Що відбувається з відходами, коли вони потрапляють на звалище

Про життєвому циклі звалища і те, що навіть звичайні відходи стають токсичними.
Зовсім недалеко від вашого будинку — може бути, в парі десятків кілометрів, а може бути, і значно ближче — працює масштабний хімічний реактор, куди щодня завантажують нові порції інгредієнтів, склад яких точно не знає ніхто, та й результат роботи самого реактора не цілком передбачуваний. Реактор цього називають звалищем, або, в перекладі на бюрократичний мову, полігоном твердих побутових відходів. Все, що викидають жителі міст, в кінцевому рахунку виявляється тут. N+1 і Каталог статей вирішили з’ясувати, що відбувається зі сміттям, коли він опиняється на смітнику.
У 2015 році в Росії, за даними аналітичної компанії Frost&Sullivan, було вироблено 57 мільйонів тонн твердих побутових відходів, це лише трохи менше обсягу виробництва сталі (71 мільйон тонн). У Москві та області побутове сміття Що таке відходи? (близько 11 мільйонів тонн на рік) в основному складається з харчових відходів (22 відсотки), паперу і картону (17 відсотків), скла (16 відсотків) і пластика (13 відсотків), на тканину, метал та деревину припадає на 3 відсотки, ще близько 20 відсотків — на все інше.
У Росії на сміттєві полігони потрапляє до 94 відсотків сміття, тільки 4 відсотки переробляється, 2 відсотки — спалюється.
Для порівняння: в ЄС у переробку йде 45 відсотків сміття, 28 відсотків — потрапляє на звалища, а 27 відсотків — спалюється.
Російські звалища за рік виділяють в атмосферу 1,5 мільйона тонн метану і 21,5 мільйона тонн СО2. Всього в Росії на 2015 рік було 13,9 тисячі діючих сміттєвих полігону, з них в Московській області — 14. Лише одна московська звалище в Чеховському районі (полігон «Кулаково») за рік видала ПОЛІГОНИ ТКО В МОСКОВСЬКІЙ ОБЛАСТІ: ПОТОЧНА ЕКОЛОГІЧНА СИТУАЦІЯ
І ПЕРСПЕКТИВИ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ в атмосферу 2,4 тисячі тонн метану, 39,4 тонни вуглекислого газу, 1,8 тонни аміаку і 0,028 тонни сірководню.
Сміттєвий полігон у розрізі
Правильно організований сміттєвий полігон — високотехнологічне споруда. Перш ніж він буде готовий до прийому сміття, необхідно підготувати дно: викласти його шаром глини товщиною близько метра, поверх постелити водонепроникну геомембрану, шар геотекстилю, 30-сантиметровий шар щебеню, в якому потрібно укласти систему труб для збору фільтрату — рідини, яка буде збиратися зі сміття, а зверху буде ще захисна проникна мембрана. Дно звалища має бути мінімум на півметра вище грунтових вод.
Поруч зі звалищем потрібно насосна і очисна станція для відкачування та знешкодження фільтрату, який насичений органічними кислотами та іншою органікою, сполуками важких металів. Крім того, в шарі сміття, коли він почне накопичуватися, буде потрібно встановити систему труб для збору та утилізації звалищного газу, станцію для його очищення і спалювання.
Коли звалище заповниться (зазвичай полігон приймає сміття 20-30 років), потрібно зверху закрити полігон ще одним захисним шаром, зберігши систему збору звалищного газу — їй належить працювати ще десятки років.
Життя звалища
Хімічну життя сміття на звалищі умовно можна розділити Landfill Gas Basics на чотири головні фази. Під час першої фази аеробні бактерії — бактерії, які здатні жити і розвиватися в присутності кисню, — розщеплюють всі довгі молекулярні ланцюжки вуглеводів, білків, ліпідів, з яких складається органічне сміття, тобто в основному харчові відходи.
Головний продукт цього процесу — вуглекислий газ, а також азот (кількість якого поступово знижується протягом життя звалища). Перша фаза продовжується до тих пір, поки в смітті залишається достатньо кисню, і вона може тривати місяці або навіть дні, поки сміття відносно свіжий. Вміст кисню сильно варіюється в залежності від ступеня спрессованности сміття і від того, наскільки глибоко він похований.
Друга фаза починається, коли весь кисень у смітті вже використаний. Тепер головну роль відіграють анаеробні бактерії, які перетворюють речовини, створені їх аеробними колегами, оцтову, мурашину і молочну кислоту, а також спирти — етиловий і метиловий.
Середовище на звалищі стає дуже кислотної. По мірі того як кислоти змішуються з вологою, це вивільняє поживні речовини, роблячи азот і фосфор доступними для багатоликого співтовариства бактерій, які в свою чергу інтенсивно виробляють вуглекислий газ і водень. Якщо звалище буде потревожена або в товщу сміття якимось чином проникне кисень, все повертається до першої фази.
