Organizacja gospodarki odpadami
Sposoby ograniczania ilości odpadów
Każdy nie zagospodarowany i nie mający określonego przeznaczenia produkt (surowiec, materiał, produkt finalny) nabywa właściwości odpadu. Każdy odpad staje się surowcem (albo zasobem surowcowym) lub materiałem z chwilą jego zagospodarowania (a także przeznaczenia do zagospodarowania). Każda zatem materia (substancja) pozyskiwana, przetwarzana i przemieszczana przez człowieka może być zasobem i produktem użytecznym lub odpadem o różnej uciążliwości dla otoczenia. W przyrodzie nie ma, a człowiek nie wytwarza ani jednej takiej sub¬stancji, która miałaby wyłącznie właściwości odpadu i nie można by uczynić zeń surowca.
Powstawanie odpadów powinno być eliminowane lub ograniczane przez wy¬twarzających odpady i ich odbiorców niezależnie od stopnia uciążliwości bądź zagrożeń dla życia lub zdrowia ludzi oraz dla środowiska, a także niezależnie od ich ilości lub miejsca powstawania.
Działania powodujące lub mogące powodować powstawanie odpadów po¬winny być planowane, projektowane i prowadzone tak, aby:
• zapobiegały powstawaniu odpadów,
• zapewniały bezpieczne dla środowiska wykorzystywanie odpadów, jeżeli nie udało się zapobiec ich powstaniu,
• zapewniały zgodny z zasadami ochrony środowiska sposób postępowania z odpadami, których powstaniu nie udało się zapobiec lub nie udało się wy¬korzystać.
Wytwarzający odpady jest obowiązany do stosowania takich sposobów pro¬dukcji i form usług lub wykorzystywania takich surowców i materiałów, które za¬pobiegają powstawaniu odpadów albo pozwalają utrzymać na możliwie naj¬niższym poziomie ich ilość, a także zmniejszają uciążliwość bądź zagrożenie od¬padów dla życia lub zdrowia i dla środowiska przyrodniczego.
Ważnym elementem polityki ekologicznej państwa, najbardziej zintegro¬wanym z gospodarką, który nie uzyskał dotychczas właściwej rangi, jest racjonalne użytkowanie, unieszkodliwianie i składowanie odpadów.
Przeciwdziałanie powstawaniu odpadów sprowadza się w zasadzie do konsekwentnej realizacji dwóch podstawowych zadań:
• ograniczania powstawania odpadów przez optymalne przetwórstwo su¬rowców, materiałów i paliw oraz użytkowanie wyrobów,
• zwiększania (maksymalizacji) stopnia wykorzystania odpadów, których po¬wstawania na obecnym poziomie techniki i technologii nie da się uniknąć, a także sukcesywne przetwarzanie odpadów nagromadzonych w poprzednich latach.
Odpady, których nie można racjonalnie wykorzystać, z uwagi na ich ilość, brak metod i środków lub opłacalnych technologii, muszą być składowane w sposób selektywny i bezpieczny dla środowiska. Odpady stwarzające szczególne za¬grożenia dla człowieka i środowiska powinny być, w przypadku niemożliwości ich zagospodarowania, unieszkodliwiane metodami, które wtórnie nie zanieczy¬szczają środowiska.
Rys. 1. Technologie minimalizacji ilości odpadów oraz ich racjonalnego przetwórstwa
Ograniczanie masy wytwarzanych odpadów do poziomu zapewniającego równowagę surowcową, ekologiczną i sanitarną nie da się osiągnąć bez daleko idących synchronizacji technologii i sposobu bytowania ludzi z kształtowaniem i funkcjonowaniem ekologicznej struktury na określonym terenie.
Doświadczenia krajów najbardziej zaawansowanych w ochronie środowiska wykazują, że minimalizacja wytwarzania odpadów „u źródła" jest najbardziej efektywną strategią w gospodarce odpadami.
Pomniejszenie ilości wytwarzanych odpadów przynosi bowiem wymierne ko¬rzyści ekonomiczne podnosząc efektywność procesów technologicznych, po¬budzając rozwój techniki i organizacji w zakładzie, obniżając koszty związane z transportem, unieszkodliwianiem i składowaniem odpadów.
