Управление техногенными отходами

без герметизации системы. В этом случае за счет весьма плотного контакта жидкого жира-теплоносителя с высокой теплоемкостью и сырья при температуре около 150 °С влага отходов интенсивно испаряется. При этом в меньшей степени разрушаются аминокислоты белков, и, как следствие, качество получаемой кормовой муки повышается. Для обезжиривания полученного продукта применяют центрифугирование при температуре порядка 130 °С (степень извлечения жира при этом повышается). Обработка отходов в расплавленном жире выполняется в установках непрерывного действия.

Кроме традиционной схемы реализации отходов в специализированных цехах или участках основного производства, в последние годы развивается направление их использования вне основных (индустриальных) методов, т.е. утилизационные технологии. К ним можно отнестиполучениебиогазаи применениевкачествебиотоплива.

Производство биогаза из отходов на бойнях предусматривает предварительное измельчение остатков мышечных тканей, желудков, каныги (содержимого желудков) и т.п. Утилизация этой массы осуществляется в двух последовательно установленных реакторахметантенках. Температура в первом из них составляет 37 °С, а во втором 55 °С; продолжительность их пребывания в каждом метатенке – 7 суток. Получаемый биогаз применяется как топливо для обогрева метатенков, для производства электроэнергии. При этом на нужды самой установки приходится не более 40 % ее выработки. Сброженный осадок не содержит тяжелых металлов и токсичных химических соединений, поэтому без ограничений может быть использован в качестве удобрений или при изготовлении компоста.

Сжигание отходов мясопереработки осуществляется в барабанных печах или в печах цементных заводов.

Различные растительные и животные остатки

В качестве примера универсальных технологий, позволяющих утилизировать различные категории отходов сельского хозяйства, можно рассмотреть технологию сбраживания с получением биогаза и технологию компостирования.

331

Смесь различных растительных и животных отходов (в том числе отходов от уборки урожая, навоза, помета и др.) может быть переработана с получением биогаза. В настоящее время производство биогаза рассматривается в двух основных направлениях – внутрихозяйственного и промышленного производства.

Во внутрихозяйственном плане созданы серийные биогазовые устройства различной производительности для крестьянских подворий, фермерских и других сельскохозяйственных предприятий. Так, в России разработаны установки для утилизации органических отходов, способные перерабатывать до 200 кг отходов ежедневно (навоза крупного рогатого скота, помета птицы, ТКО, фекальномочевых стоков, растительных остатков), с получением до 200 кг жидких удобрений и до 12 м3 биогаза (последнее эквивалентно 6,7 кг топочного мазута).

Наряду с внутрихозяйственным использованием во многих странах мира освоено промышленное производство биогаза на крупных предприятиях. Централизованные заводы перерабатывают навозные и другие отходы близлежащих сельскохозяйственных предприятий, отпуская для внешнего потребления очищенный биогаз с содержанием метана до 95 %. Очистку от основных примесей (углекислый газ, сероводород), снижающих теплотворную способность биогаза и вызывающих значительную кислотную коррозию технологического оборудования (резервуары, компрессоры, детали двигателей внутреннего сгорания), осуществляют различными методами, в частности щелочными растворами (натрия, калия, кальция, аммиака, фенолята натрия), водными суспензиями фосфоритов и т.п. В качестве дополнительного субстрата для сбраживания, кроме сельскохозяйственных, используют также коммунальные отходы, осадки канализационных систем, торф. Суточная производительность таких биозаводов достигает 70 тыс. м3 и более биогаза. Они могут, например, обслужить несколько откормочных комплексов с общим числом голов крупного рогатого скота свыше 100 тыс., выдать очищенный метан с теплотворной способностью до 39 МДж/м3, а также протеиновые кормовые добавки и азотсодер-

332

жащие органические компосты. Переработку осуществляют в замкнутом технологическом цикле с рециркуляцией сырья, воды и субпродуктов.

