Утилизация отбросов есть превращение бесполезного в ценные по свойствам
товары, и это составляет одно из важных завоеваний современной техники.
Д. Менделеев
Отходы человеческой деятельности подразделяются на промышленные и бытовые. По подсчетам специалистов, в России в среднем на душу населения ежегодно приходится более 300 кг твердых бытовых отходов (ТБО), а в развитых странах мира и крупнейших мегаполисах эта цифра значительно выше. Существует правило, согласно которому количество производимого страной мусора пропорционально ее валовому внутреннему продукту: чем выше благосостояние людей, тем больше мусора.
Сегодня твердые бытовые отходы на 50% состоят из использованной упаковки (главным образом полимерной и комбинированной, большинство видов которой не подвергается процессам биологического разрушения и гниения и может многие десятки лет находиться в почве). В основном их хоронят в земле или сжигают. Иногда закладывают в металлические контейнеры и выбрасывают в моря и океаны, а порой даже в реки и озера, являющиеся источниками питьевой воды (что совершенно недопустимо).
Очищенные от крупногабаритных предметов, металлов, стекла, керамики, пластмассы, резины ТБО пытались перерабатывать в компост. Однако биотермическое компостирование - дорогой способ избавления от мусора и не всегда эффективный.
Загрязнение планеты всякого рода отходами наряду с интенсивным потреблением природных ресурсов ведет к разрушению механизма саморегулирования биосферы с непредсказуемыми последствиями. Академик Н. Н. Моисеев еще в конце 70-х годов прошлого века писал: "Главной проблемой глобальной экологии является устойчивость биосферы, нарушение ее устойчивости практически означает ликвидацию человечества на планете Земля".
Ученые, проводившие в то время научные рейсы по изучению загрязненности бассейна Средиземного моря и Северной Атлантики, наблюдали значительные скопления на поверхности акватории полиэтиленовых пакетов, всевозможных пластиковых изделий, а также кусков пенопластов. В 1980-х годах отмечался массовый выброс китов на побережье Тихого океана в районе Дальнего Востока. Исследования показали, что киты вместе с водой поглощали куски пленки, которая забивала их дыхательные органы и явилась одной из вероятных причин массовой гибели животных.
Из-за нашей беспечности и неаккуратности на Земле скоро трудно будет отыскать уголок, где бы не валялись выброшенные за ненадобностью пластиковые бутылки, коробки, стаканчики, канистры. Утратив потребительские свойства, упаковка поворачивается к нам другой, страшной стороной.
Захоронение и сжигание - не лучшие способы борьбы с мусором
В Российской Федерации 90% ТБО хоронят в земле, а остальные 10% сжигают. Свалки промышленных и бытовых отходов в нашей стране, санкционированные и особенно несанкционированные, количество которых в последние годы непрерывно растет, практически не контролируются муниципальными властями, там царит полная анархия.
В результате разложения мусора при длительном его хранении на земле воздух загрязняется сернистым ангидридом, различными вредными органическими соединениями. Токсичные алифатические, ароматические и хлорорганические вещества, соединения ртути, мышьяка, кадмия, свинца отравляют почву и грунтовые воды в радиусе полутора километров от свалок.
Резинотехнические изделия, например старые автомобильные покрышки, наряду с другими полимерными отходами в присутствии метана, образующегося при разложении мусора, становятся источником пожаров. При горении такого мусора в воздух попадает огромное количество отравляющих и канцерогенных веществ, провоцирующих возникновение онкологических заболеваний у людей и животных.
Не меньшую угрозу представляют медицинские отходы. Они могут стать источником разнообразных инфекций. В мире уже зарегистрированы случаи заражения детей СПИДом в результате игр со шприцами, попадающими в бытовые контейнеры и на свалки.
Кроме того, территории свалок являются местом обитания мышей, крыс, насекомых, что представляет серьезную эпидемиологическую угрозу для населения.
Сжигание - распространенный в мировой практике метод уничтожения бытового мусора, применяемый с конца XIX века. Его основное преимущество, по сравнению с захоронением, - сокращение объемов отходов более чем в 10 раз, а массы - в 3 раза. Конечно, это очень удобно. Несколько десятилетий назад, когда отходов было не так много, а пластиковая упаковка и изделия из полимерных материалов не составляли подавляющую часть ТБО, сжигание мусора не представляло такой угрозы окружающей среде и здоровью человека, как в настоящее время. В 80-е годы прошлого столетия было установлено, что в процессе сжигания твердых горючих материалов образуются разнообразные ядовитые продукты, которые попадают в атмосферу.
