Касимов А.М. и др. Современные проблемы и решения в системе управления опасными отходами

Подождите немного. Документ загружается.

- 31 -

ВВЕДЕНИЕ

Ресурсы природы и их устойчивое потребление – ключевой вопрос

обеспечения устойчивого развития общества и государства. Недостаток

природных ресурсов при растущем населении Земли привел к осознанию

необходимости устойчивого развития. Устойчивое потребление ресурсов – это

обеспечение уровня их потребления, соответствующего природно-ресурсному

потенциалу территории и обеспечение равного доступа к ресурсам будущих

поколений.

Как показывают проведенные рядом исследователей расчеты, устойчивое

потребление может привести к необходимости некоторого сокращения уровня

потребления в развитых странах без снижения и даже при росте качества жизни.

Деятельность человека связана с появлением огромного количества

разнообразных промышленных и твердых бытовых отходов (ПО и ТБО,

соответственно). Способность общества организовать переработку

генерируемых им отходов и тем самым сократить потребление природных

ресурсов является одним из ведущих показателей его устойчивости.

В последние десятилетия в мире продолжается резкий рост потребления,

начавшийся в середине прошлого века. Это привело к существенному

увеличению объемов образования ПО и ТБО. Для всех отраслей народного

хозяйства особую значимость приобретает использование ценных компонентов,

входящих в их состав.

Промышленно развитые страны пытаются решить проблему всех видов

отходов, используя комплексные рычаги воздействия, включающие

законодательное регулирование и создание системы экологических нормативов,

поддерживая «зеленые технологии» с помощью системы грантов и снижения

налогов, а также привлекая к решению технологических задач разработчиков

передовых малоотходных технологий.

В связи с тем, что сфера обращения с отходами производства и

потребления охватывает чрезвычайно широкий комплекс проблем и требует

соответствующей профессиональной подготовки, в высших учебных заведениях

рекомендуется введение новой дисциплины – «Комплексные системы

управления отходами». С учетом ее основополагающих принципов, авторами

данной работы разработана общая программа.

Она включает разделы: физико-химические механизмы, источники

образования и классификация отходов; отходы как вторичные материальные

ресурсы; понятия токсичных и опасных отходов; системы и методы

комплексного управления отходами; стратегия обращения с ними; технологии и

оборудование для сбора, транспортировки, подготовки, утилизации и

обезвреживания; особенности работы с опасными (ОпО), токсичными (ТО) и

радиоактивными отходами (РАО); Базельская конвенция по контролю за

трансграничным перемещением опасных отходов; системы мониторинга

отходов; эколого-экономические аспекты комплексного управления отходами в

различных отраслях экономики; правовые аспекты переработки и утилизации

отходов; малоотходные технологии в различных отраслях экономики.

- 32 -

РАЗДЕЛ 1

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ ОБЩЕСТВА И

ПРОБЛЕМЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

1.1. Управление отходами производства и потребления

Проблема устойчивого потребления ресурсов плотно связана с

проблемой роста производства отходов, т.е. производства их с такой

интенсивностью, при которой объем поступления отходов не превышает

возможности их переработки или сорбции. Устойчивое потребление

ресурсов связано с удовлетворением потребностей человека, в том числе с

их экологизацией, установлением соответствия между уровнем

потребления и природно-ресурсным потенциалом территории.

К природным ресурсам относятся находящиеся в окружающей

природной среде (ОПС) средства существования людей, не созданные их

трудом (вода, почва, растения, животные, минералы). Их делят на

исчерпаемые и неисчерпаемые. К исчерпаемым ресурсам принадлежат

невозобновляемые, относительно возобновляемые и возобновляемые.

Невозобновляемые ресурсы не восстанавливаются или

восстанавливаются медленнее, чем используются человеком. Это –

полезные ископаемые, в т.ч. используемые для строительства и

эксплуатации зданий и сооружений. Относительно возобновляемые

ресурсы – это почва, леса и т.п.

