2. Системы переработки промышленных отходов

Все промышленные отходы и соответствующие им технологии подразделяются на относительно экологически безопасные и экологически опасные. Поэтому для каждого вида отходов существует своя оптимальная технология.

Приступая к разработке технологий использования промышленных отходов, начинают с экологии – прежде всего определяют степень радиоактивности отходов. Затем определяют их химический, зерновой состав и объем. Только после этого определяют возможные виды продукции из них и возможных потребителей.

Любая научно-исследовательская работа должна проводиться на высоком патентном уровне. Зная прототип и аналог, определяют свойства, которыми должна обладать разрабатываемая продукция. Для достижения требуемых свойств продукции обязательно используют методы и технологии компьютерных программ искусственного интеллекта. С их помощью строят математическую модель технологии ликвидации отходов: рассчитывают конкретные технологические параметры, необходимое оборудование,определяют ожидаемый экологотехнико-экономический эффект,место внедрения технологии и потребителей продукции.

Только после этого приступают к физическому моделированию – изготовлению лабораторных образцов и определению их свойств, вы-бору оптимальных технологических параметров для достижения свойств, превышающих патентный уровень. Получив контрольные образцы, составляют заявку на патент, а затем ищут пути внедрения данного изобретения в производство, что в нынешних условиях совсем не просто. Назовем современные технологии переработки промышленных отходов:– применение отходов с целью получения сырья для производства строительных материалов, использующих многотоннажные отходы других производств;

– использование отходов для рекультивации ландшафтов, планировки территорий, подсыпке дорог и др.;

– применение отходов в сельском хозяйстве в качестве удобрений или средств мелиорации;

– комплексная переработка сырья и отходов в качестве вторичных ресурсов для производства новых видов продукции по безотходным, экологически чистым технологиям; – утилизация промышленных отходов. Рассмотрим эти технологии более подробно. Использование отходов для рекультивации ландшафтов. В горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых образуется большое количество пустой породы. Так, при добыче 1 т угля образуется 2–4 т вскрышных пород и около 0,5– 0,8 т отходов обогащения. При добыче 1 т руды в отвалах остается 0,5–0,8 т пустой породы. Для рекультивации ландшафтов и подсыпки дорог используется всего лишь около 10 % общего объема отходов горнодобывающей промышленности.

Применение отходов в промышленности строительных материалов. В этой отрасли ежегодно перерабатывается около 3 млрд т сырья – песка, глин, известняка и других осадочных и изверженных пород. Кроме того, здесь используется около 300 млн т в год различных отходов других отраслей – доменные и сталеплавильные шлаки, шлаки цветной металлургии, золы и шлаки энергетической промышленности, отходы химической и ядерной промышленности и др.

По степени токсичности загрязнителей и отходов выделяют классы опасности: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – высокоопасные; 3 – опасные; 4 – умеренно опасные. Загрязнители 1 и 2 классов относятся к высокотоксичным, а 3 и 4 классов – к общетоксичным.

Так, например, ПДКсс (мг/л) металлов и соединений составляют:

1 класса опасности: BaCO3 – 0,004; V – 0,2; Ni – 0,0002; Pb – 0,0003; Cr – 0,0015;

2 класса опасности: Mn – 0,01; As – 0,003;

3 класса опасности: Sn – 0,02–0,05; Ge – 0,04.

ПДКрз радиоактивных изотопов, бк/л – K, Na, Nb – 0,27; Ba – 0,10; Rb – 0,189.

Кроме того, выделяют коэффициенты геотоксичности (Тл) химических элементов по геохимическим группам.

К супертоксичным (Тл = 15) относят Hg, Cd, Tl, Be, U, Rn, радионуклиды Sr

Высокотоксичными (Тл = 10) являются Pb, Se, Te, As, Sb, B, F, Th, V, Co, Ni

Опасными (Тл = 5) считаются Cu, Zn, S, Bi, Ag, Ba, Mo, Os, Pt, Yn, Ge, Sr, W

В группу общетоксичных (Тл = 1) входят литофильные элементы Ti, Na, K, Ta, Rb, Ca, Si, Nb. Хранение экологически опасных веществ и отходов состоит в их содержании в объектах различных отходов в целях последующего захоронения, обезвреживания или использования.

Нарушение правил хранения радиоактивных, бактериологических и химических веществ и отходов может выражаться, например, в содержании отходов вне объектов их размещения. Захоронение экологически опасных веществ и отходов представляет собой изоляцию отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду.

Место и способ хранения токсичных отходов должны гарантировать:

– отсутствие влияния размещаемого отхода на окружающую среду;

– исключение риска возникновения опасности для здоровья людей;

– недоступность для посторонних лиц хранимых высокотоксичных отходов;

– предотвращение потери отходом свойств вторичного сырья вследствие неправильного сбора или хранения;

– минимизация риска возгорания отхода;

– недопущение замусоривания территории;

– обеспечение удобства проведения инвентаризации отходов и контроля за обращением с отходами;

– обеспечение удобства вывоза отходов с места их хранения.

