Проблема органических отходов в составе ТКО давно привлекает внимание экологов и специалистов отрасли. По данным Росстата, в 2023 году в России образовано около 49,9 млн тонн ТКО, и порядка 20 млн тонн из них составляют биоразлагаемые органические отходы. Накопление органики на полигонах превращает их в «биореакторы», выделяющие свалочный газ и огромные объемы фильтрата, содержащего токсичные компоненты. Ежегодно на полигонах страны генерируется до 12 км³ фильтрата – объем, сопоставимый с небольшим озером. Органическая фракция служит источником резкого неприятного запаха и привлекает птиц и грызунов на свалки; кроме того, процессы самонагревания и гниения создают опасность возгораний. Таким образом, исключение органической составляющей из потока захораниваемых отходов способно значительно снизить негативное воздействие полигонов на окружающую среду.
Одновременно органические отходы представляют собой ценное вторичное сырьё при условии надлежащей обработки. Современная концепция обращения с ТКО рассматривает биоразлагаемую часть как ресурс для получения компоста или технического грунта, пригодного к возвращению в хозяйственный оборот. Компостирование – биотехнологический процесс разложения органики – позволяет превратить пищевые и зеленые отходы, загрязненные бумагу и картон, древесные остатки и др. во вполне инертный стабилизированный материал – компост, близкий по свойствам к почве. В зависимости от чистоты исходного сырья конечный продукт может квалифицироваться либо как собственно компост (при высокой степени исходной сортировки и низком уровне примесей), либо как технический грунт (техногрунт), если исходное сырьё содержало много посторонних примесей. Техногрунт, полученный из органической фракции ТКО, по сути, представляет собой стабилизированный «грязный» компост, включающий кроме перегнивших органических веществ некоторое количество неразложившихся примесей (кусочки пластика, стекла, металлургический лом, камни и пр.). Согласно ГОСТ 25100–2020 «Грунты. Классификация», такие материалы относятся к техногенным грунтам – техногенным образованиям из бытовых отходов. Данное определение дало неофициальное название продукту компостирования смешанной органики ТКО – «техно-грунт».
Использование компостов из отходов для улучшения почв и рекультивации земель – мировая практика, позволившая найти применение значительной части органических отходов вне сельского хозяйства. Во многих странах непереработанный компост из несортированных ТКО не допускается к внесению на пахотные земли или сады по санитарным соображе- ниям, однако находит применение при технической рекультивации нарушенных территорий: закрытых свалок, отработанных карьеров, промышленных отвалов, участков с техногенным загрязнением. Европейские исследования показывают, что внесение компоста из ТКО в бедные нарушенные почвы повышает содержание в них гумуса и улучшает рост растений. На территории европейской части России с ее относительно высокой плотностью населения проблема рекультивации полигонов ТКО и деградированных городских земель стоит очень остро. В последние годы в России реализуется ряд проектов по переработке органической фракции ТКО методом компостирования – особенно в Центральном и Северо-Западном регионах – с целью получения техногрунта для собственных нужд полигонов и для восстановления ландшафтов. В данном обзоре рассматриваются доступные технологии компостирования органических отходов, характеристики получаемого техногрунта и опыт применения техногрунтов для благоустройства и восстановления земель, преимущественно на примере европейской части РФ. Также анализируется нормативная база, регулирующая обращение с техногрунтами.
Технологии компостирования органической фракции ТКО
Аэробное компостирование – основной метод биологической переработки органических отходов. Сущность процесса заключается в микробиологическом разложении органического вещества в присутствии кислорода с выделением тепла, углекислого газа, воды и образованием стабилизированного органоминерального продукта – компоста. В промышленном масштабе для компостирования отходов применяются разные технологические схемы: буртовое (открытое) компостирование, компостирование под полупроницаемой мембраной, а также компостирование в закрытых реакторах (туннелях). Все эти методы реализуют одну биологическую основу, но отличаются по длительности процесса, требуемым площадям и степени контроля параметров.
