Рекуперация, вторичнаяпереработка, хранение и использование твердых отходов. Оценка технологий
Миллионы тонн промышленных отходов образуются врезультате жизнедеятельности крупнейших индустриальных центров России. К нимежесуточно добавляются отходы коммунально-городского хозяйства, включая твердыебытовые отходы. Совокупный рост объемов ТПО и ТБО составляет примерно 5% в год.С другой стороны, при развитии мощностей по переработке отходов существенновозрастает потребность в площадках для новых установок. Уже в настоящее времяпроблема размещения стала основным сдерживающим моментом в развитии производствпо переработке ТПБО. В большинстве стран Европы и Северной Америки управлениепотоками ТПБО включает ряд обязательных этапов. К их числу относятся: программыпо снижению объемов образования ТПБО, широкое внедрение их вторичногоиспользования, применение соответствующих фракций ТПБО в качестве сырья дляосновных производственных процессов, утилизация энергетического потенциалаотходов, захоронение остатков ТПБО, не обладающих никакими полезными свойствамина экологически нейтральных полигонах.
Фактически формула обращения с ТПБО в развитыхстранах воплощает принцип устойчивого развития и может быть кратко представленаследующим перечнем операций:
- редукция;
- вторичноеиспользование;
- переработка;
- извлечение энергии;
- захоронение остатков.
Полнота осуществления данной формулы в различныхстранах определяется конкретными экологическими, сырьевыми, демографическими идругими условиями. В целом европейскими странами принята в настоящее времястратегия, в соответствии с которой возобновляемые источники энергии, к числукоторых относятся ТПБО, должны составлять в их энергобалансе 10-15% к 2010 году.
В РФ создано московское государственное предприятиеМГП «Промотходы». Основными направлениями деятельности МГП являются:
- создание общегородской системы централизованногоудаления и переработки всех видов отходов промышленных предприятий, а такжеэкологически опасных отходов и вторичных материальных ресурсов от объемовкоммунального и жилого секторов г. Москвы;
- развитие системы экологического контроля, правовогорегулирования, нормативно-методического и информационного обеспечения обращенияс отходами;
- координация работ, направленных на сокращениепромышленных отходов города и др.
В связи с разнообразием веществ и материалов,подпадающих под категорию ТПБО, и различными технологиями и переработки донастоящего времени не существует единого подхода к созданию типового перерабатывающегозавода. Сейчас стратегии управления ТПБО осуществляются посредствомхимико-технологических систем удаления отходов, которые фактически являютсяинструментом их воплощения. Структура такой ХТС является прямым отражениемэкономической и экологической политики государства.
Так, во многих регионах РФ, странах СНГ, частиВосточной Европы и в развивающихся странах реальные ХТС включают две основныхсистемы — источник ТПБО и свалку. В большинстве экологически развитых стран ХТСудаления ТПБО включают спектр методов и производств, позволяющих осуществлятьиндивидуальную переработку и обезвреживание различных ингредиентов. Вместе стем, все современные ХТС включают полигоны захоронения ТБО, куда поступаютнепрореагировшие остатки от переработки отходов.
Таким образом, при выборе методов и оборудованияпереработки твердых отходов существенную роль играют их состав, количество,цена и экологическая безопасность. В РФ вторичную переработку осуществляют почетырем основным вариантам: обезвреживание,извлечение полезных веществ, уничтожение и захоронение. Анализ соответствующих процессов позволилсформировать основное требование к их разработке: технологический процессдолжен потреблять минимальное количество реагентов и энергозатрат, а продуктвторичной переработки должен обладать потребительской ценностью.
1. Обезвреживаниетвердых отходов
Для обезвреживания твердых отходов часто применяютметод их капсулирования, заключающийся в обволакивании токсичного отходаинертной пленкой, например, стеклообразной или полимерной. Используемый методпереплавки отходов заключается в выжигании вредных компонентов, формированииновой структуры вторичных материальных ресурсов и их потребительских свойств:размеров, цвета и т.п. Химические методы позволяют получать из отходов новыепродукты: твердые органические отходы путем гидрирования превращают в жидкое игазообразное топливо. Использование цемента для фиксации отходов является внастоящее время наиболее распространенным методом. Технология применяется дляотходов, содержащих воду, которая необходима для реакции цементирования.Недостаток метода — увеличение объема отходов и возможная деградация цементапри низких значениях рН. Применяется для неорганических отходов, особеннотяжелых металлов, а также радиоактивных веществ. Для фиксации с использованиеморганических полимерных материалов готовится смесь отходов с соответствующимисмолами или мономерами, затем вводится катализатор, обеспечивающийполимеризацию и создание объема фиксированного материала. Обычно отходы несвязываются химически с полимером. Происходит микрообвалакивание органическойоболочкой. Для обработки отходов обычно используются формальдегидные, виниловыеи полиэстеровые соединения. Такой монолит обладает сопротивлением на сжатие науровне бетона. Недостаток метода — возможность появления ядовитых паров впроцессе полимеризации.
2.Извлечение ценных компонентов из BMP
Для извлечения ценных компонентов из BMP используют методы экстрагирования и кристаллизации.Экстрагирование — извлечение из твердого вещества одного или нескольких компонентовс помощью растворителя. При этом извлекаемые компоненты переходят из твердойфазы в растворитель. Для последующего выделения целевого компонента из смеси сэкстрагентом применяют выпаривание или ректификацию. Используются следующиеосновные типы экстракторов: смесительно-отстойные, колонные и центробежные. Кристаллизация — выделение твердой фазы в виде кристаллов израстворов или расплавов. Процесс характеризуется переходом вещества из жидкойфазы в твердую вследствие изменения его растворимости. Далее выделенныйкристаллический продукт подлежит вторичному использованию, а фильтратподвергается дальнейшей переработке.
