Утилизация и захоронение твердых и жидких отходов. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии
По агрегатному состоянию отходы разделяют на:
* твердые;
* жидкие.
По источнику образования на:
* промышленные, образующиеся в процессе производства (металлический лом, стружка, пластмассы, пыль, зола и т. д.);
* биологические, образующиеся в сельском хозяйстве (птичий помет, отходы животноводства, отходы растениеводства и другие органические отходы);
* бытовые (в частности, осадки коммунально − бытовых стоков);
* радиоактивные.
Кроме того, отходы разделяют на:
* горючие;
* негорючие;
* прессуемые;
* непрессуемые.
По токсичности отходы подразделяют на пять классов токсичности:
1 − чрезвычайно опасные (бенз(а)пирен, сулема, цианид калия, хром (VI) и др.);
2 − высоко опасные (хлорид меди (II), нитрат свинца и др.);
3 − умеренно опасные (сульфат никеля и др.);
4 − малоопасные (хлорид кальция, диоксид марганца и др.);
5 − нетоксичные.
Определение класса опасности отходов проводится по величине ПДК веществ в почве с учетом их растворимости (S) в воде и содержания веществ (св) в общей массе отходов.
Отходы, которые в дальнейшем могут быть использованы в производстве, относят к вторичным материальным ресурсам.
Например:
* макулатура для производства бумаги;
* бой − стекла;
* металлический лом − металла;
* зола, пыль, шлаки − строительных материалов и конструкций;
* отходы птицеводства и животноводства − органических удобрений;
* молочная сыворотка, пахта − молочные продукты;
* отработанные масла и нефтепродукты − производства масел и т. д.
Твердые промышленные отходы (ТПО) представляют собой, как правило, более или менее однородные продукты, которые не требуют предварительной сепарации по группам для их переработки.
Твердые бытовые отходы (ТБО) у нас в Российской Федерации, напротив, представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и гниющих продуктов, отличающихся по физическим, химическим и механическим свойствам и размерам ТБО.
Каждое производственное подразделение, как правило, характеризуется своим специфическим видом ТПО, представляющим собой смесь различных продуктов, образующихся в процессе производства тех или иных изделий или полупродуктов.
Все твердые промышленные отходы (ТПО) подразделяют на следующие группы:
1. отходы металлоперерабатывающих производственных подразделений;
2. отходы металлургических производственных подразделений;
3. отходы стекольных и керамических производств;
4. отходы при производстве полимерных материалов синтетической химии (в том числе отходы резины и резинотехнических изделий);
5. отходы из природных полимерных материалов (отходы древесины, картона, целлюлозно-бумажные отходы, отходы фиброина, кератина, казеина, коллагена);
6. отходы отопительных систем;
7. волокнистые отходы;
8. радиоактивные отходы.
Твердые бытовые отходы (ТБО) после сепарации (если таковая целесообразна) подразделяют на следующие группы.
А. Отходы из природных материалов (ОПМ):
1. Пищевые (гниющие) отходы;
2. Отходы медицинских, лечебных, научно − исследовательских организаций, в том числе хирургии и стоматологии, а также возможно отходы лечебных ветеринарных учреждений;
3. Полимерные отходы из природных материалов, в том числе отходы древесины, картона, целлюлозно − бумажные, оберточные материалы.
Б. Производственные отходы:
1. Металлические отходы;
2. Отходы отработанных химических источников тока (ОХИТ);
3. Бой стекла и стеклопосуды;
4. Отходы полимерных материалов синтетической химии, в том числе резина и резино − технические изделия и все оберточные материалы и полимерная тара из продуктов синтетической химии;
5. Радиоактивные отходы.
Важнейшим этапом обращения с отходами является их сбор
При сборе отходы разделяют в зависимости от дальнейшего использования, способа переработки, утилизации, захоронения. Это очень важно, так как позволяет существенно упростить и удешевить их дальнейшую переработку за счет исключения или сокращения расходов на их разделение.
