CC BY
56
УДК 504.054;691.175;691.175.746 DOI: 10.24412/1816-1863-2021-4-13-18
МИКРОПЛАСТИК В СОСТАВЕ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ: РАСЧЕТ ПОТЕНЦИАЛЬНО ВОЗМОЖНОГО ФРАГМЕНТИРОВАНИЯ ТВЕРДОЙ ПОЛИМЕРНОЙ УПАКОВКИ
Б. И. Кочуров, д. г. н. профессор, ведущий научный сотрудник, Институт географии Российской академии наук (ИГРАН), camertonmagazin@mail.ru, Москва, Россия, Э. А. Блинова, к. б. н, ведущий специалист-эксперт, Приокское межрегиональное управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Приокское межрегиональное управление Росприроднадзора),
eleonora.gladkova@mail.ru, Рязань, Россия
СП
s
О
О -1 S
Определен качественный и количественный состав твердой полимерной упаковки в составе твердых коммунальных отходов (ТКО). Показано, что российская семья из четырех человек образует до 9 кг в год отходов твердой полимерной упаковки, при этом 86 % приходится на перерабатываемые полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полипропилен (ПП). Отходы полистирола (ПС), потенциально опасного для здоровья человека, составляют 1/10 часть (1,2 кг в год) от всех образованных твердых полимерных отходов в семье из четырех человек. Произведен расчет количества полипропиленовых ч астиц, из которых состоит одноразовый полимерный стакан с крышкой. Установлено, что в результате потребления населением России только одного вида молочного продукта, недлительного хранения в пластиковой таре, в окружающую среду с течением времени потенциально может поступить более триллиона полипропиленовых частиц. Выбор в пользу приобретения продуктов в многоразовой таре, сортировка и передача полимерных отходов на переработку сокращает потенциальное количество микропластика в окружающей среде. Осведомленность об объемах захоронения должна повысить ответственность и вовлеченность населения в процесс сокращения количества бытовых отходов и перехода на экономику замкнутого цикла в повседневной жизни.
The qualitative and quantitative composition of solid polymer packaging in the composition of solid municipal waste (MSW) has been determined. It is showed that the average family generates up to 9 kg of solid polymer packaging waste per year. 86 % are recyclable polyethylene terephthalate (PET) and polypropylene (PP). 1/10 part (1.2 kg per year) of all generated solid polymer waste in a family of 4 people is waste of PS, potentially hazardous to human health. The calculation of the number of polypropylene particles that make up a disposable polymer cup with a lid has been making. We have established that more than a trillion plastic particles can potentially enter the environment over time as a result of consumption by the Russian population of only one type of non-durable storage dairy product in plastic containers. Choosing to purchase reusable products, sorting and recycling plastic waste reduces the potential for microplastics in the environment.
Ключевые слова: твердая полимерная упаковка, пластик, микропластик, твердые коммунальные отходы (ТКО).
Keywords: solid polymer package, plastic, microplastics, municipal solid waste (MSW).
Введение
Оценка отдаленных последствий от бесконтрольного поступления пластмасс в окружающую среду является новым направлением исследований, активно развивающимся в последние годы [1—3]. Количество отходов в РФ ежегодно увеличивается [4]. Прогрессирует обострение экологической ситуации с твердыми коммунальными отходами (далее — ТКО) урбанизированных территорий. Совершенствование городского природопользо-
вания м ожет д ать большой эффект для д о-стижения эколого-градостроительного баланса как в городе, так и на сопредельных территориях [5, 6].
В сфере обращения с отходами необходимо решить следующие задачи:
1) получение точных данных об объемах захоронения полимерных отходов;
2) уменьшение негативного воздействия на здоровье человека от использования полимерных изделий;
3) разработка эффективной системы извлечения полимерной упаковки и това-
О X LO
ров, утративших свои потребительские свойства из состава ТКО;
4) сокращение количества микропластика, производимого населением;
5) повышение мотивации населения к раздельному сбору отходов.
Полиолефины (ПЭ, ПЭВП, ПЭНП и ПП), полистирол (ПС) и полиэтилентере-фталат (ПЭТ, ПЭТГ, лавсан, майлар) — термопласты универсального применения, выпускаемые мировой промышленностью для повседневного применения в больших объемах [7].
