Утилизация твердых отходов производства реферат

Жидкофазное окисление токсичных отходов производства используется для обезвреживания жидких отходов и осадков сточных вод. Суть его заключается в окислении  кислородом органических и элементоорганических примесей сточных вод при температуре 150 – 350° С и при давлении 2 – 28 МПа [4, 23].

Интенсивность окисления в жидкой фазе способствует высокая концентрация растворенного в воде кислорода, значительно возрастающая при высоком давлении. В зависимости от давления, температуры, количества примесей и кислорода, продолжительности процесса органические вещества окисляются с образованием органических кислот (в основном CH3COOH и HCOOH) или с образованием CO2, H2O и N2 [4].

Элементоорганические соединения в щелочной среде окисляются с образованием водных растворов хлоридов, бромидов, фосфатов, нитратов и оксидов металлов, а при окислении азотосодержащих веществ, помимо нитратов, образуется значительное количество аммонийного азота [23].

Для жидкоплазменного окисления требуется меньше энергетических затрат, чем другие методы, но является более дорогостоящим, кроме этого к недостаткам метода относится высокая коррозионность процесса, образование накипи на поверхности нагрева, неполное окисление некоторых веществ, невозможность окисления сточных вод с высокой теплотой сгорания [4].

Применение метода целесообразно при первичной переработке отходов.

3.2. Гетерогенный катализ

Метод применим для обезвреживания газообразных и жидких отходов. Существуют три разновидности гетерогенного катализа промышленных отходов.

Термокаталитическое окисление

можно использовать для обезвреживания газообразных отходов с низким содержанием горючих примесей. Процесс окисления на катализаторах осуществляется при температурах меньших, чем температура самовоспламенения горючих составляющих газа. В зависимости от природы примесей и активности катализаторов окисление происходит при температуре 250 – 400° С и в установках различных размеров [4].

В термокаталитических реакторах успешно окисляются CO, H2, углеводороды (УВ), NH3, фенолы, альдегиды, кетоны, пары смол, канцерогенные и др. соединения с образованием CO2, H2O, N2. Степень окисления вредных веществ 98 – 99.9 %. Для увеличения удельной поверхности катализации используется пористые керамические устройства из Al2O3 и оксидов других металлов, тоже обладающих каталитической активностью [24].

Современные промышленные катализаторы глубокого окисления при температуре до 600 – 800° С не следует применять при большом содержании пыли и водяных паров. Неприменим метод и для  переработки отходов, содержащих высококипящие и высокомолекулярные соединения, вследствие неполноты окисления и забивания поверхности катализаторов. Нельзя применять термокаталитическое окисление при наличии в отходах даже в небольших количествах P, Pb, As, Hg, S, галогенов и их соединений, так как это приводит к дезактивации и разрушению катализаторов [4].

Термокаталитическое восстановление

используется для обезвреживания газообразных отходов, включающих в себя нитрозные газы – содержащие NOX [4].

Профазное каталитическое окисление

применимо для перевода органических примесей сточных вод в парогазовую фазу с последующим окислением кислородом. При содержании в сточных водах неорганических и нелетучих веществ возможно дополнение данного процесса огневым методом или другими видами обезвреживания отходов [4].

В целом методы гетерогенного катализа нецелесообразно использовать в качестве самостоятельного способа обезвреживания токсичных отходов, а только как отдельную ступень в общем, технологическом цикле.

3.3 Пиролиз промышленных отходов

Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов.

3.3.1 Окислительный пиролиз

Окислительный пиролиз – процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгарают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др.[4] .

Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

3.3.2 Сухой пиролиз

Этот метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Сухой пиролиз – процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.

В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается [4]:

1.      Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450 – 550° С). Данному виду пиролиза характерны максимальный выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы – ценного жидкого топлива, и для переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива.

2.      Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800° С) дает выход большего количества газа с меньшей теплотой сгорания и меньшего количества жидкого остатка и кокса.

3.      Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 – 1050° С). Здесь наблюдается минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания – высококачественного горючего, годного для далеких транспортировок. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

3.4 Огневая переработка

В основу огневого метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. С использованием данного метода возможно получение ценных продуктов: отбеливающей земли, активированного угля, извести, соды и  др.  материалов.  В  зависимости  от  химического  состава  отходов  дымовые  газы могут содержать SOХ, P, N2, H2SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

Огневой метод переработки токсичных промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов и способам обезвреживания [4]:

1.      Сжигание отходов, способных гореть самостоятельно – наиболее простой способ; горение происходит при температурах не ниже 1200 – 1300° С. (следует отметить, что данный способ не является целесообразным ввиду некоторой (большей или меньшей) ценности горючих отходов и возможности их использования в данное время или в будущем).

2.      Огневой окислительный метод обезвреживания негорючих отходов – сложный физико-химический процесс, состоящий из различных физических и химических стадий. Огневое окисление применимо в большей степени по отношению к твердым и пастообразным отходам.

3.      Огневой восстановительный метод используется для уничтожения токсичных отходов без получения каких-либо побочных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в качестве сырья или товарных продуктов. В результате образуются безвредные дымовые газы и стерильный шлак, сбрасываемый в отвал. Так можно обезвреживать газообразные и твердые выбросы, бытовые отходы и некоторые другие.

4.      Огневая регенерация предназначена для извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов. Эта разновидность огневого обезвреживания обеспечивает не только природоохранные, но и ресурсосберегающие цели.

Для достижения требуемой санитарно-гигиенической полноты обезвреживания отходов необходимо, как правило, экспериментальное определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода [1]. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах.

При сжигании на свалках пластмасс, синтетических волокон, хлороуглеводородов в дымовых газах могут образовываться токсичные вещества: CO, бенз-а-пирен, фосген, диоксины.

Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» разработаны камерные, барабанные, циклонные, комбинированные печи, используемые в зависимости от состава, физико-химических свойств и агрегатного состояния отходов. Дополнительно был разработан дожигатель, предназначенный для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м3. После полного обезвреживания содержание в выбросах СО не более 40 мг/м3, NOХ не более 10 мг/м3[1].

По мнению авторов [15] огневое обезвреживание (чисто термическое или с применением катализаторов) промышленных отходов  приводит к уничтожению органических веществ, которые могли бы явиться ценным сырьем целевых продуктов.

3.5 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы

Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в  зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды  необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ – диоксинов [7, 26]. Как утверждает автор работы [15], недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

Применение низкотемпературной плазмы – одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный метод может использоваться для обезвреживания отходов двумя путями [12]:

         Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;

         Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.
Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода – синтез-газ – и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена [15]. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % [12] с образованием CO2, H2O, HCl, HF, P4O10.

Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:

    Конверсия отходов в воздушной среде;

    Конверсия отходов в водной среде;

    Конверсия отходов в паро-воздушной среде;

    Пиролиз отходов при малых концентрациях.

Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу.

Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем:  основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки [15]. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе [4]. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические  отходы, можно получить газы, содержащие 95 – 98 % по массе HCl и HF [27].

 Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния [15].

Переработка горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием  энергии  плазменных  струй  воздуха  с  введенным  активированным углеводородным сырьем, чистые, или  содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы – шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137Cs, 90Sr, 37Fe, 60Co)  [14].

Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

4. Разработка малоотходных и безотходных технологий и методов комплексного использования отходов промышленности

Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.

Вторичные материалы и ресурсы (ВМР) – отходы производства и потребления, которые на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве как на предприятии, где они были образованы, так и за его пределами [28]. К  ВМР не относятся возвратные отходы производства, используемые повторно в качестве сырья технологического процесса, в котором образуются.

Побочные продукты и отходы – возможное сырье для других производств. Побочные продукты могут быть планируемыми и давать прибыль с их продажи или использования. Отходы – нежелательные, но неизбежные продукты [28].

Классифицируются ВМР по следующим критериям [28]:

1.      По отраслям промышленности или откуда исходят отходы;

2.      По технологическим процессам;

3.      По видам ресурсов;

4.      По степени и возможности использования;

5.      По агрегатному состоянию.

В зависимости от возможности использования ВМР подразделяются [2]:

1.      Реально возможные к использованию, т.е. существуют эффективные условия переработки и использования;

2.      Потенциально возможные к использованию, ВМР, использование которых пока экономически и технически нецелесообразно.

По источникам своего появления существуют ВМР [2]:

1.         Отходы промышленного производства и строительства – остатки сырья,         материалов или полуфабрикатов, пригодные к использованию в качестве сырья, вспомогательных материалов или готовой продукции;

2.         Отходы сферы потребления:

1)      Отходы средств производства, потерявшие непригодность для дальнейшего использования,

2)      Отходы предметов потребления – изделия непригодные для использования по назначению, но потенциально годные как вторичное сырье,

3)      Твердые бытовые отходы, образующиеся у населения в процессе жизнедеятельности и вряд ли имеющие пригодность;

3.           Отходы сферы обращения, т.е. материалы, пришедшие в негодность из-за неосторожной транспортировки, складирования и погрузки-разгрузки.

Кроме этого ВМР могут быть использованы в местах своего образования или в других отраслях хозяйства.
Малоотходные и безотходные технологии (МБТ), как правило, ориентированы на наиболее важные отрасли народного хозяйства: производство и рациональное использование металлов, стройматериалов, древесины, полезных ископаемых. Существует несколько основных направлений по осуществлению МБТ [10]:

1)                  Создание и внедрение процессов комплексной переработке сырья без образования отходов;

2)                  Переработка всех видов отходов производства и потребления с получением товарной продукции;

3)                  Выпуск новых видов продукции с учетом требований ее повторного использования;

4)                  Применение замкнутых систем промышленного водоснабжения с использованием осадков очистных сооружений;

5)                  Организация безотходных территориально-промышленных комплексов и экономических регионов.

При этом необходимо соблюдать ряд условий [3]:

1)                  Самоочевидное использование всех компонентов того или иного сырья, которые обычно не находят применения вследствие отсутствия необходимых производственных условий и навыков обработки, и причисляются к отходам;

2)                  Взаимосвязь с экологической обстановкой,  в которой реализуются проекты (выбросы в атмосферу, водоемы, почву, отчуждение пахотных или пригодных для других целей земель под захоронение или складирование);

3)                  Возможность вовлечения в хозяйственный оборот ресурсов, ранее не использовавшихся;

4)                  Применение одной или минимума прогрессивных операций в общей технологической цепи приводит к необходимости переводить всю технологическую систему на новый уровень;

5)                  Возможность получения новых материалов с необходимыми характеристиками;

6)                  Улучшение условий труда за счет сокращения процессов, сопровождаемых выделением вредных газов и пыли. Устранение вредных компонентов в качестве промежуточных продуктов и катализаторов.

Многостороннее и глубокое освоение безотходных производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства.

4.1. Металлургия

Переработка руд черных и цветных металлов, их обогащение, литье, прокат, металлообработка – источник потерь колоссального количества металлов.

Задача комплексного использования сырья в металлургии – рациональная полнота извлечения основных и сопутствующих элементов, утилизация отходов добычи, обогащения руд без нанесения урона окружающей среде. Кроме этого металлургия является весьма земле- и водоемкой отраслью [11]. Несмотря на наличие технологий извлечения ценных попутных компонентов из железной руды на большинстве комплексных месторождений, полезные материалы сбрасываются в отвалы. Среди ценных компонентов руд черных металлов (Fe, Mn, Cr) встречаются W, Ti, Co, Ni, Zn, Cu, редкие металлы [11].  При обогащении и обработке руд большое количество отходов при соответствующей обработке может стать товарными продуктами. Часто в попутно извлекаемой породе (особенно при открытом способе добычи) содержатся многие нерудные полезные ископаемые, среди них [10, 11]: мел, пригодный для известкования почв и наполнителя при производстве красок; сланцы для изготовления щебня; глины и суглинки – сырье для фаянсовой промышленности и изготовления технической керамики, эмалей, цветного стекла; кварцевые пески для стекольной промышленности; мергель, являющийся сырьем для изготовления извести и цемента; граниты и гнейсы.

В доменной печи образуется за счет пустой породы руды и золы кокса шлаки, в состав которых входят CaO, SiO2, FeO, MgO, Al2O3, CaS, MnS, FeS, TiO2, соединения P, в зависимости от соотношения компонентов шлаки могут быть основные, нейтральные и кислые. При мартеновском способе основные шлаки способны удалять в процессе выплавки из металла примеси серы и фосфора.

Шлак – ценное сырье для строительной и дорожно-строительной отраслей. Шлаковый щебень в 1.5 – 2 раза дешевле природного, шлаковая пемза – втрое дешевле керамзита и требует меньше удельных затрат. Использование гранулированного шлака в цементной промышленности увеличивает выход цемента, снижает себестоимость и удельные затраты на его производство по сравнению с естественным сырьем – цементным клинкером. Применение шлаков при вторичной переработке металлов для раскисления стали, сокращает расход дефицитного ферросилиция. Допустимо даже применение металлургических шлаков в качестве абразивного материала для очистки днищ судов. Конвертерные шлаки могут использоваться в гидротехническом строительстве для обсыпки дамб вместо грунта. [10]

Для доизвлечения железа из отходов применяется обратная флотация хвостов, прямая флотация руды, сухая магнитная сепарация, магнитно-флотационный способ [11].

Использование шламов уменьшает содержание железа в доменной шихте, снижает производительность доменных печей, увеличивает расход кокса [13].

Истощение богатых месторождений хромовых руд вызвало необходимость постоянно наращивать мощности по добыче и обогащению бедных руд или руд, недостаточно эффективно обогащаемых механическими методами. Для этого был разработан специальный процесс, предусматривающий прокалку на воздухе (630 – 750° С) дробленой руды (частицы менее

15 мм

), измельчение пека (до

0.1 мм

), приготовления водной суспензии, ее карбонатизация – так можно получить углеродистый феррохром вместо кондиционной руды и кварцита [13].

Во всех металлургических процессах образуется значительное количество пыли, которую необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды.

Для этого применимы системы сухого и мокрого пылеулавливания. Основная проблема при улавливании металлургической пыли – повышенное содержание цинка и свинца, которые нарушают процессы пылеулавливания и собственно выплавки.

В США Zn и Pb выделяются путем сбора пыли, содержащей кроме них железо, и последующего дробления так, что более мелкие частицы состоят в основном из соединений цинка и свинца, а более крупные в основном из Fe2O3, что основано на различной хрупкости упомянутых соединений. Кроме этого используется восстановительный обжиг окускованной пыли, возгонка с улавливанием конденсата, магнитная сепарация и флотация. В Германии для данных целей используются растворы серной, азотной или уксусной кислот, которые способны растворить почти весь Zn,  но при малых его концентрациях раствориться может и железо. В Японии разделение Fe– и Zn-содержащих отходов обычной магнитной сепарацией. В Бельгии и Люксембурге цинк и свинец из Fe-содержащих отходов выделяются методом флотации и экстракции щелочными растворами. [11]

Кроме оксидов железа, свинца и цинка пыль и шламы содержат оксиды Mn, Mg, Ca, Cr, Ni, Cd  и других элементов, которые можно использовать.

Пыли и шламы ферросплавного производства, состоящие главным образом из аморфного диоксида кремния, пригодного для промышленного и жилищного строительства.

Особое место занимают установки улавливания SOX и NOX, т.к. этот процесс весьма затруднителен вследствие низких концентраций данных веществ.

В работах [10 и 13] упоминается, что существует опыт использования шламов сероочистки после мокрой известковой обработки для мелиорации почв, что увеличивает содержание в почве кальция, магния, кремния и уменьшает количество алюминия, меди, цинка, мышьяка, марганца. Действие подобного рода удобрений не ослабевает в течение пяти лет и прибавляет урожай зерновых и кормовых культур на 25 – 30 % (4 – 5 т шлама на

1 га

).
Нефелин – один из компонентов аппатито-нефелиновых руд, являющихся сырьем для химической промышленности, содержит, помимо фосфора, алюминий, натрий, калий, титан, железо, стронций, редкие металлы. Нефелин является альтернативой бокситам, сырью для алюминиевой промышленности и месторождения которых постоянно истощается. Из попутных продуктов, получающихся при  переработке нефелиновых руд в глинозем, можно производить и уже производятся содовые продукты и цемент. Существуют два основных способа переработки нефелиновых руд [11]:

Спекательно-щелочной способ.

Сущность метода заключается в высокотемпературном разложении нефелина в присутствии СаСО3. При этом содержащиеся в нефелине глинозем  щелочи образуют алюминаты Na и K, а кремнезем – дикальциевый силикат. Путем дальнейшей переработки получаемых продуктов обеспечивается получение глинозема, содо-поташного раствора, используемого для производства соды и поташи, и нефелинового шлама – сырья для производства цемента.

Гидрохимический способ

. Данный метод основан на автоклавном разложении нефелина концентрированным раствором едкой щелочи в присутствии извести. В результате образующиеся из алюминатов и силикатов щелочные алюмосиликаты остаются в осадке. Процесс оптимально протекает при 260 – 300° С и 3 МПа. Однако гидрохимический способ переработки нефелиносодержащего сырья требует большое количество щелочи, высокий расход тепла и повышенного водного баланса.

На пути к созданию экологичной и малоотходной металлургии зарубежными государствами был накоплен немалый опыт. В разных странах мира применяются различные методы утилизации и переработки отходов металлургии: в автодорожном и железнодорожном строительстве, в сельском хозяйстве в качестве удобрений, в строительной промышленности и других отраслях.

Несомненное лидерство в этом принадлежит Японии. При выплавке марганцевых сплавов образуется большое количество газов (700 м3/г углеродистого ферромарганца), часть которого (СО2) весьма эффективно (на 84 %) используется в качестве источника тепла сушки сырых материалов, что позволяет сэкономить до 16 млн. т в год мазута. Доменный газ применяется для производства метанола, этанола, этиленгликоля, этилена, пропилена, уксусной кислоты, коксовый газ – в производстве метанола и аммиака.[11]

Ярким примером использования безотходной технологии в нашей стране может служить Пикалевский глиноземный комбинат [22].

4.2. Топливно-энергетический комплекс

ТЭК – один из крупнейших загрязнителей окружающей среды твердыми, жидкими и пылевидными отходами, т.к. сам процесс производства тепловой или электрической энергии подразумевает сжигание органического топлива с неизбежным образованием токсичных компонентов. Кроме этого с отходами добычи и обогащения топлива теряется большое его количество.

Существует классификация на основе литологического состава отходов добычи и обогащения углей [29]:

·        Глинистые (> 50 % глин);

·        Песчаные (> 40 %  песчаника и кварцита);

·        Карбонатные (> 20 % карбонатов).

Кроме этого отходы различаются по физико-химическим и теплофизическим свойствам, по характеристике органического вещества и др.

Породы вскрыши, отличающиеся высоким содержанием минеральных веществ, могут быть использованы для энергетических целей после предварительного обогащения с получением кондиционного по зольности продукта. Породы вскрыши могут применяться как закладочный материал для рекультивации земель, а шахтные – для закладки  шахтного пространства. Возможно применение даже без селективной обработки слагающих литологических разностей как сырье для производства пористых заполнителей для легких бетонов, керамических материалов, при строительстве дамб и других сооружений [29], кислотостойких мастик, в строительстве домов и дамб, в фильтровых установках [11].

Шахтные породы часто содержат большое число микроэлементов, необходимых для питания растений, поэтому могут применяться в качестве удобрений почв, разбалансировка которых происходит в результате интенсификации и химизации сельского хозяйства [11].

Отходы углеобогащения, содержащие большое количество горючей массы, могут быть подвергнуты дополнительному обогащению с получением кондиционного по зольности твердого топлива или непосредственно использованы для сжигания и газификации. Возможно сжигание высокозольных отходов углеобогащения в пылеватом состоянии на электростанциях, в том числе на крупных, при этом уменьшаются выбросы  SOX и NOX в окружающую среду. В некоторых зарубежных странах нашли применение плазменные печи для переплавки легированных отходов и восстановительной плавки. Для этой цели разработаны и используются разнообразные генераторы плазмы и дуговые плазменные горелки разной мощности, где возможно восстановление руд отходами углеобогащения и выработка некоторого количества электроэнергии за счет отходящих газов.[29]

В результате гравитационной сепарации некоторых углей можно определить высокозольные фракции, в которых содержатся ряд микроэлементов (Ag, As, Cd, Mn, Mo, Ni, Pb и другие) в 1.3 – 1.4 раза выше, чем в исходных углях. Бóльшая часть микроэлементов может быть извлечена из продуктов термической обработки или обогащения твердого горючего.

С помощью биологических методов можно извлекать из углей и части угольных отходов пиритную и органическую серу, различные металлы (Mn, Ni, Co, Zn, Ca, Al, Cd) золу, кислород- и азотсодержащие соединения. Очистка угля может осуществляться за 6 суток на 93 % при применении термофильных бактерий и 18 суток мезофильными бактериями.[11]

В связи с грядущим  в ближайшие десятилетия истощением запасов угля, нефти, природного газа возникла потребность поиска менее дорогих, но технологически более простых в переработке и использование. Важнейшим, в связи с этим, источником для восполнения энергобаланса, производства чистых энергосистем и многих, остро необходимых стране продуктов становятся горючие сланцы. Из сланцев можно получить [11]: мазут, автомобильный бензин, газ для бытовых нужд, жидкое синтетическое топливо.