Zgodnie z definicją EPA (agencja ochrony środowiska w Stanach Zjedno¬czonych - Environment Protection Agency minimalizacja odpadów określana jest głównie jako redukcja wytwarzania odpadów u źródła lub recykling surowców.
Ograniczanie wytwarzania odpadów oraz ochrona środowiska przed ich uciążliwością jest konieczna. Aby jej sprostać, niezbędna jest znajomość:
• źródeł, warunków i wielkości wytwarzanych odpadów,
• ich właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych,
• powodowanego przez nie zagrożenia ekotoksykologicznego,
• technologicznych i ekonomicznych możliwości utylizacji odpadów,
• możliwości transformacji odpadów do postaci o mniejszej uciążliwości,
• przyrodniczo-technicznych uwarunkowań składowania odpadów.
Przedsięwzięcia zmierzające do zmniejszenia ilości powstających i gro¬madzonych w środowisku odpadów powinny obejmować (rys. 1):
• recykling surowców odpadowych w miejscu powstawania,
• recykling surowców odpadowych poza miejscem powstawania,
• redukcje wytwarzania „u źródła" poprzez:
- modyfikacje urządzeń i technologii, w tym wprowadzenie technologii mało-i bezodpadowych, tzw. czystych,
- modyfikację projektowanych wyrobów,
- substytucję surowców stosowanych tradycyjnie.
Modyfikacja urządzeń i technologii
Modyfikacja urządzeń i technologii jest oczywistym działaniem zmierzającym do efektywnego wykorzystania surowców, co równocześnie powoduje zmniej¬szenie ilości odpadów lub umożliwia zastąpienie nimi surowców tradycyjnie uży¬wanych.
W ostatnich latach w Polsce opracowano kilkadziesiąt technologii wyko¬rzystania odpadów przemysłowych jako substytutu części lub całości surowców naturalnych. Są to np. technologie:
• produkcji kruszyw i materiałów budowlanych,
• produkcji kruszyw do robót inżynieryjnych i drogownictwa,
• produkcji kruszyw do podsadzki wyrobisk podziemnych,
• produkcji wypełniaczy mineralnych dla różnych gałęzi przemysłu, pigmentów
ceramicznych,
• odzyskiwania metali nieżelaznych różnymi metodami,
• odzyskiwania licznych substancji chemicznych,
• produkcji nawozów dla rolnictwa, środków do odkwaszania gleb,
• produkcji pasz dla zwierząt hodowlanych, tłuszczów technicznych,
• odzyskiwania olejów przepracowanych,
• odzyskiwania mas celulozowych, kompostu.
Technologie mało i bezodpadowe
Technologie mało i bezodpadowe są traktowane jako docelowy system rozwiązania problemu odpadów produkcyjnych i zanieczyszczenia nimi środowiska) naturalnego. j
Technologia bezodpadowa (TBO) polega na niedopuszczeniu do powstawania odpadów i na pełnym, kompleksowym wykorzystaniu surowca. Stanowi ona ciąg procesów technologicznych związanych z wydobywaniem i z kompleksowym przetwarzaniem surowców na wyroby, zmierzającym do wyeliminowania odpadów a w razie niemożliwości ich całkowitego wyeliminowania, zapewniającym ich za gospodarowanie bez zanieczyszczania środowiska naturalnego.
We wszystkich procesach przetwórczych jest możliwe zastosowanie tzw. czystych technologii, bez powstawania odpadów, i dlatego odpady powstające " jednej fazie procesu technologicznego powinny być bezpośrednio wykorzystane fazie następnej. Najistotniejsze w TBO jest spełnienie warunku, aby nie był odkładania odpadów. Technologię bezodpadowa można wdrażać fazami i dlatego należy ją rozumieć jako pewnego rodzaju techniczne optimum, do którego się zmierza.
Takie zdefiniowanie TBO uwzględnia wiele aspektów, a mianowicie: tech¬niczny, ekonomiczny, ekologiczny i socjalno-psychologiczny.
