Идентификация веществ, загрязняющих окружающую среду в результате функционирования предприятия по переработке использованных ПЭТ бутылок, меры по минимизации влияния на окружающую среду и управление рисками

Зорина О.В.¹'², Маврикин Е.А.³

Цель исследования -- идентифицировать вещества, загрязняющие окружающую среду из-за функционирования предприятия по переработке использованных пластиковых бутылок, и предложить меры по минимизации воздействия на окружающую среду и управления рисками. Установлено, что основное влияние планируемой деятельности предприятия по переработке использованных пластиковых бутылок ожидается на атмосферный воздух, от действующего предприятия после его расширения будет сбрасываться 20 загрязняющих веществ, среди которых самыми опасными являются тяжелые металлы (хром, ртуть, никель, свинец), общий годовой выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух увеличится в 2 раза. Расчеты показали, что максимальные приземные концентрации на границесанитарно-защитной зоны и жилой застройки соответствуют утвержденным нормативам, вещества, обладающие канцерогенным эффектом, на данном объекте отсутствуют, риск воздействия канцерогенного эффекта на здоровье населения отсутствует. Однако, при выполнении экологических условий, установленных для плановой деятельности указанного предприятия, влияния на атмосферный воздух и другие компоненты окружающей среды могут характеризоваться как экологически допустимые. При ведении деятельности предприятие обеспечит эффективную, бесперебойную работу технологического оборудования и очистных сооружений, следует принимать меры по минимизации выброса в атмосферу тяжелых металлов и других веществ, а также осуществлять мониторинг и управление рисками по влиянию на окружающую среду.

Ключевые слова: технология переработки тары, окружающая среда, загрязняющие вещества, атмосферный воздух, пластиковая тара.

Актуальність

Переважна частина населення світу після використання виробів із пластику їх викидає, закопує або спалює. При цьому більшість пластику після використання за призначенням викидається у сміття і не утилізується. Всім відомо, що термін розкладання пластику від 100 до 1000 років, його спалювання забруднює атмосферне повітря канцерогенними речовинами. Невеликий об'єм пластику утилізується за певною технологією на підприємствах з його переробки [2].

Можливо використовувати необмежену кількість циклів його переробки. При цьому спостерігається незначна шкідливість для здоров'я працівників відповідного виробництва і переробка можлива не тільки на спеціалізованомупідприємстві [3].

До 2050 р. земна поверхня може стати забрудненою 12 млрд. т сміття з пластику, якщо відношення до відходів не зміниться [4]. Національна стратегія управління відходами до 2030 р. прийнята й в Україні. Серед намірів: вдосконалення законодавства, впровадження інновацій і т.п. Передбачено зменшити загальний обсяг захоронення побутових відходів з 95 % до 30 % [5]. У 2018 р. Європейська комісія оприлюднила стратегію використання пластику в умовах циклічної економіки. Особлива увага звернута на необхідність переробки або повторного використання до 2030 р. усієї пластикової упаковки [6].

Отже, на сьогодні є вкрай актуальним впровадження технологій з переробки полімерних відходів, що здатне мінімізувати негативний вплив на оточуюче середовище, а також дослідити екологічність їх роботи та запропонувати шляхи управління ризиками.

Мета дослідження

Ідентифікувати речовини, що забруднюють довкілля через функціонування підприємства з переробки використаних ПЕТ пляшок, та запропонувати заходи з мінімізації впливу на довкілля та управління ризиками.

Матеріали та методи

Результати та їх обговорення

У м. Фастів Київської області розташоване діюче виробниче підприємство ТОВ «ЕКО-ВТОР», яке займається переробкою використаних ПЕТ пляшок із сміттєзвалищ або пунктів прийому вторинної сировини з подальшим отриманням регенерованого поліефірного волокна, що має кращі технічні та фізи- ко-хімічні характеристики, ніж природні та більшість хімічних волокон. Відповідні поліефірні штапельні волокна мають широке використання в текстильній та інших галузях промисловості. Зокрема, можуть використовуватися для пряжі ковдр, килимів, невитканого полотна, геотекстилю, служити наповнювачем для матраців, іграшок та ковдр.

