Н П Горох - Экологическая оценка вредных веществ при комплексной утилизации муниципальных отходов - страница 1

Страницы:
1 

УДК 504.062 Н.П.ГОРОХ

ГКП «Харъковкоммуночиствод»

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Анализируются объемы размещения муниципальных отходов как потенциальные источники загрязнения окружающей среды вредными веществами.

Твердые бытовые отходы (ТБО), наряду с промышленными, яв­ляются одним из основных источников загрязнения природной среды в городах и на прилегающих территориях. Это связано, с одной стороны, с высоким содержанием химических, в том числе токсичных веществ в отходах, с другой - с многообразием и большими объемами образую­щихся отходов.

Количество ТБО, ежегодно образующихся на территории Украи­ны, составляет около 11 млн. т. Основная масса из них складируется на полигонах ТБО, и лишь незначительная часть - около 1% - перераба­тывается на опытно-экспериментальных производствах малой мощно­сти (на примере ООО «Харьковвторполимер» в г.Харькове). Местопо­ложение, обустройство и условия эксплуатации большинства полиго­нов не соответствуют нормативным требованиям, что усугубляет эко­логическую опасность этих объектов.

Субстраты полигонов ТБО обычно представлены смесью повсе­дневных бытовых отходов потребления, строительного мусора, отхо­дов ухода за зелеными насаждениями. Кроме того, на полигоны ТБО поступают разнообразные промышленные отходы, поскольку норма­тивными документами допускается их складирование на полигонах ТБО в количестве, не превышающем 30% от общего их объема.

Из-за разнообразия поступающих на полигоны ТБО и неоднород­ности морфологического состава идентифицировать источники посту­пления и оценить химический состав отходов возможно лишь весьма ориентировочно. Более точное представление о химическом составе ТБО можно составить по химическому составу компоста.

Говоря о комбинированном компосте из бытовых отходов, подра­зумеваются продукты, основу которых должна составлять значитель­ная часть органических веществ, в то время как содержание вредных веществ должно быть минимальным.

Результаты апробирования компоста мусороперерабатывающих заводов (Минск, Республика Беларусь, 1990 г.) свидетельствуют о зна­чительном их обогащении по сравнению с незагрязненной почвой (по­казатель Ко) Cd (Ко - 452), Pb (66,7), Cu (29,2) и Zn (17,3). Повышено в них также содержание Cr (Ко - 9,2) и Мо (3,2).

Источником поступления Cd, Pb, Zn, Cu и других тяжелых метал­лов на полигоны ТБО является также смет с промплощадок и город­ских улиц. Как показали исследования, содержание Cd в смете с пром-площадок и улиц значительно выше, чем в почве (соответственно в 60,7 и 14,5 раз). Для Pb, Cu и Zn превышения значительно ниже - 1,5­4,7 раза. Аналогичный характер загрязнения характерен для твердого осадка снеговых вод, который также выделяется накоплением Cd (Ко -28,3).

Разнообразие бытовых и промышленных отходов, поступающих на полигоны ТБО, обусловило значительные различия в содержании химических элементов в складируемых субстратах. Апробирование мелких фракций муниципальных отходов на многочисленных полиго­нах позволяет выявить значительный диапазон содержания тяжелых металлов в субстратах ТБО: Cd - от 9,5 до 1290 мг/кг; Cu - от 5,0 до 20000; Ni - от 4,0 до 512; Zn - от 34,6 до 7680; Mn - от 65,0 до 1212; Cr - от 10,4 до 2797; V - от 8,9 до 914,8; Ti - от 210 до 6200; Co - от 2,0 до 242,3; Sn - от 2,7 до 279,7 мг/кг. По сравнению с незагрязненными почвами субстраты полигонов ТБО наиболее обогащены Cu (до 1500 раз), Cd (до 408 раз), Zn (до 219 раз), Pb (до 107 раз), Cr (до 78 раз), О) (до 40 раз), V (до 27 раз), Ni (до 25 раз).


