Стойкие органические загразнители: воздействие на окружающую среду

СЖИГАНИЕ ОТХОДОВ – ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ДИОКСИНОВ

Серьезную опасность загрязнения диоксинами представляют мусоросжигательные заводы (МСЗ), которые выбрасывают основные количества диоксинов, а в силу своей близости к крупным населенным пунктам воздействуют на большое число людей. Опасность МСЗ еще и в том, что они генерируют другие СОЗ — ГХБ и ПХБ, обеспечивая тем самым их появление даже в тех местностях, где они никогда не применялись.

В 80-х - 90-х годах сжигание мусора, особенно твердых бытовых отходов (ТБО), было признано главным источником выбросов диоксинов. Подсчитано, что в индустриально развитых странах в процессах сжигания выделяется от 40 до 80% всего количества диоксинов, поступающих в атмосферу.

В 90-х годах были разработаны современные технологии сжигания мусора, внедрение которых должно было привести к значительному сокращению выбросов диоксинов в атмосферу. Однако недавно проведенные исследования показали, что, несмотря на внедрение новых технологий, сжигание бытовых отходов до сих пор остается одним из главных источников диоксинов. В Великобритании, например, МСЗ продолжают выбрасывать в атмосферу от 30 до 56% общего количества диоксинов, в Бельгии МСЗ являются их основным источником. Снижение содержания диоксинов в отходящих газах приводит к повышению их количества в летучей золе.

Отходы МСЗ, выделяющиеся в окружающую среду, состоят из отходящих газов, летучей золы, шлака, технической воды, осадка в ней и сточных вод. Помимо нормативных, существуют еще и непредвиденные выбросы, которые в газообразном виде или в виде твердых частиц выбрасываются в окружающую среду во время разгрузки отходов, загрузки их в печь, сжигания, извлечения золы, ее транспортировки и захоронения. Выбросы происходят также в виде утечек и испарений жидких отходов через вентили, прокладки, клапаны.

Уменьшить эти выбросы можно, поддерживая в помещениях МСЗ пониженное давление. Так, Национальный исследовательский совет США указывал: «Хотя на МСЗ используют вполне современные методы обращения с отходами, только на некоторых из них производственный цикл полностью исключает проникновение случайных выбросов в цеховые помещения».

Случайные выбросы, выделяемые непосредственно над уровнем земли, часто более опасны для окружающей среды, чем выбросы из труб заводов, т.е. на некоторой высоте, хотя распространение и тех и других зависит от множества факторов: вида местности, присутствия вблизи завода зданий или зеленых насаждений, направления и скорости ветра, погодных условий, относительной влажности воздуха и т.д.

Исследования загрязнения окружающей среды вблизи МСЗ

Постоянные и случайные выбросы поступают в окружающую среду и могут осаждаться в непосредственной близости от МСЗ. Загрязняющие вещества, такие как полихлорбифенилы, диоксины и фураны могут переноситься по воздуху на значительные расстояния. Подсчитано, что только 2% диоксинов остаются в почве территорий, прилегающих к МСЗ.

Большинство исследований, посвященных выбросам МСЗ, фокусируются на диоксинах и тяжелых металлах, игнорируя другие загрязняющие вещества. Эти исследования показывают, что почвы и растительность в окрестностях МСЗ накапливают в себе такие концентрации диоксинов и тяжелых металлов, которые значительно превышают фоновые уровни. Кроме того, показано, что концентрации диоксинов уменьшаются по мере удаления от МСЗ, что подтверждает версию об их происхождении. Это значит, что сельхозпродукты, например, зерно, выращенные в непосредственной близости от МСЗ, также содержат загрязняющие вещества.

В Нидерландах, Франции и Бельгии из-за повышенного содержания диоксинов было запрещено употребление молока, полученного от коров, в рацион которых входила растительность с прилегающих к МСЗ территорий. Было также рекомендовано не употреблять в пищу яйца и свинину местного производства.