Технологічна схема підготовки сировини для виробництва поліефірного штапельного волокна: подача ПЕТ пляшок пресованих -- гвинтовий конвеєр -- ванна попереднього миття ПЕТ пляшки -- гвинтовий конвеєр -- машина зняття етикетки з ПЕТ пляшки -- конвеєр ручного сортування ПЕТ пляшки -- дробарка -- 3 флотаційні ванни, де відбувається відділення ПЕТ пляшки подрібненої від залишків інших полімерів (поліетилен і поліпропілен) -- гвинтовий конвеєр -- центрифуга -- гвинтовий конвеєр -- біг-беги. Всього на етапі переробки ПЕТ пляшки подрібнений в ПЕТ пластівці зменшення маси ПЕТ за рахунок видалення поверхневої вологи становить 4,99 % і 14,58 % у вигляді суміші дрібної фракції ПЕТ, поліетилену, поліпропілену, бруду, піску, паперу та інших відходів. Сировина піддається вакуумному сушінню, після чого завантажується в бункер горизонтального екструдера. Отримання виробів з полімерних матеріалів відбувається шляхом продавлювання розплаву матеріалу через формуючий отвір в екструдері. Сировина з твердого стану з постійною температурою перетворюється на текучий розплав з високою температурою, таким чином, екструдер одночасно виконує два завдання -- утворення гарячого розплаву і його подальше продавлювання, тому екструдер, також, є калорифером і насосом подачі розплаву. Розплав сировини відбувається при температурі 270-280 градусів. Потім розплавлена сировина проходить систему фільтрів, де відбувається додаткове і остаточне очищення розплаву ПЕТ від піску. У зоні екструзії і фільтрації розплаву ПЕТ утворюються відходи у вигляді забрудненого піском розплаву ПЕТ і залишків ПЕТ в фільтрувальної системі в кількості 2,63 %. Після очищення розплав ПЕТ подається в флієри, де проходить через матриці, в результаті чого утворюються ниточки поліефірного волокна у великій кількості. Пасмо поліефірних ниток різко охолоджується в зоні кондиціонування шляхом обдування нитки повітрям для підтримки нитки в первісній формі, після чого охолоджені ниточки утворюють джут і обробляються замащувачем для укладання в ємність. Фінішна лінія: намотувальна машина -- лінія витяжки, фінальної обробки і термофіксації -- механічний стіл для укладання джгута -- вузол витяжки -- ванна для фізико-тер- мічної обробки -- вузол витяжки -- термообробка паром -- механізм формування завитка, де відбувається змащування волокна силіконовим маслом. Після використання мастила з водою потрапляють на очисні споруди, очищуються з використанням флокулянту та у вигляді шламу передаються на утилізацію. Далі здійснюється термофіксація волокна відбувається в сушильній шафі. На виході із сушильної шафи волокно має необхідні фізико-механічні властивості, які характеризують регенероване поліефірне волокно. Всього на етапі переробки ПЕТ пластівців в поліефірне волокно відходи складають 2,63 % і зменшення маси волокна за рахунок видалення поверхневої вологи становить 5,0 %. Всього на двох етапах переробки, відходи поліетилену, поліпропілену і поліетилентерефталату складають 17,21 %, зменшення маси за рахунок видалення поверхневої вологи становить 9,99 %.

Виробництво волокна здійснюється у виробничому корпусі, що оснащений миючими дільницями моделі JS- 1305 для мийки і подрібнення вторинної сировини, яка потім потрапляє на виробничу дільницю, а саме: сушильні установки моделі VS35, екструзійні установки моделі YX180/3000, машина прядіння штапельного волокна YX702C1000 і пакування SG42.