Изучение содержания микроэлементов в фильтратах полигонов ТБО также позволило выявить большой диапазон значений: от мини­мальных (ниже пределов обнаружения) до максимальных - в 100 и более раз превышающих содержание в незагрязненных грунтовых во­дах (табл.1). Сопоставление полученных данных с ПДК свидетельст­вует об опасном уровне загрязнения фильтратов Mn, Hg, Ni, Cu и Pb.

Таким образом, вокруг полигонов ТБО существует опасность за­грязнения окружающей среды за счет выноса загрязняющих веществ от удаляемых фильтратов из тела полигонов, а также при контакте ат­мосферных осадков с субстратами полигонов. Уменьшения опасности можно достичь, прежде всего, недопущением складирования токсич­ных отходов на полигонах, а также улучшением экологической инфра­структуры полигонов. Решению проблем химического состава вред­ных веществ в составе твердых бытовых отходов посвящено множест­во работ отечественных и зарубежных ученых [1, 2].

Морфологический состав муниципальных отходов. Состав муни­ципальных отходов в большинстве регионов Украины в последнее время значительно изменился.

По данным исследований морфологического состава твердые бы­товые отходы, образующиеся в г.Харькове, в среднем содержат (в % по массе):

-    в жилом секторе: пищевые отходы - 54,07%, бумага и картон

-    7,61%, полимеры - 7,71%, стеклобой - 6,3%, черные металлы -2,18%, цветные металлы - 0,23%;


-    на предприятиях непроизводственной сферы (нежилой сек­тор): пищевые отходы - 22,68%; бумага и картон - 29,84%; полимеры

-    11,91%; стеклобой - 10,72%; черные металлы - 2,7%; цветные ме­таллы - 2,165% (рис. 1).

Появились такие новые фракции в составе ТБО как посуда разо­вого использования, полимерная упаковка, картонная тара и упаковка с нанесенной цветной печатью. Гибкая упаковка в основной своей массе изготавливается из полимерных материалов с уникальными свойствами. В этом и есть проблема. Все существующие ныне техно­логии получения полимеров рассчитаны на нефтяное сырье. Кроме того, утилизировать полимеры сложнее всего. Действительно, на со­временном этапе своего развития полимерная упаковка требует особо­го внимания. Например, есть полимеры, которые прекрасно «ужива­ются» с жирами, но тот же широко применяемый в гибкой упаковке полиэтилен может быть менее прочен при контакте с маслом как ре­зультат физико-химической деструкции.

Среди широкого многообразия применяемых в качестве упако­вочных материалов традиционными и самыми популярными остаются бумага и картон - их доля составляет порядка 40%. Чтобы упаковка из картона и бумаги приобрела необходимые защитные (барьерные) свойства от воздействия влаги и жира, производится обработка бу­мажной (волокнистой) основы путем размола волокнистой массы с применением специальных химических веществ (реагентов) и поливи­нилового спирта, что, в свою очередь, «обогащает» ТБО вредными веществами, в составе накопления использованной упаковки как ре­зультат первоначального ее декорирования различными красителями и пигментами. Директивой № 94/62/ЕС в целях предотвращения загряз­нения окружающей среды в исходной повестке дня предусмотрен во­прос о концепции дополнительных превентивных мер по исследова­нию возможного экологического индикатора упаковки и мерах по снижению содержания в ней тяжелых металлов и других опасных ве­ществ к 2010 г.

На рис.2 изображена классификация составляющих ТБО на осно­ве влажной субстанции с точки зрения их возможного применения. Черными столбцами обозначены фракции, которые представляют осо­бый интерес для термической обработки, белыми столбцами обозначе­ны фракции, применение которым можно найти при биологическом использовании, а серые столбцы - с одной стороны инертные, а с дру­гой - не используемые фракции.

