2 Управление отходами (waste management) в рамках систем экологического менеджмента
Результатом ухудшения экологической ситуации в различных странах и регионах, где загрязнение окружающей среды является наиболее интенсивным, является потепление климата, разрушение озонового слоя и намеренное загрязнение человеком. Согласно анализу наиболее загрязненными сферами является атмосфера и гидросфера. В XXI веке даже состояние космического пространства вокруг нашей планеты вызывает серьезные опасения. Для того чтобы определить понятие окружающей среды, необходимо рассмотреть базовую экологическую единицу, имеющую свои собственные законы, которая характеризуется комплексом факторов живой и неживой природы. Эта единица называется экосистемой. Человек, как сознательное существо оказывает большое влияние на окружающую среду. Согласно методологии Всемирной организации здравоохранения, существует 26 факторов риска для здоровья, некоторые, из которых связаны с окружающей средой, которые, как считается, вызывают множество заболеваний у детей.
Отходы — это неизбежный побочный продукт жизнедеятельности человека. Практически каждая человеческая деятельность порождает материальный побочный эффект или побочный продукт. Когда материалы, из которых состоят эти побочные продукты, непригодны или были разложены таким образом, что больше не служат своему первоначальному или другому очевидному полезному назначению, они классифицируются как отходы. На практике отходы образуются из самых разных источников и обычно классифицируются по соответствующим источникам. Общая генерирующая деятельность включает в себя те, которые связаны с жилыми домами, коммерческими предприятиями и предприятиями, учреждениями, строительством и сносом, муниципальными услугами, установками для очистки воды, сточных вод и воздуха, а также муниципальными установками для сжигания отходов. Кроме того, отходы образуются в результате многочисленных промышленных процессов, включая промышленное строительство и снос, изготовление, производство, нефтепереработку, химический синтез и источники ядерной энергии. Рост населения и урбанизация (с увеличением промышленных, коммерческих и институциональных предприятий) способствуют увеличению образования отходов, равно как и быстрый экономический рост и индустриализация во всем развивающемся мире. Эти социальные и экономические изменения привели к постоянно растущему потреблению сырья, обработанных товаров и услуг. Хотя эти тенденции во многом улучшили качество жизни сотен миллионов людей, это не обошлось без значительных потерь для окружающей среды. Надлежащее обращение с различными отходами стало необходимым для защиты здоровья населения и окружающей среды, а также для обеспечения устойчивого экономического роста.
Обычно считается, что сжигание и захоронение отходов представляют собой самые доступные варианты обращения с отходами; однако многие отходы могут быть переработаны или повторно использованы для некоторых целей или каким-либо образом. Некоторые отходы могут быть переработаны или повторно произведены и снова использованы для их первоначальной или аналогичной цели, либо они могут быть изменены физически или химически и использованы для альтернативных целей. Поскольку природные ресурсы продолжают истощаться, а варианты сжигания и захоронения отходов становятся более дорогостоящими и неустойчивыми, государственные учреждения продвигают многочисленные экономические и социальные стимулы для предотвращения или сокращения образования отходов и разработки новых методов и технологий их переработки и повторное использование отходов. Такие усилия могут иметь более широкие последствия для энергосбережения и сокращения выбросов парниковых газов, которые способствуют глобальному изменению климата, при одновременном поощрении устойчивых методов управления отходами. Ежегодно образуется и утилизируется огромное количество отходов. Вызывает тревогу то, что это количество продолжает расти ежегодно. В промышленности ежегодно образуется и утилизируется более 7,6 миллиардов тонн твердых промышленных отходов, и, по оценкам, более 40 миллионов тонн этих отходов являются опасными. Количество ядерных и медицинских отходов также увеличивается с каждым годом. Развитые страны производят больше отходов, чем развивающиеся страны, из-за более высоких темпов потребления.