У вже збудованих виробничих приміщеннях ТОВ «ЕКО-ВТОР» передбачається розширення виробництва обсягом більше 100 т на добу без зміни зовнішньої та внутрішньої конфігурації, що не створить негативного впливу на ландшафт, архітектурну, археологічну та культурну спадщину. На підприємстві планується встановити додаткове технологічне обладнання: лінії з переробки ПЕТ-пляшок моделі JO020 (рік випуску 2018) та лінію з виробництва волокна JS-32805L(рік випуску 2018). Територія підприємства і проїзди по ній з асфальтобетонним покриттям. Родючий шар ґрунту на ділянці провадження планованої діяльності відсутній, а тому технологічні процеси не впливатимуть на нього.

Для виробничого та господарсько- питного водопостачання підприємства використовується вода п'яти артезіанських свердловин (глибиною 30- 100 м), що закільцьовані та розташовані на території підприємства. Загальне водоспоживання після розширення виробництва складатиме 254,459 мі/добу та 92,835 тис. мі рік. Водокористування здійснюється на підставі дозволу на спеціальне водокористування від 30.08.19 р. № 873/КВ/49д-19.

При виробництві поліефірного штапельного волокна утворюються стічні води, які у подальшому очищуються на очисних спорудах. Забруднена вода фільтрується через фільтр грубої очистки (барабанне сито), після цього потрапляє у проміжний резервуар та флотатор (проходить очищення методом аерації, де за допомогою повітря забруднена вода змішується з розчином флокулянта 10-25 % і, при цьому, рівень рН 11 нейтралізується за допомогою оцтової кислоти 10-25 % до рівня рН 8,5-9,0). Бруд після флотатору потрапляє на дегідратор, надлишок вологи з якого знов надходить в проміжний резервуар, а тверда фаза складається у біг-беги та у подальшому вивозиться спеціалізованими підприємствами, що мають ліцензію на перевезення та видалення відходів. Після очищення очищені виробничі стічні води використовуються повторно. Інша частина виробничих стічних вод проходить механічне та фізико-хімічне очищення на блочно-модульному комплексі «Флокфіл» потужністю 9 м³/год. Бруд, який утворився після очисних споруд вивантажується та у вигляді шламу, що також не складується та не зберігається на території підприємства. Відведення господарсько-побутових, дощових, талих та очищених на блочно-модульному комплексі «Флокфіл» виробничих стічних вод планується здійснювати в міську каналізаційну мережу КП Фастівської міської ради «Фастівводоканал» на підставі дозволу від 30.08.19 р. № 873/КВ/49д-19. Скидання стічних вод у водні об'єкти не передбачається, а отже стан фауни та флори не зазнають змін у процесі здійснення планованої діяльності підприємством. Шлам та відходи з очиснихспоруд вивозяться відповідно до укладеного договору № УТ-17/0418-С/ автотранспортом. Шлам не складується та не зберігається на території підприємства. З огляду на все вищезазначене, технологічні процеси на підприємстві не впливатимуть на акваторію найближчого водного об'єкту -- Заячий струмок (р. Унава).

Порівняльний аналіз технології переробки ПЕТ-пляшок на пластівці та гранули,показав, що процес переробки ПЕТ-пляшок на гранули має на два технологічних процесі більше ніж на пластівці, а отже технологія, що використовується на підприємстві ТОВ «ЕКО- ВТОР» у м. Фастів Київської області екологічно безпечніша за альтернативну.

