Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» (СГАУ)

Кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности

Реферат

по дисциплине: «Экология»

на тему: «Переработка отходов производства в системе экологической безопасности»

Выполнила: студентка группы № 6401

Борисова Е.А.

Проверил: Морозов В.В.

Самара, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ И СОВРЕМЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ДЕЛ

1.1 Основные понятия и классификация видов отходов

1.2 Современное состояние проблем экологической безопасности в области переработки отходов

2 ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА В СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

• 2.1 Переработка радиоактивных отходов производства
• 2.2 Переработка медицинских отходов производства
• 2.3 Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов
• 2.3.1 Жидкофазное окисление
• 2.3.2 Гетерогенный катализ
• 2.3.3 Пиролиз промышленных отходов
• 2.3.4 Огневая переработка
• 2.3.5 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы
• 2.4 Переработка биологических отходов производства
• 2.5 Переработка промышленных отходов производства
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых масштабных сфер деятельности человека[1]. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, хотя после распада Советского Союза до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. Однако, как и в других странах, технологические процессы промышленного производства небезупречны, в виду этого, происходит негативное влияние на окружающую среду. Оно выражается поступлением в биосферу огромного количества тонн отходов разного состояния, которые наносят непоправимый вред природной среде. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. Поэтому в последнее время всё больше растёт интерес к использованию вторичного сырья в развитых странах мира, который определяется наряду с экономическими соображениями также и жестким экологическим законодательством в отношении переработки отходов производства и потребления[2]. В глобальных масштабах при таком влиянии изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе[3]. Так, лишь по прошествию несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор. Поэтому целью данной работы является рассмотрение основных ныне существующих и перспективных способов утилизации и переработки промышленных отходов.

1 ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ И СОВРЕМЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ДЕЛ

1.1 Основные понятия и классификация видов отходов

отход переработка экологический

Начнём с понятия: Что же такое отходы? Отходы - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые, не являясь конечной целью производственного процесса, образовались при получении готовой продукции, или же полностью или частично утратили свои потребительские свойства[4]. Говоря об отходах, необходимо сказать и об основных их видах. Так, отходами производства следует считать остатки сырья, материалов или полуфабрикатов, образовавшиеся при изготовлении продукции и полностью или частично утратившие свои потребительские свойства, а также продукты физико-химической или механической переработки сырья, получение которых не являлось целью производственного процесса и которые в дальнейшем могут быть использованы в народном хозяйстве как готовая продукция после соответствующей обработки или в качестве сырья для переработки. Отходами потребления считаются различного рода изделия, комплектующие детали и материалы, которые по тем или иным причинам не пригодны для дальнейшего использования. Эти отходы можно разделить на отходы промышленного и бытового потребления. К первым относятся, например, металлолом, вышедшее из строя оборудование, изделия технического назначения из резины, пластмасс, стекла и др. Бытовыми отходами (БО) являются пищевые отходы, изношенные изделия бытового назначения (одежда, обувь и пр.), различного рода использованные изделия (упаковки, стеклянная и другие виды тары), бытовые сточные воды и др.. Это самая крупная и самая общая классификация отходов (рисунке 1). Следует отметить, что в настоящее время нет единой классификации отходов, в которой наиболее полно рассматривался бы ряд взаимосвязанных элементов: количественный и качественный состав отходов, применяемые и предполагаемые методы обработки, санитарно-гигиенические, экологические, а также некоторые градостроительные аспекты.

Рисунок 1.Общая классификация отходов

Рассмотрим несколько классификаций отходов. Первая классификация основана на систематизации их по отраслям промышленности, возможностям переработки, агрегатному состоянию, токсичности и т. д. В каждом конкретном случае характер используемой классификации соответствует рассматриваемым аспектам: складированию, очистке, переработке, захоронению отходов, предотвращению их токсичного воздействия и пр. Самым главным из показателей является степень опасности для человеческого здоровья. Вредными отходами, например, считаются инфекционные, токсичные и радиоактивные. Их сбор и ликвидация регламентируются специальными санитарными правилами. Отходы по данной классификации разделяются на:

· Радиоактивные;

· Медицинские;

· Токсичные(химические);

· Биологические;

· Промышленные[5].

Второй классификацией можно назвать разделение отходов согласно стандарту "Вредные вещества[6]. Классификация и общие требования безопасности". По ней все промышленные отходы (ПО) делятся на четыре класса опасности.