4.3. Химический комплекс

Из всех видов минерального сырья особое место занимают агрохимические фосфорсодержащие руды, от которых в значительной мере зависит плодородие почв, а с учетом истощения богатого фосфором сырья важнейшей проблемой является эффективное использование полезных компонентов недр и руды.

Значение фосфора в природе крайне важно. Минеральный фосфор входит в состав костной ткани позвоночных и наружных скелетов ракообразных и моллюсков. Фосфор присутствует в мягких тканях растений и животных. Фосфорсодержащие органические соединения обеспечивает превращение химической энергии в механическую энергию мышечных тканей. Этот элемент входит в состав нуклеиновых кислот, регулирующих наследственность и развитие организмов.

Производство фосфорных минеральных удобрений – главная сфера применения фосфатного сырья. Более полная выемка попутных полезных компонентов из фосфоритов и апатитов путем флотации, т.е. использовать различную плотность материалов относительно плотности воды.

Один из важнейших попутных компонентов апатитовых руд  – нефелин[1].

Еще  один  минерал, имеющий большое значение и содержащийся в апатитовых рудах, – сфен. В состав данного соединения входит титан (CaTiSiO4(O,OH,F)), а диоксид титана – важный компонент при производстве лакокрасочных изделий. Перспективность сфена как сырья связана с большими запасами этого минерала в нашей стране (главным образом в Хибинах [11]) и, с учетом комплексной переработки апатитовых руд, низкой себестоимостью содержащегося в них TiO2.

В настоящее время существуют различные технологические системы и способы переработки сфенового концентрата: хлорная; азотнокислая; сернокислая; спекание с поваренной солью, кремнефторидом, сульфатом аммония. Однако наиболее приемлемой является сернокислая технология, когда как другие методы очень сложны и не получили промышленного развития.

Оптимально сфеновый концентрат разлагается при использовании 50 – 55 %-ой серной  кислоты  с  расходом  1.5  т  на 1 т концентрата и протекании процесса в течение 20 – 30 часов и в температурных условиях 130° С. В результате получается 1 т товарного TiO2  на каждые 4 т сфенового концентрата и 6 т серной кислоты.
В нашей стране и за рубежом проводятся работы по получению из горючих сланцев битумов, масляных антисептиков для древесины, ядохимикатов, серы, гипосульфита, бензола, лаков, клеев, дубителей, шлаковой ваты, матов для строительной индустрии, портландцемента и многого другого. [11]

В химической промышленности также используются отходы производства диметилтереоргалата для синтеза алкидных полимеров. Отходы катализаторов производства мономеров используется в строительных лакокрасочных пигментах. Отходы гидроксилсодержащих соединений от производства ксилита  идут на изгототовление простых и сложных олигоэфиров – компонентов лакокрасочных материалов, отходы производства меланина – ПАВ-диспергаторов. Катализаторы алкинирования бензола изготавливаются из аллюминесодержащих отходов кабельной промышленности. Отходы производства капролактама – компоненты смазочных материалов или пластифицирующие добавки к бетонным смесям. Из катализаторов нефтепереработки выделяются металлические компоненты: Mo(SO4)3, VO5, тригидрит оксида алюминия, NiMo концентрат и др. Возможно использование кислых гудронов для выработки из воды аммонийных солей, пригодных для использования, как в пресной воде, так и в морской. Кислые гудроны можно применять совместно с нефтяными шлаками в дорожном и коммунальном строительстве.[28]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и  переработка  отходов  промышленности  по-прежнему не ведется на должном уровне.

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного  воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

Несмотря на длительную ориентацию промышленности нашей страны на ресурсосберегающие технологии, отображало это скорее экономические цели производства, нежели предотвращение вредного воздействия на природу. В СССР на уровне Госснаба была разработана система сбора вторичных ресурсов: макулатуры, текстиля, пиломатериалов, битого стекла, пищевой кости, металлолома и др. – главным образом бытовых отходов.

Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным направлениям:

·        Технологическое – повышение экологической безопасности производства;

·        Экозащитное – стабилизация и изоляция опасных отходов от природной среды.

Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов – длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки – аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.
  2. Байкулатова К.Ш. Вторичное сырье – эффективный резерв материальных ресурсов. Алма-Ата, Казахстан, 1982.
  3. Безотходная технология. М., Знание, 1983.


[1] Подробнее об использовании нефелина рассказано в разделе 4.1.

1. Реферат Нарушение высшей нервной деятельности у животных, фобии и неврозы
2. Реферат на тему Progression Of Music In America Since The
3. Реферат на тему Raskolnikov
4. Реферат на тему The Metamorphosis Gregor Was An Unselfish Person
5. Кодекс и Законы Рыцарство 2
6. Реферат Коркыт
7. Сочинение на тему Литературный герой ИФИГЕНИЯ
8. Реферат на тему Should Marijuana Be Legalized Essay Research Paper 2
9. Реферат Судебная защита информационных прав личности в России
10. Реферат Петр I революционер и консерватор

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный педагогический
университет
»

Институт Естествознания и Экономики

Кафедра общей химии

РЕФЕРАТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

БИОТЕХНОЛОГИЯ

Биотехнологическая переработка твердых отходов

Направление подготовки: 050100
– Педагогическое образование

Профиль подготовки: Биология

Форма обучения: очная

Выполнила студентка:

Дикунова
Валентина Сергеевна

3 курс, 302/2-Б

Научный
руководитель:

Ширяева Ольга
Юрьевна

доцент кафедры
химии

(оценка)

(подпись)

«___» ___________
2015 г.

Оренбург, 2015 г.

Содержание

Введение

Глава 1. Твердые бытовые отходы и их
классификация

Глава 2.Переработка твердых отходов

Глава 3. Методы переработки

Заключение

Список использованной литературы:

Введение

Отходы — вещества (или смеси
веществ), признанные непригодными для дальнейшего использования в рамках
имеющихся технологий, или после бытового использования продукции.

Твердые
отходы традиционно описываются в качестве остаточных продуктов, устранение
которых требует дополнительных расходов.

Процесс
переработки отходов предполагает целый комплекс потенциальных воздействий на
человеческое здоровье и безопасность, а также на окружающую среду. Данные
воздействия, хотя типы рисков присутствующие в них и могут быть тождественными,
должны быть разделены на три категории, согласно трем основным типам операций:

· обслуживание и хранение
отходов у их производителя

· сбор и транспортировка

· сортировка, обработка и
ликвидация.

Переработка твердых отходов
становится необходимой и актуальной, когда структура общества из
сельскохозяйственной, с низкой плотностью и широким расселением населения,
превращается в урбанизированную, атрибутом которой является высокая плотность
населения. Более того, индустриализация привела к возникновению большого
количества продуктов, которые не могут быть разложены естественным путем, либо
чрезвычайно медленно разлагаются или усваиваются природной средой. Из этого
следует, что определенные промышленные продукты содержат вещества, которые
вследствие своей низкой разрушаемости и даже токсичных характеристик, будучи
помещенными в окружающую среду, могут представлять угрозу для возможности
человечества в будущем использовать естественные ресурсы (питьевая вода,
плодородный слой почвы, воздух и т.п.).

Глава 1. Твердые
бытовые отходы и их классификация

Твёрдые бытовые отходы (ТБО, бытовой
мусор) — непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы
быта или товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов
потребления. ТБО делятся также на отбросы (биологические ТО) и собственно
бытовой мусор (небиологические ТО искусственного или естественного
происхождения), а последний часто на бытовом уровне именуются просто мусором.

Ежегодно количество мусора возрастает
примерно на 3 % по объёму. Количество ТБО в СНГ составляет около 100 млн
тонн/год, причём на долю России приходится более четверти этого объёма (по
другим данным за 2007 год для РФ — около 63 млн тонн/год).

Состав твёрдых бытовых отходов
зависит от многих факторов: уровня развития страны и региона, культурного
уровня населения и его обычаев, времени года и других причин. Более трети ТБО
составляют упаковочные материалы, количество которых непрерывно увеличивается.
ТБО характеризуются многокомпонентностью и неоднородностью состава, малой
плотностью и нестабильностью (способностью к загниванию). Источниками
образования ТБО могут быть как жилые, так и общественные здания, торговые,
зрелищные, спортивные и другие предприятия. В зарубежной практике названию
“ТБО” соответствует термин “твердые муниципальные отходы”
(Municipal Solid Waste).

В состав ТБО входят следующие виды
важных отходов:

·                  
бумага (картон);

·                  
крупногабаритные материалы;

·                  
пищевые (органические) отходы;

·                  
пластик;

·                  
металлы;

·                  
резина;

·                  
кожа;

·                  
текстиль;

·                  
стекло;

·                  
дерево и прочие.

К опасным ТБО относятся:

·                  
попавшие в отходы батарейки и
аккумуляторы;

·                  
электроприборы;

·                  
лаки;

·                  
краски и косметика;

·                  
удобрения и ядохимикаты;

·                  
бытовая химия;

·                  
медицинские отходы;

·                  
ртутьсодержащие термометры;

·                  
барометры;

·                  
тонометры;

·                  
лампы.

Одни отходы (например, медицинские,
ядохимикаты, остатки красок, лаков, клеев, косметики, антикоррозийных средств,
бытовой химии) представляют опасность для окружающей среды, если попадут через
канализационные стоки в водоемы или как только будут вымыты со свалки и попадут
в грунтовые или поверхностные воды. Батарейки и ртутьсодержащие приборы будут
безопасны до тех пор, пока не повредится корпус: стеклянные корпуса приборов
легко бьются еще по пути на свалку, а коррозия через какое-то время разъест
корпус батарейки. Затем ртуть, щелочь, свинец, цинк станут элементами
вторичного загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод.

По характеру и степени воздействия на
природную среду они делятся на:

– производственный; мусор, состоящий
из инертных материалов, утилизация которых в настоящее время экономически
неоправданна;

– утилизируемые материалы (вторичное
сырье);

– отходы 3 класса опасности;

– отходы 2 класса опасности;

– отходы 1 класса опасности.

В России объем образования ТБО в 
2007 году составил –  56,8 млн. т

Глава
2.Переработка твердых отходов

    Перспективным направлением
переработки твердых отходов является их пиролиз, продукты которого могут
служить сырьем для промышленности органического синтеза или топливом. 

    При выборе метода переработки
твердых отходов существенную роль играют их состав и количество. Преобладают
тенденции, связанные с созданием мощных установок по комплексной переработке
больших количеств смесей твердых отходов. Получила развитие утилизация твердых
отходов в агрегатах промышленности строительных материалов при получении
кирпича, керамзита, цемента и др. 

Эти и другие способы химической
переработки твердых отходов нашли широкое применение при стабилизации, очистке
и восстановлении почв.

    Не менее перспективна проблема
рациональной переработки твердых отходов полимеризации этилена и пропилена. Ряд
рекомендаций по утилизации таких отходов Гурьевского химического завода
предложен учеными Института химии нефти и природных солей Академии наук
Казахской ССР. 

    Биологические фильтры просты по
конструкции, и их эксплуатация не связана с большими капиталовложениями.
Простейший биофильтр представляет собой емкость в грунте, в которую под слой
фильтрующего материала (почва, торф, компост и т.д.) подают поток очищаемого
газа.

    Большая часть твердых
радиоактивных отходов имеет низкий уровень активности. Но для безопасности
населения они должны захорониться в недоступных местах, поскольку о рассеивании
их не может быть и речи. Как и в случае высокоактивных жидких отходов,
переработка твердых отходов преследует цель главным образом уменьшить их объем
для более экономичного захоронения. К твердым отходам относятся самые
разнообразные продукты, от загрязненных бумаг и тряпок из радиохимических
лабораторий до высокоактивного загрязненного оборудования заводов по
регенерации горючего и осадков от переработки жидких и газообразных отходов. 

    Для переработки твердых отходов
необходимо много времени и средств, поэтому на фермах с интенсивной технологией
для их удаления стали широко использовать воду. Образующуюся взвесь закачивают
в хранилища или в системы переработки. 

    Описано современное использование
биотехнологических методов для защиты окружающей среды. Рассмотрены биоочистка
сточных вод, переработка твердых отходов, отходов сельского хозяйства и
горнорудной промышленности, применение биотехнологических методов для получения
удобрений и пестицидов. Обсуждены микробиологические, биохимические и
технологические основы данных процессов, их аппаратурное оформление, выбор и
расчет соответствующего оборудования. Показаны дальнейшие перспективы
использования биотехнологии для комплексной охраны окружающей среды. 

    Твердые отходы, независимо от
того, что явилось их источником сырой активный ил, коммунальные отбросы или
отходы сельского хозяйства — могут, конечно, быть подвергнуты компостированию с
помощью хорошо отработанных технологий. Однако есть и другие пути переработки
твердых отходов, которые еще не так хорошо разработаны, например
культивирование червей. Возможно, существуют и другие организмы, которые могут
быть использованы в контролируемых условиях для переработки твердых отходов. 

    Культивирование биомассы тесно
связано с переработкой твердых отходов. Получение специальных типов биомассы
фотосинтезирующих микроорганизмов может также быть связано с удалением азота и
фосфора из промышленных стоков, с последующей переработкой биомассы с помощью
ферментативного гидролиза и анаэробного сбраживания в готовый продукт.

    С промышленными твердыми отходами
(включая ил, тину) связаны основные проблемы переработки твердых отходов в США.
Для планирования и управления планами размещения отходов, выбора наиболее
эффективного варианта их переработки необходимы точные сведения о их количестве
и составе.

Глава 3. Методы переработки

Отходы делят на бытовые
(коммунальные), промышленные (отходы производства, отходы производственного
потребления), а также опасные (токсичные) и радиоактивные отходы. Основные виды
отходов представлены на рис. 1.

http://ok-t.ru/studopediaru/baza3/755925687876.files/image002.jpg

Рис.1. Классификация
отходов производства и потребления.

Количество твердых
бытовых отходов (ТБО) в расчете на одного человека увеличивается примерно на
1-4 % в год, а по массе – на 0,2-0,4 % и в настоящее время составляет: в
благоустроенных зданиях – 160-190, в неблагоустроенных – 600-700. В городах США
образуется ежегодно около 150 млн. т отходов и ожидается в 2004 г. увеличение
их количества на 20 %. В значительно меньшей по размеру Японии количество
образующихся бытовых отходов превышает 72 млн. т ежегодно. Количество
образующихся бытовых отходов в Москве составляет примерно 270 кг на одного
человека в год и продолжает увеличиваться. В США на каждого жителя приходится
715 кг мусора в год, в Швеции – 480 кг. Только за 1997 г. территория свалок в
черте Москвы увеличилась на 108 га. Даже в центре города существует 14 свалок.

Наибольшее
распространение в РФ и за рубежом получили методы: складирование, сжигание,
компостирование.

Общая классификация
методов обезвреживания и утилизации ТБО представлена на рис.2.

1.Сбор и удаление
ТБО.
Первым этапом очистки территории является повсеместный ежедневный
сбор отходов, для чего в домовладениях устанавливают мусоропроводы и (или)
мусоросборники. Тип и емкость мусоросборников зависит от количества
накапливающихся отходов, этажности застройки, а также от способа загрузки и
вывоза мусора. Наиболее распространенными являются контейнеры емкостью 110-120,
210-220 и 500-600 л. Их целесообразно размещать по нескольку штук на территории
двора или квартала.

http://ok-t.ru/studopediaru/baza3/755925687876.files/image004.jpg

Рис. 2. Общая
классификация методов обезвреживания и утилизации ТБО.

Все твердые отходы
вывозятся специализированным транспортом в специально отведенные места для
обезвреживания и утилизации не реже трех раз в неделю, а в крупных городах
ежедневно.

В нашей стране в
большинстве городов применяется планово-регулярная или коммунальная очистка,
т.е. ТБО с места их сбора удаляют в установленные сроки независимо от степени
наполнения контейнера. Мусоросборные машины по определенному маршруту объезжают
кварталы города и забирают емкости с ТБО. В зависимости от местных условий их
могут пересыпать из контейнера в кузов машины или вывозить прямо в контейнерах,
оставляя взамен пустой.

В некоторых городах
используется поквартирная очистка, когда жители в установленное время выносят
собравшийся мусор непосредственно в транспортную машину.

2. Обезвреживание
и переработка ТБО.
 В настоящее время
ТБО городов свозятся на полигоны, где складируются на грунт с расчетом на их
последующую минерализацию. Это наиболее простой метод – складирование. Полигоны, размещаемые за пределами
населенных пунктов, – это природоохранные сооружения, обеспечивающие защиту от
загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующие
распространению болезнетворных микроорганизмов. Ежегодно под полигоны в РФ отчуждается
около 10 тыс. га пригодных для использования земель (это без учета площадей,
загрязненных несанкционированными свалками). При выборе участка для устройства
полигона ТБО учитывают климатические, почвенные и другие условия. Для полигона
ТБО выбирают ровную местность, исключающую возможность смыва атмосферными
осадками части отходов и загрязнения ими прилегающих земельных площадей,
открытых водоемов, почвы расположенных близко населенных пунктов. Санитарно –
защитная зона между полигоном и жилой застройкой должна составлять не менее 100
м.

В результате
микробиологических процессов, проходящих в отходах на свалках, образуется биогаз. Биогаз обладает значительным энергетическим
потенциалом (содержание метана в нем достигает 44-66 %). Он может быть использован
в теплосиловых установках, а в очищенном виде – в газовых турбинах. В мире в
настоящее время эксплуатируется 146 установок по получению и использованию
биогаза, получаемого в результате анаэробного окисления органических веществ на
свалках городских отходов. Для получения биогаза отходы загружают в отдельно
расположенные бункеры, врытые в землю. Выделение биогаза начинается через три
месяца и продолжается в течение 15-20 лет. Каждый бункер производит 17 м3/мин.
биогаза. После очистки от органических включений и конденсата его подают под
давлением 1,75 МПа в газотурбинную установку мощностью 64,5 МВт. Кроме
полученной электроэнергии побочное тепло идет на обогрев близлежащих теплиц.

3.Промышленные
методы обработки ТБО.
 Усовершенствованные
свалки не являются радикальным решением проблемы обезвреживания и утилизации
ТБО. На некоторых мусороперерабатывающих заводах осуществляется промышленная
переработка ТБО в сельскохозяйственное удобрение – компост.

Бытовые отходы
перегружают в бункер-накопитель, откуда грейферным краном подаются в
загрузочные воронки, затем – во вращающиеся барабанные грохоты, где разделяются
на две фракции – мелкую и
крупную. Мелкая
фракция ТБО проходит через дробилку и поступает в
биотермические башни, где за четверо суток в результате аэробного процесса
бытовой мусор превращается в компост
(биохимическая переработка, компостирование).
 Крупная фракция поступает в котлы и
сжигается при температуре 800-1000 °С. Вырабатываемый котлами пар под давлением
13 атм. с температурой 250 °С используется для нужд завода, а его избыток –
другими предприятиями. Магнитными сепараторами из поступающих отходов извлекают
металлы, которые пакетируют и реализуют как вторичное сырье.

Компост, получаемый на мусороперерабатывающих заводах,
используют в качестве органического удобрения (урожайность некоторых культур
может повышаться на 20-30 %).

4.Термические
методы обезвреживания ТБО.
 Обезвреживание
ТБО осуществляется также методом сжигания. Из бункера-накопителя отходы подают
в загрузочные воронки, а затем – топки котлов, где сжигают на специальной
решетке при температуре 800-1000 °С без дополнительной подачи топлива.
Образующийся при сжигании шлак транспортируют в специальное помещение.
Магнитный сепаратор, установленный на транспортере, извлекает черный
металлолом, который пакетируется и реализуется как вторичное сырье. Дымовые
газы очистку в электрофильтрах (степень очистки 96-98 %). Вырабатываемый
котлами пар под давлением 13 атм. и с температурой 194 °С используется для нужд
завода, а его избыток направляется в бойлерную установку для нагревания сетевой
воды городской системы теплоснабжения.

Заключение

Очень важно отметить, что
утилизация не является тем методом обработки отходов, который можно
рассматривать в отдельности от других практик переработки отходов. Для того
чтобы надлежащим образом осуществлять утилизацию необходимо иметь в своем
распоряжении надлежащим образом обслуживаемые кладбища отходов и возможно
мощности, использующие более традиционные способы переработки отходов:
мусоросжигатели и мощности по созданию компоста.

Процесс утилизации должен
оцениваться в связи с:

· местной системой
снабжения сырьем и энергией

· тем, что он заменяет –
возобновляемые ресурсы (т.е. бумага/лес) или не возобновляемые ресурсы (т.е.,
нефть).