В настоящее время в качестве решения проблемы пластикового загрязнения предложен переход на экономику замкнутого цикла и вовлечение в ресурсооборот отходов ПЭТ, ПП, ПС и др.[2].
Несовместимость полимерных материалов ведет к потере качества вторичного сырья [8]. Простая визуальная проверка и извлечение полимерных изделий из состава ТКО на начальной стадии сортировки отходов (потребителями) ускоряет процесс переработки отходов и делает его более эффективным и экономически выгодным. Однако даже ПЭТ, который легко принимается на переработку в настоящее время в основном поступает на свалки и полигоны ТБО [8]. Необходимо хотя бы сократить поступление пластика в окружающую среду, сдав на переработку то, что можно переработать.
Цель работы — определение качественного состава, массы и объема отходов твердой полимерной упаковки в составе ТКО, а также расчет количества полипропиленовых частиц, из которых состоит одноразовый полимерный стакан с крышкой.
В своем исследовании для расчета потенциально возможного фрагментирова-ния твердой полимерной упаковки до мелких частиц пластика мы использовали тару молочного продукта недлительного хранения — сметаны, часто употребляемого населением. Подобный расчет можно провести для любой стандартной полимерной тары с целью показать серьезность проблемы распространения пластикового загрязнения.
Материалы и методы
В течение года семья автора исследования (Блиновой Э. А.), состоящая из четырех человек, проводила раздельный сбор
ТКО. Отбирались и взвешивались твердые изделия кратковременного использования из термопластичных полимеров и твердая тара. Для уточнения полученных результатов взвешивание проводили с помощью двух видов высокоточных ручных электронных весов.
В соответствии с Федеральным классификационным классификатором отходов (Приказ Росприроднадзора от 22.05.2017 № 242) упаковка из разнородных полимерных материалов, загрязненная пищевыми продуктами (4 38 196 42 52 4), относится к 4 классу опасности и обращение с таким видом отходов требует л ицен-зии согласно Федеральному закону «Об отходах производства и потребления» от 24.06.1998 № 89-ФЗ.
После ополаскивания водой отходы переходят в 5 класс опасности, не требующий лицензии на обращение: 571 018 00 13 00 5 — пластмассовая незагрязненная тара, потерявшая потребительские свойства.
Сепарацию упаковки проводили по международному маркировочному знаку. ПЭВП и ПЭНП попадали в состав отходов нерегулярно, единично, зачастую использовались повторно (например, автомобильные канистры и т. п.). Эти полимеры в расчетах не участвовали. Плотность отходов принята согласно [9].
При подсчете потенциального количества полипропиленовых частиц, из которых состоит одноразовый полимерный стакан, использовали формулу площади поверхности усеченного конуса.
Результаты и их обсуждение
Определение массы и объема отходов бытовой продукции из полимерных материалов по факту образования семьей из 4-х человек
Как видно из проведенного эксперимента (таблица), на первом месте по массе образуемых полимерных отходов находятся отходы полиэтилентерефтала-та (48,3 %), затем отходы полипропилена (38,4 %). Самые легкие — отходы полистирола. Их масса составляет 13 % от общей массы образуемых полимерных отходов.
ПЭТ и ПП чаще всего попадают в состав ТКО: 86 % твердой полимерной упаковки в составе ТКО. Эти полимеры в три
Таблица
Фактическое образование отходов твердой полимерной упаковки и
семьей из 4-х человек, 2020 г. §
Образовано отходов твердой полимерной упаковки 1 месяц Всего за 1 год 1 год
кг кг т/год кг/м3
Олипропилен/РР 0,3 3,6 0,0034 0,0038
Полиэтилентерефталат/РЕТ 0,36 4,32 0,0043 0,0032
Полистирол/Р8 0,1 1,2 0,0012 0,0011
раза превосходят по массе отходы из ПС. Но, несмотря на малую плотность и легкость, отходы полистирола способны нанести большой ущерб окружающей среде и здоровью человека.
