История развития технологий в сфере обращения с ТКО

Несмотря на стремительное развитие технологий во многих сферах жизни, где-то мы все еще используем те же методы, что и наши предки, актуализировав и преобразовав их под современность. Обращение с отходами – не исключение. Захоронение отходов, сжигание – все это существует сейчас и существовало много сотен лет назад. Но насколько сильно современные полигоны похожи на первые общественные свалки? И так ли опасны мусоросжигательные заводы в 21 веке, как это было в 19? Невский экологический оператор начинает публикацию серии материалов о том, как менялись и трансформировались технологии обращения с отходами с течением времени и прогресса. Сегодня речь пойдет о захоронении и сжигании отходов, в следующий раз мы расскажем о сортировке и переработке отходов.

Захоронение и сжигание отходов – одни из самых первых способов утилизации мусора, которыми пользовались люди, во многих культурах эти два метода развивались параллельно друг другу и использовались наравне. Говорить о каких-либо технологических особенностях на самых ранних этапах развития истории не приходится, во многом, потому что утилизация отходов долгое время не была проблемой общественной, массовой, это была персональная задача каждого домовладения. Технологии были простыми: все, что можно использовать повторно – использовали, органику либо скармливали скоту, либо утилизировали в компостные ямы, дерево – сжигали на дрова.

Захоронение отходов

Захоронение отходов – пожалуй, один из методов обращения с отходами, который претерпел наибольшие изменения. Захоронение в древности и сейчас – два кардинально разных метода, хоть и имеют под собой общую основу. Ключевое отличие кроется в оборудовании самой свалки (полигона): раньше использовали индивидуальные выгребные ямы или общие свалки, где все отходы вываливались на «голую» землю, без какой-либо защиты, о необходимости каким-то образом оборудовать подобные свалки речи не шло. Сегодня же используются совершенно иные технологии, в частности, захоронение на полигонах, оборудованных таким образом, чтобы сами отходы или продукты их разложения не контактировали с почвой, водой. Но обо всем по порядку.

До определенного момента вопрос опасности использования выгребных ям, да и просто вопрос опасности самого мусора, стоял не очень остро. Во-первых, отходов было не очень много, во-вторых, люди по большей части жили в деревнях и почти все отходы сжигались или утилизировать иным способом. Рост городов изменил ситуацию, мусора стало много, его стали выбрасывать прямо на улицах. В результате гниющий мусор (а это была в основном органика, так как пластика не существовало, а ценные отходы использовали повторно – металл переплавляли, ткани перешивали и т.д.) не только загрязнял воздух и воду, но и становился приманкой для полчищ крыс. Крысы в свою очередь переносили различные опасные для человека заболевания, что в итоге привело к печально известным последствиям в виде эпидемий.

Одна из крупнейших древних свалок сохранилась до сих пор – это холм Монте-Тестаччо в Риме. Холм полностью состоит из разбитых амфор. Отличный пример того, как отходы могут пережить десятки и даже сотни лет.

Несмотря на то, что человек достаточно быстро понял необходимость устраивать выгребную яму подальше от жилища, вопрос о централизованном создании общественных свалок встал только тогда, когда связь между мусором и болезнями стала очевидна. И произошло это не так давно с исторической точки зрения – в Эпоху Возрождения. Интересно отметить, что примерно в этот же период в европейских городах активно стали мостить улицы – это делалось, в том числе для того, чтобы горожане не пробирались по смеси из грязи и гниющей органики, принося все это на обуви в свой дом. Несмотря на то, что мусор «перекочевал» с городских улиц за город, сам принцип не поменялся – отходы просто выбрасывали на землю или, в лучшем случае, бросали в специально выкопанную яму, после переполнения яму просто засыпали землей, чтобы исключить неприятный запах – это и были все технологии утилизации, которые использовал человек. Нередки были случаи, когда жидкие отходы сливались в воду. Не стоит забывать и про то, что в Средние века в отходы шел не только сам мусор, но также экскременты и трупы животных.

