят разнообразные соединения калия, натрия, азота, фосфора, кальция, серы, хлора, фтора, бора, железа, хрома, титана, магния и др. Среди этой продукции особое место занимает относительно небольшой ее ассортимент, который принято относить к продукции основной химической промышленности (основного неорганического синтеза). Это неорганические кислоты (серная, фосфорная, азотная), щелочи (аммиак – NH3, кальцинированная сода – Na2CO3, едкий натр – NaOH), соли (хлорид калия, аммиачная селитра, фосфаты кальция, натрия, аммония и некоторые другие, содержащие азот, фосфор и калий), элементарный фосфор.

По происхождению существующие отходы классифицируют на промышленные, бытовые (коммунальные) и сельскохозяйственные, рис. 2.1. Отходы производства (промышленные отходы)– это разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, образующиеся в процессе изготовления продукции и характеризующиеся потребительской ценностью, но использование которых в материальном производстве в виде вторичных материальных ресурсов требует дополнительных технологических операций. Отработанные материалы и вещества классифицируют по агрегатному состоянию.

Рис.2.1. Классификация отходов по происхождению

Твердые отходы, к ним можно отнести остатки используемого сырья (измененной формы, измельченное) и переработанные материалы (древесину, пластик, резину, металл), сюда же относят огарки, зола, частицы пыли и сажи, отходы пластмасс и резины, минеральные металлсодержащие остатки после обогащения руд, органические разлагающиеся остатки.

Жидкие отходы— почти полностью состоящие из жидкой фазы и содержащие растворенные в воде или других растворителях соли, щелочи, кислоты, а также примеси взвешенных частиц. К этой группе относят вещества, которые были выделены при работе со смазочными материалами, топлива, сырья (смазки, эмульсии, синтетические масла, составы с радиоактивными свойствами); Сюда относятся также и производственные сточные воды, которые могут сбрасываться в канализацию без предварительной обработки на заводе; сточные воды, загрязненные токсичными и ядовитыми соединениями и требующие специальной обработки (воды, содержащие кислоты, щелочи, хлориды, фториды, бромиды, растворенные металлы, токсичные органические соединения и т.д.); отработанные органические растворители и органические токсичные жидкости (производство пестицидов).

Газообразные отходы— газовые выбросы промышленных печей, сушильной аппаратуры, отдувочных аппаратов, газовые выделения химических процессов и т.д. Сюда относятся различные дымы, газы, обладающие запахом, содержащие дисперсные твердые или жидкие частицы в виде тумана, а также содержащие NOх, SО2, HCl, HF и др., пары органических веществ, паровоздушные смеси, загрязненные токсичными примесями.

В отдельную категорию следует также выделить отходы, получаемые в виде шламов, которые нельзя причислить ни к жидким, ни к твердым отходам. Обычно они представляют собой аморфные или мелкокристаллические массы, содержащие от 20 до 80 масс. % воды и плохо поддающиеся транспортированию без предварительной обработки (сушки, вымораживания и т.д.). Сюда относятся остатки процессов фильтрации и седиментации, шламы, получаемые при нейтрализации или специальной обработке жидких отходов, шламы или илы, получаемые в процессе очистки фекальных сточных вод. К этой категории следует отнести смолы, кислые и вязкие гудроны, остаточные нефтепродукты, получаемые в органическом синтезе.

Коммунальными (бытовыми) отходами являются предметы, утратившие полностью или частично свои потребительские свойства вследствие физического или морального износа в результате их использования населением в личном домашнем хозяйстве, офисах, коммерческих объектах, в компаниях, предлагающих услуги, а также крупногабаритный мусор и некоторые виды строительного и отходы, образующиеся на производственных объектах вследствие деятельности человека.

Отходами сельского хозяйства являются побочные продукты, образующиеся при производстве и первичной переработке сельскохозяйственного сырья. Влияние на экологию и возможности утилизации веществ зависят от их типа. Организации и частные лица, разводящие животных и птиц, являются основными источниками отходов сельского хозяйства. В подсобных хозяйствах эти вещества образуются в виде навоза (помета). Экскременты животных являются природным удобрением. Но не все продукты жизнедеятельности полезны для грунта. Свиной навоз и куриный помет в необработанном виде имеют высокую кислотность, могут навредить растениям и почвенным микроорганизмам. В экскрементах часто присутствуют антибиотики и выработавшие к ним устойчивость патогены. Первые уничтожают часто почвенную экосистему, вторые занимают освободившееся место, продолжая вредоносное воздействие.

Содержимое канализации объектов, занимающихся разведением скота (птицы) и переработкой мяса (молока) периодически попадает в окружающую среду без должной очистки. В водоемах и грунтовых водах оказываются растворенные твердые отходы, частицы крови и внутренностей забитых туш.

К отходам относят и газы, образующиеся в процессе сельскохозяйственной деятельности. Так скопления навоза выделяют метан. При правильной утилизации соединение превращается в биотопливо. Но, если навоз просто складируется в ямах, образующийся газ приравнивается к отходам.

В отходы растениеводства входят стебли и листья; корни и шелуху; стоки, содержащие удобрения, гербициды и пестициды; неиспользованные газообразные выделения от скоплений отходов растениеводства – микроорганизмы в биомассе ведут к выделению метана, двуокиси углерода и азотных соединений.

Мусор делят на биологический и синтетический. К синтетическим относят: металлы, стекло, нефтепродукты (текстиль, пластмасса, резина), древесина, бумага (газеты, журналы, упаковка). Биологические отходы включают в себя: пищевые, растительный мусор, помои, кости животных.

По степени вредного воздействия на окружающую среду они подразделяются на пять классов опасности, таблица 2.2.

Таблица 2.2. Классификация опасности отходов по степени их вредного воздействия на окружающую среду

Классификация промышленных отходов осуществляется также с учетом свойств материалов, которые образовались на одном из этапов производств и их можно подразделить как вторичное сырье, возвратные отбросы и невозвратимые вещества.

Вторичное сырье. Чаще всего вторсырье без обработки получают из твердых материалов. Его считают ценным, что обусловлено сохранностью свойств. Кроме того, снижаются затраты на производство, так как не требуется проводить дополнительную обработку.

Возвратные отбросы. Остатки сырья или отходы, полученные на одном из этапов производства, потеряли свойства лишь частично. Однако из-за этого их уже нельзя применять для производства той же продукции в качестве вторсырья. Материалы можно использовать с целью реализации других технологических циклов.

Невозвратимые вещества. Утилизация промышленных отходов данной группы невозможна. Материалы полностью утратили первоначальные свойства, а вместе с тем форму, структуру. Их отправляют сразу на полигоны для размещения с целью захоронения.