Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОТХОДАМИ

Тулохонова А. В., Уланова О. В.,

1.3. Устойчивый менеджмент ресурсов

1.3.1. Ресурсный потенциал ТБО

Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом приобретает все большую актуальность, это связано как с осознанием факта их ограниченности, так и с интенсивно увеличивающимся потреблением, опережающим рост населения. К 2050 году население мира увеличится с 7 млрд до 9 млрд. Только удвоение производительности использования ресурсов может эффективно решить эту проблему, если она будет подкреплена конкретными действиями со стороны международного сообщества, в том числе такими международными организациями, как ООН, ЮНЕП, Рио + 20, ОЭСР, ЭСКАТО ООН и т.д.

Шестая экологическая программа действий (GEAP) Европейской комиссии, принятая в 2002 году определила цели на ближайшие 10 лет. Одной из четырех приоритетных областей, входящих в GEAP, является «Устойчивое использование природных ресурсов и управление отходами» (CEC, 2001). Основными целями этой приоритетной области являются:

● Обеспечение потребления возобновляемых и невозобновляемых ресурсов, не превышающего несущей емкости окружающей среды;

● Сокращение использования ресурсов для экономического роста путем значительного повышения ресурсной эффективности, дематериализации экономики и предотвращения образования отходов;

● Уменьшение образования отходов и достижение значительного сокращения общего объема образующихся отходов в результате инициатив по предотвращению образования отходов, лучшей ресурсной эффективности, переходу к более устойчивому потреблению.

С. Брингезу из института климата, окружающей среды и энергии (Вупперталь, Германия) подчеркивает, что целью устойчивого менеджмента ресурсов (УМР) (Sustainable Resource Management – SRM) является обеспечение физической основы для общества и экономики на долгосрочную перспективу таким образом, чтобы ни извлечение ресурсов, ни их использование или заключительное размещение отходов или иное загрязнение не превышали естественной устойчивости природы и общества. Для устойчивого менеджмента ресурсов необходимы политические условия, гарантирующие снабжение экономики ресурсами и энергией и сохранение природных ресурсов в будущем. Разработка политики в области устойчивого менеджмента ресурсов должна быть направлена на применение интегрированного и сбалансированного подхода, основанного на определении материальных потоков, включающих в себя извлечение ресурсов, продукционный цикл и окончательное размещение отходов на полигонах [42].

Неиспользуемые отходы, размещаемые на полигонах, являются не только источниками загрязнения окружающей среды и потенциальной опасностью для здоровья человека, но и связаны с глобальной проблемой – исчерпанием природных ресурсов.

Природные ресурсы (ПР) можно охарактеризовать как объекты и явления природы, которые используются (или могут быть использованы) для удовлетворения материальных, научных или культурных потребностей общества. Под исчерпаемыми природными ресурсами (ИПР) понимаются ресурсы, объем которых с определенной степенью точности может быть установлен и ограничен, или запасы которых по мере эксплуатации уменьшились до такой степени, что дальнейшая их эксплуатация грозит полным их исчезновением [1]. В свою очередь, исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы. К возобновляемым природным ресурсам (ВПР) относятся такие, которые могут быть восстановлены либо самими силами природы (естественным путем), либо с помощью целенаправленной человеческой деятельности, но только в том случае, если сохраняются для этого условия и скорость восстановления. К невозобновляемым природным ресурсам (НПР), прежде всего, относятся большинство полезных ископаемых (ископаемое топливо, металлическое и неметаллическое минеральное сырье), видовой состав растений и животных, т.е. та часть природных ресурсов, которая не может возрождаться или восстановиться в обозримом будущем. Эти виды ресурсов учитываются и оцениваются особо, определяется обеспеченность ими производства при том или ином уровне их извлечения и использования, а также возможность замены.

Робин Мюррей [6] отмечает, что сложившееся производство характеризуется сегодня огромной материалоемкостью и отходообразованием. Расчеты показывают, что более 95 % извлеченных из биосферы ресурсов человечество выбрасывает в виде отходов производства и потребления, занимая при этом огромные площади для их складирования, которые надолго лишаются своей ресурсной привлекательности. Стратегический вопрос здесь заключается в том, каким образом можно снизить интенсивность использования ресурсов при опережающем росте спроса – противоположно направленной тенденции. Экологизация производственных процессов и эффективное использование ресурсов должны включать не только дематериализацию производства, но и сокращение образования и максимальное использование заложенного ресурсного потенциала отходов производства и потерявшей потребительские свойства конечной продукции путем вовлечения их в хозяйственный оборот.