Следует уточнить, что полученные д ан-ные об образовании полимерных отходов для семьи из 4-х человек (9 кг в год перерабатываемого твердого пластика) нельзя проецировать на количество отходов для одного человека, проживающего без семьи, а также исходя из полученных данных делать прогноз для целого города. Так, например, семьи совершают покупку молочной продукции в таре большей емкостью, но реже. Человек, проживающий один, покупает продукцию в таре меньшей емкостью, но чаще.
Расчет количества мелких полипропиленовых частиц, из которых состоит одноразовый стакан с крышкой для сметаны
Нами также проведен расчет количества мелких полипропиленовых частиц, из которых состоит стандартная твердая тара для м олочных продуктов недлительного хранения. Эти частицы потенциально являются вторичным микропластиком, попадающим в окружающую среду двумя путями: 1) через полигоны/свалки ТБО; 2) напрямую — при выбрасывании использованной тары в места несанкционированного размещения отходов.
Воздействие микрочастиц, образовавшихся в результате фрагментации одноразовой тары, будет происходить постепенно и нелинейно, в зависимости от той окружающей среды, в которую попадет одноразовый пластик.
В проведенном эксперименте чаще всего в состав отходов попадала полипропиленовая тара из-под сметаны.
Площадь наиболее распространенной полипропиленовой тары с крышкой для сметаны равна сумме площадей основания и боковой поверхности усеченного конуса (2) (схема представлена на рисунке).
Так как крышка повторяет форму стакана, то для расчета ее площади используем аналогичную формулу.
¿тары ¿экв.1 + ¿экв.2,
(1)
где ¿экв.1 — площадь стакана, ¿экв.1 — площадь крышки.
¿экв. _ ¿осн + ¿бок, (2)
где ¿осн — площадь основания, ¿беж — площадь боковой поверхности усеченного конуса
¿осн п Я1 йокт ;
¿бок = пЦг + Я);
Ыо\га
Рис. Схема одноразовой полимерной тары с крышкой для молочных продуктов — сметаны
IK
О X LO
¿экв.1 n( R1 down +
+ JH |2 + (R1up - R1 down)2 (R1down + R1up)); ¿экв.2 = n(( r2 down +
+ JH2 + (R2 down - R1 up)2 (R2down + R2up)).
Возьмем полимерный стакан высотой (Н) 100 мм, нижним радиусом (R1down) 50 мм, верхним радиусом (R1up) 30 мм и крышку высотой (Н) 10 мм, нижним радиусом (R2down) 60 мм, верхним радиусом (R2up) 40 мм. Площадь такой тары равна:
¿"тары = 33 484,45 + 12 051,36 = = 45 535,81 мм2.
Предположим, что одноразовая тара фрагментировалась до частиц размером 25 мм2.
Количество таких частиц можно определить по формуле (3):
N = ¿тары . (3)
-''мкрч 25 ' '
Л^мкрч = 1821, 43 шт.
Из одного стандартного среднестатистического стакана с крышкой для сметаны вместимостью 0,5 кг и площадью 45 535,81 мм2 образуется 1821,43 шт. мелких частиц. А если предположить, что фрагментация будет продолжаться и каждая частица распадется еще на две части, то количество таких частиц увеличится вдвое, т. е. 3642,86 шт. на один одноразовый полипропиленовый стакан.
В 2019 г. в России было произведено 511 703,7 т сметаны [10]. Для расчета количества упаковочных полимерных стаканов допустим, что фасовка сметаны осуществляется в одинаковую тару, вместимостью 0,5 кг. В таком случае за год в России производится более 1 млрд штук одноразовых полимерных стаканов, а это более 1 821 430 000 000 частиц пластика. Когда и где окажутся эти частицы — пока трудно предположить, учитывая то, что на перемещение пластика оказывает влияние множество факторов. Но в результате многих исследований установлено, что каждая микрочастица несет в себе прямую или опосредованную угрозу биосфере.
Выводы и рекомендации
Данное практикоориентированное исследование по определению качественного состава, массы и объема отходов твердой полимерной упаковки в составе ТКО показывает:
1) за год в семье из 4-х человек образуется около 9 кг отходов твердой полимерной упаковки объемом 0,009 кг/м3;
2) 1/10 часть (1,2 кг в год) от всех образованных твердых полимерных отходов в семье из 4-х человек — это отходы потенциально опасного для здоровья человека ПС.
