Управление техногенными отходами
..pdfправило, требует перегрузок, что значительно удорожает стоимость перевозок. Наиболее рационально его использование при перемещении отходов на расстояния от нескольких сотен километров и более. В качестве транспортных средств используют баржи и некоторые другие типы судов. Наиболее широко его применяют для транспортирования грунтов, вынутых при дноуглубительных работах на водных путях. Так, в 1970–1980 гг. при удалении загрязненных донных отложений Москвы-реки на баржах за 4 года к местам свалок было свыше 4 млн м3 отложений, загрязненных нефтепродуктами и другими веществами. Водным путем удаляют отходы из таких крупных европейских городов, как Лондон, Антверпен, Женева, Гамбург, Роттердам [3, 4].
Во всех рассмотренных случаях, когда это возможно, следует использовать контейнерные перевозки отходов. Транспортирование отходов в контейнерах – наиболее экономичный вид их перевозки. Контейнеры должны быть оборудованы приспособлениями для их механизированной перегрузки [4].
Четвертая схема предполагает использование трубопроводного транспорта, его принцип действия основан на перемещении различных сыпучих материалов и твердых тел потоками жидкости или газа за счет передачи им энергии несущей среды. Этот вид транспорта используется в основном при перемещении отходов в пределах предприятия, за пределами предприятия он обычно неконкурентоспособен. Системы, обеспечивающие транспортировку материалов на расстояния до 300 м, являются общепринятыми в промышленности, а системы для транспортировки на расстояния до 1500 м – распространенными. В сфере транспортировки отходов трубопроводный транспорт чаще используется для перемещения ТКО; в этом случае расстояние транспортировки может достигать 3 км. При бо́льших расстояниях транспортировки пневматическая система становится непрактичной или экономически нецелесообразной; в этом случае по трубопроводам можно транспортировать пульпу, однако далеко не все отходы можно перевести в такое состояние [3, 4, 13]. Существуют примеры крупных стационарных
261
установок гидротранспорта с магистральными трубопроводами протяженностью до нескольких сотен километров.
Трубопроводный транспорт подразделяется на гидро- и пневмотранспорт; в первом случае в качестве несущей среды обычно используется вода, во втором случае – воздух. Установки трубопроводного транспорта состоят из следующих основных элементов: устройства для ввода транспортируемого потока сыпучих материалов или твердых тел (загрузочного устройства), трубопровода с арматурой, устройства для финального отделения частиц от несущей среды, устройства для контроля загрязнения воздуха. Основными транспортирующими машинами являются насосы, компрессоры, газодувки (вентиляторы).
Установки гидротранспорта делятся на самотечные (безнапорные), с естественным напором и с искусственно создаваемым напором. С помощью гидротранспорта отходы часто «намывают» на открытые отвалы. Иногда на выгрузке устанавливают отстойное оборудование для разделения гидросмеси. Воду после разделения гидросмеси используют в замкнутом цикле.
Системы пневмотранспорта делятся на системы с избыточным давлением и вакуумные системы. В первом случае воздух в систему поступает при атмосферном давлении, материалы собираются из разных мест и переносятся в одно общее место назначения (в направлении вакуумного насоса, который и создает необходимое разрежение в системе). Во втором случае воздух компрессором нагнетается в питатель, аэрирует сыпучий материал и транспортирует его в систему разгрузки.
Основные достоинства трубопроводного транспорта:
возможность транспортировки как твердых, так и жидких
отходов;
возможность непрерывной подачи отходов по сложной пространственной схеме;
отсутствие потерь при транспортировке отходов;
в большинстве случаев – отсутствие выделений токсичных
веществ;
262
возможность автоматизации процесса транспортировки
отходов;
механизация вспомогательных процессов типа погрузки – разгрузки.
Основные недостатки трубопроводного транспорта:
значительный расход энергии, а также воды и воздуха;
появление в ряде случаев вредных примесей в сточной воде и отбросном воздухе;
абразивный и коррозионный износ оборудования при транспорте грузов [4].
Помимо перечисленных схем транспортировки в пределах предприятий применяется также электротранспорт (автокары), ленточные, винтовые, шнековые, пластинчатые и скребковые конвейеры и другие горизонтальные и наклонно-передаточные механизмы.
