Некоторые аспекты мусоросжигания в Европе
В 20 веке усилился процесс урбанизации, в крупных городах начали постепенно появляться мусоросжигательные установки, цель использования которых всегда состояла в том, чтобы снизить количество вывозимых отходов. Начиная с 50-х годов, к полигонам стали относиться как к чему то, вызывающему сильное отвращение, строить новые полигоны становилось все сложнее и сложнее. Продолжался рост урбанизации, формировался новый образ жизни, соответственно менялся состав отходов.
В 80-х годах крупные компании по обращению с отходами пришли к выводу о том, что мусоросжигание принесёт гораздо больше доходов, нежели складирование отходов на полигонах. Началось лоббирование инициатив, связанных с мусоросжиганием. Первый нефтяной кризис в 1973 году позволил заговорить о возможности получения энергии из отходов. В настоящее время в западных странах сжигается от 20% до 60% подлежащих захоронению отходов. Необходимо отметить, что эта цифра минимальна в странах, не испытывающих проблем со свободными площадями (США), и максимальна там, где таковых недостаточно (Япония). Этим и объясняется первоначальная логика.
Экологический риск и риск сжигания отходов для здоровья человека
Человек сжигал отходы всегда. Об этом говорят и сельскохозяйственные традиции, передававшиеся по наследству: в результате сжигания удаляются оставшиеся после сбора урожая отходы, а также часть сорняков. Проблему создают «современные» отходы. В 70-х годах в лесах была обнаружена странная болезнь. В некоторых городах, таких как Лос-Анжелес или Лондон, все чаще и чаще можно было наблюдать смог — иногда в течение целого дня или недели трудно было увидеть солнце. Анализ атмосферного воздуха показал наличие его окисления и высокую концентрацию твердых частиц. Было подтверждено, что в результате мусоросжигания образуется много пыли и вредных газообразных веществ, что приводило к кислотным дымам (хлористоводородным и сернокислотным).
Драматические события, произошедшие в городе Севезо (Италия), обратили внимание на то, что диоксины, выделяемые при мусоросжигании, обладают отравляющими свойствами. После этого риску для здоровья человека стало уделяться еще больше внимания. Одновременно заметим, что под конец 20-го века мы начали понимать, что причиной возникновения многих дегенеративных заболеваний, таких как рак, были экологические факторы. Чтобы понять патологический механизм действия диоксинов и определить предельные значения их безопасного воздействия должно было пройти какое-то время. Эти значения все еще остаются произвольными и используются лишь как меры предосторожности.
В последние пятнадцать лет нас начали беспокоить проблемы, связанные с действием летучих тяжелых металлов, которые также способствуют или являются причиной возникновения различных видов рака.
Нормативно-правовая база мусоросжигания
Нормативно-правовая база, регулирующая мусоросжигание, формировалась в два этапа. Первый был направлен на регулирование выбросов веществ, приводящих к возникновению таких явлений, как кислотные дожди и смог. На данном этапе были установлены предельные значения для выброса газов (CO, кислоты) и пыли. Второй этап был направлен на достижение долгосрочной санитарно-гигиенической защиты. В рамках этого этапа были определены предельные значения для выброса диоксинов и летучих тяжелых металлов.
В настоящее время в Европе действует Европейская Директива по сжиганию отходов от 4 декабря 2000 года № 2000/76/CE. Директивой установлены предельно допустимые нормы загрязняющих веществ для среднесуточных выбросов в атмосферу: CO (50 мг/ м³), всего пыли (10 мг/ м³), летучие органические соединения (10 мг/ м³), HCl (10 мг/ м³), HF (1 мг/ м³), SO2 (50 мг/ м³), NOx (200 мг/ м³); а также предельно допустимые нормы разовых выбросов, которые могут происходить в течение получаса — это строго определенные нормы, которые нельзя превышать. В Директиве определены допустимые концентрации для летучих тяжелых металлов: кадмий + торий (0,1 мг/ м³), ртуть (0,1 мг/ м³) и общее значение для всех остальных металлов (1 мг/ м³), зафиксированы допустимые концентрации и на выброс диоксинов и фуранов — 0,1 нг/ м³ . Директива также содержит нормы, регулирующие сброс сточных вод предприятиями.