Aspekt techniczny wynika z konieczności zastosowania takiego ciągu pro¬cesów technologicznych, który zapewni pełne wykorzystanie surowców, łącznie z ewentualnie powstającymi w jakiejś fazie odpadami.
Aspekt ekonomiczny wynika z konieczności zastosowania efektywnych pro¬cesów przerobu surowca oraz spełniania warunku pełnego wykorzystania mate¬riałów, łącznie z ewentualnie powstającymi odpadami.
Ujęcie ekologiczne wynika z wymogów niedopuszczania do zanieczyszczania naturalnego środowiska odpadami.
Aspekt socjologiczno-psychologiczny wynika z motywacji ludzi do ukie¬runkowanych działań, dzięki którym zostaną poprawione warunki korzystania przez społeczeństwo z dóbr środowiska naturalnego oraz będą zapewnione su¬rowce do produkcji i dalszego rozwoju gospodarczego kraju.
Eliminowanie odpadów powinno być wprowadzane tylko w tych procesach, w których jest to możliwe i celowe. Fakt ten musi być właściwie uwzględniany i dlatego w sformułowaniu nowej definicji TBO główny akcent położony jest na zasadę nieodkładania odpadów.
Wdrażanie technologii bezodpadowych jest uzasadnione efektywnością eko¬nomiczną wynikającą z pełnego wykorzystania materiałów oraz z eliminacji za¬grożeń zanieczyszczenia środowiska naturalnego.
Korzyści ekonomiczne z tytułu wprowadzenia TBO wynikają przede wszystkim z kompleksowego wykorzystania surowców, czego skutkiem jest eliminowanie lub ograniczanie ilości odpadów; mają one również znaczenie dla całej gospodarki, gdyż umożliwiają zwiększenie produkcji oraz pozwalają na ograniczenie importu surowców.
W niektórych przypadkach wdrożenia technologii bezodpadowej uzyskuje się zmniejszenie zużycia energii elektrycznej, cieplnej oraz pary technologicznej dzięki wyeliminowaniu energochłonnych procesów utylizacji odpadów i od¬pylania. Korzystne zmiany występują także wówczas, kiedy wprowadzenie TBO zastępuje korzystanie z drogich urządzeń do unieszkodliwiania odpadów, py¬łów, oparów, ścieków itp. Cechą TBO jest znaczne obniżenie materiałochłon¬ności, zmniejszenie strat w środowisku, a często nawet obniżenie kosztów eks¬ploatacji.
Opracowanie i wdrożenie technologii bezodpadowych jest na ogół bardzo trudne, m.in. ze względu na konieczność równoczesnego zastosowania różnych procesów fizycznych, chemicznych, biologicznych, wykraczających poza daną branżę. Opracowanie takiego systemu często wymaga zaangażowania wielu wy¬specjalizowanych placówek naukowych oraz biur konstrukcyjnych i technologicznych oraz zaangażowania dość znacznych środków inwestycyjnych, wykra¬czających poza możliwości jednego przedsiębiorstwa.
Odzyskiwanie surowców i energii z odpadów
Pojęciem recyklingu określa się system cyklicznego, gospodarczego wyko¬rzystywania odpadów jako surowców wtórnych z wyeksploatowanych, wybra¬kowanych bądź uszkodzonych wyrobów. Możliwość ponownego wykorzystania tych wyrobów wynika z tego, że są one wykonane z materiałów odnawialnych, tzn. że istnieje możliwość przywracania im pierwotnych właściwości albo odzyskania poszczególnych składników lub usuwania z nich szkodliwych składników przez przeprowadzenie odpowiednich zabiegów.
Wykorzystanie surowca już przetworzonego jako odpadu użytecznego gos¬podarczo potwierdza jego znamiona jako towaru. Poza składnikami użytecznymi, uzyskiwanymi metodą segregacji z odpadów komunalnych stałych (OKS), recy¬kling przynosi istotne korzyści ekonomiczne:
• dzięki niemu co najmniej 1,5-2 razy przedłuża się okres eksploatacji wysypisk odpadów komunalnych, w porównaniu z wysypiskami odpadów nie segre¬gowanych,
• ograniczona przez segregację masa odpadowa zmniejsza co najmniej 1,5-2 razy koszty transportu OKS składanych na wysypisku.
