Всегда ли нужна сортировка?

Существует психологическое убеждение в том, что проектирование, изготовление и применение узкоспециализированного сортировочного оборудования — единственно правильное направление и по-другому быть не может. В силу такого убеждения практически отсутствуют механизмы, позволяющие перерабатывать всю совокупность ТБО сразу, за один технологический передел и без ограничения габаритов. Исходя из вышесказанного, имеется потребность в создании простого «всеядного» аппарата, способного быстро, недорого и с высокой эффективностью «переваривать» одновременно все виды ТБО.

Известно несколько принципиально различных способов переработки ТБО. По оценкам специалистов, насчитывается от 2 до 20 разных методов. Такой большой разброс объясняется устоявшейся терминологией, а также тем, что для решения данной проблемы необходимо участие представителей разных наук. В этом направлении работают физики, химики, механики, теплотехники, микробиологи, медики и др. Каждый специалист вносит свое в понимание вопроса.

Не будем перечислять все способы сбора и переработки мусора, давать им оценку или проводить сравнительный анализ. Отметим лишь, что все способы в той или иной мере предполагают раздельный сбор и предварительную сортировку ТБО.

В этом отношении образцом экологической сознательности во всем мире считается Германия. К примеру, средний немец вынужден сортировать свой мусор на 8-10 контейнеров, окрашенных в разные цвета. Для сравнения: в Австрии, Голландии, Финляндии используют 3-4 различных контейнера [1]. Не претендуя на оригинальность, можно сказать, что любая правильная идея, развитая до крайности, превращается в свою противоположность, то есть в абсурд. Именно этот абсурд уже наступил в Германии, где система сортировки мусора вышла за грань разумного.

В России идея раздельного сбора мусора тоже начинает овладевать массами. Достаточно почитать выразительные заголовки статей: «Каждому мусору — свой контейнер», «Мусорим раздельно», «Селективный сбор ТБО — безальтернативное будущее мусорной отрасли» и т.п. Иначе говоря, раздельный сбор и переработка ТБО приобретают характер аксиомы, не требующей доказательств.

Обычно говорят, что переработка мусора — очень выгодное дело. Не опровергая этого тезиса, хочется спросить, а для кого выгодно? Ответ очевиден — для мусорных компаний. А почему? Тоже понятно. Потому, что они переложили наиболее трудоемкую и затратную часть сортировки на само население. В итоге обыватель вынужден бесплатно работать на сортировке собственного мусора (товары, которые он уже оплатил при покупке), да еще и приплачивать за его вывоз.

Целью настоящей работы является:
1) привлечь внимание специалистов к обсуждению темы возмездного сбора вторсырья у населения и организаций;
2) показать принципиальную и практическую возможность переработки ТБО без предварительной сортировки.

Вообще, в «мусорном» деле многое поставлено с ног на голову. Если мусор является ценным товаром (сырьем), то почему за его сдачу население заставляют платить? Ответом следуют три «неотразимых» довода, каждый, из которых способен завалить любое новшество. За все надо платить. Так всегда было. Все так делают, везде так устроено.

Посудите сами, человек принес в пункт приема металлолом, и ему за -это платят деньги. Также платят за стеклопосуду, за макулатуру. Строительный мусор тоже иногда можно продать. Даже целые государства продают и покупают мусор. А вот если физическое или юридическое лицо в России захочет сдать ТБО или люминесцентные лампы, или батарейки, то деньги за утилизацию потребуют уже с него. Это в лучшем случае. А в худшем вообще не будут разговаривать. Нелогично. Ясно, что при такой системе сбора отходов мусор будет валяться всюду.

Смотрите, что получается. Если мы платим мусорным компаниям немалые деньги, а решения проблемы нет и не предвидится, то это означает, что общество в целом получает некачественную услугу. Некачественная услуга либо облагается штрафом, либо от нее отказываются. Это, в свою очередь, означает, что решение мусорной проблемы нужно искать в другой плоскости, ибо нельзя бесконечно повышать тарифы в то время, когда страна будет завалена мусором.