До принятия экологических норм отходы утилизировались ненадлежащим образом, без должного учета потенциального воздействия на здоровье человека. Такая практика привела к появлению множества загрязненных участков, где почвы и грунтовые воды были загрязнены и представляют опасность для общественной безопасности. В отходах присутствуют самые разные химические вещества, многие из которых представляют серьезную проблему для окружающей среды. Обычно образующиеся отходы находятся в большой концентрации на местах производства. Например, наибольшая концентрация органических загрязнений встречается на нефтеперерабатывающих заводах или в местах хранения нефти, а загрязнение неорганическими веществами обычно является результатом разнообразной промышленной деятельности. Загрязнение почвы и подземных вод – не единственные прямые неблагоприятные последствия неправильной деятельности по управлению отходами, выброс парниковых газов из отходов значительно усугубляют глобальное изменение климата.
В потоках отходов содержится широкий спектр токсичных химикатов с одинаково широким распределением соответствующих концентраций. Эти соединения могут присутствовать в концентрациях, которые сами по себе могут представлять угрозу для здоровья человека или могут иметь кумулятивный эффект из-за присутствия других соединений. Воздействие опасных отходов связывают со многими видами рака, хроническими заболеваниями и аномальными репродуктивными последствиями, такими как врожденные дефекты, низкий вес при рождении. Было проведено множество исследований основных токсичных отходов, обнаруженных на свалках с опасными отходами, включая эпидемиологические тесты для определения токсического действия.
Например, эффекты радиоактивных материалов классифицируются как соматические или генетические. Эти соматические эффекты могут быть немедленным или происходить в долгосрочной перспективе. Непосредственные эффекты от больших доз радиации часто вызывают тошноту и рвоту и могут сопровождаться серьезными изменениями крови, кровотечением, инфекцией и смертью. Отсроченные эффекты включают лейкемию и многие виды рака, включая рак костей, легких и груди. Генетические эффекты наблюдались случаи, когда генные мутации или хромосомные аномалии приводили к поддающимся измерению вредным последствиям, таким как уменьшение продолжительности жизни, повышенная восприимчивость к болезням или болезням, бесплодие или даже смерть на эмбриональных стадиях жизни. В связи с этими исследованиями Национальный совет по радиационной защите рекомендовал предельные дозы для профессионального использования. Подобные исследования были проведены для широкого спектра потенциально опасных материалов. Эти исследования, в свою очередь, использовались для определения безопасных уровней воздействия для многочисленных сценариев воздействия, включая те, которые учитывают стандарты безопасности труда и реабилитации для различных сценариев землепользования, включая использование земель в жилых, коммерческих и промышленных помещениях.
Химические вещества, содержащиеся в отходах, не только представляют угрозу для здоровья человека, но также оказывают глубокое воздействие на экосистемы в целом. Загрязняющие вещества могут изменить химический состав воды и разрушить водную жизнь и подводные экосистемы, от которых зависят более сложные виды. Загрязняющие вещества могут также попадать в пищевую цепочку через растения или микробиологические организмы, а более высокие, более развитые организмы аккумулируют отходы в результате последующего проглатывания. По мере продвижения загрязнителей вверх по пищевой цепочке продолжающаяся аккумуляция приводит к увеличению массы и концентрации загрязняющих веществ. Во многих случаях достигаются токсические концентрации, что приводит к увеличению смертности одного или нескольких видов. По мере уменьшения популяций этих видов нарушается естественный межвидовой баланс. При уменьшении количества хищников или источников пищи другие виды могут быть серьезно затронуты, что приведет к цепной реакции, которая может затронуть широкий спектр флоры и фауны в пределах конкретной экосистемы. Поскольку экосистема продолжает отклоняться от равновесия, могут возникнуть катастрофические последствия.
Признанная иерархия управления отходами в порядке предпочтения состоит из предотвращения, минимизация, рециркуляции и повторного использования, биологической обработки, сжигания и захоронения отходов.