До тех пор пока уголь и
нефть используются в качестве энергетических ресурсов, например, сжигание
отходов и топлива на основе отходов с выделением энергии будет являться
практичной альтернативой основанной на восстановлении энергии. Уменьшенные до
минимума, посредством данного метода, отходы должны, тем не менее, быть
захоронены в хранилищах, подпадающих под действие крайне недвусмысленных
экологических стандартов, которые могут быть чрезвычайно дорогими.

Список
использованной литературы:

1. http://base.safework.ru/

2. http://www.metalspace.ru/

3. http://chem21.info/ 
Справочник химика

4. http://studopedia.ru/

5. Статья «МУСОРНЫЙ ОМУТ». Журнал
«Огонек». Автор: Кирилл ЖУРЕНКОВ.

6. Статья «Бизнес по переработке
мусора: технологии с Запада, мусор с Востока». Автор: Алена Васина.

Реферат: Перспективные методы утилизации твердых промышленных отходов

ОАНО «Волжский университет имени В.Н. Татищева»

институт

Экологический факультет

Курсовая работа по дисциплине:

Безопасное обращение с отходами.

Наименование темы:

« Перспективные методы утилизации

твердых промышленных отходов.»

Выполнил:

Студент 402 группы Крушинина Е.А.

Проверил:

Руководитель Лебедева Л.А.

Работа защищена с оценкой:

Тольятти 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ… 3

1.Общая классификация промышленных отходов. 4

2. Перспективные способы повышения экологической безопасности промышленности. 6

3. Утилизация твердых отходов различного происхождения. 8

3. 1. Переработка отходов в высокотемпературной шахте. 8

3. 2. Переработка отходов на основе сжигания в барботируемом расплаве шлака. 9

3. 3. Высокотемпературная переработка отходов в электротермическом реакторе. 11

3. 4. Огневая регенерация. 13

3. 5. Пиролиз промышленных отходов. 14

3. 6. Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы… 15

4. Утилизация жидких отходов. 18

4. 1. Механическая очистка. 18

4. 2. Физико-химические методы очистки сточных вод. 20

4. 3. Биологическая очистка сточных вод. 21

4.4. Термическая обработка осадков сточных вод. 22

5. Очистка отходящих газов. 24

6. Утилизация отходов металлургических производств. 27

6. 1. Черная металлургия. 27

6. 1. 1. Выделение металла из иловых отвалов. 29

6. 1. 2. Переработка дисперсных твердых отходов. 30

6. 1. 3. Утилизация шлама железного купороса. 31

6. 2. Цветная металлургия. 32

6. 2. 1. Хлоридная и регенеративная переработка отходов цветной металлургии. 33

6. 2. 2. Утилизация отходов литейного производства. 34

6. 2. 3 Утилизация никеля из промышленных вод. 35

7. Воздействие на окружающую среду предприятий металлургии Пермской области. 37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ… 40

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ… 42

ВВЕДЕНИЕ

Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе. Так, лишь по прошествию несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор.

1.Общая классификация промышленных отходов

Негативное воздействие промышленности выражается в воздействии на конкретные части природы и на биосферу в целом отходов от процессов добычи и переработки природных ресурсов. Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.

В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия.

Промотходы зачастую являются химически неоднородными, сложными поликомпонентными смесями веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность [20]. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования [21]. В нашей стране вредные вещества характеризуется по четырем классам опасности, от чего зависят затраты на переработку и захоронение [14]:

1. Чрезвычайно опасные. Отходы, содержащие ртуть и ее соединения, в том числе сулему (HgCl2 ), хромовокислый и цианистый калий, соединения сурьмы, в том числе SbCl3 – треххлорную сурьму, бенз-а-пирен и др. ПАУ, диоксиы и др.

2. Высоко-опасные. Отходы, содержащие хлористую медь, содержащие сульфат меди, щавелевокислую медь, трехокисную сурьму, соединения свинца.

3. Умеренно-опасные. Отходы, содержащие оксиды свинца (PbO, PbO2, Pb3 O4 ), хлорид никеля, четыреххлористый углерод.

4. Малоопасные. Отходы, содержащие сульфат магния, фосфаты, соединения цинка, отходы обогащения полезных ископаемых флотационным способом с применением аминов.

Принадлежность к группам определяется по классификатору промышленных отходов, расчетным путем, если известны гигиенические параметры вещества (например, ПДК) или экспериментальным путем.

Отходы всех классов делятся на: твердые отходы, пастообразные, жидкие, пылевидные (газообразные).

По химической устойчивости отходы различаются: взрывоопасные, самовозгорающиеся, разлагающиеся с выделением ядовитых газов, устойчивые. Отходы могут быть растворимые и нерастворимые в воде. По происхождению различаются органические, неорганические, смешанные отходы.

2. Перспективные способы повышения экологической безопасности промышленности

При разработке новых ресурсосберегающих и экологичных технологических процессов, необходимо обезвреживание отходов на стадии вывода из технологического процесса, но при современном развитии науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию, не поддающихся нейтрализации токсичных отходов. В этом случае целесообразно захоронение отходов такого рода в специально создаваемых для этого хранилищах, где можно будет захоронить промышленные отходы для их использования в будущем. Однако открывается всё больше возможностей существенно сократить количество не утилизируемых отходов, которые имеют сложный химический состав, и, как правило, их переработка в полезные продукты до последнего времени или была весьма затруднительна, или экономически нецелесообразна.

Важность экономного и рационального использования природных ресурсов, как и охрана окружающей природной среды, не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Значительно целесообразней избегать образования отходов или, по крайней мере, существенно их сокращать уже на стадии первичной обработки природного сырья. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений [11].

Не менее пристальное внимание необходимо уделять и внедрению технологий использования вторичных материальных ресурсов (ВМР). Вторичные материалы и ресурсы – отходы производства и потребления, которые на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве как на предприятии, где они были образованы, так и за его пределами [36]. К ВМР не относятся возвратные отходы производства, используемые повторно в качестве сырья технологического процесса, в котором образуются.

К вторичным ресурсам можно отнести побочные продукты, которые, как и отходы, являются возможным сырьем для других производств. Побочные продукты могут быть планируемыми и давать прибыль с их продажи или использования. Отходы – нежелательные, но неизбежные продукты [36].

ВМР могут быть использованы в местах своего образования или в других отраслях хозяйства.

Малоотходные и безотходные промышленные технологии, как правило, ориентированы на наиболее важные отрасли народного хозяйства: производство и рациональное использование металлов, стройматериалов, древесины, полезных ископаемых.

Многостороннее и глубокое освоение безотходных производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства.

3. Утилизация твердых отходов различного происхождения

Проблема переработки и утилизации твердых отходов производства и потребления продолжает оставаться одной из наиболее острых. Несмотря на большое количество проектов создания аппаратов по экологически чистой утилизации опасных веществ и их смесей у большинства из них рано или поздно обнаруживаются серьезные просчеты в конструкции. Различные компании-производители установок указывают на безупречность именно их конструкций.

3. 1. Переработка отходов в высокотемпературной шахте

Работниками НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология» Объединенного института высоких температур РАН и АОЗТ «Резонант» был разработан способ уничтожения твердых промышленных и бытовых отходов в шахтной печи типа доменной печи. Поскольку доменные печи могут работать только на дорогостоящем коксе, то для переработки отходов их необходимо реконструировать. Доменные печи оснащаются воздушными фурмами (3 – 5 шт.), подающими в печь горячий воздух на уровне жидкой металлической ванны, т. е. несколько выше обычного. Это позволяет значительно повысить температуру жидких продуктов в печи (на 200 – 300 ºС), позволяет вводить в шихту определенное количество угля (вместо кокса) и превращает обычную доменную печь в высокотемпературную шахтную печь. В приложении на основе работы [9] существует схема технологического комплекса высокотемпературной шахты.

В США фирмой «Андко-Торрекс» в г. Буффало в течение 6 лет эксплуатировалась шахтная печь на основе доменной печи с производительностью 2.8 т отходов в час (24000 т. в год). Ее экологические показатели соответствовали требованиям санитарных норм всех стран. В последствии аналогичные и более производительные установки стали появляться и в других странах, однако несбалансированность горючих компонентов в перерабатываемых отходах может привести к преждевременному выходу из строя установки. Для предотвращения, как выяснилось необходимо добавлять в шихту 50 – 100 кг низкосортного угля на тонну перерабатываемых отходов.[9]

Для придания образующимся в печи шлакам большей легкоплавкости и меньшей вязкости, повышении степени поглощения шлаками серы и гплогенов следует вводить в шихту небольшое количество известняка, что также способствует стабилизации работы печи при допустимых экологических и экономических показателях.

При достижении определенного температурного запаса через горн (но не через засыпной аппарат) можно загружать в печь жирные и бурые угли, пластмассовые и хлорвиниловые отходы, отходы нефтепродуктов, автомобильные покрышки, лакокрасочные изделия и т. п. Степень очистки дымовых газов в системах обычных доменных печей достаточно высока и качество их проверено в промышленных условиях многих стран мира.

Возможно использования шлаков в качестве сырья для производства облицовочных плит, возможна попутная выплавка чугуна или стали. [9]

3. 2. Переработка отходов на основе сжигания в барботируемом расплаве шлака

Институтом «Гинцветмет» (г. Москва) совместно с другими Российскими организациями была разработана технология переработки (утилизации) твердых бытовых и промышленных отходов, на основе так называемого принципа Ванюкова, превосходящей по экологическим и экономическим показателям широко распространенные в мире термические методы.

Существуют четыре модификации установки, разработанных компанией «Гинцветмет», для переработки отходов: МПВ – 30, МПВ – 60, МПВ – 120, МПВ – 240 – отличающихся по производительности, количеству затрат различных ресурсов (например, электроэнергия, вода, при необходимости, топлива) [1].

Суть технологического процесса заключается в высокотемпературном разложении компонентов рабочей массы в слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1250 – 1400 ºС и выдерживании их в течение 2 – 3 секунд, что обеспечивает полное разложение всех сложных органических соединений (в том числе дибензодиоксинов и дибензофуранов) до простейших компонентов. Экологическая эффективность подтверждена крупномасштабными испытаниями на полупромышленной барботажной печи при переработке обычного бытового мусора от жилых домов на опытном заводе Гинцветмета в г. Рязани: уже на выходе пылегазового потока из печи отсутствуют высокотоксичные соединения типа диоксинов, фуранов и др. Остающиеся вредные микропримеси (пылевозгоны, хлористый водород, сернистые соединения и др.) улавливаются и нейтрализуются благодаря высокоэффективной пылегазоочистной системе оборудования, широко применяемого на заводах цветной металлургии.

Заводы имеют следующие основные преимущества:

— Обеспечивают решение острейшей социально-экологической проблемы – очистку от ТБПО территорий промышленных районов и городов при полной экологической безопасности.

— Отличаются простой, в отличие от известных процессов не требуют предварительной сортировки и не имеет ограничений по исходной влажности отходов.

— Могут быть построены и введены в эксплуатацию в течение 1 – 2-х лет при небольших капитальных затратах, практически в любом районе России и за рубежом.

— Являются рентабельными и окупаются при оптимальной производительности в 4 – 5 лет с начала строительства (1 – 2 лет эксплуатации).

— Позволяют перерабатывать промышленные отходы, переработка которых либо не рентабельна, либо еще не разработана.

— При оптимальной производительности полностью обеспечивают себя электроэнергией, кислородом, сжатым воздухом и теплом.

— Избытки электроэнергии тепла и продуктов разделения воздуха от кислородной станции (кислород, аргон, азот) используются для нужд населения и города (других промышленных предприятий).

— Являются безотходными, не имеют требующего утилизации остатка и, следовательно, полигона для его захоронения.

— При проектировании и строительстве предусматривают применение типового оборудования и типовых строительных конструкций, в том числе полной заводской готовности.

Модули топок, кроме МПВ-30, работают в автогенном режиме (т. е. без дополнительного топлива) за счет теплотворности самих отходов. Теплом отработанного пара турбогенератора в зависимости от мощности модуля можно отапливать от 3 до 30 гектаров тепличных хозяйств. Получаемый шлак, используется для изготовления строительных изделий (минеральная вата, декоративная керамическая плитка, фундаментные блоки и др.), а также для строительства дорог. Из газов топки возможно получение товарной угольной кислоты (сухого льда) и метанола (сырья для получения высокооктанового бензина). Условная экономия земельных площадей при переработке 120 тыс. тонн отходов (базовый модуль МПВ-120) за счет высвобождения ее при ликвидации или сокращении полигонов составит 150 га при продолжительности эксплуатации модуля в течение 30 лет. [ГЦМ]

Барботаж осуществляется за счет подачи через стационарные дутьевые устройства окислительного дутья. Отходы рассматривается как топливо с теплотворной способностью 1500 – 1800 ккал на кг при влажности 51,7 %. Переработка осуществляется автогенно без добавления топлива на дутье, с обогащением кислородом до 50 – 70 %. Комплекс по утилизации отходов позволяет перерабатывать шихтубезпредварительной сортировки и сушки со значительными колебаниямипохимическому и морфологическому составу.

Экологическая безопасность достигается за счет отсутствия на выходе из печи высокотоксичных соединений и применения системы очистки газа, имеющей запас по пропускной способности и рассчитанной на улавливание практически всех возможных вредных соединений, встречающихся в бытовых и промышленных отходах и образующихся при их переработке.

Отходы и флюсы поступают на завод автотранспортом. Материалы взвешиваются и проходят дозиметрический контроль. В результате переработки образуются: газы, содержащие продукты сгорания и разложения отходов, и шлак, состоящий из силикатов и оксидов металлов. Возможно образование донной фазы, содержащей черные и цветные металлы. Шлак после водной грануляции поступает на предприятия стройиндустрии или на строительство автодорог. Донная фаза отливается в слитки и отправляется на переработку на предприятия черной и цветной металлургии. Газы охлаждаются в газоохладителе с получением пара энергетических параметров, очищаются от пыли, возгонок, вредных примесей и сбрасываются в дымовую трубу. Пылевынос не более 2 – 3 %. Крупная пыль до 60 % по массе возвращается в печь. Мелкая пыль: концентрат тяжелых цветных металлов (цинк, свинец, кадмий, олово) отправляется потребителю. Кроме этого, в качестве товарной продукции можно получать электроэнергию, тепло (отработанный пар), азот жидкий, аргон жидкий, аргон газообразный. Рис. 1 [1].

Независимо от мощности в состав модуля входят следующие объекты:

· Автомобильные платформенные весы.

· Дозиметрический пункт контроля уровня радиации.

· Главный корпус в составе:

— приемного склада ТБПО;

— отделения переработки;

— отделения очистки газов;

— отделения грануляции шлаков;

— турбогенераторной станции.

· Кислородная станция.

· Газорегуляторный пункт.

· Узел оборотного водоснабжения.

· Очистные сооружения промливневой канализации.

· Насосная станция бытовых сточных вод.

· Главная понизительная подстанция.

Унифицированные модули являются рентабельными и окупаются при оптимальной производительности в условиях средней полосы России за 4-5 лет с начала строительства.

3. 3. Высокотемпературная переработка отходов в электротермическом реакторе

Высокотемпературная переработка твердых отходов — это единственная гарантия уничтожения опаснейших биологических, биохимических, химических продуктов и супертоксикантов — диоксинов и диоксиноподобных веществ [2].

Во Владимире и Владимирской области (г. Александров, Миронов А.В.) ведутся работы по переработке твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО), в том числе отходов лечебных учреждений. С помощью электротермического способа с получением синтез-газа для его последующего использования в качестве дешевого топлива с высокой теплотворной способностью. Сущность технологии заключается в электротермическом нагреве массы реактора до температуры от З00 до 2000 ºС, с подачей в зону реактора твердых отходов и воды. В перспективе создание промышленной установки для ликвидации таких отходов.

Многие специалисты считают, что решение проблемы использования ТП и БО невозможно без того, чтобы их переработке предшествовала сепарация по группам с использованием каждого компонента в качестве сырья. Однако, если сепарация экономически нецелесообразна, то их следует перерабатывать на установках под воздействием высокой температуры. В то же время, такое воздействие не может не вызвать образование вредных веществ, в частности образование одного из опаснейших классов веществ, которые все чаще стали упоминаться экологами и другими специалистами, — галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ [31] (ДО). ДО — это супертоксиканты, особо вредные и опасные продукты синтетической химии, побочные продукты ряда химических производств и попутные микровыбросы промышленности и хозяйственной деятельности человека. ДО — практически нигде не упоминающийся до 90-х годов в учебной и научной литературе класс опаснейших веществ. В отличие от простейших диоксинов, галоидсодержащие диоксины (ДО) представляют собой хлорированные или бромированные бензольные кольца, соединенные кислородными мостиками. Это так называемые полихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны и соответственно полибромдибензодиоксины и полибромдибензофураны. Особую опасность диоксины представляют в связи с тем, что, несмотря на свою нерастворимость в чистой воде и в чистом воздухе, эти опасные вещества легко растворяется в воде, содержащей гуминовые кислоты или фульвокислоты из почвенного гумуса ввиду их высокой способности к комплексообразованию с составными частями гумуса. С аэрозолями воздуха ДО образует комплексные соединения и благодаря их высокой способности к прилипанию они хорошо переносятся не только по земле, но и по воздуху. В почве ДО разлагаются в течение 20 – 30 лет и более, в воде разложение ДО длится от 2-х лет и более. Находясь в сфере обитания, ДО накапливаются в тканях живых организмов ввиду их большого сродства с белком. [30]

Основными источниками диоксинов являются:

· Химическая промышленность — 86%;

· Целлюлозно-бумажная промышленность — 6%;

· Цветная металлургия — 2-3%;

· Коммунальное хозяйство — 3%;

· Переработка промышленных и бытовых отходов — до 3%.

В химической промышленности главным источником поступления ДО в сферу обитания является производство хлор- и бромсодержащих препаратов. Наблюдается рост загрязнения ДО вследствие беспрепятственного переноса их по многим пищевым цепям, особенно продуктами мясного и молочного характера. Действие диоксинов, находящихся в природной среде в следах, опасно тем, что оно практически не обнаруживается обычными способами анализа. В то же время, накапливаясь в живом организме, диоксины являются причинами возникновения многих онкологических заболеваний, гиперхолестеринемии и т.п.

При всей актуальности анализа на ДО природных объектов для его проведения требуются специальные методы анализа (концентрирование и отделение от фоновых веществ, определение с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии с высокой разрешающей способностью).

В последние годы типичным источником заражения галоидированными ДО природной среды кроме названных производств является низкотемпературное сжигание ТП и БО. Специальные испытания ряда зарубежных специалистов показали, что диоксины устойчивы к воздействию высокой температуры. Более того, при температуре 800 ºС происходит образование бромсодержащих ДО, а не их разрушение. Исследования последних лет показали, что только при температуре 1200 – 1400 ºС в течение 4 – 7 часов происходит необратимое разрушение галоидированных ДО. Следовательно, именно переработка опасных отходов при таких условиях является наиболее экологически безопасной и экономически оправданной. При таких условиях разрушаются также и другие вредные вещества.

Реализация промышленной установки по высокотемпературной переработке промышленных и бытовых отходов позволит полностью решить проблему отходов в крупных городах и тем самым обезопасить население от распространения вредных химических, биохимических и биологических отходов.

Пуск и работа промышленной установки по утилизации отходов позволит получать в процессе утилизации синтез-газ, который может быть использован в качестве топлива с высокой теплотворной способностью.

Пуск и промышленная работа установки по высокотемпературной переработке твердых отходов (1500 ºС) и получению синтез-газа – это наиболее экономически оправданный и экологически безопасный и надежный способ ликвидации многих токсичных веществ и одного из типичных путей распространения галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ, опаснейших ядов, чрезвычайно опасных для человека и других организмов.

3. 4. Огневая регенерация

В основу этого метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. С использованием данного метода возможно получение ценных продуктов: отбеливающей земли, активированного угля, извести, соды и др. материалов. В зависимости от химического состава отходов дымовые газы могут содержать SOХ, P, N2, H2 SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

Огневая регенерация предназначена для извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов. Эта разновидность огневого обезвреживания обеспечивает не только природоохранные, но и ресурсосберегающие цели.

Для достижения требуемой санитарно-гигиенической полноты обезвреживания отходов необходимо, как правило, экспериментальное определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода [5]. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах.

Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» разработаны камерные, барабанные, циклонные, комбинированные печи, используемые в зависимости от состава, физико-химических свойств и агрегатного состояния отходов. Дополнительно был разработан дожигатель, предназначенный для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м3. После полного обезвреживания содержание в выбросах СО не более 40 мг/м3, NOХ не более 10 мг/м3 [5].

3. 5. Пиролиз промышленных отходов

Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов.

Окислительный пиролиз – процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгарают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др.[4] .

Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

Сухой пиролиз. Этот метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Сухой пиролиз – процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.

В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается [4]:

1. Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450 — 550° С). Данному виду пиролиза характерны максимальный выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы – ценного жидкого топлива, и для переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива.

2. Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800° С) дает выход большего количества газа с меньшей теплотой сгорания и меньшего количества жидкого остатка и кокса.

3. Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 — 1050° С). Здесь наблюдается минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания – высококачественного горючего, годного для далеких транспортировок. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

3. 6. Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы

Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ – диоксинов [13, 31]. Как утверждает автор работы [19], недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

Применение низкотемпературной плазмы – одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный метод может использоваться для обезвреживания отходов двумя путями [16]:

— Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;

— Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.

Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода – синтез-газ – и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена [19]. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % [16] с образованием CO2, H2 O, HCl, HF, P4 O10 .

Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:

— Конверсия отходов в воздушной среде;

— Конверсия отходов в водной среде;

— Конверсия отходов в паро-воздушной среде;

— Пиролиз отходов при малых концентрациях.

Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу.

Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки [19]. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе [4]. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95 – 98 % по массе HCl и HF [13].

Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния [19].

Переработка горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы – шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137 Cs, 90 Sr, 37 Fe, 60 Co) [14].

Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

4. Утилизация жидких отходов

Промышленные отходы, находящиеся в жидком агрегатном состоянии, обычно являются трудноутилизируемы, а зачастую представляют серьезную угрозу окружающей среде ввиду высокой токсичности. Жидкие отходы, по сравнению я твердыми отходами, технологически значительно более сложно изымать из производства, транспортировать

4. 1. Механическая очистка

Механическая очистка сточных вод, как правило, является предварительным этапом для очистки промышленных сточных вод. При этом обеспечиваются выделение незначительной доли взвешенных веществ и снижение загрязнения.

Высокая эффективность процесса достигается интенсификацией гравитационного отстаивания, затем пропуском сточных вод через слой различных зернистых материалов или через сетчатые барабанные, напорные фильтры или фильтры с плавающей нагрузкой и без добавления химических реагентов и с использованием фильтровальных материалов.

Метод целесообразно использовать при создании замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий.

Существуют различные варианты конструкций и модификаций аппаратов тонкослойного отстаивания.

На практике применяются две принципиально отличающиеся конструкции: с перекрестным движением потока воды и выделенного осадка и с противоточно-прямоточным. У конструкций блоков с перекрестной схемой существует некоторый перерасход фильтрующего материала. Блоки в противоточно-прямоточных схемах лишены данного недостатка. Поэтому могут изготавливаться практически из любого тонкого и пленчатого материала: листов алюминия, оцинкованного железа, дюраля, поливинилхлорида, стеклопластика, листового или пленчатого полиэтилена, лавсановой пленки. Особый интерес представляют пленочные материалы из-за их невысокой стоимости и небольшой массы, что облегчает их монтаж [26]. Несмотря на давность разработки данных устройств и простоту их изготовления и эксплуатации они пока не получили должного применения и распространения.

За рубежом давно применяется отстойник оригинальной конструкции финской фирмы «Larox». Данное очистное оборудование имеет высокую производительность: скорость восходящего потока составляет 5 – 8 м/ч. Вследствие подачи суспензии в фильтрующий слой мельчайшие частицы взвешенного вещества, направляющиеся вместе с восходящим потоком, остаются в этом слое. В итоге слив содержит (20 – 50) · 10-6 твердой фазы. Конструкция аппарата может быть модифицирована по степени концентрации осадка. [23]

Значительное распространение в отечественной и мировой практике получили фильтры с насыпной (зернистой) загрузкой, в качестве которой может использоваться кварцевый песок, мраморная крошка, антрацит, керамзит, кокс, древесные или полиэтиленовые опилки и другие материалы. Основным критерием, характеризующим эффективность данных конструкций, является их грязеемкость, которая увеличивается при смягчении фильтрующего материала. [38, 24]

Таблица

Грязеемкость различных материалов [38]

Материал Грязеемкость, кг/м3
Кварцевый песок 1,1
Синтетическое волокно 4,0 – 5,2
Плавающая загрузка 8 – 14
Отходы производства стройматериалов 10,2 – 12,4

Значительный интерес представляют фильтрующие материалы, которые не требуют регенерации и могут быть утилизированы после выгрузки их из фильтра, например в качестве топлива: антрацит, бурый уголь, коксовая крошка, торф [24].

В недавнем времени были разработаны фильтры непрерывного действия, в которых процессы фильтрации и промывки загрузки протекают непрерывно в разных оптимизированных по форме, конструкции и габаритам аппаратах. Широкое применение нашли фильтры непрерывного действия с насыпным слоем фильтрующего материала Дина-Сэнд (Швеция). Использование непрерывности процесса позволяет в 3 – 4 раза увеличить грязеемкость загрузки, в 1,5 – 3 раза сократить расход сбросных вод, фильтровать сильнозагрязненные и нефтесодержащие стоки. [8]

В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые проекты установок глубокой очистки сточных вод посредством фильтров с песчаной загрузкой и пропускной способностью 10, 17 и 25 тыс. м3 /сут [38]. Особый интерес представляют конструкции каркасно-засыпных фильтров (КЗФ), обеспечивающих высокую эффективность процесса.

Челябинским ВНИИВОДГЕО разработана конструкция каркасно-засыпных фильтров с засыпкой из гравия с крупностью зерен 40 – 60 мм и песка, 0,8 – 1,0 мм. Скорость фильтрации – 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла – 20 ч при средней концентрации веществ до 20 мг/л. [38]

Фильтры с плавающей загрузкой из вспененного полистирола можно применять для очистки сточных вод предприятий металлургии, химической и легкой промышленности. Преимуществами данного способа очистки экономичность, простота конструкции, долговечность, надежность очистки [23].

Фильтры с пенополиуретановой загрузкой могут применяться для очистки стоков от нефтепродуктов и масел в не эмульсионном состоянии. Скорость фильтрования 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла при оптимальном режиме 50 – 60 ч., при форсированном 27 – 36 ч. Грязеемкость при оптимальном режиме 8,8 – 17,0 кг/м3, при форсированном 6,8 – 9,6. [38]

Напорные сверхскоростные фильтры позволяют получить эффективность очистки 70 – 80 %. Значительными преимуществами обладают автоматические напорные сверхскоростные фильтровальные [38, 26, 24].

4. 2. Физико-химические методы очистки сточных вод

Физико-химические методы очистки сточных вод пригодны для использования на предприятиях различных отраслей и могут применяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими способами очистки и переработки сточных вод.

Методы коагуляции и флокуляции могут применяться на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, легкой промышленности. Сорбционные методы, с использованием в качестве сорбентов золу, торф, коксовую мелочь, селигатели, активированные угли различных марок, наиболее эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей переработкой и использованием, а очищенные воды пригодны для оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

В качестве одного из перспективных методов выделения из сточных вод взвешенных веществ могут быть использованы конструкции и методы флотации. Флотация применима для удаления ПАУ, нефтепродуктов и масел, волокнистых компонентов. Наиболее широкий диапазон в технологических схемах очистки сточных вод имеет принцип напорной флотации. Для очистки вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнителей и содержащих нефть и нефтепродукты целесообразно внедрение в эксплуатацию импеллерных установок, которые обеспечивают высокую эффективность очистки.

Очистка стоков методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные компоненты сточных вод: цветные металлы, ПАУ, радиоактивные вещества – очищать сточные воды до ПДК с последующим использованием вод в замкнутых технологических процессах предприятий. [23]

Одним из перспективных направлений очистки сточных вод является применение мембранных технологий: обратный осмос, ультра- и микрофильтрация – наиболее универсальные, экономически целесообразный и экологически безопасные методы обработки сточных вод [38, 37, 18]. Самым производительным из этих методов является способ ультрафильтрации, пригодный для очистки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, металлургической, пищевой, пищевой, микробиологической отраслей промышленности и при гальванопроизводстве. Методы ультра- и микрофильтрации обладают высокой эффективностью очистки, невысокими энергозатратами, простотой и компактностью установок, автоматизацией и экологичностью процесса [37].

Существуют различные типы гиперфильтрационных и ультрафильтрационных аппаратов, отличающихся способами размещения мембран: с плоскокамерными, трубчатыми, рулонными или спиральными фильтрующими элементами и с мембранами из полых волокон малого диаметра.

Таблица

Характеристика некоторых ультрафильтрационных мембран [37]

Области применения Характеристика мембран
Диаметр пор, нм

Удельная

произв-ть, л/м2

Жирная вода пищевых предприятий 20 ± 2,5 33,5 – 57

Маслосодержащие воды автотранспортных

предприятий

30 ± 5 66 – 132

Сточные воды масложирной промышленности,

эмульсии нефтепродуктов

50 100 – 200

Малоэмульсионные воды металлургических

предприятий, моющие растворители, промывные воды автомоек

50 100 – 600

Малоэмульсионные воды металлургических

предприятий

4,3

Маслосодержащие стоки автотранспортных и

металлургических предприятий

45 ± 5 186 — 294

4. 3. Биологическая очистка сточных вод

На современном этапе развития науки и техники биоочистка является основным и наиболее перспективным методом удаления загрязнений из сточных вод, т.к. обеспечивает достаточно глубокий распад веществ и основан на использовании природных процессов и катализаторов.

Среди биологической очистки наибольшее распространение получил аэробный метод [23], который постоянно продолжает совершенствоваться. Постоянно разрабатываются новые типы агрегатов, модифицируются существующие конструкции.

Путем интенсификации процесса биологической очистки путем применения высоконагружаемых одноступенчатых систем, установок, совмещающих биоочистку с ионизацией и использования для аэрации чистого кислорода [24, 8].

В стране и за рубежом все более широкое распространение получают двухступенчатые биологические системы обработки сточных вод, т.к. обеспечивают более глубокую очистку вод, нежели одноступенчатые [23].

Для очистки сточных вод, содержащих токсичные вещества, можно использовать аэротенки-смесители [38].

Совсем недавно был разработан метод с использованием биокоагулянта – раствора трехвалентного железа в культуре ThibascillusFerrooxidans, используемого для осаждения тяжелых металлов и фосфора из промышленных сточных вод. С помощью данной культуры их сточных вод биологических очистных сооружений возможно растворение металлической стружки. Полученный биокоагулянт с содержанием трехвалентного железа до 50 г/л использовался для доочистки производственных сточных вод от тяжелых металлов и фосфора. При этом количество фосфора уменьшается в 100, хрома в 40, меди в 10 раз и достигает ПДК. При переработке биокоагулянта можно получить железооксидные пигментные материалы, используемые в лакокрасочной промышленности [10].

Сложившаяся обстановка на промышленных предприятиях свидетельствует об исчерпании возможности традиционных экстенсивных способов развития очистных сооружений. В настоящее время необходим качественно новый подход к развитию и обновлению технологий очистки сточных вод и переработки осадков [10].

4. 4. Термическая обработка осадков сточных вод

Проблема утилизации промышленных сточных вод сводится далеко не только к методам их очистки. Необходим и поиск совершенных технологий переработки осадков жидких отходов, обеспечивающих экологические требования.

До недавнего времени задачу обезвреживания осадка и избыточного активного ила в основном решали сооружения иловых картов, что вызывало вторичное загрязнения окружающей природной среды. Важной проблемой было и остается до сих пор присутствие в осадках неутилизируемых компонентов: концентрированных нелетучих веществ, токсичных веществ, тяжелых металлов.

Анализ мирового опыта показывает, что в создавшихся условиях наиболее приемлемым методом остается депонирование осадков непосредственно на иловых картах (терм).

Объем накопленных осадков можно сокращать за счет повышения их влагоотдачи и вследствие деструкции органической компоненты.

Для высокой эффективности технологического процесса целесообразно создавать полную герметизацию с помощью оболочки-покрытия из полимерного материала с откачиванием из-под него образующихся испарений и газов. Эластичное покрытие легко адаптируемо к реальной конфигурации существующих карт, таким образом, создает замкнутое технологическое пространство, в котором отходы можно подвергнуть обработке без контакта с окружающей средой. [7]

Наиболее перспективным методом обезвреживания таких отходов следует считать термический метод, гарантирующий наиболее полную деструкцию с образованием газовой фазы.

В результате термографических исследований осадков, накопленных на иловых картах БОС г. Стерлитамак, исследователям удалось выяснить, что в интервале температур 125 – 195 ºС происходит переход в газообразное состояние механически связанной воды в осадке. Наблюдалось уменьшение массы образца, происходящее с поглощением тепла.

В дальнейшем, при увеличении температуры до 300 – 415 ºС, происходило уменьшение массы осадка, вызванное выгоранием органики. В этом интервале температур протекали экзотермические процессы.

Дальнейший нагрев осадка происходил с выделением тепла при практически постоянном уменьшении массы образца в интервале 800 – 900 ºС.

Далее осадок не претерпевал заметных изменений массы.

Аналогичные термографические исследования проводились и для влажного осадка, отобранного непосредственно на иловых картах. Основная потеря массы навески образца происходила за счет удаления влаги из осадка (75 – 175 ºС, при максимуме потери массы при 120 ºС. При 300 – 415 ºС практически не наблюдалась деструкция органики (в отличие от того же интервала при обработки сухого остатка), а при 800 ºС и выше масса навески перестала изменяться и прекратились превращения. Зольность осадка составила 9.9 % (на рабочую массу) или 55 % (на сухую массу). [6]

Учитывая размеры иловых карт и массу накопленных в них осадков, практически невозможно полностью переработать осадок в полном объеме. Однако есть возможность в различных участках карты наладить высокотемпературную обработку отходов, стремясь не достигать температур газовой фазы, опасных для гермопокрытия карты.

Технологически выгодно, организуя процесс термической деструкции отходов, проводить очистку отходящих газов и по возможности использовать их в качестве тепла для энергоносителей [6].

Остающуюся золу целесообразно использовать в качестве сырья для производства стройматериалов [7].

Термическая обработка осадков сточных вод в изолированных картах позволяет существенно сократить их количество и снизить токсичность. Изолированные иловые карты приобретают свойства реакционных устройств по переработке осадков, шламов и илов. При достаточной степени переработки осадков сточных вод прекратится увеличение массы накапливаемых отходов.

5. Очистка отходящих газов

Самыми распространенными соединениями, загрязняющими атмосферу, являются СО, SO2, NOx и твердые взвешенные частицы. Большинство из них токсичны, и превышения ими ПДК влечет за собой загрязнение окружающей среды, в частности наносит существенный вред живым организмам, обитающим как в близи источника загрязнений, так и на значительном удалении от него.

Перспективными для комплексной очистки отходящих газов от токсичных соединений признаны способы, использующие различные физические методы: электрические и магнитные поля, воздействие ультрафиолетового излучения. Наиболее перспективными для очистки отходящих газов признаны методы, использующие низкотемпературную плазму стримерного, коронного и барьерного разряда. Эти методы применяются для снижения токсичности отходящих газов, содержащих СО, SO2, NOx, пары органических соединений, твердые взвешенные частицы. Преимущества плазмохимического способа очистки состоит в том, что продукт, извлекаемый из плазмы, оказывается достаточно чистым и получается при незначительном числе стадий процесса. Использование плазмы требует меньших производственных площадей и дает меньшее количество отходов [11].

Большие перспективы для промышленного применения представляют разряды, образующие низкотемпературную плазму: тлеющий и коронный (барьерный, как частный случай коронного разряда, подразумевающий наличие диэлектрика между электродами). Тлеющий разряд требует поддержания в плазменном реакторе пониженного давления.

Барьерный разряд реализуется при атмосферном давлении и потому экономически выгоден, так как не требует средств откачки, что упрощает технологический процесс. Барьерный тип характеризуется с одной стороны сравнительно высокой энергией электронов (4 – 5 эВ), а с другой – низкой температурой газа, которая близка к температуре электродов. При этом энергия, вложенная в разряд, выделяется в короткоживущих, мало интенсивных искрах – микроразрядах [11]. Сочетание всех этих условий делает барьерный разряд эффективным для осуществления многих реакций: получение озона, проведение органических и неорганических синтезов, реакций полимеризации [16].

Одним из главных недостатков плазмохимического метода очистки газообразных отходов является образование побочных продуктов, в частности озона и оксидов азота.

Для повышения эффективности процесса был разработан реактор для более полной переработки отходящих газов производств.

Реактор представляет собой два коаксиальных цилиндра, один из которых (внешний) выполнен из молибденового стекла (диэлектрический барьер), а второй (внутренний электрод) – из алюминиевого сплава. Разряд возбуждается от высоковольтного трансформатора (50 Гц, 16 кВ). Удельная мощность, подводимая к реактору, составляет 0.22 Вт/см3 .

Катализатор с размерами гранул 1.0 – 1.6 мм количестве 0.4 г располагался в зоне плазмы и занимал определенную долю плазменного объема путем фиксации его фторопластовыми кольцами с отверстиями для обеспечения потока газовой смеси.

Выходящий из разрядника газ анализировался в хроматографе (СО, СО2 ) и отбирался в поглотительные сосуды (SO2, NOx ), концентрация веществ определяется по стандартным методикам. Концентрация озона, образующегося в результате возбуждения разряда при обработке газовой смеси, определяется методом абсорбционной спектроскопии по поглощению света на длине волны (λ = 253,7 нм), приходящуюся на максимум сечения фотопоглощения О3 (σ = 7,8 · 10-18 см) [11].

Температура газа в условиях эксперимента температура не превышала 80 ºС [11].

В результате кинетического степень превращения СО в гелии в плазме барьерного реактора в СО2 достигает 60 – 80 % [16].

Количество озона, обращающегося в плазме воздуха (2,5 · 1016 см-3 ), в среднем в 40 раз больше, чем в исследуемой газовой смеси. Среднее (для всех значений дозы плазменного воздействия) изменение концентрации озона, связанное с его расходованием на реакции окисления СО и SO2, равно 1,93 · 1016 см-3. Следовательно расход О3 на окисление СО и SO2 составляет 97 %.

Совокупность полученных данных позволяет, что имеется возможность создания таких условий плазменного окисления газовой смеси, при которых степень превращения SO2 составит на менее 98 %, а СО – не менее 44 % [11].

Совместные действия неравновесной плазмы на газовые смеси с активационными возможностями катализатора может дать выигрыш энергии, скорости процесса и степенях превращения указанных ингредиентов.

В качестве катализаторов, способствующих ускорению окисления оксидов серы и углерода в воздушной среде, в зону плазмы вводились промышленные катализаторы следующих марок: V2 O5 · K2 O/SiO2, КДА + 1 % RuO2, G-56 (Ni), JCJ 22-6 (CuO, ZnO/Al2 O3 ), SK “C-2” (БАСФ, V2 O5, Pd) [11]. Они используются в промышленности при высокой температуре (выше 400 ºС). Выбор катализаторов обусловлен тем, что в окислительных процессах стабильно работают катализаторы, активными составляющими которых являются металлы платиновой группы (Pt, Pd и др.). Однако из-за дефицитности и дороговизны этих металлов, практически безвозвратные их потери являются причинами поиска катализаторов, работающих на основе более доступного и дешевого сырья, содерхащих в своем составе оксиды хрома и алюминия железа и алюминия, меди и марганца, меди и хрома [16].

Для обезвреживания SO2 плазменно-каталитическим методом характерно уменьшение объема плазменной зоны по сравнению с плазменным, т.е. повышается эффективность процесса, а влияние катализатора на конверсию СО менее эффективно (при использовании некоторых катализаторов даже снижается эффективность).

Концентрация озона в плазменно-каталитическом процессе ниже, чем а плазменном, не зависит от времени контакта, и продолжает оставаться выше ПДК в несколько раз. Для деструкции озона используется марганец-цементный катализатор марки ГТТ, не содержащий благородных металлов. Степень его превращения составляет 75 – 95 % при высоких скоростях и до 99 % при низких. Диапазон рабочих температур катализатора составляет 25 – 110 ºС [16].

Известно, что возбуждение барьерного разряда в воздухе сопровождается образованием оксидов азота. Их концентрации на выходе из реактора при обработке газовой смеси составляют NO – 10.9 мг/м3; NO2 – 333.57 мг/м3. Введение V2 O5 · K2 O/SiO2 в зону плазмы не влияет на изменение NO на выходе из реактора. При высокой дозе плазменного воздействия (0.6 мА · с/см2 ) и максимальном времени контакта газовой смеси с зоной плазмы выход NOx, а эффективность превращения СО и SO2 максимальна.

В результате применения реактора достигаются следующие результаты [11]:

— степень превращения SO2 не менее 90 %;

— СО – не менее 44 %;

— Минимальный выход нежелательных побочных продуктов (NOx, O3 ).

6. Утилизация отходов металлургических производств

Переработка руд черных и цветных металлов, их обогащение, литье, прокат, металлообработка – источник колоссального количества отходов.