Відповідно до інформації, що зазначена у Висновку з оцінки впливу на довкілля (далі Висновку з ОВД), на промисловому майданчику діє налагоджена система поводження з відходами, які продукуються в результаті ведення виробничої діяльності. Всього з урахуванням планової діяльності утворюється 22 види відходів І (1 вид), ІІІ (6 видів), IV (14 видів) класів небезпеки. До І-го класу небезпеки відносять лампи люмінесцентні та відходи, які містять ртуть, інші зіпсовані або відпрацьовані, що передаються іншім юридичним особам на утилізацію. Технологічні процеси не впливають на ґрунт. Каналізаційні та дощові стоки відводяться системою трубопроводів в існуючі мережі і також ґрунт не забруднюють. Для контейнерів з побутовим сміттям передбачені спеціальні майданчики. Передбачено комплексний благоустрій подвір'я та прилеглої території з озелененням місць, вільних від забудови. Таким чином, ніяких негативних впливів на ґрунт не прогнозується. Усі відходи, які утворюються внаслідок виробничої та господарської діяльності підлягають: ідентифікації; нормуванню; сортуванню; збиранню; маркуванню; обліку; своєчасному вилученню з виробничих дільниць; розміщенню у спеціально відведених місцях; передачі на утилізацію; передачі на знешкодження (знищення); передачі на захоронення.

Основними джерелами забруднення атмосферного повітря проектованого об'єкту є: викиди від виробництва з переробки полімерних матеріалів та котельні. Для забезпечення потреб виробництва тепловою енергією в існуючій котельні, додатково до встановленого котла марки YLL7000, потужністю 7 МВт, передбачається влаштування резервного котла аналогічної марки та потужності. В якості палива використовується вугілля (річні витрати -- 5150 т). Зола, що утворюється під час його спалювання, складується і зберігається на відкритій земельній ділянці площею 200 м². Річний об'єм складування та зберігання золи -- до 700 т/рік. По мірі накопичення відходи передаються підприємству для використання у господарській діяльності відповідно до укладених договорів. Димові гази скидаються через трубу висотою 21 м та діаметром 0,5 м. Плановою діяльністю передбачається встановлення установки очистки газу на два котла -- багатотрубний циклонний пиловловлювач типу XDN, призначений для уловлювання речовину вигляді суспендованих твердих частинок,недиференційованих за складом з повітря перед викидом в атмосферу, що видаляються від котлів. Згідно з даними Висновку з ОВД, прямі теплові викиди від енергетичного об'єкту (котельної) не можуть вплинути на тепловий баланс в глобальних масштабах. Передбачений котел буде використовуватись як резервний, тому сумарні викиди при роботі котельні не зміняться. Під час провадження планованої діяльності в атмосферне повітря виділятимуться: оксиди азоту -- 5,723 т/рік, оксид вуглецю --16,661 т/рік, вуглецю діоксин -- 14710,118 т/рік.

Перелік забруднюючих речовин, що надходять в атмосферу, від діючого підприємства та після досягнення ним планової діяльності з переробки полімерних відходів обсягом 110 тон на добу

Примітка. * згідно з ГР «Гранично допустимі концентрації хімічних і біологічних речовин в атмосферному повітрі населених місць», затвердженим наказом Міністерства охорони здоров'я України від 14.01.2020 р. № 52 та зареєстрованим в Міністерстві юстиції України 10.02.2020 р. № 156/34439.

Перелік забруднюючих речовин, що надходять в атмосферу, від діючого підприємства та після досягнення ним планової діяльності з переробки полімерних відходів обсягом 110 тон на добу, наведені у таблиці 1.

Як можна бачити із таблиці 1, від діючого підприємства після його розширення кількість забруднювачів атмосфери з організованих джерел збільшиться на 5 речовин та буде скидатися 20, загальний річний викид забруднюючих речовин в атмосферне повітря збільшиться у 2 рази. З-поміж них най- небезпечнішими є важкі метали (хром, ртуть, нікель, свинець), що мають 1 класнебезпеки.

