Отходы как вызов цивилизации

Свалки давно стали практически непреодолимой проблемой для российских властей. Фото Reuters

Общая система обращения с отходами сформирована пятью основными звеньями (полигоны (свалки), мусоросортировочные, мусоросжигательные, мусороперерабатывающие комплексы и заводы по компостированию ТБО), формат взаимодействия между которыми отражает национальную либо региональную политику переработки ТБО.

По оценкам ФГУ НИЦПУРО, ежегодно в нашей стране образуется:

– отходов промышленного производства – более 3 млрд тонн (90% промышленных отходов возникает в процессе добычи и обогащения полезных ископаемых);

– ТБО – около 50 млн тонн; 

– осадков сточных вод промышленных предприятий и коммунального сектора (влажностью 95–96%) – 80–100 млн тонн; 

– свиного навоза и птичьего помета (влажностью 95–97%) – 300  млн тонн; 

– строительных отходов, включая отходы от сноса зданий и замусоренный грунт, – 40 млн тонн.

Коэффициент использования отходов в качестве вторичного сырья в России не превышает одной трети, что в 2–2,5 раза ниже, чем в более развитых странах. При этом необходимо иметь в виду, что в нашей стране многие виды отходов практически не используются в хозяйственных целях. Так, уровень переработки ТБО в среднем по России не превышает 4–5%. 

Одновременно в нашей стране 35% мусора может быть переработано во вторичное сырье, еще около 35% – в удобрение. При этом функционируют лишь 7 мусоросжигательных, 5 мусороперерабатывающих заводов и 39 мусоросортировочных комплексов, что является причиной низкой доли утилизации ТБО.

Основными методами обезвреживания твердых бытовых отходов являются:

– мусоросжигательные заводы; 

– мусороперерабатывающие заводы; 

– санкционированные свалки.

Мусоросжигание применяет различные термические методы:

– сжигание отходов, преимущественно их бумажно-полимерных компонентов, которое производится в установках с колосниковыми решетками или в топках с кипящим слоем; 

– пиролиз, представляющий высокотемпературное разложение отходов (выше 600 градусов) без доступа кислорода во вращающихся трубчатых печах с получением полукокса и горючего газа; 

– газификация отходов, в том числе плазменная, позволяющая преобразовывать их органическую часть в синтез-газ, который применяют для химического синтеза; 

– комбинированные термические методы, сочетающие полукоксование с последующим сжиганием. 

Время, необходимое на проектирование и постройку мусоросжигательного завода в США, в среднем занимает 5–8 лет. Для установок массового сжигания производительностью от 100 до 3 тыс. тонн в сутки капитальные затраты составляют от 80 до 100 тыс. долл. за тонну сжигаемых отходов в день. Сюда не входит цена технических приспособлений для подготовки отходов к уничтожению. Эксплуатационные расходы составляют около 20 долл. за тонну твердых бытовых отходов.

Плюсы по заявлению тех, кто продвигает технологию плазменной газификации отходов:

1. Возможность переработки всех несортированных муниципальных ТБО.

2. Получение большого количества электроэнергии и тепла на продажу.

3. Возможность переработки медицинских и промышленных отходов, вплоть до радиоактивных.

4. Экологичность.

Минусы, выявленные  в процессе исследования:

1. Чрезвычайно высокая стоимость такого комплекса. Так, например, предлагается комплекс производительностью 25 тыс. тонн в год стоимостью 90 млн долл.

2. Необходимость предварительной сортировки и предварительной подготовки твердотопливных брикетов, чтобы получить достаточную калорийность газа для выработки электроэнергии. 

В случае сжигания несортированных ТБО с высокой влажностью затраты энергии и износ оборудования существенно увеличиваются, а также газ получается низкокалорийным, и для сжигания его требуется на 70% разбавлять природным газом, что приводит к экономической нецелесообразности использования этих технологий.

3. Газификация ядовитых и медицинских отходов без дополнительных затрат на обеззараживание опасна в таких установках.

Мусоропереработка механико-биологическими методами включает в себя следующие варианты:

– компостирование отходов после предварительной сортировки;

– механизированная сортировка, сушка и уплотнение отходов для экологически безопасного их захоронения на специальных полигонах; 

– сортировка отходов, производимая в основном населением, и распределение их (стекла, металла, полимеров, бумаги) по предприятиям переработки вторичных материалов.