Рисунок 1 – Иерархия управления отходами
Идеальная альтернатива утилизации отходов — это в первую очередь предотвращение образования отходов. Следовательно, предотвращение образования отходов является основной целью всех стратегий управления отходами. На этапах производства, использования или после использования в течение жизненного цикла продукта можно использовать множество технологий для устранения отходов и, в свою очередь, уменьшения или предотвращения загрязнения. Некоторые репрезентативные стратегии включают экологически безопасные методы производства, которые включают менее опасные или вредные материалы, использование современных систем обнаружения утечек для хранения материалов, инновационные методы химической нейтрализации для снижения реактивности или вод сберегающие технологии, которые снижают потребность в поступлении пресной воды.
Во многих случаях невозможно полностью устранить отходы в ходе различных процессов. Однако можно реализовать множество стратегий для уменьшения или минимизации образования отходов. Минимизация отходов, или сокращение источника, относится к коллективным стратегиям проектирования и производства продуктов или услуг, которые минимизируют количество образующихся отходов или снижают токсичность образующихся отходов. Часто эти усилия являются результатом выявленных тенденций или конкретных продуктов, которые могут вызывать проблемы с потоком отходов, и последующих шагов, предпринимаемых для решения этих проблем. В промышленности количество отходов можно уменьшить за счет повторного использования материалов, использования менее опасных материалов-заменителей или путем изменения компонентов конструкции и обработки. За счет минимизации отходов или сокращения их источников можно получить множество преимуществ, включая сокращение использования природных ресурсов и снижение токсичности отходов.
Стратегии минимизации отходов чрезвычайно распространены в производственных приложениях; экономия на использовании материалов позволяет экономить ресурсы, но также значительно сокращает производственные затраты. Достижения в обтекаемой упаковке сокращают расход материалов, повышенная эффективность распределения снижает расход топлива и, как следствие, выбросы в атмосферу. Кроме того, инженерные строительные материалы часто могут быть разработаны с особыми благоприятными свойствами, которые, будучи учтенными в общем конструктивном проектировании, могут значительно снизить общую массу и вес материала, необходимого для данной конструкции. Это снижает потребность в избыточном материале и уменьшает отходы, связанные с производством компонентов.
Отрасль химической чистки является прекрасным примером замены продуктов для уменьшения образования токсичных отходов. В течение десятилетий химчистки использовали тетрахлорэтилен в качестве растворителя для химической чистки. Несмотря на свою эффективность, тетрахлорэтилен является относительно токсичным соединением. Кроме того, он легко попадает в окружающую среду, где он очень устойчив из-за своих физических свойств. Кроме того, когда происходит его разложение, образующиеся промежуточные дочерние продукты более токсичны для здоровья человека и окружающей среды. Из-за его токсичности и воздействия на окружающую среду в отрасли химической чистки применяются новые методы и все чаще используются менее токсичные продукты-заменители, в том числе соединения на основе нефти. Кроме того, новые развивающиеся технологии включают двуокись углерода и другие относительно безвредные соединения. Хотя эти продукты-заменители во многих случаях были санкционированы государственным регулированием, они также были приняты в ответ на запросы потребителей и другие рыночные силы.
Переработка означает восстановление полезных материалов, таких как стекло, бумага, пластмассы, дерево и металлы, из потока отходов, чтобы их можно было использовать при производстве новых продуктов. Благодаря более широкому использованию переработанных материалов уменьшается потребность в сырье для идентичных применений. Переработка снижает потребность в использовании природных ресурсов для получения сырья, но также позволяет регенерировать отходы и использовать их в качестве ценных ресурсных материалов. Переработка отходов напрямую сохраняет природные ресурсы, снижает потребление энергии и выбросы, возникающие при извлечении первичных материалов и их последующем производстве в готовую продукцию, снижает общее потребление энергии и выбросы парниковых газов, которые способствуют глобальному изменению климата, и сокращает сжигание или захоронение переработанных материалов. Кроме того, переработка отходов дает ряд экономических преимуществ, в том числе потенциал для создания рынков труда и стимулирования роста.