Принцип действия установки по очистке грунта отнефти и нефтепродуктов основан на использовании интенсивной виброкавитационной экстракции загрязнений, содержащих нефть и нефтепродукты, споследующим разделением пульпы на чистый и извлеченную нефть. В качествеэкстрагентов могут использоваться различные вещества, в частности, вода, нефть,углеводороды. При проведении работ на морском побережье — соленая морская вода.
В конструкции установки применяется специальноразработанный экстрактор, обладающий высокой производительностью иэффективностью, а также оригинальный узел для последующего отделения грунта отнефти и нефтепродуктов.
Установка массой не более 2,5 т ипроизводительностью 1 т загрязненного грунта в час имеет модульную конструкцию.Тип модулей и их количество определяются видом и степенью загрязненностигрунта. Габаритные размеры модуля установки составляют: ширина -2 м, длина -2м, высота — 3 м. Расход воды не превышает 200 кг на 1 тонну исходного грунта,затраты электроэнергии — 10 кВт в час.
Способ экстракции обеспечивает степень очисткигрунта не менее 99% и высокую производительность процесса при компактностиоборудования. Технология является безотходной и экологически чистой. Возможносоздание передвижной очистной установки, что позволяет использовать ее приликвидации последствий аварий, в частности на нефтепромыслах и нефтепроводах.
Существенным достоинством метода является то, чтоизвлекаемые из грунта нефтепродукты можно применять повторно, например, в видетоплива. По сравнению с зарубежными технологиями данный метод обеспечиваетснижение эксплуатационных затрат в 3-4 раза и капитальных — в 10 раз.
Схема кристаллизатора с принудительной циркуляцией суспензии приведена на рис. 3. Циркуляция создаетсямешалкой. Кристаллизатор с естественнойциркуляцией раствора представлен нар и с. 4.
Дальнейшая переработка твердых отходов ведется воборудовании для сушки жидких, пастообразных и сыпучих продуктовхимической, пищевой, медицинской, микробиологической, стройматериалов, горнодобывающейи смежных с ними отраслей промышленности, а также для сушки осадков сточных води отходов различных производств.
АО «НИИХИММАШ» разработана сушильная техникаширокого назначения, используемая, например, в качестве финишного оборудованияпроцессов экстракции и кристаллизации. Ниже приведены схемы и техническиепоказатели таких аппаратов.
Вальцевые сушилки типа «вн» предназначены для сушки суспензий и текучих паст.
Рабочей поверхностью является цилиндрическийобогреваемый валец, установленный на двух опорах и снабженный регулируемымприводом для вращения. Исходный продукт наносится тонким слоем на рабочуюповерхность и снимается специальным ножом в виде пленки или чешуек. Время сушкисоответствует одному обороту вальца. Сушилки могут поставляться комплектно.Исполнение: одно- и двухвальцевые, открытые и герметизированные с чугунными илихромированными вальцами.
Диаметр вальца, м: от 1,2 до 2.
Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 25до 2000. Обрабатываемые продукты: мездровый клей, гербициды, кормовые белки ит.д.
Распылительные сушилки типа «рц» и «рф» предназначены для сушки растворов и суспензий,обеспечивают интенсивное испарение влаги при кратковременном пребываниипродукта в зоне теплового воздействия.
Представляют собой цилиндрическую камеру сконическим днищем. В верхней части установлены центробежный распылитель илифорсунки и устройство для подвода теплоносителя. Получаемый продукт в видепорошка не требует дополнительного измельчения.
В качестве теплоносителя используется подогретыйвоздух или дымовые газы от сжигания мазута или природного газа.
Диаметр камеры, м: 1-2, 5-3, 2-4-5-6, 5-8-10-12,5.
Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 10до 25000.
Обрабатываемые продукты: минеральные и органическиесоли, катализаторы, пигменты, красители, кормовые белки, ферменты, сточные водыи др.
Сушилки с вращающимся барабаном типа «бн» предназначены для сушки кусковых и зернистыхматериалов, в том числе комкующихся и рассыпающихся паст. Представляют собойгоризонтальный цилиндр, установленный на опоры для его вращения и снабженныйсоответствующим приводом. Сушка осуществляется горячими газами.
Корпус барабана снабжен рядом насадок лопастного илицепного типа, обеспечивающих перемешивание и перемещение материала вдольбарабана при активном тепломассообмене.
Диаметр корпуса, м:0,5-1-1,2-1,6-2,0-2,2-2,5-2,8-3,0-3,2-3,5.
Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 10до 25000.
Обрабатываемые продукты: минеральные удобрения,угольные горнохимические и металлургические концентраты, каолин, мел, осадкибытовых и промышленных стоков, доменные шлаки, шламы, кокс, гипс, доломит,песок, щебень, полимеры в порошке и гранулах, лигнин, отходы животноводческогопроизводства, деревопереработки и т.д.
