Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

3.4.1. Морфологический состав отходов

Под морфологией понимают содержание отдельных составляющих частей отходов, выраженных в % к их общей массе. Морфологический состав ТКО меняется в широких пределах в зависимости от уровня развития страны. Перед странами разного уровня развития стоят различные задачи относительно бытовых отходов. Если в слаборазвитых странах главной трудностью является санитарно-гигиеническая проблема (большая масса органических отходов содействует распространению опасных болезней), то перед развитыми странами возникают более сложные вопросы: потеря природных ресурсов, химическое загрязнение и т.п. В так называемых переходных государствах (к которым, в соответствии с этой классификацией, относится Россия) можно рассматривать проблему ТКО как объединение обеих проблем.

Факторы, влияющие на морфологический состав ТКО [61]:

● временные (период, сезон, день недели);

● территориальные (климат, транспортная доступность);

● социально-экономические (источник отходов, структура населения, степень благоустройства жилья, наличие туристических центров, защитных зон, развитие рынка сбыта вторсырья);

● санитарно-технические (система сбора ТКО (смешанный или раздельный), тип и размер контейнера, периодичность вывоза, степень развития санитарной очистки населенного пункта).

Следует отметить, что системные исследования состава ТКО в России не проводились. Единственным источником статистической информации являются микроисследования, выполненные исследовательскими группами, организациями, операторами и ассоциациями в отдельных регионах в разное время. Их выводы значительно различаются.

На рис. 3.16 представлен морфологический состав ТКО в городах СССР, % по массе, в период 1959–1966 гг. Из рисунка видно, что самой значимой фракцией в середине прошлого столетия были органические отходы, которые составляли от 17 до 37 %. В городах СССР также отмечалось повышенное содержание бумаги (23–28 %). Фракции утильсырья (тряпье, металл, стекло, дерево, кожа, резина) составляли небольшой и практически одинаковый процент от 2 до 7 %. Сезонные изменения состава ТКО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 25–28 % весной до 30–40 % осенью. Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета) с 20 до 7 % в городах южной зоны и с 11 до 5 % в средней зоне. На рис. 3.17. представлен морфологический состав ТКО для разных климатических зон, % по массе, в период 1999–2007 г. [62]. Состав ТКО жилого фонда и предприятий торговли (в том числе рынков) различается (рис. 3.17), что важно, с точки зрения возможности и целесообразности раздельного сбора утильных фракций ТКО.

Морфологический состав 90-х гг. по сравнению с 60-ми характеризуется повышенным содержанием вторичного сырья. В 90-е гг. резко возросло содержание цветных металлов за счет появления алюминиевых банок из-под пива и воды, пластмассовых упаковочных материалов, в том числе 0,5–2-литровых бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ-бутылок) [62]. При этом содержание легкоразлагаемой органики (пищевых отходов) к общей массе ТКО соответственно уменьшилось. Произошедшие в последние годы и прогнозируемые изменения состава ТКО подтверждают необходимость предварительной (перед термическим или биотермическим обезвреживанием) сортировки ТКО и целесообразность селективного отбора утильных фракций.

_3_16.wmf

Рис. 3.16. Морфологический состав ТКО в городах СССР, % по массе, в период 1959–1966 гг.

_3_17.wmf

Рис. 3.17. Морфологический состав ТКО для разных климатических зон, % по массе, в период 1999–2007 г.

На рис. 3.18 представлен морфологический состав ТКО в городах РФ, % по массе, в период 2011–2014 гг. Современный морфологический состав ТКО в отдельных городах России можно охарактеризовать следующим образом. Данные, проведенные исследовательскими группами показывают, что органические отходы (включительно отсев, менее 15 мм), по-прежнему, составляют самую большую фракцию и колеблются в пределах от 28 до 55 %. Исключение составляет г. Пермь, в котором данная фракция составляет всего 9,4 %. Содержание 3-х основных фракций, представляющих собой вторичное сырье: бумага, пластик и стекло колеблется в очень широких пределах от 6 до 37 %, от 5 до 22 % и от 2 до 25 % соответственно. Такой разброс показателей может объясняться не репрезентативностью выборок. Относительно стабильными можно назвать следующие фракции: металлы, которые в различных городах находятся в диапазоне от 2 до 8 %, текстиль – от 1 до 6 % и дерево от 1 до 7 %.

