Классификация опасности отходов производства

Расчетное значение Кz	Класс токсичности	Степень опасности отходов
Менее 2	I	Чрезвычайно опасные
От 2 до 16	II	Высокоопасные
От 16 до 30	III	Умеренно опасные
Более 30	IV	Малоопасные

Основные технологические принципы утилизации, обезвреживания и захоронения отходов

Все процессы переработки и обезвреживания отходов разделяют на физические, химические, физико-химические, биохимические и комбинированные [8].

В физических процессах изменяется лишь форма, размеры и агрегатное состояние и некоторые другие свойства отходов при сохранении их качественного химического состава. Эти процессы доминируют, например, при дроблении и измельчении вскрышных пород, хвостов обогащения, шлаков и зол, при окомковании тонкодисперсных материалов, брикетировании рудной мелочи, строительных отходов, в магнитных и электрических методах сепарации смешанных отходов, в процессе сушки и испарения.

Химические процессы изменяют физические свойства исходного материала и его качественный химический состав. Взаимодействие веществ в них осуществляется в стехиометрическом соотношении, определенном уравнением химической реакции. Важное место среди химических процессов занимают нейтрализация, окисление, осаждение, обеззараживание и термические методы. Термические способы предусматривают тепловое воздействие на отходы, которые приводят к изменению их первоначального состава. Виды термического воздействия: сжигание, газификация, пиролиз.

Физико-химические процессы и основанные на них методы являются пограничными между физическими и химическими. Однако в отличие от химических методов, переходы одних веществ в другие нестехиометричны. К физико-химическим методам относятся: коагуляция, флокуляция, адсорбция, абсорбция, ионный обмен, экстракция, мембранные и каталитические методы.

Биохимические процессы представляют собой химические превращения, протекающие с участием субъектов живой природы, выполняющих роль биологического катализатора. Процессы основаны на способности различных микроорганизмов разлагать или усваивать многие органические соединения. Биохимические превращения составляют основу жизнедеятельности живых организмов растительного и животного мира. Продуктом этих превращений являются вещества неживой природы. На использовании биохимических превращений построены многие технологии, например методы переработки сельскохозяйственной продукции, а также отходов с получением биогаза, очистки сточных вод и др.

Реально технологии редко могут быть сведены только к какому-либо одному виду превращений. Как правило, имеют место комбинированные процессы, являющиеся сочетанием двух или более типов превращений, один из которых может быть преобладающим.

Размещение отходов. В настоящее время основная часть твердых отходов промышленности подвергается тем или иным видам захоронения. В соответствии с «Правилами охраны окружающей среды от отходов производства и потребления», использование, обезвреживание и захоронение отходов первых трех классов, а при необходимости и IV класса токсичности осуществляют на специализированных предприятиях или на полигонах по обезвреживанию и захоронению, обустроенных в соответствии со СНиП. При этом следует отметить, что границы территорий, отведенных для размещения опасных отходов, должны находиться на расстоянии не менее 3 км от границ городов и населенных пунктов, лесопарковых, курортных, лечебно-оздоровительных, рекреационных зон и зон санитарной охраны источников питьевого водоснабжения, а также от районов развития геотектонических структур, образований и процессов. Кроме того, часть промышленных отходов может быть использована в других производствах.

Часть отходов может быть размещена на полигонах. В состав полигона могут входить участки приемки и обезвреживания отходов гальванических производств, приемки и захоронения органических отходов, захоронения особо вредных отходов, приема и сжигания жидких горючих и других отходов.

Кроме полигонов для захоронения применяют различные накопители отходов. Среди них различают пруды-испарители («белое море»), накопители суспензий и шламов (шламохранилища), хвостов обогащения (хвостохранилища), накопители твердых отходов (свалки, отвалы), золоотвалы и др. Любые накопители должны, в первую очередь, иметь противофильтрационный экран, который готовят из глины, асфальта, полиэтиленовой пленки. Кроме этого, должны разрабатываться мероприятия по подавлению пыления таких отвалов, по локализации стока дождевых и талых вод с них, а также предусматриваться лесополосы и ограждения от попадания на территорию животных и людей.

Переработка отходов на месте складирования. Обработку инфицированных отходов и отходов четвертого класса опасности целесообразно проводить в местах образования, что сокращает затраты на погрузочно-разгрузочные работы, снижает безвозвратные потери при их перевалке и транспортировке и высвобождает транспортные средства.