Рискуем высказать крамольную мысль: за сбор и сдачу мусора нужно не брать деньги с населения и организаций, но платить им хотя бы по символическим расценкам. Вот тогда появится экономический стимул не для отдельных компаний, а для всего общества. Сама по себе эта идея не нова и иногда высказывается в различных аудиториях.

Пора государству проявить свою регулирующую функцию и начать новую экономическую политику в отношении мусора. Суть этой политики должна сводиться к тому, что лица, сдающие мусор, получают материальные и моральные стимулы. Это потребует перераспределения финансовых потоков в государстве, позволит вернуть часть стоимости товаров, придаст «мусорной» теме новое социальное звучание и поддержит интересы малоимущих слоев населения. Вопросы практической реализации этого предложения могут стать предметом дальнейшего обсуждения.

Прямое компостирование

Идею компостирования подсказала сама природа. К сожалению, она делает это слишком медленно. Из всех известных методов переработки только компостирование способно возвращать полезные вещества, содержащиеся в ТБО, обратно в почву.

Химический, морфологический и фракционный состав ТБО неоднократно изучали исследователи разных стран. Несмотря на отдельные расхождения, общий вывод таков: в состав мусора входят те же элементы, которые свойственны основным почвам планеты. Было бы странно не воспользоваться этим обстоятельством [2,3,4 ].

Попытки превратить мусор в удобрение предпринимались давно и с переменным успехом. Тем не менее технология приготовления компостов непрерывно совершенствуется, что говорит о том, что при правильной переработке мусор можно превратить в удобрение, то есть вернуть почвам то, что у них взято примерно в тех же формах и количествах. Вопрос в другом: будет ли это безопасно и не слишком дорого?

В таких странах, как Голландия, Дания, Австрия, Германия, Бельгия, Франция, в компост перерабатывают 33 %, 29,23,18,16 и 9 % ТБО соответственно. Для сравнения: в России компостируют только 0,3 % ТБО. А ведь химический состав мусора в Европе и нашей стране различается не очень сильно [4].

Принято считать, что сырье для компостирования должно быть освобождено от металлов, стекла, пластмасс, камней и тому подобным так называемым «не компостируемым фракциям», «инертным материалам», «засоряющим» удобрение. Как следствие, многие специалисты убеждены, что технология прямого компостирования ТБО имеет принципиальные недостатки. Такой взгляд исторически и психологически сложился в те времена, когда на приготовление компоста уходили месяцы и годы.

Однако то, что не разрушается естественно, может быть уничтожено принудительно. Сейчас время для приготовления компоста измеряется сутками или даже часами (при условии последующего дозревания). Соответственно, изменилось и отношение к «засоряющим фракциям».

Можно утверждать, что некомпостируемый остаток и компостируемые фракции ТБО в сортировке не нуждаются и могут быть переработаны одновременно за один технологический передел практически без отходов. Кроме того, не имеют принципиального значения габариты и влажность исходного мусора.

Ниже будут показаны теоретические и практические возможности реализации этих предпосылок. Конечно, кое-какая сортировка все же потребуется, например, удалить основную часть аккумуляторов, люминесцентных ламп, электрических батарей и др.

Приведем приблизительный состав полученного органоминерального удобрения из ТБО: органическое вещество составляет до 50 % от общей массы, вода — до 40, азот — до 1, фосфор — до 1, калий — до 2, кальций, магний, кремний, алюминий и др. — до 20 %.

Иногда можно встретить утверждение, что у такого компоста из мусора не найдется покупателей. Ответить можно следующим образом: во-первых, если удобрение будет безопасным, эффективным, продаваться по разумной цене и к тому же иметь хорошие потребительские свойства, то и покупатели найдутся; а во-вторых, мировой опыт компостирования говорит о том, что технология постоянно совершенствуется, а с ней совершенствуется и качество удобрения [5, 6,7]. Объективности ради следует отметить, что распространение компостирования в северных регионах РФ вряд ли имеет перспективу по причине низких климатических температур и затруднений сбыта компоста.

Полимеры

Один из главных вопросов переработки — что делать с полимерными отходами. Существует множество предложений по их отделению и утилизации. Однако сделать новую пластиковую бутылку из нефти сегодня намного дешевле, чем из вторичного сырья.