Возобновляемые – сельскохозяйственная растительность, животный

мир, ряд минеральных ресурсов, восстанавливающихся с различной

скоростью. Чтобы быть возобновляемыми, эти ресурсы должны

расходоваться не быстрее их восстановления. Так, для восстановления леса

требуется 50-60 лет, популяции животных – 5-10 лет.

Неисчерпаемыми принято считать космические (солнечная

радиация, энергия морских приливов и отливов), климатические

(атмосферный воздух, энергия ветра, осадки), водные ресурсы (запасы

воды на Земле). Однако вода и атмосферный воздух неисчерпаемы только

количественно, а качественно – исчерпаемы.

Добываемые ресурсы используют, после чего значительная их часть

(до 95% добытого объема) поступает в виде загрязнений в ОПС. По мере

сокращения ресурсов они становятся все беднее, и их все труднее

добывать.

Составляя по массе исключительно малую часть живого вещества

Земли (тысячные доли процента), человек выбрасывает в ОПС отходы в

объеме, многократно превышающем все отходы биосферы. Объем отходов

удваивается каждые 15 лет.

Отходы человеческой деятельности, в отличие от биосферных, не

- 33 -

утилизируются биосферой. Очень опасна тенденция все большего

включения в эволюционные процессы токсичных, несвойственных

природе химических веществ, в т.ч. соединений тяжелых элементов. Сотни

миллионов лет эволюция живого вещества происходила за счет легких

элементов, а тяжелые использовались в очень малых количествах как

микроэлементы. Сейчас это исторически сложившееся соотношение

нарушено, и все большее количество тяжелых элементов включаются в

жизненные процессы.

Живые организмы состоят в основном из углерода, кислорода, азота

и водорода – легких элементов, которые являются главными

компонентами атмосферы и гидросферы. Тяжелые элементы в природе

почти не встречаются в больших концентрированных количествах, они

появляются в циклах только после добычи человеком различных

ископаемых. Избыток, а также и недостаток, который гораздо менее

вероятен, тяжелых элементов ведет к опасным последствиям для живых

организмов. Ниже приведен краткий анализ состояние и использование

ресурсов Земли.

Почва – естественно – историческое биокосное тело, возникшее в

результате воздействия живых и мертвых организмов, атмосферы,

природных вод на поверхность горных пород в условиях различного

климата, рельефа, гравитации – наиболее ценный ресурс. Из общей

поверхности земного шара (510 млн. км

) 149 млн. км

суши (29,2%)

состоят из разнообразных категорий земель (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Земельный фонд планеты

Категория земель Площадь, млн. км

% площади суши

Ледники 16,3 11,0

Полярные и высокогорные пустыни 5,0 3,3

Тундры и лесотундры 7,0 4.7

Болота вне тундр 4,0 2,7

Озера, реки, водохранилища 3,2 2.1

Неорошаемые пустыни, скальные грунты

и прибрежные пески

18,2 12,2

Леса 40,3 27,0

Травянисто-кустарниковые пастбища и

естественные луга

28,5 19,0

Земледельческая площадь 19,0 13,0

Земли промышленного и городского

назначения

3,0 2,0

Земли, подверженные эрозии, засолению,

заболачиванию, латеритная и гипсовая

кора и др.

4,5 3,0

Суша в целом 149,0 100,0

- 34 -

Площадь, занятая пашней на душу населения, составляла в 1950 г. –

1,06 га, в 1978 г. – 0,87 га. Сокращение площади пашни происходит по

ряду причин, в т.ч. ввиду отвода земли под строительство промышленных,

жилых и общественных зданий и сооружений. Каждые 15 лет в мире

примерно в 2 раза возрастает площадь земли, выделяемой под застройку. В

целом по земному шару в ближайшие 15-20 лет площадь застроенной

земли может увеличиться на 10-15%.