В исследовании 1996 года в Испании уровни диоксинов в почвах у МСЗ в 2,1-7,5 раз превышали фоновые показатели. В исследовании почвы с подветренной стороны МСЗ в Японии были обнаружены исключительно высокие уровни содержания диоксинов (252 и 211 пг/г). Для сравнения – проба пепла, отобранная на горящей свалке в Саратове в 2001 году, содержала диоксины в концентрациях 90 пг/г. Концентрации эти чрезвычайно высоки, так как в промышленно развитых странах Северной Америки и Европы фоновые уровни содержания диоксинов в почве составляют около 3,6 пг/г для сельскохозяйственных районов и 11,9 пг/г для городов. Исследования показали, что высокие уровни диоксинов в почвах влияют на повышение количества случаев заболеваемости раком в районах, прилегающих к заводу.

В 1993 году было сообщено о повышенных уровнях диоксинов в районе МСЗ «Шэнкс» в Уэльсе (Великобритания). Максимальные уровни составляли 1740 пг/г. Исследования показали, что повышенные уровни диоксинов образовались, в первую очередь,

за счет случайных выбросов во время транспортировки и захоронения золы. Завод был переоборудован, и, по сравнению с 1993 годом, выбросы диоксинов снизились на две трети. Однако выбросы ПХБ до сих пор составляют 2 нг/м3, при том, что средний уровень по стране в городских районах равен 1 нг/м3 и часто не превышает даже 0,5 нг/м3.

Исследования, проведенные в 90-х годах, обнаружили повышенные уровни диоксинов в молоке коров, в рацион которых входила трава с пастбищ, расположенных вблизи МСЗ.

Исследование, проведенное в Нидерландах в 1990 году, также обнаружило повышенные уровни содержания диоксинов в молоке коров (до 13,5 пг/г жира). Это привело к установлению правительством Королевства Нидерланды предельного содержания диоксинов в молоке, равному 6 пг/г жира. Через некоторое время подобные нормативы установили Германия, Австрия и некоторые другие страны.

В Великобритании необыкновенно высокие уровни содержания диоксинов в молоке (до 1,9 пг/г цельного молока, что соответствовало 48 пг/г жира) были обнаружены в районе завода по утилизации химических отходов в Дербишире. В 1991 году этот завод был закрыт.

Более поздние исследования, проведенные в Великобритании, показали, что в окрестностях двух из восьми МСЗ в 1993-1995 годах содержание диоксинов в коровьем молоке превышало установленную норму (6 пг/г жира). Так, в 1995 году в молоке, полученном вблизи МСЗ в Бристоле, содержание диоксинов равнялось 6,1 пг/г жира, а в молоке, полученном недалеко от МСЗ в Западном Йоркшире, содержание диоксинов колебалось от 3,1 до 11 пг/г жира. В 1996 году исследование уровня диоксинов в молоке, полученном на той же территории в Западном Йоркшире, показало, что загрязнение остается на высоком уровне. Концентрации диоксинов составляли 1,9-8,6 пг/г жира. Год спустя МСЗ был закрыт из-за несоответствия современным стандартам на выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

В настоящее время основным инструментом для снижения выбросов диоксинов и других токсичных веществ являются нормы выбросов, утвержденные Европейским Союзом (или аналогичными актами в США и в Великобритании). Государство не обсуждает технологии, применяемые для сжигания, а контролирует выброс из трубы (для воздушных выбросов). При превышении нормативных выбросов завод или технологическая линия останавливаются.

К сожалению, в России пока еще нет утвержденных на правительственном уровне нормативов на выбросы таких опасных токсикантов, как диоксины и ПХБ. Кроме того, даже сам отбор газовых проб из труб затруднен, и методика отбора не совпадает с европейскими или американскими стандартами. Это надо иметь ввиду при рассмотрении приводимых ниже данных.

Нормативы предельно-допустимых выбросов в атмосферный воздух в ЕС

ПХДД и ПХДФ относятся к группе, включающей более 200 различных изомеров. Наиболее широко известен 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин (2,3,7,8-ТХДД), который считается канцерогеном и одним из самых токсичных веществ, известных человечеству.