Кроме того, определены правила проектирования и эксплуатации мусоросжигающих установок. В частности, Директива обязует осуществлять последующий дожиг отходящих газов. При сжигании твердых бытовых отходов выходящие из печи газы должны, по крайней мере, в течение 2 секунд подвергаться воздействию температуры 850 °C (при сжигании опасных отходов — 1100 °C). Для случаев одновременного сжигания отходов и рекуперации тепла, например, для сжигания отходов в цементных печах, устанавливаются такие же требования (за исключением особого рода отходов). Это значит, что нормы, регулирующие выбросы в атмо сферу, должны применяться для всех видов деятельности предприятия.
Низкие концентрации диоксинов измерить невозможно
Но не все так просто, как предполагает нормативно-правовая база. В частности, если обратиться к науке, то очень низкие концентрации диоксинов измерить невозможно. Диоксины и фураны присутствуют в окружающей нас среде, начиная с эпохи индустриального развития. Их влияние на здоровье человека изучается в течение нескольких десятилетий. Предельные значения для безопасного воздействия диоксинов были установлены в ходе исследований, проведенных представителями американской армии по отношению к оранжевому веществу, широко использовавшемуся во времена Вьетнамской войны, которое и было диоксином. Американской армией были определены эквиваленты токсичности 210 молекул диоксинов и фуранов. За основу бралась наиболее опасная из них (события в г. Севезо). Нормы варьируют от 1 до 0,001. Отношение к результатам исследований, проведенных армией с целью определения лимита воздействия, которому могли подвергаться солдаты в военное время, может быть исключительно скептическим!
По прошествии более 40 лет следует пересмотреть результаты этих исследований и установить новые лимиты. В нормативноправовой базе зафиксировано предельное значение — 0,1 нг/ м³ ЭТ. Эквивалент токсичности (ЭТ) является суммой измерений веса 210 молекул. В первом приближении 0,1 нг/ м³ имеет кратность порядка 10–13. Некоторые молекулы имеют ЭТ порядка 0,001, поэтому для того, чтобы принять во внимание данные замеров, необходимо обеспечить чувствительность порядка 10–16. Для получения двух значимых цифр кратность должна равняться 10–18. Для того, чтобы замеры имели смысл, во всей цепочке взятия проб и выполнения измерений должен быть один и тот же уровень чистоты. Однако это невозможно даже в условиях ультра-белого помещения, используемого для исследований по вирусологии. Нам же необходимо такое качество для взятия проб на выходе из дымохода на высоте 70 м! Хорошо, что есть предельное значение — 0,1 нг/ м³ , однако измерить его невозможно.
Мусоросжигание даёт вторичные отходы
В результате мусоросжигания образуются вторичные отходы. Шлаки составляют 20 — 25% от массы поступающих отходов. В том случае, если они содержат менее 2% углерода, их можно использовать для дорожного покрытия. В противном же случае, такие отходы должны вывозиться на полигон для бытовых отходов. До тех пор, пока среди бытовых отходов мы будем находить батарейки, гальванические элементы и электроприборы, в шлаках будут присутствовать тяжелые металлы в больших концентрациях. Летучая зола после дымоочистки составляет от 2 до 5% от массы поступающих отходов и является более опасной, чем шлаки. Её необходимо стабилизировать (смешать с цементом и известью для получения бетона). Вывозить ее нужно на полигоны для опасных отходов.
