CC BY
250
стр. 102 из 184
ТЕМАТИЧЕСКИЕ РАЗДЕЛЫ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СФЕРЫ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 628.477.6
DOI: 10.12737/16089
ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Доронкина Ирина Геннадиевна, кандидат технических наук,
доцент кафедры физического воспитания и безопасности жизнедеятельности,
Борисова Оксана Николаевна, кандидат технических наук, доцент кафедры сервисного инжиниринга, [email protected]
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,
Москва, Российская Федерация
В статье обоснованы методы эффективного использования, переработки и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), показана эколого-экономическая оценка эффективности их утилизации, дан краткий анализ эволюции технологических подходов при вовлечении в переработку и утилизацию ТБО.
Авторами дано определение понятия ТБО, приведены сведения об их морфологическом составе, отмечены особенности проблемы ТБО и принципиальные пути её решения в мировой практике. Раскрыты эколого-экономические недостатки полигонного захоронения ТБО, ошибочность «сжигательной» и «компостной» концепций решения данной проблемы, подчеркнуты роль сортировки отходов перед их вовлечением в переработку и утилизацию и значение иерархической последовательности обращения с отходами. Освещен уровень мировых достижений в сфере обращения с ТБО. Сформулирована современная модель управления ТБО в мировой практике: снизить количество подлежащих захоронению и сжиганию отходов за счет их преимущественного использования в качестве вторичных материальных ресурсов. Показано, что самыми отсталыми странами в сфере обращения с ТБО являются Россия и Румыния (захоронению подвергают 98% образующихся ТБО), а лучшие показатели имеют Нидерланды (захоронению подлежат только 2% ТБО).
В статье обобщен опыт технологических решений проблемы ТБО, а также подчеркнуто, что сегодня не существует универсального метода переработки отходов, удовлетворяющего современным экологическим и экономическим требованиям. Как показывает мировая практика, в наибольшей степени им отвечает комплексный подход к управлению ТБО как технологическому процессу - системная комбинация методов сортировки, рециклинга и переработки ТБО (комбинационные технологические решения).
Авторами отмечено, что представление о комплексном управлении ТБО было сформулировано еще в начале 80-х годов прошлого столетия в СССР и дано обоснование применения комбинационных технологических решений.
Ключевые слова: ТБО; охрана окружающей среды; эколого-экономическая эффективность
стр. 103 из 184
Экологическое состояние страны является общественным благом, поэтому, выполняя эколого-экономическую оценку эффективности переработки и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), можно судить о той доле общественного благополучия, которая утрачивается при неправильном природопользовании и наносит вред окружающей среде. В практическом плане эколого-экономическая оценка эффективности служит обоснованием для выделения финансирования на строительство объектов по переработке и утилизации ТБО.
Твердые бытовые отходы (ТБО) представляют собой один из видов отходов потребления: это или остатки продуктов, или отслужившие свой срок товары и изделия, а также тара и упаковка, образовавшиеся у населения, в организациях и учреждениях, в системе ЖКХ и городского хозяйства, в сфере быта и услуг, а также аналогичные отходы в любой сфере деятельности, образование которых не связано с производством продукции и выработкой энергии [1].
По своему составу российские ТБО представляют собой гетерогенную смесь. Отходы различаются по крупности, свойствам и степени опасности компонентов: пищевые и растительные отходы - 20-30%, макулатурообразующие компоненты -20-25%, пластмассы - до 10%, стекло - 3-5%, текстиль - 3-5%, черные металлы - 3-4%, цветные металлы - 0,4-0,5%, по 1-2% - дерево, кожа, резина, камни, керамика, кости, 10-15% приходится на прочие отходы и так называемый отсев (фракцию - 20 мм переменного состава). Ввиду отсутствия в России системы раздельного сбора в ТБО попадают практически все опасные бытовые компоненты, в т.ч. к ТБО не относящиеся -отработанные батарейки, электронный лом, аккумуляторы, термометры, тонометры, люминесцентные лампы, медицинские отходы и многое другое [2, с. 10-15].
Главная особенность проблемы ТБО заключается в том, что они образуются в больших количествах (у каждого человека около 300 кг/год), и ежедневно их нужно из мест образования удалять [3]. Для повышения эколого-экономической эффективности необходимо формирование системы селективного сбора отдельных компонентов ТБО.