Ассоциацией рециклинга также проводился анализ морфологии ТКО. По данным исследованиям, доля фракций бумаги/картона и стекла в России составляет 41 и 3 % соответственно, тогда как по данным операторов – 16 и 12 % [63].

На основе этой информации также можно сделать вывод о снижении доли органической фракции и увеличении неорганических, трудно- или не разлагаемых фракций, в первую очередь отходов упаковки (бумаги, пластика, стекла). В 2000 году органические отходы составляли 40 % ТКО (рис. 3.19), к 2011-му их объем уменьшился на 6–10 % (данные полевых исследований) и увеличилась доля фракций, пригодных к переработке. Категория «прочие» включает опасные отходы и крупногабаритный мусор, отслужившие электрические и электронные товары, а также другие менее значимые виды отходов.

Все фракции твердых коммунальных отходов в зависимости от направления (приоритетности) переработки условно подразделяются на три группы:

● фракции с биологическим потенциалом биологически легко разлагаемые (пищевые отходы, отходы с садовых участков, бумага, отсев);

● фракции с энергетическим потенциалом (бумага, картон, пластик, дерево, текстиль);

● фракции с потенциалом вторсырья (металл, стекло, резина, бумага, пластмасса).

По данным, представленным на рис. 3.18 был рассчитван оцениваемый усредненный потенциал использования отдельных фракций ТКО в современных городах РФ (рис. 3.20).

_3_18_1.wmf

Рис. 3.18. Современный морфологический состав ТКО в городах РФ, % по массе, в период 2011–2014 гг.

_3_19.tif

Рис. 3.19. Экспертная оценка структуры ТКО в России [63]

_3_20.wmf

Рис. 3.20. Оцениваемый усредненный потенциал использования
отдельных фракций ТКО в современных городах РФ в зависимости
от направления (приоритетности) переработки /утилизации, % по массе

Таким образом, усредненный биологический потенциал, оценивается порядка 55 %, а энергетический – порядка 35 %. Потенциал вторичного сырья оценивается в 40 %.

Оценка биологического и энергетического потенциала отходов дает только общее представление о целесообразности применения того или иного метода переработки. Более полная оценка эффективности может быть сделана путем расчета содержания органического углерода (ОУ), содержания биоразлагаемого углерода, метанового потенциала и энергетического ресурса [64, 65].

Исследовательскими группами продолжается изучение тенденции и закономерности изменения морфологического состава ТКО. По данным ученых [66] при анализе морфологического состава ТКО для г. Перми (2009 г.) было установлено увеличение содержания полимеров на 6,4 % в год, макулатуры на 6,8 %, стекла на 3 % в год, и снижение содержания пищевых (органических отходов) на 5,9 %в год по отношению к предыдущему. Увеличение содержания макулатуры и полимеров связано с появлением упаковочных материалов и изменением структуры потребления товаров населением. Уменьшение содержания пищевых отходов в составе ТКО связано с увеличением потребления готовых полуфабрикатов населением. На рис. 3.21 представлены общие изменения содержания ценных компонентов в ТКО.

_3_21.tif

Рис. 3.21. Общие изменения содержания ценных компонентов в ТКО [66]

В работах [52, 67–68] установлены изменения морфологического состава отходов, образующихся в городе Иркутске, которые проводилось на полигоне ТКО с 1991 г. по 2013 гг. Изменение состава ТКО в г. Иркутске – следствие происходящих перемен городского социума при переходе к другому социально-экономическому укладу. Данные изменения представляют собой подтверждение общемировых тенденций морфологического изменения состава ТКО. Улучшение качества жизни населения повлекло за собой трехкратное увеличение потока упаковочной продукции (рис. 3.22).

