Сведения об авторах

Особенности образования твердых бытовых отходов в Украине

 

Михайленко В. П., Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Киев, Украина

Алексеевец И. Л., Национальный проект «Чисте місто», Киев, Украина

Денафас Г., Каунасский технологический университет, Каунас, Литва

Шмарин С. Л., Лучко И. А., Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, Украина

 

Результаты исследований морфологического состава ТБО в г. Борисполе Киевской области выявили тенденцию к возрастанию калорийности ТБО, а также климатические особенности эмиссии парниковых газов (ПГ). Расчет энергетических показателей показал перспективность внедрения термических методов обращения с ТБО. В сочетании с предварительной сортировкой и извлечением вторичного сырья они могут быть положены в основу ресурсосберегающих технологий обращения с ТБО. Оценка содержания углерода органических веществ, способных к разложению, показала, что при одинаковых условиях захоронения на полигонах в регионах с умеренным климатом объем образуемого свалочного газа на 23 % ниже, чем в южных областях Украины. Уточненные значения корреляционных коэффициентов используют для моделирования прогнозируемых параметров. Такие модели необходимы при составлении технико-экономических обоснований, а также для выбора лучших доступных технологий обращения с ТБО.

 

Состояние вопроса

Проблема обращения с ТБО в Украине с каждым годом обостряется, а внедрение современных технологий их переработки сопровождается значительными трудностями. В последнее время на этой почве в ряде областей возникли социальные конфликты, что указывает на необходимость принятия срочных и адекватных мер на всех уровнях управления. Система обращения с ТБО базируется на экстенсивных методах захоронения без учета экономической привлекательности использования вторичных ресурсов.

 

Как отмечают руководители профильных министерств, Украина стоит на пороге создания новой отрасли, которая позволить снизить социальное напряжение и выйти на современный уровень обращения с ТБО. По данным Минрегионстроя Украины (до декабря 2010 г. Министерство жилищно-коммунального хозяйства) в 2010 г. в стране работало восемь мусоросортировочных линий и два мусоросжигательных завода. На стадии строительства находятся еще 12 сортировочных комплексов, три мусороперерабатывающих завода и два объекта обращения с ТБО, включающих установки сжигания отходов. Оценка текущей ситуации экспертами Национального проекта «Чисте місто» свидетельствует о необходимости создания сети мусороперерабатывающих комплексов, десять из которых на уровне пилотных проектов планируется внедрить в ближайшие пять лет в крупных городах и областных центрах.

 

Вместе с тем, поиск инженерных решений наталкивается на ряд препятствий, в том числе отсутствие достоверной информации о морфологическом составе и свойствах ТБО. Материалы исследовательских групп и международных проектов фрагментарны и не содержат системного подхода к решению проблемы.

 

Оценка, проведенная специалистами отрасли, выявила наличие больших объемов вторичного сырья. Удельные показатели образования отходов в среднем составляют 250–300 кг в год на одного человека, а в больших городах достигают 330–380 кг в год. По данным профильного министерства, ежегодный прирост содержимого свалок возрастает на 70 млн м³ (11 млн т), всего накоплено около 1 млрд м³ (250 млн т) ТБО.

 

Из общего годового объема образуемых отходов 93 % вывозят на свалки, 4 % сжигают и около 3 % утилизируют. В Европе из общей массы собранных отходов около 40 % перерабатывают, до 40 % направляют на полигоны, а остальное сжигают (рис. 1).

 

Рис. 1. Соотношение депонированной, сжигаемой и утилизируемой частей  ТБО в европейских странах

 

Динамику образования ТБО в Украине иллюстрирует рис. 2.

 

 

 

Рис. 2. Вывоз ТБО в Украине

 

Несмотря на снижение численности населения, объем образования ТБО ежегодно увеличивается, и по всем прогнозам, такая тенденция сохранится в будущем, что подтверждает экономико-математическая прогнозная модель, разработанная на основе данных Института демографии НАН Украины.

 

Методика исследований

В 2011 г. украинская группа экспертов международного проекта «Изучение  и анализ сезонных колебаний состава ТБО в зависимости от социально-экономических индикаторов для моделирования систем обращения с ТБО» (SWC-Env-Ind) продолжила исследования морфологического состава ТБО на пилотном полигоне г. Борисполя (Киевская область, Украина). Исследования проводили в соответствии с методикой, разработанной в Каунасском технологическом университете (Литва) и учитывающей опыт стран Западной Европы. Цель данного этапа — определение технологических параметров, позволяющих оценить привлекательность известных методов обращения с ТБО. Полученные результаты в сочетании с данными о сезонных изменениях состава отходов и социальными индикаторами будут использованы для моделирования прогнозируемых параметров ТБО.