Отметим, что только часть сырья при производстве биогаза подвергается метановому сбраживанию. Обычно разлагается около 70 % органических веществ, остальные образуют остаток. Остаток прежде всего используют в качестве удобрения. Преимущество этого направления заключается в том, что в остатке в органической или аммонийной форме сохраняется практически весь азот, содержащийся в исходном сырье. На некоторых предприятиях остаток, содержащий ценные питательные вещества, перерабатывается на кормовые добавки. Например, производятся кормовой белок и кормовые добавки с долей протеина 12 % и более.

Помимо твердого остатка, используется также жидкая фракция навоза после его анаэробной переработки. Обычно она отвечает требованиям, предъявляемым к качеству сточных вод.

Другой универсальной технологией является компостирование. Компостирование – биохимический процесс преобразования твердых органических отходов (в том числе отходов сельского хозяйства)

встабильный, подобный гумусу продукт. Аэробное компостирование имеет много общего с естественными гниением и разложением. Его отличие заключается в том, что оно проводится в контролируемых – по температуре, влажности, кислороду и т.д. – условиях. Основными факторами, влияющими на образование компоста, являются, прежде всего, влажность, температура и рН среды. Оптимальное содержание влаги при компостировании должно составлять 75–85 %. Диапазон оптимальных температур образования компоста достаточно широк – примерно от 35 до 55 °С. Эти значения – нечто среднее между оптимальными температурами для различных форм микробов, участвующих в процессе. Предпочтительный интервал рН обычно находится

впределах 5,5–8,0.

Компостирование включает несколько последовательных операций: сортировку, измельчение, созревание компоста, хранение. К материалам, которые необходимо удалять перед размалыванием, относят металлы, стекло, керамические изделия, лишнюю

333

бумагу. Отделение последней позволяет в некоторых случаях уменьшить слишком высокое отношение C/N, которое нежелательно. Следует извлекать также ветошь синтетических волокон, которая оказывает отрицательное влияние на изготовление компоста, будучи практически неразлагаемой. Включения отходов из черных металлов обычно выделяются магнитной сепарацией при перемещении отходов по конвейеру. Ветошь и неметаллические материалы изымаются вручную. Измельчение твердых отходов ускоряет последующий процесс образования компоста, делает более однородной и улучшает его структуру, увеличивает восприимчивость массы к воздействию влаги, аэрации и микробов. Идеальным считается такой минимальный размер частиц, который не вызывает нежелательного уплотнения пульпы. Созревание компоста начинается после складирования материала в штабели или помещения его в механические аппараты. Начало активной работы бактерий легко устанавливается по повышению температуры массы, которая после 4 суток обычно достигает максимума. Высота трапециевидного в поперечном сечении штабеля не должна превышать 1,5–2,0 м при его ширине у основания, равной 2,5–3,0 м. Успешное компостирование предусматривает непрерывное перемешивание штабеля, например от краев его основания к центру. Это при частоте перемешивания не реже 1 раза в 3 суток обеспечивает аэробность процесса. Механические аппараты для компостирования снабжаются перемещающимися лопастями. Физическая структура и другие свойства материала в процессе компостирования подвергаются изменениям. Так, штабель постепенно приобретает коричневый или коричнево-серый оттенок, компост теряет свой характерный начальный запах и приобретает «запах земли». Окончание процесса определяется по началу снижения температуры массы. Созревший компост сортируют, рассеивая его по фракциям. Самую крупную из них используют на больших сельскохозяйственных площадях, мелкую – на приусадебных и садово-огородных участках.

Особенно перспективными представляются также технологии вермикомпостирования, т.е. технологии, при которых процесс компостирования осуществляется при участии специально подобранных

334

культур дождевых червей (вермикультур). Вермикомпосты созревают быстрее, чем компосты, получаемые традиционным способом. Черви перерабатывают отходы и тем самым увеличивают площадь контакта органики с микроорганизмами, участвующими в разложении отходов. Черви создают благоприятные условия и для деятельности микроорганизмов, подавляющих развитие патогенных бактерий, в частности сальмонеллы, что способствует обеззараживанию компоста. Вермикомпосты содержат значительно больше доступных для растений питательных веществ, поэтому получаемый продукт на порядок эффективнее любого органического удобрения [54].