Конечно, границы применения этих материалов различны, так как, если бы было оптимизировано термическое использование, то было бы рационально фракцию растительной органики, а также тек­стиль, бумагу, древесину и кожу утилизировать термическим методом при условии, что эти фракции будут с минимальным содержанием вла­ги.

Также возможно введение в биологическое использование других фракций (например, для брожения). Особенно упаковка и мелкие от­ходы рассматриваются как исходные материалы для анаэробного сбраживания.

Фракции, пригодные как к термическому, так и к биологическому применению, - это фракции с высоким содержанием органических веществ (высокие термопотери).


Твердые бытовые отходы как потенциальный источник загряз­нения среды. Наличие вредных веществ в бытовых отходах было при­знано проблемой в те года, когда доминирующим направлением в пе­реработке отходов было производство компоста из бытовых отходов. Концентрация свинца в готовом компосте была 0,5-1 г на 1 кг сухого вещества и считалась допустимой (табл. 1).

В 90-е годы ХХ ст. надзор за предприятиями-производителями компоста позволил установить предельное значение содержания тяже­лых металлов в комбинированном компосте и подтвердил усиление редукции тяжелых металлов. Анализ концентрации тяжелых металлов в отходах показал, что ситуация, сложившаяся в годы производства комбинированного компоста (это производство прекратилось в ФРГ, Беларуси в 90-х годах), только ухудшилась. Это связано, предположи­тельно, с тем, что фракции с относительно низким содержанием вред­ных веществ (макулатура, бумага, резина, ветошь, полимеры) стали приниматься в больших количествах методом селективного сбора, а фракции с большим содержанием вредных веществ отошли, как бы, на второй план.

Из принципиально возможных путей наличия вредных веществ в бытовых отходах можно выделить следующие:

       посредством второстепенной нагрузки растительной ткани (фракция живой растительной органики);

       посредством второстепенной нагрузки горных пород и грунта

(отчасти присутствует в мелких отходах);

       посредством влажной и сухой депозиции (значимо отчасти для фракции живой органики, а также для мелких отходов);

       посредством географической близости исходных материалов к путям сообщения (значимо отчасти для фракции живой природы, а также для мелких отходов);

       посредством поступления специфических веществ (например, содержание тяжелых металлов в газетной бумаге, искусственных ма­териалах, содержание диоксина в беленой хлором бумаге);

       посредством частиц металла, сплавов и оксидов (значимо, прежде всего, для фракции средних и мелких отходов, частично также для всех других сортированных фракций).

Первые четыре пути практически не играют особой роли. Ни на­целенные варианты подбора, ни применение метода обогащения не приведут к редукции вредных веществ, но при расчете экологического риска должны учитываться.

Второстепенная нагрузка растительной ткани, горных пород и грунта. Для тяжелых металлов, таких как цинк, медь, никель и хром невозможна «нулевая концентрация» в растительной ткани и, следова­тельно, в компосте, так как речь идет о важных элементах, которые являются обязательными для роста растений и, следовательно, нахо­дятся в них. Кроме того, встречаются и другие тяжелые металлы, ко­торые считаются несущественными, но все-таки были обнаружены в различных количествах в растительном материале. В данном случае речь идет о «естественных второстепенных концентрациях», как их называют в научной литературе.


По данным исследований университета органической химии г.Тюбинген (Швейцария, 1998 г.) при производстве компоста из расти­тельной органики были выделены тяжелые металлы, превышающие допустимые нормы на 3-7 единиц (табл.2).возможно посредством садовых отходов и отходов урожая и особенно илового осадка с полей фильтрации биологических очистных соору­жений. Иногда такое случайное или целенаправленное попадание грунта в бытовые отходы может сыграть значительную роль в содер­жании тяжелых металлов в этих отходах.

Особую второстепенную нагрузку представляет собой втягивание тяжелых металлов посредством пыли. Высокой концентрацией тяже­лых металлов обладает как депозиционная, так и летучая пыль улично­го смета городов и поселков городского типа.