В 1859 году в Лондоне начали создавать канализацию, и произошло это не без «помощи» отходов. Дело в том, что лето 1958 года выдалось крайне жарким, река Темза вышла из берегов и все отходы, которые на протяжении долгих лет сливались в нее, вылились на городские улицы. На фоне жаркой погоды запах стоял просто ужасающий, река зацвела, началась эпидемия холера. Это лето вошло в историю, как «Великое зловоние» и стало одной из множества причин открытия канализации.

Здесь стоит отметить, что одна из главных проблем такого способа утилизации, как открытое захоронение на необорудованных свалках – это загрязнение воздуха продуктами брожения и гниения органических отходов, а также заражение почвы и сточных вод ими же. С развитием прогресса и индустриализацией к проблеме гниющей органики добавилась и проблема разложения токсичных отходов, например, пластика, автомобильных покрышек и т.д.

Забавно, что само по себе гниение процесс для природы скорее положительный – все мы помним, как наши бабушки удобряли грядки органическими отходами, аналогичные процессы проходят и в дикой природе. При промышленной переработке из органики можно получить удобрения, биодобавки, газ для получения энергии. Однако следует понимать, что возможно это только при грамотном подходе к переработке, а не в тех случаях, когда бессистемно и без всякой обработки гниют тонны органических отходов, собранные в одном месте. А ведь именно такими и были свалки на протяжении сотен лет.

Несмотря на то, что связь между неприятным запахом от свалок и эпидемиями была установлена (благодаря врачам-гигиенистами), к проблеме захоронения всерьез вернулись только в XX веке, когда существенно изменился состав мусора в связи с появлением пластика, синтетики и других соединений, которые либо не подлежат разложению вообще, либо в процессе разложения отравляют почву, воздух и воду так, как этого никогда не сделала бы органика.

Главная проблема свалок – свалочный фильтрат. Фильтрат – это жидкость, которая образуется в месте захоронения отходов и затем, если нет защиты, попадает в почву и грунтовые воды. Фильтрат образуется из нескольких источников: это сами жидкости, поступающие с мусором, жидкие продукты разложения органики (вот почему так важно при раздельном сборе отделять мокрые отходы), а также вода, которая образуется при прохождении капель дождя или снега через мусорные массы. В своем составе фильтрат имеет массу как органических, так и неорганических соединений, часть из которых – ртуть, аммиак, нефтепродукты, пестициды – ядовиты и опасны для природы и человека. В жаркое время фильтрат не только отравляет воду, но и испаряется, отравляя воздух. Фильтрат может содержать до нескольких грамм хлора и аммиака на один литр, минерализация достигает десятков грамм на литр, кроме того, в фильтрате содержатся тяжёлые металлы (кадмий, цинк, хром, свинец и др.)

Именно необходимость борьбы с фильтратом в итоге привела к тому, что привычные на протяжении веков свалки (обычные мусорные кучи, присыпанные землей) трансформировались в современные полигоны, а в новейшей истории -  в карты размещения отходов. Первым этапом трансформации стали попытки защитить почву: дно полигона стали заливать бетоном, чтобы отходы не контактировали с землей. Затем начали появляться различные технические приспособления, предназначенные для отведения и/или очистки фильтрата. Сами полигоны стали делиться на разновидности - опасные отходы стали захоранивать отдельно, на таких свалках использовалась дополнительная защита, исключающая попадание ядовитых веществ в окружающую среду. Появились закрытые полигоны, исключающие любой контакт с воздухом.

Что собой представляет современный полигон или, если точнее, карта для размещения отходов? Как правило она входит в состав мусороперерабатывающего завода и служит, преимущественно для размещения тех отходов, которые пока, к сожалению, не подлежат переработке в связи с отсутствием технологий. На дне вырытого котлована устанавливается специальный противофильтрационный экран, исключающий попадание фильтрата в почву. Экраны бывают разными, но наиболее эффективными считаются многослойные, состоящие из геомембраны, глины, гравийной смени, геотекстиля и других защитных слоев. Основная составляющая защиты, безусловно, геомембрана - непроницаемый материал, препятствующий просачиванию свалочного фильтрата в почву. Первое время использовались мембраны из глинистых материалов, однако они быстро показали свою неэффективность, сегодня для геомембраны используют, преимущественно, геосинтетику. Геотекстиль выполняет фильтрующую и разделительную функции. Дополняется все это системами контроля состояния грунта, а также различными очистными сооружениями, системами дегазации и отвода фильтрата. Безусловно, наполнение и организация современной карты размещения отходов могут быть разные, однако объединяет их одно – контакт с почвой исключен.