Задача комплексного использования отходов в металлургии – рациональная полнота извлечения основных и сопутствующих элементов, утилизация отходов добычи, обогащения руд без нанесения урона окружающей среде. Кроме этого металлургия является весьма земле- и водоемкой отраслью [11]. Несмотря на наличие технологий извлечения ценных попутных компонентов из железной руды на большинстве комплексных месторождений, полезные материалы сбрасываются в отвалы. Среди ценных компонентов руд черных металлов (Fe, Mn, Cr) встречаются W, Ti, Co, Ni, Zn, Cu, редкие металлы [11] При обогащении и обработке руд большое количество отходов при соответствующей обработке может стать товарными продуктами. Часто в попутно извлекаемой породе (особенно при открытом способе добычи) содержатся многие нерудные полезные ископаемые, среди них [10, 11]: мел, пригодный для известкования почв и наполнителя при производстве красок; сланцы для изготовления щебня; глины и суглинки – сырье для фаянсовой промышленности и изготовления технической керамики, эмалей, цветного стекла; кварцевые пески для стекольной промышленности; мергель, являющийся сырьем для изготовления извести и цемента; граниты и гнейсы.

Во всех металлургических процессах образуется значительное количество пыли, которую необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды.

Для этого применимы системы сухого и мокрого пылеулавливания. Основная проблема при улавливании металлургической пыли – повышенное содержание цинка и свинца, которые нарушают процессы пылеулавливания и собственно выплавки.

Отходы металлургических производств можно условно подразделить на 2 группы:

5. Отходы черной металлургии.

6. Отходы цветной металлургии.

6. 1. Черная металлургия

Отходы в черной металлургии образуются уже на стадии добычи руды. При этом около 70 % [индустри] вскрытых пород и отходов обогащения можно использовать для производства строительных материалов.

Агломерационные производства также дают большой процент отходов. Так очистка агломерационных газов от пыли, которая содержит железосодержащий компонент осуществляется сухим или мокрым способом. Очистка газа с использованием электрофильтров и способ сухой транспортировки сорбируемой пыли позволяет устранить почти полностью сброс сточных вод.

Важным шагом использования шламов, содержащих железо и улавливания всеми способами пыли является присадка этих шламов к агломерационной шихте. Кроме того, необходимо, чтобы все шлаки и пыль, улавливаемые всевозможными способами полностью утилизировались по прямому назначению. Из мировой практики известно, что в ряде стран Европы пыль из рукавных фильтров ферроплавленных печей используется для выплавки углеродистого ферромарганца. Применяется также пыль магнетизирующего обжига железоборитовой руды на одном из производств Европы. Пыль аморфного кремнезема, который получается как отход ферросилиция, можно применять при получении ряда пластических масс в качестве наполнителя.

В черной металлургии применяется большое количество огнеупорных материалов, которые сравнительно быстро изнашиваются. Поэтому для того, чтобы использовать их повторно, предложена технология применения этих изношенных состарившихся огнеупорных материалов в производстве огнеупорного бетона в строительной отрасли производства. Для этого огнеупорные состарившиеся материалы дробятся, а затем смешиваются с высокими марками цемента, и замешивается обычный цементный раствор в 2-х лопастном смесителе Вернера-Пфлейдерера. Раздробленные огнеупорные материалы служат наполнителем в таком строительном растворе. Из полученного раствора формуется огнеупорный бетон или отдельные огнеупорные изделия.

В металлургическом производстве 80% от общего количества ТПО составляют шлаки. Шлаки определяют практически сущность организации безотходного металлургического производств. Доменный шлак широко применяется для массового производства широкого ассортимента строительных деталей (блоков, плит и т.п.). Главными товарными изделиями для реализации из ТПО металлургии являются следующие (в процентах)[нидустри]:

1. Различные виды гранулированного шлака — 54,

2. Щебень — 35,

3. Шлаковая пемза — 3,6,

4. Обратный продукт для металлургии — 4.

В значительной степени используются и перерабатываются доменные шлаки. Все нормальные серьезные металлургические производства имеют участки по переработке доменных шлаков. Особенно важным товарным продуктом, получаемым на основе доменных шлаков, есть гранулированный шлак. У нас в 90-х годах около 30% цемента производилось на основе шлаков. При условии введения в шихту до 30% шлака энергетические затраты на производство особых видов шлакоцемента снижается на 20%.

Широко применяется шлак для получения такого продукта, как шлаковая пемза. Шлаковая пемза используется как пенистый наполнитель ряда конструкционных бетонов. При этом старение таких бетонов в отличие от наполнителей на основе синтетических полимерных материалов не сопровождается выделением каких-либо продуктов синтетической химии. Тяжелые фракции шлаковой пемзы применяются для получения минеральной ваты. Шлаковый щебень, получаемый медленным охлаждением шлака, способствует образованию кристаллической структуры. Щебень получается из жидких шлаков, из остывших шлаков и из отвалов. Широкое применение шлакового щебня позволяет избежать строительства новых карьеров. В металлургических производствах работают установки по производству минеральной ваты из огненно-жидких шлаков. Использование жидких шлаков позволяет не только экономить сырье, но и снизить энергетические затраты. Трудоемкость производства минеральной ваты на основе жидких доменных шлаков ниже, чем изделий из щебня. За последние десятки лет возросла переработка шлаков сталеплавильного производства.

Конвертерные шлаки, содержащие 40-50% CaO; 25% Fe2 O3; 8% MnO2; ~ 8% Fe используются для выплавки чугуна в аглошихте. Это восстанавливает имеющееся в шлаках содержание марганца, а дополнительное металлическое железо позволяет уменьшить потребность во флюсе. В 90-е годы возросла переработка ферросплавных шлаков. Они перерабатываются на оборотный продукт для металлургии, для производства щебня, гранулированного шлака для стройиндустрии. При переработке шлаков из них извлекаются металлические включения различными способами в том числе магнитными сепараторами.

Ферросплавные шлаки, содержащие значительный процент ценнейших элементов и большой процент железа целесообразно использовать в самой металлургии. Использование при выплавке чугуна, содержащего существенный процент углерода, шлаков ферросилиция, смеси силикатов – 40 – 60 %; корольков – 30 – 45 %; и карбида кремния от 3 до 16 % позволяет существенно увеличить производительность доменной печи и снизить расход кокса, при одновременном уменьшении расхода кварцита.

Шлаки от производства марганцовых сплавов применяются при их производстве и при плавке чугуна. Это позволяет значительно экономить марганец в металлургическом производстве.

Примером безотходного производства в черной металлургии является бездоменный способ получения железа на Оскольском электрометаллургическом комбинате на основе высокосортных железных руд КМА. Применение бездоменной (бескоксовой) технологии получения стали обеспечивало в течение ряда лет отечественные предприятия высококачественной металлургической продукцией. Одновременно такая технология является более прогрессивной, так как наносит меньше вреда окружающей природной среде.

В приложении на основе работы [33] существует схема дезотходной технологии в металлургии.

6. 1. 1. Выделение металла из иловых отвалов

Пермским Университетом, и ОГГУ (г. Оренбург) рыла разработана структура технологической линии безотвальной переработки илов металлургической промышленности, сбрасываемых после очистных сооружений на открытые площадки. Структурно линия выполняется в виде двух замкнутых блоков: кислотного и щелочного. Основой кислотного блока является реактор оригинальной конструкции, в котором в слабокислом растворе происходит вымывание металла. Металлосодержащий раствор отделяется и обрабатывается в высокочастотном электролизере, где выделяются металлы в виде конгломерата, пригодного для дальнейшего использования. Регенерированный раствор поступает для повторного использования. Нерастворимый очищенный от металлов шлам после кислотного реактора увлажняется и поступает в щелочной реактор, где после высокотемпературной окислительно-щелочной деструкции получившийся остаток можно перерабатывать в экологически чистое сельскохозяйственное удобрение.

Режим работы технологической линии непрерывный, оптимальная производительность 100 тыс. м3 в год, что реализуется на реакторах объемом 10 м3 каждый. При таком производстве не образуются вредные отходы, используются неограниченные запасы бесплатного сырья. Ценные вторичные ресурсы обуславливают высокий уровень прибыли и быструю окупаемость предзатрат.

6. 1. 2. Переработка дисперсных твердых отходов

Большинство стадий технологических процессов металлургии черных металлов сопровождается образованием твердых дисперсных отходов, представляющие собой, в основном, остатки рудного и нерудного минерального сырья и продуктов его переработки. По химическому составу они подразделяются на металлические и неметаллические (в основном представленные кремнезем, глинозем, кальцит, доломит, с содержанием железа не более 10 – 15 % массы [33]). Данные отходы относятся к наименее утилизируемой группе твердых отходов и зачастую складируются в отвалах и шламохранилищах.

Локализация твердых дисперсных отходов, особенно металлосодержащих, на объектах складирования вызывает комплексное загрязнение природной среды по всем ее компонентам вследствие рассеивания высокодисперсных частиц ветрами, миграции соединений тяжелых металлов в почвенном слое и грунтовых водах.

В то же время данные отходы относятся к вторичным материальным ресурсам и по своему химическому составу могут быть использованы как в самом металлургическом производстве, так и в других отраслях хозяйства.

В результате анализа системы управления дисперсными отходами на базовом металлургическом комбинате ОАО «Северсталь» было выяснено, что основные накопления металлосодержащих шламов наблюдаются в системе газоочисток конвертерного, доменного, производств и теплосилового хозяйства, травильных отделений прокатного производства, флотационного обогащения углей коксохимического производства и гидрошлакоудаления [33].

Типовая схема потоков твердых дисперсных отходов замкнутого производства в общем виде представлена на рис. 3.

Практический интерес имеют шлам систем газоочисток, шлам железного купороса травильных отделений прокатного производства, шлам разливочных машин доменного производства, отходы флотационного обогащения у, предложенным ОАО «Северсталь» (г. Череповец), предусматривает использование всех компонентов и не сопровождается образованием вторичных ресурсов [33].

Складируемые металлосодержащие дисперсные отходы металлургических производств, являющиеся источником ингредиентного и параметрического загрязнения природных систем, представляют собой невостребованные материальные ресурсы и могут рассматриваться как техногенное сырье. Подобного рода технологии позволяют сократить объемы накопления отходов путем утилизации конвертерного шлама, получением металлизированного продукта, производство железооксидных пигментов на основе техногенного шлама, комплексного использование отходов для получения портландцемента.

6. 1. 3. Утилизация шлама железного купороса

Среди опасных металлосодержащих отходов существуют шламы, содержащие ценные, дефицитные и дорогостоящие компоненты невозобновимых рудных сырьевых ресурсов. В связи с этим разработка и практическая реализация ресурсосберегающих технологий, нацеленных на утилизацию отходов этих производств, является приоритетной задачей в отечественной и мировой практике. Однако в ряде случаев внедрение технологий, эффективных с точки зрения ресурсосбережения, вызывает более интенсивное загрязнение природных систем, нежели утилизация данных отходов складированием.

С учетом этого обстоятельства необходим анализ широко используемых в производственной практике методов утилизации техногенного шлама железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов, образующихся в кристаллизационных устройствах флотационных сернокислотных ванн, после декапирования листовой стали.

Безводные сульфаты применяются в различных отраслях хозяйства, однако практическая реализация методов утилизации техногенного шлама железного купороса ограничена его составом и объемами. Шлам, образующийся в результате данного процесса, содержит серную кислоту, примеси цинка, марганца, никеля, титана и др. Удельная норма образования шламов составляет свыше 20 кг/т проката [32].

Техногенный шлам железного купороса не желательно использовать в сельском хозяйстве и в текстильной промышленности. Более целесообразно использовать его при производстве серной кислоты и в качестве коагулянта для очистки сточных вод, кроме очистки от цианидов, т. к. образуются комплексы, не подвергающиеся окислению даже хлором или озоном.

Одним из наиболее перспективных направлений переработки техногенного шлама железного купороса, образующегося при регенерации отработанных травильных растворов, использование его в качестве исходного сырья для получения различных железо-оксидных пигментов. Синтетические железо-оксидные пигменты имеют широкую область применения.

Утилизация содержащегося в топочных газах прокалочной печи диоксида серы, образующегося при получении пигмента «Капут-Мортум», осуществляется по известной технологии аммиачным способом с образованием раствора аммония, используемого при производстве минеральных удобрений. Технологический процесс получения пигмента «Венецианская красная» включает операции смешения исходных компонентов, прокаливания исходной смеси, размол и упаковку и исключает операцию обезвоживания исходной шихты, промывки, сушки пигмента и утилизацию отходящих газов [32].

При использовании качестве исходного сырья техногенного шлама железного купороса физико-химические характеристики продукта не снижаются и отвечают требованиям для пигментов.

Технико-экологическая эффективность использования техногенного шлама железного купороса для получения железооксидных пигментов обусловлена следующим [32]:

· Не предъявляется жестких требований к составу шлама;

· Не требуется предварительной подготовки шлама, как, например, при использовании его в качестве флокулянтов;

· Возможна переработка как свежеобразованных, так и накопленных в отвалах шламов;

· Объемы потребления не лимитируются, а определяются программой сбыта;

· Возможно использование имеющегося на предприятии оборудования;

· Технология переработки предусматривает использование всех компонентов шлама, процесс не сопровождается образованием вторичных отходов.

6. 2. Цветная металлургия

При производстве цветных металлов также образуется немало отходов. Обогащение руд цветных металлов расширяет применение предварительной концентрации в тяжелых средах, и различных видов сепарации. Процесс обогащения в тяжелых средах позволяет комплексно использовать сравнительно бедную руду на обогатительных фабриках, которые перерабатывают никелевые, свинцово-цинковые руды и руды других металлов. Легкая фракция, получаемая при этом, используется в качестве закладочного материала на рудниках и в строительной индустрии. В Европейских странах используются отходы, образующиеся при добыче и обогащении медной руды, для закладки выработанного пространства и опять таки в производстве строительных материалов, в дорожном строительстве[3].

При условии переработки бедных низкокачественных руд широкое распространение получают гидрометаллургические процессы, которые используют сорбционные, экстракционные и автоклавные аппараты. Для переработки ранее выбрасываемых трудноперерабатываемых пирротиновых концентратов, которые являются сырьем для получения никеля, меди, серы, драгоценных металлов существует безотходная окислительная технология, проводимая в аппарате-автоклаве и представляющая собой экстракцию всех основных вышеназванных компонентов. Эта технология используется на Норильском горно-обогатительном комбинате.[3]

Из отходов заточки твердосплавного инструмента, шлаков при производстве алюминиевых сплавов также извлекаются ценные компоненты.

Нефелиновые шламы при производстве цемента также используются и позволяют повысить производительность цементных печей на 30% при снижении расхода топлива.

Почти все ТПО цветной металлургии можно использовать для производства строительных материалов. К сожалению, пока еще не все ТПО цветной металлургии используются в строительной индустрии [3].

6. 2. 1. Хлоридная и регенеративная переработка отходов цветной металлургии

В ИМЕТ РАН были разработаны теоретические и технологические основы хлорно-плазменной технологии переработки вторичного металлосырья. Технология отработана в укрупненно-лабораторном масштабе. Она включает хлорирование металлических отходов газообразным хлором и последующее восстановление хлоридов водородом в ВЧИ-плазменном разряде. В случае переработки монометаллических отходов либо в тех случаях, когда не требуются разделения извлекаемых металлов, оба процесса совмещаются в одном агрегате без конденсации хлоридов. Это имело место при переработке отходов вольфрама.

Отходы твердых сплавов после сортировки, дробления и очистки от внешних загрязнений перед хлорированием окисляются кислородом или кислородосодержащими газами (воздух, СО2, водяной пар), в результате чего выгорает углерод, а вольфрам и кобальт превращает в оксиды с образованием рыхлой, легко размалываемой массы, которая восстанавливается водородом или аммиаком, а затем активно хлорируется газообразным хлором. Извлечение вольфрама и кобальта составляет 97 % и более [12].

В развитии исследований по переработке отходов и отслуживших свой срок изделий из них разработана альтернативная технология регенерации карбидосодержащих отходов твердых сплавов. Сущность технологии состоит в том, что исходный материал подвергается окислению кислородосодержащим газом при 500 – 100 ºС, а затем подвергается восстановлению водородом или аммиаком при 600 – 900 ºС. В образующуюся рыхлую массу вводится сажистый углерод и после размола получается однородная смесь для карбидизации, проводимой при 850 – 1395 ºС, а с добавлением одного или нескольких металлических порошков (W, Mo, Ti, Nb, Ta, Ni, Co, Fe), что позволяет получать ценные сплавы. [12]

Метод решает первоочередные ресурсосберегающие задачи, обеспечивает реализацию технологий рационального использования вторичных материальных ресурсов.

6. 2. 2. Утилизация отходов литейного производства

Утилизация отходов литейного производства – актуальная проблема производства металла и рационального ресурсопользования. При плавке образуется большое количество отходов (40 – 100 кг на 1 т), определенную часть которых составляют донные шлаки и донные сливы, содержащие хлориды, фториды и другие соединения металлов, которые в настоящее время не используются как вторичное сырье, а вывозятся в отвалы. Содержание металла в подобного рода отвалах составляет 15 – 45 %. Таким образом, теряются тонны ценных металлов, которые должны быть возвращены в производство. Кроме этого, происходит загрязнение и засаливание почв [39].

В России и за рубежом известны различные способы переработки металлсодержащих отходов, но только некоторые из них получили широкое применение в промышленности. Сложность заключается в нестабильности процессов, их длительности малом выходе металла. Наиболее перспективными являются:

· Плавление богатых металлом отходов с защитным флюсом, перемешивание полученной массы для диспергирования на мелкие, однородные по величине и равномерно распределенные по объему расплава капли металла с последующей коанселяцией;

· Разбавление остатков защитным флюсом и разливка через сито расплавленной массы при температуре ниже температуры данного расплава;

· Механическая дезинтеграция с сортировкой пустой породы;

· Мокрая дезинтеграция путем растворения или флюса и отделения металла;

· Центрифугирование жидких остатков плавки.

Опыт проводился на предприятии магниевого производства.

При утилизации отходов предлагается использование действующего оборудования литейных цехов.

Суть метода мокрой дезинтеграции заключается в растворении отходов в воде, чистой или с катализаторами. В механизме переработки растворимые соли перезодят в раствор, а нерастворимые соли и оксиды теряют прочность и рассыпаются, металлическая часть донного слива освобождается и легко отделяется от неметаллической. Данный процесс является экзотермическим, протекает с выделением большого количества тепла, сопровождаясь бурлением и выделением газов. Выход металла в лабораторных условиях составляет 18 – 21.5 %.

Более перспективным является способ плавки отходов. Для утилизации отходов с содержанием металла не менее 10 % сначала необходимо обогащение отходов магнием с частичным отделением солевой части. Отходы загружаются в подготовительный стальной тигель, добавляется флюс (2 – 4 % массы шихты) и плавится. После плавления отходов производится рафинирование жидкого расплава специальным флюсом, расход которого составляет 0,5 – 0,7 % от массы шихты. После отстаивания выход годного металла составляет 75 – 80 % от содержания его в шлаках.

После слива металла остается густой остаток, состоящий из солей и оксидов. Содержание металлического магния в нем не более 3 – 5 %. Цель дальнейшей переработки отходов состояла в извлечении из неметаллической части оксида магния путем обработки их водными растворами кислот и щелочей.

Так как в результате процесса происходит разложение конгломерата, после просушивания и прокаливания можно получить оксид магния с содержанием до 10 % примесей. Часть оставшейся неметаллической части можно использовать в производстве керамики и стройматериалов.

Данная опытная технология позволяет утилизировать свыше 70 % массы отходов, ранее сбрасываемых в отвалы.[39]

6. 2. 3 Утилизация никеля из промышленных вод

Нижегородским государственным техническим университетом был разработан метод утилизации никеля методом одновременных ионного обмена и электролиза.

Ионы никеля промывных вод являются серьезным источником загрязнения окружающей среды и способны вызывать аллергические реакции, оказывать общетоксикологическое, канцерогенное и мутагенное воздействие, кроме того, с промывными водами безвозвратно теряется до 70 % никеля. Для очистки вод от ионов никеля рекомендуется применять ионный обмен или электролиз. При несомненных достоинствах оба метода имеют серьезные недостатки. Ионный обмен сопровождается образованием требующих утилизации растворов солей тяжелых металлов (элюатов), а электролиз не всегда позволяет проводить глубокую очистку и высоким расходом химикатов и требует больших затрат электроэнергии. Поэтому, целесообразней применять оба указанных метода совместно.

Объектом исследования промывные воды после сернокислого никелирования в электролите следующего состава (г/л): 230 – 320 NiSO4 · 7H2 O; 30 – 60 NiCl · 6H2 O; 30 – 40 H2 BO3; 0,027 – 0,135 1,4-бутиндиола; 0,3 – 2,0 сахарина. Наиболее токсичным и ценным компонентом являются ионы никеля. Для их извлечения и последующей утилизации необходима предварительная очистка от сопутствующих веществ, следовательно, технологическая схема должна включать фильтрацию для удаления механических примесей и взвесей.[25]

Никель в промывных водах после металлизации находится в виде катионных комплексов [Ni(OH)n ]2+, где n = 1 – 6. Для извлечения никеля (II) использовалась катионная смола для предотвращения образования сильнокислых элюатов, что значительно затормаживает процесс.