Класс Характеристика вещества (отходов):

· Первый........................................чрезвычайно опасные

· Второй..................................................высоко опасные

· Третий...............................................умеренно опасные

· Четвертый................................................малоопасные

Принадлежность к классу опасности иных по химическому составу отходов можно определить расчетным методом как по летальной дозе ЛД50, так и по ПДК для данного химического вещества в почве, пользуясь математической формулой, справочной литературой (физико-химические константы, их токсичность по ЛД50 и утвержденными Минздравом России гигиеническими нормативами для химических веществ в почве. Ещё одной классификацией промышленных и бытовых отходов может быть представлено то, что все их виды можно разделить по агрегатному состоянию на твердые и жидкие. Твердые -- это отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыли минерального и органического происхождения от очистных сооружении в системах очистки газовых выбросов промышленных предприятий, а также промышленный мусор, состоящий из различных органических и минеральных веществ (резина, бумага, ткань, песок, шлак и т. п.). К жидким отходам относят осадки сточных вод после их обработки, а также шламы пылей минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов. Следующей классификацией отходов является разбиение их на группы по возможности использования: с одной стороны, на вторичные материальные ресурсы (ВМР), которые уже перерабатываются или переработка которых планируется, и, с другой стороны, на отходы, которые на данном этапе развития экономики перерабатывать нецелесообразно и которые неизбежно образуют безвозвратные потери. Некоторые не утилизируемые отходы в силу потери потребительских свойств в настоящее время не могут найти применения в современном производстве. Именно поэтому в современном мире всё больше развивается тенденция вторичного сырья, ведь это не несёт за собой захоронении отходов в земле и сжигании мусора с вредными выбросами в атмосферу, что представляет опасность для окружающей среды. Утилизируемые отходы перерабатываются на месте их образования или на других предприятиях, имеющих соответствующую технологию.

1.2 Современное состояние проблем экологической безопасности в области переработки отходов

На сегодняшний день общая масса вещества, перемещаемого человеком на поверхности планеты, достигла 4 трлн. тонн в год [7]. Из 120 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых в год мировой экономикой, только 9 Гт (7,5 %) преобразуется в материальную продукцию в процессе производства. Подавляющая часть этого количества - более 80 % - потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т. е. в основном возвращается в производство. И только 1,5 Гт составляет личное потребление людей, причем все больше половины этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания. А это значит, что оставшиеся вещества задерживаются на поверхности планеты в виде всевозможных отходов, засоряя окружающую среду.

Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области образования, использования, обезвреживания, хранения и захоронения бытовых отходов приводит к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу и представляет реальную угрозу здоровью современных и будущих поколений страны. Практически для всех субъектов Российской Федерации одной из основных задач в области охраны окружающей среды является решение проблем обезвреживания и переработки бытовых отходов, среди которых наибольшую проблему представляют отходы, образующиеся в жилом секторе из-за сложного морфологического состава и распределенных источников образования. Таким образом, санитарная очистка крупных городов от твердых бытовых отходов жилого сектора является одной из самых сложных и ответственных задач, стоящих перед муниципальными властями. От оперативного вывоза и безопасного обезвреживания отходов зависит безопасность проживания населения и состояние окружающей среды. Вопрос безопасности населения в настоящее время встаёт всё более остро, так как масштабы образования отходов производства и потребления с каждым годом становятся весьма значительными. Например, по данным Росприроднадзора, образование отходов в России в расчете на уровень производства и потребления в 2012 году можно оценить примерно 35- 40 млн. тонн, и практически весь этот объем размещается на полигонах ТБО, санкционированных и не санкционированных свалках, и только 4-5% утилизируется иными способами из-за отсутствия как необходимой инфраструктуры, так и самих предприятий - переработчиков. В стране насчитывается лишь 243 комплекса по переработке ТБО, 53 комплекса по сортировке и только 10 мусоросжигательных заводов. Более 90% от этого объема составляют отходы добычи и обогащения полезных ископаемых. Среди других видов крупнотоннажных отходов можно выделить золошлаковые отходы тепловых электростанций, лом и отходы черных металлов - 23 млн. т, металлургические шлаки - 22,9 млн. т, древесные отходы - 21 млн. м, фосфогипс - 6 млн. т, галитовые отходы - 14,6 млн. т, изношенные шины - 0,7 млн. т, макулатура - 1 млн. т, отработанные нефтепродукты -1,2 млн. т, пиритные огарки - 1,1 млн. т, сульфитные щелоки - 0,65 млн. т, полимерные отходы - 0,4 млн. т, стеклобой (только отходы производства) - 0,41 млн. т, текстильные отходы -- 0,21 млн. т.. Относительное соотношение отходов в процентах показано на диаграмме1.



