Побочные процессы при захоронении ТБО. Старение при складировании и хранении ТП и БО и его влияние на окружающую природную среду Образования ТБ и БО подвергаются естественному старению под воздействием светопогоды. Термин старение взят из биологии и представляет собой совокупность химических и физических превращений, которые происходят с материалами при их хранении, переработке и эксплуатации, приводящих, в конечном итоге, к потере комплекса их положительных свойств.
Старению подвергаются все материалы из неорганических и органических веществ, в том числе металлические отходы черные и цветные . 3.3.4.1.1 Неорганические ТП и БО. Старение химических материалов ТП и БО, содержащих мышьяк As, серу S, галогены хлор Cl бром Br, тяжелые металлы Cd, Pb, Cr, Sn, Ag, Au, Cu, Hg будет вызывать постепенное медленное, незаметное отравление почвы.
Например, разбросанные и разбитые аккумуляторные батареи, содержащие PbSO4 также при старении разлагаясь отравляют в первую очередь почву и водоемы. Тяжелые металлы обладают канцерогенными и мутагенными свойствами.
Это означает, что брошенные отходы из цветного металла, сломанная ложка, разбитая аккумуляторная батарея, содержащая PbSO4 и в конечном итоге катион Pb может через несколько лет вызвать, через близлежащий водоем, из которого люди поливают свои огороды, после длительного воспалительного процесса, скажем в желудке или в печени, злокачественную опухоль, рак. В этом заключается канцерогенность тяжелых металлов.
Кроме того, эти же тяжелые металлы брошенная разбитая батарея или сломанное бытовое изделие из цветного металла может оказать мутагенное свойство генетические изменения в организме человека, приводящие к уродствам и тяжелой инвалидности у новорожденных, возникающих под воздействием, в данном случае, химических соединений органического и неорганического происхождения. Вытесняя микроэлементы из ферментов при хелатообразовании образовании комплексных соединений без устойчивых химических связей, тяжелые металлы, в первую очередь самый опасный как канцерогенный и мутагенный агент кадмий Cd, да и другие Pb, Cr, и т.д нарушая ферментативную активность почвенного слоя, приводят в конечном итоге к инактивации почвенных ферментов, препятствуют нормальному биохимическому процессу, нарушают и тормозят этот процесс.
Интересным было наблюдение в течение нескольких лет за развитием ивовых деревьев, в близлежащую почву которых попадали ряд катионов гальванических ванн из сточных промышленных вод Cr Cd и др. Такие кусты и деревья ивняка к концу лета только начинали распускаться, хотя вся близлежащая зелень уже отцвела и отблагоухала за летний период. 3.3.4.1.2 Органические ТП и БО. Старение ТП и БО из веществ органического происхождения проявляется в протекании ряда процессов химического и биохимического характера. Отходы из органических веществ природного происхождения целлюлозно-бумажные материалы, картон, волокнистые материалы из клетчатки или из ее производных, а также белковые материалы, в том числе разнообразные пищевые отходы будут в первую очередь подвергаться под воздействием биологических и биохимических факторов.
Особенно это касается теплого периода времени при плюсовых температурах. В частности природные материалы будут разлагаться под воздействием следующих факторов биологических микрофлоры - бактерий, актиномицет, которые растут и развиваются при плюсовых температурах различных грибков дрожжей водорослей вирусов, микрофауны - простейших, макрофлоры - высших грибов, макрофауны - червей, клещей, двупароногих, многоножек биохимических ферментов энзимов различного происхождения и характера.
В условиях биологического и биохимического разложения природных материалов происходит образование и патогенной флоры, то есть происходит развитие и размножение бактерий, вызывающих инфекционные заболевания в том числе холеру и т.п Особенно опасны ТО лечебных и научно-исследовательских организаций, в том числе хирургические, стоматологические отходы то есть, ТО больниц, поликлиник, и т.п как потенциальные носители и генераторы тяжелейших инфекционных заболеваний.
Опасно старение ТП и БО из полимерных а следовательно и из - олигомерных, и из мономерных материалов синтетической химии, особенно тех, из которых могут образоваться канцерогенные вещества т.е. вызывающие рак . 3.3.4.2 Загрязнение атмосферы, почв и водоемов.
Вследствие различных химических реакций, а также микробиологической деятельности температура в различных местах тела свалки может колебаться от 50 до 100 градусов, вызывая самопроизвольное возгорание и поставляя в окружающую среду тысячекратные ! ПДК полиароматических углеводородов ПАУ - химических канцерогенов, занимающих ведущее место в возникновении раковых заболеваний.
