Сезонные колебания состава твердых бытовых отходов как фактор системного обращения с их потоками

Сезонные колебания состава твердых бытовых отходов как фактор системного обращения с их потоками

Михайленко В. П., Шмарин С. Л., Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Киев, Украина
Хоффманн М., Людвиг Х., Центр экологического мониторинга Украины, Киев, Украина
Мартин Г. Г., Киевское региональное отделение Ассоциации городов Украины, Киев, Украина
Огородник С. С., Государственная академия жилищно-коммунального хозяйства, Киев, Украина
Денафас Г., Завараускас К., Мартузевичус Д., Виткаускайте Л., Каунасский технологический университет, Каунас, Литва
Туркадзе Ц., Бошоидзе И., Буцхрикидзе Б., Государственный университет им. Акакия Церетели, Кутаиси, Грузия
Романов М., Чусов А., Негуляева Е., Леднова Ю., Государственный политехнический университет, Санкт-Петербург, Россия

Катастрофическое состояние сферы обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО) в Украине во многом обусловлено размещением отходов на свалках без предварительной глубокой переработки. Украина участвует в международном проекте, цель которого — распространение опыта стран ЕС в сфере прогнозирования и моделирования сценариев обращения с ТБО на страны бывшего СССР. В рамках проекта изучаются сезонные колебания состава бытовых отходов как один из факторов системного обращения с потоками ТБО. Исследования проводятся по адаптированной методике ЕС с учетом климатических и социально-экономических особенностей стран – участниц проекта.

Состояние вопроса

Проблема накопления ТБО приобретает в Украине масштаб национальной катастрофы. Общая площадь полигонов и свалок (более 6 тыс. га) сравнима с территориями заповедников и парков. Количество свалок и полигонов 3 614 (Виговська Г. П., Міщенко В. С. Поводження з відходами в Україні: підсумки і перспективи. //Сотрудничество для решения проблемы отходов: Матер. V Междунар. конф. (2−3 апреля 2008 г., Харьков), http://waste.com.ua/cooperation/2008/theses/vygovska.html). Большинство этих объектов перегружены и не отвечают требованиям экологической безопасности. Из-за отсутствия надлежащей системы сбора ТБО в частном секторе ежегодно образуются тысячи мелких стихийных свалок, которые не поддаются учету.

Научные исследования, направленные на разработку современных технологий обращения с отходами, практически не ведутся. Методические рекомендации по обращению с ТБО, утвержденные в феврале 2010 г. МинЖКХ Украины, ориентированы на их захоронение без учета возможной переработки (Шмарін С. Л. Порівняння європейського і вітчизняного досвіду визначення морфологічного складу твердих побутових відходів // Житлово-комунальне господарство України, № 7 (30), 2010 г.). Предложенная методика не позволяет классифицировать ТБО для разработки эффективных приемов обращения. Контроль состава коммунальных отходов, поступающих на полигоны, часто отсутствует или крайне ограничен. Это приводит к бесконтрольному размещению опасных отходов, несанкционированному изъятию вторсырья и теневым схемам распределения прибыли. Кадровый потенциал для создания и внедрения эффективных технологий недостаточен.

При эксплуатации многих полигонов и свалок не принимаются меры по минимизации их негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека. Полигоны часто занимают большие территории, а не ограниченные по размеру, четко определенные участки, что приводит к образованию больших объемов фильтрата. Редко функционирует надлежащая система его сбора и обработки. Обычно полигоны и свалки не ограждены и не накрыты почвой. Это приводит к рассеиванию отходов ветром. Часто имеют место возгорания и проседания грунта. Системы обращения со свалочным газом отсутствуют, что обусловливает самовозгорание отдельных участков. Открытые площадки свалок ухудшают эстетическое восприятие ландшафта, являются источником неприятных запахов, причиной распространения грызунов и носителей инфекции.

Типичный полигон ТБО, на котором выполняются пилотные исследования, описанные в данном сообщении, представлен на рис. 1.

Рис. 1. Полигон для изучения сезонных изменений состава ТБО, г. Борисполь, Киевская область, 2010 г.