Вальцеленточные сушилки типа «ел» и «лс»предназначены для сушкипастообразных продуктов. Представляют собой двухступенчатую установку,включающую вальцевую и ленточную части. Вальцевая часть выполнена в видеребристого обогреваемого цилиндра, установленного на опоры с приводом длявращения. Продукт прижимным валиком впрессовывается в канавки, подсыхает втечение одного оборота и специальным ножом-гребенкой удаляется из канавок ввиде кусочков или палочек, затем передается на бесконечную ленту. Ленточнаячасть представляет собой короб, где размещена бесконечная лента, калориферы длянагрева воздуха и циркуляционные вентиляторы.
Сушилки типа «вл» и «лс» самостоятельно используются для сыпучих,гранулированных и волокнистых материалов. Они позволяют строго регулироватьвремя пребывания продукта в аппарате, влажность и температуру теплоносителя иматериала, изменять поток теплоносителя: прямоток, противоток, смешанный и т.д.
Диаметр вальца, м: от 0,8 до 1.
Ширина ленты, м: 0,8-1,0-1,2-2-3.
Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 100до 1500. Обрабатываемые продукты: пигменты и наполнители после фильтров,таблетированные материалы и т.д.
Сушилки роторные вакуумные типа «рв» предназначены для сушки жидких, пастообразных исыпучих продуктов от органических растворителей или продуктов токсичных илипожаровзрывоопасных по своим химическим свойствам. Сушилки «рв» периодическогодействия представляют собой обогреваемую горизонтальную цилиндрическую илибиконическую емкость, внутри которой помещен ротор, мешалка с лопастямиразличной конструкции, в том числе с ножевыми и размольными.
Сушилка работает под вакуумом до остаточногодавления 50 мм рт.ст., что обеспечивает высокие скорости сушки при невысокихтемпературах нагрева. Это обстоятельство важно для сушки термонестойкихматериалов.
Достоинством сушилок «рв» является абсолютнаягерметичность, экологическая чистота, надежность в работе и обеспечениевысокого качества готового продукта, минимальные энергозатраты.
Объем корпуса, м3: 0,3-1,6-4-6-10-30.
Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 5до 500.
Обрабатываемые продукты: полиамид, поликарбонат,полиэтилен, по-ливинилхлорид, порошкообразный полисульфон, экстракт полифенола,кальнитиновая кислота, 2-хлорбензойная кислота, хлористый натрий, хлористыйкалий, метилглюкамин.
Сушильные аппараты взвешенного слоя с инертнымносителем «пи» предназначеныдля сушки сыпучих зернистых и порошкообразных продуктов. Проектируютсяиндивидуально во всех элементах соответственно гидродинамическим свойствамобрабатываемого материала.
Сушильные аппараты с псевдоожиженным слоем работаютна принципе активного продува слоя материала в режиме, создающем расширение слояматериала. Подобный режим характеризуется высокой интенсивностьютепломассобмена и соответственно высокой производительностью.
Аппарат представляет собой вертикальнуюцилиндрической формы камеру. В нижней части камеры установлен газоподвод сгазораспределительной решеткой, на которую засыпается слой инертных частиц.
Сушильные аппараты НИИХИММАШа с инертным носителемимеют универсальное применение и способны обрабатывать широкий диапазонпродуктов жидкотекучих, пастообразных и сыпучих.
Готовый продукт получается в виде порошка иличешуек. Объем корпуса, м3: 1,5-6-20.
Производительность по испаренной влаге, кг/ч: от 50до 1000. Обрабатываемые материалы: красители, ферменты, наполнители, органика идр.
Часто после сушкимелкодисперсных порошков в целяхснижения пы-ления подвергают уплотнениюна различных видах оборудования:барабанные, тарельчатые, роторные, брикетные и др. грануляторы. На р и с. 6.показан окомкователь порошков роторный ОПР, а ниже приведена его техническаяхарактеристика. Применение окомковате-ля целесообразно перед выгрузкойвысушенного порошка или пыли на ленту транспортера или в емкость. Обработаннаяпылевая масса приобретает вид гранул размером от 1 до10 мм и влажностью 7-15%, которыене создают вторичного пыления при перевозке транспортными средствами общегоназначения, при захоронении в отвалы или иной подготовке к утилизации.Окомкователь может применяться в черной и цветной металлургии, промышленностистроительных материалов, машиностроении, химической промышленности.
Технические характеристики ОПР-200
Производительность по пыли м3/ч до 3
Температура пыли, °С до 100
Диаметр корпуса, мм 200
Число оборотов ротора, об/мин 350
Мощность привода, кВт 5,5
Габаритные размеры, LxBxH, мм1300x744x554
3. Использование твердых отходов в качествевторичных энергетических ресурсов и вторичных материальных ресурсов
Термические методы уничтожения твердыхBMP позволяют использовать энергетический потенциалотходов, а в случае комплексной переработки извлекать из продуктовтермообработки различные вещества, применяемые в основной или смежной отраслях.Процесс осуществляют в термических реакторах различных конструкций. Недостаткомметода сжигания является образование сопутствующих топочных газов, подлежащихдополнительной очистке. В ряде случаев при термической переработке твердыеотходы подвергают пиролизу — высокотемпературному превращению органическихсоединений, сопровождающееся их деструкцией и вторичными процессами.Образующиеся продукты используются как жидкое и газообразное топливо.
Переработка отходов с целью использования ихэнергетического потенциала без нанесения экологического ущерба окружающей средепредставляет собой сложную энерготехнологическую проблему. К таким ВЭРотносятся отходы химической и термохимической переработки углеродистого илиуглеводородного сырья, древесные отходы в лесной, деревообрабатывающей ицеллюлозно-бумажной промышленности, отходы химических производств,представляющие собой смеси различных веществ и др., разделение которыхэкономически нецелесообразно.
