Физико-химические свойства золошлаковых отходов мусоросжигательных заводов
ВВЕДЕНИЕ
Отходы МСЗ, выделяющиеся в окружающую среду состоят из отходящих газов, летучей золы, шлака, технической воды, ее осадка и сточных вод. Помимо нормативных, существуют еще и непредвиденные выбросы, которые в газообразном виде или в виде твердых частиц выделяются в окружающую среду во время разгрузки отходов, помещения их в печь, сжигания, извлечения золы, ее транспортировки и захоронения. Они происходят также в виде утечек и испарений жидких отходов через вентили, прокладки, клапаны.
Глава 1. Влияние мусоросжигательных заводов на окружающую среду
Постоянные и непредвиденные выбросы МСЗ
Уменьшить эти выбросы можно поддерживая в помещениях МСЗ пониженное давление. NRC указывал: «Хотя на МСЗ и используют вполне современные методы обращения с отходами, только на некоторых из них производственный цикл полностью исключает проникновение случайных выбросов в цеховые помещения».
Случайные выбросы, выделяемые непосредственно над уровнем земли, часто более опасны для окружающей среды, чем выбросы из труб заводов, т.е. на некоторой высоте, хотя распространение и тех и других зависит от сочетания множества факторов: вид местности, присутствие вблизи завода зданий или зеленых насаждений, направление и скорость ветра, погодные условия, относительная влажность воздуха и т.д.
Исследования загрязнения окружающей среды
Постоянные и случайные выбросы поступают в окружающую среду и могут осаждаться в непосредственной близости от МСЗ. Загрязняющие вещества, такие как полихлорбифенилы, диоксины и фураны могут переноситься по воздуху на значительные расстояния. Подсчитано, что только около 2% диоксинов остаются в почве прилегающих к МСЗ территорий.
Большинство исследований, посвященных выбросам МСЗ, фокусируются на диоксинах и тяжелых металлах, игнорируя другие загрязняющие вещества. Эти исследования показывают, что почвы и растительность в окрестностях МСЗ накапливают в себе концентрации диоксинов и тяжелых металлов, значительно превышающие фоновые уровни. Это значит, что сельхозпродукты, например, зерно, выращенные в непосредственной близости от МСЗ, также содержат загрязняющие вещества.
В Нидерландах, Франции и Бельгии из-за повышенного содержания диоксинов было запрещено употребление молока, полученного от коров, в рацион которых входила растительность с прилегающих к МСЗ территорий. Было также рекомендовано не употреблять в пищу произведенные там яйца и свинину.
Почвы и растительность
Почвы и растительность могут служить индикатором загрязнения атмосферы тяжелыми металлами и диоксинами. Уровни тяжелых металлов и диоксинов широко используются для описания долговременного воздействия этих веществ на окружающую среду. Исследуя растительность, можно судить также о краткосрочных воздействиях диоксинов.
Диоксины и тяжелые металлы оседают на листьях и частицах почвы, а тяжелые металлы могут проникать в растение также через поры и корневую систему. Диоксины через корневую систему в растение не поступают.
Диоксины
Кроме МСЗ существует множество других источников диоксинов. Тем не менее, данные исследований показывают, что в непосредственной близости от МСЗ почвы содержат уровни диоксинов, значительно превышающие фоновые. Кроме того установлено, что концентрации диоксинов уменьшаются по мере удаления от МСЗ, что подтверждает версию о их происхождении.
В исследовании 1996 г. уровни диоксинов в почвах у МСЗ в Испании в 2,1-7,5 раз превышали фоновые показатели. В исследовании почвы с подветренной стороны МСЗ в Японии были обнаружены исключительно высокие уровни содержания диоксинов (252 и 211 пг/г).. Концентрации эти чрезвычайно высоки, так как в промышленно развитых странах Северной Америки и Европы фоновые уровни содержания диоксинов в почве составляют около 3,6 пг/г для сельскохозяйственных районов и 11,9 пг/г для городов. Исследования показали, что высокие уровни диоксинов в почвах достоверно коррелируют с повышением количества случаев заболеваемости раком в районах, прилегающих к заводу.
В 1993 г. было сообщено о повышенных уровнях диоксинов в почвах в районе МСЗ «Шэнкс» в Уэльсе (Великобритания). Максимальные уровни составляли 1740 пг/г. Исследования показали, что повышенные уровни диоксинов образовались в первую очередь за счет случайных выбросов во время транспортировки и захоронения золы. Завод был переоборудован, и по сравнению с 1993 г. уровень диоксинов снизился на две трети. Однако выбросы ПХБ до сих пор составляют 2 нг/м3, при том, что средний уровень по стране в городских районах обычно не превышает 0,5 нг/м3 и лишь в редких случаях достигает 1 нг/м3
В 1998 г. на МСЗ «Монкада», Барселона (Испания), уровень диоксинов в почве составлял 0,06-127,0 пг/г при фоновом уровне для этого региона, равном 9,95 пг/г. Исследования показали также, что МСЗ оказывают влияние на уровень диоксинов в растениях, так как он изменялся по мере удаления от завода – источника выбросов.