Проблема

Накопление отходов повышает загрязненность окружающей среды и создает угрозы для здоровья населения. Основные проблемы в сфере обращения с ТБО:

— рост объемов образования отходов в результате действия рыночных механизмов (реклама, упаковка, возросшая покупательная способность);

Отсутствие культуры обращения с отходами усугубляет проблему. Законом Украины «Про місцеве самоврядування» центральные органы власти переложили решение вопроса на органы местного самоуправления. Однако масштабы проблемы исключают возможность решения ее на локальном уровне.

Украина должна разработать новые концептуальные подходы к вопросам сокращения объемов ТБО на стадии их образования, улучшения технологических процессов глубокой переработки. Одна из ключевых задач в этой сфере — формирование стратегического видения системы обращения с ТБО и ее совершенствования.

Страны ЕС ушли значительно дальше в вопросах управления потоками ТБО, раздельного сбора, переработки. На этом фоне подходы Украины, которые сформировались в 70-х годах прошлого века, не учитывают современное состояние вопроса, например Ландшафтной конвенции (2005 г.), Стокгольмской конвенции о СОЗ (2008 г.), стороной которых является и Украина.

Данное сообщение предусматривает ознакомление коллег с результатами международного исследовательского проекта, направленного на изучение сезонных колебаний состава ТБО в зависимости от климатических и социально-экологических показателей. Исследования проводятся для выработки предложений по оптимизации управления потоками ТБО и очистными сооружениями.

Изучению особенностей накопления и управления потоками ТБО в Украине посвящен международный проект, в котором участвуют научные и экологические организации Швейцарии, Литвы, Украины, России и Грузии. Проект начат в декабре 2009 г. и будет завершен в 2012 г. Научные разработки координирует Институт им. Поля Шеррера (Швейцария) и поддерживает Швейцарский национальный научный фонд. Аналогичные исследования проводятся с партнерами в Эстонии, Финляндии и Греции. География проекта представлена на рис. 2.

Рис. 2. Страны, вовлеченные в проект:
страны-участницы: 1 — Литва; 2 — Украина; 3 — Грузия; 4 — Россия; 5 — Швейцария;
страны-наблюдатели: 6 – Эстония; 7 – Финляндия; 8 – Греция

Главная идея проекта — распространение опыта стран ЕС в сфере прогнозирования и моделирования сценариев обращения с ТБО на страны бывшего СССР. Общие принципы исследований заложены в методике, разработанной и внедренной в Каунасском технологическом университете (Литва), которая отражает подходы стран ЕС в вопросах управления ТБО.

— исследование сезонных колебаний состава;

— разработка рекомендаций для органов местного самоуправления.

Научная новизна заключается в проведении мониторинговых исследований в странах с существенными экономическими и климатическими различиями. Проектом предусмотрена проверка теоретических моделей управления ТБО, разработанных в Литве, на примере стран-участниц с учетом экономических, энергетических, экологических и социальных индикаторов.

Проект предусматривает также развитие научно-технического и кадрового потенциала отрасли и в конечной фазе предоставление рекомендаций органам местной власти относительно путей управления потоками ТБО как составной части экологического менеджмента. В реализации проекта принимают участие ведущие научные учреждения, ВУЗы и неправительственные организации стран-участниц.

— Литва: Каунасский технологический университет;

— Грузия: Государственный университет им. Акакия Церетели, Кутаиси;

— Россия: Государственный политехнический университет, Санкт-Петербург;

— Украина: Ассоциация городов Украины (Киевское региональное отделение), Государственная академия жилищно-коммунального хозяйства и Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко.

В настоящее время согласована экспериментальная методика определения состава ТБО, основанная на стандартах ЕС. Наибольший объем информации получен Каунасским технологическим университетом, который проводит эти исследования уже несколько лет. Другие участники начали систематически проводить исследования в 2010 г.