Диаграмма 1. Относительное соотношение отходов производства

Количество специально обустроенных мест для размещения отходов (полигонов ТБО) в целом по стране около полутора тысяч (1399) в разы меньше, чем даже санкционированных свалок, которых больше 7 тысяч (7153). А количество несанкционированных свалок составляет более 17,5 тысяч, хотя они представляют самую большую экологическую опасность и должны расцениваться как уже накопленный за истекшие десятилетия экологический ущерб. Все указанные объекты размещения ТБО занимают площадь более 50,0 тыс. Га /1/.

2 ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА В СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

После вступления в силу Федерального закона от 27 декабря 2002г. № 184-ФЗ "О техническом регулировании" идет процесс наработки общих и специальных технических регламентов. С гигиенических позиций важно, чтобы в них, в каждом на своем уровне, решались вопросы безопасности для жизни, здоровья населения и окружающей среды. Одним из серьезных вопросов, требующих должного отражения является решение вопросов обращения с отходами производства и потребления. По данным ООН от 25 до 33% регистрируемых в мире заболеваний напрямую связаны с низким качеством окружающей человека среды; в 18% случаев причиной преждевременной смерти являются неблагоприятные условия окружающей среды, из них 1% приходится на негативное воздействие промышленных и бытовых отходов, при том, что производство в современном мире развивается всё больше и больше. Именно поэтому одной из главных проблем в мире становиться переработка производственных отходов.

2.1 Переработка радиоактивных отходов производства

1. Сортировка - проводится на крупных предприятиях, либо при работах по реабилитации радиационно-загрязненных объектов[8]. Обычно РАО разделяются по либо по морфологическому составу (металл, стекло, изоляционные материалы и т.д.), либо по активности (НАО, САО), либо по способам дальнейшей переработки (прессуемые-непрессуемые, горючие-негорючие и т.п.).

2. Прессование - используется для уменьшения объема прессуемых ТРО (теплоизоляция, отработанные фильтры газоочистки, смешанные отходы и др.). Прессование обычно происходит в 100 или 200 литровых бочках. Большинство используемых прессов обеспечивает уменьшение объема в 3-5 раз. Также существуют установки прессования с усилием до 2 МН, т.н. «суперкомпакторы», позволяющие достигнуть уменьшения объема в 10-15 раз.

3. Цементирование - используется, прежде всего, для кондиционирования сыпучих ТРО (зола после сжигания РАО и др.). Обеспечивает включение ТРО в состав цементной матрицы. Обычно используется совместное цементирование ТРО и ЖРО. Может реализовываться как при смешении твердых компонентов с водой, так и пропиткой высокопроницаемым цементным раствором первичных упаковок с ТРО.

4. Сжигание - используется для значительного уменьшения объема сжигаемых органических ТРО (ветошь, органические остатки, илы и др.). Большинство существующих печей также позволяют сжигать органические ЖРО. Разработано большое количество конструкций печей, температура сжигания варьируется от 800 до 1700 0С (плазменная технология). Плазменная технология позволяет также сжигать смешанные ТРО со значительным количеством негорючих РАО. Недостатком данного метода является необходимость тщательной очистки отходящих дымовых газов, что повышает стоимость переработки.

5. Плавление (переплавка) - используется для уменьшения объема загрязненной теплоизоляции (до 100 раз), либо для очистки металлических РАО, загрязненных незначительными количествами радиоактивных веществ. Обычно применяется комплексная технология переработки, включающая несколько методов. На крупных предприятиях существуют большие стационарные комплексы для переработки образующихся ТРО. Из предприятий, не относящихся к ядерному топливному циклу, и эксплуатирующих крупные комплексы для переработки ТРО, можно выделить ГУП «МосНПО «Радон», Ленинградское отделение ФГУП «РосРАО» и филиал СЗЦ «СевРАО». Переработку значительных количеств металлических РАО осуществляет ЗАО «Экомет-С».

2.2 Переработка медицинских отходов производства

Особого внимания требуют медицинские отходы, которые представляют из себя использованные перевязочные материалы, одноразовые шприцы и системы, перчатки, халаты, рентгеновские пленки, инфицированные отходы пищеблоков, зараженная кровь, кожные лоскуты, иссечённые органы, просроченные, фальсифицированные и конфискованные лекарственные препараты и т.д., которые образуются в больницах, поликлиниках, диспансерах, хосписах, медицинских НИИ и учебных заведениях, ветлечебницах, аптеках, оздоровительных и санитарно-профилактических учреждениях, судебно-медицинских и других лабораториях, на станциях скорой помощи и переливания крови и т.д[9]. Данный вид производственных отходов является наиболее опасным в эпидемиологическом отношении, поскольку медицинские отходы содержат патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов, а также могут быть загрязнены токсичными и радиоактивными веществами[6].