По различным оценкам, содержание полимерных отходов в ТБО составляет от 6 до 12 % по массе. Из полимерных фракций более половины приходится на «короля пластиков» — полиэтилен [8], поэтому именно на его примере покажем, что полимеры не всегда обязательно отделять от общей массы ТБО.

Несколько слов общего характера. Долговечность полимера определяется прочностью связей в макромолекуле, а его прочностные характеристики зависят от состава, структуры и молекулярной массы. Процессы старения полимера протекают различным образом и зависят от множества факторов: главная причина старения — окисление полимеров атмосферным кислородом. В свою очередь, окисление ускоряется при повышении температуры и воздействии света, с присутствием металлов переменной валентности в качестве катализатора, под влиянием механических воздействий (удар, изгиб, скручивание, истирание). Может иметь место и биологическая деструкция. В реальных условиях обработки на полимер воздействует одновременно несколько факторов.

Общеизвестно, что полиэтилен химически стоек: бутылка или пленка из него в компактном виде может находиться е земле десятки и даже сотни лет без видимых признаков разложения. Одна из причин химической инертности пластиков — их гладкая и малопористая поверхность, то есть на такой поверхности очень мало реакционных центров и функциональных групп. Иное дело, если изделие из полиэтилена превратить в тонкий порошок, при этом поверхность бывшего компактного изделия может возрастать в десятки и сотни раз; и тогда процесс разложения многократно ускорится.

Полиэтилен в компактном виде имеет определенную формулу (-СН2- СН2-). Этот полиэтилен, размолотый до мелкодисперсного состояния, является уже совсем другим продуктом: он не имеет конкретной формулы и представляет собой абстрактное органическое вещество, не имеющее определенного состава.

Состав и свойства полученного порошка сильно зависят от условий измельчения. Это объясняется тем, что при диспергировании может происходить разрыв -С-С- связей и присоединение к свободным валентностям различных функциональных групп, например, =С=0 карбонильной, -ОН гидроксильной, СООН карбоксильной, -NH2 аминогруппы и др. Могут появляться диеновые и триеновые системы и т.д. На практике данный факт означает, что ушло главное свойство полиэтилена, то есть его химическая инертность.

Полученное органическое вещество переменного состава уже может вступать в различные реакции с почвенными растворами и с ферментами микроорганизмов. Иными словами, полиэтилен становится «съедобным» для почвенного биоценоза. Выделяемые при этом промежуточные вещества и энергия будут использованы почвенными микроорганизмами. Конечные продукты распада полиэтилена — углекислый газ и вода.

Сходным образом ведут себя и другие полимеры, например, полипропилен, поливинилхлорид, каучуки и резины, различные наполненные реактопласты. В этом отношении нет принципиальной разницы между искусственными органическими и природными белковыми полимерами (кожа, шерсть, перья, волосы и др.), только ассортимент продуктов распада последних будет больше, среди них появятся вещества содержащие азот, серу, фосфор и др.

Общее правило для всех видов полимеров: чем тоньше измельчение, тем большей химической активностью они обладают. Естественно, важно соблюсти оптимальное измельчение, так как слишком тонкий «помол» обойдется дорого, а слишком грубый не даст нужного эффекта.

Надо сказать, что возможности человечества прокормить себя с каждым годом сужаются, а органические полимеры всех видов представляют собой концентрат солнечной энергии («солнечные консервы»). Нерационально сжигать такие «консервы» ради тепла, получая при этом кучу экологических проблем. Правильнее превращать их в удобрение.

Активатором превращения полимеров в источник вещества и энергии для почвенного биоценоза может служить легко компостируемая часть ТБО, то есть пищевые отходы. Кроме того, возможно применение различных добавок-ускорителей.

При компостировании ТБО происходят два противоположно направленных процесса преобразования органического вещества, минерализации и гумификации с образованием гуминовых веществ (природных полимеров), определяющих плодородие почв. Основу гумуса составляют кальциевые и магниевые соли гуминовых кислот, поэтому присутствие соединений кальция и магния при компостировании обязательно.

Также при компостировании происходит эффективное связывание токсичных органических соединений, после чего происходит ускоренное их разложение. Небольшие дозы металлов переменной валентности (железо, марганец и др.) могут быть катализаторами этих процессов [9].