Кроме вышеназванных сжигание и захоронение твердых бытовых отходов имеют и другие недостатки. Во-первых, уничтожается ценнейшее полимерное сырье, зачастую мало изношенное, которое при грамотном подходе может принести пользу народному хозяйству. Во-вторых, огромные территории, отводимые под свалки, отторгаются от полезного использования.
Откуда вся эта дрянь?
Содержание кадмия, свинца, цинка и олова в дымовых газах изменяется пропорционально содержанию в мусоре пластмассовых отходов. Присутствие ртути обусловлено наличием в отходах термометров, сухих гальванических элементов и люминесцентных ламп. Наибольшее количество кадмия содержится в синтетических материалах, а также в стекле и коже. Отсюда вывод: сократить выброс вредных веществ в окружающую среду помогает сортировка или раздельный сбор бытовых отходов. Но у нас в стране пока еще только начинают над этим думать.
На мусоросжигательных заводах (МСЗ) используют установки в виде решетчатых вращающихся барабанных печей и печей кипящего слоя, снабженных надежными системами фильтров и газоуловителями. Они весьма дорогостоящие и громоздкие. Но даже при высокоэффективной очистке с применением современного оборудования МСЗ выделяют в окружающую среду высокотоксичные фураны и диоксины - химические соединения, включающие полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), которые сохраняются в окружающей среде в течение десятков лет и беспрепятственно переносятся по пищевым цепям (водоросли, планктон - рыба - человек; почва - растения - травоядные животные - человек). Эти соединения образуются при сжигании материалов на основе поливинилхлорида (пластиковых бутылок, кукол вроде Барби, линолеума и др.) и прочих хлорсодержащих полимеров. Диоксины на сегодняшний день - один из самых страшных ядов с точки зрения воздействия на организм человека и его иммунную систему. Они вполне справедливо получили название "химический СПИД". Кроме того, дымовые газы МСЗ содержат широкий спектр других вредных соединений, концентрация и токсичность которых в десятки раз выше, чем в газах от сжигания каменного угля.
В зарубежных странах на МСЗ действуют обязательные нормы, регламентирующие содержание тяжелых металлов, дибензофуранов, хлористого и фтористого водорода, диоксина и некоторых других ядовитых веществ в составе отходящих газов, образующихся при сжигании мусора.
В нашей стране нормируется содержание только нескольких компонентов: взвешенные вещества, оксиды азота, серы и углерода, а все остальные ядовитые продукты сгорания могут выбрасываться в окружающую среду в любых количествах. Такова "забота" нашего государства о населении. В одной из московских газет недавно была опубликована статья, в которой утверждалось, что "дым из трубы мусоросжигательного завода чище московского воздуха". Какие нормативы - такие и выводы.
Да мы и сами на дачном участке или рядом с ним устраиваем костер, чтобы сжечь всякий ненужный хлам (старые автомобильные покрышки, пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты), не задумываясь о том, какой ядовитый дым распространяется по округе. А иногда в городе кто-то поджигает контейнеры с мусором, стоящие во дворах, прямо под окнами домов.
Плюсы саморазлагающихся упаковок
Сегодня из специальных полимерных материалов изготавливают фото-, био- и водоразлагаемые упаковки. Их общее название - саморазлагающиеся. На свалках такие упаковки под воздействием факторов окружающей среды: солнечного света, влаги, температуры, микроорганизмов почвы - в течение нескольких недель или месяцев деструктируют до низкомолекулярных соединений, не наносящих вреда ни природе, ни здоровью человека. В виде мелких фрагментов они могут быть переработаны бактериями.
Для читателей - неспециалистов в области высокомолекулярных материалов поясню, что полимеры, из которых производят пластиковые упаковки, получают в результате синтеза низкомолекулярных соединений (мономеров).
Среди тароупаковочных полимерных материалов наиболее распространены полиолефины (ПО), к которым относятся полиэтилен высокого давления или низкой плотности (ПЭВД или ПЭНП), полиэтилен низкого давления или высокой плотности (ПЭНД или ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полипропилен (ПП) и его различные модификации (биаксиально-ориентированная пленка БОПП и др.). Наряду с полиолефинами очень часто применяются полистирольные (ПС) и поливинилхлоридные (ПВХ) пластики. В последние десятилетия к этим традиционным полимерным упаковочным материалам прибавились другие, которые обладают более высокими физико-механическими, прочностными, барьерными свойствами, а также стойкостью к агрессивным средам и повышенной жиростойкостью, что очень важно при упаковке мясных и молочных продуктов. К таким материалам можно отнести, прежде всего, полиамиды алифатической и ароматической структуры (ПА), поликарбонат (ПК), полиэтилентерефталат (ПЭТФ или ПЭТ).