Ряд важнейших вопросов безопасного обращения с отходами ЛПУ остаются нерешенными по сей день и даже не обеспечиваются нормативными актами. Это, прежде всего отсутствие единой терминологии по однозначному пониманию состава и опасности отходов ЛПУ, так как нет законодательно закрепленного понятия "медицинские отходы". Хотя после выхода СанПиН 2.1.7.728-99 "Правила сбора, хранения и удаления отходов лечебно-профилактических учреждений" и проведения рекомендуемых ими мероприятий, получилось добиться определенного прогресса в области обращения с отходами лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ).

В настоящее время используются в основном три способа уничтожения медицинских отходов:

1) Пиролиз

Высокий уровень температур, отсутствие свободного кислорода и азота (балласт) в конверторе полностью исключает процессы горения и создает идеальные условия интенсивного протекания чистого процесса пиролиза - термического разложения органической части отходов на газообразный продукт (горючий газ - пирогаз) и твердый мелкозернистый углеродистый остаток - пикарбон.

Пиролизный реактор(Рисунок 2) - это бездымный, не выделяющий резких запахов, не загрязняющий окружающей среды агрегат. Благодаря минимальным выделениям применение данного агрегата практически безопасно для окружающей среды.

2) Метод термо-обезвреживания отходов во вращающихся печах

Для уничтожения больших количеств отходов материалов общего назначения, медицинских, фармацевтических и проч. идеальным оборудованием являются вращающиеся печи (Рисунок 3).

Рисунок 2. Пиролизный реактор



Рисунок 3. Вращающееся печь

Вращающиеся печи обеспечивают долгое время присутствия материала в процессе, хорошую теплоизоляцию, и, благодаря вращению, прекрасное переворачивание массы материала. Это делает вращающуюся систему сжигания отходов идеальным средством для всех видов отходов. Особенно хорошо она работает с отходами с высоким содержанием стекла и окиси кремния, которые могут образовывать шлаки, вызывающие в системах других типов проблемы.

В таблице 1 приведены данные для технического и экономического сравнения пиролиза и вращающейся печи для сжигания.

Таблица 1. Сравнение пиролиза и вращающейся печи для сжигания

Сравнительные показатели	Пиролиз	Вращающаяся печь
Система подачи отходов	? Печи работаю поочередно: одна печь работает, вторая подает. ? Система подачи работает автоматически. Себестоимость низкая.	? Непрерывное питание, необходимость ручного управления, повышение стоимости рабочей силы. ? Непрерывное функционирование, необходимо большое пространство для хранения отходов.
Управление горением	? Гипоксическое горение, полностью автоматическое функционирование, поддерживание температуры горения. ? Автоматическое регулирование процесса сжигания ? Стабильная температура горения, а также восстановление стабильной подачи горячей воды, пара. ? Высокий уровень автоматизации. ? Нет необходимости подачи топлива в камеру сжигания. На начальном этапе горения и для охлаждения золы необходима подача топлива в камеру дожигания. Время подачи топлива примерно 3 ч. ? Теплотворная способность отходов должна быть выше 3500 kJ/kg. Не подходит для пастообразных и кусковых отходов.	? Горение с большим объемом воздуха, температура горения нестабильна. ? Автоматическая настройка времени и объема подачи вторичного воздуха в камеру сгорания. ? Нестабильность температуры горения, горячей воды и пара восстановления стабильности. ? Обычные требования для автоматизации ? Для поддержания определенной температуры горения необходимо продолжать впрыскивание топлива ? Нет особых требований к отходам.
Управление дымовым газом	? В связи с небольшим количеством воздуха в камере сжигания процент летучей золы низок. ? Легко контролировать температуру горения, поэтому появление NOx, CO, SO2 незначительно ? Железо, сталь, цветные металлы, твердые неорганические вещества не могут быть расплавлены, поэтому они легко могут быть извлечены из золы. Содержание металлического зольного остатка мало. Окисление металла не происходит, поэтому практически отсутствует повторный синтез диоксинов. Опасности загрязнения окружающей среды практически нет.	? Из за большого количества воздуха, летучей золы и концентрации дымового газа больше ? Температура горения колеблется, что способствует увеличению NOx, CO, SO2 и производству теплового загрязнения. ? Железо, сталь, цветные металлы и другие неорганические твердые вещества подвергнутся расплаву, сто способствует появлению металлического зольного остатка. Окисление металла может привести к синтезу диоксинов. Существует опасность загрязнения окружающей среды.
Инвестиционные и текущие расходы.	? Низкое потребление дизельного топлива ? Объем воздуха и дымовых газов не большой, что способствует низкой установленной мощности оборудования. Потребление электроэнергии составляет около 70 процентов от потребление во вращающейся печи. ? Для охлаждения дымовых газов требуется небольшое количество воды ? Мало вращающегося механического оборудования, поэтому низкие эксплуатационные расходы. ? Высокий уровень инвестиций, но в целом текущие расходы на низком уровне.	? Дизельное топливо потребляется в больших количествах. ? Объем воздуха и дымового газа большой, что способствует высокой мощности оборудования и следовательно большому потреблению электроэнергии. ? Для охлаждения дымовых газов требуется большое количество воды. ? Много вращающихся машин и оборудования, поэтому высокие эксплуатационные расходы. ? Низкий уровень инвестиций, однако в целом текущие расходы высоки.