Проблема удаления ТБО из мест образования в принципе была решена еще в средневековье, когда жизнь вынудила изобрести свалку за чертой города, куда отходы стали удалять (до этого их бездумно выбрасывали из окон, выносили на улицу рядом с жильем, что привело к трагедии: чума и холера выкосили половину Европы). На тот период это было самое прогрессивное решение проблемы отходов [4, с. 15-19].
Основные недостатки полигонного захоронения ТБО:
стр. 104 из 184
— от накопления больших объемов отходов создается постоянная экологическая опасность (плотность ТБО 0,15 т/м3);
— сложность выделения площадей и обустройство новых мест под свалки;
— возрастающие затраты на захоронение ТБО;
— рост затрат на доставку ТБО к местам захоронения (увеличение плеча вывоза отходов);
— потеря ценных компонентов ТБО;
— нерациональное использование земельных ресурсов [5, с. 24-32].
В мировой практике около полувека основной тенденцией решения проблемы ТБО является вовлечение их в промышленную переработку и утилизацию, за счет этого уменьшается поток отходов на захоронение. Соответствующая техническая политика в первую очередь стала проводиться в странах с малой площадью и высокой плотностью населения. В начале ХХ1 века во Франции полигонному захоронению подвергали около 35% ТБО, в Германии и Бельгии - менее 10%, в Нидерландах и Швейцарии - менее 5%. В двух странах - в России и Румынии - за последние сотни лет в сфере обращения с ТБО по количественным показателям захоронения отходов не изменилось почти ничего: захоронению подвергают 97-98% образующихся ТБО (в Москве 80-85%) [6, с. 28-33].
ТБО стали интенсивно вовлекать в промышленную переработку к середине 70-х гг. прошлого столетия, в разгар мирового энергетического кризиса. Для обоснования методов промышленной переработки ТБО была в то время разработана концепция Waste to energy («Отходы - в энергию»). Она рассматривала отходы как источник возобновляемой энергии (по формальным признакам эта концепция к ТБО приемлема - на горючую фракцию в ТБО приходится 70-80%). Соответственно упор был сделан на термическую переработку ТБО, в основном на сжигание, которое стали рассматривать как важный вклад в переход от использования ископаемого топлива к производству возобновляемой энергии [7].
Постепенно выяснилось, что вложение больших средств в строительство мусоросжигательных заводов (МСЗ) не позволяет существенно сократить поток ТБО на захоронение - «сжигательная» концепция оказалась ошибочной:
— совершенно не учитывалось, что срок службы МСЗ не превышает, как правило, 25 лет, а количество образовавшихся ТБО ежегодно увеличивается на 3% (в такой ситуации вырисовывается неизбежность гонки строительства МСЗ, что бизнесу выгодно!);
стр. 105 из 184
— совершенно не учитывалось, что прямое сжигание неподготовленных, несортированных ТБО - самый затратный и экологически небезупречный вариант решения их проблемы (при сжигании ТБО образуются новые, более опасные, чем исходные ТБО, отходы, в частности, летучая зола);
— не учитывался большой объем обедненных кислородом отходящих газов (5-6 тыс.куб.м на 1т сжигаемых отходов); дымовые газы содержат всего 8% кислорода и более 10% диоксида углерода, они являются более тяжелыми, чем воздух (т.е вытесняют воздух из приземного слоя и опускаются на уровень дыхания человека);
— содержание вредных примесей в отходящих газах не равно нулю, и с атмосферными осадками они неизбежно возвращаются на земную поверхность, загрязняя почву и воды;
— прямая энергетическая утилизация ТБО исключает их использование в качестве вторичных материальных ресурсов (ВМР);
— совершенно ошибочно посчитали, что сжигание горючей части отходов (особенно бумаги и пластмассы) более выгодно с экологической точки зрения, чем их использование в качестве ВМР; в действительности при сжигании, в частности, полимеров, выбрасывается больше СО2, чем при выработке электроэнергии, необходимой для получения полимеров;
— пищевые и растительные отходы, попадающие в процесс сжигания, обладают очень низкой энергетической ценностью (4 МДж/кг) и увеличивают выход недожога [8].
Как альтернатива «сжигательной» развивалась концепция, которую можно назвать «компостной». Её сторонники (в СССР — Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова) исходили из того, что до 70% ТБО представляют собой биоразлагаемую фракцию, следовательно, их можно подвергнуть ферментации с получением продукта для сельхозиспользования (при условии отсутствия в нем тяжелых металлов и других загрязняющих примесей, в т. ч. механических); компост улучшает почвенную структуру, влагосодержание, уменьшает эрозию [9, с. 27—35].