Отходы потребления (ОП) – это продукция, для производства которой была произведена добыча природного сырья и дальнейшая обработка в производственных процессах, и которая сейчас после краткосрочного применения должна быть удалена экологически приемлемым способом, что приводит к потере всех ресурсов, материальных и энергетических, заложенных в них при производстве. Такое отношение к отходам противоречит концепции устойчивого развития, согласно которой природные ресурсы Земли являются постоянным резервным фондом, который должен передаваться из поколения в поколение как можно менее истощенным и загрязненным. Высокая норма потребления ресурсов и безответственное обращение с отходами ведут настоящее поколение к неопределенному отрицательному будущему. Только замкнутое использование ресурсов с возвращением отходов в производственный цикл, за счет вторичного использования продукции или ее переработки, продлевая, таким образом, срок пребывания ресурсов в техносфере, позволит достичь устойчивого менеджмента ресурсов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Замкнутый производственный цикл продукции

Обостряющиеся глобальные экологические проблемы заставляют нас искать более устойчивые способы эксплуатации ресурсов и более эффективные технологии утилизации отходов с максимальным использованием их ресурсной ценности. Современные технологии
и изменившееся отношение к отходам дают возможность извлекать из «бесценных» отходов ценные ресурсы и энергию. Направление на переработку каждого компонента отходов означает не только уменьшение потребности в новом материале, но также возможность избежать образования отходов и энергетических затрат, связанных с добычей первичных ресурсов и с производством данного материала [6].

Например, как показывают исследования, материальная переработка отходов упаковки c учетом энергетических затрат на ее сбор, транспортировку, подготовку, позволяет значительно сократить потребление энергии и ведет к большему количеству сохраненной энергии по сравнению с энергетической утилизацией и, следовательно, снижению нагрузки на окружающую среду [22]. Результаты расчета сохраненной энергии для основных видов упаковочных материалов даны в табл. 1.1. При этом использование 1 т макулатуры для производства бумажно-картонных изделий экономит 3,5 мЗ древесины; 1 т вторичного полимерного сырья – 0,7 т первичного [13], тонна стеклянных осколков позволяет сэкономить 1 тонну кварцевого песка и 250 кг кальцинированной соды [14]. В связи с чем, ресурсный потенциал отходов можно определить, как количество сырья, материалов и энергии, которые потенциально могут быть извлечены и использованы с применением наилучших доступных технологий утилизации отходов.

Таблица 1.1

Количество, затрачиваемой энергии для производства упаковки

Твердые бытовые отходы (ТБО) – особый вид отходов, представляющий собой смесь самых разнообразных компонентов сложного химического состава, которые могут быть использованы в качестве замены первичного сырья, источника энергии или производства удобрений с применением различных методов. Возможность полезного применения отходов характеризуется его ресурсным потенциалом. Продукты и отходы являются потенциальными ресурсами до тех пор, пока обладают полезной энергией или свойствами.

В работах авторов Вайсмана Я.И., Армишевой Г.Т., Коротаева В.Н., Жилинской Я.А. [15, 16, 17] излагаются представления о том, что в ресурсном потенциале твердых бытовых отходов можно выделить 3 взаимосвязанных составляющих потенциала: потенциал вторичного сырья (кг/кгТБО); энергетический (кДж/кгТБО) и биологический (кг/кгТБО). Потенциал вторичного сырья характеризует долю кондиционного вторичного сырья, которая может быть извлечена из смеси ТБО с целью дальнейшего использования. Энергетический потенциал ТБО характеризует возможность использования отходов и их компонентов в качестве топлива для получения энергии. Биологический потенциал показывает содержание разлагаемого органического вещества на единицу массы ТБО, которое может служить сырьем для получения полезной продукции в результате биологической обработки отходов – компоста, биогаза. В зависимости от возможности использования ресурсный потенциал отходов, возможно разделить на 3 вида:

Теоретический – рассчитанный теоретически максимально возможный извлекаемый потенциал;

Технический – теоретический потенциал, ограниченный учетом локальных условий, экологическими аспектами, эффективностью сбора и разделения, и другими техническими и социальными ограничениями;

Экономический – технический потенциал, извлечение которого экономически целесообразно при данных условиях.