Wyniki badań potwierdzają, iż generalnie bogatsze społeczeństwa szerzej stosują recykling OKS przez wyselekcjonowanie z odpadów powszechnie użyt¬kowanych 4-5 grup (tab. 1).
Odzyskiwanie surowców wtórnych z zasobów przetworzonych ma również uzasadnienie ekologiczne, które w końcowym efekcie analizy problemu przybiera oczywisty wymiar ekonomiczny. Jako przykład niech służy drewno. Większość odpadów drewnianych (meble, ogrodzenia, słupy itp.) trafia u nas do pieca, podczas gdy powierzchnia lasów przypadająca na mieszkańca, a więc i potencjalna zasobność w ten materiał, stale maleje - ostatnio średnio o 0,5% rocznie.
Tabela 1. Wykorzystanie gospodarcze odpadów komunalnych stałych na świecie (średnia z lat 1993-1997)
Rodzaj
Recykling surowca [%]
aluminium
37,8
papier
29,2
szkło
19,5
metale (stal, żelazo)
16,6
tworzywa sztuczne
4,9
Pozyskanie i wykorzystanie surowców wtórnych z odpadów poużytkowych jest na ogół bardziej skomplikowane i pracochłonne niż z odpadów produkcyj¬nych, gdyż ich źródła są bardziej rozproszone, a surowce z tych źródeł stanowią najczęściej mieszaninę różnych składników i są często zanieczyszczone.
Wykorzystywanie odpadów poużytkowych ma długą tradycję. Już w XVIII wieku Anzelm Baum założył w Wielkiej Brytanii pierwsze przedsiębiorstwo zaj¬mujące się na dużą skalę skupem i sprzedażą makulatury. Na terenach Polski, pod zaborem pruskim w 1777 r. został, przez władze w Berlinie, ponowiony i zaostrzony edykt zakazujący (pod karą) wywożenia i sprzedawania poza krajem odpadów włókienniczych, papierowych, wiór, skrawków skór, a także owczych nóg i innych surowców nadających się do wytwarzania kleju.
Na szerszą skalę zaczęto wykorzystywać odpady w latach siedemdziesiątych obecnego stulecia, kiedy to ilość nagromadzonych odpadów była tak duża, że za¬grażała środowisku naturalnemu, jednocześnie gwałtownie wzrosły ceny niemal wszystkich paliw, surowców, energii, a postęp techniki i nauki umożliwił efektyw¬niejsze wykorzystanie surowców wtórnych. W rezultacie w ostatnich latach w krajach wysoko rozwiniętych tempo wzrostu zużycia surowców wtórnych wyprzedza tempo wzrostu zużycia surowców pierwotnych. Ogromne osiągnięcia w tym zakresie ma Japonia, RFN, Francja, Holandia, Stany Zjednoczone oraz Wielka Brytania.
Efektywność ekonomiczna recyklingu ma swoją granicę, określoną przez na¬kłady pracy niezbędnej do pozyskania i przerobu surowca oraz ewentualne unie¬szkodliwienie powstałych z niego odpadów. Jeśli wielkość pracy żywej i uprzed¬miotowionej zużytej na pozyskanie i przetwarzanie surowca wtórnego z odpadów przewyższa nakłady pracy na pozyskanie i przerób surowca pierwotnego oraz na utylizację odpadów powstających przy tych operacjach, wówczas recykling jest przedsięwzięciem ekonomicznie nieefektywnym. Ta granica może się zmieniać wraz z postępem technicznym w pozyskiwaniu oraz przetwórstwie surowców pierwotnych i wtórnych.
Matematyczny model efektywności ekonomicznej recyklingu opracował A. Ginsburg na podstawie bilansu materiałowego i energetycznego tego procesu. W wyniku wykorzystania odpadów jako surowców wtórnych następuje zmniej¬szenie ilości odpadów wymagających unieszkodliwienia.