Третя фаза в житті звалища починається з того, що певні різновиди анаеробних бактерій починають переробляти органічні кислоти і формувати ацетати. Цей процес робить середовище більш нейтральною, що створює умови для бактерій, які продукують метан. Бактерії-метаногени і бактерії, що виробляють кислоти, формують взаємовигідні відносини: «кислотні» бактерії виробляють речовини, які споживають метаногени, — вуглекислий газ і ацетати, які у великих кількостях шкідливі для самих кислотопродуцирующих бактерій.
Четверта фаза — найдовша — починається, коли склад і рівень виробництва газів на звалищі стає відносно стабільним. На цій стадії звалищний газ містить від 45 до 60 відсотків метану (за обсягом), від 40 до 60 відсотків — вуглекислого газу, і від 2 до 9 відсотків інших газів, зокрема сполук сірки. Ця фаза може тривати приблизно 20 років, але навіть через 50 років після того, як на звалище перестали привозити сміття, вона продовжує виділяти газ.
Динаміка обсягу різних газів, що виділяються сміттям в залежності від часу
Метан і вуглекислий газ — головні продукти розкладання сміття, але далеко не єдині. У «репертуар» сміттєвих полігонів входять сотні різноманітних летких органічних речовин. Вчені, які обстежили сім звалищ в Британії, виявили Trace Organic Compounds in Landfill Gas at Seven U. K. Waste Disposal Sites у складі звалищного газу близько 140 різних речовин, у тому числі алкани, ароматичні вуглеводні, циклоалканы, терпени, спирти і кетони, сполуки хлору, в тому числі хлорорганічні сполуки, такі як хлорэтилен.
Що може піти не так
Завідуючий кафедрою екологічного моніторингу та прогнозування РУДН Маріанна Харламова пояснює, що точний склад звалищного газу залежить від безлічі факторів: від пори року, від дотримання технологій при будівництві та експлуатації полігону, від віку звалища, від складу сміття, від кліматичної зони, від температури повітря і вологості.
«Якщо це діючий полігон, якщо тривають надходження органічної речовини, то склад газу може бути дуже різний. Там може йти, наприклад, процес метанового зброджування, тобто в атмосферу потрапляє, в основному, метан, потім вуглекислий газ, аміак, сірководень, можуть бути меркаптани, сірковмісні органічні сполуки», — говорить Харламова.
Найбільш токсичними з головних компонентів викидів є сірководень і метан — саме вони у великих концентраціях можуть викликати отруєння.
Однак, зазначає Харламова, людина здатна відчувати сірководень в дуже невеликих концентраціях, які ще дуже далекі від небезпечних, тому, якщо людина відчуває запах сірководню, це ще не означає, що йому негайно загрожує отруєння. Крім того, при горінні сміття можуть виділятися діоксини — значно більш токсичні речовини, які, однак, не надають негайного дії.
Технологія експлуатації сміттєвих полігонів припускає, що звалищний газ збирається за допомогою системи дегазації, потім його очищають від домішок і спалюють у факелах або використовують в якості палива. Харламова зазначає, що спалювання неочищеного звалищного газу, як це робилося Дегазація в «Кучино». Як усувають звалищний газ на полігоні в Балашисі , наприклад, на полігоні «Кучино», може створити безліч нових проблем з токсичними продуктами горіння.
В цьому випадку утворюється, наприклад, діоксид сірки (при горінні сірководню) та інші токсичні сірчисті з’єднання. При нормальній утилізації газу необхідно спочатку очистити його від сполук сірки.
Маріанна Харламова
Ще одна загроза виникає, коли в товщі сміття починається сильний розігрів, пожежа без доступу повітря, схожий на торф’яної. У цьому випадку звалище різко змінює свій репертуар, у викидах у великій кількості з’являються альдегіди, поліароматичні вуглеводні, хлорована полиароматика. «При цьому виникає характерний запах. Звичайний запах звалища — це запах гниття, який дають сірководень і меркаптани. У разі пожежі починає пахнути смаженою картоплею — це запах фтороводень, який утворюється при горінні», — пояснює Харламова.
За її словами, іноді намагаються припинити надходження в атмосферу звалищного газу, закриваючи полігон зверху плівкою, а потім шаром землі. Але це створює додаткові проблеми: «При гнитті утворюються порожнечі і виникають провали грунту, крім того, плівка не пропускає воду, а значить, зверху будуть виникати болота», — говорить вона.
Головне джерело проблем зі смітниками, зазначає Харламова, — харчові і органічні відходи. Саме вони в основному створюють умови для «виробництва» метану і сірководню. Без харчових відходів сміття набагато краще піддається сортуванню і переробці. «Якщо б нам вдалося організувати систему збору сміття так, щоб органіка не потрапляла на полігони ТПВ, це вирішило б велику частину проблем зі смітниками, які виникають сьогодні», — вважає вчений.