Однако, даже несмотря на то, что современные свалки совсем не похожи на то, чем они были еще 200 лет назад, минусов у такой технологии все же больше, чем плюсов. Главный минус классического захоронения в том, что мусор при таком способе никак не сортируется, не подвергается никакой обработке, из него не извлекают вторичное сырье. Также следует понимать, что большая часть действующих полигонов – это полигоны старого образца, не имеющие тех степеней защиты, о которых мы рассказали раньше, в результате чего отходы контактируют и с почвой, и с воздухом, нанося вред окружающей среде. Еще один минус захоронения отходов в том, что свалки занимают огромное количество места, а территории вокруг городов не безграничны.

Впрочем, именно стремительно растущее число и площадь свалок в свое время стали причиной развития еще одной базовой технологии обращения с отходами – сжигания.

Сжигание отходов

Важным этапом в развитии технологий стал переход к сжиганию. Безусловно, отходы сжигали и ранее, иногда даже поджигали свалки, но никогда не делали это массово и централизовано. Переход к сжиганию произошел тогда, когда стало очевидно, что место под свалки вокруг городов заканчивается, мусорщики просто не справляются с растущим числом отходов, свалки переполнены. Первый завод по мусоросжиганию в его классическом понимании появился в Англии в 1874 году в Ноттингеме, там же появилась и первая паровая установка, использующая мусор в качестве топлива. До этого использовались лишь небольшие локальные мусоросжигательные установки на мануфактурах и, конечно же, печи дома. В дальнейшем мусороперерабатывающие заводы стали совмещать с тепловыми электростанциями и первыми это стали делать также англичане.

Успех первых установок и заводов для промышленного сжигания мусора вдохновлял – это позволяло разом уничтожить до 90% всех отходов (стоит помнить, что тогда еще не существовало пластика, большая часть отходов легко сжигались). Практика распространилась из Англии по всей Европе (во Франции построили первый завод в 1893 году) и в Америку (там первый завод появился в 1980 году). Интересно отметить, что в Америке вплоть до современности популярными были скорее не полноценные заводы, а локальные мусоросжигательные установки, которые могли быть оборудованы непосредственно в многоквартирном доме и использовались для его отопления.

Впрочем, мусоросжигание, несмотря на свои очевидные плюсы, часто подвергалось нападкам, а внедрение заводов проходило по всему миру не равномерно – в некоторых странах, например, в России, мусоросжигание до сих пор не пользуется большой популярностью. Прежде всего люди жаловались на едкий дым, который образуется в процессе сжигания отходов и копоть. Именно из-за этого от мусоросжигательных установок в многоквартирных домах в Америке быстро отказались – дым проникал в квартиры и отравлял людей. Протесты проходили в Англии, Франции, при этом во Франции протестовали местные агрономы, которые были против того, чтобы органику, которую можно было использовать на полях, сжигали в печи. Англичанам же не нравилось соседство с едким черным дымом.

В современном мире сжигание отходов достаточно распространено несмотря на то, что споры вокруг безопасности технологии не утихают. Работают подобные заводы даже в тех странах, где процент раздельного сбора очень высок, например, в Скандинавии. А вот полигонное захоронение там запрещено. Однако следует понимать, что далеко не всегда выбор в пользу сжигания продиктован экологическими причинами. Полигоны, какими бы современными и безопасными они ни были, занимают очень много места. Именно поэтому маленькие и богатые страны (а сжигание стоит дороже захоронения) делают свой выбор в пользу мусоросжигательных заводов.