Возвращение части отходов в круговорот природы — важная задача экономики природопользования. Однако мировая практика убедительно показала, что ТБО не пригодны для производства качественного компоста без сепарации в местах их образования. В той же Германии законодательно запрещено использование компоста из ТБО в качестве удобрения. Для компостирования в европейских странах используют фракции (имеющие высокое содержание биоразлагаемых веществ), не содержащие
стр. 106 из 184
опасных компонентов, например металлы, которые получаются после раздельного сбора [10].
Чисто «компостная» концепция оказалась надуманной.
В начале 80-х годов прошлого столетия во Всесоюзном институте вторичных ресурсов (ВИВР Госснаба СССР), исходя из гетерогенного состава ТБО, впервые было разработано представление о комплексной переработке ТБО и дано обоснование применения комбинационных технологических решений, базовой основой которых является сортировка.
Из новой концепции с очевидностью вытекало, что использовать какой-то один определенный метод или технологию для переработки всей образующейся массы ТБО нельзя, иначе это приводит к ухудшению экономических показателей, увеличению затрат, усилению негативного влияния технологии на окружающую среду, что в конечном итоге не позволяет решить проблему отходов [11].
Несмотря на то что концепция комплексной переработки ТБО подверглась в нашей стране обструкции сторонниками прямого сжигания и компостирования ТБО (Букреев С.И., Вилливальд В.И., Пурим И.П и др.), именно она получила развитие в мировой практике.
В ХХ1 веке комплексный подход к решению проблемы ТБО выявляет иерархическая последовательность обращения с отходами:
— выделение из отходов ресурсов, которые пригодны для вторичного использования;
— вовлечение ВМР в хозяйственный оборот (создание развитой индустрии вторсырья);
— переработка остаточных (после выделения вторсырья) отходов с утилизацией энергии (использование в качестве вторичных энергетических ресурсов - ВЭР);
— размещение на полигоне той части остаточных отходов, которые не могут быть использованы в качестве ВМР и ВЭР [12].
Реализация концептуальных принципов иерархии управления отходами обеспечила за последнее десятилетие революционные изменения в решении проблемы ТБО в ведущих странах ЕС.
В качестве ВМР в этих странах используют до 40—65% ТБО, сжигают с утилизацией энергии 23—35% ТБО (в Дании — 54%, Австрии — 23%), захоранивают в среднем 10—15% ТБО (в Нидерландах — 2%, во Франции — 35%). Иными словами, частью
стр. 107 из 184
новой модели управления ТБО, реализуемой в настоящее время в мировой практике, стало снижение количества не только захораниваемых, но и сжигаемых отходов [13].
В настоящее время мировая практика экономики природопользования доказала, что предпочтительной является возможность сохранения энергии, сосредоточенной в отходах, за счет их вторичного использования и переработки в качестве ВМР. Повторное использование обеспечивает значительную экономию энергии и сокращение выбросов (например, при вовлечении металлоотходов во вторичное использование расход энергии в целом снижается на 60-95% по сравнению с выплавкой металлов из руды, а объем отходящих газов уменьшается в 5-10 раз) [14].
Согласно исследованиям Агентства по природоохранной деятельности США, вторичное использование и переработка ТБО взамен их сжигания на МСЗ позволяет сэкономить 0,8 т условного топлива на каждую тонну используемых ТБО. Экологическое воздействие МСЗ напрямую связаны с загрязнением окружающей среды, они не безопасны в экологическом плане. Кроме того, стоимость сжигания одной тонны отходов чрезвычайно высока - 50-70 долларов, поэтому такая технология имеет серьезные экологические и экономические изъяны.
В соответствии с современной концепцией формируется следующий общий подход к выбору технологии: предпочтение должно отдаваться комбинационным
технологическим решениям, которые сводят к минимуму затраты на их реализацию и экономический риск практических действий, обеспечивая утилизацию отходов в качестве ВМР и ВЭР (с учетом иерархии обращения с ТБО) [15].
Литература
1. Каракеян В.И., Кольцов В.Б. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. - Ч. 1. Процессы и аппараты защиты атмосферы. - М., 2007. - 124 с.
2. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г. Технологии обращения с отходами: преимущества и недостатки, мифы и реалии // Твердые бытовые отходы. -2011. - №10.