Замечательные свойства высокомолекулярных соединений объясняются тем, что молекула полимера состоит из низкомолекулярных фрагментов-мономеров, соединенных химическими связями. Число мономерных звеньев в полимере, называемое степенью полимеризации, может принимать очень большие значения - десятки и сотни тысяч, даже до миллиона. Такая молекула полимера, называемая макромолекулой, характеризуется цепным строением, высокой молекулярной массой и гибкостью макромолекулярной цепи. Это и определяет уникальность свойств полимерных упаковочных материалов. Однако со временем в полимерной таре и упаковке при эксплуатации и хранении под воздействием тепла, солнечного света, различных излучений, кислорода, озона, механических воздействий может происходить разрушение макромолекул с разрывом молекулярных цепей. Такой процесс, называемый деструкцией (распадом) полимера, приводит к образованию продуктов со значительно пониженной молекулярной массой или к образованию низкомолекулярных веществ. В результате полимер стареет, меняются его структура и свойства, что выражается в сокращении срока службы изделий. С таким явлением борются, добавляя ингибиторы старения в процессах синтеза и переработки полимеров.
С другой стороны, именно способность макромолекул подвергаться деструкции под воздействием различных факторов и послужила научной основой для создания саморазлагающихся упаковок. (Об изобретении пластиков, способных растворяться в воде или распадаться под действием солнечной радиации, журнал "Наука и жизнь" сообщал в короткой заметке "Как избавиться от пластмасс" - см. № 5, 1971 г., стр. 74. - Прим. ред.)
Оказалось, что прочные ковалентные связи полимерной макромолекулы можно разрушить воздействием энергии, превышающей величину энергии этих связей. Например, с помощью солнечного света. Молекула, поглотившая квант света, становится энергетически "возбужденной". Если энергия возбуждения превышает величину энергии, необходимой для разрыва ковалентной связи, молекула распадается. В результате множества таких "энергетических атак" образуются низкомолекулярные фрагменты, которые в конце концов превращаются в вещества, легко "поедаемые" микроорганизмами почвы.
Однако следует отметить, что при кажущейся простоте этот способ уничтожения использован ной упаковки является дорогостоящим и трудоемким. Дело в том, что большинство полимеров содержат в своей структуре прочные ковалентные связи С-С, С-Н, С-О, С-N, С-Сl, не поглощающие света с длиной волны более 190 нм. А ультрафиолетовые лучи, достигающие поверхности Земли, имеют длину волны от 280 до 400 нм. Способность промышленных полимерных материалов поглощать световые волны с длиной волны более 290 нм объясняется наличием в них примесей либо специально вводимых хромофорных групп, например карбонильных.
В фоторазлагаемых полимерных упаковочных материалах макромолекулярные цепи распадаются на более короткие звенья и сегменты под воздействием солнечных лучей; в биоразлагаемых - при участии ферментов, содержащихся в грибах и бактериях почвы; в водоразлагаемых - благодаря влаге.
Как правило, добавки для получения фоторазлагаемых полимерных материалов синтезировать очень сложно, дорого, и процесс этот весьма трудоемок для промышленного производства. Вот почему работы, проводимые в этом направлении во всем мире еще с 70-х годов прошлого века, получили свое промышленное завершение сравнительно недавно. В настоящее время ряд зарубежных фирм (американских, японских и европейских) выпускают такие упаковки в промышленном масштабе.
Одним из первых природных полимеров, на основе и с участием которого стали производить биоразлагаемые упаковочные материалы, был крахмал. Благодаря своей полисахаридной природе он легко подвергается биоразложению, к тому же недорог.
Первые пластики с использованием крахмала (в пределах 10-40%), а также веществ, повышающих адгезию между полимером и крахмалом, получены в Англии еще в 1970-е годы. Выпускаемая из биодеструктируемого ПЭВД пленка под названием Bioplastic широко использовалась в производстве пакетов для упаковки бакалейно-гастрономической продукции. Такая пленка, в отличие от обычного ПЭВД, менее прозрачна из-за наполнения крахмалом. Материал сохраняет свои свойства под воздействием прямых солнечных лучей, воды, но достаточно быстро разрушается под воздействием почвенных бактерий. Скорость разрушения зависит от количества и типа крахмала, его предварительной обработки, наличия других добавок. Использование крахмала снижает стоимость упаковки и отвечает требованиям экологии: качество почвы после разложения такой пленки только улучшается.
