Основы управления ТБО в городах


А. В. КУДРЯВЦЕВ, С. В. МАКАРОВА, С. В. ФЕДОРОВ




            ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ТБО В ГОРОДАХ



Учебное пособие
























Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 628.4
ББК 30.69+38.9+51.21
     К88



Рецензент:
доктор технических наук, профессор ПГУПС Терехов Л. Д.





     Кудрявцев, А. В.

К88       Основы управления ТБО в городах : учебное пособие / А. В. Куд-
      рявцев, С. В. Макарова, С. В. Федоров. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. - 236 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1105-9

      Рассмотрены вопросы классификации, раздельного сбора, транспортирования и дальнейшего использования ТБО, образующихся в городах. Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт по обращению с отходами. Представлен анализ положительных и отрицательных сторон различных концепций управления и обращения с ТБО.
      Для студентов бакалавриата по направлению подготовки 38.03.10 «Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура».

                                                     УДК 628.4
ББК 30.69+38.9+51.21













ISBN 978-5-9729-1105-9

     © Кудрявцев А. В., Макарова С. В., Федоров С. В., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

    СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ..........................................................6
1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОТХОДОВ И ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ.............................14
2. ЧТО ТАКОЕ ТБО?................................................30
3. СУЩНОСТЬ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ.
РЕЦИКЛИНГ (УТИЛИЗАЦИЯ, ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ).........34
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ.........................40
5. ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА В УПРАВЛЕНИИ ОТХОДАМИ........42
  5.1. Концепция ОЖЦ как инструмента экологического менеджмента..42
  5.2. Стадии проведения ОЖЦ.....................................45
  5.3. Области применения ОЖЦ....................................49
  5.4. Особенности и примеры применения ОЖЦ......................50
  5.5. Ограничения метода........................................59
  5.6. Перспективы применения ОЖЦ в управлении отходами в России.60
  5.7.  Информационные технологии и программные продукты для проведения ОЖЦ...............................................61
6. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ..................................64
7. РОССИЙСКИЙ РЫНОК ТБО..........................................86
8. ОЦЕНКА ПОТОКОВ ТБО И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ.........................91
  8.1. Комплексное управление отходами. Понятие КУО..............92
  8.2. Иерархия КУО и интеграция подходов........................94
  8.3.  Связь технологических, организационных и экономических принципов........................................................98
9. МИНИМИЗАЦИЯ КОЛИЧЕСТВА ОТХОДОВ (ТБО).........................101
10. МЕХАНИЗМ ОБРАЩЕНИЯ ТБО ГОРОДА...............................103
11. НОРМАТИВНО-ПРАВОВАЯ БАЗА ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ (ТБО)........................................106
  11.1. Законодательство РФ в сфере обращения с отходами........106
  11.2. Зарубежная нормативно-правовая база.............115

3

12. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ ТВЕРДЫМИ ОТХОДАМИ....................................................121
   12.1.   Значение твердых отходов в хозяйственной деятельности человека....................................................122
   12.2.   Понятие и содержание сбора, утилизации и переработки твердых бытовых отходов.............................................126
   12.3.   Управление твердыми отходами - проблемы понятийного аппарата и категорийного определения........................129
13. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ОТХОДОВ (ТБО).......................137
14. ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ (ТБО) КАК ОБЪЕКТА ПЕРЕРАБОТКИ.................................................156
   14.1. Физические свойства ТБО............................161
   14.2. Химический состав ТБО..............................162
   14.3. Особые свойства ТБО................................162
   14.4. Компрессионная характеристика ТБО..................163
   14.5. Объемы образования отходов в промышленности........165
15. ПРОЕКТЫ НОРМАТИВОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ И ЛИМИТЫ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ...............................................170
16. МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ МУСОРА (ТБО)................178
   16.1. Естественное разложение в окружающей среде.........179
   16.2. Компостирование мусора.............................180
   16.3. Рециклинг..........................................181
   16.4. Брикетирование.....................................184
17. КЛАССЫ РЕЦИКЛИНГА ОТХОДОВ И ВЫГОДА ИХ ПРИМЕНЕНИЯ..................................................186
   17.1. Что представляет собой рециклинг отходов...........186
   17.2. Классы рециклинга..................................187
   17.2.1. Механическая переработка.........................187
   17.2.2. Инсинерация......................................189
   17.2.3. Пиролиз..........................................189
   17.2.4. Химическая переработка...........................191
   17.2.5. Этапы проведения рециклинга......................191
   17.2.6. Экономическая выгода от переработки отходов......192