3. Шубов Л.Я., Доронкина И.Г., Борисова О.Н. Проблема твердых бытовых отходов - глобальная проблема XXI века. // Сервис в России и за рубежом. - 2011. -№1(20). [Электронный ресурс]: URL: http://electronic-
joumaLrguts.ru/mdex.php?do=cat&category=2011_1 (дата обращения: 10.08.2015).
4. Шубов Л.Я., Доронкина И.Г., Борисова О.Н., Ненавязчивые советы по наболевшей проблеме // Твердые бытовые отходы. - 2014. - №7 (97).
стр. 108 из 184
5. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г. Оптимизация процессов управления твердыми бытовыми отходами как единая технологическая и экономическая система // Вестник Ассоциации ВУЗов туризма и сервиса. - 2009. - №4.
6. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г. Состав ТБО - критерий
эффективности схем управления // Твердые бытовые отходы. - 2013. - №12.
7. Доронкина И.Г., Борисова О.Н., Шубов Л.Я. Разработка технологических решений, повышающих эффективность комплексного управления твердыми бытовыми отходами // Сервис в России и за рубежом. - 2011. - №8(27). [Электронный ресурс]: URL: http://old.rguts.ru/electronic_journal/number27/contents (дата обращения: 10.08.2015).
8. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г. Оптимизация процесса утилизации
твердых бытовых отходов (ТБО) // Сервис в России и за рубежом. - 2011. - №1(20). [Электронный ресурс]: URL: http://electronic-
journal.rguts.ru/index.php?do=cat&category=2011_1 (дата обращения: 10.08.2015).
9. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г. Ситуация с отходами в
Московском регионе: планы и реалии //Твердые бытовые отходы. - 2010. - №2.
10. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. An integrated approach to tourism development and environmental // World Applied Sciences Journal. 2014. T. 30. №30. С. 30-31.
11. Мавропулос Антонис. Управление отходами - 2030 // Твердые бытовые отходы. - 2015. - №1 (103). - С. 13-15.
12. Поу С., Рид А. Как создать стратегию обращения с отходами // Твердые бытовые отходы. - 2015. - №4 (106). - С. 10-13.
13. Махотлова М.Ш. Твердые бытовые отходы и экология // Молодой ученый. -
2015. - №10(90). - С. 95-96.
14. Соколов В.Б., Попов И.В. Твердые бытовые отходы - реальная опасность для окружающей среды и здоровья человека // Вестник Костромского государственного технологического университета. - 2007. - №15. - С. 126-128.
15. Рябчиков Р.В., Степанов В.М. Твердые бытовые отходы как источник дополнительной энергии на земле // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2011. - № 6-1. - С. 38-41.
стр. 109 из 184
EVOLUTION OF TECHNOLOGICAL APPROACHES IN SOLVING THE PROBLEM
OF MUNICIPAL SOLID WASTE
Irina Doronkina, PhD in Engineering sciences, Associate Professor, [email protected], Oksana Borisova, PhD in Engineering sciences, Associate Professor, [email protected]
Russian State University of Tourism and Service Moscow, Russian Federation
The article substantiates methods of efficient use, recycling and disposal of municipal solid waste (MSW), shows the ecological and economic assessment of the effectiveness of their utilization, and gives a brief analysis of the evolution of technological approaches in engaging in the processing and recycling of solid waste. The definition of solid waste is given, the information about their morphological composition is presented, and the problem of municipal solid waste and ways to solve it in the world are highlighted. Ecological and economic disadvantages of landfill depositing are disclosed, the "incinerator" and "compost" concepts to solve this problem are disproved, the role of waste sorting before it involvement in the recycling and disposal is underlined, and the value of a hierarchical sequence of waste management is emphasized. The world achievements in the field of solid waste management are considered. The modern model of solid waste management in the world is formulated. It means the reducing the number to be dumped and waste incineration due to their primary use as secondary material resources. Russia and Romania are the most backward countries in the field of solid waste management (98% of municipal solid waste is dumped). The best indicators have the Netherlands (only 2% of municipal solid waste is dumped).
The article summarizes the experience of technological solutions of the problem of municipal solid waste; and also highlighted that today there is no universal method of recycling that meets the latest environmental and economic requirements. As world practice shows, integrated approach to the management of solid waste as the process technology mostly satisfies these requirements. It includes a system combination of methods of sorting, recycling and processing of solid waste (combinational technological solutions).