Транспортирование отходов I–IV классов опасности регламентируется специальными нормативными документами Минтранса РФ. Их перевозка должна осуществляться на оборудованных транспортных средствах, снабженных специальными знаками, с соблюдением требований безопасности к транспортированию опасных отходов. Она возможна только при наличии паспорта опасного отхода и документации на перевозку и передачу опасных отходов с указанием их количества, цели и места назначения.
Основными видами опасности при транспортировке опасных отходов принято считать:
пожароопасность;
взрывоопасность;
токсичность;
радиационную опасность;
инфекционную опасность;
коррозионность.
Деятельность по транспортировке отходов подлежит лицензированию. На трансграничную перевозку отходов накладываются ограничения, предусмотренные российским законодательством
263
и вытекающие из Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов, ратифицированной РФ.
Пример организации сбора и транспортировки отходов
Большой опыт в области сбора и транспортирования промышленных отходов накоплен в странах Западной Европы и США. Одной из первых стран, внедривших комплексную централизованную систему сбора и транспортирования промышленных отходов в масштабах всей страны, стала Дания. В настоящее время сбор и транспортировка отработанных нефтеотходов, а также промышленных отходов химического происхождения осуществляется в Дании в основном централизованно и регулируется государственным законодательством. В соответствии с этим каждое предприятие, где образуются промышленные отходы, обязано уведомлять местные органы власти (муниципальные советы) о количестве, составе этих отходов и способе их упаковки. По закону предприятия обязаны удалять промышленные отходы независимо от их количества. При этом местные муниципалитеты при необходимости должны обеспечить предприятия спецтранспортом для доставки отходов в установленные центральные пункты сбора, находящиеся в подчинении этих муниципалитетов. Пункты сбора расположены на расстоянии, обычно не превышающем 50 км от источников образования отходов. Транспортировка отходов осуществляется либо самими предприятиями, либо специализированными фирмами. В некоторых случаях отходы удаляются подрядчиками в таре, в которой доставляется сырье.
Муниципалитеты Дании на долевых начала создали компанию «Коммуникеми А/С». Первым этапом деятельности этой компании явилось выявление общего количества отходов и их классификация по качественным признакам. Это позволило определить количество и места промежуточных пунктов сбора, количество и характер транспортных средств. По состоянию на 1990 г. в Дании было 23 пункта централизованного сбора отходов. С центральных пунктов сбора отходы доставляются на железнодорожную станцию «Коммуникеми», рядом с которой находится пункт по их переработке. Дос-
264
тавка в большинстве случаев осуществляется железнодорожным транспортом. Вагоны, используемые для транспортировки, являются собственностью компании «Коммуникеми». Крупные предприятияотходообразователи, имеющие подъездные пути, доставляют отходы сразу на станцию «Коммуникеми», минуя пункты сбора.
Каждое предприятие, отправляющее отходы, предоставляет декларацию на каждый тип отходов. В декларации указываются характеристики и компоненты отходов; процесс, в результате которого они образовались; способ транспортирования отходов, число контейнеров, их тип, контактные данные предприятия и ответственного лица (которое отвечает в том числе за оплату сбора за переработку отходов) [43].
5.6. Обезвреживание и утилизация отходов производства
Утилизация твердых промышленных отходов должна начинаться либо с разделения на компоненты, с последующей переработкой всех или некоторых компонентов различными методами, либо с придания промышленным отходам нужного вида, который должен обеспечить возможность утилизации.
Наиболее распространенными группами методов переработки являются механические, термические, физико-химические. Намного реже применяются биотехнологии.
К механическим методам относятся такие, как сортировка (грохочение, гидравлическая и воздушная сепарация), уменьшение размеров кусков (помол, дробление), увеличение размеров частиц (высокотемпературная агломерация, брикетирование, таблетирование, гранулирование).
Так, сортировка предназначена для разделения отходов на однородные группы по какой-либо характеристике (размеру и др.) с целью их дальнейшей обработки (может производиться неоднократно в процессе переработки).
Необходимость уменьшения размеров фракций связана с тем, что интенсивность и эффективность основных биохимических и диффузионных процессов растут с увеличением площади поверх-
265
ности реагентов, которая, естественно, увеличивается при их измельчении. Дробление и помол могут предшествовать сортировке или следовать за ней. Они применяются при переработке: шлаков металлургических предприятий, отработавших резинотехнических изделий, отходов древесины и некоторых пластмасс, отходов строительных и других материалов. В некоторых случаях бывает целесообразным охлаждать отходы до температуры, обеспечивающей хрупкое разрушение вещества (некоторых пластмасс, резины), что значительно увеличивает эффективность процесса (одновременно увеличивая его стоимость). При измельчении пластмасс может также найти применение радиационное облучение, например пучком электронов. Правда, надо учитывать, что одни пластмассы после облучения упрочняются (полиэтилен), а другие переходят в хрупкое состояние (фторопласт-4, оргстекло).
