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.

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 SO_X, CO, NO_X, HCl, свинцу, кадмию, ртути, хрому, мышьяку, бериллию, фуранам и диоксинам, полихлорбифенилам, и полициклическим ароматическим углеводородам…»

В последние годы во многих странах были введены новые стандарты на выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, что привело к закрытию или переоборудованию многих МСЗ. Например, в Великобритании из 780 МСЗ, функционировавших в начале 90-х гг. (30 заводов по утилизации бытовых отходов, 700 заводов по утилизации медицинских отходов, 40 МСЗ, принадлежавших химическим компаниям, 6 заводов по утилизации осадков сточных вод, 4 завода по утилизации опасных отходов) к 1999 г. осталось 110. В  2001 г. в Великобритании функционировало всего 12 заводов по сжиганию бытовых отходов. Закрытие и переоборудование МСЗ привело к значительному уменьшению выбросов токсичных веществ в атмосферу.

Исследование, проведенное в Нидерландах, показало, что выбросы в атмосферу диоксинов также значительно сократились. Наиболее совершенные германские технологии, разработанные в начале 90-х годов, позволили уменьшить выбросы в атмосферу в 10 раз.

Несмотря на огромный прогресс, проблема выбросов МСЗ не исчезла полностью, она лишь переместилась в другую плоскость, поскольку теперь большее количество диоксинов поступает в окружающую среду вместе с золой. В 2000 г. Европейское агентство по охране окружающей среды предупреждало, что положительный эффект от снижения выбросов вскоре может быть сведен к нулю вследствие роста объемов сжигаемых отходов. Например, в Великобритании после закрытия ряда МСЗ вследствие их несоответствия современным стандартам, правительство внесло предложение о введении в эксплуатацию 177 новых заводов.

Наиболее тщательно регулируются газообразные выбросы, так как их токсичные компоненты могут распространяться воздушными потоками. Однако другие отходы МСЗ также содержат загрязняющие вещества и, таким образом, могут наносить вред здоровью человека, возможно, менее очевидный, но не менее реальный.

Выбросы в атмосферу

Таблица 2.1 Нормативы предельно-допустимых выбросов в атмосферный воздух в ЕС

Диоксины

Полихлорированные диоксины (ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ) относятся к группе, включающей более 200 различных изомеров. Наиболее широко известен 2,3,7,8-ТХДД, который считается канцерогеном и самым токсичным веществом, известным человечеству. Диоксины токсичны, устойчивы, способны к накоплению в биологических цепях.

Оказалось, что в выбросах МСЗ присутствуют бромированные диоксины и диоксины, в состав которых входят как хлор, так и бром, которые расцениваются, как равно токсичные с диоксинами, содержащими хлор. Тем не менее, до сих пор вопросы регулирования выбросов касаются только диоксинов, содержащих хлор.

Образование диоксинов

Диоксины являются побочными продуктами многих процессов сжигания в которые вовлечены хлор и его производные. Диоксины присутствуют в выбросах всех МСЗ. Исследования показали, что они могут разлагаться в процессе сжигания и вновь образовываться по окончании этого процесса при изменении температурного режима.

Диоксины, присутствующие в выбросах, в основном являются вновь образованными из хлорбензолов и хлорфенолов, источником которых является ПВХ – типичное составляющее бытовых отходов. Отходы часто содержат диоксины еще до сжигания. Тем не менее, доказано, что в процессе сжигания образуются новые диоксины. Например, анализ балансов масс показал превышение количества диоксинов в продуктах сгорания над их содержанием в бытовых отходах, поступивших на сжигание.

В исследовании, проведенном на восьми МСЗ Испании, были получены следующие результаты. В поступающих отходах содержалось диоксинов в количествах 79,8 г/год, в газообразных выбросах после сжигания - 1-1,2 г/год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в золе – 2-19 г/год.

Учет выбросов диоксинов при сжигании отходов

С 80-х до середины 90-х гг. МСЗ были основными источниками выбросов диоксинов. Например, голландская правительственная организация RIVM отмечала, что в 1991 г. МСЗ были ответственны за 79% выбросов диоксинов в стране. В 1995 г. в Великобритании заводы, на которых сжигали бытовые отходы, производили 53-87% выбросов диоксинов. В США МСЗ приписывалось 37% выбросов диоксинов.  Усреднение данных по 15 странам показало, что МСЗ производят более 50% всех выбросов диоксинов. Несмотря на усовершенствованные технологии, установлено, что в 1998-1999 гг. МСЗ Дании продолжали оставаться основными источниками диоксинов с годовым выбросом 11-42 г. Еще 35-275 г присутствует в захораниваемой золе.