Складирование токсичных отходов допускается только при невозможности утилизации отходов производства на самом предприятии. При этом необходимо соблюдать следующие правила:

– хранение отходов на открытых площадках производственных территорий или в отдельных помещениях не допускается;

– складирование вне производственной территории также не допускается;

– допускается хранение отходов на усовершенствованных полигонах, шламохранилищах, отвалах густой породы и в специально оборудованных комплексах по их переработке и захоронению.

При этом должны быть предусмотрены изоляция и отдельное хранение отходов в отдельных отсеках. При временном хранении отходов на открытых площадках следует соблюдать следующие условия

– временные склады и площадки должны располагаться с подветренной стороны по отношению к жилой застройке, то есть должна учитываться роза ветров;

– поверхность хранящихся отходов должна быть защищена от воздействия атмосферных осадков и ветров (брезентом, навесом);

– поверхность площадки должна иметь искусственное водонепроницаемое и химически стойкое покрытие (плитка, асфальт, бетон);

– по периметру площадки должны быть предусмотрены обваловка и обособленная сеть ливнестоков либо автоматические очистные сооружения;

– должно быть исключено поступление загрязненного ливнестока с указанной площадки в общегосударственную систему дождевой канализации. Транспортировка радиоактивных, бактериологических, химических веществ и отходов представляет собой их перемещение в пространстве, предпринятое с любыми целями, на любом виде транспорта. При транспортировке токсичных отходов должны выполняться следующие правила:

– транспортировка отходов должна осуществляться при наличии паспорта опасных отходов, специально оборудованных и снабженных специальными знаками транспортных средств, соблюдении правил безопасности к транспортированию опасных отходов на транспортных средствах, наличии документации с указанием количества транспортируемых опасных отходов, цели и места назначения их транспортирования;

– должны соблюдаться система согласованных мер по недопущению транспортных происшествий и аварий, требования к упаковке, маркировке и транспортным средствам и др.

Нейтрализация токсичных отходов

Принципиальным решением экологической проблемы с токсичными отходами является их полная переработка по безотходным экологически чистым технологиям: трансмутантным, биобактериальным, резонансным, синергетическим, нейтрализационным, термическим, композиционным (совместная переработка нескольких отходов) – и по множеству других технологий. При этом экологические проблемы решаются двухэтапно:

I этап – ликвидация токсичности отходов и превращение их в безопасные материалы;

II этап – применение множества обычных существующих технологий производства из полученных материалов ценной продукции с широкой областью применения и высокой эффективностью.

При этом наибольшей эффективностью обладают композиционные технологии – гармоничное объединение нескольких отходов.

Трансмутационные технологии – превращение одних химических элементов в другие под воздействием электромагнитной энергии с оптимальным соотношением магнитных и электрических полей при совместной переработке с другими отходами, являющимися донорами дополнительных электронов и нуклонов.

Биобактериальные технологии – введение в отходы азотосодержащих бактерий и активированного торфа в составе биодинамических компостов, существенно снижающих радиоактивность отходов.

Резонансные технологии – обработка отходов резонансными методами – добавление энергии с частотой колебаний, равной частоте собственных колебаний узлов кристаллических решеток токсичных элементов, что резко увеличивает их амплитуду и приводит в итоге к образованию новых элементов и наночастиц. Синергетические технологии – технологии, основанные на процессах самоорганизации с другими отходами под воздействие мразличных технологических параметров.

Нейтрализационные технологии – нейтрализация токсичных элементов под воздействием добавок различных химических соединений, превращающих токсичные элементы в нетоксичные. Термические технологии – нагрев или плавление токсичных отходов совместно с другими отходами.

Композиционные технологии – смешение токсичных отходов с другими токсичными и нетоксичными отходами на основе анализа их химического состава. Анализ производится в соотношении прохождения между ними реакций нейтрализации и токсичности с добавками кислот, щелочей, при нагревании смесей с получением нетоксичных композиционных материалов.

Так, образцовой композиционной технологией является соединение металлического натрия (взрывоопасного вещества) вследствие его быстрого соединения с водой, газом-хлором (отравляющим веществом) с получением поваренной соли NaCl – вещества,без которого практически не может жить человек.

Существует множество других комбинированных технологий переработки токсичных отходов, но суть их остается единой: сначала нейтрализовать токсичные отходы, а затем изготовить из них экологически чистые материалы и изделия по новейшим технологиям. Переработку отходов осуществляют по основным технологиям:

– совершенствование технологий с минимизацией получаемых объемов отходов;

– переработка отходов с переводом их в нетоксичную форму;

– надежное подземное захоронение отходов.

В настоящее время известен ряд технологий для надежной изоляции и захоронения отходов:

– хранение отходов в специальных сооружениях наземного и слабоуглубленного типа;

– захоронение отходов в специальных подземных сооружениях;

– размещение отходов в глубоких океанических впадинах с застойными режимами перемещения вод;

– размещение отходов в мощных толщах материковых льдов;

– выброс особо опасных отходов с помощью ракет в космическое пространство.