В 1990-х годах биоразлагаемые пластики, состоящие уже на 40-70% из крахмала, стали выпускать во всем мире (более 20 000 т в год в США, 5000 т в год в Японии), в том числе и в виде вспененных материалов. Наиболее известные упаковочные полимерные материалы на основе ПЭВД и различных крахмалов - полимерные пленки под торговыми наименованиями Polyclean, Ecostar и Ampacet (производства США и Канады). В них кроме крахмала вводят антиоксиданты для торможения процесса биоразложения при изготовлении упаковки и в течение времени ее эксплуатации.
В России на основе крахмала в конце прошлого века был создан полимерный упаковочный материал Биодем. Он предназначен для пищевой продукции с небольшим сроком хранения, а также для одноразовой посуды. Перерабатывается традиционными для пластмасс методами: литьем под давлением, экструзией, термоформованием. По механическим характеристикам близок к ПЭВД, а по химической стойкости даже превосходит его. Изделия из этого материала хорошо впитывают воду .. и за полгода разлагаются на 40%, а полное разложение на углекислый газ и воду происходит примерно через 18 месяцев.
Сегодня крахмал вытесняют другие биоразлагаемые добавки. В США на основе поликапролактона с добавлением необходимого катализатора биодеструкции выпускают биодеструктируемый полимерный упаковочный материал TONE. Он быстро разлагается на открытом воздухе под действием биологических факторов, хорошо совмещается с такими распространенными полимерами, как полиэтилен различного давления, ЛПЭНП, ПП, ПС, ПВХ, ПЭТ, ПК и др. Пленка TONE, производимая из смеси ЛПЭНП и поликапролактона, используется в производстве мешков для сбора городского мусора. Такие мешки разрушаются сразу же после выбрасывания их на свалку благодаря быстрому воздействию микроорганизмов на молекулы капролактона.
Последнее достижение в области биоразлагаемых полимеров - термопласт Biopol на основе сополимера полигидро-ксибутирата (ПГБ) и полигидроксивалерата (ПГВ), получаемого путем ферментации сахарозы. Он хорошо перерабатывается экструзией с раздувом в пленку и бутылочную тару. Саморазлагается достаточно быстро (от 6 до 36 недель) как в аэробных, так и в анаэробных условиях.
Полимерные материалы из природного сырья можно повторно перерабатывать в другие изделия бытового и промышленного назначения, а также сжигать с получением тепла и электроэнергии.
Водоразлагаемые упаковки делают из водорастворимых полимеров на основе поливинилового спирта (ПВС), а также сополимеров на основе ПВС и винилацетата (Vinex). Большой популярностью в Европе пользуются полимеры под названием Бланозе. В их основе высокоочищенная натриевая карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Пленки Бланозе применяют в косметической промышленности, для упаковки лекарств, хлебобулочных изделий, напитков, соусов, замороженных молочных продуктов и других.
На основе полиамидных соединений выпускают материалы Novon. Из Novon 2020 получают вспененный амортизирующий материал в виде частиц размером 3-10 мм для хрупких изделий. После вскрытия такую упаковку можно выбросить в воду или канализацию, где она быстро растворится и исчезнет. Этот материал можно также использовать для изготовления одноразовой посуды, коробок для яиц, оберточных пленок для одежды и текстильных изделий, детских подгузников, гигиенических тампонов и косметических принадлежностей.
Хотя количество и ассортимент саморазлагающихся упаковок год от года увеличиваются, тем не менее их процент в упаковочных материалах, поступающих на российские свалки и мусороперерабатывающие заводы, пока не такой большой. А без увеличения выпуска именно таких упаковочных материалов рассчитывать на лучшее не приходится.
Превращение отходов в доходы
Наиболее эффективный способ избавления от использованных упаковок - вторичная переработка. Это выгодно и с экономической, и с экологической точки зрения.
В США, Японии, Канаде процесс переработки вторичного сырья в первосортную продукцию начал реализовываться с середины 80-х годов прошлого века. Там приняты национальные программы с соответствующим государственным финансированием, цель которых - прекратить загрязнение окружающей среды отходами упаковки.
В странах ЕС, принявших в 1994 году Декларацию об отходах упаковки, Европарламентом и Европейским Советом министров (Директива 94/62 ЕС) введен единый закон о стратегии использования отходов упаковки, направленный на предупреждение увеличения твердых бытовых отходов, их вторичную переработку и безопасное уничтожение остатков, не подлежащих переработке.
В результате проблема утилизации (от латинского utilis - полезный) отходов упаковки путем вторичной переработки в этих странах практически решена.