4

18. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО СБОРУ И УДАЛЕНИЮ ТБО..............196
   18.1. Сбор и удаление крупногабаритных отходов..........199
   18.2. Системы сбора и удаления ТБО......................201
   18.2.1. Расчет системы сбора и удаления ТБО.............202
   18.2.2. Оборудование систем сбора и удаления ТБО........206
   18.2.3. Обслуживание системы мусороудаления.............211
   18.2.4. Проблемы сортировки мусора......................218
   18.2.5. Правила сортировки мусора.......................218
   18.2.6. Мусороперегрузочные станции.....................219
   18.2.7. Сбор и переработка пищевых отходов..............223
19. ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕДЕЛЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ...............229
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...........................232

5

    ВВЕДЕНИЕ


      Одна из наиболее обсуждаемых проблем современной экономики - необходимый человечеству компромисс между экономическим развитием и сохранением окружающей среды. В прошлом плата за неэффективное использование природных ресурсов обычно не была для человеческой цивилизации важнейшим сдерживающим фактором, потому что эксплуататорский «предельный» подход позволял открывать в еще не слишком заселенном мире новые ресурсы. Привычка рационально использовать природные ресурсы формируется с трудом; еще труднее примирить ее с преобладающими в мире бизнес-моделями. Поэтому ООН предлагает рассматривать проблему дефицита ресурсов и экс-тернализируемых издержек как сдерживающие факторы, которые нуждаются в продуманном управлении в интересах всего общества. Это подводит нас к сложной и многогранной проблеме эффективного использования ресурсов и его экономических преимуществ. Ключевое понятие для формулировки проблем, с которыми мы сталкиваемся при переходе к ресурсоэффективной экономике -устранение зависимости от ресурсов. После того, как рост мировой экономики натолкнулся на естественные ограничители, задача преодоления зависимости процесса создания экономических ценностей от использования природных ресурсов и его воздействия на окружающую среду стала неотложной. Однако главная задача сегодня, когда мы начинаем жить в условиях ограниченности ресурсов и выбросов углерода, состоит в полном устранении зависимости экономического роста от потребления материалов и энергоресурсов. Традиционные экономические показатели, такие как ВВП и другие агрегированные макроэкономические показатели, могут давать неправильное представление об эффективности экономики, в том числе в связи с тем, что эти показатели не отражают отрицательного влияния производства и потребления на природный капитал. Истощая природные ресурсы или снижая способность экосистем выполнять свои полезные функции, такие как снабжение продовольствием, регулирование и удовлетворение культурных потребностей, экономическая деятельность нередко сопровождается обесценением природного капитала. Недостаточные альтернативные инвестиции или уменьшение природного капитала до критического уровня, исключающего оказание экономически значимых или жизненно важных экосистемных услуг, может воспрепятствовать будущему росту. Изменение запасов ресурсов можно оценить в деньгах и отразить на национальных счетах, что и делается в настоящее время в ходе разработки Системы эколого-экономического учета (SEEA, System of Environmental and Economic Accounting) Статистическим отделом Секретариата ООН, а Всемирный банк может учитывать это изменение при расчете скорректированных чистых национальных сбережений. «Зеленый» сценарий развития экономики характеризуется инвестированием в запасы возобновляемого природного капитала, такие как рыбные ресурсы, леса и почвы, и восстановлением этого капитала. Запасы не возобновляемых ресурсов, таких как ископаемое топливо, исчерпываются медленнее благодаря повышению эффективности их использования и разработ


6

ке возобновляемых заменителей. Это создает основу для устойчивого роста доходов в средне- и долгосрочной перспективе. Повторное использование материалов и получение энергии из отходов становятся все более прибыльными, и эта тенденция будет сохраняться, поскольку отходы становятся все более ценными ресурсами. Из отходов можно производить пригодную для продажи продукцию, например, электроэнергию: емкость рынка электроэнергии, произведенной из отходов уже в 2008 году, оценивалась в 20 млрд долларов США, а к 2014 году, по прогнозам, она увеличится еще на 30 % (рис. 1).