1.3.2. Основные критерии оценки ресурсного потенциала ТБО

Основными критериями, определяющими ресурсный потенциал ТБО, являются морфологический состав, физико-химические свойства, экономический критерий.

1. Морфологический состав ТБО.

Морфологический состав твердых бытовых отходов – это содержание в отходах отдельных компонентов, значительно отличающихся между собой по происхождению, химическому составу и свойствам. Традиционно в морфологическом составе ТБО выделяют от десяти до пятнадцати компонентов: бумага, картон, пищевые отходы, дерево, металл (черный и цветной), текстиль, кости, стекло, кожу и резину, камни, полимерные материалы, прочее (неклассифицируемые материалы) и отсев (фракция менее определенного размера, по разным источникам от 15 до 50 мм) [18]. Морфологический состав отходов разных стран и даже
отдельных населенных пунктов сильно варьируется, определяясь
климатическими условиями, уровнем жизни населения и другими экономическими и социальными факторами.

Морфологический состав ТБО определяет теоретическое значение ресурсного потенциала отходов, содержание в многокомпонентной смеси потенциального вторичного сырья, горючей фракции и биологически разлагаемого материала, выделение которых зависит, в первую очередь, от существующей системы сбора отходов: раздельный сбор на месте образования или разделение смешанных отходов на мусоросортировочных станциях. Как показывает практика, доля извлечения вторичного сырья из смешанных отходов значительно ниже, по сравнению с предварительной сортировкой отходов на стадии сбора, что объясняется загрязнением извлекаемых компонентов, потерей ими кондиционных условий для переработки. Отсутствие раздельного сбора отходов ведет к снижению использования ресурсного потенциала, содержащихся в ТБО.

Взаимосвязанность теоретического и технического ресурсного потенциала отходов рассмотрим на примере использования потенциала вторичного сырья. Содержание вторичного сырья по результатам анализов морфологического состава отходов, проведенных в Европе и в России (табл. 1.2) составляет около 50 % от всех отходов, из которых вторичному использованию в качестве сырья в странах ЕС подвергается менее половины при условии существования эффективной интегрированной системы управления отходами.

Таблица 1.2

Содержание вторичного сырья в ТБО
в странах ЕС и городах России [19, 18]

В России наиболее высокими показателями использования отходов в качестве вторичного сырья в промышленных масштабах характеризуется черная и цветная металлургия (27 %), целлюлозно-бумажная промышленность (18 %), промышленность строительных материалов. Полностью или почти полностью из вторичного сырья изготавливаются отдельные виды бумаги и картона, изделия широкого хозяйственного потребления из полиэтилена (ящики, ведра, поливочные шланги, пленка и т.д.) [5].

2. Физико-химические свойства ТБО

Энергетический потенциал ТБО зависит от теплотехнических характеристик отходов. Горение твердых отходов подчиняется тем же физическим законам, что и горение любого другого топлива. К основным теплотехническим показателям твердых отходов относятся: элементарный состав рабочей массы отходов (влажноcть WP, зольность AP, содержание азота NP, серы SP, углерода СР, водорода HP и кислорода OP, %; теплота сгорания Qp, кДж/кг; выход летучих веществ VГ, % от горючей массы [20].

Теплота сгорания твердых отходов зависит в большой степени от его влажности. Она достигает максимума летом и минимума зимой при наибольшей влажности. Для эффективного горения влажность отходов должна быть менее 50 %.Теплотворная способность ТБО также зависит от их плотности. Так, при изменении плотности от 0,2 до 0,5 т/м3 теплотворная способность ТБО снижается с 2000 до 940 ккал/кг [21].