The authors noted that the concept of integrated management of municipal solid waste had been formulated in the early 80-ies in the USSR. In addition, authors give the substantiation of application of combination the technological solutions.
Keywords: municipal solid waste, environmental protection; ecological and economic efficiency
References
1. Karakejan V.I., Kol'cov V.B. Processy i apparaty zashhity okruzhajushhej sredy. Part 1. Processy i apparaty zashhity atmosfery [Processes and devices of environmental protection. Part 1: Processes and devices protecting the atmosphere]. Moscow, 2007. 124 p.
2. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. Tehnologii obrashhenija s othodami: preimushhestva i nedostatki, mify i realii [Waste Technology: advantages and disadvantages, myths and realities] // Tverdye bytovye othody [Municipal solid waste]. 2011. Iss. 10. PP. 1015.
стр. 110 из 184
3. Shubov L.Y., Doronkina I.G., Borisova O.N. Problema tverdyh bytovyh othodov -global'naja problema XXI veka [Problem of the firm household waste is a global XXI century problem] // Servis v Rossii i za rubezhom [Services in Russia and Abroad]. 2011. Iss. 1(20). PP. 258-263.
4. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. Nenavjazchivye sovety po nabolevshej probleme [The unobtrusive advice on painful problem] // Tverdye bytovye othody [Municipal solid waste]. 2014. Iss. 7. PP. 14-19.
5. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. Optimizacija processov upravlenija tverdymi bytovymi othodami kak edinaja tehnologicheskaja i jekonomicheskaja sistema [Economic Aspects of Service and Management of Municipal Waste] // Vestnik Assotsiatsii vuzov turizma i servisa [Universities for Tourism and Service Association Bulletin]. 2009. Iss. 4. PP. 24-32.
6. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. Sostav TBO - kriterij effektivnosti shem upravlenija [The composition of solid waste - the criteria of efficiency management schemes] // Tverdye bytovye othody [Municipal solid waste]. 2013. Iss. 12.
7. Doronkina I.G., Borisova O.N., Shubov L.Y. Razrabotka tehnologicheskih reshenij, povyshajushhih jeffektivnost' kompleksnogo upravlenija tverdymi bytovymi othodami [Development of technological solutions that increases performance of complex solid waste management] // Servis v Rossii i za rubezhom [Services in Russia and Abroad]. 2011. Iss. 8(27). PP. 108-120.
8. Doronkina I.G., Borisova O.N., Grechishkin V.S. Optimizacija processa utilizacii tverdyh bytovyh othodov (TBO) [Optimization of process of recycling of the firm household waste] // Servis v Rossii i za rubezhom [Services in Russia and Abroad]. 2011. Iss. 1(20). PP. 62-67.
9. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. Situacija s othodami v Moskovskom regione: plany i realii [The situation with the waste in the Moscow region: plans and realities] // Tverdye bytovye othody [Municipal solid waste]. 2010. Iss. 2.
10. Shubov L.Y., Borisova O.N., Doronkina I.G. An integrated approach to tourism development and environmental // World Applied Sciences Journal. 2014. Vol. 30. Iss. 30. PP. 30-31.
11. Mavropulos A. Upravlenie othodami - 2030 [Waste Management - 2030] // Tverdye bytovye othody [Municipal solid waste]. 2015. Iss. 1 (103). PP. 13-15.
стр. 111 из 184
12. Pou S., Rid A. Kak sozdat' strategiju obrashhenija s othodami [How to create a waste management strategy] // Tverdye bytovye othody [Municipal solid waste]. 2015. Iss. 4 (106). PP. 10-13.
13. Mahotlova M.Sh. Tverdye bytovye othody i ekologija [Municipal solid waste and the environment] // Molodoj uchenyj [Young scientist]. 2015. Iss. 10(90). PP. 95-96.
14. Sokolov V.B., Popov I.V. Tverdye bytovye othody - real'naja opasnost' dlja okruzhajushhej sredy i zdorov'ja cheloveka [Municipal solid waste - a real danger for the environment and human health] // Vestnik Kostromskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kostroma State Technological University]. 2007. Iss. 15. PP. 126-128.
15. Rjabchikov R.V., Stepanov V.M. Tverdye bytovye othody kak istochnik dopolnitel'noj energii na zemle [Municipal solid waste as a source of additional energy on the Earth] // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tehnicheskie nauki [Proceedings of the Tula State University. Technical science]. 2011. Iss. 6-1. PP. 38-41.