Как и в случае с захоронением, главная проблема сжигания на его первом этапе была в том, что отсутствовала какая-либо сортировка и защита. Мусор сжигали массово, не было никакой предварительной подготовки или, например, измельчения, вместе с отходами в печь попадал и пепел из домашних печей. Кроме того, в самые первые устройства для сжигания добавляли уголь или мазут, которые должны были обеспечить равномерное прогорание отходов. От практики добавления мазута отказались после изобретения печи с грилем (колосниковой решеткой) в 1930 году, которая позволила не только повысить эффективность мусоросжигания и сократить количество несгораемых остатков, но и снизила себестоимость. Появление новой технологии дало толчок появлению еще большего числа мусоросжигательных заводов. Достаточно быстро люди пришли к мысли о том, что отходы перед сжиганием надо обрабатывать. В 1896 году во Франции начинают предварительно измельчать мусор перед сжиганием. С появлением пластика, синтетики и других вредных веществ начинают ужесточаться правила - перед сжиганием мусор подвергается сортировке.

Главная опасность мусоросжигания – выброс в атмосферу множество вредных веществ, которые засоряют воздух пылью, тяжелыми металлами, диоксинами, соединениями соляной кислоты, окислами азота и двуокисью серы. Это проблема, которую необходимо было решить. Первая примитивная система очистки дымовых газов появилась в Швейцарии в 40-ых, она была основана на использовании угля, как сорбента. Существенный прорыв в вопросе снижения вреда от выбросов произошел с изобретением технологии нейтрализации диоксинов (диоксины – вещества, образующиеся при горении синтетического мусора, они очень токсичны и не выводятся из организма). Отходы сжигали при высоких температурах в 850°C, а выделявшийся CO2 гасили известью. После активированный уголь абсорбировал все ядовитые элементы, вроде тяжелых металлов, и нейтрализовал действие кислот. Еще через некоторое время ученые выяснили, что использование температур порядка 1250°C может полностью нейтрализовать токсины.

В России мусоросжигание не прижилось. В Советском Союзе были предприняты попытки массово сжигать отходы, было построено несколько заводов, первый в 1972 году, однако на этих заводах не использовались современные технологии по очистке газов, заводы представляли собой достаточно опасные предприятия и вскоре были закрыты.

Сегодня на современных мусороперерабатывающих заводах применяется разные технологии, в том числе, пиролиз - термическое разложение отходов во вращающейся барабанной печи в бескислородной среде или при низком содержании кислорода. Тем не менее, даже самые современные системы очистки не позволяют избежать вредного воздействия на окружающую среду, именно поэтому мусор перед сжиганием необходимо обязательно сортировать, убирая из него негорючие фракции, а также компоненты, подверженные гниению.

Вопрос целесообразности мусоросжигания остается дискуссионным. Среди плюсов такого метода можно назвать быструю утилизацию больших объемов отходов, возможность получения тепловой и электроэнергии, безусловно более низкий уровень загрязнения окружающей среды в сравнении с захоронением, экономия на транспортных и логистических расходах (современная система фильтрации позволяет размещать мусоросжигательные заводы в непосредственной близости с городами), отсутствие запаха, шума, фильтрата. Однако немало и минусов, прежде всего, это загрязнение окружающей среды диоксинами и возможные долгосрочные проблемы для экологии и здоровья человека. Зола, хоть и выделяется в небольшом количестве, также может нанести вред здоровью человека, если ее неправильно обезвредить (зола содержит ряд ядов и тяжелых металлов). Кроме того, мусоросжигание и строительство соответствующих производств само по себе достаточно дорогой метод обращения с отходами.

В современной России технология сжигания не пользуется популярностью. С началом реформы обращения с отходами многие региональные операторы, в том числе, Невский экологический оператор, приняли решение полностью отказаться от мусоросжигания и отдали предпочтение более современным методам, прежде всего, сортировке и переработке отходов для их дальнейшего вторичного использования.

Захоронение и сжигание – два древнейших способа обращения с отходами, которые за сотни лет своего существования претерпели существенные изменения. Технологии стали безопаснее, вред окружающей вреде и человеку снизился, однако даже самые современные полигоны и мусоросжигающие заводы не могут гарантировать полную безопасность. Единственный способ снизить до возможного минимума последствия – сортировка отходов и вторичное использование. Об этом читайте в нашем следующем материале.

Все новости