При воздействии света на водные растворы ароматики при испарении после осадков, а также при горении пластмасс и органики в обилии образуются соединения класса диоксинов.
Диоксин - это самый сильный из известных в природе яд, мутаген, канцероген, тератоген, крайне устойчивый во внешней среде. Там, где свежие отходы - зловоние разлагающейся органики, в местах заросших лебедой - резкий химический запах взаимодействия более чистых соединений. В солнечную погоду под действием ультрафиолетовых лучей в воздухе происходит фотохимическая реакция с продуцированием самых разных экзотических веществ с неизученными свойствами.
Периодическое нахождение человека в такой атмосфере может вызвать у него в худшем случае новообразования, в лучшем - аллергические заболевания кожи и слизистых оболочек. Атмосферные осадки помогают миграции химических элементов, их встрече друг с другом, контакту, а также проникновению в грунтовые воды. Опасно периодическое поступление химических веществ с поверхностным и подпочвенным стоком.
При этом концентрация многих веществ может не достигать таких значений, при которых одновременно погибает все живое, а малыми дозами накапливаться в донных отложениях и биоте. Купание в реке, ловля рыбы если ее потом поедать будет приводить к концентрации поллютантов в организме человека. Многие химические соединения тяжелые металлы, ПАУ, биофенилы и т.п. обладают кумулятивными свойствами, т.е. могут долгое время без видимого ущерба накапливаться в организме, с виду довольно беспричинный эффект, вплоть до летального исхода либо перерождение тканей, генетические отклонения, снижение активности иммунной системы и т.д Токсичные газовые выделения со свалки способны распространяться на большие расстояния главным образом в направлении превалирующих ветров, а также вступать в реакцию с выбросами окружающих промышленных объектов, усугубляя и без того напряженную экологическую обстановку. Неприятным побочным эффектом свалки для близлежащих домов могут быть нашествия крыс и тараканов, особенно устойчивых к химическим препаратам. 3.3.4.3 Эмиссия свалочных газов.
На полигонах отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению.
В условиях захоронений, куда поступает практически 80 общего потока отходов, быстро формируются анаэробные условия, в которых протекает биоконверсия органического вещества ОВ с участием метаногенного сообщества микроорганизмов. В результате этого процесса образуется биогаз или, так называемый, свалочный газ СГ . Можно утверждать, что в среднем газогенерация заканчивается в свалочном теле в течение 10-50 лет, при этом удельный выход газа составляет 120-200 куб. м на тонну ТБО. Наиболее интенсивно процесс протекает в первые 5 лет, за которые выделяется около 50 полного запаса СГ. Эмиссии свалочных газов СГ , поступающие в природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера.
По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ. Это фактически привело к возникновению самостоятельной отрасли мировой индустрии, которая включает добычу и утилизацию СГ. 3.3.4.3.1 Состав и свойства свалочного газа Макрокомпонентами СГ являются метан СН4 и диоксид углерода СО2 их соотношение может меняться от 40-70 до 30-60 соответственно.
В существенно меньших концентрациях, на уровне первых процентов присутствуют как правило - азот N2 , кислород О2 , водород Н2 . В качестве микропримесей в состав СГ могут входят десятки различных органических соединений.
Состав биогаза обуславливает ряд его специфических свойств. Прежде всего СГ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м3. В определенных концентрациях он токсичен. Конкретные показатели токсичности определяются наличием ряда микропримесей, таких, например как сероводород Н2S . Обычно СГ обладает резким неприятным запахом. Также СГ, относится к числу так называемых парниковых газов, что придает ему глобальную значимость и делает его объектом пристального внимания мирового сообщества. 3.3.4.3.2 Масштабы газообразования Глобальная эмиссия СГ является важным параметром для расчета прогнозных моделей изменения климата Земли в целом.
Также на оценках потоков свалочного метана строятся национальные стратегии природоохранной деятельности в некоторых развитых странах. Так, например, в США вступил в силу закон о необходимости оборудования всех без исключения полигонов страны системами добычи и обезвреживания биогаза, после того как американскими исследователями было показано, что свалки являются основным антропогенным источником метана в США. Первые глобальные оценки потока свалочного метана начали проводиться в прошлом десятилетии.
Так, в одной из первых наиболее авторитетных работ 1987 года было показано, что глобальная эмиссия свалочного СН4 составляет 30-70 млн. т в год, или 6-18 от его общепланетарного потока. При этом отмечалось, что данная величина превышает массу метана выделяемого угольными шахтами.