Процессы увеличения размеров частиц (окусковывания) также широко распространены в практике утилизации твердых промышленных отходов. Наиболее часто окусковывание производится посредством гранулирования, брикетирования или высокотемпературной агломерации (спекацией). Дело в том, что целый ряд технологических процессов успешно реализуется при условии, что исходное сырье имеет вполне определенные форму и размеры. Так, при изготовлении изделия прессованием из термопластов, полученных из отходов, целесообразно, чтобы заготовка пластмассы имела вид таблетки заданного размера. Другой пример: попытка переплава металлолома в виде пыли может привести к окислению металла, т.е. требуется предварительное спекание или прессование пыли. Итак, примерами применения окусковывания могут служить: переработка в строительные материалы некоторых компонентов отвальных пород, получаемых в ходе добычи ряда полезных ископаемых, подготовка к переплаву дисперсных отходов черных и цветных металлов, обработка шлаковых расплавов, утилизация древесной мелочи, сажи, пыли различных видов, некоторых пластмасс [23].
Термические технологии применимы для утилизации многих видов отходов. Их суть заключается в тепловой обработке отходов
266
высокотемпературным теплоносителем (контактным или бесконтактным методом), которым могут быть продукты сгорания топлива: плазменная струя, расплав металла, СВЧ-нагрев. Термические технологии помимо собственно высокотемпературной обработки отходов могут включать предварительную (в том числе реагентную) обработку отходов, многоступенчатую очистку газов, теплоиспользование, получение побочных органических (синтез-газ, жидкое топливо) или минеральных продуктов (оксиды, цемент, минеральные соли и др.).
Процесс термообработки может происходить в окислительном или восстановительном режиме, с подачей воздуха, кислорода, водорода, других газов и т.д., т.е. возможно создание регулируемых параметров для обезвреживания многих веществ.
Наиболее широко в России используется метод прямого сжигания (огневого окислительного обезвреживания). Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, жидких или газообразных горючих отходов. При горении образуются углекислый газ, оксиды азота и серы, вода, зола и шлаки. Хлор, содержащийся в отходах, восстанавливается до хлористого водорода. Твердые остатки от сжигания захораниваются на полигоне. Огневой способ обезвреживания отходов является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими; во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания промышленных отходов. Наряду со сжиганием горючих отходов огневую обработку используют и для утилизации негорючих отходов. В этом случае отходы подвергают воздействию высокотемпературных продуктов сгорания топлива.
Пиролиз – термическое разложение веществ при отсутствии или недостатке кислорода. При обычном пиролизе образуются: твердый обугливающийся остаток; жидкость, в состав которой входят органические кислоты, деготь, ароматические углеводороды (так называемое пиролизное масло, которое можно использовать как сырье в химической промышленности); а также газовая фаза,
267
содержащая водород, летучие углеводороды и оксиды углерода. Смесь этих газов является топливом.
Применяя термин «пиролиз» к термическому преобразованию органического материала, подразумевают не только его распад, но и синтез новых продуктов. Эти стадии процесса взаимосвязаны
ипротекают одновременно. Пиролизу подвергаются отходы пластмасс, резины и другие органические отходы. Твердый остаток можно использовать в промышленности (сажа, активированный уголь
идр.).