На регенерацию катиона существенное влияние оказывает концентрация регенерирующего раствора и скорость его пропускания через ионит. Регенерация проводилась растворами Na2 SO4. Насыщенный ионами никеля катионит промывается водой и высушивается до постоянной массы.

Методом эксперимента для получения плотных никелевых покрытий были установлены следующие интервалы факторов: катодная плотность тока 0,5 – 4,0 А/дм2; температура 45 – 60 ºС; рН 1,7 – 2,3. Параметры электролиза наиболее чувствительны к изменению плотности тока. [25]

По завершению эксперимента было выяснено, что наибольшая степень извлечения никеля в результате процесса достигается при плотности тока 4,0 А/дм2, температуре 60 ºС и рН = 2,2, что позволяет за 12 ч электролиза извлекать металл из элюатов до остаточной концентрации 0,29 – 0,59 г/л.[25]

Металлургический комплекс – одна из самых развитых отраслей промышленности России, потребляющая огромное количество исчерпаемых природных ресурсов, которые, даже несмотря на значительные их запасы в недрах нашей страны, необходимо бережно и рационально использовать. В тоже время, металлургия – весьма широкий плацдарм для внедрения прогрессивных идей и новаций, направленных как на совершенствование технологий производства новых, все более ценных материалов для самого разнообразного их применения, так и для сохранения окружающей природной среды и ее богатств.

7. Воздействие на окружающую среду предприятий металлургии Пермской области

В Пермской области металлургическая промышленность существует уже не одно столетие. За этот период данная отрасль претерпевала серьезные изменения. Черная металлургия зародилась значительно раньше и была приурочена к природно-ресурсному фактору размещения: на территории Пермской области раньше существовали залежи железной руды. Они, впрочем, достаточно быстро иссякли, но накопленные технологические мощности было неразумно ликвидировать, и поэтому отрасль продолжала и продолжает до сих пор работать на привозном сырье из месторождений Свердловской области (главным образом Качканара и Нижнего Тагила). Топливо, каменный уголь, поставлялся как из местных месторождений (Кизел, Губаха), так и из Кузбасса. В недавнее время запасы местных углей также истощились, поэтому отрасль в настоящее время испытывает серьезные трудности.

На территории Пермской области существуют Чусовской металлургический завод (производит ценные феррованадиевые сплавы), Лысьвенский металлургический комбинат, Нытвенский металлургический комбинат, Губахинский коксохимический завод, шахта «Рудная» (хромовая руда).

Цветная металлургия развилась на территории Соликамско-Березниковского месторождения титано-магниевых руд. Отрасль бурно развивается, отсюда постоянно возрастает степень негативного воздействия на окружающую среду.

По массе выбросов в природную среду металлургия в Пермской области традиционно занимает одно из «лидирующих» мест (в 1998 году с 4.41 % от общего выброса находилась на третьем месте). За последние годы количество выбросов было не одинаковым.[28]

Таблица 7.1 Динамика выбросов металлургических предприятий, тыс. т/год [28]

Предприятие 1994г 1995г 1996г 1997г 1998г
Чусовской металлургический к-т 18,082 19,713 19,824 19,722 21,058
«Ависма» Титано-магниевый к-т 1,718 1,835 1,925 2,143 2,286
Соликамский магниевый з-д 1,248 1,204 1,249 0,664 0,626
Лысьвенский металлургический к-т 1,474 1,935 0,762 0,812 0,561
Нытвенский металлургический к-т 2,922 1,854 0,690 0,563 0,475
Губахинский коксохимический з-д 0,701 0,906 1,186 0,262 0,107
Всего: 26,145 27,447 25,636 24,166 25,113
Доля дот всех отраслей %: 4,3 4,8 3,8 4,0 4,4

Ежегодно в отрасли образуется около тысячи тонн отходов, в основном металлургические шлаки. В таблице приведены сведения о движении отходов по некоторым предприятиям, тыс. т.

Таблица 7.2 Движение отходов по предприятиям металлургии, тыс. т [28]

Предприятие Образовано % использования Размещено в среде Наличие на конец года
Чусовской метзавод 584,962 163,9 486,109 12121,773
Ивакинский карьер 216,923 46,33 128,490 158,463
«Ависма» 91,516 67,13 37,008 83,809

В 1998году на калийных предприятиях образовалось 18.6 млн. т отходов, в том числе на «Уралкалий» — 9.598 млн. т, что на 155 тыс. т больше прошлого года. На «Сильвините» — 9.001 млн. т, т.е. на 929 тыс. т больше. В течение последних лет происходит увеличение массы образования отходов на калийных предприятиях области из-за возрастания объемов выпускаемой продукции.

Переработка руд на обогатительных предприятиях сопровождается образованием галитовых и глинистосолевых отходов в объемах, превышающих в три раза выход полезной продукции.

Калийными предприятиями области проводится определенная работа по частичному использованию отходов для выработки товарной поваренной соли (3 – 5 % от объема образования) и продажи отходов для использования в Тюменской области (5 – 6%), закладки солевых отходов в выработанные горные пространства и шахты (38 – 51 %).[28]

В общем, использование и закладка отходов проводится низкими темпами и не успевает за ростом их образования. Более 8.9 млн. т растворимых калийных солей ежегодно размещается на поверхностных солеотвалах и шламохранилищах. В 1998 году в отвалах накоплено 396 млн. 367 тыс. т отходов, из них «Уралкалий» — 237.733 млн. т, «Сильвинит» — 163.634 млн. т. На тот период размещение отходов на поверхности земли производилось на 14 объектах размещения отходов (7 – на солеотвалах, и 7 – на шламохранилищах). Общая площадь, занятая накопленными отходами калийных предприятий, составляла – 1236 га.

Серьезную опасность представляет фильтрация легкорастворимых солей. Противофильтрационные экраны не обеспечивают своей функции, ежегодный дренаж рассолов в природную среду составляет 1.8 млн. м3 или 348 тыс. т солей. Треть всех сбросов загрязняющих веществ принадлежит предприятиям г. Березники. Данные рассолы включают в себя токсичные соединения тяжелых металлов: ванадий, свинец, никель, медь, цинк, марганец, титан. [28]

Для размещения неиспользуемых отходов калийных предприятий были разработаны проекты и построены специальные сооружения размещения галитовых и глинистых шламов. Проектирование произведено без учета существующих требований к строительству данных объектов. Все солеотвалы и шламохранилища не обеспечивают защиту окружающей природной среды от загрязнения.

Все это не вызывает сомнения о негативном влиянии отходов отрасли на объекты природной среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов промышленности по-прежнему не ведется на должном уровне.

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

Несмотря на длительную ориентацию промышленности нашей страны на ресурсосберегающие технологии, отображало это скорее экономические цели производства, нежели предотвращение вредного воздействия на природу. В СССР на уровне Госснаба была разработана система сбора вторичных ресурсов: макулатуры, текстиля, пиломатериалов, битого стекла, пищевой кости, металлолома и др. – главным образом бытовых отходов.

Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию.

Однако в последние годы все большее количество ученых, работающих в металлургическом комплексе, стали, осознавая значимость неуклонно обостряющейся проблемы, с большим вниманием относиться к сохранению окружающей среды и ее богатств. Разрабатываются прогрессивные идеи повышения экологичности промышленности в целом и металлургии в том числе. Хотя далеко не все перспективные методы снижения негативного влияния промышленности на окружающую среду на современном этапе могут быть воплощены в жизнь, ввиду недостаточного пока развития науки и техники. Пройдут годы, возможно десятилетия, пока мировая индустрия не станет в полной мере экологически чистой.

Что касается Пермской области, следует отметить, что при относительной развитости отрасли в Прикамье, должного внимания проблеме не уделяется, и даже с учетом некоторого экономического роста, степень вредного воздействия металлургии на природу неуклонно возрастает, осложняя тем самым ее развитие в будущем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. www.gintsvetmet.ru

2. www.ecoms.ru

3. www.technjlogy.ru/.industry.

4. Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

5. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М., Химия, 1990.

6. Бикбулатов И.Х., Шарипов А.К. Термическая обработка осадков сточных вод в изолированных иловых картах / Инженерная экология. 2001. №1. С. 16 – 21.

7. Бикбулатов И.Х., Шарипов А.К. Хранилищереактор для избыточного активного ила, сырых остатков и шламов // Инженерная экология. 2000. №5. С. 47 – 52.

8. Водоподготовка. Процессы и аппараты / Под редакцией Мартыновой О.Н. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.

9. Воловик А.В., Шелков Е.М., Долгоносова И.А. Переработка бытовых и промышленных отходов в высокотемпературной шахтной печи // Экология и промышленность России. – 2001, октябрь, с. 9 – 12.

10. Гаев А.Я., Герценштейн Ф.Э., Шагивалеева Р.Г. Радикальный путь решения проблема иловых отвалов // Экология и безопасность населения Урала. Сборник статей. – Пермь. 1995.

11. Гриневич В.И., Иванова Н.В., Костров В.В. Экологические технологии: использование низкотемпературной плазмы для очистки отходящих газов // Инженерная экология. 2002. №2. С. 38 – 44.

12. Дейнека С.С., Трусова В.Г., Хазан А.З. Хлоридная и регенеративная переработка отходов металлического вольфрама и твердых сплавов // Цветные металлы. 1995. №10. С. 17 – 19.

13. Дмитриев В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И. Термическое обезвреживание отходов хлорорганических производств // Химическая технология, 1996, №5.

14. Инструкции о порядке единовременного учета образования и обезвреживания токсичных отходов. М, 1990.

15. Комплексное использование сырья и отходов. Равич Б.М., Окладников В.П., Лыгач В.Н. и др. М., Химия, 1988.

16. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л., Химия, 1981.

17. Литвинов В.К., Дмитриев С.А., Киярв Ч.А. и др. Плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов средней и низкой активности. Магнитогорск, Магнитогорский горно-металлургический институт, НПО «Радон», 1993.

18. Лукашев Е.А., Смагин В.Н., Лукашева Г.Н. Перспективы использования мембранных методов в очистки сточных и природных вод: Обзорная информация // ВИНИИТПИ. – М., 1990. – 68 с.

19. Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы. //Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

20. Максимов И.Е. Состояние и перспективы использования экозащитных систем в решении проблем отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

21. Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов технологии органических веществ. М.: Химия, 1984

22. Отстойник «Ларокс» с фильтрующим слоем: Проспект фирмы «Ларокс», 1988.(Б5)

23. Перспективные технологии очистки сточных вод промышленных предприятий. – Алма-Ата. КазНИИТИ. 1991.

24. Пилат Б.В., Якунин А.И., Звонкова Е.Е. Новые методы и аппараты для очистки сточных вод: Аналитическая обзорная информация. – Алма-Ата.: КазНИИТИ. 1990.

25. Плохов С.В., Кузин Д.В., Плохов В.А., Михайленко М.Г. Утилизация никеля из промывных вод // Экология и промышленность России. 2001. Апрель. С. 11 – 13.

26. Пономарев В.Г., Кедров Я.А., Михайлов А.Н., Шафи-Заде И.Г. Анализ конструктивных решений тонкослойных отстойников: Обзорная информация / ЦНИИТЭнефтехим – М. 1989. Серия Охрана окружающей среды. Выпуск 3.

27. Соболев И.А., Дмитриев С.А. и др. Автоматизированные комплексы для переработки РАО // Экология и промышленность России. 2001. Декабрь. С. 4 – 8.

28. Состояние и охрана окружающей среды Пермской области в 1998 г. – Пермь. 1999.

29. Торопкина Г.Н., Калинкина Л.И. Технико-экологические показатели промышленной очистки газообразных выбросов органических веществ. М., 1983.

30. Федоров Л.А… Диоксины, как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. – М. Наука, 1993, 267с.

31. Фокин А.В., Коломиец А.Ф. Диоксины — проблема научная или социальная? // Природа, 1985, №3.

32. Фоменко А.И. Утилизация шлама железного купороса // Экология и промышленность России. 2002. Январь. С. 14 – 17.

33. Фоменко А.И. Экологическая безопасность предприятий металлургического комплекса // Инженерная экология. 2001. №6. С.46 – 54.

34. Фролов К.И., Шайдуров В.С. Химическая и технологическая защиты окружающей среды. Л., ГИПХ, 1980.

35. Хайбулина Н.Е. Комплексное использование сырья в промышленности. Челябинск, Южноуральское книжное издательство, 1986.

36. Хмельницкий А.Г. Использование вторичных материальных ресурсов в качестве сырья для промышленности // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

37. Хосид Е.В. Опыт внедрения новых мембранных методов водообработки стоков. Л.: ЛДНТП, 1989.

38. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Ворнов Ю.В. Водоотводящие системы промышленных предприятий. – М.: Стройиздат, 1990.

39. Мухина И.Ю. и др. Утилизация отходов литейно-магниевого производства // Цветные металлы 1995 №10.

Промышленные отходы и их переработка

Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования Центросоюза Российской Федерации

Российский университет кооперации

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Экология»

на тему:

Промышленные отходы и их переработка

Брянск – 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. Общая характеристика отходов промышленности

.1 Основные понятия отходов

.2 Классификация отходов промышленности

. Методы хранения отходов промышленности

.1 Использование хранилищ промышленных отходов

.2 Хранение взрывоопасных отходов

.3 Наземные полигоны

. Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов

.1 Жидкофазное окисление

.2 Гетерогенный катализ

.4 Огневая переработка

.5 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада, которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе. Так, лишь по прошествии несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов.

Цель же данной работы заключается в рассмотрении основных ныне существующих и перспективных способов утилизации и переработки промышленных отходов. Во-первых, дать понятие промышленных отходов и рассмотреть их классификацию по различным критериям: по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования и степени их токсичности. Во-вторых, охарактеризовать способы утилизации, переработки и, при необходимости, условий их захоронения.

1.Общая характеристика отходов промышленности

Промышленные отходы – твёрдые, жидкие и газообразные отходы производства, полученные в результате химических, термических, механических и других преобразований материалов природного и антропогенного происхождения. Отходы определённой продукции – неупотребимые остатки сырья и/или возникающие в ходе технологических процессов вещества и энергия, не подвергающиеся утилизации.

·Часть отходов, которая может быть использована в том же производстве, называется возвратными отходами. Сюда входят остатки сырья и других видов материальных ресурсов, образовавшиеся в процессе производства товаров (выполнения работ, оказания услуг).

·Отходы, которые в рамках данного производства не могут быть использованы, но могут применяться в других производствах, именуются вторичным сырьём.

·Отходы, которые на данном этапе экономического развития перерабатывать нецелесообразно. Они образуют безвозвратные потери, их предварительно обезвреживают в случае опасности и захоранивают на спецполигонах [6].

1.1Основные понятия отходов

В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия.

По возможности использования, различаются утилизируемые и неутилизируемые отходы. Для первых существует технология переработки и вовлечения в хозяйственный оборот, для вторых в настоящее время отсутствует.

1.2Классификация отходов промышленности

Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования. Отходы различаются [2,8]:

·по происхождению:

·отходы производства (промышленные отходы)

·отходы потребления (коммунально-бытовые)

·по классу опасности (для человека и / или для окружающей природной среды)

В Российской Федерации <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F> выделяют следующие классы опасности для окружающей природной среды:

Класс опасности отхода для окружающей природной средыСтепень вредного воздействия опасных отходов на окружающую природную средуКритерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной средыI класс (чрезвычайно опасные)очень высокаяЭкологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует.II класс (высокоопасные)высокаяЭкологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия.III класс (умеренно опасные)средняяЭкологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника.IV класс (малоопасные)низкаяЭкологическая система нарушена. Период самовосстановления не менее 3 лет.V класс (практически неопасные)очень низкаяЭкологическая система практически не нарушена.

2.Методы хранения отходов промышленности

При разработке новых ресурсосберегающих и экологичных технологических процессов, необходимо обезвреживание отходов на стадии вывода из технологического процесса, но при современном развитии науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию, не поддающихся нейтрализации токсичных отходов. В этом случае целесообразно захоронение отходов такого рода в специально создаваемых для этого хранилищах, где можно будет захоронить промышленные отходы для их использования в будущем. В приложении данной работы имеется краткая схема на основе работы по использованию объектов для неутилизируемых отходов [3].

2.1Использование хранилищ промышленных отходов

Для захоронения отходов промышленности целесообразно использовать резервуары в геологических формациях: гранит, вулканические породы, туфы, базальты, соляные толщи, гипс, ангидрит, доломит, глина, гнейсы. Такого рода хранилища могут существовать как самостоятельно, так и совместно с горнодобывающими предприятиями на его шахтном поле [3,9].

При размещении отходов необходимо соблюдать ряд определенных условий и ограничений [3]:

1.Водонепроницаемость толщ и наличие над и под ними обильных водоносных толщ;

2.Полное исключение возникновения деформаций, способных сделать толщу водопроводящей (сдвиг под действием собственной массы, динамические нагрузки, вызванные землетрясениями, газодинамическими явлениями, наземными взрывами и т.п.);

.

Реферат: Утилизация и обезвреживание твердых отходов

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………….. 3

1 Твердые промышленные (ТП) и бытовые (ТБО)………………………… 5

1.1 Современное состояние проблемы отходов в России…………………. 5

1.2 Источники, классификация и характеристика отходов……………….. 8

1.2.1 Источники муниципальных отходов……………………………………. 8

1.2.2 Классификация отходов……………………………………………………… 8

1.3 Сокращение потока отходов как способ борьбы с увеличением массы ТБО . 12

2 Основные методы переработки ТБО……………………………………… 14

2.1 Сбор и промежуточное хранение отходов………………………………. 14

2.2 Мусороперегрузочные станции (МПС) и вывоз ТБО……………….. 15

2.3 Захоронение…………………………………………………………………………. 17

2.3.1 Современная ситуация с захоронением отходов в России…… 18

2.3.2 Загрязнение атмосферы, почв и водоемов………………………….. 20

2.4 Сжигание……………………………………………………………………………… 21

2.4.1 Продукты сжигания и возможности их использования……….. 23

2.5 Рециклинг (утилизация, вторичное использование)…………………. 23

2.5.1 Современное состояние рециклинга ТБО в России……………… 28

2.5.2 Компостирование как разновидность утилизации ТБО……….. 30

Заключение…………………………………………………………………………………. 31

Библиографический список………………………………………………………… 34

Введение

Жизнедеятельность человека связана с появлением огромного количества разнообразных отходов. Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу достиг почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. тонн в год.

Твердые промышленные и бытовые отходы (ТП и БО) засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт. Кроме того они могут являться источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения поселка, города и области, и целым районам, а также будущим поколениям. То есть, эти ТП и БО нарушают экологическое равновесие. С другой стороны ТП и БО следует рассматривать как техногенные образования, которые нужно промышленно-значимо характеризовать содержанием в них ряда ценных практически бесплатных компонентов, черных, цветных металлов и других материалов, пригодных для использования в металлургии, стройиндустрии, машиностроении, в химической индустрии, энергетике, в сельском и лесном хозяйстве.

Влияние потока ТБО остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда бифильных элементов, в частности органического углерода. Так, масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн. тон в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет лишь 41,4 млн. тонн в год.

Сделать производство безотходным невозможно так же, как невозможно сделать безотходными и потребление. В связи с изменением промышленного производства, изменения уровня жизни населения, увеличения услуг рынка значительно изменился качественный и количественный состав отходов. Утилизация одних – решенная или решаемая задача, другие еще ждут своего часа. Запасы некоторых малоликвидных отходов, даже при современном спаде производства в России, продолжают накапливаться, ухудшая экологическую ситуацию городов, районов. Введение в 1994 году Временных правил по охране окружающей среды от отходов производства и потребления в Российской Федерации позволило наработать в вопросах образования и утилизации отходов некоторый опыт.

Решение проблемы переработки ТП и БО приобретает за последние годы первостепенное значение. Кроме того, в связи с грядущим постепенным истощением природных источников сырья (нефти, каменного угля, руд для цветных и черных металлов) для всех отраслей народного хозяйства приобретает особую значимость полное использование всех видов промышленных и бытовых отходов. Многие развитые страны практически полностью и успешно решают все эти задачи. Особенно это касается Японии, США, Германии, Прибалтийских стран и многих других. В условиях рыночной экономики перед исследователями и промышленниками, перед муниципальными властями выдвигается необходимость обеспечить максимально возможную безвредность технологических процессов и полное использование всех отходов производства, то есть приблизиться к созданию безотходных технологий. Сложность решения всех этих проблем утилизации твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО) объясняется отсутствием их четкой научно-обоснованной классификации, необходимостью применения сложного капиталоемкого оборудования и отсутствием экономической обоснованности каждого конкретного решения.

1 Твердые промышленные (ТП) и бытовые отходы (ТБО).

Твердые промышленные и бытовые отходы (ТП и БО), представляют огромную угрозу экологическому равновесию природе, и в тоже время являются бесплатными экономически значимыми с хозяйственной точки зрения видами сырья для получения черных и цветных металлов, для энергетики, для получения природного экологически чистого биохимического удобрения, товаров быта, а также продуктами для отделочных и строительных работ, для отраслей, связанных с текстильными производствами, для металлургии, машиностроения и т.п.