Эффективность использования лома и отходов металлов зависит от их качества. Загрязнение и засорение металлоотходов приводит к большим потерям при переработке, поэтому сбор, хранение и сдача их регламентируется специальными стандартами (ГОСТ 2787-75 «Лом и отходы черных металлов», ГОСТ 1639-71 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов» и др.).

Отходы древесины широко используются для производства древесно-стружечных плит, корпусов различных приборов и т.п.

В настоящее время разработано достаточно много технологий по переработке и рекультивации отвалов руд и пород цветной металлургии, являющихся отходами III и IV классов опасности. При этом показано, что из многих отвалов возможно экономически выгодно доизвлечь полезные компоненты, что позволит очистить отвалы от металлов-загрязнителей, а последующая биологическая рекультивация приведет к восстановлению ландшафтов, но, естественно, не в первозданном виде. Водные объекты этими техногенными образованиями уже загрязняться не будут. Конечно, такие технологии не единственные, разработанные для переработки техногенных образований. Однако в настоящее время главными проблемами являются внедрение их в жизнь. Так, в Свердловской области, в рамках программы по переработке техногенных образований внедряется только две: в Нижнем Тагиле по переработке шлаков НТМК и Первоуральске – по переработке шламов хромпикового завода.

Переработка отходов пластических масс. При термической обработке отходов пластических масс расходуется большое количество кислорода и выделяется много высокотоксичных продуктов (углеводороды, хлористый водород, диоксины, фураны и др.). Наиболее радикальным методом ликвидации пластмассовых отходов служит высокомолекулярный нагрев без доступа воздуха (пиролиз), в результате которого из отходов пластмасс в смеси с другими отходами (дерево, резина и др.) получаются ценные продукты: пирокарбон, горючий газ и жидкая смола. Пирокарбон применяется для производства разнообразных полимерных и строительных материалов.

Высокая температура в зоне пиролиза обеспечивает разрушение практически всех сложных ядовитых и канцерогенных соединений и превращение их в простые горючие или инертные соединения. Пиролиз широко применяется и для переработки производственного мусора органического происхождения (древесины, резины, бумаги, ветоши и т.д.).

Сжигание отходов. Для утилизации и обезвреживания твердых отходов широко используется их биологическая или термическая обработка. Эти методы особенно эффективны для борьбы с отходами или токсичными примесями органической природы. Термическая обработка осуществляется в реакторах-печах. Применяются преимущественно барабанные, камерные и циклонные печи, в которых можно отходы обрабатывать при температурах выше 1000^оС. Этот метод начал широко использоваться для переработки бытовых отходов больших городов (Москвы, Санкт-Петербурга, Уфы). Использование высоких температур обусловлено тем, что сжигание отходов при более низких температурах может привести к образованию большого спектра химических соединений, таких как диоксины, фураны и др. и попадание их в атмосферу.

Но все мероприятия, описанные выше, не гарантируют надежную защиту окружающей среды от загрязнения. Поэтому наиболее надежным средством охраны окружающей среды считается создание малоотходных технологий.

Обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов. Сбор радиоактивных отходов должен производиться раздельно в зависимости от физического состояния, взрыво- и огнебезопасности и периода полураспада. Радиоактивные отходы собираются отдельно от других отходов. Сбор радиоактивных отходов на рабочих местах и удаление их в места для выдерживания или захоронения проводят лица, непосредственно занятые на работах с радиоактивными веществами или специально выделенные для этой цели.

Для сбора и транспортировки твердых и жидких радиоактивных отходов на предприятиях применяют специальные однотипные сборники, размер и конструкции которых определяются количеством отходов, видом и энергией излучений. Сборники разового пользования должны иметь достаточную прочность для транспортировки в них радиоактивных отходов. Сборники для твердых и жидких радиоактивных отходов устанавливаются в нижней части вытяжных шкафов и камер или в специально отведенных местах в рабочих помещениях на поддонах с бортиком. Внутренние поверхности сборников для многократного использования изготавливаются из гладкого малосорбирующего материала, обеспечивающего обработку кислотами и специальными растворами. Конструкция сборников должна обеспечивать механизированную загрузку и разгрузку их с транспортного средства. Мощность дозы излучения на расстоянии 1 м от сборника с радиоактивными отходами не должна превышать 10 мбэр/год.