Большого экономического эффекта достигают приприменении систем, вырабатывающихили полностью обеспечивающих себя электроэнергией,кислородом, сжатым воздухом и теплом. Избытки электроэнергии, тепла и продуктовразделения воздуха используют для нужд коммунально-городского хозяйства. Схематакого энерготехнологического агрегата с применением печей Ванюковапредназначена для переработки твердых бытовых и промышленных отходов в барботируемомрасплаве шлака.
Сущность технологического процесса переработки ТБО впечи Ванюкова заключается в высокотемпературном разложении компонентов рабочеймассы в слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1350-1400 °С ивыдерживании их в течение 2-3 секунд, что обеспечивает полное разложение всехсложных органических соединений до простейших компонентов. Барботажосуществляется за счет подачи через стационарные дутьевые устройстваокислительного дутья.
ТБПО рассматривается как топливо с теплотворнойспособностью 1500-1800 ккал/кг при влажности 51,7%.
Плавка осуществляется автогенно без добавлениятоплива на дутье, обогащенном кислородом до 50-70%.
Комплекс по утилизации отходов позволяетперерабатывать шихту без предварительной сортировки и сушки со значительнымколебанием по химическому и морфологическому составу за счет универсальностиплавильного агрегата.
Экологическая безопасность достигается за счетотсутствия на выходе из печи высокотоксичных соединений и применения системыочистки газа, имеющей запас по пропускной способности и рассчитанной наулавливание практически всех возможных вредных соединений, встречающихся вбытовых и промышленных отходах и образующихся при их переработке.
ТБПО и флюсы поступают на завод автотранспортом.Материалы взвешиваются и проходят дозиметрический контроль.
В результате плавки образуются газы, содержащиепродукты сгорания и разложения ТБО, и шлак, состоящий из силикатов и оксидовметаллов. Возможно образование донной фазы, содержащей черные и цветные металлы.
Шлак после водной грануляции поступает напредприятия стройиндустрии или на строительство автодорог.
Донная фаза отливается в слитки и отправляется напереработку на предприятия черной и цветной металлургии.
Газы охлаждаются в газоохладителе с получением параэнергетических параметров, очищаются от пыли, возгонов, вредных примесей исбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.
Уловленная пыль, в зависимости от содержания в нейкомпонентов, отправляется или потребителю, или возвращается в оборот — на переработкус ТБПО.
Модули, кроме МПВ-30,полностью обеспечивают себякислородом, сжатым воздухом, теплом и электроэнергией. Избыток электроэнергии,тепла и продуктов разделения воздуха используется для нужд населения ипромышленных предприятий. Теплом отработанного пара турбогенератора взависимости от мощности модуля можно отапливать от 3 до 30 гектаров тепличныххозяйств. Шлак используется для изготовления строительных изделий, а также длястроительства дорог. Из отходящих газов печи Ванюкова, по желанию заказчика,возможно получение товарной угольной кислоты и метанола. Условная экономияземельных площадей при переработке 120 тыс. тонн ТБО в г. Рязани.
Научно-производственной фирмой «Термоэкология» иакционерным обществом «ВНИИЭТО» разработана технология и оборудование длятермической переработки и утилизации твердых бытовых, промышленных ибольнично-медицинских отходов. Используемая для переработки и утилизацииотходов технология «ПИРОКСЭЛ» обеспечивает:
- возможность безоотходной высокотемпературной переработкиотходов, в том числе токсичных и с высокой влажностью;
- очистку отходящих газов от пыли, соединений хлора ифтора, тяжелых металлов, окислов серы, азота и т.д.
- полное уничтожение образующихся в процессепереработки диоксинов и фуранов;
- производство полезного продукта в виде различныхстроительных материалов-теплоизоляционных, отделочных и конструкционных.
Метод высокотемпературной переработки отходов«ПИРОКСЭЛ» базируется на комбинировании процессов «сушка» — «пиролиз» — «сжигание» «электрошлаковая обработка» и предусматривает соответствующееаппаратурное оформление. Основное технологическое оборудование включаетплавильную электропечь, пиролизную шахту, сушильный барабан с загрузочнымустройством. Отходы подаются через загрузочное устройство и сушильный барабан впиролизную шахту и плавильную электропечь, последовательно проходя через сушку,пиролиз, окисление углерода и обработку жидким шлаком. В результате происходитразложение отходов на шлак, металл, пиролизные и дымовые газы. Подогрев шлакаосуществляется графитовыми электродами, которые подключены к источнику питания,при этом состав шлака регулируется добавкой флюсов. Слив шлаков и металлаосуществляется периодически через дозирующие отверстия с последующейгрануляцией.
В процессе переработки образуются газы двух типов:пиролизный и дымовой. Пиролизные газы проходят по замкнутому рециркуляционномутракту, включающему циклон, холодильник и дымосос. Пиролизные газы возвращаютсяв подсводовое пространство электропечи для сжигания.
Дымовые газы из подсводового пространстванаправляются в реактор, фильтр, скруббер и через дымосос и дымовую трубувыбрасываются в атмосферу.
Все оборудование объединено в единыйпроизводственный комплекс.