Специфическим источником тяжелых металлов, возможно в бу­дущем более значительным, является вовлечение древесины, которая может содержать огромное количество как неорганических (количест­во защитного покрытия до 10 кг на 1 м3 древесины), так и органиче­ских вредных веществ (количество защитного покрытия до 400 кг на 1 м3 древесины) (табл.3).

В бытовые отходы могут сдаваться:

       заборы, ограждавшие сады и парки, которые могли быть про­питаны как препаратами, содержащими дегтярное масло с добавлени­ем органических биологически активных веществ, так и солями, со­держащими хром, медь и мышьяк;

       натяжные плиты, которые могут содержать вредные вещества;

       садовая мебель и парковые скамейки, которые могут содер­жать хром, медь, мышьяк, а также органические биологически актив­ные вещества.

Географическая близость исходных материалов к путям сообще­ния. Автомобильный транспорт является источником загрязнения тя­желыми металлами исходных материалов, так же, как и материалы растительного происхождения загрязняются уличной пылью. В зави­симости от интенсивности движения автомагистралей возрастает со­держание цинка и кадмия в растениях. Из табл.4 видны источники вы­деления этих металлов при использовании автомобилей.


Таблица 4 -

Тяжелые металлы, выделяющиеся при эксплуатации грузовых автомобилей

Металл

Цинк

Кадмий

Источник

Оцинкованные топливные баки, трубо­проводы, содержащие цинк присадки, например, дитифосфат цинка в смазоч­ных маслах, оксид цинка при сжигании покрышек колес

Кадмий в дизельных маслах, об­работанные кадмием поверхности деталей, отвечающих за безопас­ность, как составная часть содер­жащих цинк предметов

Кадмий может проникать в растения как через поверхность ли­стьев, так и через корневую систему. У некоторых видов растений впитывание кадмия из воздуха может составлять более трети всей на­грузки. Таким образом, растения, высаженные вблизи дорог, имеют особенно сильный аккумулятивный потенциал по отношению к этому тяжелому металлу. Кадмий, содержащийся в опавших листьях, может проникать в корни растений одновременно с кадмием, содержащимся в грунте.

Цинк может накапливаться в надземных частях растения. Бли­зость к путям сообщения приводит, прежде всего, к поверхностной депозиционной нагрузке.

Если несколько лет назад 90-95% антропогенного поступления свинца происходило в результате сжигания автомобильного топлива, содержащего свинец, то после использования бензина, не содержащего свинец, стало возможным не указывать соотношение интенсивности движения и свинцовой нагрузки на грунт и растения.

Источники органических вредных веществ. Улетучивающиеся органические вредные вещества, как правило, попадают в отходы от­части с применяемыми согласно предписанию предметами потребле­ния:

       аэрозольные баллончики (от лака для волос до средства для уничтожения насекомых);

       бутылки от растворителей;

       ветошь, тряпки, пропитываемые растворами для обезжирива­ния рабочего инструмента.

Эти вредные вещества, обнаруживаемые в газах свалок, создают дополнительную антропогенную нагрузку.

Сегодня опасными могут быть такие плохо улетучивающиеся ор­ганические вещества:

         хлорированные пестициды и продукты деструкций;

         полицикличный ароматический углеводород (например, нафталин, бенз(а)пирен);

         полихлорные бифенилы;

•     полихлорные дибензодиоксины и полихлорные дибензофураны.

Ароматические углеводороды, диоксины и фураны в большинст­ве случаев возникают в процессе сжигания, например, при сжигании древесины, бурого и древесного угля образуются группы этих суб­станций и вместе с «классическими» газами СО2, СО, МЗх, 8О2 и пы­лью выбрасываются в окружающую среду. Хлорированные пестици­ды, которые прежде применялись в жидкой форме или как аэрозоли, также сильно впитываются частичками пыли.

Таким образом, пыль в отходах образует один из важнейших ис­точников втягивания хлорированных пестицидов, полицикличного ароматического углеводорода, полихлорных бифенилов, полихлорных дибензодиоксинов и полихлорных дибензофуранов.