Оказалось, что в выбросах МСЗ присутствуют бромированные диоксины и диоксины, в состав которых входят как хлор, так и фтор, которые расцениваются как равно токсичные с диоксинами, содержащими только хлор. Тем не менее, до сих пор вопросы регулирования выбросов касаются только диоксинов, содержащих хлор.

Исследования показали, что диоксины могут разлагаться в процессе сжигания и вновь образовываться по окончании этого процесса при изменении температурного режима.

Диоксины, присутствующие в выбросах, в основном образуются из хлорбензолов и хлорфенолов, источником которых служит, например, поливинилхлорид (ПВХ) – типичная пластмасса, входящая в состав бытовых отходов. Отходы часто содержат диоксины еще до сжигания. Тем не менее, доказано, что в процессе сжигания образуются новые диоксины. Например, подсчет общего количества диоксинов до процесса сжигания и после него показал, что их итоговое количество оказалось больше.

В исследовании, проведенном на восьми МСЗ Испании, были получены следующие результаты. В поступающих отходах содержалось 79,8 г/год, в газообразных выбросах после сжигания - 1-1,2 г/год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в шлаках – 2-19 г/год. Результаты баланса масс, полученные при исследовании на других МСЗ в Испании, были неоднозначны. Иногда была больше масса диоксинов, содержащихся в отходах, иногда – наоборот. Это неудивительно, так как выброс диоксинов сильно варьирует в зависимости от качества отходов и условий их сжигания.

Учет выбросов диоксинов при сжигании отходов

С 80-х до середины 90-х годов МСЗ были основными источниками выбросов диоксинов. Например, голландская правительственная организация RIVM отмечала, что в 1991 году МСЗ были ответственны за 79% выбросов диоксинов в стране. В 1995 году в Великобритании заводы, на которых сжигали бытовые отходы, производили 53-87% выбросов диоксинов. В США МСЗ приписывалось 37% выбросов диоксинов. Среднее арифметическое по 15 странам показало, что МСЗ производят около 50% всех выбросов диоксинов, при этом главными источниками диоксинов являются заводы, сжигающие бытовые отходы. Несмотря на усовершенствованные технологии, установлено, что в 1998-1999 годах МСЗ Дании продолжали оставаться основными источниками диоксинов с годовым выбросом 11-42 г. Еще 35-275 г присутствует в захораниваемой золе.

Результаты исследований, проведенных в 1997 года, показали, что заводы, сжигающие опасные отходы, производят до 40% диоксинов Европы.

Наряду с диоксинами в газообразных выбросах МСЗ присутствуют ПХБ и ГХБ. Исследования, проведенные в 1992 г. в Японии, показали, что средний уровень ПХБ в газообразных выбросах МСЗ составляет 1,46 нг/нм3, что намного превышает установленную норму в 0,5 нг/нм3.

Группа фенолов, найденных в выбросах МСЗ, включает 14 хлорированных, 3 бромированных и 31 смешанных соединений. Из двух фенольных колец может образоваться одна молекула диоксина.

Твердые частицы, присутствующие в воздухе, образуются как в природных условиях, так и в следствие деятельности человека. Это мельчайшие частицы почвы, морская соль, пыль вулканического происхождения, споры грибов и пыльца растений, частицы, присутствующие в выхлопных газах и дыме. Частицы естественного происхождения обычно крупнее 2,5 микрон, в то время как частицы, содержащиеся, например, в отходящих газах МСЗ,обычно менее 2,5 микрон. Такие твердые частицы,способные проникать в дыхательные пути, оказывают серьезное влияние на респираторную систему, вызывая астму, могут быть причиной повышенной смертности от заболеваний дыхательной системы и сердца. Наибольшее беспокойство вызывают частицы размером менее 0,1 микрона.

Химический состав твердых частиц изучен плохо. Известно, что в них могут содержаться минеральные оксиды и соли. На их поверхности могут осаждаться тяжелые металлы, диоксины, ПХБ и ПАУ.