Переработка отходов и получение из ее продуктовстроительных и других материалов осуществляется наследующих производственныхучастках:
— участке по термической переработке отходов;
- участке по производствупирозита;
- участке по производствуметаллической фибры;
- участке по переработкерезинотехнических изделий;
- участке по переработкекоагулянта и пигмента;
- участке по переработкегальваностоков.
Технологии всех производственных участковвзаимосвязаны. Объединяющим является принцип безотходности производства:продукты переработки отходов на одном производственном участке являются либотоварной продукцией, либо исходным материалом для переработки на другомучастке. В конечном итоге из твердых бытовых, медицинских и ряда промышленныхотходов производятся: пористый наполнитель, красящие пигменты и резиновая крошка.Избыток тепла, образующийся в результате работы установок комплекса,используется для переработки загрязненного снега и отопления производственныхпомещений.
Первый из подобных комплексов — Региональныйэкологический центр ЮВАО г. Москвы — создан и успешно работает на территорииЮго-Восточного административного округа столицы. Производительность центра — 25тыс. тонн отходов в год.
Относительно низкая себестоимость оборудования, атакже возможность реализации получаемых в результате переработки отходовматериалов, определяют срок окупаемости комплекса в 2,1 года.
ОАО «Уральский институт металлов» предложенытехнологии комплексной переработки железосодержащих отходов предприятийчерной металлургии и сухой грануляции шлака с утилизацией еготепла. В основу комплексной технологии заложены отработанные в отечественной изарубежной металлургии процессы. Технологическая схема включает термическоеобезмасливание мелкой окалины из вторичных отстойников прокатных цехов,сгущение и частичное обезвоживание шламов, агломерацию и холодное или горячеебрикетирование отходов в различном сочетании с добавками с целью полученияпродуктов, удовлетворяющих требованиям доменного и сталеплавильного переделов.При необходимости отходы с повышенным содержанием цинка могут бытьметаллизованы с попутной отгонкой и улавливанием оксида цинка. Схема имеетблочную структуру и может быть реализована по частям, в том числе и напредприятиях с неполным металлургическим циклом. В зависимости от видов,количества, физических и химических свойств образующихся отходов, имеющегосязадействованного и резервного оборудования в основных и вспомогательных цехах,а также на близрасположенных предприятиях, комплексная технологическая схемаподлежит корректировке с целью максимального учета местных условий иминимизации дополнительных капитальных затрат.
Преимущества технологии:
- полное использованиетекущих железосодержащих отходов;
— возможность утилизации заскладированных отходов изшламонакопителей;
- снижение потребности впривозном сырье;
- высокое качество получаемых продуктов и ихэффективное применение в производстве;
- максимальное использование резервныхпроизводственных площадей и оборудования при минимальных дополнительныхкапитальных затратах;
- уменьшение затрат на содержание отвалов и улучшениеэкологической обстановки;
- высокая экономическая эффективность и быстраяокупаемость затрат.
Предлагается также технология и установка длягрануляции жидких шлаков воздухом с утилизацией до 45-50% тепла расплава.Производительность установки изменяется в пределах 1,5-4,0 т/час. Конструкцияузла распыливания обеспечивает проработку 100% жидкой части без образованиякорок и настылей и снижает энергозатраты на дробление шлака до 0,7-0,8 кВт-ч/т.Получаемый гранулят имеет средний фракционный состав: более 5,0 мм — 0,2-0,5%;2,5-5,0 мм — 20-25%; 1,25-2,5 мм — 40-50%; 0,63-1,25 мм — 30-35%; менее 0,63 мм- остальное.
При грануляции самораспадающихся шлаков происходитих стабилизация и исключается образование пыли при охлаждении гранул. Отработанныйвоздух обеспыливается и передается на регенерацию тепла. Вредных газообразныхпродуктов не выделяется. Весь процесс осуществляется в автоматическом режиме.
Тепло шлака утилизируется в виде горячей воды, параи горючего воздуха. Соотношение между объемами утилизаторов могут меняться вшироких пределах.
В зависимости от химического состава исходного шлакагранулят может быть использован в агломерационном производстве, цементнойпромышленности, в дорожном строительстве, сельском хозяйстве и т.п. Грануляцияспособствует повышению гидравлической активности шлаков.
Технология сухой грануляции опробована наЧереповецком и Осколь-ском металлургических комбинатах, Верх-Исетскомметаллургическом, Се-ровском и Актюбинском ферросплавных заводах.
В производстве стекла и стеклянного волокна твердыеотходы могут достигать 50-70%, а в производстве стеклянного волокна отходысоставляют не менее 15-30% от выпуска годной продукции. Задачи промышленнойэкологии, требования к малоотходным производствам и технологии стекловаренияпредопределили основные варианты рационального использования получаемых отходовкак вторичных материальных ресурсов. Неоднородный состав отходов, ихспецифические свойства создают основные трудности повторного их использования впроцессах стекловарения. Комплекс проведенных исследований в Московскомгосударственном университете инженерной экологии позволил разработатьоригинальные методы промышленной рекуперации отходов.