Рис. 1. Технологии переработки ТБО

     Правительство разработало ряд мер, направленных на улучшение экологической ситуации в стране. 16 февраля 2012 г. Правительство РФ одобрило проект основ государственной политики в области экологического развития России до 2003 года. В проекте, предложенном Министерством природных ресурсов и экологии, говорится, что экологическая ситуация в РФ «характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на природную среду и значительными экологическими последствиями прошлой хозяйственной деятельности». При этом очевидно, что отходы в массе своей производятся на конкретной территории, относимой к тому или иному муниципальному образованию, качество управления которым и определяет, в соответствии с положениями ФЗ № 131 «Об общих принципах местного самоуправления в РФ», уровень эффективности в постоянном решении данной проблемы, учитывая ее непреходящий характер и, как было отмечено, с постоянной тенденцией к усложнению. В соответствии с Письмом Росстроя от 1 августа 2005 года № ЮТ-3309/03 «О ФГУП «Федеральный центр благоустройства и обращения с отходами» («ФЦБОО»), а также Федеральное государственное учреждение «Научноисследовательский центр по проблемам управления ресурсосбережением и отходами» («НИЦПУРО»), в соответствии с распоряжением Правительства РФ от 3 ноября 1994 г. № 1744-р, ответственны за разработку методик обращения с

7

отходами на территории РФ. Однако до сих пор не принято общее понимание объекта, по поводу которого возникают отношения в рамках системы управления отходами, ввиду реализации положения федерального законодательства в части местного самоуправления. Формально не легитимизовано понятие «муниципальные отходы». Отсутствуют либо неоднозначны дефиниции терминов «муниципальные твердые отходы», «поток муниципальных отходов», «управление отходами», «комплексная система управления муниципальными отходами», реальность которых очевидна и теоретически, и логически необходима в условиях требований ФЗ № 131. Следует сказать о необходимости четкого разграничения методов управления отходами для больших и малых городов, а также сельских территорий, также не получившего должного внимания со стороны российских экспертов. Необходимость формирования корректного представления о потенциале конкретной территории и особенностях функционирования в ее рамках субъектов и по поводу единственно определенного объекта их деятельности позволяет сформировать наиболее последовательно цели и задачи развития и отследить их достижение, основываясь на общем базисе ключевых индикаторов, показателей качественного и количественного изменения в рамках процесса развития. Перечень последних также не принят в рамках исследований экспертов обозначенных ранее ответственных учреждений.
     Процесс урбанизации охватил все страны, особенно индустриально развитые. Антропогенное воздействие человеческой деятельности на природу подошло к некой отметке, сигнализирующей для принятия мер по снижению негативного воздействия на окружающую среду. Экология планеты все более ухудшается, чему в немалой степени способствуют радиационные, шумовые, химические и прочие загрязнения, в том числе бытовые и промышленные отходы.
     В XX в. человечество достигло во всех областях науки и техники больших успехов, чем за всю историю своего развития. Развитие промышленности создало реальную возможность вовлекать в производство со все уменьшающимися затратами огромную массу природных ресурсов. В условиях роста населения происходит вовлечение все больших объемов ресурсов. Их использования без достаточно широкого воспроизводства приводит к их истощению.
     Страны с высокой степенью урбанизации и индустриализации сталкиваются с глобальными экологическими проблемами. Деятельность городов с высокой плотностью населения, возрастающими производственными мощностями, развитой системой транспортных средств сопровождается выбросом энергетических и материальных отходов, которые ассимилируются в окружающую среду. Три фактора, которые влияют на общую нагрузку на экологические системы: численность населения, средний уровень потребления населения и применяемые технологий. За последние годы объем потребления увеличился в несколько раз, что в свою очередь приводит к возрастанию количества бытовых отходов в аналогичном объеме, ведь производство не может быть безотходным, ровно так же, как и потребление. Проблема приобрела характер уже с конца 1950-х - начала 1960-х гг. К этому времени большое распространение получили идеалы потребления, комфортабельной и приятной жизни. С наступлением