Методика позволяет выделить в морфологическом составе ТБО до 28 фракций: бумажные отходы; стекло; пластмассу; упаковку пищевых продуктов; садовые отходы, древесину, прочие органические отходы (кожа, текстиль и т. д.); черные металлы, алюминий и другие цветные металлы; прочие неорганические компоненты (кости, стройматериалы, песок). Исследования состава ТБО проводили отдельно для многоэтажных жилых домов, частного сектора и социально-административных зданий.

На первом этапе участники выполнили анализ правового поля, существующих законодательных актов, положений обращения с ТБО в своих странах, освоили унифицированную методику сбора и обработки данных, наладили систему мониторинговых исследований. Подготовительная фаза заложила основу для выявления сезонных колебаний в составе ТБО с учетом соответствующих экономических, энергетических, экологических и социальных факторов.

В каждой стране выбраны пилотные объекты, согласованы природно-географические и социально-экономические индикаторы, выявлены особенности системы управления отходами. В Украине в качестве объекта исследований выбран полигон г. Борисполь, Киевская область (рис. 3).

Вторая фаза проекта предусматривает осуществление ежемесячного мониторинга состава ТБО, разработку оценочных моделей и анализ выбранных показателей для установления сезонных зависимостей в системе управления ТБО. Планируется разработка методологии управления потоками ТБО и адаптация моделей управления к каждой стране.

На завершающем этапе планируется предоставление практических рекомендаций местным органам власти. Проект также уделяет внимание подготовке научных кадров и международному сотрудничеству в сфере информационного обеспечения. Для усиления научных контактов на базе Каунасского технологического университета (Литва) созданы условия для подготовки аспирантов из Украины, России и Грузии.

В апреле и мае 2010 г. Киевское региональное отделение Ассоциации городов Украины как официальный представитель и исполнитель проекта в Украине заключило ряд соглашений о сотрудничестве в области экологического менеджмента в сфере управления потоками ТБО. Благодаря презентации проекта мерам городов Киевской области на международной конференции, организованной в г. Борисполь в мае 2010 г., рабочая группа наладила контакты с Бориспольским городским советом и Государственной экологической академией последипломного образования и управления при Минприроды Украины.

Результаты, полученные в 2010 г., подтверждают сезонную зависимость соотношений фракций в морфологическом составе ТБО. Наибольший удельный вес среди фракций ТБО занимают пищевые отходы (около 40 %), садовые отходы (до 30 %), стекло (около 20 %), прочие неорганические материалы (до 30 %), текстиль (до 20 %), пластик (до 10 %), бумага (до 10 %). Недельные, месячные и сезонные колебания удельного веса указанных фракций составляют:

Результаты, полученные за десять месяцев, указывают на наличие максимумов сезонной зависимости содержания неорганических материалов в летний период, а также пищевых и садовых отходов осенью (сентябрь, октябрь).

Можно отметить наличие максимумов сезонной зависимости содержания в ТБО прочих неорганических материалов летом, а осенью — пищевых отходов (сентябрь) и садовых (октябрь). Удельный вес фракций «древесина» и «черные металлы» невелик, (иногда увеличивается до 3–5 %), «алюминий» — не превышает 0,5 %, «прочие цветные металлы» встречаются еще реже. Опасные отходы также встречаются очень редко. Сезонная зависимость в составе ТБО легче выявляется для суммарного количества отходов, тогда как для обнаружения особенностей, связанных с источником отходов (многоэтажные жилые дома, частный сектор и т.д.), необходим более длительный период наблюдений.

Сравнительная характеристика выборочных социально-экономических показателей по странам — участницам проекта представлена в таблице.

Некоторые социально-экономические показатели, связанные с образованием ТБО на душу населения в ряде европейских стран (2010 г.)

Показатель	Страна, регион
Показатель	Литва, Каунас	Украина, Киев	Грузия, Кутаиси	Россия, С.Петербург	Греция, Крит	Эстония, Таллинн	Финляндия	Швейцария
Численность населения в стране, тыс. человек	3 400	46 315	4 631	141 930	10 737	1 300	5 250	7 593
Численность населения в городе, области, тыс. человек	352	2 700	186	4 600	624	401	–	–
Годовой ВВП на человека, дол. США	11 765	2 483	4 427	8 095	31 201	14 615	44 571	47 280
Количество ТПВ на человека, кг/год	370	457	311	350	458	385	522	720

Данные таблицы показывают, что несмотря на самое низкое значение ВВП на душу населения в Украине, количество бытовых отходов, которое генерирует один житель за год, сравнимо со странами, где уровень жизни выше в 5–7 раз. Этот факт может косвенно свидетельствовать о сформировавшемся высоком потребительском спросе за счет доступности товаров массового потребления, рекламы, а также низкой культуры потребления в Украине.

