1. Классификация общих отходов
Понятие отходов
Понятие отходов – собирательный термин, используемый [1] для обозначения отходов производства и потребления общества. Это:
а) остатки при переработке и обогащении сырья, не использованные в производстве материалы, побочные продукты, или
б) – уже использованные и потерявшие потребительские качества готовые изделия или продукты.
Неполная схема традиционно применяемой классификации всего многообразия отходов человеческой деятельности приведена ниже. Возможны и смешанные классификации, например, по источнику и составу и т. п. (см. cхему 1).
Заметим, что в приведённом выше определении, как и во множестве других, ничего не сказано о вовлечённых в человеческую деятельность телах некогда живых, а затем погибших или умерщвлённых живых организмов или их фрагментов – биологических отходах.
Ничего не говорится о биологических отходах и в справочном издании Реймерса Н.Ф. Отходы в словаре Реймерса Н.Ф. определяются как – «непригодное для производства данной продукции невостребованное сырьё, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества (твёрдые, жидкие и газообразные) и энергия, не подвергающиеся утилизации в данном производстве …» [35].
Между тем, так называемые биологические отходы – в экскретологии [2,5,38] отбросы— составляют заметную долю в общем массовом балансе отходов. Биологические отходы – это отходы от животноводческих хозяйств, а также научно-исследовательских институтов и различных лабораторий. Также источниками биологических отходов являются различные ветеринарии, медицинские и правоохранительные учреждения. Биологические отходы потенциально крайне опасны для человека и природы в целом. Этот вопрос подробно обсуждается в Приложении нашей книги.
Для того, чтобы включить биологическую составляющую в понятие отходов нужно приведённое в начале этого раздела определение добавить ещё один пункт. Такая редакция выполнена в пункте 3 приведённой ниже сноске *) Схемы 2. При этом отходы называются общими отходами, а их классификация производится по степени востребованности обществом.
*) – 1) непригодное для производства данной продукции невостребованное сырьё, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества (твёрдые, жидкие, газообразные) и энергия, не подвергающиеся утилизации в данном производстве;
2) произведённые человеком вещества, тела, продукты, потерявшие потребительские свойства, не пригодные для использования по прямому назначению, от которых их владелец избавляется доступными способами;
3) биологические – в том числе и медицинские отходы (биологическая часть мусорных экскретов), представляющие собой тела или фрагменты тел некогда живых организмов и другие отбросы;
**) – готовые изделия, продукты, товары, механизмы, обладающие потребительскими свойствами, от которых их владельцы или распорядители избавляются по своему усмотрению или директивно (по приказу).
В литературе, освещающей вопросы образования и использования отходов, часто употребляются термины «вторичные материальные ресурсы», «вторичное сырьё», «утильсырьё». Под этими понятиями-синонимами подразумеваются все используемые на данном этапе развития науки и техники отходы производства и отходы потребления.
Резюмируя вышесказанное, можно сказать, что отходами производства является всё то, что образуется в процессе производства или после завершения его цикла, кроме продуктов в виде энергии или веществ – предметов производства. К отходам производства относятся остатки многокомпонентного природного сырья после извлечения из него целевого продукта. К отходам производства должны быть отнесены вещества и продукты, содержащиеся в отходящих технологических газах (дымовые) или в сточных водах предприятий, использующих воду в технологических процессах. Эти газообразные и жидкие выбросы и сбросы обычно рассматриваются в рамках экологических проблем загрязнения атмосферного воздуха и водного бассейна Земли и их охраны.
При изучении процессов загрязнения отходами природных сред целесообразно [2,5] всё неисчерпаемое многообразие отходов по характеру их использования обществом условно свести к двум (см. схему 2 и схему 3) – востребованным и невостребованным.
Востребованные отходы используются в качестве сырья для других производств, невостребованные – удаляются, уничтожаются или отправляются на свалки или мусорные полигоны. Всё многообразие невостребованных отходов условно подразделяется на мусорные и квазимусорные экскреты. Их определения приведены выше в сноске к cхеме 2.