3) Уничтожение медицинских отходов путем системы LFB закрытого типа

LFB12-5 - это передовая технология специфически конструирована для обработки медицинских отходов. Загрузка и разгрузка отходов полностью автоматизирована. Система поставляется в двух вариантах: стационарной и передвижной. Отличительной особенностью системы является то, что сжигание отходов не происходит, следовательно, нет выбросов в атмосферу. Обработанный материал является абсолютно безопасным и может транспортироваться на свалку для окончательного уничтожения. Остатки удовлетворяют всем международным требованиям. Пример системы LFB закрытого типа представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Система LFB закрытого типа

Каждый из перечисленных методов имеет свои недостатки. Так, химическая дезинфекция приводит к образованию хлорсодержащих отходов, а установки для сжигания (инсинераторы) при 100% гарантии экологически безопасного уничтожения отходов имеют высокую стоимость из-за наличия сложных систем газоочистки.

Конечно, рассмотрены не все варианты переработки медицинских отходов, на самом деле их намного больше, чем представлено. Так международным конгрессом по управлению отходами «WasteTech-2001» рассматривались следующие технологии: сжигание (озоление), стерилизация в автоклаве (паровая стерилизация), химическая дезинфекция, пиролиз, лазерная обработка, микроволновая дизинфекция, плазменная технология и др. Многие из этих методов являются очень перспективными в будущем и находятся пока на стадии развития.

2.3 Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов

Количество промышленных токсичных отходов и их разнообразие сейчас предельно велико. Поэтому обезвреживание токсичных отходов экономически нецелесообразно производить на самих предприятиях. Такие отходы из-за их физико-химических особенностей не могут уничтожаться или обезвреживаться вместе с бытовыми отходами путем складирования на общих полигонах или сжигания. В связи с этим возникла необходимость специальных региональных полигонов, где будет производиться обезвреживание токсичных отходов и их захоронение.

На современном этапе открывается всё больше возможностей существенно сократить количество не утилизируемых отходов, которые имеют сложный химический состав, и, как правило, их переработка в полезные продукты или весьма затруднительна современном этапе, или экономически нецелесообразна.

2.3.1 Жидкофазное окисление

Жидкофазное окисление токсичных отходов производства используется для обезвреживания жидких отходов и осадков сточных вод. Суть его заключается в окислении кислородом органических и элементоорганических примесей сточных вод при температуре 150 - 350° С и при давлении 2 - 28 МПа [10, 11]. Интенсивности окисления в жидкой фазе способствует высокая концентрация растворенного в воде кислорода, значительно возрастающая при высоком давлении. В зависимости от давления, температуры, количества примесей и кислорода, продолжительности процесса органические вещества окисляются с образованием органических кислот (в основном CH3 COOH и HCOOH) или с образованием CO2, H2 O и N2 [10]. Элементоорганические соединения в щелочной среде окисляются с образованием водных растворов хлоридов, бромидов, фосфатов, нитратов и оксидов металлов, а при окислении азотосодержащих веществ, помимо нитратов, образуется значительное количество аммонийного азота [11]. Таким образом, жидкофазное окисление требует меньше энергетических затрат, чем другие методы, но является более дорогостоящим, кроме этого к недостаткам метода относится высокая коррозионность процесса, образование накипи на поверхности нагрева, неполное окисление некоторых веществ, невозможность окисления сточных вод с высокой теплотой сгорания. Применение метода целесообразно при первичной переработке отходов.

