Промышленные отходы и методы их утилизации

В результате технологических процессов наряду с получением целевых продуктов образуются отходы или остатки, которые в силу состава и несовершенства технологии на современном этапе не могут быть переработаны в готовую продукцию, но в будущем могут утилизироваться.

Далее рассматриваются только твердые отходы, которые подразделяются на промышленные и бытовые. Совокупный рост объемов ТПО и ТБО составляет примерно 5-8 % в год.

Основной тенденцией в сфере управления отходами в развитых странах является их минимизация путем:

- предотвращения или уменьшения образования отходов;

- улучшения качества образующихся отходов, включая уменьшение количества токсичных веществ в них;

- повторного использования, рецикла и восстановления или извлечения полезных компонентов из них.

Проблема твердых бытовых отходов в настоящее время становится все более актуальной. Рост населения и общее повышение уровня жизни привели к увеличению потребления товаров и, как следствие, упаковочных материалов разового пользования, что сильно сказалось на количество ТБО. Ежегодный прирост количества ТБО составляет 3-5 %.

При выборе способа утилизации отходов важно знать их химический состав, влажность, теплотворную способность, растворимость компонентов в воде, плотность и др. характеристики. По степени опасности отходы подразделяются на 4 класса: 1 – чрезвычайно опасные, 2 – высоко опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – мало опасные.

До сих пор основными методами утилизации твердых промышленных и бытовых отходов в большинстве стран является сбор, общая сортировка, вывоз на санитарные свалки (полигоны), извлечение полезных веществ, компостирование, обезвреживание, уничтожение (захоронение).

В некоторых странах (Великобритания, Германия, Франция, США, Швейцария, Италия и др.) стали проводиться работы по раздельному сбору твердых бытовых отходов путем их сортировки населением на несколько видов: пищевые отходы, черные и цветные металлы, стекло, пластмасса, бумага, картон, тряпье и т.д. Для этих целей используются контейнеры, ящики или мешки различного цвета.

Сбор твердых токсичных отходов осуществляется с учетом класса опасности: отходы 1-го класса помещают в тару – в стальные баллоны; 2-го класса – в прочные полиэтиленовые мешки. Сбор жидких токсичных отходов осуществляется в специальные емкости, обеспечивающие герметичность и коррозийную стойкость. Токсичные отходы предприятий подлежат временному хранению на их территории до тех пор, пока не будет разработана технология по их утилизации или не будут созданы региональные полигоны для захоронения этих отходов.

На санитарные свалки (полигоны) вывозят до 90 % ТБО. Достоинствами этого метода являются простота и относительная дешевизна по сравнению с др. методами, недостаток – расход больших площадей, вторичное загрязнение окружающей среды и потеря ценных компонентов ТБО. Полигон размещается в обособленных, свободных от застройки, хорошо проветриваемых местах, исключающих загрязнение окружающей среды, населенных пунктов, зон отдыха и источников питьевого водоснабжения. Альтернативой вывозу на свалки может стать санитарное (контролируемое) захоронение отходов. Концепция метода нацелена на создание полигонов как экономически нейтральных производственных объектов и вклю­чает следующие основные принципы: максимальное использова­ние рабочего объема полигона, контроль состава поступающих на захоронение отходов; учет поступающей на захоронение массы, минимизация негативного влияния ингредиентов отхода на био­сферу и др.

Санитарному захоронению подлежат отходы, обезвреживание которых нецелесообразно по экономическим соображениям или технически затруднено (часто невозможно). Причем наземное скла­дирование вновь образуемых твердых отходов недопустимо. Суще­ствующие отвалы, например фосфогипса, являются потенциаль­ным сырьем для стекольной промышленности.

Полигон для захоронения отходов должен быть обустроен при­родоохранными техническими средствами, обеспечивающими пе­рехват водных и газовых эмиссий, формируемых структурой отхо­дов. К этим средствам относятся: противофильтрацион­ный экран в основании полигона, система дренажа для сбора филь­трата в основании полигона, система дренажа для отвода поверх­ностного стока с прилегающих территорий, система откачки и очистки свалочного фильтрата, газодренажная система, система откачки и обезвреживания (утилизации) газовых эмиссий, не­проницаемый поверхностный рекулътивационный экран.

Принцип максимального использования рабочего пространства предполагает реальное доведение плотности ТПБО до ≥ 0, 8 т/м³ и реализацию высотной схемы складирования. Средние за­траты захоронения отходов составляют 110—340 долл./т, хими­ческая фиксация в твердое состояние увеличивает затраты при­мерно на 200 долл./т, фиксация отходов капсулированием — на 100 долл./т.