Лесные ресурсы играют большую роль в улучшении состояния

ОПС, выполняя почвозащитную и климатообразующую функции, участвуя

в процессе фотосинтеза. Древесина – единственный возобновляемый

ресурс для целей строительства. Все наземные и водные растения земного

шара создают около 100 млрд. т сухой фитомассы, при этом на долю суши

приходится около 64 млрд. т.

Они поглощают из воздуха примерно 5,5 млрд. т. диоксида углерода,

выделяя 4,25 млрд. т кислорода. Этим далеко не ограничиваются полезные

функции леса. Запасы древесины в целом по земному шару равны

358 млрд. м

. Однако значительная часть пригодной для целей

строительства древесины теряется при добыче, транспортировке и

обработке, используется в качестве топлива. Поэтому леса относят к

относительно возобновляемым ресурсам. Главная задача в их потреблении

– полная переработка и использование при изготовлении изделий.

Минеральные ресурсы (полезные ископаемые) образуются

исключительно медленно, поэтому используются в большинстве случаев

однократно.

Это важнейшие ресурсы в жизни человеческого общества, о чем

свидетельствуют установившиеся наименования периодов развития

человечества: каменный, бронзовый, железный века. Распространение

элементов в земной коре, % масс.: Si (27,72), Al (8,13), Fe (5), Ca (3,6),

Na (2,38), K (2,45), Mg (2,09).

Полезные ископаемые делятся на твердые (железные и др. руды,

уголь и т.п.), жидкие (нефть, минеральные и пресные воды), газообразные

(природный газ); по составу – на рудные (металлические), нерудные

(неметаллические), горючие и др.

Рудные ископаемые – это железные, марганцевые, алюминиевые,

цинковые и др. руды черных, цветных, редких, рассеянных,

редкоземельных, радиоактивных и благородных металлов; нерудные –

минералы и горные породы, используемые в качестве строительных

материалов (песок, гранит, базальт, мрамор, известняки, глина, мергель и

др.), горнохимическое сырье (апатиты, фосфориты и др.),

электротехническое, тепло-звукоизоляционное, кислото-щелочестойкое

сырье (слюда, асбест, тальк, корунд и др.); горючие – уголь, нефть, газ,

торф.

- 35 -

Сделать производство безотходным невозможно так же, как

невозможно сделать безотходным и потребление. В связи с изменением

промышленного производства, колебаниями уровня жизни населения,

увеличением объема услуг рынка значительно изменился качественный и

количественный состав отходов.

Утилизация отдельных видов отходов – решенная или решаемая

задача, другие еще ждут своего часа. Объемы некоторых опасных и

малоликвидных отходов продолжают накапливаться, ухудшая

экологическую ситуацию городов, районов и регионов. Влияние потока

отходов остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда

биофильных элементов, в частности органического углерода.

Масса этого элемента, поступающая в ОПС с отходами, составляет

до 2% их общего количества. В масштабах Украины это составляет около

1 млн. т/год. Экологизация потребностей жителя города или региона – это

реализация соответствия между потребностями и природно-ресурсным

потенциалом, удовлетворение только экологически целесообразных

потребностей, т.е. таких, которые не наносят ущерба ОПС и качеству

жизни.

Их удовлетворение не вызывает сокращения природно-ресурсного

потенциала, позволяет восстановить ОПС, повысить ее качество. Проблема

устойчивого потребления ресурсов многогранна и исключительно важна

для обеспечения устойчивого развития общества. Следует привести

скорость использования ресурсов в соответствие с природно-ресурсным

потенциалом государства, необходимо замещать невозобновляемые

ресурсы возобновляемыми.

Т.к. значительная часть ресурсов служит удовлетворению

разнообразных (не всегда экологичных) потребностей человечества,

необходимо стремиться к их экологизации. Экологизация потребностей

возможна только при условии всеобщей и положительно воспринимаемой

экологизации мышления населения. На рис. 1.1 приведена схема градации

мировых природных ресурсов. Непродуктивные ориентации (рецептивная

– «получательская», эксплуататорская – «берущая»), должны уступить

место продуктивной, «производящей»: накопительской «сохраняющей»,

рыночной – «обменивающей».