В публикации 1997 г., цитированной ЕС, говорилось, что заводы, сжигающие опасные отходы, производят до 40% диоксинов Европы.

Другие органические вещества

Среди других наиболее опасных органических веществ в выбросах МСЗ основное внимание следует уделить устойчивым высокомолекулярным соединениям. В основном это полиароматические углеводороды (ПАУ) и несколько групп высокотоксичных, содержащих хлор веществ, включающих ПХБ и полихлорнафталины (ПХН), хлорбензолы и хлорфенолы.

 ПХБ

В группу входит 209 веществ. ПХБ устойчивы, токсичны, способны к бионакоплению. Также как и диоксины, они могут накапливаться в жировых тканях животных и человека и существовать там бесконечно долго.  ПХБ, содержащие больше хлора, более устойчивы и рассматриваются, как наносящие существенный вред окружающей среде. ПХБ присутствуют повсеместно и были обнаружены даже в тканях животных, обитающих в нетронутых диких ландшафтах. ПХБ и другие хлорорганические соединения найдены в тканях таких животных, как киты, тюлени, белые медведи. ПХБ оказывают существенное влияние на здоровье человека и способны негативно воздействовать на репродуктивную, нервную и иммунную системы. Некоторые ПХБ, будучи схожи по строению с диоксинами, могут оказывать на здоровье человека аналогичное влияние.

ПХБ чаще всего использовались при производстве электрооборудования. В настоящее время синтез ПХБ в мире запрещен. Но, по крайней мере, треть произведенных ПХБ попали в окружающую среду. Остальные две трети находятся в связанном состоянии в старом электрооборудовании и отходах. Вместе с тем ПХБ являются побочным продуктом процесса сжигания отходов и всех промышленных процессов, использующих хлор.

ПХБ присутствуют в газообразных выбросах МСЗ. Исследования, проведенные в 1992 г. в Японии, показали, что средний уровень ПХБ в их газообразных выбросах составляет 1,46 нг/м3, что значительно превышает норму в 0,5 нг/нм3 установленную в Японии для вновь сооружаемых МСЗ

ПХН

Группа токсичных, устойчивых веществ, содержащих хлор и способных к бионакоплению. ПХН производились, как заменители ПХБ. ПХН являются побочными продуктами сжигания и термических процессов, в которых участвует хлор. ПХН схожи с диоксинами и ПХБ и также токсичны уже в небольших дозах.

ПХН (от моно- до окто-) были обнаружены в газообразных выбросах МСЗ в количествах от 1,08 до 21,36 нг/нм3 на 5 МСЗ в Испании.

Высокотоксичные и устойчивые, ПХН присутствуют в выбросах МСЗ на определяемых уровнях и, поступая в окружающую среду, могут наносить ей существенный вред наряду с уже накопленными в процессе их промышленного производства запасами.

Хлорбензолы

Хлорбензолы также присутствуют в выбросах МСЗ. Особое значение имеет гексахлорбензол (ГХБ) – полностью замещенная форма бензола. ГХБ устойчив, токсичен, способен к бионакоплению. Он токсичен для водной флоры и фауны, для наземных животных и растений, для человека. Ранее он использовался в качестве пестицида и гербицида. Исследования показали, что ГХБ может усиливать токсичность молока кормящих женщин, обусловленную диоксинами. Он отнесен МАИР  к группе канцерогенов 2B («возможный канцероген для человека»).  ГХБ оказывает влияние на развитие плода, функционирование печени, иммунной системы, почек и центральной нервной системы. Наиболее чувствительными к его воздействию являются печень и нервная система.

Хлорфенолы

Группа фенолов, найденных в выбросах МСЗ, включает 14 хлорированных, 3 бромированных и 31 смешанных соединений. Помимо того, что эти соединения сами по себе токсичны, они представляет опасность еще и как основа для образования диоксинов: из двух фенольных колец может образоваться одна молекула диоксина.