– Прослеживается тенденция к сокращению удельного веса органических отходов.

– Возрастает доля полимерных материалов.

– Сокращается удельный вес металлоотходов.

– Остается значимой доля картонно-бумажных отходов.

На рис. 3.23 показана динамика изменения содержания полимеров в составе ТКО для ряда российских городов. Установлено, что рост удельного содержания полимеров в ТКО имеет схожую динамику для разных городов. При этом, само содержание полимеров может значительно
отличаться – содержание полимеров в ТКО Южно-Сахалинска более чем в два раза выше их содержание в отходах таких городов как Оренбург [69].

_3_22.tif

Рис. 3.22. Общие изменения морфологического состава ТКО в г. Иркутске

_3_23.tif

Рис. 3.23. Динамика изменения содержания полимеров в составе ТКО
для ряда российских городов по отношению к городам: г. Пермь и г. Москва

Авторами [69] установлена следующая закономерность, выявленная при анализе отходов в разных городах – соотношение отдельных компонентов внутри одной категории отходов (табл. 13.16).

Таблица 13.16

Соотношение отдельных фракций ценных компонентов
в городах России

Компонент

Содержание, % масс.

г. Пермь

г. Санкт-Петербург

г. Оренбург

В среднем

Стекло (в пересчете на 100 %):

прозрачное

зеленое

темное

48

29

23

50

27

23

55

26

19

51

27

22

Металл (в пересчете на 100 %):

жестяная банка

черный металлолом

алюминиевая банка

цветной металлолом

47

33

18

2

52

24

22

2

33

60

6

1

44

39

15

2

ПЭТ-бутылка (в пересчете на 100 %):

прозрачная

цветная

темная

50

32

18

42

44

14

57

23

20

50

33

17

Авторы сделали предположение, что в отсутствии подробного морфологического состава ТКО для какого либо населенного пункта, можно считать, что, например, 50 % всей ПЭТ-бутылки, которая содержится в отходах, составляет прозрачный ПЭТ. Прозрачное стекло также составляет 50 % от всей цветной стеклотары. Самой распространенной упаковкой из металла является жестяная банка (от 33 до 47 %), на втором месте черный металлолом (от 33 до 60 %).

В период 2006 по 2013 гг. в Байкальском регионе [70-74] проводились натурные исследования морфологического состава ТКО и отдельных потоков вторичных материальных ресурсов в туристической зоне. В табл. 3.17. представлены некоторые сведения о содержании потоков пластиковых отходов в ТКО в различных типологических объектах исследования в Байкальском регионе.

Анализ морфологии полимерных отходов в туристической зоне озера Байкал в различных типологических объектах показал, что их содержание колеблется от 8,9 до 13,8 %. Следует отметить, что преобладают такие компоненты твердый пластик (ПВХ, ПС, ПЭ, ПП). Пленка стрэйч (полимеры низкого и высокого давления) встречаются в пределах от 1,5 до 8 %. Причем, на полигонах и свалках, %, содержание полимеров чуть выше, чем на контейнерных площадках и на туристических объектах.

Таблица 3.17

Содержание пластиковых отходов в ТКО
в типологических районах/объектах исследования в Байкальском регионе

Типологические районы/объекты исследования (описание)

Год

Содержание пластиковых отходов в ТКО, %

Пленка (ПЭВД и ПЭВД)

Пластик (ПВХ, ПС, ПЭТ, ПП)

Иркутская область

Туристические базы отдыха острова Ольхон (крупные турбазы в п. Хужир)

2006–2008

10,5

1,5

9

Палаточные лагеря в песчаных бухтах, прибрежные леса (кэмпинги Сарайского залива)