Плюсы:

1. Низкая стоимость оборудования.

2. Возможность создания новых рабочих мест.

3. Уменьшение объема отходов, требующих захоронения (сортировка и прессование отходов).

4. Продажа отобранной продукции.

Минусы:

1. Низкая эффективность такой установки – от общего объема отбирается до 10–15% отходов, остальное опять же идет на захоронение на полигоны, то есть данная технология не подходит для рекультивации свалок.

2. Опасные условия работы для сотрудников.

3. Трудно окупить такой комплекс, так как он приносит мало прибыли (хотя это зависит от тарифов).

4. Проблема рециклинга отходов при рекультивации свалок не решается.

Санкционированные свалки – это такое складирование твердых бытовых отходов, которое предусматривает долговременную переработку отходов при участии кислорода воздуха и микроорганизмов. 

Свалки – это наименее цивилизованный способ обезвреживания твердых бытовых отходов, так как продуктами обезвреживания являются продукты неполного распада органического вещества. В процессе гниения отходов образуются токсичные, дурно пахнущие и горючие газы (например, NH3, H2S, CH4 и т.д.), а также фильтрат, чрезвычайно опасный в санитарном отношении, так как количество бактерий кишечной группы в нем в 2–3 раза больше, чем в стоках городской канализации.

Фактически все ТБО по своей структуре могут быть разделены на три категории:

1. Вторичное сырье ~ 35% в составе ТБО, которые могут быть переработаны в полезную продукцию с получением прибыли или как минимум с компенсацией затрат на переработку за счет реализации получаемой продукции.

2. Биоразлагаемые отходы ~ 35% в составе ТБО, которые могут быть переработаны в полезную продукцию (органическое удобрение), но прибыль от ее реализации не может компенсировать затраты на переработку.

3. Неперерабатываемые отходы, так называемые хвосты ~ 30% в составе ТБО, которые требуют безопасного захоронения на специальных полигонах.

Есть еще неутилизируемые опасные отходы, переработка которых осуществляется в порядке их обезвреживания либо за счет средств поставщика отходов, либо за счет специальных источников финансирования, например за счет статей в бюджетах муниципальных образований: 

– ламинированная бумага; 

– многослойная полимерная упаковка; 

– картонно-бумажная упаковка из-под мяса птицы, рыбы;

– упаковка из-под токсичной продукции.

Энергетическая утилизация твердых и жидких углеродсодержащих отходов методом СКТ, что расшифровывается как сверхкритические технологии, – перспективный способ переработки различной биомассы. Быстрое развитие данного направления связано с исключительной экономической эффективностью и экологической чистотой, соответствующей требованиям, сформулированным в концепции «зеленой химии». 

Особые физико-химические свойства веществ проявляются в области сверхкритических температур и давлений. Вещества в сверхкритическом состоянии обладают аномально большой проникающей способностью. Можно сказать, что сверхкритические среды – это газы, сжатые до плотностей, приближающихся к плотностям жидкостей. Этим и объясняется тот факт, что сверхкритические вещества являются хорошими растворителями.

С недавних пор сверхкритическая технология стала очень популярной, так как предоставляет многочисленные выгодные условия технологических процессов, таких как увеличение скорости масс-преобразования материалов, уменьшение числа операций в технологическом процессе и снижение стоимости продукции.

Принцип действия: термическое разложение происходит в водной сверхкритической  среде при повышенных давлениях. Диоксин, фуран, бензапирен и другие ядовитые соединения не образуются, так как в этих условиях реакция разложения биомассы с образованием газообразных продуктов смещена в сторону образования метана и углекислого газа. Минеральные шлаки (остатки утилизации) могут использоваться для разных целей в зависимости от состава исходного сырья. 

Экологическая безопасность обуславливается замкнутым циклом производственного процесса, а также применением автоматизированной системы управления технологическим процессом производства. 

Газообразное топливо, которое может быть получено методом сверхкритической технологии, не потребует дополнительного оборудования для его последующего компремирования. Это создает условия для  его успешной конкуренции природному газу, в частности, в области его использования в виде газообразного моторного топлива и для его преобразования в высокооктановые топлива методом каталитического синтеза.