Войти Зарегистрироваться
Актуальный комментарий
14 декабря 2018 г.
Вадим Савин
Сегодня на заседании Общественной палаты Свердловской области я выступил с инициативой рабочей группы по добровольчеству, туризму, физической культуре и здоровому образу жизни и попросил коллег поддержать нашу инициативу...
11 декабря 2018 г.
Сергей Майзель
Планомерная ликвидация нестационарных торговых объектов, которая проходила в городе Екатеринбурге на протяжении последних нескольких лет, повлекла за собой проблему загромождения улиц уральской столицы фундаментами, оставшимися на месте снесенных...

За разложение мусора ответят микроорганизмы

Издавна городским мусором, которого было гораздо меньше, чем теперь, постепенно засыпали овраги и заболоченные места, например Суково болото на юго-востоке современной Москвы. С ростом городов появились организованные свалки, для которых обычно использовали естественные понижения местности и овраги. А дальше, чтобы упорядочить обращение с бытовым мусором, вблизи российских городов на отведенных территориях стали создавать специализированные объекты — полигоны ТБО (твердых бытовых отходов).

Алла Ножевникова, доктор биологических наук, зав. лабораторией "Микробиология антропогенных мест обитания", лауреат премии правительства России в области науки и техники.

Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" РАН

Мусорная отсталость

В развитых зарубежных странах проводится раздельный сбор и/или сортировка ТБО с отделением биоразлагаемых отходов, которые, как правило, подвергаются переработке в удобрения. На зарубежных полигонах ТБО проводится тщательный контроль поступающих отходов и их рациональное размещение, осуществляется очистка фильтрационных вод (личатов). В применении методов утилизации и переработки ТБО Россия сильно отстает от современного мирового уровня, поскольку основным методом утилизации ТБО в нашей стране является захоронение на полигонах несортированного мусора.

Исследование процессов, происходящих на полигонах ТБО, и их влияние на окружающую среду в нашей стране было начато в 1980-х годах. Под руководством академика Г. А. Заварзина группой ученых при участии инженеров, геологов, почвоведов и микробиологов, в том числе и автора настоящей статьи, было проведено научное обследование подмосковного полигона ТБО "Кучино".

Тогда впервые было установлено, что температура в свалочном теле на глубине 25 м достигает 53-55оС. В пробах свалочного грунта были изучены процессы микробной деградации органических отходов. Был исследован состав свалочного биогаза, представленного в основном метаном и углекислым газом с многочисленными, в том числе токсичными, примесями. Позже было установлено, что свалочный биогаз выделяется с поверхности полигона не равномерно, а потоками из вертикальных разломов и каналов в свалочном теле. Результаты выполненных исследований показали, что полигоны ТБО являются экологически вредными объектами.

Потоки метана с поверхности закрытого для захоронения ТБО более пяти лет назад участка полигона "Хметьево"

Потоки метана с поверхности закрытого для захоронения ТБО более пяти лет назад участка полигона "Хметьево"

Ситуация с полигонами ТБО ухудшилась в двухтысячные годы после решения увеличивать объемы полигонов ТБО путем насыпи мусорных холмов высотой 40 м и более. Этот опыт был позаимствован из Европы, где такой подход к захоронению ТБО широко используются. Однако в России эта идея оказалась не вполне пригодной в связи с особенностями климата. Зимой наружный слой холма охлаждается и промерзает, оставаясь теплым внутри, где продолжается микробное разложение мусора, а весной наблюдаются осыпи стенок холма и выход потоков токсичных фильтрационных вод (личатов) и дурно пахнущих газов из полуразложившихся отходов.

Ядовитые мусорные нахлебники

Городские ТБО на 60-70 % состоят из органических биоразлагаемых компонентов, которые в основном включают пищевые отходы, бумагу и картон. Захороненные в свалочном теле полигона ТБО органические биоразлагаемые отходы находятся в условиях отсутствия кислорода и подвергаются разложению не нуждающимися в кислороде анаэробными микроорганизмами. В этом многостадийном биологическом процессе участвуют несколько основных групп микроорганизмов: как минимум три группы бактерий — гидролитические, бродильные и ацетогенные, а также метаногенные археи, образующие метан в качестве конечного продукта метаболизма.

Гидролитические бактерии разлагают сложные полимерные соединения до простых веществ, в основном сахаров, аминокислот и жирных кислот, из которых затем бродильные бактерии образуют кислоты и спирты, а ацетогенные бактерии расщепляют летучие жирные кислоты до ацетата (уксусной кислоты). На всех стадиях процесса образуются водород и углекислота, которые наряду с ацетатом служат субстратом для метаногенных архей.

Анаэробное микробное разложение содержащихся в ТБО органических веществ на полигоне ТБО длится в течение 30-50 лет с образованием выделяющегося в атмосферу свалочного биогаза, содержащего основные компоненты: метан и углекислый газ, а также большое количество газообразных и летучих примесей, многие из которых являются токсичными — в частности, аммиак, сероводород, а также фенол и другие ароматические соединения. В случае возгорания или пожара на полигоне токсичность выделяющегося газа резко возрастает.

Помимо биогаза в результате жизнедеятельности микробного сообщества образуются растворимые и нерастворимые органические и минеральные вещества. Вследствие дождей, таяния снега, процессов биодеградации и химических реакций накапливаются фильтрационные воды (личаты), которые содержат многочисленные компоненты органических и минеральных веществ, включая тяжелые металлы, такие как медь, кадмий, цинк, свинец, кобальт, ртуть и др., загрязняющие почвы.