После сбора отходы подвергаются переработке, утилизации и захоронению. Перерабатываются такие отходы, которые могут быть полезны.
Например, отработанные масла очищают от продуктов коррозии, абразивного износа, взвешенных частиц иного рода, продуктов термического разложения, вводят присадки и получают масла для повторного использования.
Отходы животноводства, птицеводства, осадки коммунально − бытовых сточных вод, не содержащие тяжелых металлов, могут быть переработаны и использованы в качестве экологически чистых удобрений.
Для этого используют различные способы: биотехнологический (компостирование); химический (аэробный и анаэробно − аэробный); физический (термическая сушка).
Отходы резино − технических изделий, в частности автомобильных шин, подвергают измельчению и вновь отправляют на изготовление этих изделий.
Ртутные дуговые и люминесцентные лампы подвергают демеркуризации и получают ртуть.
Отработанное на атомных станциях ядерное горючее перерабатывают на радиохимических заводах с целью выделения плутония−239 и урана−235 для дальнейшего использования в ядерных реакторах и других целей.
Наиболее важным этапом в процессе последующей переработки и использования бытовых отходов является их разделение уже на стадии иx сбора в местах образования, т. е. непосредственно в жилых зонах.
Отходы должны разделяться на пищевые, бумагу, стекло, пластмасс у и различные упаковки.
Пищевые отходы в дальнейшем могут перерабатываться на корма и органические удобрения, бумажные отходы для производства бумажных изделий и т. д.
Остро стоит проблема применения таких пластмасс и материалов упаковок, которые при сжигании не образовывали бы токсичных веществ, в частности диоксинов, или разлагались в почве под действием естественных биологических процессов.
Переработка отходов − важнейший этап в обеспечении безопасности жизнедеятельности, способствующий защите окружающей среды от загрязнения и сохраняющий природные ресурсы.
Отходы, не подлежащие переработке и дальнейшему использованию в качестве вторичных ресурсов (переработка которых сложна и эконолически не выгодна или которые имеются в избытке), подвергаются захоронению на полигонах.
Перед захоронением на полигоне отходы с высокой степенью влажности обезвоживаются.
Прессуемые отходы целесообразно спрессовывать, а горючие − сжечь с целью снижения их объема и массы.
При прессовании объем отходов уменьшается в 2...10 раз, а при сжигании − до 50 раз.
Сжигание в печах на мусоросжигательных заводах получило широкое распространение. Такие заводы работают во многих странах мира, Москве, Санкт − Петербурге.
Существующие в настоящее время системы сжигания опасных отходов позволяют также использовать теплоту сжигания.
Недостатком сжигания являются значительно большие издержки по сравнению с вывозом на свалку, сбросом в море и захоронением в отработанные шахты.
Однако термический способ уничтожения отходов предпочтительнее складирования их на свалках и полигонах.
При сжигании существуют также серьезные проблемы, связанные с образованием газообразных токсичных выбросов.
Мусоросжигающие заводы должны оборудоваться высокоэффективными системами пыле−, газоочистки.
Отходы складируются на полигонах.
Полигоны бывают различного уровня и класса:
* полигоны предприятий;
* городские;
* регионального значения.
Полигоны оборудуются для защиты окружающей среды, в местах складирования выполняется гидроизоляция для исключения загрязнения грунтовых вод.
Характер оборудования полигона зависит от типа и класса токсичности складируемых отходов.
Полигоны должны располагаться вдали от водоохранных зон и иметь санитарно − защитные зоны.
К сожалению, в России большая часть отходов по-прежнему вывозится на свалки, которые активно загрязняют природную среду.
Переработка и захоронение радиоактивных отходов − одна из наиболее ложных проблем. Сбор, переработка и захоронение радиоактивных отходов осуществляется отдельно от других видов отходов.
Твердые радиоактивные отходы также целесообразно подвергать прессованию и сжиганию на специальных установках, оборудованных радиационной защитой и высокоэффективной системой очистки вентиляционного воздуха и отходящих газов.