Разрабатываются также и новые технологии утилизации отходов сельского хозяйства. Одним из перспективных направлений является энергетическая утилизации растительных отходов. Так, например, существует технология получения топливных брикетов из растительных отходов сельского хозяйства: отходы измельчаются, обрабатываются паром и прессуются в брикеты без добавления связующих. Получаются топливные брикеты, обладающие повышенной теплотой сгорания, высокой плотностью и прочностью. Продукты сгорания таких брикетов не содержат оксидов серы и отличаются от продуктов сгорания угля и торфобрикетов значительно меньшим золообразованием (до 4 % против 23 % у торфобрикетов) [24].

Проблемы управления отходами в агропромышленном комплексе России

Растениеводство и животноводство в принципе малоотходны, так как почти все виды образующихся в этих отраслях отходы могут с успехом использоваться для улучшения условий производства. Необходимо только правильным образом «замкнуть» внутри данных производств технологические цепочки переработки побочных продуктов и отходов.

Экологические проблемы российского агропромышленного комплекса коренятся в избыточной концентрации и в чрезмерной специализации производств, а также в неоправданном усилении зависимости от других отраслей промышленности.

335

Основным моментом нарушения своеобразного цикла, сложившегося при функционировании небольших по размерам животноводческих ферм и растениеводческих хозяйств, явилась ориентация на крупные и сверхкрупные хозяйства, нацеленные на главный продукт и краткосрочность ого получения.

Ориентация на сокращение сроков «выдачи» главного продукта привела к тому, что в агропромышленном комплексе при разработке и внедрении технологий повышения продуктивности не учитывались заведомо растущие негативные воздействия на природную среду, связанные с размещением отходов и их переработкой.

При этом чрезмерные масштабы концентрации, специализации усилили обособленность растениеводства и животноводства даже внутри одного хозяйства (при том что животноводство и растениеводство объективно нуждаются друг в друге), но в то же время сблизили их с другими отраслями – поставщиками дешевого промышленного сырья – комбикормов для животных, белково-вита- минного концентрата, минеральных удобрений, ядохимикатов. В этих условиях почти прекратились связи между животноводством и растениеводством по использованию отходов, побочного продукта. Более того, неиспользуемый побочный продукт стал переходить в класс отходов, усиливая давление на природную среду.

Так, в растениеводстве был сделан упор на использование минеральных удобрений, позволявших получить максимальную прибавку урожайности в минимальные сроки. Применение органических удобрений, как более трудоемкое и имеющее более отдаленные перспективы повышения урожайности, неоправданно сократилось. В результате часть отходов сельского хозяйства, которые с успехом могли бы быть переработаны с получением органических удобрений, стали направляться на хранение или захоронение либо на обезвреживание естественными (почвенными) методами, что усилило негативное воздействие на природную среду и отрицательно сказалось на плодородии почв сельхозугодий (при этом именно почва является базовым ресурсом всех отраслей сельского хозяйства, обеспечивающим выход конечной продукции). Остатки пищево-

336

го сырья (корнеплоды, листва, стебли, солома, сыворотка) не включались в рацион животных и превращались в отходы (в ущерб природной среде, в конечном итоге – населению), а высокая продуктивность в краткосрочной перспективе поддерживалась комбикормами (на основе зерна), что было крайне сомнительно даже с экономической точки зрения.

Отрицательную роль сыграли и шаблонные подходы к внедрению промышленных технологий в сельском хозяйстве. В качестве примера можно упомянуть технологию удаления навоза гидросмывом. При ее разработке и внедрении ставилась задача удалить отходы, обеспечив условия для быстрого получения как можно большего объема продукции. Вследствие этого возникла проблема утилизации сверхконцентрированных стоков, но главным отрицательным последствием стали потери огромного количества органики, необходимой для поддержания и повышения плодородия почв, потери больших масс побочной продукции.

В современном российском агропромышленном комплексе широко распространена практика, согласно которой производители сельхозпродукции минимизируют издержки на утилизацию отходов, относя их на самовосстанавливающую способность экосистем. Это позволяет не включать в себестоимость основного продукта расходы на обращение с отходами, однако зачастую проблема с утилизацией отходов таким образом не решается – почвам и природным водам наносится значительный ущерб, что подрывает производительные силы самого сельского хозяйства. На руку производителям здесь, однако, играет тот факт, что относительно легко уйти от ответственности за загрязнение природной среды (слабый учет, контроль и низкая требовательность).