Сезонные изменения потоков метана на одном из участков полигона "Хметьево"

Сезонные изменения потоков метана на одном из участков полигона "Хметьево"

Следует отметить, что в верхнем слое полигона ТБО, куда проникает кислород воздуха, развиваются аэробные газоокисляющие бактерии. Наиболее важной группой являются бактерии, которые в качестве субстрата роста потребляют метан, образующийся в свалочном теле полигона ТБО, окисляя его кислородом воздуха. Метанокисляющие бактерии активны только в теплое время года, и пик их активности приходится на июль. Таким образом, летом эмиссия свалочных газов резко уменьшается, и выход метана может полностью прекратиться, особенно на закрытых полигонах. Наблюдалась очень хорошая корреляция между данными, полученными разными методами. Метанокисляющие бактерии, образуя микробную биомассу, также играют важную роль в образовании почвенного слоя на поверхности закрытых участков полигонов ТБО.

Нажиться на мусоре

Прежде всего следует отметить, что мусоросжигательные заводы проблему ТБО не решат. К сожалению, на наших заводах мусор сжигают практически без сортировки, и в процессе горения при высокой температуре образуются диоксины и сотни других крайне опасных летучих соединений. В развитых странах осуществляется раздельный сбор мусора, и на мусоросжигательные заводы поступают фракции ТБО, не образующие или образующие мало вредных соединений. Кроме того, эти заводы оснащены системой дорогостоящих очистительных фильтров, что требует больших эксплуатационных затрат, а также особых способов утилизации использованных фильтров.

Ниже перечислены предлагаемые методы обращения с ТБО в долгосрочной перспективе.

1. Раздельный сбор и сортировка ТБО с удалением металлов, стекла, пластмасс, пластиковых упаковочных материалов.

2. Отделение и последующая переработка пищевых отходов в анаэробных реакторах (метантенках) в биогаз для использования в качестве топлива для местных нужд и применение сброженной массы в качестве удобрения.

3. Совместное компостирование пищевых и бумажных отходов с получением удобрения для озеленения городов, дорог, лесопосадок.

4. Возобновление сбора и переработки макулатуры в бумагу и картон.

5. Прием или покупка у населения стеклотары и пластиковых емкостей для вторичного использования переработки и утилизации.

6. Строгий контроль за составом и размещением на полигоне поступающих на захоронение ТБО.

7. Очистка фильтрационных вод (личатов) для предотвращения загрязнения окружающих полигон ТБО почв, грунтов и водоемов.

Эти простые и давно используемые в развитых странах меры помогут уменьшить объем мусора, вывозимого на полигоны ТБО, по меньшей мере в два раза, кардинально снизить эмиссию вредных газов с поверхности полигонов ТБО и токсичность фильтрационных вод (личатов), а также получить из отходов полезные продукты по принципу "отходы — в доходы".

Корреляция между численностью культивируемых окисляющих метан бактерий (а) и метанокисляющей активностью покрывающей почвы (б) на том же участке полигона "Хметьево"

Корреляция между численностью культивируемых окисляющих метан бактерий (а) и метанокисляющей активностью покрывающей почвы (б) на том же участке полигона "Хметьево"

 Сколько в России мусора

Общая величина накопленных и учтенных отходов производства и потребления в целом по стране составляла... на конец 2016 года порядка 40,7 млрд тонн. Из 268,8 млн кубометров (52,4 млн тонн)ТКО (твердых коммунальных/бытовых отходов.— Ред.), вывезенных в 2016 году, на обработку — то есть для целей передела, вторичного и/или повторного использования — было направлено 23,9 млн кубометров (3,9 млн тонн), или почти 9% общего вывоза ТКО. Около 6,4 млн кубометров (1,0 млн тонн) ТКО, или 2,4%, было передано на обезвреживание и уничтожение, в том числе на мусоросжигательные предприятия. ...Подавляющая часть вывезенных отходов — 238,5 млн кубометров (47,6 млн тонн), или 88,7% от общего вывоза ТКО,— в отчетном 2016 году поступила на полигоны, свалки и в аналогичные места размещения (захоронения) данных отходов.

Из государственного доклада "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2016 году"

10 октября 2018 г.
Михаил Беленький

"Наиболее удобный и выгодный способ уменьшить негативное воздействие полигонов и свалок на окружающую среду заключается в раздельном сборе и/или сортировке мусора и последующей переработке биодеградабельной органики, то есть органики, которая может разлагаться микроорганизмами. Это в первую очередь пищевые и продуктовые отходы, растительные остатки, фрагменты бумаги и натуральных тканей и т. д. Биологическая переработка может осуществляться в аэробных условиях с получением компоста, который можно использовать в качестве удобрения или захоранивать на полигоне ТБО, делая его гораздо менее опасным для окружающей среды. При этом затрачивается энергия на аэрацию.

Другой путь — анаэробная микробная переработка органической фракции ТБО с получением энергоносителя — метана. Метаногенное сбраживание осуществляется в реакторах, изолированных от окружающей среды. При этом образуется биогаз, основной частью которого является метан и который содержит гораздо меньше токсичных примесей вследствие использования более чистого сырья. Сейчас очень большое значение придается развитию и повышению эффективности технологий переработки отходов с получением метана. Исследования идут в направлении поиска наиболее оптимальных условий для работы реакторов".