Особую группу методов составляют плазменные методы обезвреживания отходов. Существует мнение, что такие токсичные
иособо токсичные вещества, как пестициды, диоксины и т.п., могут быть надежно обезврежены только с помощью плазменных методов. Такими методами могут обезвреживаться хлор-, фтор-, фосфор-
иметаллоорганические и другие отходы. Принцип работы плазмохимической установки заключается в следующем: в струю низкотемпературной плазмы подается исходное вещество в жидком, пастообразном или порошкообразном виде. При высоких температурах в реакторе вещество разлагается до атомов, молекул, ионов. Плазменный процесс строго регулируется по давлению, температуре
исоставу подаваемого плазмообразующего газа (водород, азот, воздух, кислород). Одним из необходимых условий плазменной технологии является процесс закалки газа, т.е. резкого уменьшения температуры газа во избежание вторичного образования нежелательных соединений. Высокие температуры газа в реакторе, закалка газов, системы фильтрации, возможность остановить процесс в любой момент делают эту технологию экологически безопасной. Основной ее минус – высокое энергопотребление (до 3 тыс. кВт·ч на 1 т отходов). В последнее время имеются разработки, где плазмохимический процесс обезвреживания отходов производится с использованием ванны расплава (металла, оксида). Образующиеся при терморазложении газы проходят через слой расплава. Этим система позволяет увеличить давление в процессе, улучшить массогабаритные и энергетические показатели. Однако она обладает
268
меньшей экологической безопасностью. Такой технологический процесс очень сложен и дорог [24]. К процессам термообработки отходов относят также такие операции, как переплав, обжиг. Переплав (металлолома, отходов термопластов, металлургических шлаков, стеклобоя) применяется в основном как средство более полного использования материала без существенного изменения его исходных свойств. Обжиг применяется при переработке некоторых железосодержащих шламов и пылей, шлаков цветной металлургии, пиритных огарков и др. Под обжигом понимают нагрев вещества до сравнительно невысокой температуры (далекой от температуры горения или плавления основного компонента продукта) с целью придания ему свойств, необходимых для обеспечения успеха дальнейших операций. При этом могут удаляться «лишние» вещества, восстанавливаться окислы при нагреве в соответствующем газовом составе. Обжиг может непосредственно предшествовать укрупнению фракций: как вспомогательная технологическая операция применяется, например, при окусковывании (обжиг окатышей, когда в качестве связки используется глина).
Необходимо отчетливо представлять, что все операции, связанные с существенным нагревом отходов, приводят к генерированию различных газов и дисперсных твердых частиц, следовательно, к загрязнению атмосферы (иногда чрезвычайно токсичными веществами).
Физико-химические технологии, не обладая универсально-
стью, могут дать лучший результат с точки зрения получения полезного продукта из отходов. К ним относятся: обогащение (осаждение, магнитная и электрическая сепарация), выщелачивание (экстрагирование), растворение, кристаллизация.
Все эти методы (обогащение, выщелачивание, растворение, кристаллизация) преследуют две цели: а) увеличение содержания (концентрации) нужного вещества в отходах посредством разделения массы отходов на части, одна из которых имеет повышенное содержание данного соединения по сравнению со всей массой (обогащение); при этом используются отличия между свойствами нуж-
269
ного вещества и общей массы отходов (плотность, электрические и магнитные свойства, смачиваемость и т.д.); б) извлечение этого вещества из общей массы отходов, в том числе из твердой (экстрагирование или выщелачивание, растворение) или жидкой фазы (кристаллизация) [23].
Методы осаждения основаны на обменных ионных реакциях с образованием малорастворимых в воде веществ, выпадающих в виде осадков. Они особенно эффективны при нейтрализации нерадиоактивных тяжелых металлов. Осаждение также применяют для очистки грунта от полихлорированных бифенилов, хлорированных и нитрированных углеводородов.
Технологии комплексообразования используют для связывания (иммобилизации) тяжелых металлов, полициклических и ароматических углеводородов, хлорорганических соединений, нефтеотходов. Комплексообразователями служат неорганические вяжущие типа портландцемента, зольных веществ, силикатов калия и натрия (жидкое стекло), извести, бентонита. Основной недостаток метода – невысокая стойкость некоторых комплексообразователей к воздействию атмосферной и грунтовой влаги, температурного режима – в случае последующего захоронения обработанных отходов не так существенен [24].
5.7. Захоронение отходов производства
Исходя из информации, изложенной в предыдущих пунктах 5-й части настоящего пособия, схема движения промышленных отходов может быть представлена следующим образом (рис. 5.1).
В 2013 г. масса захороненных в РФ отходов предприятий составила 814,88 млн т. Это в 5 раз меньше той массы отходов, которая быларазмещенанаобъектахпредприятийнаусловияххранения.
Из захороненных отходов 785,39 млн т, 96,4 %, составили отходы V класса опасности, которые в соответствии с требованиями законодательства не требовали для своего захоронения высокоспециализированных сооружений типа полигонов промышленных отходов или подземных хранилищ.
270