Утилизация и переработка отходов промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Понятие об отходах и их классификация

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.

Отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования, которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе их переработки. 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. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработки и использования.

Класс опасности отходов устанавливается с целью определения безопасных способов и условий размещения, перемещения, обезвреживания, использования отходов. Класс опасности устанавливается на каждый вид образующихся отходов.

Отнесение отходов к классу опасности может осуществляться расчетным или экспериментальным путем.

Значительную часть отходов нецелесообразно сжигать или подвергать нейтрализации, а необходимо захоронять или складировать в геологических формациях, являющихся природными изоляторами, поскольку при современном уровне науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию и неподдающихся нейтрализации токсичных отходов, и в связи с тем, что их размещение и накопление на земной поверхности представляет серьезную угрозу жизнедеятельности человека и биосфере в целом, а в будущем возможно их использование.

Естественно, что наиболее привлекательными для захоронения и складирования токсичных отходов являются те из названных толщ, в пределах которых уже существуют горные выработки, образованные при добыче соответствующих полезных ископаемых (каменной и калийной солей, строительных материалов). Ибо при этом в распоряжение организаций, которые будут выводить отходы из окружающей среды таким способом, попадет в готовом виде вся инфраструктура горнодобывающего предприятия, необходимая для его функционирования (шахтные стволы, шахтный подъем, вентиляция, надшахтные здания, околоствольные дворы, электроподстанции, все коммуникации). Это существенно удешевляет и упрощает все работы, связанные с захоронением и складированием токсичных отходов в природных изоляторах. И в особенности в тех случаях, когда для этой цели оказываются пригодными уже существующие горные выработки, если их образование не вызывает опасности возникновения в окружающем массиве воздухе и водопроводящих нарушений сплошности.



2.Выбор места размещения хранилищ

Согласно современным требованиям размещение неутилизируемых промышленных отходов должно осуществляться в пределах специальных полигонов, обеспечивавших их изоляцию и экологическую безопасность на такой срок, пока они не станут безвредными для человека или не будут разработаны экономически приемлемые технологии их переработки и последующего использования.

К подземным хранилищам промышленных отходов относятся такие, которые располагаются в удаленных от земной поверхности геологических формациях, обеспечивая долговременную изоляцию отходов от биосферы.

Подземные хранилища являются природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора и размещения отходов (в том числе и токсичных) промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений [31]. Размещение промышленных отходов в хранилищах может преследовать две цели - их последующее использование (хранение) и навечное захоронение.

Количество и мощность хранилищ определяются технико-экономическим обоснованием их строительства.

Подземные хранилища могут создаваться как самостоятельные предприятия или существовать совместно с горнодобывающими предприятиями на его шахтном поле.

В соответствии с классификацией отходов представляется целесообразным рассмотреть необходимые требования к выбору места расположения хранилища, его проектированию, строительству и эксплуатации. При складировании нескольких типов отходов может возникнуть необходимость в размещении каждого из них в отдельной камере (выработке), если они не совместимы друг с другом. Кроме того, следует предусмотреть пути и механизмы доставки отходов, определить последовательность доставки в хранилище, разработать способы нейтрализации, если отходы токсичные, и мероприятия по уборке незапланированного просыпа и пролива отходов [31].

В общем виде подземное хранилище представляет собой сложное сооружение, состоящее из наземного и подземного комплексов и соединяющих их выработок, предназначенных для доставки отходов в хранилище, проветривания и проведения необходимых наблюдений за состоянием выработок и самих отходов.

Подземное хранилище является дорогостоящим сооружением, поэтому оно должно быть ориентировано на прием отходов I, II, III и, при необходимости, IV классов опасности, перечень которых в каждом конкретном случае согласовывается с органами

и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы, заказчиком и разработчиком проекта хранилища, а при размещении хранилища на территории горнодобывающего предприятия - с этим предприятием.

Твердые промышленные отходы IV класса в основе своей являются инертным и нетоксичным материалом. По согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы, гортехнадзора и администрацией горнодобывающего предприятия они могут размещаться в выработанном пространстве в качестве закладки или же при согласо-вании с учреждениями коммунальной службы могут вывозиться на по-лигоны складирования городских бытовых отходов и применяться в качестве изолирующего материала.

Размещение взрывоопасных отходов может представлять опасность при транспортировке, складировании и хранении. Для уменьшения опасности (до размещения отходов в хранилище) целесообразно предусматривать возможные мероприятия по переводу их из одного класса в другой: по переводу из взрывоопасных в невзрывоопасные, из самовозгорающихся в несамовоагорающиеся, из выделяющих при разложении вредные газы в не выделяющие их, из растворимых в воде в нерастворимые [31].