Проблема отходов может быть эффективно решена только при активном участии местных властей и местного населения. Поскольку решение не сводится к выбору и приобретению «адекватной» технологии, а требует комплексного вмешательства во все – социальные и экономические – аспекты проблемы, то участие властей не должно сводиться лишь к принятию «руководящих решений».

Главной проблемой переработки ТБО является их несортированность, высокая влажность, низкая теплотворность и, как следствие, невозможность соблюдения экологически безопасной технологии складирования на полигонах, компостирования, сжигания мусора (поскольку технологии его сжигания рассчитаны на стандарты западного мусора). Сложность применения иностранных технологий для сжигания другого по составу мусора наглядно видна по быстрому выходу из строя Бескудниковского мусоросжигательного завода (г. Москва).

1.1 Современное состояние проблемы отходов в России.

Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области образования, использования, обезвреживания, хранения и захоронения отходов ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны.

Практически для всех субъектов Российской Федерации одна из основных задач в области охраны окружающей среды – решение проблем обезвреживания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд. тонн отходов, из которых используется лишь 2 млрд. тонн, или 28,6 процентов. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. тонн только твердых отходов. Особую тревогу вызывает накопление в отвалах и свалках токсичных, в том числе содержащих канцерогенные вещества, отходов, общее количество которых достигло 1,6 млрд. тонн.

Под полигоны (свалки) твердых бытовых отходов ежегодно отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель, не считая площади земель, загрязняемых многочисленными несанкционированными свалками.

Неиспользуемые отходы – это миллиарды тонн выведенных из хозяйственного оборота безвозвратно теряемых материальных ресурсов, многими видами которых страна практически уже не располагает.

Переход к рыночной экономике не вызвал роста переработки отходов. Обострилась необходимость сочетания гибкости рыночной экономики, способной на быструю сырьевую переориентацию, с дальновидной государственной поддержкой, стимулирующей использование отходов и уменьшение их негативного воздействия на окружающую среду.

За 2007 г. в целом по Российской Федерации в процессе производства и потребления образовалось 107,1 млн. т токсичных отходов, из которых использовано и полностью обезврежено 42,2 млн. т (39,4%), захоронено – 39,4 млн. т. С учетом поступлений и передачи на дальнейшее использование, хранение или захоронение на специальных объектах, принадлежащих предприятиям, к началу 2008 г. на предприятиях в наличии было 1705,7 млн. т токсичных отходов, т.е. их прирост за год составил 14,4 млн. т.

Оценивая динамику изменения количества токсичных отходов на начало и конец 2007 г., можно сделать вывод о том, что годовой прирост токсичных отходов в целом по Российской Федерации составил 0,9%, в то время как прирост токсичных отходов I класса опасности – 3,0, II класса – 0,4, III класса опасности – 0,1, IV класса – 1%. Опережающие темпы накопления наиболее опасных отходов обусловлены более высоким уровнем затрат на их обезвреживание, и можно предположить, что в условиях экономического кризиса наблюдаемая ныне тенденция в ближайшие годы сохранится.

Из-за недостаточной экономической заинтересованности предприятий, низкого технического уровня применяемых технологий, дефицита средств и современного оборудования переработке и использованию подвергаются лишь несколько десятков видов отходов. В связи с этим темпы их образования и накопления (в том числе и крупнотоннажных отходов) на территории России остаются прежними.

Значительную проблему представляют собой твердые бытовые отходы. В 2007 г. службами ЖКХ вывезено около 130 млн. м3
твердых бытовых отходов, из которых только 3% перерабатывается промышленными методами (на мусоросжигательных и мусороперерабатывающих заводах), остальные вывозятся для захоронения на полигоны твердых бытовых отходов и свалки. В связи с этим представляется целесообразным разработать и постепенно внедрить в городах России систему раздельного сбора отходов стекла, металлов, пластмасс, дерева, бумаги и т. д., что позволит обеспечить их переработку и вторичное использование.

1.2 Источники, классификация и характеристика отходов.

1.2.1 Источники муниципальных отходов

Жилые

– Индивидуальные и многоквартирные дома

Хозяйственные

– Учреждения

– Магазины

– Культурные заведения

– Предприятия общепита

– Гостиницы

– Бензоколонки

Коммунальные службы

– Снос и строительство зданий

– Уборка улиц

– Зеленое строительство, парки, пляжи

– Остаточные продукты мусоросжигания и мусоропереработки

Учреждения

– Школы

– Больницы

– Тюрьмы

Промышленность

Сельское хозяйство

1.2.2 Классификация отходов.

1.2.2.1 Промышленные отходы.

Все промышленные условно разделяются на четыре класса (группы), каждая из которых характеризует такие отходы с точки зрения потенциальной опасности для человека, животного и растительного мира в целом. Опасность отходов при такой классификации убывает с увеличением порядкового номера группы.

I
класс опасности:

отходы гальванических производств; ртуть; хлорорганика; хром шестивалентный; прочие отходы I класса опасности.

II
класс опасности:

кубовые остатки; нефтепродукты; мышьяк; серная кислота; прочие отходы II класса опасности.

III
класс опасности:

нефтешламы; медь; свинец; цинк; прочие отходы III класса опасности

IV
класс опасности:

Прочие промышленные отходы, представляющие незначительную экологическую угрозу.

1.2.2.2 Твердые бытовые отходы (ТБО).

При рассмотрении всего комплекса проблем, связанных со сбором, транспортом, обезвреживанием и утилизацией ТБО, в первую очередь ставится вопрос о составе и свойствах этого материала. Если для решения вопроса сбора и транспорта ТБО достаточно информации об их влажности и плотности, то при выборе метода и технологии обезвреживания и последующей утилизации необходимо получить полную информацию о морфологическом и элементном составе и свойствах ТБО, в том числе теплотехнических. Для решения вопроса о возможности и целесообразности использования наиболее распространенного в республиках СНГ метода биотермического обезвреживания и переработки ТБО необходима информация о содержании органического вещества, удобрительных элементов и т. д.

Существенная часть фракций ТБО повсеместно представлена различными органическими материалами. Основными группами среди них являются пищевые остатки и бумага. Их соотношение меняется в зависимости от уровня развития страны и ее географического положения и культурных особенностей. Однако в целом доля органических фракций ТБО колеблется по миру не столь значительно, от 56% в развитых странах до 62% – в развивающихся. Если учесть фракции представленные древесными отходами, то эти величины возрастут соответственно до 61% и 69%. ТБО имеют низкую теплотворность. Удельная теплота сгорания их составляет 1480 ккал/кг, колеблясь по сезонам года от 1224 до 1612 ккал/кг.

ТБО по морфологическому признаку подразделяются на компоненты: бумагу, картон; пищевые отходы; дерево; металл (черный и цветной); текстиль; кости; стекло; кожу, резину; камни; полимерные материалы; прочие (неклассифицируемые фракции); отсев менее 15 мм. По единой методике, принятой Европейскими странами, при необходимости добавляется компонент “садовые отходы”.

Морфологический состав ТБО (% вес.)

· бумага, картон 33 – 40

· пищевые отходы 26 – 32

· дерево, листья 1.5 – 5

· металл черный 2.5 – 3.6

· металл цветной 0.4 – 0.6

· кости 0.9 – 0.5

· кожа, резина 0.8 – 1.3

· текстиль 4.6 – 6.5

· стекло 2.7 – 4.3

· камни, керамика 0.7 – 1.0

· полимерные материалы 4.6 – 6.0

· отсев менее 16 мм 8.8 – 11.2

Средний состав отечественного мусора, как показал анализ, имеет некоторое отличие от состава мусора других стран. Так, в нем велико содержание строительного мусора (ок. 10%) и повышенная доля пищевых отходов. Встречается на городской свалке и промышленный мусор. Состав мусора, разумеется, имеет значительные сезонные и локальные колебания, но в среднем он слагается из следующих компонентов (содержание в % масс.):

– пищевые отходы – 18

– строительный мусор – 10

– бумага и картон – 40

– пластик, полимерная пленка – 7

– стекло – 10

– металлы – 10

– резина и кожа – 3

– прочее – 2

1.2.2.3 Биологические и биохимические твердые отходы.

Биологические и биохимические объекты ТО – это в первую очередь отходы медицинских и ветеринарных учреждений являются, как уже отмечалось, потенциальными источниками инфекционных заболеваний, источниками распространения гельминтофауны и других паразитов даже в зимний период. При низких температурах в зимний период вся патогенная флора, вызывающая инфекционные заболевания, хотя и переходит в неактивную (споровую) форму, то при плюсовой температуре и благоприятных условиях она вновь начинает успешно развиваться и размножаться. Такие компоненты ТО, несущие биологические и биохимические объекты особенно опасны для окружающей среды, для теплокровных животных и человека в любое время года. Поэтому такие ТО, содержащие биообъекты должны подвергаться обязательной стерилизации посредством высокой термообработки в течение 1-2 часов в электротермическом реакторе или в реакторе “Пурвокс”.

1.3 Сокращение потока отходов как способ борьбы с увеличением массы ТБО.

Термин «сокращение отходов» обозначает спланированную серию мероприятий, направленных на уменьшение количества и вредных свойств производимых отходов и увеличение доли отходов, которые могут быть использованы как вторсырье.

В Западных странах кампания за сокращение отходов ведется давно и в основном направлена против излишней упаковки, так как значительная часть ТБО состоит из упаковочных материалов:

– около 30% отходов по весу и 50% по объему составляют различные упаковочные материалы;

– 13% веса и 30% объема упаковочных материалов составляет пластик; в настоящий момент абсолютное количество пластиковых отходов в развитых странах удваивается (!) каждые десять лет.

Уменьшение отходов, связанных с упаковкой товаров, является одним из важнейших направлений работы по сокращению отходов. То, как упаковываются товары, в значительной степени зависит от предпочтений потребителей, которые, в свою очередь, формируются средствами массовой информацией, рекламой и т.п. Следующие рекомендации потребителям могут стать содержанием образовательных и просветительских программ общественных организаций и городских властей:

· Избегать ненужной упаковки. Многие предметы в магазинах упаковываются только для того, чтобы привлечь внимание покупателя: например, т.н. blister packaging – мелкие предметы, помещенные на ярко раскрашенную картонную подложку и закрытые прозрачным пластиком.

· Отдавать предпочтение продуктам многоразового использования.

Второй элемент сокращения отходов – удаление особо опасных отходов, таких как детергенты, ядохимикаты, лакокрасочные материалы, аккумуляторы и батарейки и т.д. из потока ТБО. Эти продукты не должны попадать на обычные полигоны или мусоросжигательные заводы. Обращение с опасными отходами, включая их транспортировку и хранение обычно требует применения дорогостоящих «высоких» технологий и, как правило, осуществляется организациями, имеющими государственную лицензию на деятельность такого типа, работа которых оплачивается производителем опасных отходов, или, в особых случаях, страховыми компаниями или государством.

Для сбора опасных отходов необходима разработка специальных мероприятий, таких как организация постоянно действующих пунктов по сбору или проведение специальных дней сбора отходов. В Пенсильвании, например, действует программа сбора использованных батареек и аккумуляторов, законодательно поддержанная правительством штата, о которой пойдет речь ниже.

· Отдавать предпочтение минимальной упаковке – приобретать товары с более легкой упаковкой и товары, продающиеся большими объемами.

· Отдавать предпочтение упаковке, которую можно вторично использовать или переработать. Среди упаковочных материалов, используемых как вторсырье, алюминий составляет 47%, бутылки для газированной воды – 17%, стальные консервные банки – 15%, стекло – 11% (цифры приведены для США).

· Отдавать предпочтение упаковке, изготовленной из вторично переработанных и/или экологически безвредных материалов. В настоящее время не существует однозначного соглашения о том, что считать «вторично переработанным» материалами, то есть какой процент вторсырья они должны содержать. Разумно полагаться на «зеленые значки», наносимые на товары и упаковку во многих странах.

2 Основные методы переработки ТБО.

2.1 Сбор и промежуточное хранение отходов.

Сбор отходов часто является наиболее дорогостоящим компонентом всего процесса утилизации и уничтожения ТБО. Поэтому правильная организация сбора отходов может сэкономить значительные средства. Существующая в России система сбора ТБО должна оставаться стандартизованной с точки зрения экономичности. В то же время дополнительное планирование необходимо для того, чтобы решить новые проблемы (например, отходы коммерческих киосков, на сбор которых часто не хватает ресурсов). Иногда средства для решения этих новых проблем можно изыскать, вводя дифференцированную плату за сбор мусора.

В густонаселенных территориях нередко приходится транспортировать отходы на большие расстояния. Решением в этом случае может явиться станция временного хранения отходов, от которой мусор может вывозиться большими по грузоподъемности машинами или по железной дороге. Следует при этом отметить, что станции промежуточного хранения представляют собой объекты повышенной экологической опасности и могут при неправильном расположении и эксплуатации вызывать не меньше нареканий местных жителей и общественных организаций, чем свалки и МСЗ (как это происходит, например, в Алма-Ате).

Во многих городах на базе полигонов ТБО и специальных автохозяйств созданы унитарные муниципальные предприятия по сбору и складированию ТБО. В ряде случаев полигоны поставлены под прямой контроль природоохранных организаций, а их деятельность частично финансируется из экофондов (Воронеж, Киров и т.д.). Самостоятельность полигона, также как и транспорта, создавала условия для множества злоупотреблений, при которых ТБО оказывались в пригородных лесах, а талоны продавались на свалке всем желающим. Вместе с тем, четкого разграничения полномочий между городскими организациями в области ТБО пока не произошло. К таким организациям относятся управление жилищно-коммунального хозяйства, городской центр санэпиднадзора, горкомприрода, лесники и водники. Теоретически они отвечают за жилые и промышленные зоны, пригородные леса, водоохранные и санитарно-защитные зоны. Практически же значительные городские территории не имеют четкого статуса, реального хозяина и на них в первую очередь образуются несанкционированные свалок

В нескольких городах России (Арзамас, Владимир, Кирово-Чепецк, Красногорск, Пущино, Москва и др.) делаются попытки наладить селективный сбор отходов. Альтернатива свалкам и МСЗ заключается в постепенном создании системы первичной сортировки мусора, начиная со сбора особо опасных компонентов (ртутных ламп, батареек и т.п.) и кончая отказом от эксплуатации мусоропроводов – главного источника несортированного мусора.

2.2 Мусороперегрузочные станции (МПС) и вывоз ТБО.

В последние годы в мировой и отечественной практике наблюдается тенденция замены прямого вывоза ТБО двухэтапным с использованием мусороперегрузочных станций. Эта технология особенно активно внедряется в крупных городах в которых полигоны ТБО расположены на значительном расстоянии от города.

Получает дальнейшее развитие двухэтапный вывоз ТБО с использованием транспортных мусоровозов большой вместимости и съемных пресс – контейнеров.

Двухэтапная система включает в себя такие технологические процессы:

– сбор ТБО в местах накопления;

– их вывоз собирающими мусоровозами на мусороперегрузочную станцию (МПС);

– перегрузка в большегрузные транспортные средства;

– перевозка ТБО к местам их захоронения или утилизации;

– выгрузка ТБО.

На ряде МПС используется система извлечения из ТБО утильных элементов. Использование МПС позволяет:

– снизить расходы на транспортирование ТБО в места обезвреживания;

– уменьшить количество собирающих мусоровозов;

– сократить суммарные выбросы в атмосферу от мусоровозного транспорта;

– улучшить технологический процесс складирования ТБО.

С точки зрения охраны окружающей среды применение МПС уменьшает количество полигонов для складирования ТБО, снижает интенсивность движения по транспортным магистралям и т. д. Преимущества, которые дает применение МПС, зависят от решения ряда технических и организационных вопросов. В их числе выбор типа МПС и применяемого на ней оборудования, включая большегрузный мусоровозный транспорт, места расположения МПС, ее производительности и определения количества таких станций для города.

2.3 Захоронение.

Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде.

Учитывая высокую химическую и санитарно-эпидемиологическую опасность неорганизованного складирования и хранения ТБО, перед выбором площадки для такого складирования необходимо тщательно рассмотреть ряд вопросов:

– особенности местности,

– рельеф местности,

– особенности геологического строения земных слоев предполагаемого места складирования и хранения ТБО,

– преобладающую розу ветров,

– особенности окружающего природного ландшафта.

Только тщательный анализ всех этих факторов биогеоценоза, приведенный компетентными профессиональными специалистами и только после тщательной экологической экспертизы, выполненной независимыми экспертами-профессионалами можно останавливаться на выборе определенного участка для складирования, хранения и переработки ТБО.

С традиционно применявшимися свалками обычно связано множество проблем – они являются рассадниками грызунов и птиц, загрязняют водоемы, самовозгораются, ветер может сдувать с них мусор и т.д. В 50-х годах впервые начинают внедряться т. наз. «санитарные полигоны», на которых отходы каждый день пересыпаются почвой.

Свалка или полигон по захоронению отходов представляет собой сложнейшую систему, подробное исследование которой началось только недавно. Дело в том, что большинство материалов, которые захороняют на полигонах, появились, как и сами современные полигоны, не более 20-30 лет назад. Никто не знает, за какое время они полностью разложатся. Когда ученые приступили к раскопке старых полигонов, они обнаружили удивительную вещь: за 15 лет 80% органического материала, попавшего на полигон (овощи, хот-доги) не разложилось. Иногда удавалось прочитать откопанную на свалке газету 30-летней давности. Современные полигоны оборудованы всеми типами систем, чтобы не допустить контакта отходов с окружающей средой. По иронии, именно вследствие этого, разложение отходов затруднено и они представляют из себя своеобразную «бомбу замедленного действия».

Особое внимание уделяется выводу полигона из эксплуатации и последующей рекультивации. Как правило, исходный проект полигона уже включает план мероприятий по рекультивации, длительному мониторингу закрытого полигона и т.п. В США законы многих штатов требуют от компании, управляющей полигоном, создания специального фонда рекультивации. Такой фонд формируется в течение всего времени работы полигона за счет отчислений от получаемого дохода и должен обеспечить необходимые средства независимо от смены собственника полигона, банкротства компании и т.п.

2.3.1 Современная ситуация с захоронением отходов в России.

На территории Российской Федерации к началу 2007 г. в отвалах и шламохранилищах, на полигонах и несанкционированных свалках накоплены десятки миллиардов тонн твердых отходов производства и потребления, среди которых определенную долю составляют экологически опасные токсичные промышленные отходы.

Неудовлетворительная ситуация с использованием, обезвреживанием и размещением промышленных и бытовых отходов обусловлена рядом объективных причин. Прежде всего, это крайне недостаточное финансирование строительства установок по обезвреживанию и использованию отходов, объектов их размещения, а также реконструкции либо рекультивации существующих объектов размещения отходов, ликвидации несанкционированных мест их размещения.

Для высокоурбанизированных территорий (Московская, Санкт-Петербургская, Нижегородская, Челябинская агломерации и т.д.), независимо от наличия в них опасных с экологической точки зрения производств, серьезную проблему для окружающей среды представляет размещение полигонов складирования твердых бытовых отходов (ТБО) и иловых площадок осадка сточных вод от городских очистных сооружений, поскольку для строительства этих объектов используются пригородные зоны с ценными рекреационными и природоохранными ландшафтами.

В хранилищах, накопителях, складах, могильниках, полигонах, на свалках и других объектах находится 1691 млн. т токсичных отходов производства и потребления, из них 2,66 млн. т отходов I класса опасности, в том числе 4 тыс. т ртути, 4,8 тыс. т отходов гальванических производств, 11,4 тыс. т хлорорганики, 2,6 млн. т шестивалентного хрома и др.

Отходы, не подлежащие использованию и переработке, направляются на хранение и захоронение. Из учтенных статистикой мест захоронения отходов (в целом по России их 2,4 тыс.) около 70% отвечают действующим нормативам.

В связи с недостаточным количеством полигонов для складирования и захоронения промышленных отходов широко распространена практика размещения промышленных отходов в местах неорганизованного складирования (несанкционированные свалки), что представляет особую опасность для окружающей среды. Объемы размещения токсичных отходов на несанкционированных свалках постоянно растут.

2.3.2 Загрязнение атмосферы, почв и водоемов.

Вследствие различных химических реакций, а также микробиологической деятельности температура в различных местах тела свалки может колебаться от 50 до 100 градусов, вызывая самопроизвольное возгорание и поставляя в окружающую среду тысячекратные (!) ПДК полиароматических углеводородов (ПАУ) – химических канцерогенов, занимающих ведущее место в возникновении раковых заболеваний. При воздействии света на водные растворы ароматики (при испарении после осадков, а также при горении пластмасс и органики) в обилии образуются соединения класса диоксинов. Диоксин – это самый сильный из известных в природе яд, мутаген, канцероген, тератоген, крайне устойчивый во внешней среде. Там, где свежие отходы – зловоние разлагающейся органики, в местах заросших лебедой – резкий химический запах взаимодействия более “чистых” соединений.