Способ рекуперации отходов стекловолокна путем переплавки, включающий кучевую загрузку через окно 1 отходов12, их варку при температуре °С, гомогенизацию расплава и термическуюгрануляцию, осуществляют в реакторе с двойным сводом. Реактор снабженплавильным бассейном 11, каналом кондиционирования 10, узлами подачи топлива 2,7 и воздуха 5. Каналы ввода воздуха и топлива снабжены устройствами дляизменения угла их наклона, нижняя часть составного свода 6 в конце плавильногобассейна выполнена с наклоном под углом 25±45°. Термический гранулятор 9выполнен со штуцерами ввода и вывода охлаждающей воды и снабжен форсункой смеханизмом регулирования угла наклона относительно вытекающей струистекломассы. Термическое гранулирование струи стекломассы ведут при ее вязкости105-109 Пз струей воды под давлением 0,15-0,3 МПа присоотношении струи расплава стекломассы и воды 1,4-2 и соударяющихся под углом45-80° на высоте, равной 15-30 диаметров отверстия питателя. Применение вреакторе двойного свода с теплообменником 5 и фильтра 3 позволяет эффективноиспользовать тепло отходящих газов 4 и снижать перепад температур между верхними нижним строением плавильного бассейна, что резко снижает выбросы в атмосферуиз расплава вредных и дефицитных компонентов и значительно улучшает структуруполучаемых гранул. Диаметр получаемых гранул колеблется от 2 до 4 мм.Производительность по гранулам составляет 10 т/сут.
Оптимальные условия в объеме отходов и получаемомрасплаве, минимальные потери при сгорании топлива и стабилизация химическогосостава стеклогранул, соответствующего требованиям на сырьевые материалы длястекловарения, позволили по сравнению с имеющимися решениями снизить расходтоплива на 40%, повысить производительность в 2,5-3 раза и значительно снизитьвыбросы в окружающую среду соединений бора. Экономия минерального сырья приподготовке стекольной шихты с использованием специально переработанных отходовосновного производства достигает 30%.
Способ рекуперации отходов стекловолокна путем их механического измельчения в сочетании с термообработкой при температуре450-830 °С в туннельной илибарабанной печи и последующимрезким охлаждением заключается в следующем. Стеклянные нити в мягкой и твердойфазах, прошедшие операции сбора, транспортировки и сортировки направляются в туннельную печь в виде слоя определенных размеров и подвергаюттермообработке при температуре 450-830 °С. При этом размеры слоя обеспечиваютравномерный отжиг отходов и удаление органического или неорганического покрытияих поверхности по всему объему.
Подготовленные таким образом отходы подают в камеруохлаждения с целью резкого снижения их температуры. Охлаждение осуществляют засчет термического удара при перепаде, равном Тсг, где Тег — температурасгорания наиболее термостойкого компонента покрытия стеклянных нитей или ихотходов. Резкий перепад температур вызывает спонтанные структурные изменения вобъеме переработанного материала, происходит его разупрочнение и наблюдаетсяэффект массового самоизмельчения отдельных волокон отходов. Далее отходы спониженной по сравнению с до операции резкого охлаждения прочностью наистирание и излом направляются в установку для их измельчения, например, вмолотковую дробилку. Процесс измельчения ведет при отношении твердой фазы кмягкой, большем не менее чем в 3 раза отношения твердой фазы к мягкой передтермообработкой. Дополнительно может осуществляться ввод возвратного стеклобоя визмельчитель или в печь отжига, количество которого может изменяться вдиапазоне 2-45% от массы отходов. Ввод возвратного стеклобоя в измельчительосуществляется с целью интенсификации процесса измельчения отходов. В этомслучае стеклобой выполняет роль дополнительных помольных тел. Одновременнорешается вопрос вторичного использования стеклобоя. Ввод возвратного стеклобояв печь отжига используется при наличии в стекле кусков размером более 30-70 мм.За счет термоудара такие куски разрушаются на фракции с размером 1-15 мм,которые затем направляются в измельчитель в качестве помольных тел и длядополнительного их измельчения до фракции с максимальным размером 0,8-1,0 мм.
Технико-экономический эффект от использования этогоспособа рекуперации выражается в увеличении производительности процесса в1,4-1,7 раза, снижении энергозатрат на 32-43% и уменьшении загрязненииокружающей среды. Использование в стекловарении порошка из отходов целевогопродукта путем его добавки в качестве комплексного компонента в традиционнуюпорошковую или компактированную шихту позволяет экономить до 45% дорогостоящегоминерального сырья.
На основе разработанных технологий вторичнойпереработки промышленных и бытовых отходов стекла и стекловолокна полученыновые материалы и изделия, отвечающие в полной мере требованиям экологическойэкспертизы и промышленного дизайна: стеклогранулят, стеклопорошки, стеклянныемикрошарики и полые микросферы, воднодисперсионные краски, облицовочнаястеклоплитка различной фактуры и оттенков и другие материалы.
Создание новых лакокрасочных композиций с повышеннойпрочностью, термостойкостью и износостойкостью, малым тепловым расширением инизкой стоимостью становится возможным благодаря разработке новых составов, вчастности, применению наполнителей с улучшенными свойствами.
Такими уникальными характеристиками обладаютмелкодисперсные системы, состоящие из сферических частиц стекла с размерами от3 мкм до 400 мкм. Гранулометрический и химический составы наполнителей являютсяосновными критериями для выбора конкретной области их использования. Идеальнаяформа поверхности, отсутствие острых кромок обеспечивают равномерноераспределение напряжений вокруг частиц и улучшение механических ипотребительских характеристик наполненных материалов.