3) 86 % отходов твердого пластика приходится на ПЭТ и ПП.
Расчет количества полипропиленовых частиц, из которых состоит одноразовый полимерный стакан с крышкой, обнаруживает, что в результате потребления населением России только одного вида молочного продукта недлительного хранения в пластиковой таре, в окружающую среду с течением времени потенциально может поступить более триллиона частиц пластика. Эти частицы потенциально являются вторичным микропластиком, попадающим в окружающую среду двумя путями:
1) через полигоны/свалки ТБО;
2) напрямую — при выбрасывании использованной тары в места несанкционированного размещения отходов.
Существенно снизить объем отходов, поступающих на захоронение, можно, только повысив вовлеченность населения в процесс сортировки ТКО.
Необходимо принять меры для защиты населения от небезопасного использования изделий из ПС.
Необходимо сократить поступление пластика в окружающую среду, сдав на переработку то, что можно переработать.
Микропластик опаснее пластиковых изделий, потому что его нельзя утилизировать. Воздействие микрочастиц, образовавшихся в результате фрагментации одноразовой тары, будет происходить постепенно и нелинейно, в зависимости от той окружающей среды, в которую попадет одноразовый пластик. Но если мы утилизируем, например, полимерный стакан от сметаны, то мы предотвратим попадание в окружающую среду более 3,5 тыс. микрочастиц.
Культура быта 21 века отличается от прежнего способа ведения домашнего хозяйства, и наблюдается тенденция к изменению в сознании людей. В качестве иллюстрации можно привести сообщение, размещенное на информационном ресурсе некоммерческой организации «Рязанский экологический альянс», датированное 12 февраля 2020 года: «10 лет назад никто не знал, что батарейки нельзя выбрасывать, не было пунктов приема. Сейчас большинство населения знает, что нельзя выбрасывать батарейки».
Новая реальность заставляет делать
выбор в пользу приобретения продуктов в и
многоразовой таре, сортировки и переда- л
чи полимерных отходов на переработку. г
Только так можно сократить количество я микропластика в окружающей среде.
Статья подготовлена по темам Государственного задания № 0148-2019-0007 «Оценка физико-географических, гидрологических и биотических изменений окружающей среды и их последствий для создания основ устойчивого природопользования».
Библиографический список
1. Prata, J. C., Da Costa, J. P., Lopes, I., Duarte, A. C., Rocha-Santos, T. Environmental exposure to microplastics: An overview on possible human health effects [Воздействие микропластика на окружающую среду: обзор возможных последствий для здоровья человека] // Science of the Total Environment. — 2020. - Vol. 702. - P. 134455 doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.146094.
2. The new plastics economy // Электронный ресурс. — Режим доступа: https://www.ellenmacarthur-foundation.org/news/the-new-plastics-economy-rethinking-the-future-of-plastics-infographics, дата обращения: 14.09.2021.
3. The Science History Institute. Science Matters: The Case of Plastics // Электронный ресурс. — Режим доступа: https://www.sciencehistory.org/the-history-and-future-of-plastics, дата обращения: 14.09.2021.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 году» Министерства природных ресурсов и экологии РФ / под ред. Киселева Е. А. — Москва, 2019.
5. Ивашкина И. В., Кочуров Б. И. Урбодиагностика и сбалансированное городское природопользование: перспективные научные направления в географии // Экология урбанизированных территорий. — 2011. — № 3. — С. 6—11.
6. Ивашкина И. В., Кочуров Б. И. Урбоэкодиагностика и сбалансированное развитие Москвы. — INFRA-M, 2018. — 202 с.
7. Plastics — the facts 2019. An analysis of European plastics production, demand and waste data. Plastics Europe 2019 // Электронный ресурс. — Режим доступа: https://www.plasticseurope.org/application/ files/1115/7236/4388/FINAL_web_version_Plastics_the_facts2019_14102019.pdf, дата обращения: 14.09.2021.
8. Волкова А. В. Рынок утилизации отходов. — М.: НИУ «Высшая школа экономики». Институт «Центр развития, 2018. — 81 с.
9. Утилизация твердых отходов, том. 1 / под ред. Д. Вилсона. — М.: Стройиздат, 1985. — 336 с.