 

Опыт развитых европейских стран в сфере обращения с ТБО показывает необходимость учета сезонных колебаний их морфологического состава, которые имеют четко выраженные региональные особенности и, несомненно, изменяют ряд расчетных параметров (влажность, зольность, теплотворная способность, эмиссия свалочных газов). Такие изменения неизбежно отразятся на эколого-экономических показателях при выборе проектов, внедряемых в сферу обращения с ТБО. 

 

Обсуждение результатов

В табл. 1 представлены усредненные результаты исследований состава ТБО полигона г. Борисполя.

Таблица 1

Состав ТБО полигона г. Борисполя (июнь 2010 г. – май 2011 г. )

 

 

Сравнение полученных данных с опубликованными в 2000–2011 гг. позволило уточнить ряд технологических параметров, которые следует учитывать при расчете экологических и экономических показателей ТБО. Изменения социально-экономических условий при переходе экономики Украины на рыночные отношения нашли свое отражение в морфологическом составе ТБО. Обнаружено снижение количества пищевых отходов, существенное возрастание отходов пластмассы, текстиля, резины и кожи, увеличение содержания стеклобоя.

 

Обобщенная графическая информация приведена на диаграммах (рис. 3).

 

           

Рис. 3. Содержание основных фракций ТБО на полигонах городов Украины:

1 — Евпатория; 2 — Симферополь; 3 — Ялта;   4 — Харьков; 5 — Киев; 6 — Донецк; 7 — среднее значение; 8 — Борисполь (результаты, полученные авторами);  9 min, 9 max — соответственно наименьшее и наибольшее содержание фракций ТБО (согласно литературным источникам)

 

Анализ рис. 3 (столбцы 7 и 8) позволяет заключить следующее. На пилотном объекте (8) обнаружены новые тенденции формирования состава ТБО по сравнению с данными, отраженными в государственной статистике за 2004 год. Так, содержание пищевых отходов и древесины снизилось (рис. 3а, 3е), а количество текстиля, резины, пластмасс и стекла  существенно возросло (рис. 3б, 3г, 3д). Изменение содержания других фракций (см. табл. 1) в данном сообщении не обсуждается, поскольку требует дополнительных исследований.

 

Вторичная переработка

Из полученных результатов следует, что в отходах, образуемых в г. Борисполе, содержание фракций, потенциально привлекательных как вторсырье, составляет более 50 %. Согласно данным статистики за 2000–2004 гг. по городам Украины, вторсырье составляет 17–31 % от общего количества ТБО. Предварительная оценка показывает, что его стоимость может составить около 1 млрд грн/год. Внедрение рециклинга позволит в ближайшие годы значительно сократить долю отходов, поступающих  на полигоны, и сохранить ценные ресурсы. Экологическая и экономическая привлекательность стадий рециклинга существенно возросла.

           

Калорийность

Расчетная калорийность ТБО представлена на рис. 4.

 

 

Рис. 4.  Калорийность ТБО

1 — Евпатория; 2 — Симферополь; 3 — Ялта;   4 — Харьков; 5 — Киев; 6 — Донецк; 7— среднее значение; 8 — Борисполь

 

Сравнение (столбцы 7 и 8)  показывает, что калорийность ТБО существенно увеличилась. Так, по нашим расчетам (2011 г.) теплотворная способность ТБО полигона г. Борисполя составила 8,4 МДж/кг, что на 30 % превышает среднее значение по Украине по сравнению с 2004 г. В настоящее время калорийность ТБО соответствует энергетическим характеристикам низкокалорийных топлив, например торфа (7–8 МДж/кг). При условии соблюдения экологических норм обращения с ТБО методы термической обработки могут стать ключевыми в структуре альтернативной энергетики страны, а проекты в этой области финансово привлекательными.

 

Эмиссия ПГ

Захоронение ТБО на полигонах сопровождается выделением ПГ в атмосферу. Согласно Рамочной конвенции ООН по изменению климата их объемы прямо пропорциональны коэффициенту содержания способного к разложению органического углерода (DOC). Этот коэффициент определяют расчетом на основе морфологического состава ТБО.

 

На рис. 5 представлены значения DOC для полигонов в Украине.