Предложен состав антикоррозионной композиции,предназначенной для обработки и восстановления покрытий днища кузова легковыхавтомобилей, а также для защиты от коррозии химического и нефтегазовогооборудования. За счет введения в битумную основу стеклянных наполнителейувеличивается гидрофобность и адгезионная способность, возрастает ударнаяпрочность и термостойкость покрытия, а также повышается проникающая способностьнаносимой композиции. Композиция рекомендована также в качестве клея для различныхконструкционных материалов.
Разработано аппаратурно-технологическое оформлениелинии для производства воднодисперсионной краски различного назначения. Вкачестве наполнителя 2 латексной основы используются микрошарики, микросферы, атакже порошки из промышленного и бытового стеклобоя. В смесителе 1 происходитперемешивание всех компонентов 3, необходимых для получения воднодисперсионнойкомпозиции. Полученный состав накапливается в бункере 4 и с помощьюоборудования по дозированию 5 и расфасовке 6 направляется в бункер храненияготового продукта.
Воднодисперсионная композиция наносится на бетонную,оштукатуренную, кирпичную, деревянную и другие поверхности без предварительнойих подготовки. Срок службы покрытия по сравнению с аналогом возрос в 3-7 раз.
Предлагаются к реализации также составырефлектирующих эмалей и мастик, в которых светоотражающую функцию выполняютстеклянные микроизделия.
В НПО «Радон» переработке подвергаются радиоактивныеотходы средний и низкой активности.
В целях экономии объема хранилищ и обеспечениябезопасности при длительном хранении твердые РАО перед захоронениемподвергаются переработке сжиганием и прессованием. Сжигаются горючие отходы:древесина, бумага, ветошь, спецодежда, биологические отходы и т.п. Коэффициентсокращения объема — 60-80. Образующаяся зола отверждается методомцементирования, превращаясь в монолитные блоки. Высокоэффективная системагазоочистки обеспечивает надежную защиту атмосферного воздуха.
Прессованию подвергаются негорючие отходы или те,сжигание которых нецелесообразно ввиду содержания опасных веществ:металлоизделия, резина, пластмасса, лабораторное оборудование. Коэффициентсокращения объема — 4-8.
Крупногабаритные и свехпрочные конструкции поступаютна захоронение в индивидуальных контейнерах без переработки. Пустоты,образующиеся в хранилище между упаковками с РАО, заполняются цементнымраствором.
Жидкие РАО подвергаются различным методам очистки иобезвреживания, позволяющим сконцентрировать радиоактивные вещества в маломобъеме. На конечной стадии они переводятся в твердые формы, безопасные придлительном хранении.
Особенности переработки РАО по данной технологии:
- способность перерабатывать отходы сложногоморфологического состава с содержанием негорючих компонентов до 40%;
- относительно малые объемы отходящих газов и малыеуносы радиоактивности из печи;
- высокая степень сокращения первоначального объемаотходов;
- получение конечного продукта в виде плавленогохимически стойкого материала.
Технические характеристики
Производительность по твердым горючим отходам, кг/ч 200
Производительность по жидким горючим отходам, кг/ч 40
Максимальная температура в зоне плавления, °С 1650
Габариты, мм:
диаметр подовой части 1100
высота шахты 5000
Объем отходящих газов печи, м3 1500
Расход охлаждающей воды, м3 35
Коэффициент сокращения объема 10-100
Эффективность системы газоочистки:
по аэрозолям 99,5
по радионуклидам 99,5
4. Санитарноезахоронение отходов
Санитарное захоронение отходов являетсяальтернативой современной практике сброса ТПБО на открытые свалки. Концепцияметода нацелена на создание полигонов как экономически нейтральныхпроизводственных объектов. Она включает следующие основные принципы:максимальное использование рабочего объема полигона; контроль состава отходов,поступающих на захоронение; учет реальной массы, поступающей на захоронение;минимизация негативного влияния ингредиентов отхода на биосферу и др..
Санитарному захоронению подлежат отходы,обезвреживание которых нецелесообразно по экономическим соображениям илитехнически затруднено. Причем наземное складирование вновь образуемых твердыхотходов недопустимо. Существующие отвалы, например, фос-фогипса, являютсяпотенциальным сырьем для стекольной промышленности.
Полигон для захоронения отходов должен бытьобустроен природоохранными техническими средствами, обеспечивающими перехватводных и газовых эмиссий, формируемых структурой отходов. К этим средствамотносятся: противофильтрационный экран в основании полигона, система дренажадля сбора фильтрата в основании полигона, система дренажа для отводаповерхностного стока с прилегающих территорий, система откачки и очисткисвалочного фильтрата, газодренажная система, система откачки и обезвреживания газовыхэмиссий, непроницаемый поверхностный рекультивационный экран.
Принцип максимального использования рабочегопространства предполагает реальное доведение плотности ТПБО не ниже 0,8 т/м3и реализацию высотной схемы складирования. Средние затраты захоронения отходовв 1978 г составляли 110-340 $/т, химическая фиксация в твердое состояниеувеличивает затраты примерно на 200 $/т, фиксация отходов капсулированием — на100 $/т.
5. Экологическая оценкавлияния промышленности на природу
Оценка природоохранительной деятельности предприятийпроизводится по различным показателям: достигаемой степени очистки вредныхвыбросов; уровню загрязнения окружающей среды; капитальным и эксплуатационнымзатратам на экобиозащитную технику и т.д..
Существуют нормы абсолютного количества вредныхвеществ на 1 т готовой продукции. В качестве критерия оценки можнорекомендовать индекс относительной токсичности массы, применяемый в химическойпромышленности:
/>
где ПДК1и /7ДК) — предельно допустимые концентрации вещества, соответственно принятого за эталони сравниваемого.
