4.6. Утилізація твердих відходів

У хімічній промисловості і суміжних галузях утворюється велика кількість твердих відходів, що скорочують земельний фонд і що отруюють грунт. Важливою умовою охорони ґрунтів є суворе дотримання науково обґрунтованих методик внесення добрив і обробки рослин отрутохімікатами.

Одним з самих багатотоннажних відходів хімічної промисловості є піритовий недогарок, що утворюється у виробництві сульфатної кислоти. На сульфатнокислотних заводах накопичено близько 40 млн. т піритових недогарків, причому щорічно додається 7 млн. т. Недогарок складається з оксидів заліза, сульфатів і оксидів інших металів, кварцу, алюмосилікатів і неокисненого FeS₂. У недогарку міститься близько 58% Fe, до 2% Сu, невеликі кількості срібла, золота і інші цінні компоненти. Піритові недогарки можуть бути використані у цементній і скляній промисловості. Найбільш перспективна комплексна переробка недогарків з високим вмістом Сu, Zn, Pb, Ag і S шляхом хлоруючого випалення, що дозволяє вилучити і використати цінні компоненти цього відходу. Після вилучення цінних металів хлоруючим випаленням огарок є сировиною для одержання заліза. Як хлоруючий агент можна застосувати відхід виробництва соди – розчин хлориду кальцію. Недогарок змішують і гранулюють з цим розчином, і одержані гранули обпалюють за 1330^оС. При цьому відбувається сублімація кольорових металів і утворення міцних гранул – сировини для доменного виробництва чавуну.

Значна кількість твердих відходів утворюється у виробництві калійних добрив з сильвініту (KCl NaCl). На 1 т хлориду калію утворюється 1,8—2,6 т так званих галітних відходів – хлориду натрію з домішками КС1 і інших солей. Складування галітових відходів займає великі площі сільськогосподарських угідь і веде до засолення ґрунту, підвищенню вмісту мінеральних солей у підземних водах. Галітові відходи можна переробляти на кухонну сіль. Але у наш час на заводах калійних добрив накопичено близько 500 млн. т галітових відходів (щорічно додається 50 млн. т), а їх використання складає не більше 5,6 млн. т за рік. Проводять і планують захоронення галітових відходів у вироблені копальні.

У виробництві фосфатних добрив при збагаченні фосфатної сировини флотацією утворюється велика кількість хвостів збагачення – 1,7—2 т на 1 т фосфату. Комплексна переробка цих відходів необхідна з екологічного погляду і з метою одержання кольорових і рідкісних металів (Al, Ti, V, Ga), а також цінних неметалічних продуктів – соди, поташу, цементу тощо. Інший з самих великотоннажних відходів хімічної промисловості – це фосфогіпс, що скидається підприємствами, що виробляють фосфатну кислоту і фосфатні добрива. Великі кількості твердих відходів скидають підприємства азотної промисловості, виробництва високомолекулярних матеріалів і багато інших хімічних виробництв. Відходи хімічної промисловості все у більшій мірі утилізують як вторинну сировину. Проте цілий ряд хімічних заводів, побудованих без урахування вимог екології, до переведення їх на замкнений виробничий цикл, ще тривалий час нарощуватимуть потужності і скидатимуть всю зростаючу кількість твердих відходів. Необхідно у короткі терміни повністю утилізувати відходи, доводячи їх до товарної продукції, або застосовуючи як вторинну сировину. Неутилізовані тверді відходи необхідно знешкоджувати і піддавати захороненню.

Орні і лісові ділянки земель, зайняті раніше твердими промисловими відходами, слід піддавати рекультивації, тобто відновленню природних ландшафтів. Для збереження літосфери необхідно постійно проводити рекультивацію земель навколо промислових підприємств, а також при розкритті земної поверхні з метою видобування корисних копалин, при прокладанні газо – і нафтопроводів тощо.

Існують наступні методи знешкодження і захоронення твердих промислових відходів: біологічне окиснення в умовах, що моделюють природні; термічна обробка; складування відходів на поверхні ґрунту; захоронення особливо шкідливих відходів на ділянках, що не мають господарського значення–яри, кар'єри, шурфи, траншеї, свердловини.

Біологічне окиснення застосовується для знешкодження твердих відходів, зокрема осадів, що утворюються у системах біологічного очищення.

Термічне оброблення – найбільш надійний спосіб знешкодження і утилізації твердих відходів.

Спалювання здійснюють у високотемпературних хімічних реакторах – печах, що забезпечують: добре перемішування для розвитку поверхні контакту фаз і для прискорення зовнішньої і внутрішньої дифузії кисню з метою максимального окиснення органічної частини відходів; високу температуру, достатню для повного знешкодження токсичної частини відходів.