Преодоление этих проблем возможно только при разукрупнении животноводческих и растениеводческих хозяйств (там, где это необходимо), их грамотной ландшафтной планировке, а также развитии технологий рециклинга отходов сельского хозяйства [56].

337

7. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

7.1. Управление отходами в Германии

Ситуация в Германии интересна прежде всего тем, что эта страна с 2006 г. практически не размещает отходов на полигонах; так, в 2013 г. из 617 кг ТКО, образующихся на одного жителя страны, всего лишь 1 кг/чел. (т.е. порядка 0,16 %) подвергались захоронению на полигонах ТКО. В период с 1997 по 2006 г. количество отходов, образующихся в этой стране, постепенно снижалось и в итоге уменьшилось на 14 % (с 658 до 564 кг/чел.), и это при том, что Германия – лидирующая европейская страна по экономическим показателям; однако затем вновь начался постепенный рост образования отходов. Объемы отходов, перерабатываемых по различным технологиям рециклинга и механобиологической обработки, постепенно возрастали и по данным на 2013 г. составили 398 кг/чел., или 64,5 % всех образующихся отходов [57].

В Германии в настоящее время очень высокий уровень переработки ТКО, чего удалось добиться без использования налога на захоронение. Общее образование ТКО в Германии снизилось с 52,1 млн т

в2001 г. до 46,4 млн т в 2006 г. Образование отходов увеличилось

в2009 г. до 48,5 млн т, но в 2010 г. уменьшилось до 47,7 млн т. Германия была одной из первых европейских стран, вне-

дривших политику ограничения захоронения отходов в 1990 г. Принятые меры включают организацию раздельного сбора отходов упаковки, биологических отходов и макулатуры. В результате к 2001 г. 48 % отходов подвергалось переработке, 25 % – захоронению и 22 % – сжиганию.

В 2010 г. уровень переработки возрос до 62 % и сжигания – до 37 %, а захоронение без обработки снизилось практически до 0 %.

Рис. 7.1 показывает, что запрет на захоронение ТКО без предварительной обработки в 2005 г. оказал огромное воздействие на количество захораниваемых отходов [58].

338

На рис. 7.2 представлены данные о переработке ТКО и существенных политических инициативах.

В значительной степени достижения Германии применительно к стабилизации количества образования отходов на душу населения и росту рециклинга связаны с законодательным внедрением расширенной ответственности производителей в течение всего жизненного цикла продукции, в том числе на стадии ее превращения в отход. В первую очередь это относится к упаковке, оказывающей первостепенное влияние на объем и количество образующихся муниципальных отходов [59].

Реализуется это следующим образом. В Германии с 1989 г. вступил в действие закон, в соответствии с которым производители и/или промышленные потребители упаковки обязаны самостоятельно собирать и перерабатывать использованную упаковку или поручить это специализированной неприбыльной организации. Основная задача принятого закона состояла в том, чтобы повысить уровень переработки отходов упаковки, образующихся в домашних хозяйствах, и снизить за счет этого объем отходов, вывозимый на полигоны. Принятие указанного закона подтолкнуло представителей промышленности и торговли к созданию в 1990 г. специальной компании в форме акционерного общества компании Dual System Deuchland AG («Дуальная система Германии»).

Основной задачей компании стало внедрение в общегосударственном масштабе программы Der Grune Punkt («Зеленая точка»). В разработке данной программы приняли участие 600 компаний и фирм по производству и переработке упаковки, научноисследовательские институты и финансовые организации. Суть программы состояла в продаже «Дуальной системой» предпринимателям лицензии на использование знака «Зеленая точка», освобождавшего их от необходимости обязательного приема и утилизации своей упаковки. Лицензионный сбор за знак «Зеленая точка» взимается также, по договоренности, с большинства европейских товаров, импортируемых в Германию. Плата за лицензию зависит от веса и материала упаковки.

339

340

Рис. 7.1. Динамика изменения захоронения, сжигания и переработки ТКО в Германии (млн т) [58]