Доступные технологии, лучшие практики

Результаты исследований по данному проекту позволят разработать рекомендации по оптимальному планированию и управлению системами обращения с ТБО с использованием адаптированных компьютерных программ и оцененных соответствующих исходных данных для каждого региона с технико-экономическим обоснованием на основе применения современных энергосберегающих экологически благоприятных технологий.

Уже на этом этапе украинская группа исследователей начинает работу по созданию информационной базы по имеющимся технологиям обращения с ТБО, списка компаний и предлагаемых ими услуг в Киевской области. Основные направления, которые по нашему мнению наиболее интересны с точки зрения практического приложения, обсуждаются ниже.

Раздельный сбор

По данным МинЖКХ, на вторичном рынке раздельного сбора и переработки сырья в Украине работают около 1 500 предприятий. Однако система раздельного сбора ТБО в Украине находится пока на начальном этапе и внедряется в редких случаях. Собранные отходы используются перерабатывающими предприятиями для изготовления картона, гофрированного картона, туалетной бумаги, нетканых материалов, полиэтиленовых труб, контейнеров, тары, упаковки и другой продукции. Дополнительно сбором вторсырья занимаются также на мусороперерабатывающих заводах и на полигонах.

В ряде случаев раздельный сбор внедрен по инициативе местных администраций, которые понимают важность и необходимость такой работы. Разделение фракций проводится на две или три составляющих. Считается, что такой подход позволит уменьшить нагрузку на полигон города минимум на 50 %.

Повторное использование (рeциклинг).

Повторному использованию сырья предшествует раздельный сбор или сортировка ТБО. Качество сортировки в значительной степени зависит от общей культуры и дисциплинированности населения. В Украине сегодня делаются только первые попытки внедрить раздельный сбор ТБО. После сортировки изъятые компоненты перерабатывают, изготавливая товарный продукт. Для этого необходимо создать и развивать специальную индустрию, которая работает на вторичном сырье. Один из инициаторов такого подхода — предприятие «Рада», которое является партнером проекта.

На рис. 4 представлен один из видов продукции этого предприятия для раздельного сбора ТБО.

Рис. 4. Контейнеры для раздельного сбора ТБО, изготовленные на предприятии «Рада»

Сжигание

Сжигание — наиболее технически отработанный метод промышленной переработки ТБО, который постоянно совершенствуется. Длительная практика применения позволяет четко определить преимущества и недостатки метода. Ведущие независимые европейские институты считают огневые технологии выгодными, поскольку дают возможность получать электроэнергию и тепло. Однако, это единственное их преимущество.

Все функционирующие мусоросжигательные установки имеют ряд недостатков, главный из которых — образование вторичных загрязняющих веществ (продукты непреднамеренного производства), которые относятся к группе крайне устойчивых и чрезвычайно опасных токсикантов. Выбросы этих соединений в окружающую среду запрещены Стокгольмской конвенцией о СОЗ (2002 г.), стороной которой с 2008 г. является и Украина. Организация независимых экспертов России указывает не только на опасность мусоросжигательных заводов, но и их неэффективность и абсолютную экономическую неприемлемость для любого местного бюджета. Вместе с тем, значительная часть научных разработок посвящена именно этому способу обращения как наиболее эффективному и экономичному.