Для извлечения ценных компонентов из вторичных материальных ресурсов (ВМР) используют ме­тоды экстрагирования и кристаллизации. Экстрагирование — из­влечение из твердого вещества одного или нескольких компонен­тов с помощью растворителя. При этом извлекаемые компоненты переходят из твердой фазы в растворитель (экстрагент). Для по­следующего выделения целевого компонента из смеси с экстрагентом применяют выпаривание или ректификацию. Используются следующие основные типы экстракторов: смесительно-отстойные, колонные и центробежные. Примером может служить установка по очистке грунта от нефти и нефтепродуктов основанная на использовании экстракции нефтесодержащих загрязнений, с последующим разделением пульпы на чистый «песок» и извлеченную нефть (нефтепродукты). В качестве экстрагентов могут использоваться вода, углеводороды, морская вода.

Кристаллизация — выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Процесс ха­рактеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твердую вслед­ствие изменения его растворимости. Далее выделенный кристал­лический продукт подлежит вторичной переработке, а фильтрат подлежит дальнейшей переработке. Процесс кристаллизации осуществляется в кристаллизаторах с водяным или воздушным охлаждением, а образовавшиеся кристаллы затем проходят сушку в сушилках разного вида.

Метод сжигания твердых отходов позволяет использовать энергетический (топливный) потенциал отходов, а в случае комплексной переработки – извлекать из продуктов термообработки вещества, применяемые в основной или смежной отраслях. Процесс осуществляется в термических реакторах разных конструкций (шахтных, циклонных и др.). Метод имеет как несомненные достоинства – использование теплоты сгорания ТБО для получения энергии и отопления зданий, так и существенные недостатки. – образование сопутствующих топочных газов, для которых необходима качественная система очистки, так как при сжигании ТБО в атмосферу выделяются хлористый и фтористый водород, сернистый газ, оксиды азота, а также диоксины и др. Температура сжигания в камере термического разложения достигает 900-1000°С (1350-1400°С), очистка отходящих газов проводится на электрофильтрах. Таким способом утилизируются отходы химической переработки углеродистого или углеводородного сырья, древесные отходы в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности и др.

Основной целью компостирования является обезвреживание ТБО и переработка в удобрение – компост за счет биохимического разложения органической части ТБО микроорганизмами. Применение компоста в качестве удобрения позволяет повысить урожайность выращиваемых культур, улучшить структуру почвы и увеличить содержание гумуса в ней. Весьма существенным недостатком компоста является высокое содержание тяжелых металлов в нем. Оптимальными условиями компостирования является: рН от 6 до 8, влажность 40-60 %, время компостирования 25-50 ч. Компостирование осуществляется в специальных закрытых бассейнах или тоннелях в течение месяца.

Для обезвреживания твердых отходов часто применяют метод их капсулирования, заключающийся в обволакивании токсично­го отхода инертной пленкой, например стеклообразной или по­лимерной. Используемый метод переплавки отходов заключается в выжигании вредных компонентов, формировании новой струк­туры вторичных материальных ресурсов (ВМР) и их потребительских свойств: размеров, цвета и т.п. Химические методы позволяют получать из отходов новые про­дукты: превращать твердые органические отходы гидрированием и гидролизом в жидкое и газообразное топливо. Наиболее распро­страненный метод фиксации отходов — цементирование — при­меняется для отходов, содержащих воду. Недостаток метода — уве­личение объема отходов и возможная гидратация цемента при ма­лых рН. Применяется для неорганических отходов, особенно тя­желых металлов, а также радиоактивных веществ. Для фиксации с использованием органических полимерных материалов готовится смесь отходов с соответствующими смолами или мономерами, за­тем вводится катализатор, который обеспечивает полимеризацию и создание объема фиксированного материала. Отходы обычно хи­мически не связываются с полимером. Происходит микрообвола­кивание органической оболочкой. Для обработки отходов обычно используют формальдегидные, виниловые и полиэстеровые со­единения. Такой монолит обладает сопротивлением на сжатие на уровне бетона. Недостаток метода — возможность появления ядо­витых паров в процессе полимеризации.

Обезвреживание и захоронение токсичных отходов проводится на специальных полигонах, строительство и эксплуатация которых осуществляется в соответствии с СНиП «Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов». Полигон размещается в обособленных, свободных от застройки, хорошо проветриваемых местах, исключающих загрязнение окружающей среды, населенных пунктов, зон отдыха и источников питьевого водоснабжения. Особое внимание уделяется проектированию дождевой, хозяйственно-бытовой канализации и дренажа. Общая система канализации должны быть бессточной, загрязненная сточная вода должна сжигаться или испаряться. Приему на полигоны подлежат только токсичные отходы 1, 2, 3-го классов опасности.

Наиболее распространенными методами обезвреживания токсичных отходов в настоящее время являются:

- для отходов органического происхождения – сжигание при высоких температурах;

- для неорганических отходов – физико-химическая обработка в несколько стадий.