Втягивание тяжелых металлов в бытовые отходы происходит, преимущественно, в форме мелких частей металлов и сплавов и час­тично в виде компактных частиц оксида металла. Органические вред­ные вещества втягиваются в бытовые отходы преимущественно через пыль, накапливаются в фракциях пыли уличного смета.

Легкие фракции содержат остаточные концентрации тяжелых ме­таллов, которые достаточно низки и не представляют проблем для их вторичной переработки, отобранных из общей массы ТБО селектив­ным методом сбора и механизированной сортировки.

Предпосылкой к эффективным этапам разделения механизиро­ванной сортировки для классификации бытовых отходов на фракции «бедные» и «богатые» тяжелыми металлами являются методы подго­товки и переработки муниципальных отходов, таких как измельчение, сушка, грохочение, аэросепарация, электромагнитная сепарация.

Основной возможный путь поступления загрязняющих веществ в окружающую среду с полигонов ТБО - гидрохимические потоки, формирующиеся в результате выщелачивания химических элементов из отходов атмосферными осадками и близко залегающими от поверх­ности грунтовыми водами в момент их высокого подъема.

Таким образом, вокруг полигонов ТБО существует опасность за­грязнения окружающей среды за счет выноса загрязняющих веществ свободно высачивающимися фильтратами, а также при контакте атмо­сферных осадков с субстратами полигонов. Уменьшения экологиче­ской опасности можно достичь, прежде всего, недопущением склади­рования токсичных отходов на полигонах, а также улучшением эколо­гической инфраструктуры полигонов.

Теоретическими и практическими исследованиями установлено:

•       термические, механические и биологические методы обработки не эффективны для устранения тяжелых металлов. Неорганическиевредные вещества могут обогащаться в некоторых фракциях, обра­зованных во время применения комплексной переработки ТБО;

   к органическим составляющим вредного вещества относится тот же принцип, что и к чисто механическому методу обработки. При ис­пользовании термического или биологического метода возможно превращение вредных органических веществ в менее вредные веще­ства (например, диоксид углерода), однако как при термическом, так и при биологическом методе возможно образование новых веществ (например, диоксина);

   как правило, механический метод используется для классификации вторичного сырья производства продуктов с низким содержанием вредных веществ из такого исходного материала как бытовые отхо­ды.

1 .Крауз П. Анализ вредных веществ, содержащихся в компонентах, образующихся при переработке ТБО по технологии ORFA: Пер. с нем. - Университет органической химии, г. Тюбинген, Швейцария, 1998 г. - 55 с.

2.Хомин В.С. Накопители твердых бытовых отходов как потенциальные источни­ки загрязнения среды // Тр. науч.-техн. конф. «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов». Т.ІІ. - Щелкино, АР Крым, 2001 - С.402-403.

3.Програма розвитку системи поводження з твердими побутовими відходами в м.Харкові. - Харків., 2003. - 30 с.

4.Галкин А. Гибкая упаковка - минимизация затрат // Упаковка. - 2004. - №6. -С.14-15.

Получено 27.04.2005

 

УДК 697.34

С.Ю.АНДРЕЕВ, канд. техн. наук

КП „Харьковские тепловые сети " Ф.А.СТОЯНОВ, д-р техн. наук

Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОГЕНЕРИРУЮЩИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ТЭЦ

Рассматриваются задачи оптимального управления энергогенерирующим обору­дованием ТЭЦ в течение отопительного сезона.

Работа посвящена актуальной тематике экономии топливно-энергетических ресурсов за счет применения компьютерных техноло­гий управления техническими системами.

За последние годы результаты исследований такого рода приво­дились в работах [1,2], однако в них задача непосредственного выбора

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н П Горох - Экологическая оценка вредных веществ при комплексной утилизации муниципальных отходов

Н П Горох - Экологическая оценка вредных веществ при комплексной утилизации муниципальных отходов