Jednakże recykling ma swoje granice, ponieważ obok zmniejszenia pier¬wotnego zanieczyszczenia naturalnego środowiska występuje wtórne jego za¬nieczyszczenie. Wzrasta ono wraz ze wzrostem stopnia odzyskiwania surowców wtórnych. Między efektywnością przedsięwzięć związanych z ochroną środowiska a rozmiarami wtórnego zanieczyszczania korelacja ma na ogół przebieg zgodny z reakcją pierwszego rzędu. Dlatego istnieje pewien optymalny stopień recyklingu, powyżej którego sumaryczne obciążenie środowiska ponownie wzrasta.
Przedmiotem recyklingu, poza wymienionymi już odpadami, jak np. złom metali, stłuczka szklana, makulatura itp., są wszelkie wyroby wycofane z eks¬ploatacji, budowle, urządzenia, maszyny, środki transportu, wyroby wybrakowane nie nadające się do użytku itp. Jeśli nie jest możliwe wykorzystanie odpadów po-użytkowych jako surowca wtórnego do wytwarzania wyrobu analogicznego, wówczas przeznacza się je do wytwarzania innych produktów. Na przykład, jeśli włókna odzyskane z pończoch nie nadają się do produkcji podobnego wyrobu, to wykorzystuje się je do produkcji innych włóknin lub metodą pirolizy przerabia się je na surowce pierwotne.
Recykling odpadów z wyeksploatowanych wyrobów poużytkowych może się odbywać przez:
- ponowne, wielokrotne użycie produktu do spełnienia funkcji takiej, jak w cyklu pierwszym, po dodatkowym procesie uzdatniającym (np. regeneracja części zamiennych),
- wtórne wykorzystanie surowca bez zmiany jego składu i stanu do wytwo¬rzenia nowych produktów (np. wykorzystanie makulatury do wytwarzania papieru, stłuczki szklanej do wytwarzania różnych wyrobów szklanych, zło¬mu metali do wykonania nowych odlewów żeliwnych),
- wykorzystanie surowca wtórnego połączone ze zmianą jego stanu i składu (np. przetwórstwo odpadów komunalnych na gaz energetyczny, spalanie opon samochodowych w celu wykorzystania energii, wykorzystanie drewna z rozbiórki i opakowań do wytwarzania płyt drewnopodobnych itp.). Recykling odpadów obejmuje trzy fazy: pozyskiwania, uzdatniania i gospo¬darczego wykorzystania.
Przekształcenie odpadów w surowce wtórne realizuje się w fazie pozyskiwania i fazie uzdatniania.
Pozyskiwanie (odpłatne i nieodpłatne) surowców wtórnych z różnych od¬padów poprodukcyjnych i poużytkowych realizuje się przez:
- skup od ludności, warsztatów rzemieślniczych, różnych jednostek gospo¬darczych oraz organizacji społecznych,
- selektywną zbiórkę odpadów do wielokomorowych pojemników,
- społeczną zbiórkę od ludności, instytucji itp.,
- wyselekcjonowanie określonych surowców wtórnych ze zgromadzonych odpadów komunalnych (w zakładach mechanicznego sortowania, sortowa¬nie przy wysypiskach),
- łączne wykorzystanie wszystkich zgromadzonych rodzajów odpadów. Wybór jednej z podanych wyżej form pozyskiwania surowca odpadowego za¬leży między innymi od:
- źródeł odpadów,
- przeznaczenia pozyskiwanych odpadów,
- zawartości składników użytkowych w odpadach,
- dostępności niezbędnych urządzeń do sortowania i przerobu odpadów,
- możliwości zbytu odzyskiwanych rodzajów surowców wtórnych,
- sprawności działania jednostek pozyskujących i przetwarzających surowce wtórne,
- aktywności społecznej mieszkańców.
Odpady zawierają składniki, które mogą być wydzielone i wykorzystane jako surowce wtórne podstawowe, wyjściowe do tworzenia nowych materiałów lub wyrobów, pasz dla zwierząt, jako energia cieplna itp.