Перевод отходов из одной группы в другую необходимо производить на предприятиях в соответствии с имеющимся оборудованием и технологией. Для уменьшения объема отходов целесообразно, предусматривать обезвоживание или флегматизацию жидких и прессование твердых промышленных отходов на предприятиях - производителях отходов. Высвобождающуюся воду можно пустить в технологический процесс, уменьшив объем отходов и количество доставочных средств.

При малых объемах работ, а соответственно, и малом объеме отходов бывает технически и экономически нерационально обезвоживать и обезвреживать отходы на самом предприятии, выгоднее построить завод по обезвоживанию, обезвреживанию и прессованию отходов.

Помимо геологических формаций, являющихся безусловными изоляторами, для вывода токсичных отходов из биосферы могут использоваться и те толщи, заключенные в них, которые не являются проводниками вод и рассолов. Для этого и в тех, и в других толщах должны существовать природные или создаваться техногенные объекты, пригодные или предназначенные для этой цели.

Основными природными объектами, которые могут использоваться для вывода токсичных отходов из биосферы, являются пласты-коллекторы, освобождающиеся при отборе из них нефти и газа, а также располагающиеся на больших глубинах (5 и более км) толщи трещиноватых пород, сквозь которые не циркулируют воды и рассолы [13].

Возможность использования природных объектов этих двух типов для надежного вывода токсичных отходов из окружающей среды, как правило, не требует дополнительных обоснований, так как полная изоляция их от биосферы существует миллионы лет.

К основным техногенным объектам, пригодных при определенных условиях для использования с той же целью, относятся [13, 31]:

-выработанные пространства, образованные при добыче солесодержащих полезных ископаемых (каменной соли, калийных солей) как через скважины методом подземного выщелачивания, так и шахтным способом;

-выработанные пространства, образованные при шахтной добыче строительных материалов (гипсов, туфов, мраморов) и различных руд;

-выработанные пространства, образованные при подземной выплавке серы и подземном сжигании угля с целью получения газа;

-выработанные пространства, образованные в нетрещиноватых породах специально для захоронения и складирования токсичных отходов (в глинах, в солях, в гранитах, гнейсах и эффузивах);

-зоны разуплотнения, разрыхления и расслоения, возникшие в породной толще над и под выработанными пространствами, образующимися при добыче полезных ископаемых;

-конверсируемые военные объекты различного назначения (ракетные шахты, подземные склады и т.п.);

Во всех геотектонических обстановках неблагоприятные для захоронения ПО условия характерны для районов активизации новейших движений.

Хранилища жидких, пастообразных или растворимых в воде про-мышленных отходов следует размещать на участках со слабофильтрующими породами, характеризующимися коэффициентом фильтрации не более 10 см/с. При необходимости размещения отходов в более прони-цаемых грунтах в камерах хранилища следует предусматривать техни-ческие мероприятия по исключению проникновения отходов в подземные и грунтовые воды, а также по исключению воздействия на отходы грунтовых вод. В качестве таких мероприятий можно использовать тампонаж окружающих пород, создание гидроизоляционного слоя, возведение противофилътрационных завес и т.п. [31].

Для создания подземных хранилищ токсичных промышленных отходов не следует использовать выработанные пространства горных предприятий, расположенных в городах и рабочих поселках или непосредственно к ним примыкающих. Требования к местам спуска в подземное хранилище токсичных промышленных отходов и выхода вентиляционной струи, проходящей через такое хранилище (промплошадка), должны соответствовать «Санитарным правилам» и СНиПам для полигонов по захоронению токсичных промышленных отходов [34, 37].

Подземное захоронение ПО может быть организовано на различных глубинах и в различных гидродинамических зонах литосферы. Согласно этому хранилища подразделяются [31]:

-неглубокие (близповерхностные) - в зоне аэрации и активного водообмена;

-среднеглубокие (промежуточной глубины) - ниже зоны активного водообмена, но не глубже 2000 м, в пределах пласто-вых температур до 50 - 70 °С;

-глубокие - на глубинах свыше 2000 м.

Для обеспечения безопасного функционирования близповерхностных хранилищ из-за опасности загрязнения подземных вод они должны размещаться в объеме геологических тел с низкой гидравлической и диффузионной проницаемостью (в глинах, туфах и т.п.) и создаваться защитные сооружения (системы дренажа, гидрозавес и т.п.).