Подразделение невостребованных отходов на категории мусорных и квазимусорных экскретов [2] позволяет выделить и привлечь внимание общества к стремительно возрастающему количеству готовых товаров – работоспособных и функционально исправных изделий и механизмов, а также продуктов питания, отправляемых на свалки или уничтожаемых другими способами. Подробно эта тема обсуждается в наших работах [2, 5].
Мусорные экскреты, являющиеся обобщёнными отходами, могут быть определены как разнофазные (твёрдые, жидкие,
газообразные) побочные продукты производственных процессов и потерявшие потребительские свойства изделия и вещества, от которых их владельцы освобождаются доступными средствами. Такое разделение отходов человеческой деятельности получило наибольшее распространение в настоящее время. Выше приведена Схема 3 разделения общих отходов на отдельные группы в зависимости от фазового состояния их вещества.
В периодических изданиях [8-14] отмечается, что рост количества отходов в России за последнее десятилетие превысил темпы роста промышленного производства. Ежегодно в стране образуются миллиарды тонн отходов, из них около половины вывозятся в места временного захоронения в качестве мусора – в основном пластикового.
В структуре образующихся к началу XXI века полимерных отходов 34 % составляли отходы из полиэтилена, 20,4 % – из ПЭТФ, 17 %-из ламинированной бумаги, 13,6 % – из ПВХ, 7,6 %– из полистирола, 7,4 % – из полипропилена. Наибольшим уровнем сбора и переработки характеризуются отходы из полиэтилена – 20 %, отходы полистирола перерабатываются на 12 %, ПВХ – на 10 %, полипропилена – на 17 %, ПТЭФ – на 12 %. Отходы из ламинированной бумаги практически не собираются и не перерабатываются.
К важнейшим промышленным отходам также добавляются огромные количества отходов бумажной индустрии (обрезки и поврежденные бумажные рулоны), органические отходы (деревянные обрезки и опилки, органический шлам, осадки), отходы производства сахара и т. д.
Не следует также забывать огромные количества коммунальных и бытовых отходов, которые генерируются каждый день и всё ещё содержат ценные материалы. Однако все эти вышеперечисленные отходы часто либо не утилизируются, либо их просто невозможно утилизировать, и они в качестве мусора отправляются на сжигание или на свалку.
Состав отходов
Ежегодно в городах и поселках России, по скромным оценкам, образуются десятки миллионов тонн бытовых отходов [41–43,52]. На работах со сбором, вывозом, размещением и утилизацией, а также с уничтожением этого невообразимо огромного количества мусора трудятся десятки тысяч работников. Мусорные полигоны и свалки постоянно пополняются вышедшими из обращения и потерявшими потребительские свойства изделиями, веществами, продуктами.
Все их описать невозможно, однако эти объекты можно систематизировать по признакам и классам и осмыслить что и сколько ненужных объектов возникает в процессе человеческой деятельности.
Отметим, что увеличение разнообразия товаров народного потребления в последние десятилетия способствовало усложнению состава твёрдых бытовых отходов (ТБО), в частности, насыщение их новыми полимерными материалами. Они обладают высокой сопротивляемостью (резистентностью) к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, весьма удобны и красивы, но быстро выходят из моды, попадая на свалки.
При рассмотрении всего комплекса проблем, связанных со сбором, транспортировкой, обезвреживанием и утилизацией ТБО, в первую очередь ставится вопрос о составе и свойствах этих объектов. Если для решения вопроса сбора и транспортировки ТБО достаточно информации об их влажности и плотности, то при выборе метода и технологии обезвреживания и последующей утилизации необходимо получить полную информацию о составном и элементном составе и свойствах мусора, в том числе теплотехнических, а также о содержании в нём органического вещества, удобрительных элементов и т. п.
ТБО по составу подразделяются на следующие основные компоненты [52]:
бумагу, картон;
пищевые отходы;
древесина;
металл (чёрный и цветной);
текстиль;
кости; стекло;
кожу, резину;
камни;
полимерные материалы;
прочие (неклассифицируемые фракции);
отсев менее 15 мм.