10. Рынок сметаны в России. Текущая ситуация и прогноз на 2020—2024 гг. // Электронный ресурс. — Режим доступа: URL: https://alto-group.ru/otchot/rossija, дата обращения: 01.09.2020.
11. Кочуров Б. И., Блинова Э. А. Оценка экологических последствий использования полимерных изделий // Теоретическая и прикладная экология. — 2020. — № . 4. — С. 210—215, doi: 10.25750/ 1995-4301-2020-4-210-215.
MICROPLASTIC IN THE COMPOSITION OF SOLID MUNICIPAL WASTE: CALCULATION OF THE POTENTIAL FRAGMENTATION OF SOLID POLYMER PACKAGING
B. I. Kochurov, Ph. D. (Geography), Dr. Habil, Institute of Geography Russian Academy of Sciences (IGRAS), camertonmagazin@mail.ru, Moscow region, Russia,
E. A. Blinova, Ph. D. (Biology), Priokskoe Interregional Department of the Federal Service on supervision in the field of nature management, eleonora.gladkova@mail.ru,
Ryazan, Russia 1 7
References
o
1. Prata J. C., Da Costa J. P., Lopes I., Duarte A. C., Rocha-Santos T. Environmental exposure to microplastics: An overview on possible human health effects // Science of the Total Environment. — 2020, doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.134455 [in English].
2. The new plastics economy // Eletronic resource. — URL: https://www.ellenmacarthurfoundation.org/ news/the-new-plastics-economy-rethinking-the-future-of-plastics-infographics, access data: 26.04.2020 [in English].
3. The Science History Institute. Science Matters: The Case of Plastics // Eletronic resource. — URL: https:/ /www.sciencehistory.org/the-history-and-future-of-plastics, access data: 26.04.2020 [in English].
4. State report "On the state and protection of the environment of the Russian Federation in 2018" Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation [Gosudarstvennyj doklad "O sostoyanii i ob ohrane okruzhayushchej sredy Rossijskoj Federacii v 2018 godu" Ministerstva prirodnyh resursov i ekologii RF] / Ed. E. A. Kiseleva. Moscow, 2019 // Eletronic resource. — URL: http://www.mnr.gov.ru/ docs/gosudarstvennye_doklady, access data: 26.08.2020 [in Russian].
5. Ivashkina I. V., Kochurov B. I. Urboecodiagnostics and balanced urban nature management: promising scientific directions in geography and geoecology [Urbodiagnostika i sbalansirovannoe gorodskoe prirodopol'zovanie: perspektivnye nauchnye napravleniya v geografii] // Ecological problems of urbanized areas. 2011. No. 3. P. 6—11 [in Russian].
6. Ivashkina I. V., Kochurov B. I. Urboecodiagnostics and balanced development of Moscow: Monograph. [Urboekodiagnostika i sbalansirovannoe razvitie Moskvy]. M.: INFRA-M, 2018. 202 p. [in Russian].
7. Plastics — the facts 2019. An analysis of European plastics production, demand and waste data // Eletronic resource. — URL: https://www.plasticseurope.org/application/files/1115/7236/4388/FINAL_web_ver-sion_Plastics_the_facts2019_14102019.pdf, access data 26.04.2020 [in English].
8. Volkova A. V. Waste utilization market [Rynok utilizacii othodov] // М.: NRU "High school of economics". Center of development center, 2018. 81 p. [in Russian].
9. Disposal of solid waste: monograph, vol.1 / edited by D. Wilson. M.: Stroyizdat, 1985. 336 p. [in English].
10. Sour cream market in Russia. Current situation and forecast for 2020—2024 [Rynok smetany v Rossii. Tekushchaya situaciya i prognoz na 2020—2024 gg.] // Eletronic resource. URL: https://alto-group.ru/ otchot/rossija. access data: 26.08.2020 [in Russian].
11. Kochurov B. I., Blinova E. A. Assessment of the environmental consequences of the use of polymer products [Ocenka ekologicheskih posledstvij ispol'zovaniya polimernyh izdelij] // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2020. No. 4. P. 210—215, doi: 10.25750/1995-4301-2020-4-210-215 [in Russian].
18