Энергетический потенциал ТБО тем больше, чем выше теплота сгорания отходов. Теплота сгорания ТБО варьируется от 5 до 20 МДж/кг, в зависимости от морфологического состава. Устойчивое самостоятельное горение ТБО возможно при теплоте сгорания более 7–8 МДж/кг. [18].

Отходы по скорости их разложения можно разделить на две основные группы: медленно (стекло, пластик, металл) и быстро биологически разлагающиеся отходы (пищевые отходы, бумага). Биологический потенциал отходов характеризуется их химическими и физическими свойствами. Основные параметры, определяющие биологический потенциал [14]: соотношение углерода и азота (C:N), влажность, плотность, кислотность отходов или щелочность, которую характеризует уровень pH среды, содержание сухих веществ, которое характеризует количество (C, N, K, P).

Самые распространенные традиционные материалы для формирования компоста и биогаза – зеленые садовые отходы, пищевые отходы Процессы разложения не одинаково активны для всех органических отходов. Это зависит от свойств веществ, которые содержат отходы, и часто характеризуются количеством летучих соединений в отходах [14].

3. Экономический критерий

Экономический критерий ресурсного потенциала отходов представляет собой экономическую прибыль, которую можно получить
в результате замены первичных материалов на отходы или использования отходов с целью изготовления того или иного полезного продукта или оказания услуги. Экономическая прибыль может быть как положительной, так и отрицательной. Положительная экономическая прибыль обуславливается во-первых, низкой стоимостью «вторичных ресурсов», цена которых складывается из затрат на организацию сбора, подготовки к использованию, и во-вторых, снижением выплат за негативное воздействие на окружающую среду с учетом предотвращенного экологического ущерба, вследствие предотвращения размещения рассматриваемых отходов.

Уровень использования ресурсного потенциала отходов характеризуется значительной неравномерностью и зависит от экологической ситуации, возникающей в связи с обращением с ними как с загрязнителями окружающей среды, и, самое главное, от складывающегося экономического критерия, определяющего рентабельность каждого конкретного вида производства, использующего отходы. Условия, определяющие значение экономического критерия включают в себя:

● уровень затрат на сбор и подготовку;

● низкая конкурентоспособностью продукции с использованием отходов;

● наличие спроса на вторичное сырье;

● высокая обеспеченность промышленности России сырьевыми ресурсами и их доступность на фоне высоких мировых цен на основные виды сырья и топливно-энергетические ресурсы;

● наличие инструментов экономического стимулирования использования вторичных материалов;

● государственное регулирование переработки «нерентабельных отходов»;

● наличие производственных предприятий, обеспечивающих сортировку, подготовку, переработку и использование отходов.

С точки зрения рационального использования ресурсов переработка вторичного сырья является наиболее предпочтительной технологией утилизации отходов, которая позволяет сохранить ресурсы в техносфере, не лишая их потенциальной ценности. Тем не менее, не всегда переработка отходов будет экономически целесообразной и экологически более устойчивой по сравнению с сжиганием отходов с использованием энергетического потенциала. Наиболее спорным компонентом отходов являются пластики, огромное разнообразие которых требует применения высокотехнологичных методов разделения. К тому же пластик, используемый для упаковки, представляет собой часто комбинированный материал с бумагой или алюминием, что делает переработку более проблематичной. Так, например, cбор и переработка пластиковых ПЭТ бутылок в Швейцарии почти обходится в 2 раза дороже сжигания этих отходов. При этом норма потребления пластика на душу населения в 118 кг составляет лишь небольшую долю расхода ресурсов нефти, 95 % которых используется в качестве топлива [22], то есть переработка пластика позволит снизить потребление первичного сырья в меньшей степени, чем его сжигание. Поэтому важно найти оптимальный баланс между требованиями эффективного использования ресурсов, снижения негативного воздействия и экономическими условиями при выборе технологий утилизации отходов.

Таким образом, в основе управления отходами должно лежать максимальное использование заложенного в них ресурсного потенциала прежде всего за счет повторного использования и переработки, материальной, энергетической или биологической. Любое управление отходами должно включать в себя задачи по снижению объемов их образования на основе внедрения малоотходных и безотходных технологий, сокращения содержания опасных веществ в продукции за счет применения новых технологий, а также задачи экологически безопасного их удаления после использования.