Транспортировка радиоактивных отходов к местам захоронения осуществляется на специально оборудованных автомашинах с крытым кузовом или цистерной (для жидких отходов). Мощность дозы с наружной стороны автомашины должна быть не более 200 мбэр/год, а в кабине водителя – не более 2,8 мбэр/год. Автомашины и сменные сборники после каждого рейса должны дезактивировать.

Проблема безопасного удаления и захоронения радиоактивных отходов еще не решена окончательно и требует дальнейшего развития. Наиболее перспективным и разработанным считается метод подземного захоронения жидких радиоактивных отходов между слоями водоупоров (Россия) и цементной пульпы в расслаивающиеся горные породы (США).

Лекция 13. ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

План лекции

1. Запасы природных вод.

2. Характеристика водопользования и водопотребления.

3. Критерии качества воды.

4. Основы классификации природных и сточных вод.

5. Качество вод используемых в промышленности.

6. Схемы оборотного водоснабжения предприятия в системе защиты водных ресурсов от загрязнения.

Французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери посвятил воде следующие строки «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни, ты сама жизнь. Ты самое большое богатство на свете». Другой француз, Р. Дюбуа, сказал о ней «Жизнь - это одушевленная вода». Академик Вернадский В.И. же сказал «Жизнь - это особое царство природных вод».

Данным богатством мы наделены щедро. Но как использовать это богатство и как его защищать, как рационально использовать? Вроде бы зачем? Ведь «Вода, вода, кругом вода» Но какая вода? Земной шар содержит около 16 млрд км³ воды, что составляет 0,25% массы планеты. Но 13 млрд км³ рассредоточено и надежно законсервировано в глубинных слоях, составляющих мантию. Большая часть воды входит в состав горных пород и минералов, слагающих земную кору. 1,45 млрд км³ составляют гидросферу Земли. Из них 1,370 млрд км³ мировой океан, 60 млн км³ подземные минерализованные воды, 24 млн км³ ледники. Пресные же воды составляют только 28,5 млн км³ из них 24 млн км³ это ледники недоступные для человека. В озерах и водохранилищах зааккумулировано только 155 тыс. км³, в речных же водах содержится только 1,2 тыс. км³ воды. Если сюда добавить, что Евразия вообще-то обделена водными источниками (здесь на душу населения приходится 6 тыс. м³/год), то ясно, что воду нужно беречь и защищать. Правда, в России на душу населения приходится более 20 тыс. м³ /год воды. Но где она сосредоточена? В Байкале, да в Сибирских реках. Для сведения озеро Байкал вмещает 23 тыс. км³ воды – это 1/6 часть всей пресной воды планеты.

Вода химическое соединение кислорода и водорода, существующее в жидком и газообразном состоянии. Водные ресурсы – это запасы поверхностных и подземных вод, находящиеся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы. Водный объект – сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа либо в недрах, имеющий границы, объем и черты водного режима. Водный режим – изменение во времени уровней, расходов и объемов воды в водных объектах.

Водные ресурсы нашей планеты образуют оболочку, называемую гидросферой. Все воды разделяются на природные и сточные.

Природные воды формируются под действием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия и подразделяются на атмосферные, поверхностные и подземные.

Атмосферные осадки в виде дождей или растаявшего снега стекают по дневной поверхности суши, называемой водосбором, образуя поверхностные воды, а часть их инфильтрует в грунт и переходит в подземные воды.

Поверхностные воды представляют собой скопление воды на земной поверхности в виде водотоков, водоемов, морей и ледников

Водотоки – реки, каналы, ручьи.

Водоемы – озера, водохранилища, пруды.

Моря – окраинные, внутренние, территориальные.

Ледники – материковые, горные.

Различают 3 основных типа подземных вод: верховодка, грунтовые, артезианские.

Верховодка располагается в самой верхней части земной коры на небольших глубинах.

Грунтовые воды залегают на относительно небольших глубинах на первом от земной поверхности водоупорном слое, состоящем из водонепроницаемых пород.

Артезианские воды залегают на большой глубине в водоносных горизонтах, перекрытых сверху и снизу водоупорными слоями.

Скопление подземных вод представляют собой подземные водные объекты, которые разделяются на водоносные горизонты, месторождения и бассейны.

Вода используется в быту, промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и в других видах деятельности человека. От вида целевого назначения воды ее применение подразделяется на водопользование и водопотребление.