Буртовое компостирование. Самый простой способ – укладка отходов в удлиненные бурты на открытой площадке с периодическим ворошением масс специальной техникой. Данный метод известен с 1960-х годов и до сих пор широко используется благодаря своей простоте. Его недостатками являются длительность процесса до 3-4 месяцев, необходимость большой площади и возможность распространения запаха и биоаэрозолей, особенно в теплое время года. Компостирование ведется непрерывно, по мере прогрева буртов осуществляется их аэрация путем ворошения по определенному графику. В зимний период запуск процесса саморазогрева занимает около 10 дней, после чего термофильные бактерии разогревают массу до 60–80 °С, обеспечивая обеззараживание. В России буртовое компостирование реализовано на полигоне «Новый Свет» Ленинградской области с 2011 года. Полученный там компост используется для укрытия откосов полигона в рамках биологической рекультивации.
Мембранное компостирование. Для снижения выбросов запаха и ускорения процесса буртовое компостирование часто ведут под укрытием – специальными газопроницаемыми биомембранами. Примером служит технология GORE® Cover, получившая распространение в Европе и применяемая на ряде комплексов обработки отходов (КПО) в России. Отходы укладываются в бурты, которые накрываются многослойным мембранным полотном, пропускающим воздух, но задерживающим запахи и испарения. Под укрытием поддерживается принудительная аэрация. Типичный цикл мембранного компостирования длится около 8 недель и включает фазы интенсивного разогрева (термофильное созревание) и последующего дозревания. Мембранное компостирование позволяет более чем вдвое ускорить разложение по сравнению с обычным открытым методом за счет стабильности условий и сокращения теплопотерь. При этом достигается почти полное устранение запаха – воздух отводится под мембраной к биофильтрам для очистки, что важно при работе вблизи населенных пунктов.
Туннельное компостирование. Наиболее технологичным вариантом является высокоскоростное компостирование в закрытых биореакторах. Туннельный метод предполагает загрузку подготовленных органических отходов, прошедших отсев и сортировку, в специальные бетонированные камеры – туннели, где при непрерывной принудительной аэрации и поддержании температуры происходит ускоренная ферментация материала. Каждый туннель представляет собой герметичную камеру с системой приточно-вытяжной вентиляции, позволяющей автоматически регулировать подачу воздуха и отвод теплых влажных газов. За счёт оптимального контроля параметров (температуры, влажности, содержания кислорода) цикл компостирования сокращается до 21 дня, причём весь процесс проходит внутри закрытого помещения. В данных условиях ворошение не является обязательным процессом – разложение идёт в стационарной фазе при постоянной аэрации, что уменьшает трудозатраты. Температура внутри тоннелей поддерживается на уровне 65–70 °С, благодаря чему обеспечивается гибель патогенов и сорных семян. Отработанный тёплый воздух с паром и летучими веществами собирается и направляется на биофильтры для очистки, предотвращая выброс запаха в атмосферу.
Впервые в России промышленный туннельный комплекс компостирования был запущен в 2019 году на КПО «Нева» (Московская обл., Солнечногорский район). В 2024 году аналогичная установка заработала на КПО «Волхонка» (Ленинградская область).
Целью внедрения туннельной технологии на подобных объектах является сокращение объема органических отходов, направляемых на захоронение, снижение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду за счет уменьшения образования свалочного газа и фильтрата, а также обеззараживание отходов путем уничтожения патогенных микроорганизмов и инвазий.
Опыт эксплуатации показывает, что получаемый в туннелях продукт – техногрунт – может использоваться непосредственно на полигоне для технических нужд. В частности, большинство полигонов, имеющих цех компостирования, применяют компостный грунт для ежедневной пересыпки слоев отходов вместо природного грунта. Это позволяет значительно экономить на приобретении грунта и одновременно утилизировать органику. Внедрение компостирования на полигоне сразу несколько экономических и экологических задач, во-первых, сокращается почти вдвое объем захораниваемого мусора (органическая часть переходит в стабилизированную массу с меньшим удельным весом); во-вторых, снижаются издержки на рекультивацию за счет использования полученного грунта. Среди экологических преимуществ можно выделить снижение нагрузки на окружающую среду благодаря сокращению выбросов свалочных газов и проникновения фильтрата. Наконец, при налаженной системе контроля качества возможна реализация техногрунта на коммерческой основе – например, для рекультивации нарушенных земель вне полигона ТКО, что превращает отход в товарный продукт и открывает новые перспективы при разработке финансовой модели деятельности КПО.