8

научно-технической революции и бурного роста населения человечество стало терять возможность жить в равновесии с окружающей средой.
     Объем отходов, которые производятся во всем мире, растет (рис. 2). Если сейчас в Европе (включая страны СНГ) образуется 392 млн тонн отходов в год, то к 2030 году эта цифра увеличится на 12 % и достигнет 441 млн тонн в год, а к 2050 составит 490 млн тонн. В странах Азии и Африки темпы образования отходов растут еще быстрее - к 2030 году прогнозируется увеличение их объемов на 30 - 40 %.
     Сегодня в среднем на одного жителя Земли приходится 0,74 кг мусора в день. Показатель значительно зависит от развития и уровня доходов в стране и варьируется от 0,11 до 4,54 кг в сутки на человека. Богатые страны (США, Канада и члены ЕС) составляют всего 16 % мирового населения, но производят 34 % мировых отходов. Ожидается, что в будущем генерация мусора возрастет за счет увеличения его производства в бедных и развивающихся странах.


Рис. 2. Прогноз образования отходов в регионах мира, млн тонн в год

     Развитые страны обеспечивают практически полный сбор отходов, тогда как бедные - значительно меньше половины (рис. 3).


Высокий доход
Доход еысие среднего
Доход ниже среднего Низкий доход

О 10              20      30       40       50       60      70       30       90       100

Рис. 3. Доля сбора отходов в зависимости от уровня доходов страны по данным Всемирного банка

9

     При этом при возрастании доходов жителей растет доля неорганических отходов в выбрасываемом мусоре. Для бедных стран доля пищевых и иных органических отходов превышает половину, тогда как в богатых составляет всего треть общего объема. Доля отходов, которые можно переработать, в бедных странах всего ~ 20 %, а в богатых - более 50 %.
     Что можно сделать, чтобы остановить этот рост? В ЕС установлена единая для всех стран иерархия обращения с отходами (рис. 4): приоритет отдается предотвращению образования отходов и их вовлечению во вторичный оборот. Далее следует переработка отходов в энергию (электричество или тепло). Сюда относится сжигание, газификация, пиролиз, анаэробное сбраживание. Последним по приоритетности является захоронение отходов и сжигание без получения энергии.
     Угрожающее положение с загрязнением ОС стало в последние годы предметом обсуждения на многочисленных международных и национальных совещаниях и конференциях. Особенно сложной задачей является определение приоритетов ведения экологической политики на разных уровнях: международный (глобальный) и региональный. Одним из опасных источников загрязнения окружающей среды являются свалки отходов производства и потребления, объем которых измеряется миллиардами тонн.


Рис. 4. Общепринятая иерархия обращения с отходами

     Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» от 24 июня 1998 г. определяет понятие «отходы производства и потребления» как «остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства». Особое место в ряду отходов занимают опасные отходы. В соответствии с законом опасные отходы - это «от