Среднеглубокое захоронение целесообразно и эффективно в объеме мегаблоков кристаллического фундамента платформ. Наиболее оптимально создание такого рода хранилищ в пределах неглубоко залегающих (500-2000 м) депрессий с незначительной динамикой подземных вод.

Глубокое захоронение промышленных отходов может быть реализовано в разрезе кристаллических образований фундамента и в осадочных породах, перекрытых выдержанными толщами (глинами мощностью от 50 до 100 м и более, стратифицированными соляными толщами).



3.Использование промышленных отходов в качестве заполнителя при рекультивации карьеров

При добыче полезных ископаемых неизбежно образуется большое количество отработанных карьерных выемок, негативно влияющих на различные элементы природной среды: нарушение геоморфологии, гидрологического и гидрогеологического режимов, загрязнение подземных горизонтов, ландшафтные изменения (Таблица 1).

Таблица 1. Классификация негативных воздействий на окружающую среду [32]

Объект воздействия	Проявление
Литосфера	Оползни, оплывание, эрозия склонов и основания выработки, интенсификация карста, просадка лессовых пород; истощение плодородного слоя; изменение микрорельефа; выветривание и обрушивание склонов.
Гидросфера	Нарушение режима и загрязнение подземных вод и малых рек; оседание и провалы поверхности из-за суффозии; заболачивание почвогрунтов; подтопление территории и угнетение растительности.
Атмосфера	Загрязнение воздуха карьерной пылью; возникновение застойных аэродинамических зон; изменение состава воздуха в ареале глубоких карьеров.
Ландшафт	Усиление контрастности рельефа; овраго- и оползнеобразование; смещение пород на склонах; понижение поверхности в прикарьерном пространстве.

Частичный возврат территории в безопасное хозяйственное пользование достигается путем выполаживания откосов, планировки днища, фитомелиорации и заполнением всего свободного пространства выемки карьера. Практически единственной альтернативой природным рекультивационным материалам (кондиционные и отвальные грунты) являются крупнотоннажные промышленные и/или бытовые отходы.

Опасность промышленных отходов предполагает их предварительное обезвреживание и обработку для снижения класса токсичности и перевод из одного класса опасности в другой, например из взрывоопасных в невзрывоопасные, из самовозгорающихся в несамовоагорающиеся и т. д.

При выборе отходов для рекультивации карьеров необходимо учитывать следующие факторы [32]:

-Эколого-гигиенический - допустимость использования с точки зрения безопасности для людей и окружающей среды;

-Ресурсный - наличие достаточного для заполнения карьера количества отхода;

-Реакционная способность - химическая индифферентность компонентов отхода;

-Инженерно-геологический - сходство отхода с природными материалами карьера.

Благодаря медленному протеканию физико-химических процессов происходит трансформация компонентов отходов. Присутствие растворителей и углеводородов приводит к набуханию полимеров, эмульсии и коллоиды которых пропитывают минеральную часть отходов. Гидролиз солей тяжелых металлов приводит к образованию малорастворимых оксидов и гидроксидов. Данные процессы интенсифицируются в результате экзотермических реакций и затрудненного оттока тепла. Содержание отходов в рекультивируемом карьере в течение 5-6 лет приводит к образованию почти однородной резиноподобной массы и достигается детоксикация отходов [32].

Сводная классификация видов работ по рекультивации карьеров с использованием предварительно подготовленных в зависимости от их целевого назначения отходов представлена в Приложении 4.

Таким образом, рекультивация карьеров неутилизируемыми промышленными отходами позволяет проблему их размещения с минимальным экологическим ущербом, при этом достигается уменьшение неблагоприятного воздействия со стороны техногенно нарушенных территорий.



4.Размещение радиоактивных отходов

Захоронение и складирование в геологических формациях, являющихся природными изоляторами, в сочетании с несколькими инженерными барьерами, призванными препятствовать распространению токсичных отходов в окружающую среду, составило основу концепции надежного вывода из биосферы и радиоактивных отходов (РАО) различной активности, принятую МАГАТЭ.