При помощи индекса относительной токсичности иконцентрации вещества в выбросе С можно рассчитать относительную токсичностьединичного li, ln и суммарного lN выбросов:
Общий индекс относительного загрязнениясреды определяется по формуле
/>
/>
где /ft, /Jv, /$ — индексы относительной токсичности выбросов ватмосферу, воду и на поверхность литосферы; а, р — коэффициенты, характеризующие перенос загрязняющих веществ в поверхностные илигрунтовые воды с учетом фильтрации, сорбции, трансформации.
ОТМ выбросов определяется с учетом объемовединичного, группового и суммарного выбросов:
/>
где Mh Мп, MN — единичная, групповая и суммарная токсичные массы выбросов; Ц, Vni VN — единичный,групповой и суммарный объем выбросов. Общий баланс ОТМ технологическогопроцесса
/>
где Мс+ Мв — масса отходов,поступающих в окружающую среду с газовыми выбросами и сточными водами; I Мн — масса нейтрализованных отходов; 1Мр — масса рассеянных отходов.
Относительная экологичность процесса, объекта, предприятияи т.д. определяется по формуле,%,
/>
где 1,2-индексы, характеризующие величинылибо до и после внедрения нового аппарата, метода, процесса, либо передочистными сооружениями и после них.
Для облегчения дальнейших расчетов и получениякритериев, численно сопоставимых с принятыми в других методиках, выбирают ПДК) — 1 мг/л для гидросферы.Значение единичной ПДКдля атмосферного воздуха ПДКав рассчитывается из известной системы уравнений:
/>
где ПДКав,ПДКвт ПДКв — предельно допустимые концентрации соответственно в атмосферном воздухе, ввоздухе промышленных помещений и в водоеме. ПДК для воздуха выражается вмиллиграммах на кубический метр, для воды — в миллиграммах на литр. При решенииэтой системы получаем:
/>
В качестве единицы ОТМ принята условная единица 1етм, соответствующая загрязненности 1 м3 природной или техногеннойсреды 1 кг ОТМ.
Оценивая уровень загрязнения окружающей среды,необходимо иметь в виду, что для одной природной сферы на основаниисуществующих санитарных норм обязательно соблюдение условия
/>
Если в сточных водах, выпускаемых с предприятия вводоем, присутствуют одновременно загрязняющие вещества, относящиеся кразличным группам по лимитирующим показателям вредности, следует вначалепривести их к суммарным значениям ОТМ внутри каждой группы, а затем к общейОТМ:
/>
Сопоставление частных ОТМ в выбросах в водоем погруппам вредности позволяет выявить, по каким именно веществам создаетсянеблагоприятная обстановка в водоеме и требуется принятие мер. ОТМ каждойгруппы веществ, отнесенная к площади водосбора в единицу времени, представляетсобой модуль химического стока в единицах ОТМ с площади Fпромышленной площадки:
/>
который в сопоставлении с модулеместественно-ионного стока характеризует нагрузку на окружающую среду висследуемом районе.
Так как токсичность вещества для живых организмов — одно из проявлений его активности, можно сделать чрезвычайно важный вывод оналичии пока еще не исследованной коррелятивной связи между его токсичностью иэксергией и далее токсичностью химических веществ, элементов, ионов и ихэнергетическими характеристиками. Это дает возможность определять в дальнейшемПДК не эмпирическим путем, как это делается в настоящее время, а на основестрогих термодинамических характеристик, большинство из которых табулировано.
6. Экономическаяэффективность безотходных производств
При безотходном производстве рациональноиспользуются сырье и энергия и не оказывается вредного влияния на окружающеепространство. Экономический эффект в этом случая образуется за счетнепосредственного возвращения сырья в производство Эн в.предотвращения социально-экономического ущерба от загрязнения окружающей средыЭу и снижения затрат на добычу сырья ЭР:
/>
Непосредственный эффект от использования отходовпроизводства
/>
где Z- замыкающие затраты на данный вид продукции; л — количество используемых отходов; f — коэффициент,учитывающий количественное соотношение отходов и исходного сырья; Зп — приведенные затраты на вовлечение отходов впроизводственный цикл.
/>
где Ув — возможный ущерб при отсутствииприродоохранных мероприятий, выраженных в стоимостной форме; Уф — фактический ущерб, выраженный в стоимостной форме и существующий в данноевремя.
Региональный эффект ЭР может бытьпредоставлен в виде снижения приведенных затрат на единицу продукции за счетиспользования отходов производства.
Социально-экономический эффект безотходныхпроизводств определяется по комплексному критерию:
/>
где/>-сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного производства:
где 3j — эффект от производства конечной продукции,полученной при внедрении безотходного производства и более полногоиспользования исходного сырья; Э2 — эффект от потребленияконечной продукции, полученной при внедрении безотходного производства и болееполного использования исходного сырья; Э3 — экономия затрат на разведку,добычу и транспортировку отдельного ресурса; Э4 — эффект от комплексного развития региона и совершенствования размещенияпроизводственных сил; Э5 — внешнеторговый эффект; У — ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления; Зп — полныезатраты на осуществление безотходного производства.
При наличии ряда вариантов безотходного производствадолжен быть выбран вариант с наибольшим коэффициентом абсолютнойсоциально-экономической эффективности при равных или близких по значениюнароднохозяйственных затратах.