При сжигании 85...90% радионуклидов локализуется в золе, остальные улавливаются системой газоочистки.
В ядерном топливном цикле образуется большое количество жидких радиоактивных отходов (ЖРО).
Жидкие отходы для уменьшения их объема подвергают упариванию, при котором основная масса радионукладов локализуется в осадке.
Временно ЖРО хранят в специальных оборудованных емкостях, а затем отправляют на специальные полигоны.
С целью исключения или снижения опасности загрязнения грунтовых вод при окончательном захоронении ЖРО применяют методы их отверждения.
Отходы цементируют с образованием цементного камня, битумируют, остекловывают, включают остеклованные отходы в металлическую матрицу.
Цементирование − самый простой метод, однако закрепление радионуклидов в цементном камне недостаточно надежно, радионуклиды вымываются, камень со временем может разрушиться.
Битумирование обеспечивает надежное закрепление радионуклидов, но при высокой активности отходов выделяется большое количество теплоты радиоактивного распада, и битумный блок может расплавиться (температура плавления битума 130 °С).
Остеклование − наиболее надежный, но и самый дорогой метод.
Для высокоактивных отходов применяют метод включения остеклованных отходов в металлическую матрицу. Для этого из стеклянной массы, полученной на основе ЖРО, получают стеклянные шарики с закрепленными в них радионуклидами, засыпают их в матрицу вместе с легкоплавким сплавом на основе свинца, затем емкость нагревают, металл расплавляется и стеклянные шарики закрепляются в металлической матрице.
Захоронение радиоактивных отходов осуществляют в могильниках в геологических формациях.
Могильники могут оборудоваться в поверхностных слоях почвы, в массивах каменной соли (часто используют отработанные соляные шахты), кристаллических горных породах.
Они должны располагаться в местах, не подверженных наводнениям, селям, оползням, в сейсмически безопасных районах, где нет близко грунтовых вод.
До настоящего времени вопросы утилизации и захоронения радиоактивных отходов полностью не решены.
Утилизация приборов, ПВЭМ, печатных плат
Приборы и печатные платы содержат не только очень много ценных материалов (золото, серебро, редкие металлы), но и много токсичных веществ, например тяжелых металлов.
В составы пластмасс и печатных плат ввода замедлители горения при перегреве на основе хлора и брома, которые могут образовывать при горении чрезвычайно опасные диоксины.
Последними требованиями по безопасности ПЭВМ предусматривается исключение замедлителей горения на основе токсичных компонентов, изготовление элементов конструкций из чистых пластмасс без добавок красителей, минимизация состава применяемых пластмасс и других материалов.
Все эти требования направлены на упрощение дальнейшей переработки и утилизации снятых с эксплуатации ПЭВМ.
Переработка отходов электронной промышленности осуществляется путём разделения на отдельные однородные компоненты, выделения химическими методами ценных для дальнейшего использования компонентов, направления их для повторного использования.
Малоотходные и ресурсосберегающие технологии
Радикальное решение проблем защиты от промышленных отходов возможно при широком внедрении малоотходных технологий.
Часто используют понятие «безотходная технология».
Это неверный термин, так как безотходных технологий не существует.
Под малоотходной технологией понимается такая технология, при которой рационально используются все компоненты сырья и энергии в замкнутом цикле, т. е. минимизируются использование первичных природных ресурсов и образующиеся отходы.
Малоотходные технологии должны предусматривать:
* снижение материалоемкости изделий;
* использование замкнутых циклов водоснабжения предприятий, при которых очищенные сточные воды вновь направляются в производство; * образующиеся отходы или уловленные газоочисткой вещества должны вновь использоваться при получении других изделий и товаров. Например, уловленные адсорберами растворители при регенерации вновь направляют в производство, из уловленного скрубберами диоксида серы получают товарную серную кислоту или чистую серу.