При водопользовании вода, оставаясь в водоемах и водотоках, является средой или механическим источником энергии. Основные водопользователи являются: водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, гидроэнергетика

Водопотребление связано с забором воды из водоемов и водотоков. Круг водопотребителей очень широк: промышленность, сельское хозяйство, коммунально-бытовые организации, предприятия общественных производств, железнодорожный транспорт и т.д. Водопотребление от водопользования отличается не только безвозвратным изъятием части воды, но и загрязнением природных вод возвратными стоками.

Подсчитано, что если город потребляет в день 600 тыс. м³, то он дает около 500 тыс. м³ сточных вод. Сточные воды – это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека. Водоотведение – технологический процесс, обеспечивающий прием сточных вод с последующей подачей их на очистные сооружения канализации. Сточные воды, как правило, несут на себе загрязнения и засорение.

Загрязнение поверхностных и подземных вод – это вызванные хозяйственной деятельностью изменения физических, химических и биологических свойств воды по сравнению с нормами качества воды в естественном состоянии

Засорение вод – это поступление в водоем посторонних нерастворимых в воде предметов, не изменяющих качество воды, но влияющих на качественное состояние русел водоемов и водотоков.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на бытовые, атмосферные, промышленные и сельскохозяйственные.

Загрязнения вод можно разделить на 4 группы, которые образуют с водой гетерогенные и гомогенные системы (таблица 5). Эта классификация позволяет определить способ очистки сточных вод.

Таблица 5

Классификация примесей промышленных сточных вод по их фазовому и дисперсному состоянию

Группа	Размер частиц, м	Краткая характеристика
Гетерогенные системы
Взвеси	> 10–7	Суспензии и эмульсии, микроорганизмы и планктон. Обуславливают мутность воды
Коллоидные растворы	10–7 – 10–9	Золи и растворы высокомолекулярных соединений, обуславливающих окисляемость и цветность воды
Гомогенные системы
Молекулярные растворы	10–9 – 10–10	Растворенные газы, органические соединения, придающие воде запахи и вкусы
Ионные растворы	< 10–10	Соли, основания, кислоты, обуславливающие минерализованность, жесткость, щелочность и кислотность воды

Регулирование водопользования, водопотребления, охраны водных объектов в России осуществляется на основе принятого в 1995 году «Водного кодекса». Законодательство на этом кодексе не замыкается. В настоящее время на федеральном и региональном уровне разработано достаточно много законов, регулирующих водохозяйственную деятельность, в том числе с 1999 года за пользование водой из естественных источников введена плата за воду.

Качество воды - это характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования. Критерий качества воды - признак, по которому производится оценка качества воды.

Показатели качества воды.

Органолептические – определяются с помощью органов чувств человека (запах, вкус, цветность, мутность)

Физические – температура, вязкость, плотность, концентрация, электрическая проводимость и т.д.

Химические – активная реакция (рН), окисляемость, растворимость газов, сухой остаток, жесткость, концентрация химических веществ, и др. Сюда же можно отнести:

химическое потребление кислорода (ХПК), мг/л - количество кислорода, необходимое для химического окисления содержащихся в воде органических веществ (ХПК 20 мгО₂ /л - чистая);

биологическую потребность в кислороде (БПК), мг/л - количество кислорода, необходимое для биологического разложения органики за определенный отрезок времени (1, 2, 5, 20 суток) (БПК - 2 мгО₂/л - чистая).

Бактериологические показатели: коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 л воды; колититр – количество миллилитров воды, в которых обнаружена 1 кишечная палочка.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения и рыбохозяйственных целей используются реки, водохранилища, озера, искусственные каналы. Пригодность состава и свойств поверхностных вод, используемых для этих целей, определяется соответствующими требованиями и нормативами, изложенными в «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Согласно им в водные объекты запрещается сбрасывать сточные воды:

1) которые могут быть устранены путем усовершенствования технологий, максимального использования в системах оборотного водоснабжения или устройства бессточного производства;

2) содержащие ценные отходы, которые могут быть утилизированы на данном или других предприятиях;

3) содержащие производственное сырье, реагенты, полупродукты и конечные продукты производства в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь;

4) содержащие вещества, на которые не установлены ПДК;

5) которые с учетом местных условий могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве при соблюдении санитарных требований

6) в виде кубовых остатков и технологических отходов.