Застосовуються найчастіше барабанні і камерні печі, але також циклонні і з зваженим (киплячим) шаром твердого металу. У барабанних печах відходи проходять декілька температурних зон–підсушування, підготовки до спалювання, займання, горіння, допалювання. У зоні підсушування застосовують димові гази, що відходять, з температурою 800—1000°С. У зоні підготовлення твердого матеріалу відбувається часткова відгонка летких органічних продуктів; температура смоли, що утворюється, досягає

300 °С – температури займання окремих складових відходів. Горіння твердої маси (у всіх типах печей) розпочинається за температури 600^о С. Температуру у зоні горіння підтримують у межах 1100 – 1500°С. Якнайповніше і інтенсивно відбувається спалювання у циклонних печах і печах зваженого шару завдяки енергійному перемішуванню твердого матеріалу з повітрям.

Дуже перспективна термічна обробка твердих відходів методом піролізу; продукти піролізу можуть слугувати енергетичним паливом, а також сировиною для органічного синтезу. Піроліз проводять у вертикальних циліндрових (ретортних) печах. Нагрівання забезпечують за допомогою електричної дуги, струмів високої частоти або застосуванням твердих теплоносіїв–розплавів солей, продуктів піролізу твердого палива (напівкокс) та ін. Піроліз ведуть за 300—900 °С залежно від потрібного складу газоподібних продуктів. Склад газів залежить від складу відходів, що переробляється, і від вмісту кисню у зоні піролізу. Для попередження утворення сажі і токсичних продуктів у реакційну зону вводять водяну пару. Твердий залишок піролізу можна утилізувати, як наповнювач для пластичних мас і гум, як сорбент.

Тверді відходи переробляють також під високим тиском, під дією якого утворюються спресовані матеріали, які може використовувати промисловість будівельних матеріалів; таким методом обробляють відходи деревини, відвали золи, відходи збагачення мінеральної сировини. Захоронення твердих промислових відходів у поверхневих сховищах–найбільш поширений досі спосіб їх знешкодження. Такий спосіб призводить до відчуження великих ділянок землі, які могли б корисно використовуватися, і до забруднення поверхневих і підземних вод. Раніше вже приводилися відомості про сховища фосфогіпсу біля суперфосфатних заводів, піритового недогарку сульфатнокислотних підприємств, шламосховища дистилірної рідині содових заводів, інших звалищах відходів. Основний тип поверхневих сховищ – шламосховища, які будують за каскадним принципом. Шламосховища включають чашу, береги, дамбу і дренажну систему, що захищає ґрунти під спорудженням від деформацій, фільтрацій, і відводять зі сховища забруднені стоки для знешкодження.

Поховання промислових токсичних відходів на ділянках, що не мають господарського значення, проводять після їх стабілізації обробленням, що зв'язує або цементує речовинами – рідким склом, цементними розчинами, бітумами. Одержані блоки закладають у кар'єри, свердловини, шурфи і інші природні або штучні поглиблення у поверхневих шарах землі. Такий прийом застосовують для відходів, що містять сполуки ртуті, миш'яку, ціанідів, а також для слаборадіоактивних відходів.

Усі способи консервації і захоронення твердих відходів зовсім не безпечні, ведуть до відчуження корисних ґрунтів і пов’язані зі значними витратами. Такі прийоми надалі недоцільні і повинні замінюватися цілковитою утилізацією твердих відходів, у першу чергу як вторинна сировина.

Одна з важливих екологічних проблем – вилучення і використання твердих відходів великих промислових міст. Технічно вирішене питання використання побутових відходів. Відходи доставляють на завод у контейнерах і сортують на конвеєрах. Металевий брухт відокремлюють за допомогою магнітних сепараторів; метали пресують у блоки масою 60 – 100 кг. Потім відходи здрібніють і подають у біологічні барабани, де відбуваються знешкодження і переробка відходів у компост. Біобарабан – реактор, що обертається, в який протитечією твердому матеріалу подають повітря. За 1 – 3 доби аерації при 50—60°С (температура підвищується за рахунок життєдіяльності мікроорганізмів) відходи знешкоджуються і перетворюються на рихлий компост, який використовують як добриво на полях і у теплицях. Некомпостована частина відходів (текстиль, гума, пластмаси, деревина та ін.) може бути піддана термічній обробці – піролізу з одержанням газу і смоли – палива або хімічної сировини.

Заводи з перероблення твердих побутових відходів працюють або будуються у багатьох містах України і за кордоном.