Свойства техногрунта из органических отходов полигонов
Компост, полученный из смешанных органических фракций ТКО, обладает рядом специфических свойств. С точки зрения агрохимии он близок к традиционным компостам и обладает высокой потенциальной плодородностью. Исследования компоста из ТКО, проведенные в Санкт-Петербурге, показали, что такой компост имеет нейтральную или слабощелочную реакцию среды (pH водной суспензии ~6,5–7,1), очень высокое суммарное содержание обменных оснований (базовое насыщение 97–98%) и низкую кислотность (~4 ммоль/100 г). По кислотносновным свойствам компост из ТКО оценивается как благоприятный для растений субстрат, аналогично известкованию улучшая кислые почвы. Кроме того, содержание питательных элементов в компостах из ТКО традиционно высокое: такой компост богат органическим веществом порядка45–55% в пересчете на сухую массу и содержит значительные количества азота, фосфора, калия и микроэлементов. Отмечено, что внесение компоста из ТКО на бедные дерново-подзолистые почвы по эффекту равноценно традиционному удобрению и известкованию, повышая урожайность растений. Высокое содержание гуминовых веществ в составе переработанной органики также рассматривается как положительный фактор: гуматы, извлеченные из компостов ТКО, показали себя перспективными стимуляторами роста растений. Таким образом, по питательной ценности и химическим характеристикам техногрунт на основе компостированных отходов близок к почвогрунтам и может эффективно использоваться в качестве плодородного слоя при озеленении.
Важнейший вопрос – безопасность применения техногрунтов. Ограничивающим фактором являются примеси и загрязнители, неизбежно присутствующие в отходах. В составе компоста из несортированных ТКО об наруживаются фрагменты стекла, пластика, пленки, металлические включения; поэтому компостный грунт предварительно просеивают и при необходимости доочищают магнитами и ручной выборкой. После такой доочистки материал считается инертным: эксперименты на полигоне показали, что полученный техногрунт «хорошо держит форму и по основным характеристикам не отличается от обычного грунта». Более того, проведенные опыты по выращиванию овощей (кабачки, тыква, картофель) на чистом техногрунте продемонстрировали его продуктивность – растения успешно развивались и плодоносили. Лабораторный анализ урожая показал, что содержание тяжелых металлов в овощах, выращенных на техногрунте, в два раза ниже допустимых норм. Этот результат свидетельствует, что загрязняющие вещества из компоста не переходят интенсивно в пищевую продукцию при использовании техногрунта вне сельского хозяйства (в условиях опытного участка).
Тем не менее, тяжелые металлы в самом компосте из ТКО присутствуют в повышенных концентрациях по сравнению с бытовой почвой. В органической массе из полигонов накапливаются такие элементы, как свинец, кадмий, медь, цинк, никель, ртуть и др., частично приходящие с батарейками, красками, металлизированными отходами. По данным исследований, валовое содержание тяжелых металлов в компостах из ТКО может находиться на уровне, близком к предельно допустимому для почвогрунтов и компостов сельскохозяйственного назначения. Например, в компостах со свалки «Новый Свет-ЭКО» содержание меди составляло порядка 200 мг/кг, цинка ~200–250 мг/кг, свинца ~200 мг/кг, кадмия ~2–3 мг/кг. Эти показатели соответствуют нормативным требованиям – превышения либо отсутствуют, либо минимальны. Однако по сравнению с сельскохозяйственными стандартами качество такого компоста уступает: так, массовая доля свинца и кадмия может превышать допустимую для удобрений на 20–30%. Следует учитывать, что значительная часть тяжелых металлов в компосте находится в связанной форме (адсорбирована гумусом, карбонатами и пр.) и мало доступна для растений. Именно поэтому при использовании техногрунта на рекультивации свалок требования санитарной безопасности могут быть несколько мягче, чем при внесении компоста на сельхозполя.
Тем не менее, принципиально компост из ТКО не считается пригодным для применения в сельском хозяйстве в качестве удобрения из-за риска накопления токсичных элементов в пищевых цепях. Исследования, проведенные в Санкт-Петербурге (компост с установки Дано), подтвердили: химический состав промышленного компоста из несортированных ТКО не позволяет использовать его на полях без очистки или разбавления. По микробиологическим показателям такой компост, как правило, безопасен (после термофильной фазы в нем отсутствуют патогенные кишечные бактерии, яйца гельминтов и др.), однако по численности общего микробного населения он относится к разряду загрязненных грунтов. Таким образом, техногрунт занимает промежуточное положение между отходом и продуктом: он улучшает структуру и плодородие почвы, но требует ограничений в использовании, чтобы не нанести вред окружающей среде.