Полиароматические углеводороды (ПАУ)

Группа побочных продуктов горения органических соединений. Некоторые из них устойчивы, токсичны, способны к бионакоплению, канцерогены. При избытке кислорода количество образующихся ПАУ зависит от состава отходов и температурного режима. Общий выброс ПАУ от МСЗ в атмосферу составляет 0,02-12 мг/м3.

Летучие органические соединения

Было определено около 250 летучих органических соединений , концентрации которых колебались от 0,05 до 100 мг/м3. Среди них были высокотоксичные и канцерогенные вещества, такие как бензол, фенолы, фталаты.

На свету летучие органические соединения могут вступать в реакцию с оксидами азота, образуя фотохимические окислители , как, например,  озон, что отрицательно сказывается на качестве воздуха. Новые предложенные ЕС нормы выбросов летучих органических веществ составляют 20 мг/нм3.

Тяжелые металлы

Многие тяжелые металлы токсичны уже при низких концентрациях, некоторые из них устойчивы и способны к бионакоплению. Тяжелые металлы поступают в печь МСЗ в составе различных отходов. После уменьшения объема сжигаемой массы, их концентрация в золе возрастает до 10 раз. Преимущественно тяжелые металлы (кроме ртути) концентрируются в летучей золе МСЗ, однако они представлены и в газообразных выбросах. Так, ртуть преимущественно выводится с газообразными выбросами МСЗ.

Ртуть в основном содержится в батареях, флюорисцентных лампах и красках. Кадмий – в красках, ПВХ и пигментах, используемых для  его окрашивания. Свинец присутствует в батареях, пластмассах и пигментах. Сурьма - в замедляющих горение веществах, используемых при изготовлении пластиков.

В странах ЕС в 1990 г. МСЗ были ответственны за выбросы в атмосферу 8 % (16 т.) кадмия, 16 % (36 т.) ртути. Валовые выбросы хрома от МСЗ составляли 46 т. , а свинца - 300 т. Для предотвращения  выбросов тяжелых металлов в последующие годы был разработан  ряд фильтрующих устройств. Например, рукавные  фильтры задерживают до 95% тяжелых металлов (что означает увеличение их концентрации в летучей золе) за исключением ртути.

Выбросы ртути остаются одной из основных проблем МСЗ. Почти 100% ртути в газообразном состоянии выбрасывается в атмосферу, поскольку она не оседает на фильтрах, на частицах пыли и почти не остается в золе. 20-50% выбросов составляет молекулярная ртуть, оставшаяся часть присутствует в виде соединений двухвалентной ртути. После выбросов в атмосферу растворимая двухвалентная ртуть в основном оседает в окрестностях МСЗ. Молекулярная ртуть, с другой стороны, до того как превратиться в двухвалентную и осесть, может переноситься на большие расстояния.

Тяжелые металлы в выбросах МСЗ (общемировые показатели)

Твердые частицы выбросов

Твердые частицы, присутствующие в воздухе, являются результатом, как природных явлений, так и деятельности человека. Это мельчайшие частицы почвы, морская соль, пыль вулканического происхождения, споры грибов и пыльца растений, частицы, присутствующие в выхлопных газах и дыме. Частицы естественного происхождения обычно крупнее 2,5 микрон, в то время как  в отходящих газах МСЗ содержится большое количество частиц  менее 2,5 микрон. Такие твердые частицы, способные проникать в мельчайшие дыхательные пути, оказывают серьезное влияние на респираторную систему, вызывая астму, могут быть причиной повышенной смертности от заболеваний дыхательной системы и сердца. Наибольшее беспокойство вызывают ультра мелкие частицы размером менее 0,1 микрона.

МСЗ выбрасывают значительные количества мельчайших твердых частиц. Даже самые современные системы очистки газов препятствуют лишь выбросу 5-30% таких частиц. Частицы менее 0,1 микрона  не задерживаются системами очистки отходящих газов. Более того, системы нагнетания аммиака, призванные сократить выбросы оксидов азота, могут привести к увеличению количества выбросов мельчайших твердых частиц.
Химический состав твердых частиц изучен плохо. Известно, что в них могут содержаться минеральные оксиды и соли. На их поверхности могут осаждаться тяжелые металлы, диоксины, ПХБ и ПАУ.

Ультра мелкие частицы могут быть химически активны, так как на их поверхности находится большее число свободных атомов, адсорбирующих опасные вещества

Неорганические газы

МСЗ выделяют, прежде всего, хлористый водород (HCl), фтороводород (HF), бромоводород (HBr), оксиды серы (SO_x) и азота (NO_x).