На основании роста объемов образования ТБО в развивающихся странах делался прогноз о том, что в следующем столетии свалки будут основным глобальным источником метана. В середине девяностых годов оценка глобальной эмиссии свалочного метана проводилась экспертной группой Межправительственной комиссии по изменению климата IPCC , была получена величина равная 40 млн. т год. Практически она подтвердила правильность прежних оценок, и окончательно поставила свалочный метан в реестр основных источников парниковых газов планеты.
Интересно отметить, что существенный вклад в глобальную эмиссию производит Россия. По тем же оценкам IPCC свалки России ежегодно выбрасывают в атмосферу 1,1 млн. т, что составляет примерно 2.5 от планетарного потока. 3.3.4.3.3 Виды негативного влияния СГ Свободное распространение СГ в окружающей среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального масштабов, обусловленных его специфическими свойствами.
При накоплении СГ могут формироваться взрыво- пожароопасные условия в зданиях и сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО. Такие ситуации регулярно возникают в случае нелегального захоронения ТБО в зонах жилой застройки. Например, в Москве, десятки объектов были построены в последнее десятилетие в зонах распространения так называемых насыпных грунтов, которые в большинстве случаев были представлены массами газогенерирующих ТБО. Только разработка специальных защитных мероприятий позволила ввести указанные объекты в строй.
Вместе с тем известны случаи взрывов зданий из-за накопления СГ в их техподпольях. Ряд серьезных инцидентов такого рода, сопровождавшихся человеческими жертвами, имел место, в частности, в США и Англии. Частые пожары на полигонах также в основном являются последствием стихийного, бесконтрольного распространения СГ. Накопление СГ в замкнутых пространствах также опасно с токсикологической точки зрения.
Известно довольно много случаев отравлений при техническом обслуживании заглубленных инженерных коммуникаций, которые сопровождались смертельными исходами. К сожалению, открытая статистика таких инцидентов отсутствует. Высока вероятность того, что причиной несчастий было накопление СГ, источником которого являлись старые насыпные грунты. СГ также оказывает гибельное воздействие на растительный покров. Так, причиной подавления растительного покрова, которое регулярно наблюдается вокруг свалочных тел, является накопление СГ в поровом пространстве почвенного покрова, вызывающее асфиксию корневой системы.
Свободное распространение СГ приводит также к загрязнению атмосферы прилежащих территорий, токсичными и дурно пахнущими соединениями. И наконец как уже отмечалось СГ является парниковым газом, который усиливает эффект изменения климата Земли в целом. Приведенный перечень негативных явлений, обусловленных СГ, убедительно свидетельствует о необходимости борьбы с его эмиссиями.
В большинстве развитых стран существуют специальные законы, обязывающие владельцев полигонов предотвращать стихийное распространение СГ. Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология экстракции и утилизации СГ. 3.3.4.4 Экстракция и утилизация СГ. Производство биогаза из различных городских отходов давно налажено почти в разных странах. К развитию данной отрасли приступили и в Московском регионе. В 66 государствах мира твердые и другие отходы используются для производства биогаза, позволяющего сократить потребление ископаемого топлива и оздоровить биосферу.
Например, в США в 1998 г. вступил в силу закон О биозащите среды, обязавший оборудовать все без исключения отходные полигоны страны системами добычи и обезвреживания биогаза. Закон был принят после того, как американские ученые доказали, что свалки являются основным рукотворным источником метана. Накопление метаносодержащих веществ может привести к взрывам и пожарам в зданиях и сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО либо построенных на так называемых насыпных грунтах, состоящих в своем большинстве из газосодержащих отходов.
На таких грунтах в Москве в последнее десятилетие были сооружены десятки зданий. 3.3.4.4.1 Экстракция СГ. Для экстракции СГ на полигонах обычно используется следующая принципиальная схема сеть вертикальных газодренажных скважин соединяют линиями газопроводов, в которых компрессорная установка создает разрежение необходимое для транспортировки СГ до места использования.