Модель нового общества должна строиться в соответствии с

потребностями неотчужденного и ориентированного на бытие индивида.

Цель человека – быть многим, а не обладать многим. Здоровое

потребление может иметь место только в том случае, когда все

увеличивающееся число людей захотят изменить структуру потребления и

свой стиль жизни. «Быть, а не иметь».

Гораздо более серьезна проблема расточительного потребления

ресурсов на всех стадиях их получения и использования. Человечество

использует в виде конечных продуктов своего потребления лишь очень

- 36 -

малую часть добываемых ресурсов (2-5%), все остальное превращается в

отходы при получении ресурса, обработке сырья, изготовлении и

использовании готовых материалов и изделий.

Рис. 1.1. Принципиальная градация природных ресурсов

Вред такой невероятно убогой технологии двойной: ресурсы

потребляются с гораздо большей скоростью, чем это действительно

необходимо, а ОПС интенсивно загрязняется элементами и соединениями,

не характерными для нее. В результате все загрязнения поступают в живое

вещество, в т.ч. и в организм человека, вызывая различные болезни.

В.И.Вернадский подсчитал, что в течение XIX века человечество

добыло 22711 тыс. т свинца, 11373 тыс. т цинка, 10679 тыс. т меди,

130 тыс. т серебра, 11,5 тыс. т золота, 27,5 тыс. т алюминия. В следующем

столетии потребление всех металлов и химических элементов многократно

возросло, в некоторых случаях в 1000 раз.

Наиболее стремительный рост добычи минерального сырья и

энергоносителей произошел во второй половине XX в., когда началась

научно-техническая революция. В этом отношении особенно

показательным считают период 1961 – 1980 гг., во время которого из недр

планеты было извлечено свыше 40% всего количества добытого с начала

столетия угля, почти 55% железной руды, свыше 73% всей нефти, более

77% природного газа, а также 64% калийных солей, 66% фосфатов и почти

80% бокситового сырья.

В развитых и развивающихся странах с 1950 по 1980 г. добыча

свинца увеличилась в 1,7 раза, цинка – в 2,4, меди – в 2,8, вольфрама – в

3,3, никеля – в 4,6, молибдена и калийных солей – в 6,8, фосфатных руд – в

5 раз. На долю СССР в этот период приходилось 20-25% суммарного

- 37 -

производства всех важнейших видов полезных ископаемых. Поэтому, путь

к устойчивому потреблению материальных и энергетических ресурсов

должен быть начат с экологизации мышления и продолжен в

исключительно сложном направлении создания новых экологически

чистых технологий и объектов техники, циклы производства и поглощения

отходов в которых подобны биосферным циклам.

В отдаленном будущем придется переходить от энтропийной

техники и технологий к неэнтропийным технике и технологиям, которые

естественным образом подобны биосферным технологиям и объектам

живой природы. Темпы потребления ресурсов и производства отходов не

обоснованы запасами ресурсов и возможностями природы. У человечества,

может быть, осталось только в 2-4 раза больше того, что уже им

использовано. Но эти темпы при введении новой техники, новой системы

распределения, нового законодательства могут быть уменьшены без

снижения и даже при росте качества жизни.

Реальны предложения Г. Дейли по устойчивому потреблению

ресурсов:

– для возобновляемых ресурсов темпы потребления не должны

превышать темпов регенерации,

– для невозобновляемых ресурсов темпы потребления не должны

превышать темпов замены на возобновляемые ресурсы,

– для загрязняющих веществ интенсивность их выбросов не должна

превышать темпов их усвоения, переработки или потери ими

вредных свойств.