10

ходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней, либо которые могут представлять непосредственную или потенциальную опасность для окружающей среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами».
     Вышеупомянутый закон вводит термин «обращение с отходами», который раскрывается как деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору и утилизации, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов. Утилизация - это применение отходов для производства товаров (продукции, выполнения работ, оказания услуг или для получения энергии). Обезвреживание - обработка отходов, в том числе сжигание и обеззараживание их на специализированных установках, в целях предотвращения вредного воздействия отходов, не подлежащих в данный момент утилизации или обезвреживанию (в связи с отсутствием технологий), в специальных хранилищах для исключения попадания вредных веществ в окружающую среду. Размещение отходов включает два этапа обращения с ними - хранение и захоронение - и осуществляется на специально оборудованных сооружениях (полигонах, хвостохранилищах, отвалах, шламонакопителях). Транспортирование отходов включает трансграничное перемещение, то есть их перевозку с территории, находящейся под юрисдикцией одного государства, на (через) территорию, находящуюся под юрисдикцией другого государства, при условии, что такое перемещение затрагивает интересы не менее двух государств. К большому сожалению российских экологов, федеральным законом от 10 июля 2001 г. «О внесении изменений и дополнений в закон «Об охране окружающей природной среды» разрешен ввоз отходов АЭС на территорию России с целью захоронения и обезвреживания. Следует также выделить термин «транспортирование опасных отходов», то есть их перевозку при наличии паспорта опасных отходов специально оборудованными и снабженными специальными знаками транспортными средствами при соблюдении требований безопасности при перевозке, погрузочно-разгрузочных работах, упаковке, маркировке с указанием количества, цели и места назначения.
     Среди федеральных проектов и национальных программ не так давно появился федеральный проект 2018 года «Комплексная система обращения с твердыми коммунальными отходами», реализуемый с 1 октября 2018 года по 31 декабря 2024 года.
     По данным исследований, ежегодно в России образовывается более 70 млн тонн твердых коммунальных отходов (4 и 5 классы опасности), при этом менее 10 % из них подвергаются обработке и утилизации. Остальное отправляется на полигоны, а также различные легальные и нелегальные свалки.
     На данный момент в Санкт-Петербурге уровень переработки составляет менее 15 %, что является низким показателем. Прирост отходов в Санкт-Петербурге - в среднем 2,5 %.

11

     Норма накопления ТБО в современном городе составляет 250...700 кг/чел. • год. В развитых странах эта величина ежегодно возрастает на 4...6 %, что втрое превышает скорость роста населения.
     По состоянию на январь 2019 года в госреестр включили 5526 полигонов депонирования отходов, с общей остаточной вместимостью. Их общая остаточная вместимость - 1,7 млрд тонн. Число мест организованного захоронения отходов, учтенных статистикой, не совсем соответствует действительности, так как многие полигоны не санкционированы, не числятся ни в каких реестрах.
     К концу 2024 года намерены рекультивировать земли, на которых выявлена 191 несанкционированная свалка. Полигоны, размещенные без учета природоохранных требований, нередко находятся в весьма неблагоприятных геолого-гидрогеологических условиях.
     В России ежегодный прирост площади полигонов для ТБО увеличивается на 0,4 млн гектаров.
     Сегодня существуют и применяются другими странами иные методы обращения с отходами (рис. 5). Тем не менее в России технология размещения ТБО на полигонах - самый распространенный вариант их обезвреживания практически без дополнительных установок по переработке и добыче энергии (без использования потенциала тепло- или электроэнергии) (рис. 6).
     Удаление ТБО на свалки (полигоны), имеющее глубокие исторические корни, следует рассматривать как вынужденное, в какой-то степени сиюминутное решение проблемы, в принципе противоречащее экологическим и ресурсным требованиям. Поскольку свалки все дальше удаляются от городов, а бесконечно количество вывозимого мусора на полигоны увеличиваться не может, весьма актуальным становится решение второй задачи проблемы ТБО - минимизации количества отходов, направляемых на захоронение.
     Такая градостроительная методика обращения с отходами сложилась в России благодаря следующим факторам:
     1.       Отсутствующая ранее и неработающая система государственного контроля за соблюдением природоохранного законодательства.
     2.      Большой территориальный ресурс РФ.
     3.      Наличие значительного количества секретных объектов на территории РФ.
     4.      Особенности менталитета граждан.
     5.      Отсутствие материальной заинтересованности в сортировке веществ.
     6.       Низкий уровень осведомленности граждан о последствиях захоронения и сжигания отходов, захоронения золы и токсичных фильтров мусоросжигательных заводов.
     7.      Отсутствие популяризации знаний о безопасной жизнедеятельности.

12

Процентное соотношение объемов

Рис. 5. Способы обезвреживания ТБО в разных странах

Рис. 6. Обращение с отходами в России

     Отсутствие государственного контроля за соблюдением природоохранного законодательства в России привело к тому, что большинство полигонов размещено не санкционировано и не соответствуют нормам эксплуатации. Несмотря на простоту организации технологического процесса размещения отходов на полигонах, существует опасность заражения почвенного слоя, грунтовых вод вредными химическими и биохимическими компонентами, выделяющимися в жидком виде (эмиссия фильтрата) и газообразном (свалочный газ) из толщи свалочных масс.


13