2.3.2 Гетерогенный катализ

Метод применим для обезвреживания газообразных и жидких отходов. Термокаталитическое окисление можно использовать для обезвреживания газообразных отходов с низким содержанием горючих примесей. Процесс окисления на катализаторах осуществляется при температурах меньших, чем температура самовоспламенения горючих составляющих газа. В зависимости от природы примесей и активности катализаторов окисление происходит при температуре 250 - 400° С и в установках различных размеров.

В термокаталитических реакторах успешно окисляются CO, H2, углеводороды (УВ), NH3, фенолы, альдегиды, кетоны, пары смол, канцерогенные и др. соединения с образованием CO2, H2 O, N2 . Степень окисления вредных веществ 98 - 99.9 %. Для увеличения удельной поверхности катализации используется пористые керамические устройства из Al2 O3 и оксидов других металлов, тоже обладающих каталитической активностью [12]. На рисунке 5 представлены общие схемы видов термокаталитических реакторов, где а -- реактор без теплообменника (для обезвреживания вентиляционных выбросов); б-- реактор с рекуперативным теплообменником (для обезвреживания инертных газов); в -- реактор с регенеративным теплообменником, и цифрами отмечены: 1 -- слой катализатора; 2 -- горелочное устройство; 3 -- рекуперативный теплообменник; 4 -- слой инертного материала; 5 -- перекидной клапан.

Рисунок 5. Общие схемы термокаталитических реакторов.

В целом методы гетерогенного катализа нецелесообразно использовать в качестве самостоятельного способа обезвреживания токсичных отходов, а только как отдельную ступень в общем, технологическом цикле.

2.3.3 Пиролиз промышленных отходов

Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов.

· Окислительный пиролиз

Окислительный пиролиз - процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгарают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др.. Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

· Сухой пиролиз

Этот метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Сухой пиролиз - процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.

В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается :

? Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450 - 550° С);

? Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800° С) ;

? Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 - 1050° С).

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

2.3.4 Огневая переработка

В основу огневого 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, H2 SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

Огневой метод переработки токсичных промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов и способам обезвреживания :

· Сжигание отходов, способных гореть самостоятельно - наиболее простой способ;

· Огневой окислительный метод обезвреживания негорючих отходов - сложный физико-химический процесс, состоящий из различных физических и химических стадий. Огневое окисление применимо в большей степени по отношению к твердым и пастообразным отходам;

· Огневой восстановительный метод используется для уничтожения токсичных отходов без получения каких-либо побочных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в качестве сырья или товарных продуктов;

· Огневая регенерация предназначена для извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов.

Для достижения требуемой санитарно-гигиенической полноты обезвреживания отходов необходимо, как правило, экспериментальное определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода [13].

2.3.5 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы

Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ - диоксинов. Недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов[14]. Применение низкотемпературной плазмы - одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный метод используется для обезвреживания отходов двумя путями [15]:

- Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;

- Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.

Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4 . Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода - синтез-газ - и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % с образованием CO2, H2 O, HCl, HF, P4 O10 .

Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар(представлена на рисунке 6). В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния.

Для переработки горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы - шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137 Cs, 90 Sr, 37 Fe, 60 Co) [16].

Рисунок 6. Принцип работы плазмотронных установок

Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

2.4 Переработка биологических отходов производства

Биологическими отходами являются[17]:

· трупы мертвых животных;

· признанные непригодными для употребления и переработки продукты питания биологического происхождения: мясо и мясные полуфабрикаты с истекшим сроком реализации или пришедшие в непригодность в результате неправильного сбережения;

· отходы рыбы и рыбного производства;

· отходы предприятий по переработке мяса и птицы.

Биологические отходы становятся замечательной средой обитания для размножения насекомых, грызунов и источником неприятного запаха. Отсюда получают свое распространение болезнетворные микробы. Именно поэтому необходимо помнить, что все отходы такой промышленности обязаны сохраняться в замороженном состоянии и утилизироваться в соответствии с графиком. Так, биологические отходы утилизируют путем переработки на ветеринарно-санитарных утилизационных заводах (цехах) в соответствии с действующими правилами, обеззараживают в биотермических ямах(камерах), уничтожают сжиганием (криматории) или в исключительных случаях захоранивают в специально отведенных местах. На рисунке 7 показан общий вид биотермических камер.

Рисунок 7. Общий вид биотермических камер.