Пиролиз

В последнее время многие компании переходят от сжигания отходов на двухступенчатый процесс, включающий стадию пиролиза (разложение органических веществ без доступа кислорода при относительно низких температурах 450–800 °С). Такой процесс оказывается энергетически более выгодным, чем сжигание. В результате пиролиза получают горючий газ и твердый остаток. Затем оба продукта без дополнительной обработки сжигают в печи. Часть пиролизных газов после конденсации может быть выведена из системы и конвертирована в жидкое топливо. Пиролиз имеет те же недостатки, что и прямое сжигание отходов. Пиролизный газ необходимо очищать от кислых газов типа хлористого водорода (НСl), вследствие чего этот процесс становится достаточно дорогим. При этом также не удается избежать загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

Газификация

Альтернативой пиролизу является процесс газификации, который происходит аналогично пиролизу, но при более высоких температурах 800–1300 °С. Полученный газ представляет собой смесь низкомолекулярных углеводородов, которые затем сжигают в печи. К сожалению, экологические показатели газификация также не улучшает, поскольку при таких условиях происходит интенсивное образование диоксинов, а соли тяжелых металлов не удаляются и попадают в окружающую среду.

Наиболее полная деструкция продуктов, содержащихся в ТБО, происходит в процессе высокотемпературного пиролиза или газификации при температурах 1650–1930 °С в расплаве минеральной смеси с добавками металлов или при до 1 700 °С в расплавах солей или щелочей в присутствии катализаторов. Указанные способы обеспечивают переработку ТБО практически любого состава, так как в этом температурном диапазоне полностью разрушаются диоксины, фураны и ПХБ. В результате получают синтeз-газ (смесь водорода, метана, угарного газа, диоксида углерода, водяного пара, оксидов азота и серы) и твердый остаток, который удаляют из реактора через специальную систему. После очистки от примесей синтeз-газ можно использовать как топливо, сырье для химической промышленности или для синтеза жидких углеводородов (метанол, бензин).

Возможно, этот метод утилизации ТБО наиболее перспективен для Украины, поскольку позволяет обеспечить экологическую безопасность, отказаться от свалок и полигонов ТБО в их сегодняшнем виде и частично покрыть дефицит углеводородного сырья.

Информационное обеспечение

В рамках проекта украинская сторона планирует мероприятия по информированию общественности, налаживанию контактов с различными целевыми группами. В Украине уровень информирования разных социальных групп недостаточен, они разобщены и поэтому их действия неэффективны. Учитывая важность проблемы, рабочая группа направляет свою деятельность на совершенствование информационных каналов и внедрение механизмов, объединяющих усилия гражданского общества, бизнеса и правительственных структур для решения вопросов управления ТБО. Основное внимание направлено на органы местного самоуправления, производственные фирмы, участвующие в процессе сбора и переработки ТБО, научные подразделения и студенческую молодежь.

Для достижения синергетического эффекта мы считаем целесообразным усилить информационные каналы и внедрить элементы образовательной и просветительской деятельности.

В Европе активно работают государственные программы, рассчитанные на воспитание населения по обращению с ТБО. Это и школьное образование, и информирование населения через СМИ, и социальная реклама. Нами рассматривается возможность сотрудничества с международной молодежной организацией AIESEC (Association Internationale des Etudiants en Sciences Economiques et Commerciales), которая реализует проект Green Rush в Киеве. Налаживаются контакты с волонтерскими программами, донорскими проектами, организациями, осуществляющими подготовку и переподготовку кадров. Обсуждаются возможности расширения деятельности в этой сфере с Бориспольским городским советом и Государственной экологической академией последипломного образования и управления при Минприроды Украины и других заинтересованных организаций в рамках договоров о сотрудничестве.

Благодарности

Украинская научно-исследовательская группа проекта выражает благодарность Швейцарскому национальному научному фонду (SNSF) за финансовую поддержку, которая обеспечила возможность проведения данных исследований, а также презентацию и обсуждение полученных результатов на международной конференции WasteEco-2011, (Харьков, Украина, 23–24 февраля 2011 г.).

Михайленко Валерий Петрович, канд. хим. наук, доц., Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, эксперт Ассоциации городов Украины, Киевское региональное отделение, пл. Л. Украинки, 1, к. 1003, Киев 01196, Украина. Тел. (044) 286-85-09 моб. (066) 610-55 90. E-mail