Обычные переработанные материалы включают бумагу, пластик, стекло, алюминий, сталь и дерево. Кроме того, можно повторно использовать многие строительные материалы, включая бетон, асфальт, кладку и арматурную сталь. «Зеленые» растительные отходы часто рекуперируются и сразу же повторно используются для внесения мульчи или удобрений. Многие отрасли также регенерируют различные побочные продукты и / или очищают и «регенерируют» растворители для повторного использования. Примеры включают извлечение меди и никеля в процессах чистовой обработки металлов; извлечение масел, жиров и пластификаторов экстракцией растворителем из фильтрующих материалов, таких как активированный уголь и глины; и извлечение кислоты путем обжига распылением, ионного обмена или кристаллизации. Кроме того, ряд использованных пищевых масел восстанавливается и используется в «биодизельном» производстве.
Каждый день можно встретить множество примеров успешной переработки и повторного использования. В некоторых случаях переработанные материалы используются в качестве исходных материалов и в значительной степени перерабатываются в конечные продукты. Общие примеры включают использование макулатуры для производства новой бумаги или переработку старых алюминиевых банок в новые алюминиевые изделия. В других случаях регенерированные материалы подвергаются незначительной обработке или вообще не обрабатываются перед повторным использованием. Некоторые распространенные примеры включают использование древесных отходов в качестве древесной щепы или использование кирпича и других приспособлений для строительства новых конструкций. В любом случае успех переработки зависит от эффективного сбора и обработки вторсырья, рынков для повторного использования.
Захоронение отходов на свалках более не приветствуется. Такие методы утилизации запрещены в некоторых европейских странах. Поскольку захоронение отходов не является привлекательным вариантом управления, были определены другие методы. Один из вариантов – обрабатывать отходы таким образом, чтобы био-разлагаемые материалы разлагались, а оставшуюся фракцию неорганических отходов (остаточные продукты) можно было впоследствии утилизировать или использовать повторно. Биоразложение отходов может быть выполнено с помощью методов аэробного компостирования, анаэробного сбраживания или механической биологической обработки. Если органическую фракцию можно отделить от неорганического материала, можно использовать аэробное компостирование или анаэробное сбраживание для разложения отходов и преобразования их в пригодный для использования компост. Например, органические отходы, такие как пищевые отходы, дворовые отходы и навоз, которые состоят из естественно разлагающих бактерий, могут быть преобразованы в контролируемых условиях в компост, который затем можно использовать в качестве естественного удобрения. Аэробное компостирование осуществляется путем помещения выбранных пропорций органических отходов в кучи, ряды или емкости либо в открытых условиях, либо в закрытых зданиях, оборудованных системами сбора и обработки газа. Во время процесса к отходам добавляются наполнители, такие как древесная щепа, для усиления аэробного разложения органических материалов. Наконец, материалу дают возможность стабилизироваться и созреть в процессе отверждения, при котором одновременно уничтожаются патогены. Конечные продукты процесса компостирования включают двуокись углерода, воду и пригодный для использования компостный материал.
Компостный материал можно использовать в самых разных целях. Помимо использования в качестве удобрения почвы при выращивании растений, компост может использоваться для восстановления почвы, грунтовых и ливневых вод. Компостирование может быть трудоемким, а качество компоста во многом зависит от надлежащего контроля процесса компостирования. Неадекватный контроль рабочих условий может способствовать тому, что компост окажется непригодным для полезных применений.