Специалисты различают страны на основе состава их отходов. Перед

странами определенных категорий стоят разные задачи в области

обращения с отходами. В слаборазвитых странах с этими связана

санитарно-гигиеническая проблема: масса неиспользованной органики

содействует возникновению ряда болезней, развитым странами угрожают

сложные проблемы – потери природных ресурсов, химическое загрязнение

и др.

В так называемых переходных государствах (к которым, в

соответствии с этой классификацией, относятся и государства бывшего

СССР, в т.ч. Украина, ряд южноамериканских и восточноазиатских стран)

можно рассматривать проблему управления отходами как сумму

вышеуказанных проблем. Для согласования многочисленных вопросов,

вызванных образованием огромных объемов отходов производства и

потребления, в развитых странах создана целая хозяйственная отрасль,

получившая название «waste management» (управление отходами).

В начале 90-х гг. ХХ в. только на ее предприятиях в развитых

странах было задействовано более 300 тыс. работников, перерабатывавших

300 млн. т/год промышленных и бытовых отходов, что давало свыше

$30 млрд./год дохода.

- 38 -

По различным данным США утилизируют от 13 до 17% собственных

отходов. В Европейском союзе ситуация с управлением отходами намного

лучше, хотя и неодинакова в разных странах. Например, в Италии из 24

млн. т/год мусора – 8 млн. т вообще не собирается и не утилизируется.

Оказываются на свалках 95% испанских ТБО. В конце 80-х гг. ХХ в. ФРГ

ежегодно генерировала около 17 млн. т/год бытовых отходов, из которых

12 млн. т (70%), благодаря щедро упакованной по требованию

маркетологов продукции, приходилось именно на упаковку. Утилизации

тогда подлежало не более 30% таких отходов.

В связи с научно-технической революцией резко ускорился рост

добычи полезных ископаемых (за последние 75 лет добыча нефти возросла

в 133 раза, угля – в 3,3 раза, газа – в 632 раза). Сроки обеспеченности

человечества минеральными ресурсами при их ускоряющейся разработке

невелики, хотя прогнозы в этой области весьма неточны из-за

совершенствования технологии, повышения степени утилизации

вторичных материалов, разведывания новых запасов. Мировые запасы

полезных ископаемых шельфа и дна океанов оцениваются следующими

цифрами: железомарганцевые конкреции – 1,5 трлн. т, нефть – 60-150

млрд. т, магнетит – 15-18 млрд. т, фосфориты – 30 млрд. т. Однако

прогнозы потребления ресурсов (табл. 1.2) заставляют срочно искать

альтернативные способы их использования и ограничения разработки.

Таблица 1.2

Мировые запасы и потребность в минеральном сырье (2000 г.)

Продукты переработки

сырья

Прогнозируемая потребность

мировой экономики

Мировые

запасы

Соотношение запасов

и потребности

Барий, млн. т 113 91 0,8

Бром, млн. т 15,9 11,3 0,7

Висмут, тыс. т 150 52 0,3

Германий, т 2,62 1,82 0,7

Золото, тыс. кг 36,5 41,1 1,1

Кадмий, тыс. т 795 752 1,1

Сера, млн. т 1960 2032 1,0

Серебро, тыс. т 460 187 0,4

Фтор, млн. т 125 35,4 0,3

Цинк, млн. т 230 140 0,6

Асбест, млн. т 174 145 0,8

Гипс, млн. т 2400 1860 0,8

Графит, млн. т 20 9,1 0,5

Слюда листовая, тыс. т

204 15 0,1

Одним из важных факторов добычи и переработки сырья становится

охрана ОПС. Несовершенство технологии приводит к экологическим

- 39 -

катастрофам: аварии нефтяных и газовых платформ на шельфах,

вызывающие загрязнение моря, гибель фауны из-за пожаров,

невосполнимые затраты пресной воды и ее загрязнение при получении

многих видов товарной продукции. Добыча полезных ископаемых должна

стать экологически оправданной, учитывающей комплекс факторов:

отсутствие отвалов, сохранение почвы, чистота атмосферы, гидросферы и

литосферы, влияние на биосферу, ландшафт, социальные факторы, затраты

энергии и труда, здоровье современного и будущих поколений людей.