В солнечную погоду под действием ультрафиолетовых лучей в воздухе происходит фотохимическая реакция с продуцированием самых разных экзотических веществ с неизученными свойствами. Периодическое нахождение человека в такой атмосфере может вызвать у него в худшем случае новообразования, в лучшем – аллергические заболевания кожи и слизистых оболочек.

Атмосферные осадки помогают миграции химических элементов, их встрече друг с другом, контакту, а также проникновению в грунтовые воды. Опасно периодическое поступление химических веществ с поверхностным и подпочвенным стоком. При этом концентрация многих веществ может не достигать таких значений, при которых одновременно погибает все живое, а малыми дозами накапливаться в донных отложениях и биоте. Купание в реке, ловля рыбы (если ее потом поедать) будет приводить к концентрации поллютантов в организме человека. Многие химические соединения (тяжелые металлы, ПАУ, биофенилы и т.п.) обладают кумулятивными свойствами, т.е. могут долгое время без видимого ущерба накапливаться в организме, с виду довольно беспричинный эффект, вплоть до летального исхода (либо перерождение тканей, генетические отклонения, снижение активности иммунной системы и т.д.). Токсичные газовые выделения со свалки способны распространяться на большие расстояния главным образом в направлении превалирующих ветров, а также вступать в реакцию с выбросами окружающих промышленных объектов, усугубляя и без того напряженную экологическую обстановку. Неприятным побочным эффектом свалки для близлежащих домов могут быть нашествия крыс и тараканов, особенно устойчивых к химическим препаратам.

2.4 Сжигание.

Мусоросжигание – это наиболее сложный и «высокотехнологичный» вариант обращения с отходами. Сжигание требует предварительной обработки ТБО (с получением т.н. топлива, извлеченного из отходов). При разделении из ТБО стараются удалить крупные объекты, металлы (как магнитные так и немагнитные) и дополнительно его измельчить. Для того, чтобы уменьшить вредные выбросы из отходов, также извлекают батарейки и аккумуляторы, пластик, листья. Сжигание неразделенного потока отходов в настоящее время считается чрезвычайно опасным. Таким образом, мусоросжигание может быть только одним из компонентов комлексной программы утилизации.

Сжигание позволяет примерно в 3 раза уменьшить вес отходов, устранить некоторые неприятные свойства: запах, выделение токсичных жидкостей, бактерий, привлекательность для птиц и грызунов, а также получить дополнительную энергию, которую можно использовать для получения электричества или отопления.

Для так называемых установок массового сжигания (производительностью от 100 до 3000 тонн в сутки) капитальные затраты в США колеблются от 80 до 100 тыс. долларов на единицу мощности (тонна сжигаемых отходов в день). В эту цену не входит цена устройств подготовки отходов. Эксплуатационные расходы составляют около 20 долларов за тонну ТБО. При выборе вариантов утилизации ТБО следует также иметь в виду, что время, необходимое на проектирование и постройку МСЗ в США, в среднем занимает 5-8 лет.

Еще в начале 90-х гг. на территории России работало до 7 мусоросжигательных заводов (МСЗ), расположенных во Владивостоке, Сочи, Пятигорске, Мурманске и Москве. Основным назначением сжигания является уменьшение объема ТБО перед вывозом на полигон захоронения. Вывоз золы и шлака составлял до 30% от массы сжигаемых отходов. В настоящее время работают мусоросжигательные заводы в Москве и Мурманске. Основная часть заводов была оснащена импортным оборудованием. Лишь завод во Владимире был оборудован тремя котлоагрегатами отечественного производства. Существенным недостатком технологического цикла всех действовавших МСЗ было отсутствие очистки выбрасываемых в атмосферу газов и золы, содержащих тяжелые металлы и диоксины, неулавливаемые в электрофильтрах.

В мировой и отечественной практике используют три метода термического обезвреживания и утилизации ТБО:

· слоевое сжигание исходных – неподготовленных отходов в топках мусоросжигательных котлов;

· слоевое или камерное сжигание специально подготовленных (обогащенных) отходов(освобожденных от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав) в топках энергетических котлов или в цементных печах;

· пиролиз отходов, прошедших предварительную подготовку или без нее.

МСЗ работает круглосуточно, без выходных дней. Тепло используют в городской системе теплоснабжения.

2.4.1 Продукты сжигания и возможности их использования.

Зола, образующаяся при сжигании мусора может служить наполнителем для строительных конструкций только при тщательном разделении потока отходов и очень жестком контроле за тем, что попадает в печь. Продукты переработки неразделенного потока отходов в лучшем случае бесполезны, а чаще всего заметно опаснее исходного материала.

Серьезные проблемы возникают также с захоронением золы от мусоросжигания, которая по весу составляет до 30% от исходного веса отходов и которая в силу своих физических и химических свойств не может быть захоронена на обычных свалках. Для безопасного захоронения золы применяются специальные хранилища с контролем и очисткой стоков.

В выбросах мусоросжигательных заводов содержится большое количество загрязняющих веществ, таких как полиароматические углеводороды и диоксины, которые образуются при низкой температуре горения (из-за высокой влажности) и несортированности ТБО, содержащих хлорсодержащие компоненты.

2.5 Рециклинг (утилизация, вторичное использование).

Известный американский экономист Пол Хейни говорит, что “если в обществе обострятся проблема загрязнения окружающей среды, это происходит потому, что мы позволили людям пренебречь определенными существенными издержками или даже поощряли их в этом “.

В мире признано, что захоронение и сжигание отходов – тупиковые технологии. Это, безусловно, не значит, что они не развиваются и не используются в настоящее время. Другой вопрос, насколько осознаны и продвигаются в той или иной стране идеи необходимости возвращения в производственный и биологический циклы тех материалов, к которым мы относимся как к отходам.

В целом, за последние годы стратегия управлениями отходами претерпела существенные изменения. Взят ориентир на уменьшение количества образующихся отходов, развитие методов их утилизации и снижение потока захораниваемых отходов, в том числе, за счет создания таких условий, при которых захоронение отходов становится экономически невыгодным. Большое внимание уделяется расширению заготовительной сети и повышению качества сбора отходов.

Известно, что система раздельного сбора компонентов ТБО развита в европейских странах, таких как Дания, Голландия, Германия и др. Показателен тот факт, что только первоначальные инвестиции на создание системы раздельного сбора, сортировки и обработки с целью повторного использования стеклянной и пластиковой тары в пяти новых федеральных землях (б. ГДР) составили около 2 млрд. марок.

Способ захоронения (являющийся доминирующим в существующий практике очистки Москвы от бытовых отходов), с экономической точки зрения, является неэффективным, требуя колоссальных бюджетных затрат. И эти издержки ничем не оправданы с экологической точки зрения: происходит безвозвратная потеря невосполнимых природных ресурсов в виде таких компонентов ТБО как пластиковая и металлическая тара, стекло и макулатура. Как выбрать из ТБО источники ценных вторичных материалов? Можно либо построить завод по механизированному извлечению компонентов ТБО, либо применить раздельный сбор отходов в источниках накопления. Оба эти способа не противоречат и не исключают друг друга.

Варианты сбора вторичного сырья в разных странах и территориях могут быть различными в зависимости от местных условий: мусоросборники вблизи дома, специализированные центры сбора вторичного сырья, платные центры сбора. В зависимости от варианта сбора мусора выбирается транспорт для его перевозки. На этих стадиях активно действуют частные компании, которые более мобильны, чем государственные службы. Следующий этап – выбор типа и мощности перерабатывающего предприятия: ряд небольших локальных заводов, крупная компания территориальной единицы или транспортировка сырья на крупное региональное перерабатывающее предприятие. При этом, формирование экологической инициативы населения рассматривается как один из определяющих факторов развития системы селективного сбора отходов.

После разделения ТБО на фракции, каждая из фракций поступает на последующую технологическую стадию – стадию переработки в конечный продукт. На основании данных, из 540 000 м3
можно получить (ориентировочно) следующие количества ценных товарных продуктов.

– 50 000-60 000 т биологической массы – компоста в качестве экологически чистого природного органического удобрения для всех видов почв.

– 10 000-12 000 т – стеклоизделий.

– 10 000-11 000 т – железа и железных изделий.

– ~ 7 000 т – пластических масс и изделий из них способом экструзии или литья.

И это еще далеко не полный перечень ценных товарных продуктов

Среди упаковочных материалов, используемых как вторсырье, алюминий составляет 47%, бутылки для газированной воды – 17%, стальные консервные банки – 15%, стекло – 11% (цифры приведены для США). Стекло обычно перерабатывают путем измельчения и переплавки (желательно, чтобы исходное стекло было одного цвета). Стеклянный бой низкого качаства после измельчения используется в качестве наполнителя для строительных материалов (например, т.н. «глассфальт»). Во многих российских городах существуют предприятия по отмыванию и повторному использованию стеклянной посуды. Такая же, безусловно, положительная практика существует, например, в Дании.

Зарубежный опыт однозначно свидетельствует: повторная переработка стекла приносит большую прибыль. Поэтому высокая эффективность переработки стекла принимается a priori, учитывая более низкую стоимость в России людских ресурсов, энергозатрат и транспортно-заготовительных расходов. Важно отметить, что стеклобой может быть предметом экспорта в страны ЕЭС.

Стальные и алюминиевые банки переплавляются с целью получения соответствующего металла. При этом выплавка алюминия из баночек для прохладительных напитков требует только 5% от энергии, необходимой для изготовления того же количества алюминия из руды, и является одним из наиболее выгодных видов «ресайклинга» (рециклинга).

Бумажные отходы различного типа уже многие десятки лет применяют наряду с обычной целлюлозой для изготовления пульпы – сырья для бумаги. Из смешанных или низкокачественных бумажных отходов можно изготовлять туалетную или оберточную бумагу и картон. К сожалению, в России только в небольших масштабах присутствует технология производства высококачественной бумаги из высококачественных отходов (обрезков типографий, использованной бумаги для ксероксов и лазерных принтеров и т.д.). Бумажные отходы могут также использоваться в строительстве для производства теплоизоляционных материалов и в сельском хозяйстве – вместо соломы на фермах.

Переработка пластика в целом – более дорогой и сложный процесс. Нужно отметить, что для вторичной переработки используются не все типы полимеров, а лишь некоторые: ПВД (полиэтилен высокого давления); ПНД (полиэтилен низкого давления); ПЭТ (полиэтилентерефталат); П/П (полипропилен); ПСМ, УПМ (полистирол). Из некоторых видов пластика (например, PET – двух- и трехлитровые прозрачные бутылки для прохладительных напитков) можно получать высококачественный пластик тех же свойств, другие (например, ПВХ) после переработки могут быть использованы только как строительные материалы. В России переработка пластика производится в незначительных количествах, в основном в Ленинградской области, Волго-вятском регионе. В Москве рециклинг пластика налажен слабо.

Что касается переработки пластика, который считается малорентабельным, то было бы ошибочным экономику зарубежной переработки автоматически примерять к России, заранее предрекая ее невыгодность. Анализ показывает: цены на отечественные полимерные материалы вплотную приблизились к зарубежным, а подчас и опережают их. А вот затраты на сбор и переработку пластиковых отходов у нас будут в несколько раз ниже , если учесть фактическую разницу в заработной плате и стоимости энергоресурсов. Поэтому вторичная переработка пластиковых отходов может стать для отечественного бизнеса поистине золотым дном. Ясно также: для того, чтобы заработал цивилизованный экономический механизм, нужна поддержка на период становления и просто добрая воля со стороны городских властей.

Основной проблемой в переработке вторсырья является не отсутствие технологий переработки – современные технологии позволяют переработать до 90% от общего количества отходов – а отделение вторсырья от остального мусора (и разделение различных компонент вторсырья). Существует множество технологий, позволяющих разделять отходы и вторсырье. Самая дорогая и сложная из них – извлечение вторсырья из уже сформировавшегося общего потока отходов на специальных предприятиях. Более простые технологии извлечения тех или иных компонент из потока ТБО могут и должны применяться, например, обогащение ТБО с целью повышения его энергетической ценности и устранения нежелательных элементов перед мусоросжиганием. Более прогрессивные технологии извлечения вторсырья подразумевают ту или иную форму участия общественности – организацию центров по сбору вторсырья или его покупки у населения, мероприятия по раздельному сбору отходов на улицах с помощью специальных контейнеров или организацию системы раздельного сбора отходов на бытовом уровне.

C 1996 года на территории Российской Федерации при финансовой поддержке Агентства США по Международному Развитию (АМР) реализуется проект в области охраны окружающей среды РОЛЛ – Распространение опыта и результатов. РОЛЛ обеспечивает механизмы тиражирования и распространения положительных результатов, достигнутых в ходе реализации российско-американской Программы по Природоохранной Политике и Технологии (ПППТ), начатой в 1992 году Агентством США по Международному Развитию. РОЛЛ поддерживает внедрение методов и подходов в области охраны окружающей среды, доказавших свою эффективность, для широкого распространения позитивного опыта за пределы регионов, где они были непосредственно разработаны. Начиная с 1998 года, РОЛЛ привлекает российские организации и коллективы исследователей, имеющие собственный опыт в данной сфере деятельности и достигшие положительных результатов в реализации природоохранных проектов. Эти инициативы должны отвечать основным требованиям проекта РОЛЛ: наличие положительного опыта, который мог бы быть перенесен на другие территории Российской Федерации, высокая эффективность при низких затратах, соответствие стратегическим задачам РОЛЛ в рамках приоритетных направлений.

2.5.1 Современное состояние рециклинга ТБО в России.

По статистическим данным предприятия Госснаба СССР производили в конце 80-х годов из разных отходов товары на сумму около 900 млн. полновесных советских рублей. В связке с заготовителями работали специализированные перерабатывающие предприятия Госснаба и других ведомств: в целом по России более 100 предприятий по производству бумаги, картона и кровельных материалов работали на макулатуре, заготовленной от населения и компактных источников (типографий, торговых центров и др.). С использованием вторичного текстиля делали сукно на солдатские шинели, катали валенки, производили великолепные чистошерстяные паласы. Были широко распространены пункты приема стеклотары и т.п.

К середине 90-х годов созданная в те времена государственная инфраструктура сбора и переработки вторичных материалов была развалена.

Сейчас в новых экономических и социальных условиях создание подобной системы, необходимость которой не дискутируется, потребует иных подходов. Организацию заготовительного процесса следует начинать с работы с населением, поскольку прежде всего степень заинтересованности людей будет определять успех селективного сбора. Нужно разработать стимульные и бесстимульные методы сбора, ориентированные на различные специфические группы населения. В то же время, без участия частных компаний, готовых вкладывать собственные средства в развитие инфраструктуры сбора, реализация проектов сбора и последующей утилизации ТБО представляется маловероятной. Обязательное условие – четкая организация процесса сбора и постепенное, ступенчатое выделение вторичного сырья сначала по одной- двум позициям (например, только макулатура, а затем макулатура и металлическая тара и т.д.), а также замкнутость цепочки, т.е. полученное продукции из отобранных отходов. При этом, решающим моментом в определении стратегии привлечения жителей к селективному сбору будет экономический фактор: цена приема вторичного сырья на перерабатывающем предприятии. Роль федерального центра должна заключаться в подготовке условий для их успешной реализации проектов селективного сбора и рециклинга ТБО, и, прежде всего, формировании нормативно – правовой и налоговой базы, способствующей становлению рынка вторичного сырья.

2.5.2 Компостирование как разновидность утилизации ТБО.

Компостирование – это технология переработки отходов, основанная на их естественном биоразложении. Наиболее широко компостирование применяется для переработки отходов органического – прежде всего растительного – происхождения, таких как листья, ветки и скошенная трава. Существуют технологии компостирования пищевых отходов, а так же неразделенного потока ТБО.

В России компостирование с помощью компостных ям часто применяется населением в индивидуальных домах или на садовых участках. В то же время процесс компостирования может быть централизован и проводиться на специальных площадках. Существует несколько технологий компостирования, различающихся по стоимости и сложности. Более простые и дешевые технологии требуют больше места и процесс компостирования занимает больше времени..

Конечным продуктом компостирования является компост, который может найти различные применения в городском и сельском хозяйстве.

Компостирование, применяемое в России на т.н. механизированных мусороперерабатывающих заводах, например, в Санкт-Петербурге, представляет из себя процесс сбраживания в биореакторах всего объема ТБО, а не только его органической составляющей. Хотя характеристики конечного продукта могут быть значительно улучшены путем извлечения из отходов металла, пластика и т.д., все же он представляет из себя достаточно опасный продукт и находит очень ограниченное применение (на Западе такой «компост» применяют только для покрытия свалок).

Заключение

В России слабо развита перерабатывающая промышленность, слабо ведется работа по подготовке и воспитанию населения по раздельному сбору отходов, не организована система сбора вторичных ресурсов, не оборудованы в населенных пунктах места для сбора вторичных ресурсов (металл), не везде налажена система вывоза образующихся отходов, слабый контроль над их образованием. Это влечет за собой ухудшение состояния окружающей среды, негативное воздействие на здоровье человека.

Очевидно, что ни одна технология сама по себе проблемы ТБО не решит. И МСЗ и полигоны являются источниками выбросов полиароматических углеводородов, диоксинов и других опасных веществ. Эффективность технологий можно рассматривать лишь в общей цепочке жизненного цикла предметы потребления – отходы. Проекты МСЗ, на борьбу с которыми общественные экологические организации потратили много сил, в нынешней экономической ситуации еще долго могут так и оставаться проектами.

Полигоны еще длительное время останутся в России основным способом удаления (переработки) ТБО. Основная задача – обустройство существующих полигонов, продление их жизни, уменьшение их вредного воздействия. Лишь в крупных и крупнейших городах эффективно строительство МСЗ (или мусороперерабатывающих заводов с предварительной сортировкой ТБО). Реальна эксплуатация небольших МСЗ для сжигания специфических отходов, больничных, например. Это предполагает диверсификацию как технологий переработки отходов, так и их сбора и транспортировки. В разных частях города могут и должны применяться свои способы удаления ТБО. Это связано с типом застройки, уровнем доходов населения, другими социально-экономическими факторами. С целью дальнейшего сокращения загрязнения окружающей среды отходами и экономии природных ресурсов за счет использования отходов, необходимо административным округам разработать целевую программу “Отходы” основными направлениями которой должны быть:

· проведение паспортизации отходов любого природопользователя с четким определением их опасности и сертификации.

· создание необходимых условий для сокращения объемов образования отходов, повышение уровня их использования и предотвращения на этой основе загрязнения окружающей среды, путем совершенствования правовых, экономических) организационно-управленческих, нормативно-методических и других регуляторов образования, использования и размещения отходов.

· использование существующего промышленного потенциала округов для переработки образования отходов, участие в финансировании программ направленных на снижение образования отходов, их переработки.

Организация производств, базирующихся на переработке вторичного сырья бытовых отходов даже в масштабе отдельного города (тем более – области) способна:

· сравнительно быстро себя окупить и приносить прибыль,

· улучшить экологическую и санитарно-гигиеническую обстановку в регионе,

· вдохнуть жизнь в простаивающие производства и обеспечить новые рабочие места,

· расширить ассортимент местных товаров широкого потребления.

Итак, по мнению ведущих российских и зарубежных специалистов наиболее современным экологическим и экономическим требованиям соответствует комплексная технология переработки ТБО, соединяющая воедино комбинацию процесса сепарации и сортировки ТБО, процессов экологической биотехнологии, высокотемпературной переработки определенной фракции ТБО (при t +1200- 1400°С в течении 4-7 часов и захоронение не утилизируемой и экологически безопасной фракции ТБО).

Библиографический список

1. А.А. Дрейер, А.Н. Сачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, А.В. Миронов. «Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка», 1997.

2. Н.Г. Овсяницкий, Экологические аспекты похоронной деятельности // Информационный сборник, “Экология городов”, м., 8., 1996.

3. А.Н. Сачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, О высокотемпературной переработке твердых отходов во Владимире // Информационный сборник. Экология городов, М., 8, 1996.

4. Л.А. Федоров, Диоксины, как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы, М., Наука, 1993.

5. И. Винокуров, Экологический бюллетень. “Чистая земля”, Специальный выпуск, №1, 1997.

6. В. Ульянов, О существующих методах обезвреживания твердых бытовых отходов // Экологический бюллетень “Чистая земля”, Владимир, Спец. выпуск, №1, 1997.

7. М.И. Мягков, Г.И. Алексеев, В.А. Ольшанецкий, Твердые бытовые отходы, Л-д, Стройиздат, 1978.

8. Л. Штарке, Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс, Пер. с немец., к.х.н. В.В. Михайлова, Л-д, Химия, (Лен. отд.), 1987.

9. Л.Кенуорси. Как убедить предприятия уменьшить количество промышленных отходов. Руководство для граждан. – М.: Информ – РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1995.

10. Государственный комитет Российской Федерации охране окружающей среды. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1998 году».