В некоторых случаях аэробные процессы неосуществимы. В качестве альтернативы можно использовать анаэробные процессы. Анаэробное сбраживание состоит из разложения смешанных или отсортированных органических отходов в сосудах в анаэробных условиях. В процессе анаэробного разложения образуется комбинация метана и углекислого газа (биогаз) и остаточных веществ (твердые биологические вещества). Биогаз можно использовать для отопления и производства электроэнергии, а остатки - в качестве удобрений и почвенных добавок. Анаэробное сбраживание является предпочтительным способом разложения влажных отходов по сравнению с компостированием сухих отходов. Преимущество анаэробного сбраживания - сбор биогаза; такой сбор и последующее полезное использование делают его предпочтительной альтернативой захоронению отходов. Кроме того, отходы разлагаются быстрее за счет анаэробного сбраживания по сравнению с захоронением на свалках.
При разложении отходов образуются не только полезные твердые конечные продукты (например, компост), побочные продукты разложения также могут использоваться в качестве полезного источника энергии. Как обсуждалось выше, при анаэробном сбраживании отходов может образовываться биогаз, который можно улавливать и использовать для производства электроэнергии. В качестве альтернативы отходы можно непосредственно сжигать для производства энергии. Сжигание представляет собой сжигание отходов при очень высоких температурах для производства электроэнергии. Побочным продуктом сжигания является зола, которая требует надлежащих характеристик перед утилизацией или, в некоторых случаях, полезным повторным использованием. Хотя общественное мнение о сжигании мусора может быть негативным, оно часто связано с реакцией на более старые, менее эффективные технологии. Новые мусоросжигательные заводы чище, гибче и эффективнее и являются отличным средством преобразования отходов в энергию при уменьшении объема отходов. Сжигание также может компенсировать использование ископаемого топлива и сократить выбросы парниковых газов.
Несмотря на успехи в области переработки и повторном использовании – захоронение отходов остается основным методом утилизации. Скорость образования отходов продолжает расти, но общая площадь полигонов предназначенных для захоронения отходов уменьшается. Отходы обычно существуют в сухом состоянии на свалках, и в результате скорость разложения отходов обычно очень низкая. Эти медленные темпы деградации сочетаются с низкими темпами оседания, вызванного деградацией, что может усложнить или уменьшить возможность полезного повторного использования земель на поверхности. Недавно появилась концепция свалок биореакторов, которая включает рециркуляцию фильтрата или закачку выбранных жидкостей для увеличения влажности отходов, что вызывает быстрое разложение. Повышенная скорость разложения увеличивает скорость производства биогаза, что увеличивает потенциал полезного производства энергии за счет улавливания и использования биогаза.
Многие отходы, такие как высокоактивные радиоактивные отходы, будут оставаться опасными в течение тысяч лет, и даже электронные отходы могут образовывать опасные стоки, которые могут разрушить всю экосистему, если им позволено проникнуть в подземные воды и мигрировать в них. Чтобы защитить здоровье человека и окружающую среду, специалисты по окружающей среде должны решать проблемы, связанные с увеличением количества отходов. Решение должно быть сосредоточено как на сокращении источников отходов, так и на их безопасном удалении. Поэтому чрезвычайно важно знать источники, классификации, химический состав и физические характеристики отходов, а также понимать стратегии обращения с ними.
Практика обращения с отходами различается не только от страны к стране, но также зависит от типа и состава отходов. Независимо от географического расположения типа отходов, с которыми необходимо обращаться, руководящим принципом при разработке любого плана управления отходами является сохранение ресурсов. Сохранение природных ресурсов и энергии достигается за счет более эффективного управления материалами. Уменьшение, повторное использование и переработка являются основными стратегиями эффективного сокращения количества отходов. Кроме того, правильные решения по управлению отходами приобретают все большее значение, поскольку последствия этих решений имеют более широкие последствия в отношении выбросов парниковых газов и глобального изменения климата. Как результат, несколько программ государственного и частного партнерства находятся в стадии разработки с целью сокращения отходов за счет внедрения новых и инновационных технологий управления отходами. Поскольку отходы являются неизбежным побочным продуктом цивилизации, успешная реализация этих инициатив окажет прямое влияние на повышение качества жизни обществ во всем мире.