Реферат: Учет и утилизация отходов

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.

2.3. 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].

2.4. 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.

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.

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.

4.1. 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 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 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].

4.2. 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 [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.

4.3. 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 ºС, 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.

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.

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.

4.4. 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, H2SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6