Возможности применения техногрунтов для восстановления земель
Основное предназначение компостного техногрунта – техническая и биологическая рекультивация земель, нарушенных в результате хозяйственной деятельности. В первую очередь это актуально для самих полигонов ТКО, подлежащих закрытию и рекультивации. Техногрунт может использоваться на этапе технической рекультивации в качестве изоляционного слоя, покрывающего тело полигона. Вместо того чтобы завозить природный грунт извне, оператор полигона способен выработать достаточный объем покровного субстрата из собственных отходов. При стандартной двухфазной рекультивации поверх изоляционного слоя затем формируется плодородный слой, пригодный для роста растений (обычно из натурального грунта с добавлением чернозема). Однако ряд исследований предлагает использовать созревший компост ТКО непосредственно как плодородный слой при биологической рекультивации. Благодаря высокому содержанию органики и питательных веществ компост обеспечивает быстрый рост травянистой растительности и способствует накоплению гумуса на рекультивируемой поверхности.
На полигоне «Новый Свет-ЭКО» была реализована схема укрытия откосов стабилизированным компостом без посева трав – под естественное самозарастание семенами, принесенными ветром и птицами. Наблюдения показали, что уже в первый год на субстрате густо проросли растения – преимущественно сорные и культурные виды, чьи семена содержались в самом компосте (помидоры, физалис, тыква, арбуз, подсолнух и др.). На следующий год началось замещение этой флоры местными луговыми видами (осот, чертополох, одуванчик, полынь и пр.), и к третьему году участок покрылся типичным для данной зоны травостоем. При этом общая фитомасса на компостном техногрунте к третьему году достигла ~3,5 кг/м², что сопоставимо с естественной продуктивностью лугов. Такой результат подтверждает пригодность техногрунта в качестве субстрата для произрастания растений при рекультивации. Агрохимические исследования отмечают, что за время экспозиции компоста на воздухе его свойства даже улучшались: происходило естественное вымывание избыточных солей, стабилизация pH, активное заселение почвообразующими микроорганизмами и дождевыми червями. Иными словами, через 2–3 года слой техногрунта все больше превращается в полноценную почву с агрономически ценными характеристиками.
Помимо полигонов, техногрунты могут применяться для рекультивации других нарушенных территорий – отвалов, карьеров, нарушенных земляных объектов. В Ленинградской области прорабатываются проекты использования компоста ТКО при рекультивации выработанных песчаных карьеров и планировке ландшафтов для лесовосстановления. Компост из ТКО рекомендуется к применению в лесных питомниках при выращивании древесных сеянцев для лесовосстановления, а также для обогащения техногенных грунтов при озеленении городских территорий. В городском хозяйстве техногрунт перспективен для создания искусственных ландшафтов на бедных субстратах – например, для отсыпки рекультивируемых свалок, обратной засыпки выработок, формирования холмов и склонов на градостроительных объектах. Однако сфера применения техногрунта ограничена нормативами по защите окружающей среды. Согласно действующим правилам, запрещено применять техногрунт на территориях природоохранного значения, в водоохраных зонах, на землях водного фонда, в населенных местах (кроме зон промышленного назначения), в зонах санитарной охраны источников водоснабжения. Эти ограничения обусловлены риском миграции загрязнителей из техногрунта в среду (например, вымывание остатков тяжёлых металлов или органических токсикантов в грунтовые воды). Для объектов повышенной экологической чувствительности техногрунт не подходит, там предпочтительно использовать чистый природный грунт.
На менее уязвимых участках техногрунт может успешно выполнять свою функцию – восстановление плодородия. В практике рекультивации техногрунт обычно смешивают с минеральным грунтом или верхним слоем почвы, что разреживает концентрацию возможных загрязнителей и улучшает структуру. Например, при рекультивации карьера целесообразно нанести слой компоста из ТКО, а сверху присыпать его суглинком или песком, после чего провести посев трав. Компост послужит источником питательных элементов и органики для формирования почвенного слоя, постепенно интегрируясь в почву. Такой подход относится к технической мелиорации нарушенных земель и соответствует принципам наилучших доступных технологий восстановления земель. Российский стандарт ГOСТР 57446–2017 «Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия» прямо указывает на возможность использования органических отходов и компостов при рекультивации земель для восстановления плодородного слоя. Таким образом, с нормативной точки зрения применение компостов из ТКО в рекультивации не только разрешено, но и поощряется как элемент наилучших практик.