Водные ресурсы – запасы пресных вод (реки, озера, ледники,

подземные воды). В результате круговорота вода постоянно обновляется,

расходуется и восстанавливается, продолжительность ее возобновления

различна в зависимости от объекта, в котором она находится (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Продолжительность смены массы земных объектов

Полярные, подземные льды, постоянный

снежный покров

Около 10000 лет

Мировой океан 2500 лет

Горные ледники 1600 лет

Подземные воды (глубокие) 1400 лет

Озера В среднем 17 лет

Болота 5 лет

Влага в почве 1 год

Вода в руслах рек 16 дней

Вода в атмосфере 8 дней

Биологическая вода (в живых организмах) Несколько часов

Энергетические ресурсы в зависимости от источника относят к

возобновляемым (энергия Солнца, фотосинтез, гидроэнергия, приливы,

волны, ветровая, геотермальная энергия, процессы испарения и выпадения

осадков, тепловая энергия использования разности температуры между

атмосферой, сушей и морем) и невозобновляемым (газ, нефть, уголь, торф,

сланцы, ядерное топливо).

Вначале человек использовал мускульную силу людей и животных,

древесину, ветер и воду как источники энергии. Затем основными

источниками стали уголь, нефть, природный газ, электричество, ядерная

энергия. Однако запасы невозобновляемых мировых энергоресурсов

ограничены (табл. 1.4). Теоретически доступные энергетические ресурсы

Земли достаточно велики, но не всегда могут быть использованы

(табл. 1.5).

Легкое ядерное топливо не может быть использовано в широких

масштабах в настоящее время, поэтому наиболее реальной становится

- 40 -

солнечная энергия (часть отмеченных видов энергии – это превращенная

энергия солнца).

Таблица 1.4

Мировые запасы угля, нефти и природного газа

Ресурсы Запасы, млрд. т Запасы, доступные для извлечения, млрд. т

Уголь 11240 2880

Нефть 743 372

Газ 229 178

Таблица 1.5

Мировые энергоресурсы

Источники энергии

Ресурсы,

ЭДж*

Невозобновляемые:

Ядерное топливо

Химическая энергия органического топлива

1,97*10

5,21*10

Неисчерпаемые:

Термоядерная энергия синтеза

Геотермальная энергия

3,6*10

2,9*10

Возобновляемые:

Солнечная энергия, достигающая Земли и превращающаяся в тепловую

Энергия морских приливов

Ветровая энергия

Энергия рек

Биоэнергия лесов

2,4*10

2,5*10

6,1*10

1,2*10

1,5*10

*ЭДж – эксаДжоуль (10

Дж)

В последние годы во многих странах пересматривают

энергетические ресурсы с точки зрения региональной и глобальной

экологии. Известно, что энергетика на невозобновляемых ресурсах

приводит к дополнительному нагреву атмосферы, поэтому ее называют

добавляющей (она добавляет энергию к энергии нагрева Земли Солнцем).

Возобновляемые ресурсы при их использовании практически не приводят

к дополнительному нагреву, поэтому их энергия называется не

добавляющей, малоотходной, не загрязняющей геосферу.

Дополнительный нагрев атмосферы Земли на 1

С может быть вызван

производством добавляющей энергии в количестве 1% энергии,

получаемой от Солнца. Это приведет к катастрофическим изменениям

климата, географической ситуации, биосферы. Безопасный предел объема

добавляющей энергии по прогнозам ученых – 0,1% падающей на Землю

солнечной энергии (около 100 млрд. кВт). В настоящее время

производится около 10 млрд. кВт при ежегодном приросте около 3%.