Сжигание ТБО приводит к образованию большого количества хлористого водорода. Причем, во много раз больших, чем выбросы теплоэлектростанций работающих на угле. Это не удивительно, так как в бытовом мусоре содержится достаточно большое количество хлорорганических соединений, разного рода полимеры, в том числе и ПВХ.

В 1998 г. в ЕС установлены новые нормативы на содержание хлористого водорода в отходящих газах МСЗ – 10 мг/м3. Исследование, проведенное Гринпис в Швеции в 2000 г., которое охватывало 21 МСЗ показало, что выбросы хлористого водорода от 17 МСЗ превышали установленную норму ЕС. Средняя концентрация хлористого водорода по 21 МСЗ составляла 44 мг/м3, в то время как концентрации от различных МСЗ находились в пределах 0,2 – 238 мг/м3

Оксиды азота и серы выделяются во всех промышленных процессах, включающих процесс горения. Эти выбросы могут изменять кислотность дождей. Выбросы NО_x и SО_x влияют на респираторную систему человека. Есть данные о связи между повышением загрязнения воздуха SO₂ и смертностью среди жителей с респираторными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Также наблюдалась связь между повышением уровня SO₂ и ростом количества обращений в медицинские учреждения с астмой и другими хроническими заболеваниями дыхательной системы.

Выбросы NО_x и SО_x приводят к возникновению так называемых вторичных частиц, образующихся в результате химических реакций, происходящих в атмосфере. Чаще всего оксиды азота и серы окисляются до кислот, а потом нейтрализуются атмосферным аммиаком. При этом образуются частицы сульфатов и нитратов аммония. Эти частицы, являясь растворимыми, тем не менее, способны в течение длительного времени находиться в воздухе. Более редкие вторичные частицы - частицы хлоридов аммония – образуются из хлористого водорода. На поверхности вторичных частиц могут оседать ПАУ, диоксины и другие токсичные соединения.

Другие газы

Бытовые отходы содержат до 25% углерода, который высвобождается в процессе сжигания. Из 1 т отходов высвобождается приблизительно 1 т CO2. Диоксид углерода, как самый распространенный парниковый газ значительно влияет на изменения климата, поэтому его выбросы должны быть минимизированы. Однако норм на выбросы СО2 для МСЗ не существует.

Токсичный оксид углерода (СО) также выделяется в процессе сжигания отходов. Уровни СО могут оказывать существенное влияние на больных сердечно-сосудистыми заболеваниями. Исследования Гринпис, проведенные в Швеции в 2000 г., показали, что 10 из 15 обследованных заводов по сжиганию бытовых отходов превышают норму выбросов СО, установленные ЕС в 50 мг/м3. При этом его концентрации составляли от 2,6 до 249 мг/м3.

 Сбросы МСЗ         

Стоки МСЗ сводятся к стокам воды, которая используется в оборудовании для мокрой очистки отходящих газов. Данные по этим стокам ограничены. Известно, что в них содержится свинец, кадмий, медь, ртуть, цинк, сурьма, нейтральные соли и несгоревшие остатки органических соединений.

Зола и шлаки МСЗ

Летучей называется зола, улавливаемая на фильтрах очистки отходящих газов.  Как указывалось ранее, мелкодисперсные частицы золы удерживают на своей поверхности большое количество токсичных веществ.

Топочная зола и шлак собираются на «исподе» установок для сжигания. В связи с большей крупностью составляющих ее частиц, топочная зола менее способна к аккумуляции токсичных веществ. В технологическом процессе сжигания топочная зола обычно перемешивается со шлаком – негорючим остатком ТБО, и не выделяется в отдельную категорию при классификации твердых отходов  МСЗ. Следует отметить, что смешивание топочной золы и шлака в десятки раз увеличивает объем опасных отходов, подлежащих захоронению.

Диоксины

С появлением новых систем очистки, количество диоксинов в стоках и газообразных выбросах значительно уменьшилось. Однако из-за этого повысилось содержание диоксинов в летучей золе и шлаках.

Контролировать количество диоксинов золе и шлаках очень трудно и дорого. Теоретически, в золе должно находиться около 97% образующихся диоксинов. Результаты исследований Гринпис показали, что на МСЗ Шпаттлау в золе содержалось 99,6% диоксинов. И лишь небольшая часть диоксинов присутствует в газообразных выбросах.