Неорганическая часть ТБО

Неорганическая часть ТБО может составлять до 50 % от общей массы отходов. В основном это стекло, керамика, различные камни, кости, песок, глина, металлы и др. Что касается металлов, они сразу автоматически отделяются при сортировке и в дальнейшем утилизируются, поэтому подробно мы на них останавливаться не будем.

Компактные изделия из стекла и керамики в химическом отношении еще более стойки, чем полимеры. Они могут пребывать в почве 1 ООО лет и более. Упрощенно стекло можно представить в виде формулы Na20 Ca06Si02; керамика выглядит несколько сложнее — х Na2OyCaOzSi02 ПА12Оэ. Стекло и керамика могут содержать примеси Fe203, MgO, К20, P2Os и др.

Фактически это все то, что составляет неорганическую часть почвы и называется алюмосиликатами. Поэтому если возвратить в почву эти вещества, то ничего плохого не случится. Нет никаких физико-химических причин для опасений в отношении стекла и керамики, а также камней, бетона и т. п. А для того чтобы эти вещества удобно было возвратить в почву, их нужно сначала тоже измельчить. Кстати, стеклянный порошок довольно быстро растворяется в почвенных растворах.

Напомним, что 90-97 % сухой массы почвы составляют перечисленные минеральные компоненты, из которых на оксид кремния (Si02) приходится 60-80 %. В результате получается, что не нужно бояться стекла, камней и полимеров в компосте, если научиться их дешево измельчать.

Токсичные металлы

Прижившийся в популярной литературе термин «тяжелые металлы» не вполне отражает суть дела, ибо есть относительно безобидные тяжелые металлы (железо) и очень ядовитые легкие металлы (литий, бериллий, стронций, барий). Поэтому лучше пользоваться термином «токсичные металлы» [9].

Одно из веских возражений против переработки ТБО в компост заключается в наличии повышенных доз токсичных металлов в исходном мусоре.

Представляется, что эта проблема несколько преувеличена, и существуют возможности для ее разрешения. Попробуем разобраться в этом вопросе.

1. Небольшое содержание в компосте таких биогенных элементов, как цинк, бор, молибден, кобальт, марганец, медь и другие, даже полезно с агрономической точки зрения.

2. Некоторые металлы переменной валентности (железо, марганец, медь) могут служить катализаторами окисления органики и преобразования ее в гуминовые вещества, которые являются основой плодородия почв.

3. Если органоминеральное удобрение содержит неприемлемые количества токсичных металлов, то его можно применить не для сельскохозяйственных земель, а для всякого рода неудобий: для рекультивации карьеров, отвалов, откосов, свалок, участков пустынных земель, солончаков, а также для удобрения газонов, клумб, декоративных культур и пр. Также возможно использование такого удобрения при ликвидации последствий техногенных аварий, например, нефтяных проливов.

Напомним, что в настоящее время для этих целей обычно используют привозную землю, которую все труднее находить, а транспортирование ее обходится все дороже. При этом основная часть расходов приходится на выемку, перевозку и укладку балласта, в силу того, что органического вещества в таких почвах — всего не- сколько процентов [10].

4. Содержание токсичных металлов в компосте можно понизить до приемлемого уровня, добавляя в исходные ТБО различные органические и неорганические компоненты, например опилки, торф, лигнин, навоз, птичий помет, угольные отходы, известняк, глину и другие компоненты, фактически разбавляя удобрение невредными и нетоксичными отходами.

5. Чисто технологически можно вести процесс приготовления компоста таким образом, чтобы образовывались трудно разложимые органические и неорганические комплексы токсичных металлов, то есть превратить токсичные металлы в формы, неусвояемые растениями и мало мигрирующие в почве.

6. Соблюдать ограничение по времени: например, вносить компост не чаще 1 раза в 5-7 лет в зависимости от типа почв.