У нас же пока дела в этом плане весьма плачевны. Отечественные ученые разработали уникальные технологии переработки вторичного полимерного сырья и сырья из смешанных отходов, которые, к большому сожалению, никем не востребованы, а ведь именно они могли бы предотвратить экологическую катастрофу, угрожающую России. Распад СССР откинул решение вопросов утилизации отходов на несколько десятилетий назад. В настоящее время эти вопросы если и решаются, то весьма некомпетентными людьми.
Сегодня для внедрения утилизации, или рециклинга (как ее еще называют), необходимо принять федеральную программу обращения с ТБО, финансируемую хотя бы частично правительством РФ. Нужно провести научные и экономические исследования качества вторичного сырья и определить направления его переработки в изделия; создать необходимую инфраструктуру и подготовить грамотных специалистов; организовать сбор вторсырья и его подготовку к переработке; принять государственные и муниципальные законодательные акты, определяющие правовые нормы переработки; обеспечить финансирование проводимых работ бюджетными, муниципальными и спонсорскими деньгами.
Ко всему этому нужна еще информационная работа с населением, чтобы вовлечь его в сбор упаковочной тары. Необходимо уделять внимание экологическому воспитанию граждан. Взрослые должны приучать своих детей с малых лет бережно относиться к природе и сами быть для них примером: не выбрасывать из окон автомобилей, электричек пустые бутылки, не мусорить в лесу, парке, в общественных местах.
Чтобы уменьшить объем производимого мусора и повысить его долю, идущую на вторичную переработку, нужны скоординированные усилия всего населения, деловых кругов и правительства.
Цифры и факты
Сегодня экологическая обстановка в России - самая неблагополучная на земном шаре. По меньшей мере 200 наших городов являются опасными для здоровья населения из-за загрязнения воздуха, почвы и воды.
Около двадцати лет назад на подмосковные свалки ежегодно вывозили 6 миллионов тонн промышленных и бытовых отходов (примерно 70% всех отходов). Сегодня эта цифра выросла до 10 миллионов тонн.
Одна свалка может занимать площадь от 3 до 10 гектаров. В целом в России под мусорные свалки отчуждено 0,8 миллиона гектаров земель, среди которых не только пустыри, овраги и карьеры, но и плодородные черноземы.
По данным Комитета ООН по охране природы, ежегодно пластиковые отходы становятся причиной смерти 1 миллиона птиц, 100 тысяч морских млекопитающих и неисчислимого количества рыб.
Переработка 1 тонны пластика позволяет сэкономить 750 кг нефти.
Рациональная организация переработки твердых бытовых отходов (ТБО) дает возможность использовать до 90% продуктов утилизации в строительной индустрии, например в качестве заполнителя бетонных блоков.
Ежегодно Москва вывозит на свалки от 700 до 900 тысяч алюминиевых банок.
Переработав 670 алюминиевых банок, можно изготовить велосипед.
Переработка 1 кг алюминия позволяет сэкономить 8 кг бокситов и 14 кВт·ч электричества.
1 тонна макулатуры заменяет около 4 м3 древесины.
При сгорании 5 тонн мусора выделяют столько же тепла, сколько 2 тонны угля или 1 тонна жидкого топлива.
"Наука и жизнь" о переработке мусора:
Дома из дыма. - 1964, № 10.
Как избавиться от пластмасс . - 1971, № 5.
Зыков Н. Чистота города. - 1972, № 6.
Коган И. Мусор - проблема физико-химическая . - 1978, № 7.
Пинчук М. Нужное из ненужного . - 1986, № 7.
Мусор для тепла и энергии. - 1986, № 7.
Кеда Е. "Старье берем!" - 1988, № 1.
Барьер из мусора. - 1989, № 7.
Руденко Б. На обочине цивилизации . - 1990, № 11.
Прессованный мусор. - 1991, № 7.
Плата за мусор. - 1991, № 10.
Мусорщик - автомат. - 1991, № 12.
Мусоропровод с сортировкой . - 1995, № 3.
Шайкин В. Экологический бумеранг . - 1996, № 5.
Дома из автопокрышек . - 1996, № 12.
Когда б вы знали, из какого сора. - 1998, № 2.
Тугов А., Эскин Н., Литун Д., Федоров О. Не превратить планету в свалку. - 1998, № 5.
Мусорный контейнер выходит в эфир. - 1998, № 6.
Сугой О. Экономическая экология. - 2004, № 5.
Руденко Б. Цена цивилизации. - 2004, № 7.
См. в номере на ту же тему
Некоторые знаки экологической маркировки.
Л. БЕЛЮСЕВА - Прием вторсырья по-новому.