По единой методике, принятой Европейскими странами, в этот список иногда добавляется компонент "садовые отходы" [41]. Процентный массовый состав отходов для разных климатических зон приводится в таблице 1.
При решении вопроса о целесообразности использования утильных компонентов ТБО проводят более подробный анализ состава отходов, дифференцируя бумагу на: условно чистую (утильную) и загрязнённую;
– металл на изделия из железа и жесть (консервные банки);
– пластмассу – на упаковочную и изделия из пластиков.
Таблица 1
Анализ сезонных изменений состава ТБО показывает увеличение в них содержания пищевых отходов с 20…25 % весной до 40…55 % осенью. Это, очевидно, связано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания (особенно в городах южной зоны). Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смёта) с 20 до 7 % в городах южной зоны и с 11 до 5 % в средней зоне.
Ориентировочный состав пищевых отходов представлен в таблице 2.
Таблица 2
Органический состав пищевых отходов (% общей массы) представлен в таблице 3.
Таблица 3
На соотношении составляющих бытовых отходов весьма значительное влияние оказывает ряд факторов: степень благоустройства жилого фонда, сезоны года, вид топлива, наличие и развитие промышленности, разнообразие общественного питания, снабжение торговли. Особенно заметны различия в содержании пищевых, отходов, стекла, металла и отсева.
Химический состав отходов является важной характеристикой ТБО. Качество получаемого в процессе переработки ТБО органического удобрения или биотоплива зависит от физического и химического состава исходных компонентов. В таблицах 4 и 5 по данным работы [41] приведены такие характеристики для разных климатических зон.
Таблица 4
Таблица 5
В отходах многих городов значительную часть (от 10 до 25 %) составляют мелкие фракции мусора, проходящие сквозь сито с ячейками размером 16 мм (земля, зола, пищевые крошки) плотностью до 800 кг/м3. Особую группу в составе твёрдых бытовых отходов занимают крупногабаритные отходы, к которым относят старую мебель, холодильники, громоздкие столы и стенки и т. п. Перед их вывозом и утилизацией необходима предварительная обработка.
Отмечается некоторая разница в составе отходов разных городов нашей страны и других стран. Данные среднегодового морфологического состава твёрдых бытовых отходов по отдельным городам России и отдельным странам Мира могут существенно отличаться. Так, содержание бумаги и картона изменяется от 18,1 до 30 %, а пищевых отходов от 28 до 45 %. Существенные различия наблюдаются и в содержании в мусоре металла и стекла, что соответственно составляет (2,2–7,4)% и (2,7-13,1)%. Эти данные представлены в таблицах 6, 7 и 8.
Таблица 6
Таблица 7
Таблица 8
Анализ этих таблиц показывает, что состав отходов, образующихся в городах России, может значительно отличаться от состава ТБО, приведённых зарубежных стран.
Изменение состава отходов на рубеже веков
Процессы ускоренного развития человеческого общества проявляются не только в появлении новой техники и в освоении человеком фантастических и грандиозных проектов, но и в создании неведомых ранее мусорных объектов. Изобретение полимерных материалов, освоение околоземного космического пространства, внедрение нанотехнологий и композитных материалов в технические и медицинские разработки привели к заметному изменению состава «мусорной корзины». Состав отходов заметно меняется не только от века к веку, но и от десятилетия к десятилетию.
При изучении современных бытовых отходов у исследователей создается впечатление, что они состоят в основном из полимерной упаковки, бумаги и картона. На самом деле это не так, но этот эффект объясняется относительно большими объёмами и малой плотностью (20–70 кг/м2) отходов 21-го века по сравнению с отходами века предыдущего. Полиэтиленовая плёнка, бумага и картон, повсеместно используемые как упаковочные материалы, создают большие проблемы при уборке, раздельном сборе, транспортировке и утилизации современного мусора. Эти компоненты составляют от 25 до 40 % от массы ТБО. Значительную часть современных бытовых отходов (25–35 %) составляют пищевые отходы. Они имеют высокую плотность (около 500 кг/м3) и характеризуются значительной влажностью (70–92 %).