2006–2008

10

5

5

Санкционированные полигоны на материке (полигон в районе Имел Кутул)

2006–2008

15

8

7

Старые несанкционированные свалки п. Хужир «де факто», д. Харанцы, п. Ялга

2006–2008

13

4

9

Полигон ТКО г. Иркутска

2007

13,8

Контейнерные площадки г. Иркутска

2013

4

9

Республика Бурятия

Крупные гостиницы туристического сектора (Улан-Удэ, отель «Бурятия»)

2013

8,9

Прибайкальский район, окрестности с. Гремячинск, (кэмпинг на берегу оз. Байкал)

2013

12,5

Контейнерные площадки г. Улан-Удэ

2013

11,1

Значение сведений о морфологическом составе ТКО при обосновании системы сбора и транспортирования ТКО актуально, в первую очередь, при решении вопроса о целесообразности и своевременности внедрения раздельного сбора и вывода отходов, а также основных показателей данного мероприятия.

_3_24_1.wmf _3_24_2.wmf

а б

_3_24_3.wmf _3_24_4_1.wmf

в г

Рис. 3.24. Укрупненный морфологический состав ТКО г. Улан-Удэ,
в зависимости от источника образования [75]:
а – благоустроенный жилищный фонд без мусоропровода, масс. %;
б – неблагоустроенный жилищный фонд, масс. %;
в – коммерческий фонд, масс. %;
г – туристический сектор, с. Гремячинск, берег оз. Байкал, масс. %

Таблица 3.20

Система основных показателей, характеризующих свойства ТКО [76]

Физические свойства

Химические свойства

Биологические свойства

Т еплотехнические свойства

Микробиологические

Санитарно-гигиенические

1. Морфологический состав

2. Фракционный состав

3. Плотность

4. Влажность

1. Содержание органического вещества и зольность:

– общее органическое вещество;

– активное органическое вещество;

– легко разлагаемое органическое вещество.

2. Содержание азота:

– азот общий;

– азот аммиачный;

– азот нитратный.

3. Содержание фосфора общего.

4. Содержание калия.

5. Содержание кальция.

6. Содержание углерода.

7. Реакция среды (pH).

8. Содержание хлоридов и сульфатов.

9. Содержание клетчатки

1. Общее количество микроорганизмов:

– мезофиллы;

– термотолерантные;

– термофилы

2. Групповой состав:

– аммонифицирующие;

– целлюлозоразлагающие;

– нитрифицирующие

1. Санитарно-бактерио логические:

– коли-титр:

– палочка Данича;

– туберкулезная палочка

2. Гельминтологические (содержание яиц гельминтов):

– жизнеспособных;

– деформированных.

3. Энтомологические:

– общая численность личинок мух;

– наличие куколок;

– жизнеспособность куколок

1. Элементарный состав (влага, зола, азот, сера, углерод, водород, кислород).

2. Теплотворность.

3. Выход летучих веществ

К основным социально-экономических факторам, влияющим на компонентный состав ТКО являются источники образования отходов, степень благоустройства жилья, наличие мусоропровода и туристического сектора. На рис. 3.24 на примере города Улан-Удэ представлена укрупненный морфологический состав ТKО [75]. Анализ данных показал, что в неблагоустроенном жилищном фонде отходы бумаги и картона составляют всего 5 %, так как население, обогревается печным отоплением, и в основном, сжигают макулатуру. В этом секторе также наблюдается повышенное содержание растительных отходов (15,3 %). Наибольшее значение фракции «бумага, картон, тетрапаки» (19,5 %) закономерно наблюдается в коммерческом фонде. Для этого источника также характерно повышенное содержание строительных отходов – 23 %. Байкальский туристический сектор характеризуется повышенным содержанием органических (пищевых) отходов – почти 50 %, а также высоким содержанием стекла (стеклотары) – 22,6 % и отходов пластика (преимущественно ПЭТ-тара) – 12,5 %.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074