Основными направлениями переработки токсичных промышленных отходов являются:

– захоронение на полигонах и свалках;

– переработка конкретных твердых отходов по заводским технологиям;

– совместное сжигание отходов химических производств с городским мусором;

– пиролиз и раздельное сжигание в специальных печах;

– использование отходов химических производств как готово-го материала для других технологических процессов (в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и др.).

Переработку токсичных промышленных отходов (ТПО) обычно производят:

– сортировка путем грохочения, гидравлической классификации и воздушной сепарации;

– уменьшение размера кусков: дробление, помол;– увеличение размеров частиц: высокотемпературная агломерация, брикетирование, гранулирование и др.;

– термическая обработка;

– смешение;

– обогащение: флотация, отсадка, магнитная и электрическая сепарация;

– выщелачивание, экстрагирование;

– растворение;

– кристаллизация и др.

Вокруг полигона устраивают санитарно-защитную зону с удалением на не менее 3 км от места захоронения. Размещение ТПО под землей в данное время пока наиболее перспективно для тех отходов, которые не могут быть утилизированы или полностью уничтожены путем сжигания, а при накапливании их на земной поверхности представляет реальную угрозу для биосферы.

Подземное захоронение ТПО должно иметь ряд ограничений:

– для высокотоксичных отходов I и II класса опасности размещение их производят только в геологических формациях, создающих природный барьер для выноса подземными водами размещающих веществ и продуктов их взаимодействия с окружающим массивом в биосферу;

– для размещения жидких промышленных отходов используют замкнутые коллекторы, пористые массивы горных пород;– малотоксичные промышленные отходы могут подвергаться захоронению в выработанных пространствах, если отходы не мигрируют в водоносные горизонты. В странах Западной Европы широко распространено подземное захоронение ТПО, так как в недрах в результате добычи различных полезных ископаемых образовалось множество пустот.

При подземном захоронении отходов необходимо учитывать главное – это захоронение временное, что в данный период обусловлено лишь отсутствием эффективных технологий переработки отходов. В будущем такие технологии будут разработаны с получением из них высококачественной продукции. Поэтому уже сей-час необходимо готовиться к их эффективной переработке.

В настоящее время в нашей стране существующие технологии переработки отходов являются недостаточно экологоэкономическиэффективными. Есть наиболее эффективные технологии как для от-дельных видов отходов, так и для сочетания нескольких видов от-ходов с использованием композитных технологий, где одни отходы «помогают» другим получать высокоэффективную, безотходную экологически чистую продукцию.

Концепция безотходного производства включает несколько положений:

1. Создание полностью безналоговых предприятий и технологий для изготовления из отходов высококачественной продукции по безотходным экологически чистым технологиям – экотехнологиям и освобождение от всех налогов потребителей этой продукции.

2. Объединение изготовителей продукции из отходов и потребителей продукции в единый кластер «Росвторресурс» с региональными отделениями с включением в состав представителей академической, отраслевой и заводской науки.

3. Изготовление продукции из одного вида отходов и из объединения нескольких видов по композитным, полностью безотходным технологиям с использованием компьютерных программ искусственного интеллекта.4. Технологии переработки отходов должны обеспечивать полное сохранение равновесия с окружающей средой, не оказывать отрицательного воздействия на нее и здоровье человека. Критерием оценки качества окружающей среды являются ПДК, рассчитанные на их основе ПДВ (предельно допустимые выбросы) и ПДО (предельно допустимые отходы).

Для каждого вида отходов – своя эффективная экология, технология и экономика. Завод по обезвреживанию токсичных отходов предназначен для сжигания и физико-химической переработки отходов в целях их обезвреживания или понижения токсичности, перевода в не-растворимую форму или сокращения объема отходов.

В состав завода по обезвреживанию токсичных промышленных отходов входят:

– цех термического образования твердых, жидких горячих и кислородосодержащих отходов;

– цех физико-химического обезвреживания твердых и жидких негорючих отходов;

– отделение обезвреживания ртутных и люминесцентных ламп.

Термическое обезвреживание отходов представляет собой предварительное измельчение отходов, а затем сжигание в печах при температуре не ниже 1000 °С. После печей продукты поступают в камеру дожигания при температуре 1200–1400 °С, где достигается полное окисление продуктов неполного сгорания. За-тем отходящие газы поступают на очистку, а образовавшийся шлак направляют на захоронение.

Эти пределы целесообразно дополнить: в камере дожигания отходящих газов необходимо поднять температуру до температуры разложения, а образовавшиеся шлаки направлять, в зависимости от их химического состава, на производство строительных материалов, дорог, очистных сооружений или на получение редкоземельных материалов и др.

Целесообразно термическое обезвреживание одних отходов совмещать с обезвреживанием других отходов, а также объединять их для получения новых химических соединений и веществ,что существенно повысит их эффективность