Кроме диоксинов, содержащих хлор, в золе и шлаке присутствуют диоксины, содержащие  бром. В 1999 г. было обнаружено присутствие в летучей золе йодированных диоксинов.

Самые высокие уровни диоксинов наблюдались в летучей золе. Исследования, проведенные на восьми МСЗ в Испании, показали, что в ней диоксины присутствуют в количестве от 0,07 до 3,5 нг/г. Необыкновенно высокие уровни содержания диоксинов наблюдались на одном из МСЗ в Испании в 1997 г. Они составили 41 нг/г.

В шлаках  МСЗ концентрации диоксинов ниже, чем в летучей золе. Например, средние количества диоксинов в шлаках  трех  МСЗ в Испании равнялись 0,006, 0,013 и 0,098 нг/г. Результаты анализа шлаков  пяти МСЗ в Баварии (Германия), показали, что уровень диоксинов на них изменялся от 1,6 до 24 пг/г. Шлаки, взятые с 18 новых МСЗ в Польше в 1994-1997 гг., содержала диоксины от 8 до 45 пг/г.

Огромное ежегодно вырабатываемое количество шлака приводит к тому, что количество диоксинов в нем сравнимо с количеством диоксинов в летучей золе. Тем не менее, анализ проб, взятых на восьми  испанских МСЗ, показал, что годовое количество диоксинов в их газообразных выбросах равно 1-1,2 г /год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в шлаках – 2-19 г/год.

Другие органические вещества

В летучей золе и шлаках МСЗ содержатся высокие концентрации ПАУ и ПХБ. Проведенные в 1996 г. исследования  показали присутствие в золе и шлаках 72 фенольных образований, среди которых было много неизвестных. Большинство веществ были гидроксидами ПАУ, полихлорированными ПАУ, ПХБ и диоксинами. В исследовании подчеркивалось, что эти вещества могут быть устойчивы и токсичны и требуют определения их токсичности, так как они могут вымываться из золы даже после ее захоронения.

Тяжелые металлы

Если исключить присутствующие в шлаках крупные несгоревшие фрагменты, летучая зола содержит большие, чем шлаки концентрации тяжелых металлов.

Концентрации тяжелых металлов в выбросах 2 испанских МСЗ в 1995 г. (мг/кг)

Концентрации тяжелых металлов в золе и шлаках МСЗ очень высоки по сравнению с их концентрациями в почве. В процессе сжигания мобильность и биологическая активность тяжелых металлов сильно возрастает.

В большинстве стран закон не требует от мусоросжигательных компаний мониторинга химического состава золы и шлаков. В связи с этим, данные по этому вопросу ограничены. Исследования на заводах по сжиганию опасных отходов показали, что чаще всего превышаются нормы на содержание таких металлов, как мышьяк, никель и свинец.

Захоронение летучей золы и шлаков МСЗ

Захоронение летучей золы МСЗ является серьезной проблемой. Летучая зола может рассматриваться, как токсичные отходы. Итальянское законодательство, например, рассматривает золу МСЗ в качестве токсичных отходов вследствие высоких концентраций в них свинца и кадмия.
 
Шлаки МСЗ обычно не рассматривается в качестве опасных отходов. Однако они тоже содержит токсичные вещества, которые могут вымываться из мест захоронения и наносить существенный вред окружающей среде.

В Канаде, большинстве европейских стран и Японии шлаки МСЗ захоранивается отдельно от золы, в США практикуется их совместное захоронение. Захоронение золы и шлаков требует значительных расходов, однако, они могут быть снижены при использовании шлаков в качестве строительного материала. Тем не менее, токсичная природа шлаков и выделяющихся из них загрязняющих веществ, таких как СОЗ и тяжелые металлы, ставят под сомнение возможность  их использования в строительных целях.

Захоронение летучей золы

Осадки могут вымывать металлы из золы в грунтовые воды. Особенно легко происходит вымывание металлов в кислых почвах. Зола часто захоранивается вместе с несожженными отходами, в которых содержатся органические кислоты. При этом кислотность почв повышается, а вместе с тем повышается и вероятность вымывания тяжелых металлов. Кроме того, вещества, присутствующие в золе, находятся в более растворимой форме, чем вещества, присутствующие в исходных ТБО. Что касается диоксинов, то они прочно связаны с поверхностью летучей золы, практически нерастворимы в воде и не вымываются в грунтовые воды в значительных количествах.