Тяжелые металлы
Тяжелые металлы, поступающие в окружающую среду с выбросами МСЗ, могут накапливаться в почве, растениях, других живых организмах. По пищевой цепи и через воду они попадают в организм человека. Взрослое население, и в особенности дети, проживающие недалеко от МСЗ, вдыхают тяжелые металлы вместе с пылью и мельчайшими частицами почвы. Кроме того, тяжелые металлы способны проникать в организм человека через кожу.
В 1991 г. исследование почв вокруг МСЗ в Италии показало шестикратное превышение уровней содержания свинца в них по сравнению с фоновыми значениями. Исследования по определению содержания свинца и кадмия в почвах около МСЗ «Балдови» (Великобритания), проведенные в 1998 г. показали, что завод является основным источником распространения этих металлов на расстояние до 5 км от его территории.
Исследования МСЗ в Бирмингеме (Великобритания), проведенные в 1999 г. показали наличие свинца и кадмия в поверхностной пыли вблизи завода.
Другие исследования показали связь уровней содержания свинца и кадмия в листве деревьев и расстоянием от этого завода. Таким образом, было показано, что даже МСЗ оборудованные современными очистными установками способны выделять в атмосферу значительное количество тяжелых металлов (свинец и кадмий).
Другое аналогичное исследование на МСЗ в Нью-Джерси показало, что уровень содержания ртути в листве деревьев близлежащих территорий зависит от расстояния до этого завода.
Коровье молоко
Исследования, проведенные в 90-х гг., показали повышенные уровни диоксинов в молоке коров, в рацион которых входила трава с пастбищ, расположенных вблизи МСЗ.
Исследование, проведенное в Нидерландах в 1990 г., показало повышенные уровни содержания диоксинов в молоке коров (до 13,5 пг/г жира). Это привело к установлению правительством Королевства Нидерланды предельного содержания диоксинов в молоке в 6 пг/г жира. Через некоторое время те же предельно допустимые уровни были установлены в Германии, Австрии и некоторых других странах.
В Великобритании необыкновенно высокие уровни содержания диоксинов в молоке (до 1,9 пг/г цельного молока, что соответствовует 48 пг/г жира) были обнаружены в районе завода по утилизации химических отходов в Дербишире. В 1991 г. этот завод был закрыт.
Более поздние исследования, проведенные в Великобритании, показали, что в окрестностях 2 из 8 МСЗ в 1993-1995 гг. содержание диоксинов в молоке превышало установленную норму (6 пг/г жира). Так, в 1995 г. в молоке, полученном вблизи МСЗ в Бристоле, содержание диоксинов равнялось 6,1 пг/г жира, а в молоке, полученном недалеко от МСЗ в Западном Йоркшире, содержание диоксинов колебалось от 3,1 до 11 пг/г жира. В 1996 г. исследование уровня диоксинов в молоке, полученном на той же территории в Западном Йоркшире показало, что загрязнение остается на высоком уровне. Концентрации диоксинов составляли 1,9-8,6 пг/г жира. Год спустя МСЗ был закрыт из-за несоответствия современным стандартам на выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.
Выбросы МСЗ
Сжигание приводит не к полному уничтожению отходов, а лишь к трансформации в другие виды – выбросы отходящих газов, летучую золу и шлак, которые в тех или иных количествах оказываются на прилегающих к заводу территориях. В случаях использования на заводе воды к перечисленным выше выбросам добавляются жидкие стоки.
Существует всеобщее заблуждение, что вес и объем отходов в процессе сжигания значительно уменьшается. Действительно, вес золы составляет около трети первоначального веса сжигаемых отходов при потере 90% его объема. Однако, эти данные не выдерживают критики при более пристальном изучении процесса. Если суммировать все выбросы МСЗ, их объем превысит первоначальный. Обычно не принимаемый в расчет СО2, полученный при взаимодействии кислорода с углеродом сжигаемых соединений, увеличивает реальный вес отходов после процесса сжигания. Значительные объемы отходов составляют используемая на производстве вода и ее осадки.
Для сравнения объема отходов до и после сжигания обычно берут объем непрессованных отходов. Современные технологии позволяют снижать объем отходов путем их прессования в 5 и более раз. Если сравнивать объем спрессованных отходов и твердых отходов после сжигания, разница составит всего 45%.
В печи заводов по сжиганию бытового мусора обычно поступает смесь различных отходов, что способствует образованию новых опасных соединений или высвобождению веществ, изначально присутствовавших в связанном состоянии. Например, тяжелые металлы сохраняются в своем первоначальном виде или образуют оксиды, хлориды или фториды.
Состав выбросов МСЗ зависит от сжигаемых материалов. Например, сжигание материалов, содержащих хлорорганические компоненты, приводят к образованию соляной кислоты и диоксинов. Состав выбросов также зависит от систем очистки, применяемых на МСЗ. Однако какая бы система очистки не использовалась, загрязняющие вещества продолжают поступать в атмосферу. Эти вещества включают тяжелые металлы, ряд хлорорганических соединений (диоксины и др.), оксиды азота и серы, соляная кислоты, фтористый водород, углекислый газ. В докладе NRC отмечалось: «…к веществам, оказывающим отрицательное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся соединения серы, азота, хлоорганические соединения, токсичные металлы. Особое внимание следует уделять SOX, CO, NOX, HCl, свинцу, кадмию, ртути, хрому, мышьяку, бериллию, фуранам и диоксинам, полихлорбифенилам, и полициклическим ароматическим углеводородам…»