Для сравнения в качестве примера в таблице 9 приведены данные об изменении состава отходов г. Москвы в период с 1928 по 1999 годы.
Таблица 9
Надо иметь в виду, что в общем случае на состав бытовых отходов влияют такие факторы, как климатическая зона, степень благоустройства жилищного фонда (наличие мусоропроводов, газа, водопровода, канализации, системы отопления), этажность, вид топлива при местном отоплении, развитие общественного питания, культура торговли и, что не менее важно, образ жизни и степень благосостояния населения [43].
До 1990 года, в зависимости от климатической зоны, в СССР классифицировался следующий морфологический состав ТБО (таблица 10)
Таблица 10
При проведении подобных исследований содержимое контейнеров были разделено на следующие компоненты:
– органические – сюда были включены пищевые отходы, опавшие листья, скошенная трава;
– макулатура – бумага и картон, включая упаковку;
– пластмасса – все полимеры высокой и низкой плотности, т. е пластик, пластмасса, целлофан и т. д.;
– металл – все цветные и чёрный металлы;
– текстиль – все текстильные изделия, включая искусственные;
– стекло – все изделия, состоящие полностью из стекла;
– строительные – отходы после ремонта, сноса жилых зданий, исключая пластмассу, стекло, металл, макулатуру;
– биологические – трупы и части тел домашних животных;
– опасные – отходы, содержащие токсичные вещества, такие как ртутные лампы, градусники и т. д.;
– резина – резиновые изделия; вымет уличный, отходы, образовавшиеся при уборке полотна дороги и публичных мест;
– дерево – деревянные изделия, утратившие свои потребительские свойства.
Через два десятилетия измерения показали другие значения компонентов свалки (Таблица 11).
Таблица 11
Из сопоставления данных этих таблиц видно, что основную часть ТБО по массе на исследуемых участках составили органические отходы.
До 1990 года в СССР средняя плотность ТБО по благоустроенным жилым и общественным зданиям для городов с населением более 100 тыс. человек принималась за 190 кг/м3, а по неблагоустроенным жилым домам за 300 кг/м3, т. е. усредненная плотность составляла 245 кг/м3.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что морфологический состав ТБО претерпел значительные изменения в следующих компонентах:
• увеличилась органическая часть отходов и пластмасс;
• уменьшились в части содержания в ТБО компоненты макулатуры (бумага, картон);
• усредненная плотность ТБО уменьшилась почти на 100 кг/ м3. Эта информация должна учитываться предприятиями, занимающимися сбором, вывозом и размещением отходов.
Заметные изменения состава ТБО наблюдаются (Таблица 12) в России после 1993 года [40–43]. Изменился состав пищевых отходов в крупных городах, что связано с изменением качества продуктов питания.
Таблица 12
В последние годы на свалках увеличивается относительное содержание бумаги, полимерных материалов. С переходом на централизованное теплоснабжение в крупных городах резко сократилось (практически до нуля) содержание в ТБО угля и шлака.
Если до 1991 года основную массу пищевых отходов составляли картофель, капуста и их очистки (до 70 %), и только 10 % составляли отходы и очистки фруктов (причём только летом и осенью), то теперь, в связи со значительным улучшением условий их хранения, резко сократилось содержание картофельных очистков. При этом резко возросло содержание очистков фруктов, причём, в основном, экзотических – апельсинов, ананасов и бананов. Эта закономерность теперь наблюдается во все сезоны года.
Значительно выросло содержание в отходах цветных металлов за счёт появления алюминиевых банок из-под пива и воды, а также относительно лёгкого электронного мусора. После 1992 года резко возросло содержание пластмассовых упаковочных материалов, в том числе пластиковых бутылок из-под напитков. При уменьшении относительной массы полимерного мусора наблюдается заметное увеличение количества пластиковых изделий. Этот феномен объясняется резким ростом в контрольном объёме лёгких упаковочных материалов и увеличением количества малогабаритных изделий из полимеров. При этом общее соотношение содержания легкоразлагаемой органики (пищевых отходов) к общей массе ТБО практически не изменилось.