Uzdatnianie obejmuje różne operacje: segregowanie, czyszczenie, rozdrab¬nianie, granulowanie, przetapianie itp. Segregowanie ma na celu wydzielenie z całej masy odpadów poszczególnych asortymentów i klas o identycznych lub zbliżonych cechach (parametrach). Czyszczenie surowców wtórnych, pozyski¬wanych z odpadów, dokonuje się w procesach takich, jak:, trzepanie, pranie, mycie itp. Dalsze operacje uszlachetniające są zróżnicowane zależnie od rodzaju pozy¬skiwanych surowców i są wykonywane w procesach mechanicznych, chemicznych, termicznych, biochemicznych itp. W rezultacie tych operacji uzdatniających bądź regeneracyjnych, przy niewielkim dodatkowym nakładzie pracy, umożliwia się wykorzystanie pracy zakumulowanej w odpadach.
W niektórych procesach przetwórczych, zwłaszcza chemicznych i biolo¬gicznych, powstają przetworzone odpady, które odznaczają się nową jakością, mają nowy skład chemiczny. Te nowe związki mogą być również wykorzystane do wytworzenia innych wyrobów. Warunkiem wykorzystania tych surowców jest znalezienie właściwego kierunku wykorzystania i opracowanie odpowiedniego procesu technologicznego. Współczesne osiągnięcia nauki i techniki pozwalają na przerób i wykorzystanie wszelkich odpadów przez ich regenerację, odzyskiwanie poszczególnych związków, wykorzystanie energii cieplnej powstającej podczas spalania itp.
Przekształcenie odpadów w surowce wtórne jest nierozerwalną częścią składową rozszerzonej reprodukcji przedmiotów pracy i często wiąże się z od¬powiednim uzdatnianiem. To przekształcenie dokonuje się w zamkniętych obie¬gach materiałów (wewnątrzzakładowych) lub w obiegach otwartych, obejmujących kilka jednostek gospodarczych.
W zamkniętym, wewnątrzzakładowym obiegu materiałów odpady po¬wstałe w procesie wytwarzania wyrobów są ponownie przetwarzane w jednym z powtarzających się podobnych procesów w tym samym zakładzie. Na przykład powstałe w hucie szkła odpady w postaci stłuczki przekazywane są do ponownego przetworzenia na nowe wyroby.
W otwartym obiegu materiałów powstające w różnych procesach pro¬dukcyjnych i konsumpcyjnych odpady przekazywane są do wykorzystania innym jednostkom gospodarczym bezpośrednio lub za pośrednictwem wyspecjalizowa¬nych przedsiębiorstw. Na przykład stłuczka szklana z szyb (powstała przy szkleniu okien) za pośrednictwem wyspecjalizowanych przedsiębiorstw skupu trafia do hut szkła, do wytwórni waty szklanej itp. W takim obiegu krążą m.in. surowce od¬padowe z papieru, tworzyw sztucznych, tekstyliów, metali itp.
Z punktu widzenia kierunków wykorzystania odpadów można wyodrębnić następujące obiegi: jednorodny, w którym odpady wykorzystywane są do wytwarzania takiego samego wyrobu, z jakiego powstały (np. makulatura do wytwarzania papieru), różnorodny, w którym odpady wykorzystane są do wytwarzania różnych wyrobów, najczęściej odmiennych od wyrobów, z których powstały (np. wy¬korzystanie stłuczki szklanej do produkcji waty szklanej, do wytwarzania tynków, wykorzystanie odpadów tekstylnych w produkcji papieru lub płyt izolacyjnych, wykorzystanie gumy ze zużytych opon samochodowych do pro¬dukcji płyt izolacyjnych, lub wypełniania nawierzchni dróg asfaltowych) bądź też są wykorzystane do karmienia zwierząt, energetyczny, w którym odpady produkcyjne i poużytkowe wykorzystywane są do wytwarzania energii cieplnej (np. wyeksploatowane opony samochodowe spalane w piecach cementowni), zastępczy, w których odpady, ze względu na określone uwarunkowania, są okresowo utylizowane niezgodnie z racjonalnymi przesłankami (np. wyko¬rzystanie odpadów komunalnych, a więc makulatury, tekstyliów, skór, odpa¬dów spożywczych itp. do wytwarzania kompostu).