С ориентировкой на нее в США в 80-х годах была произведена разработка могильников для РАО в пустотах от разработки соляных и золоторудных месторождений. В Германии РАО захороняются в соляных и железорудных выработках. В остальных странах Западной Европы, а также в Канаде и на Кубе разработка технологий захоронения РАО в геологических формациях также ведется уже в течение нескольких лет. В последние годы геологические и геофизические изыскания на предмет выбора тех участков недр, в которых существуют природные породные изоляторы, способные безопасно использоваться для той же цели, начаты и в странах Восточной Европы, в странах СНГ (Украина и Белоруссия). При этом первоочередность захоронения в недрах РАО, хотя последние и составляют всего около 1% от общего количества неиспользуемых токсичных отходов, диктуется тем, что при размещении их на земной поверхности, которое в основном осуществляется в настоящее время, они представляют для человечества наибольшую опасность [14].



5.Требования безопасности при организации хранилищ

При решении вопросов обеспечения эксплуатационной надежности горных выработок, специально создаваемых для подземных хранилищ, необходимо учитывать требования СНиП 2.01.55-85 «Объекты народного хозяйства в подземных горных выработках» и одноименной Инструкции, утвержденной Госстроем СССР и Госгортехнадзором СССР в 1984 г.

Для обеспечения безопасного вывода отходов из биосферы при использовании природных и техногенных объектов должны строго соблюдаться определенные условия и ограничения.

Согласно действующим положениям по проектированию и созданию захоронений отходов запрещается их расположение [29]:

-вблизи месторождений пресных подземных, минеральных лечебных, промышленных вод и их водоохранных зон;

-на территории зон охраны курортов;

-на территории заповедников;

-в пределах селитебных и рекреационных зон населенных пунктов.

Кроме того, подземные хранилища не рекомендуется размещать:

-на площадях залегания полезных ископаемых без согласования с органами Государственного горного надзора;

-в зонах активного карста;

-в зонах активизации процесса сдвижения породной толщи от ведения горных работ;

-в массивах, склонных к горным ударам и относящихся к пожароопасным (выделяющих или образующих при контакте с промышленными отходами взрывоопасные или ядовитые газы);

-в пределах сейсмоактивных районов;

-в зонах естественного питания и разгрузки водоносных комплексов;

-вблизи неотектонически активных разломов и дизъюнктивных нарушений в породной толще;

-в районах интенсивной техногенной нагрузки на недра, приводящей к нарушению природной изоляции подземных резервуаров (например, в районах старых нефтяных месторождений, для которых характерно наличие значительного фонда дефектных скважин, являющихся основными каналами вертикальных потоков флюидов);

-в районах, где не исключена возможность проникновения в хранилища поверхностных вод в различных аварийных ситуациях (наводнения, сели, прорывы дамб и плотин водо- и шламохранилищ, оседание земной поверхности под влиянием горных работ и т. п.).

Существенное значение имеет наличие способов и средств, позволяющих при необходимости оперативно и с полной гарантией навечно перекрыть выработки, через которые ПО будут подаваться в выработанные пространства [31].

Исходя из концепции минимизации риска, связанного с возможным негативным воздействием захороняемых токсичных промышленных отходов на окружающую среду, к подземным хранилищам должны предъявляться требования не только общего санитарно-гигиенического характера, но и требования, учитывающие условия их размещения в геологической среде. В рамках такого подхода в случае нарушения герметичности подземных хранилищ и проникновения компонентов отходов из хранилища в геологическую среду их распространение будет определяться особенностями тектонического строения и гидрогеологическими условиями района размещения данных объектов.



6.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.

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 [41]. 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 [41].

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.



7.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.

7.1 Переработка отходов в высокотемпературной шахте

Работниками НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология» Объединенного института высоких температур РАН и АОЗТ «Резонант» был разработан способ. 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 єС), 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 галогенов 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].

7.2 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 єС 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 [1].

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 шихту без предварительной сортировки и сушки со значительными колебаниями по химическому 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.

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.

7.3 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 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 єС, с подачей в зону реактора твердых отходов и воды. В перспективе возможно 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 [40] (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 [39].

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. утилизация промышленный отходы

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 єС происходит образование бромсодержащих ДО, а не их разрушение. Исследования последних лет показали, что только при температуре 1200-1400 єС 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.

Работа установки по высокотемпературной переработке твердых отходов (1500 єС) 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.

7.4 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 SO_Х, P, N₂, H₂SO₄, 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, NO_Х не более 10 мг/м³ [5].

7.5 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 возгорают 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). Для данного вида 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.

7.6 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 [12, 40]. Как утверждает автор работы [17], 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 [17]. 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, 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 [17]. 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 [12].

Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния [17].

Для переработки 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) [15].

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



8.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.

8.1 Механическая очистка сточных вод

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 [25]. 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 [24, 43].

Таблица 2. Грязеемкость различных материалов [43]

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 [25].

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].

...