З метою виявлення рівня небезпеки для населення було проведено розрахунок забруднення атмосферного повітря від джерела викидів підприємства та визначено розрахункові максимальні приземні концентрації забруднюючих речовин.Очікувані концентрації забруднюючих речовин визначені для мінімальних відстаней від підприємства до існуючої житлової забудови та на межі санітарно-захисної зони. Розрахункирозсіюваннязабруднюючихречовин в атмосферу проводилисядля ново- створенихджерелвикидів, розташованихна територіїпромисловогомайданчика,з урахуваннямфоновихконцентрацій за програмою “EOЛ+” відповідно до ОНД-86 «Методика розрахункуконцентрацій в атмосферному повітрішкідливихречовин, якімістяться у викидахпідприємства». Згідно з цимирозрахунками в розрахункових точках концентраціїзабруднюючихречовинменшіза ГДК. Найбільшіконцентраціїзабруднюючихречовин з врахуванням фонових концентрацій: речовин у вигляді суспендованих твердих частинок недифе- ренційованих за складом -- 0,1407 ГДК, оксидів азоту (оксид та діоксид) у перерахунку на діоксид азоту -- 0,1583 ГДК, діок- сиду сірки (діоксид та триоксид) у перерахунку на діоксид сірки -- 0,1203 ГДК, оксиду вуглецю -- 0,0894 ГДК, кислоти оцтової -- 0,4113 ГДК, групи сумації 31 -- 0,2153 ГДК. Отже, максимальні приземні концентрації на межі санітарно-захисної зони та житлової забудовивідповідаютьзатвердженимнормативам.

Розрахунок сумарного неканцерогенного ризику (НІ) з урахуванням критичних органів та систем, які насамперед зазнають негативного впливу хімічних речовин

Оцінка ризику впливу планованої діяльності на здоров'я населення від забруднення атмосферного повітря проводиться за розрахунками ризику неканцерогенних і канцерогенних ефектів. Розрахунок сумарного неканцерогенного ризику (НІ) з урахуванням критичних органів та систем, які насамперед зазнають негативного впливу хімічних речовин зведено в таблицю 2.

Коефіцієнт небезпеки за оксидом азоту (оксид та діоксид азоту) в перерахунку на діоксид азоту перевищює одиницю, отже існує ймовірність розвитку шкідливих ефектів, що зростає пропорційно збільшенню неканцерогенного ризику. Зазначене свідчить про необхідність впровадження регулюючих втручань щодо викидів в атмосферне повітря. Речовини, що мають канцерогенний ефект, на даному об'єкті відсутні, ризик дії канцерогенного ефекту на здоров'я населення відсутній. У просторовому відношенні плановадіяльність носить майже виключно локальний вплив і не розповсюджується далі безпосереднього місця проведення робіт.

У рамках нашої роботи проведена оцінка ризиків через впровадження планової діяльності на підприємстві ТОВ «ЕКО-ВТОР», яке займається переробкою використаних ПЕТ пляшок із сміттєзвалищ або пунктів прийому вторинної сировини з подальшим отриманням регенерованого поліефірного волокна, та встановлено наступне.

Ризик потрапляння відходів виробництва до атмосферного повітря

Цей ризик є пріоритетним та регулюється забезпеченням ефективної, безперебійної роботи технологічного обладнання, очисних споруд і вжиття заходів з мінімізації викиду забруднюючих речовин в атмосферне повітря. Зокрема, у разі впровадження планової діяльності слід впровадити на підприємстві технологію із зниження викидів оксидів азоту (оксид та діоксид азоту) у атмосферне повітря, а також здійснювати моніторинг та контроль, а саме:

- щоквартально моніторинг впливу планованої діяльності на якість атмосферного повітря, зокрема, контроль за дотриманням затверджених нормативів гранично допустимих викидів забруднюючих речовин, на межі встановленої санітарно-захисної зони, на межі найближчої житлової забудови та в зоні впливу об'єкту;

- щоденний огляд багатотрубногоциклонного пиловловлювача на предмет відсутності надмірної кількості твердотільних забруднювачів у придонній його частині (додатково);