Утилизация трупов скота и животных, просто закапывая их в почвенный слой земли, категорически запрещается. Неправильное захоронение погибших от различных инфекционных заболеваний животных, обычно всегда становится источником вспышки самых разнообразных инфекционных заболеваний. Особое внимание уделяется массовому падежу животных. Для их утилизации используются специальные ветеринарные утилизационные предприятия, перерабатывающие останки животных и опасные отходы производства в мясокостную муку, используемую в будущем для корма таких же животных. В особых случаях, при стихийных бедствиях, которые привели к массовому падежу скота, тела закапывают непосредственно в землю, но такое сложное решение принимает только главный санитарный врач РФ, так как нужно понимать угрозу, представляющейся для окружающей среды при такого рода утилизации.

Также важно помнить о том, что выкидывать в мусорные контейнеры останки животных или птиц категорически запрещено. Об этом всегда много говорится в СМИ на самых различных уровнях, однако всегда при этом необходимо предупреждать население. Подобные деяния могут привести не только к ухудшению эпидемиологической ситуации, но и стать главной и существенной причиной вспышки инфекционных болезней.

2.5 Переработка промышленных отходов производства

Отходы вырабатываются практически на каждой стадии промышленного технологического процесса[18]. Степень опасности промышленных отходов изменяется от таких безвредных материалов, как песок, и до диоксинов, являющихся одними из самых токсичных веществ. Удаление вредных отходов, угрожающих как здоровью человека, так и состоянию окружающей среды, - неотложная задача мирового масштаба. Хотя вредные отходы составляют только примерно 15% всех промышленных отходов, крайняя степень наносимого некоторыми из них вреда требует, чтобы они удалялись правильно и тщательно. Вредные отходы получаются в результате таких видов деятельности, как горные работы, металлургическое производство, добыча и переработка нефти, обычная и ядерная энергетика, а также изготовление бесчисленных материалов и изделий, включая пестициды и гербициды, химические защитные средства и растворители, краски и красители, взрывчатые вещества, резина и пластмассы, целлюлоза и бумага, аккумуляторы, лекарства, ткани и кожа. Отходы образуются в виде твердых материалов, жидкостей, газов и полужидкой массы. Они включают вещества, которые могут быть токсичными, воспламеняемыми, вызывающими коррозию, химически активными, инфекционными или радиоактивными.

Утилизация отходов.

Под утилизацией подразумевается переработка промышленных отходов в полезные сырьевые материалы и энергию. Например, теплота, выделяющаяся при сжигании опасных отходов, может быть использована для создания пара, приводящего в движение генератор электроэнергии, а свинец, извлеченный из отслуживших автомобильных аккумуляторов, - в производстве новых аккумуляторов. Значительное снижение издержек производства и расхода энергии может быть достигнуто путем утилизационной переработки таких материалов, как лом металлов (в частности, железа, стали, алюминия, меди, свинца и магния), макулатура, древесные отходы, стеклобой и пластмассовые отходы. На свалках, существующих в течение ряда лет, образуются большие количества метана по мере того, как сброшенные в них органические материалы разлагаются; на многих свалках теперь проводится отбор метана, который используется как топливо для отопления и приготовления пищи. Теоретически путем утилизационной переработки можно было бы удалять все вредные промышленные отходы. На самом деле, однако, понадобятся десятилетия для того, чтобы только приблизиться к реализации этой цели, поскольку в проектах большинства заводов не предусматривается утилизация отходов и нет отлаженных процессов переработки. Тем не менее некоторые химические предприятия уже перерабатывают часть своих вредных отходов.

Комплексные системы переработки отходов.