Установки по сбору и утилизации монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела. Оценка газопродуктивности существующей толщи ТБО проводится в ходе предварительных полевых газо-геохимических исследований. Сооружение газодренажной системы может осуществляться как целиком на всей территории полигона ТБО после окончания его эксплуатации, так и на отдельных участках полигона в соответствии с очередностью их загрузки. При этом надо учитывать, что для добычи СГ пригодны свалочные тела мощностью не менее 10 м. Желательно также, что бы территория полигона ТБО, на которой намечается строительство системы сбора СГ, была рекультивирована, т.е. перекрыта слоем грунта мощностью не менее 30 - 40 см. 3.3.4.4.2 Утилизация СГ В мировой практике известны следующие способы утилизации СГ факельное сжигание, обеспечивающее устранение неприятных запахов и снижение пожароопасности на территории полигона ТБО, при этом энергетический потенциал СГ не используется в хозяйственных целях прямое сжигание СГ для производства тепловой энергии использование СГ в качестве топлива для газовых двигателей с целью получения электроэнергии и тепла использование СГ в качестве топлива для газовых турбин с целью получения электрической и тепловой энергии доведение содержания метана в СГ обогащение до 94 -95 с последующим его использованием в газовых сетях общего назначения.
Целесообразность применения того или иного способа утилизации СГ зависит от конкретных условий хозяйственной деятельности на полигоне ТБО и определяется наличием платежеспособного потребителя энергоносителей, полученных на основе использования СГ. В большинстве развитых стран этот процесс стимулируется государством с помощью специальных законов.
Так, во многих странах ЕЭС и США существуют законы, обязывающие потребителей покупать альтернативную энергию.
Мало того, нормативно определена стоимость такого вида энергии, которая как правило в 2 - 2.5 раза выше стоимости энергии произведенной на основе традиционных энергоносителей природный газ, нефтепродукты и пр. В России подобная нормативно-правовая база отсутствует, что, естественно, сдерживает широкое распространение биогазовых технологий.
Следствием этого являются большие трудности, связанные со сбытом энергии полученной из СГ. Такое положение сдерживает широкое распространение технологии в России. В сложившихся условиях использование СГ для удовлетворения нужд полигона ТБО или локального потребителя является наиболее реалистичным.
Но и у нас в стране проводились специальные исследования, показавшие, что стоимость добычи 1 кубометра биометана составляет около 0,18 руб производства 1 кВт ч электроэнергии - 0,25 руб. Рассматривалось два варианта утилизации газа производство электроэнергии и подача сырого метана потребителю. Одновременно проводилась классификация существующих российских свалок. Несколько сотен из них пригодны для производства биогаза. 3.4 Сжигание.
Мусоросжигание - это наиболее сложный и высокотехнологичный вариант обращения с отходами. Сжигание требует предварительной обработки ТБО с получением т.н. топлива, извлеченного из отходов. При разделении из ТБО стараются удалить крупные объекты, металлы как магнитные так и немагнитные и дополнительно его измельчить. Для того, чтобы уменьшить вредные выбросы из отходов, также извлекают батарейки и аккумуляторы, пластик, листья. Сжигание неразделенного потока отходов в настоящее время считается чрезвычайно опасным.
Таким образом, мусоросжигание может быть только одним из компонентов комлексной программы утилизации. Сжигание позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, привлекательность для птиц и грызунов, а также получить дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества или отопления. Для так называемых установок массового сжигания производительностью от 100 до 3000 тонн в сутки капитальные затраты в США колеблются от 80 до 100 тыс. долларов на единицу мощности тонна сжигаемых отходов в день. В эту цену не входит цена устройств подготовки отходов.
Эксплуатационные расходы составляют около 20 долларов за тонну ТБО. При выборе вариантов утилизации ТБО следует также иметь в виду, что время, необходимое на проектирование и постройку МСЗ в США, в среднем занимает 5-8 лет. Еще в начале 90-х гг. на территории России работало до 7 мусоросжигательных заводов МСЗ , расположенных во Владивостоке, Сочи, Пятигорске, Мурманске и Москве.
Основным назначением сжигания является уменьшение объема ТБО перед вывозом на полигон захоронения. Вывоз золы и шлака составлял до 30 от массы сжигаемых отходов. В настоящее время работают мусоросжигательные заводы в Москве и Мурманске. Основная часть заводов была оснащена импортным оборудованием. Лишь завод во Владимире был оборудован тремя котлоагрегатами отечественного производства. Существенным недостатком технологического цикла всех действовавших МСЗ было отсутствие очистки выбрасываемых в атмосферу газов и золы, содержащих тяжелые металлы и диоксины, неулавливаемые в электрофильтрах.
В мировой и отечественной практике используют три метода термического обезвреживания и утилизации ТБО слоевое сжигание исходных - неподготовленных отходов в топках мусоросжигательных котлов слоевое или камерное сжигание специально подготовленных обогащенных отходов освобожденных от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав в топках энергетических котлов или в цементных печах пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее. МСЗ работает круглосуточно, без выходных дней. Тепло используют в городской системе теплоснабжения. 3.4.1