Исследования подтвердили, что вымывание тяжелых металлов происходит активнее в кислой среде. Однако вымывание кадмия, свинца и хрома наблюдалось и в нейтральной среде при использовании дистиллированной воды. Считается, что свинец наиболее подвержен вымыванию.

Значительное вымывание тяжелых металлов из золы происходит под воздействием кислотных дождей. Концентрации ртути, бария, бериллия, хрома, меди, молибдена, свинца, титана и цинка значительно увеличиваются в грунтовых водах уже после первого дождя. Хотя дальнейшее вымывание менее интенсивно, такие металлы, как кадмий, медь, ртуть, свинец и цинк могут наносить ущерб окружающей среде в течение сотен и даже тысяч лет.

Существуют полигоны, где растворы вымываемых тяжелых металлов собираются в специальные коллекторы, а потом отправляются на предприятия по переработке промышленных стоков. Анализ воды из этих коллекторов показал присутствие в ней высоких концентраций свинца и кадмия. При отсутствии коллекторов эти и другие металлы поступают не на переработку, а в окружающую среду.

Наиболее распространенный в настоящее время способ утилизации золы - стабилизация  ее в цементе. Стабилизированная зола может быть захоронена или использована как форма для захоронения иных продуктов. Стабилизация золы в цементе обычно применяется в Германии, Швеции, Швейцарии и Австрии. Стабилизированная зола, как правило, не используются в строительстве. Исключение составляют Нидерланды, где 50% стабилизированной золы используют как наполнитель асфальтовых покрытий, и Австрия, где она используется в бетонных конструкциях. Это вызывает тревогу, так как, по крайней мере, одно из исследований показало, что тяжелые металлы способны вымываться из подобных материалов. Независимо от того, захоронена стабилизированная зола или использована в строительных целях, надо отдавать себе отчет в том, что погодные условия и эрозия в любом случае приведут к возвращению СОЗ в природу.

Еще один способ обработки золы – ее термическая обработка с целью сокращения в ней количества диоксинов. В лабораторных условиях это приводило к положительным результатам. Однако в исследовании ничего не говорилось о возникновении в результате этой обработки других потенциально опасных токсичных соединений. Кроме того, эта обработка никак не влияет на содержание в золе тяжелых металлов.

Захоронение шлаков

Как и летучая зола, шлаки МСЗ захораниваются или используются в строительных конструкциях. Тесты на вымывание из шлаков химических веществ показали, что при их захоронении в окружающую среду могут возвращаться неорганические соли и небольшие количества тяжелых металлов. В некоторых европейских странах, включая Нидерланды, Данию, Францию, Германию, от 40 до 60% шлаки МСЗ используется в строительстве, в основном, при строительстве асфальтовых покрытий и велосипедных дорожек.

Исследования бетона, созданного на основе шлаков МСЗ, показали, что этот бетон обладает меньшей по сравнению с обычным бетоном прочностью. Существуют сомнения по поводу разумности использования шлаков МСЗ в строительстве, так как присутствующие в них токсичные вещества рано или поздно попадут в окружающую среду.

Многие МСЗ Великобритании были закрыты в конце 1996 г. в связи с их несоответствием директивам ЕС. Зола и шлаки с одного из сохранившихся МСЗ, с 1994 по 1999 г.г. использовались на частных участках Ньюкасла. Обеспокоенность местных жителей в связи с потенциальной токсичностью золы и шлаков стала причиной исследований, выявивших содержащиеся в отходах МСЗ высокие уровни диоксинов. Местным жителям было рекомендовано не допускать игр детей до 2 лет на открытой земле, не употреблять в пищу яйца и продукты животноводства, полученные на данной территории, тщательно мыть и очищать от кожуры овощи местного производства. Дальнейшие исследования показали, что уровни тяжелых металлов и диоксинов в золе и шлаках МСЗ значительно превышали фоновые и предельные уровни, принятые для диоксинов в Германии. Например, для пшеницы рекомендован уровень диоксинов, не превышающий 40 нг/кг, а для почв игровых площадок – 100 нг/кг. Почвы Ньюкастла содержали 1000 нг/кг. Концентрации всех тяжелых металлов, кроме ртути, превышали нормативы для почв, применяемые в Великобритании.

Источник: Гринпис

www.newchemistry.ru