В последние годы во многих странах были введены новые стандарты на выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, что привело к закрытию или переоборудованию многих МСЗ. Например, в Великобритании из 780 МСЗ, функционировавших в начале 90-х гг. (30 заводов по утилизации бытовых отходов, 700 заводов по утилизации медицинских отходов, 40 МСЗ, принадлежавших химическим компаниям, 6 заводов по утилизации осадков сточных вод, 4 завода по утилизации опасных отходов) к 1999 г. осталось 110. В 2001 г. в Великобритании функционировало всего 12 заводов по сжиганию бытовых отходов. Закрытие и переоборудование МСЗ привело к значительному уменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу.
Исследование, проведенное в Нидерландах, показало, что выбросы в атмосферу диоксинов также значительно сократились. Наиболее совершенные германские технологии, разработанные в начале 90-х годов, позволили уменьшить выбросы в атмосферу в 10 раз.
Несмотря на огромный прогресс, проблема выбросов МСЗ не исчезла полностью, она лишь переместилась в другую плоскость, поскольку теперь большее количество диоксинов поступает в окружающую среду вместе с золой. В 2000 г. Европейское агентство по охране окружающей среды предупреждало, что положительный эффект от снижения выбросов вскоре может быть сведен к нулю вследствие роста объемов сжигаемых отходов. Например, в Великобритании после закрытия ряда МСЗ вследствие их несоответствия современным стандартам, правительство внесло предложение о введении в эксплуатацию 177 новых заводов.
Наиболее тщательно регулируются газообразные выбросы, так как их токсичные компоненты могут распространяться воздушными потоками. Однако другие отходы МСЗ также содержат загрязняющие вещества и, таким образом, могут наносить вред здоровью человека, возможно, менее очевидный, но не менее реальный.
Диоксины
Полихлорированные диоксины (ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ) относятся к группе, включающей более 200 различных изомеров. Наиболее широко известен 2,3,7,8-ТХДД, который считается канцерогеном и самым токсичным веществом, известным человечеству. Диоксины токсичны, устойчивы, способны к накоплению в биологических цепях.
Оказалось, что в выбросах МСЗ присутствуют бромированные диоксины и диоксины, в состав которых входят как хлор, так и бром, которые расцениваются, как равно токсичные с диоксинами, содержащими хлор. Тем не менее, до сих пор вопросы регулирования выбросов касаются только диоксинов, содержащих хлор.
Образование диоксинов
Диоксины являются побочными продуктами многих процессов сжигания в которые вовлечены хлор и его производные. Диоксины присутствуют в выбросах всех МСЗ. Исследования показали, что они могут разлагаться в процессе сжигания и вновь образовываться по окончании этого процесса при изменении температурного режима.
Диоксины, присутствующие в выбросах, в основном являются вновь образованными из хлорбензолов и хлорфенолов, источником которых является ПВХ – типичное составляющее бытовых отходов. Отходы часто содержат диоксины еще до сжигания. Тем не менее, доказано, что в процессе сжигания образуются новые диоксины. Например, анализ балансов масс показал превышение количества диоксинов в продуктах сгорания над их содержанием в бытовых отходах, поступивших на сжигание.
В исследовании, проведенном на восьми МСЗ Испании, были получены следующие результаты. В поступающих отходах содержалось диоксинов в количествах 79,8 г/год, в газообразных выбросах после сжигания - 1-1,2 г/год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в золе – 2-19 г/год.
Учет выбросов диоксинов при сжигании отходов
С 80-х до середины 90-х гг. МСЗ были основными источниками выбросов диоксинов. Например, голландская правительственная организация RIVM отмечала, что в 1991 г. МСЗ были ответственны за 79% выбросов диоксинов в стране. В 1995 г. в Великобритании заводы, на которых сжигали бытовые отходы, производили 53-87% выбросов диоксинов. В США МСЗ приписывалось 37% выбросов диоксинов. Усреднение данных по 15 странам показало, что МСЗ производят более 50% всех выбросов диоксинов. Несмотря на усовершенствованные технологии, установлено, что в 1998-1999 гг. МСЗ Дании продолжали оставаться основными источниками диоксинов с годовым выбросом 11-42 г. Еще 35-275 г присутствует в захораниваемой золе.
В публикации 1997 г., цитированной ЕС, говорилось, что заводы, сжигающие опасные отходы, производят до 40% диоксинов Европы.
Другие органические вещества
Среди других наиболее опасных органических веществ в выбросах МСЗ основное внимание следует уделить устойчивым высокомолекулярным соединениям. В основном это полиароматические углеводороды (ПАУ) и несколько групп высокотоксичных, содержащих хлор веществ, включающих ПХБ и полихлорнафталины (ПХН), хлорбензолы и хлорфенолы.