Технологические решения
Мусоросжигательные печи могут быть выполнены с помощью самых разных технологий — бывают печи решетчатые, ротационные, с кипящим слоем и т. д. Напомним лишь, что сжигание бытовых отходов — это очень сложный химический процесс. Существуют тысячи различных молекул. В печи есть холодные и горячие зоны. Некоторые материалы могут играть роль катализаторов. Работают печи при избытке кислорода, 10% которого остается в дыме. Суммируя, скажем лишь, что в печи происходят бесконечные химические реакции, о которых мы ничего не знаем. Различные технологические решения, используемые для создания печей, направлены главным образом на то, чтобы избежать отвердевания отходов (скопления отходов в холодных зонах) и обеспечить контроль за процентом несжигаемых отходов.
Существует, однако, и постоянная величина. Бытовые отходы имеют НТП (нижний уровень теплотворной способности) — 2000 ккал/кг. При этом должна поддерживаться температура 850 °C. В связи с этим, мощность печи рассчитана на определенный поток отходов, который не может меняться: это X тонн/час ±5%. Для разжигания печи или ее остановки необходимо несколько дней. Поскольку печь требует немалых инвестиций, имеющих определенный срок амортизации, она должна использоваться постоянно и на полную мощность, что противоречит любой политике, направленной на снижение уровня образования отходов.
Половина инвестиций уходит на дымоочистку
В настоящее время 50% инвестиций, вкладываемых в мусоросжигательный завод, тратится на дымоочистку. Процесс дымоочистки, как правило, состоит из нескольких ступеней. Прежде всего, посредством пульверизации извести или соды обезвреживаются кислоты. В настоящее время все чаще и чаще используется аппарат по рекуперации тепла, приводящий к образованию пара, питающего турбину или генератор электроэнергии. Улавливание пыли осуществляется с помощью трубчатых или электростатических фильтров. Для борьбы с диоксинами часто вводится пылевидный активированный уголь. На заключительном этапе дым снова нагревают с тем, чтобы избежать образования белого пара, который проживающие по соседству жители считают дымом, а значит — загрязнением.
Диоксины разрушаются при температуре 1100 °C в ходе их последующего сжигания. Однако при температуре от 450 до 275 °C они образуются снова. Для рекуперации тепла необходимо, чтобы процесс охлаждения длился как можно дольше. Поэтому, чем больше энергии мы получаем, тем больше образуется диоксина. Сторонники мусоросжигания в целях обеспечения положительного отношения населения к мусоросжиганию часто прибегают к использованию такого аргумента, как получение энергии (что также требует больших инвестиций, оплачиваемых пользователями).
Затраты и сравнительный анализ
В настоящее время оптимальная с точки зрения экономики мощность печи — это 10 тонн/час, или 80 000 тонн/год. На мусоросжигательном заводе используется 2 или 3 печи. Сумма инвестиций в завод, имеющий 2 печи (160 000 тонн/год), составляет порядка 100 млн. евро.
Затраты на переработку 1 тонны отходов варьируют от 60 до 100 евро за тонну. В сумму затрат входят затраты на амортизацию и обслуживание (50 на 50), а также затраты на дымоочистку (расходные материалы, очистка сточных вод, захоронение летучей золы)
Эффективность рекуперации энергии может измеряться в кВт/ч электроэнергии на тонну обработанных отходов. Во Франции речь идет о порядка 150 кВт/ч, в исключительных случаях — о 192 кВт/ч. Напомним о том, что эффективность утилизации биогаза от полигона ТБО составляет 250 кВт/ч, при этом в атмосферу не выбрасываются ни диоксины, ни тяжелые металлы, и не образуется летучая зола.
В заключение, отметим, что строительство мусоросжигательного завода требует, чтобы инвестиции осуществлялись сразу и в полном объеме. Кроме того, поток поступающих отходов должен быть постоянным. В отличие от этого, инвестирование строительства экологически безопасного полигона является постепенным, средства вкладываются по мере строительства новых карт. Экономическая эффективность полигона лишь в незначительной степени зависит от изменения потока поступающих отходов.
Филипп ФИШО, эксперт проекта Тасис (Франция).