Комплексные системы переработки промышленных отходов объединяют в себе несколько упомянутых выше технологий. Горючие органические жидкие отходы сжигаются в печи, топочная камера которой имеет вместимость около 28 м3 и обеспечивает время сгорания примерно 2 с при 1370° С. После двухступенчатой скрубберной системы очистки вода из скрубберов подается на очиститель сточных вод для нейтрализации. Очень мелкие частицы твердых неорганических веществ удаляются из газообразных продуктов сгорания электростатическим осаждением. Вода из отстойника также подается на очиститель сточных вод. Твердые химически активные материалы, которые не сгорают и не растворяются в воде, упаковываются в стальные бочки и отправляются на свалку. На свалке они покрываются большой массой полужидких отходов, образующихся в очистителе сточных вод. Свалка обычно состоит из трех примыкающих друг к другу двухгектарных котлованов (выемок) с плоским дном, имеющим наклон 1%. На дно укладывают слой песка, а на откосы - специально отобранную непроницаемую глину. Дно и откосы полученной таким образом выемки застилаются армированным изолирующим покрытием на основе синтетического каучука (типа гипалона). Поверх этого покрытия насыпается слой гравия и песка, а затем настилается аналогичное изолирующее покрытие. Слой гравия и песка между двумя покрытиями служит в качестве системы обнаружения протечек, а также помогает предотвратить накопление жидкостей на нижнем покрытии. Верхнее покрытие засыпается 30-см слоем гравия, накрываемым полипропиленовой пленкой тайпар. Засыпка фильтрует полужидкие отходы, сбрасываемые позднее, обеспечивая тем самым свободный сток фильтрата в отстойник. Позже фильтрат перекачивается в установку химической нейтрализации сточных вод для обработки. Заполненная отходами свалочная выемка закрывается непроницаемым уплотненным 60-см слоем глины. Верхний 30-см слой почвы, засеянный травой для предотвращения эрозии, завершает укрытие свалки. Во время заполнения выемки, а также после ее укрытия с помощью контрольных скважин ведется наблюдение за грунтовыми водами на предмет попадания в них загрязняющих веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В современном обществе нет необходимости доказывать остроту и масштабность, а значит, и опасность сложившейся в мире экологической ситуации. Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения проблемы переработки отходов производства, их утилизация и переработка по-прежнему не ведется на должном уровне. Острота данной проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями. Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным направлениям:

· Технологическое - повышение экологической безопасности производства;

· Экозащитное - стабилизация и изоляция опасных отходов от природной среды.

Продолжая многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов по данным направлениям, нужно понимать, что это длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ЭкоПолигон. Размещение и захоронение отходов (промышленных, опасных) [Электронный ресурс]. URL: http://eco-poligon.ru/disposal.html

2. Отраслевой портал «Вторичное сырьё» [Электронный ресурс]. URL: www.recyclers.ru.

3. Компания ELDE E. C..Статья «Утилизация шин» [Электронный ресурс]. URL: http://eldeprocess.ru/texnologii/ekologiya/utilizaciya-shin/

4. Информационный портал [Электронный ресурс]. URL: http://www.anastasia-myskina.ru/ekologiya/zachitaototxodov/54/4658-1-1-klassifikaciya-otxodov.htm

5. Гильдия экологов. Обзорная справка « Проблемы утилизации отходов » [Электронный ресурс]. URL: http://ecoguild.narod.ru/docs/utilothodov.htm

6. Отраслевой ресурс «Твёрдые бытовые отходы» [Электронный ресурс]. URL: http://www.solidwaste.ru/publ/view/388.html

7. А.Ф. Малышевский. Обоснование выбора оптимального способа обезвреживания твердых бытовых отходов жилого фонда в городах России [Текст]: Документ. - Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. Федеральная служба по надзору в сфере природопользования. Общественный совет при Росприроднадзоре. Комиссия научного совета РАН по экологии и чрезвычайным ситуациям,2012 - 47с.

8. Предприятие госкорпорации «РОСАТОМ». Технологии обращения с РАО [Электронный ресурс]. URL: http://rosrao.ru/wps/wcm/connect/rosrao/rosraosite/conversion/appeal/techology+waste+management/99afe9804473b407a554efc800b48570

9. Российско-китайский деловой центр «Ситилайн».Медицинские отходы [Электронный ресурс]. URL: http://www.ct-line.ru/waste/medical.html

10. Сметанин В. И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления ¬ [Текст]: Учебное пособие - Москва : КолосС, 2003. - 230 с.

11. Доусон Г. Обезвреживание токсичных отходов ¬ [Текст]: Книга - Москва: Стройиздат, 1996. - 288 с.

12. Кузнецов В. М. Ядерная опасность: Основные проблемы и современное состояние

безопасности предприятий ядерного топливного цикла Российской Федерации / В.

М. Кузнецов ; Рос. демократ. партия "Яблоко". - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва

: ЭПИцентр, 2003. - 461 с.

13. Багрянцев Г.И., Черников В.И. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры ¬ [Текст]: Новосибирск, 1995, серия Экология.

14. Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы. //Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

15. Эндюськин П. Н. Промышленная экология потребления ¬ [Текст]: Учебное пособие - Чебоксары: Изд-во ЧГУ, 2006. - 528 с.

16. Литвинов В.К., Дмитриев С.А., Киярв Ч.А. и др. Плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов средней и низкой активности. Магнитогорск, Магнитогорский горно-металлургический институт, НПО "Радон", 1998.

17. Сервисная компания по утилизации отходов [Электронный ресурс]. URL: http://utilrus.ru/utiliz-bio

18. Академик. Энциклопедия Кольера [Электронный ресурс]. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6390/

Размещено на Allbest.ru