Отдельно следует рассмотреть экономические и нормативные аспекты использования техногрунтов. До недавнего времени у операторов полигонов не было прямых стимулов внедрять компостирование – расходы на это не окупались, а сбыт полученного грунта оставался неопределённым. Ситуация изменилась с внесением поправок в Постановление Правительства РФ № 484 от 30.05.2016 «О ценообразовании в области обращения с ТКО». В 2020 году в это постановление были внесены изменения, позволившие включать расходы на компостирование отходов и получение техногрунта в тариф региональных операторов обращения с ТКО. Иными словами, затраты полигона на строительство и эксплуатацию компостной площадки теперь закладываются в тариф так же, как затраты на захоронение. Эта мера простимулировала создание мусороперерабатывающих комплексов с компостированием вместо старой практики захоронения. Большинство выпускает техногрунт только для собственных нужд (пересыпка и рекультивация своего полигона). Однако ведутся и поиски внешних потребителей: например, на КПО «Нева» организован демо-участок, где выращивают овощи и цветы на техногрунте, демонстрируя его безопасность и пользу. Требования же к грунтам, применяемым в лесном хозяйстве и озеленении, несколько мягче, чем к сельхозпочвам – это расширяет потенциал сбыта техногрунта при условии стабильного качества.
Дополнительным фактором развития стало недавнее постановление, затрагивающее всю индустрию почвогрунтов. Распоряжением Правительства РФ № 2330-р от 28.08.2024 г. Утвержден перечень продукции, при производстве которой с 2025 года обязательно использование определенной доли вторичного сырья. В этот перечень включены, в частности, почвогрунты – минимальная доля вторичных материалов в них установлена на уровне 10% массы. Таким образом, производители грунтов для озеленения обязаны добавлять в их состав отходы или продукты переработки (компост, переработанные осадки сточных вод, биоуголь, переработанные строительные отходы и пр.). Данное нововведение будет стимулировать спрос на компосты и техногрунты как на компонент при изготовлении рекультивационных грунтов и городских озеленительных смесей. Уже сейчас ряд компаний планирует выпускать сертифицированные почвогрунты с включением компоста ТКО (например, 10–20% компоста, остальное – торф, песок, минералы), пригодные для озеленения городских территорий. Это позволит легально использовать значительные объемы техногрунта вне полигонов, одновременно повышая плодородие городских почвогрунтов.
Компостирование органической фракции твёрдых коммунальных отходов зарекомендувало себя как надёжная альтернатива захоронению: переработка до 40–50 % массы ТКО сокращает объёмы полигонного тела, уменьшает эмиссию свалочного газа и фильтрата и формирует стабилизированный техногрунт с нейтральным pH и высоким запасом питательных элементов — пригодный субстрат для технической и биологической рекультивации нарушенных ландшафтов.
Техногрунт не следует считать отходом: при должном контроле качества он превращается в востребованный продукт, который улучшает структуру субстратов, ускоряет рост растительности и снижает затраты на завоз природного грунта. Основные ограничения связаны с риском накопления тяжёлых металлов и посторонних включений, поэтому целесообразно применять его прежде всего в непищевых целях — при пересыпке слоёв полигонов, озеленении городских и промышленных территорий, создании рекультивационных смесей для карьеров и отвалов; здесь техногрунт уже демонстрирует высокий экологический и экономический эффект.
Развитие нормативов (включение расходов на компостирование в тариф обращения с отходами, обязательная доля вторичного сырья в почвогрунтах) создаёт устойчивую финансовую базу для масштабирования технологий, а расширение раздельного сбора органики и введение стандартов качества откроют путь к дальнейшему повышению чистоты и востребованности продукта. Таким образом, использование техногрунтов после компостирования органических отходов становится ключевым элементом экономики замкнутого цикла, превращая проблему полигонной органики в ресурс для восстановления деградированных земель России.