Рис. 5. Значения DOC для полигонов городов Украины:

1 – Евпатория; 2 – Симферополь; 3 – Ялта; 4 – Харьков; 5 – Киев; 6 – Донецк; 7 – среднее значение; 8 – Борисполь

 

Данные рис. 5 позволили выявить различия DOC для полигонов, находящихся в разных климатических условиях. Так, для объектов, расположенных  в восточных и центральных областях Украины (Борисполь, Киев, Харьков, Донецк), DOC составляет в среднем 0,137. В то же время для полигонов, расположенных в АР Крым (Евпатория, Симферополь, Ялта), DOC достигает в среднем 0,168. На национальном уровне при оценке эмиссии ПГ с полигонов захоронения ТБО используют среднее значение DOC, равное 0,16.  По мнению авторов, подобные расчеты следует выполнять с учетом климатических особенностей регионов. Учет отличия DOC в северных, центральных и южных областях может улучшить суммарный показатель выбросов для Украины.

 

Выводы

Результаты исследования позволили уточнить содержание основных фракций ТБО, представляющих интерес для рециклинга. Ориентировочная стоимость вторичного сырья, которое можно извлечь из ТБО, — 1 млрд грн/год. В последние годы содержание пищевых отходов снизилось, а пластмасс, текстиля и резины существенно возросло. Увеличилось количество стеклобоя, который легко сепарируется, что увеличивает долю горючих фракций в составе ТБО. 

 

По сравнению с 2004 г. калорийность ТБО значительно повысилась, что свидетельствует об экономической целесообразности внедрения современных технологий, сочетающих выделение ресурсно-ценных материалов и негорючих фракций с дальнейшим сжиганием остатка с получением прибыли за счет генерируемого тепла.

 

Установлены климатические особенности эмиссии ПГ со свалок. Показано, что в регионах с умеренным климатом значение DOC на 23 % меньше по сравнению с южными областями. Таким образом, региональные показатели эмиссии ПГ целесообразно рассчитывать с учетом климатических зон, что снизит их величину в целом по стране.

 

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность руководству Швейцарского национального научного фонда за финансовую поддержку и профессору Христиану Людвигу (Институт им. Пауля Шеррера, Федеральный технологический институт Швейцарии) за координирование проекта.

 

Авторы высказывают особую признательность исполнительному директору Киевского регионального отделения Ассоциации городов Украины Мартину Г. Г.,  городскому голове г. Борисполя  Федорчуку А. С. и его первому заместителю Корнийчуку Н. П. за организационную помощь при проведении полевых исследований в г. Борисполе, профессору Огороднику С. С. (Государственная академия жилищно-коммунального хозяйства, Киев) и доктору Хоффману М. (Центр экологического мониторинга Украины, Киев) за обсуждение полученных результатов.

 

Features of Municipal Solid Waste Generation in Ukraine

 

Mikhailenko V. P., Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, Ukraine

Alekseevets I. L., National Project «Clean City», Kyiv, Ukraine

Denafas G., Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania

Shmarin S. L., Luchko I. A., National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv, Ukraine

 

The results of the performed research show the increase of MSW calorific value. Differences in the landfill gases emissions based on landfill geographical location are identified. Calculation of energy parameters has shown that introduction of thermal methods for residual wastes treatment (after segregation of recyclable materials and incombustible components) will be very promising.

 

 

Сведения об авторах
Михайленко Валерий Петрович, канд. хим. наук, доц., Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, просп. Академика Глушкова, 2а, ГСП-608, Киев, Украина. Тел. +38 (044) 286-85-09, моб. +38 (066) 610-55-90. E-mail
Алексеевец Иван Леонтьевич, канд. геогр. наук, доц., зам. руководителя, Государственное предприятие «Национальный проект ”Чисте місто”» Государственного агентства по инвестициям и управлению национальными проектами Украины, ул. Цитадельная, 7а, Киев, 04073, Украина. Тел. +38 (044) 539-44-57. E-mail₁, e-mail₂
Денафас Гинтарас, д-р техн. наук, проф., кафедра инженерной экологии, химико-технологический факультет, Каунасский технологический университет, ул. Донелайчио 73, Каунас, LT-44029, Литва. Тел. +(370) (37) 30-01-80. E-mail
Шмарин Сергей Львович, аспирант, Национальный технический университет «Киевский политехнический институт», ул. Борщаговская, 103, Киев, 03056. Украина. Моб. +38 (063) 439-82-01. E-mail