МСЗ выбрасывают значительные количества мельчайших твердых частиц. Даже самые современные системы очистки газов препятствуют выбросу лишь 5-30% таких частиц. Частицы менее 0,1 микрона фильтрами не задерживаются. Более того, системы нагнетания аммиака, призванные сократить выбросы оксидов азота, могут привести к увеличению количества выбросов мельчайших твердых частиц.

На МСЗ поступают отходы различной природы, в состав которых входят тяжелые металлы и органические вещества, содержащие хлор. В их выбросах присутствуют ультра мелкие частицы. Поэтому, по сравнению, например, с выбросами ТЭЦ, выбросы заводов по сжиганию ТБО являются гораздо более токсичными.

Стоки МСЗ сводятся к стокам воды, которая используется для промывания оборудования. Данные по этим стокам ограничены. Известно, что в них содержится свинец, кадмий, медь, ртуть, цинк, сурьма, нейтральные соли и несгоревшие остатки органических соединений.

Диоксины в стоках и газообразных выбросах МСЗ

С появлением новых систем очистки, количество диоксинов в стоках и газообразных выбросах значительно уменьшилось, однако, повысилось содержание диоксинов в летучей золе и шлаках.

Контролировать количество диоксинов в летучей золе и шлаках очень трудно. Теоретически, в золе должно накапливаться около 97% образующихся при сжигании диоксинов. Результаты исследований Гринпис показали, что на МСЗ Шпаттлау в золе содержалось 99,6% диоксинов. И лишь небольшая часть диоксинов присутствует в газообразных выбросах.

Кроме диоксинов, содержащих хлор, в золе и шлаке присутствуют диоксины, содержащие хлор и бром. В 1999 г. было обнаружено присутствие в летучей золе йодированных диоксинов.

Самые высокие уровни диоксинов наблюдались в летучей золе. Исследования, проведенные на 8 МСЗ в Испании, показали, что в ней диоксины присутствуют в количестве от 0,07 до 3,5 нг/г. Необыкновенно высокие уровни содержания диоксинов наблюдались на одном из МСЗ в Испании в 1997 г. Они составили 41 нг/г.

В шлаках МСЗ концентрации диоксинов ниже, чем в летучей золе. Например, средние количества диоксинов в шлаках 3 МСЗ в Испании равнялись 0,006, 0,013 и 0,098 нг/г. Результаты анализа шлаков пяти МСЗ в Баварии (Германия), показали, что уровень диоксинов в них изменялся от 1,6 до 24 пг/г. Шлаки, взятые с 18 новых МСЗ в Польше в 1994-1997 гг., содержали диоксины от 8 до 45 пг/г.

Огромное ежегодно вырабатываемое количество шлаков приводит к тому, что количество диоксинов в нем сравнимо с количеством диоксинов в летучей золе. Тем не менее, анализ проб, взятых на 8 испанских МСЗ, показал, что годовое количество диоксинов в их газообразных выбросах равно 1-1,2 г /год, в летучей золе – 46,6-111,6 г/год и в шлаках – 2-19 г/год.

Другие органические вещества в летучей золе и шлаках МСЗ

В летучей золе и шлаках МСЗ содержатся высокие концентрации ПАУ и ПХБ.

Проведенные исследования показали присутствие в золе и шлаках 72 фенольных соединений, среди которых было много неизвестных. Большинство веществ были гидроксидами ПАУ, полихлорированными ПАУ, ПХБ и диоксинами. В исследовании подчеркивалось, что эти вещества могут быть устойчивы и токсичны и требуют определения их токсичности, так как они могут вымываться из золы даже после ее захоронения. В двух различных фракциях летучей золы было обнаружено 18 и 63 таких веществ, среди которых присутствовали хинолины, алкилхинолины, бензохинолины, азапирены, азабензапирены, бифениламины и их изомеры, многие из которых считаются канцерогенами и мутагенами.

Если исключить присутствующие в шлаках крупные несгоревшие фрагменты, летучая зола содержит большие концентрации тяжелых металлов, чем шлаки.