7. Применять правильную дозировку. Последний пункт нуждается в пояснении. Навоз и обычный компост обладают примерно одинаковыми удобрительными свойствами и применяются в дозах 20-60 т/га. Известны органические удобрения, которые при прочих равных условиях можно вносить в дозах 0,2-0,6 т/га, так как они в десятки раз более эффективны, чем навоз или компост. Удобрению из ТБО тоже можно придать подобные свойства. Внесение 200-600 кг/га такого удобрения практически не изменит естественного фонового содержания токсичных металлов в почве и потому будет безопасно [7].

Оборудование

Многолетняя практика предварительной сортировки мусора породила и соответствующие конструкторские решения. Проектируют, изготавливают и применяют узкоспециализированные узкоспециализированные машины: отдельно — для древесных отходов, отдельно — для железобетона и металлсодержащих отходов, отдельно — для пластмасс, бумаги, текстиля, стекла (причем стекло тоже сортируют по сортам). Известны машины для прессования, разрывания пластиковых мешков, удаления различных волокон. Имеются автоматы по приему алюминиевых банок и пластиковых бутылок. И данный перечень далеко не полный.

Существует психологическое убеждение специалистов в том, что это — единственно правильное направление и по-другому быть не может. В силу такого убеждения практически отсутствуют механизмы, способные перерабатывать всю совокупность ТБО сразу, за один технологический передел и без ограничения габаритов.

Исходя из вышесказанного, имеется потребность в создании простого «всеядного» аппарата, способного быстро, недорого и с высокой эффективностью «переваривать» одновременно все виды ТБО. В этих целях был создан и испытан в производственных условиях прототип такого аппарата в виде действующей модели производительностью 50 кг отходов в час.

По оценкам авторов, расход электроэнергии на получение удобрения из мусора может находиться в пределах 20-40 квт ’час за тонну с тенденцией к снижению. Практически весь расход электроэнергии будет компенсирован за счет стоимости извлеченных черных и цветных металлов (30-40 кг/т ТБО). Другие виды энергоносителей (газ, пар, горячая вода, сжатый воздух) не требуются. Применено стандартное оборудование общего назначения (электродвигатели, весы, бункеры, дозаторы, транспортеры и др.) Показана принципиальная возможность изготовления типового ряда аппаратов производительностью от 1 до 20 т/ч и более. Полученное органоминеральное удобрение проходит санитарно-гигиенические и агротехнические испытания.

Приготовление компоста возможно организовать «прямо с колес». Само производство быстро возводимо, малозатратно и экологично, «крыша над головой» требуется не всегда и не везде.

С. П. Короленко, генеральный директор,
С. Н. Сапон, с. н. с., ООО НЦ «НооЭкоСфера-ХХ1»,
Е. А. Чернова, зам. директора по медицинской части Ростовского дома-интерната № 2
Журнал "Твердые бытовые отходы" №8 2011 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Сумленньш С., К желтой бочке затычка // Эксперт. — 2G07. — № 31 (572).
2. Тупилко В. П. Морфологический и физико-химический состав твердых бытовых отходов г. Донецка. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecologylife.ru/news/morfol ... i-fiziko-himicheskiy.html
3. Калинин В. И. Термическая утилизация твердых бытовых отходов. — Красноярск, 2006. [Электронный ресурс]. URL: https://www.stromkomposit.ru/42.html
4. Масленников А. Ю. Характеристика твердых бытовых отходов // Отходы.ру. — М., 2007. — URL: https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=33
5. Сапон С. Н. Органические удобрения. Не ошибитесь! // Крестьянин. -1995. — № 33 (198).
6. Сапон С. Н. 150 лет после Либиха // Разумное земледелие. — 2001. — № 4. — С. 2-4,10.
7. Агровит-Кор, агротехнологии. — Ростов-на-Дону, 2008.
8. Гаев Ф. Ф. Утилизация отходов полимеров // ГУ «НИЦПУРО». URL: https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=133
9. Сапон С. H., Как уберечь себя от опасных советов // Токсичные металлы. — Ростов-на-Дону, 2003. — С. 75.
10. Шульгин А. И., Шаповалов А. А., Пуцыкин Ю. Г. Гуминовый концентрат, способ его получения // Патент РФ 2125039.
11. Систер В. Г., Мирный А. Н. Анализ альтернативных методов обезвреживания мусора. URL: https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=389