Хлорбензолы
Хлорбензолы также присутствуют в выбросах МСЗ. Особое значение имеет гексахлорбензол (ГХБ) – полностью замещенная форма бензола. ГХБ устойчив, токсичен, способен к бионакоплению. Он токсичен для водной флоры и фауны, для наземных животных и растений, для человека. Ранее он использовался в качестве пестицида и гербицида. Исследования показали, что ГХБ может усиливать токсичность молока кормящих женщин, обусловленную диоксинами. Он отнесен МАИР к группе канцерогенов 2B («возможный канцероген для человека»). ГХБ оказывает влияние на развитие плода, функционирование печени, иммунной системы, почек и центральной нервной системы. Наиболее чувствительными к его воздействию являются печень и нервная система.
Хлорфенолы
Группа фенолов, найденных в выбросах МСЗ, включает 14 хлорированных, 3 бромированных и 31 смешанных соединений. Помимо того, что эти соединения сами по себе токсичны, они представляет опасность еще и как основа для образования диоксинов: из двух фенольных колец может образоваться одна молекула диоксина.
Полиароматические углеводороды (ПАУ)
Группа побочных продуктов горения органических соединений. Некоторые из них устойчивы, токсичны, способны к бионакоплению, канцерогены. При избытке кислорода количество образующихся ПАУ зависит от состава отходов и температурного режима. Общий выброс ПАУ от МСЗ в атмосферу составляет 0,02-12 мг/м3.
Тяжелые металлы
Многие тяжелые металлы токсичны уже при низких концентрациях, некоторые из них устойчивы и способны к бионакоплению. Тяжелые металлы поступают в печь МСЗ в составе различных отходов. После уменьшения объема сжигаемой массы, их концентрация в золе возрастает до 10 раз. Преимущественно тяжелые металлы (кроме ртути) концентрируются в летучей золе МСЗ, однако они представлены и в газообразных выбросах. Так, ртуть преимущественно выводится с газообразными выбросами МСЗ.
Ртуть в основном содержится в батареях, флюорисцентных лампах и красках. Кадмий – в красках, ПВХ и пигментах, используемых для его окрашивания. Свинец присутствует в батареях, пластмассах и пигментах. Сурьма - в замедляющих горение веществах, используемых при изготовлении пластиков.
В странах ЕС в 1990 г. МСЗ были ответственны за выбросы в атмосферу 8 % (16 т.) кадмия, 16 % (36 т.) ртути. Валовые выбросы хрома от МСЗ составляли 46 т., а свинца - 300 т. Для предотвращения выбросов тяжелых металлов в последующие годы был разработан ряд фильтрующих устройств. Например, рукавные фильтры задерживают до 95% тяжелых металлов (что означает увеличение их концентрации в летучей золе) за исключением ртути.
Выбросы ртути остаются одной из основных проблем МСЗ. Почти 100% ртути в газообразном состоянии выбрасывается в атмосферу, поскольку она не оседает на фильтрах, на частицах пыли и почти не остается в золе. 20-50% выбросов составляет молекулярная ртуть, оставшаяся часть присутствует в виде соединений двухвалентной ртути. После выбросов в атмосферу растворимая двухвалентная ртуть в основном оседает в окрестностях МСЗ. Молекулярная ртуть, с другой стороны, до того как превратиться в двухвалентную и осесть, может переноситься на большие расстояния.
Глава 2. Некоторые физико-химические свойства золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов
токсичный выброс мусоросжигательный переработка
Термический метод обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) на мусоросжигательных заводах (МСЗ) сопровождается образованием вторичных золошлаковых отходов. К ним относятся шлак и летучая зола, количество которых зависит от вида топки и режима ее работы, а также от исходного состава ТБО. Кроме шлака и летучей золы присутствуют и продукты реакции, образующиеся в результате взаимодействия специальных реагентов (СаО, Са(ОН)2 и др.) с вредными веществами, содержащимися в ТБО (сера), в дымовых газах (S02, HCI, HFи др). Количество образующихся продуктов реакции зависит от исходного состава ТБО, оборудования и схемы очистки отходящих газов.
В золошлаковых отходах МСЗ № 2 летучая зола совместно с продуктами газоочистки составляет до 15 % (т.е до 3,6 % общего объема ТБО), в том числе продукты газоочистки — до 3 % (т.е. до 0,7 % общего объема ТБО).
При анализе набора оксидов в шлаке (табл. 1) авторами выявлены наиболее вероятные источники происхождения любого оксида, а для некоторых можно предложить организационно-технические мероприятия, снижающие их концентрацию в шлаке. Так, например, основным источником Si02 с большой вероятностью можно считать уличный смет. Отсюда следует, что целесообразно складировать уличный смет отдельно от ТБО.