Фракционный состав ТБО (процентное содержание массы компонентов, проходящих через сита с ячейками различного размера) оказывает влияние как на технологию и организацию сбора и транспорта, так и на параметры оборудования мусороперерабатывающих заводов.
В таблице 13 приведён фракционный состав ТБО, дающий более полную информацию о свойствах компонентных материалов [41].
Таблица 13
В таблицу не вошли данные о крупногабаритных отходах (старая мебель, холодильники, стиральные машины, обрезки деревьев, крупная упаковочная тара), т. е. о ТБО, не вмещающихся в стандартные (0,75 м3) контейнеры и собираемых отдельно.
Фракционный состав ТБО, как и морфологический, несколько меняется по сезонам года и отличается в разных климатических зонах.
Элементный химический состав отходов характеризует качество получаемого в процессе переработки ТБО органического удобрения или биотоплива. Оно зависит от химического состава исходных отходов (таблица 14) [41].
Таблица 14
В таблице представлены усредненные данные по плотности, влажности и зольности (в пересчёте на сухое вещество) компонентов ТБО.
Всё более важным компонентом «мусорной корзины» нашего современника становятся, так называемые, квазимусорные экскреты (квазимусор) [2, 5, 38]. Это вещи, предметы быта и продукты, обладающие потребительскими качествами, от которых их хозяин из-за собственной прихоти или определённых предпочтений избавляется доступными способами.
Квазимусора становится всё больше и больше, и он при таких темпах вскоре может обогнать на свалках относительное количество обычного мусора. В литературных источниках [45] отмечается массовое появление отдельных групп или сообществ, одевающихся и кормящихся «со свалки». Как правило, это молодые нигде не работающие люди, паразитирующие на своих национальных обществах избыточного производства и потребления. Это не бомжи и не больные люди. Это фриганы [45]. Для обычного человека помойка – это скопление мусора, отбросов, куда выкидывают ненужный хлам и испорченные продукты. Место это кажется настолько неприятным и малопривлекательным, что мало кому придёт в голову брать с помойки какие-то вещи, а уж тем более искать там еду. У нас считается, что это удел совсем опустившихся людей: бомжей, алкоголиков, нищих изгоев. За рубежом – иначе…
Эта мода началась в Америке в конце XX века, где в последние годы всё больше молодых и успешных людей, которые имеют высокооплачиваемую работу и хорошее жильё, отправляются за продуктами для ужина не в ближайший супермаркет, а на помойку. Вот только делают это они не от бедности, а, так сказать, по идейным соображениям.
По подсчётам специалистов, от 27 до 50 % продуктов питания, которые поступают в продажу в США, так и не доходят до потребителя и попадают на помойку, а затем на свалку. Причём очень часто эти продукты не просрочены, а вполне пригодны в пищу. Например, если в большой партии помидоров, поступивших в контейнере, несколько плодов оказываются испорченными, то в помойку отправляются вся партия. Выкинуть контейнер для компании дешевле, чем нанять человека, который будет сортировать овощи. Наша страна «догоняет» западный мир в этом безумном соревновании.
Между тем, квазимусор трудно поддаётся учёту и контролю из-за специфики этого объекта, так как ещё много людей забирают этот продукт на всех этапах его пути от дворовой мусорки до свалки. В конечном счёте до исследователей доходят конечные массы и продукты, не имеющие представительной научной ценности.
Для более достоверного определения состава бытовых отходов исследования необходимо равномерно и равнозначно проводить не только во все времена года – зимой, весной, летом, осенью, но и на протяжении всего дня. Важно при проведении экскретологических исследовательских работ препятствовать до проведения испытательной процедуры доступу к контейнерам посторонних лиц.
Исследования составов отходов следует проводить не реже раза в 5 лет [42].