Согласно «Правил …», все водные объекты подразделяются на 2 типа: 1) хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, 2) используемые для рыбохозяйственных целей. В свою очередь первый тип подразделяется на две категории: 1) объекты, используемые для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и снабжения пищевых предприятий, 2) объекты, используемые для купания, спорта, отдыха и водоемы в черте населенных пунктов.

Второй тип водных объектов имеет тоже две категории: 1) объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, 2) объекты, используемые для всех других видов рыбохозяйственной деятельности. В России большинство водоемов и водотоков находятся в разряде рыбохозяйственных.

Для оценки санитарного состояния водной среды, как и для атмосферного воздуха, применяются показатели ПДК и ВДК, а также ПДС (предельно допустимый сброс). Причем необходимо отметить, что ПДК является основным условием очистки сточных вод.

Вторым видом типизации вод является классификация их по целевому назначению (см. схему 14).

Схема 14

Поливная

Как видно из схемы 14, вода расходуется на хозяйственно-питьевые цели, на полив и на технические цели.

Воду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую.

Энергетическая вода может находиться как в системе водопользования при получении электроэнергии на ГЭС, так в системе водопотребления. В системе водопотребления эта вода служит средой для подачи тепла в системах централизованного теплоснабжения.

Охлаждающая вода служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. При этом она практически не соприкасается с минеральными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается, служа в дальнейшем источником теплового загрязнения окружающей среды. В промышленности на нужды теплообмена расходуется 65-80% всего водопотребления. На крупных химических предприятиях потребление охлаждающей воды достигает 440 млн м³/год. Суммарное количество воды, заключенное в системах охлаждения на предприятиях химической отрасли, составляет 20 млрд. м³/год.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную.

Средообразующую воду используют для растворения и образования производственных суспензий (пульп), при обогащении и переработке руд, для нужд гидротранспорта и в пищевой промышленности.

Промывающая вода служит для промывки газообразных, жидких и твердых материалов, а также для мытья машин и аппаратов. В железнодорожном транспорте на промывку направляют до 30% всей используемой воды.

Реакционная вода служит в качестве химического или физико-химического реагента.

Согласно требованиям «Водного кодекса», система водообеспечения промышленных предприятий должна быть, как правило, с оборотом воды для всего предприятия или в виде замкнутых циклов для отдельных цехов. При этом необходимо предусматривать очистку отработанной воды. Последовательная или прямоточная система подачи воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности или нецелесообразности применения оборотного водоснабжения. Принципиальные схемы оборотного водоснабжения приведены на рис. 9.

Рис. 9. Принципиальные технологические схемы оборотного водоснабжения:

а) –с охлаждением воды; б) – с очисткой воды; в) – с очисткой и охлаждением воды:

П – производство; НС – насосная станция; ОХ – охлаждение воды; ОС – очистка воды

Таким образом, наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды, а значит и количества стоков – это создание оборотных систем водоснабжения. Использование оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление свежей воды. В отдельных отраслях ее доля составляет в настоящее время 75-90%.

Защита водной среды может осуществляться активными методами (которые непосредственно связаны с изменением в технологии производства) и пассивными, которые не вносят изменений в технологию, применяются лишь нейтрализация или ограничение вредного воздействия (это организация водоохранных зон и зон санитарной защиты питьевых источников, разбавление загрязняющих веществ при сбросе сточных вод в водные объекты).

Лекция 14. ОЧИСТКА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

План лекции

1. Классификация методов очистки сточных вод.

2. Основные технологические принципы и назначение механических методов очистки сточных вод: процеживания, фильтрования, гидроциклонирования и технические средства их осуществления.

3. Химические и физико-химические способы очистки вод.

4. Биологические способы очистки сточных вод.

Требования к качеству очищенных вод диктуется условиями их дальнейшего применения. Если они возвращаются в производственный цикл, то степень их очистки определяется технологическими требованиями самого производства (например, для производства радиодеталей, печатных плат, спиртных напитков, пива, хороших газированных вод и т.д. требуется очистка природных вод, т.к. они для этого считаются грязными). Если же очищенные воды сбрасываются в окружающую среду, то необходимая степень их очистки определяется нормативами ПДК, ПДС и экологическими требованиями.

Выбор методов очистки зависит от состава сточных вод. Загрязнители сточных вод делятся на физические, биологические и химические. В свою очередь химические загрязнители делятся на:

• биологически нестойкие органические соединения;

• малотоксичные неорганические соли;

• нефтепродукты;

• биогенные соединения;

• вещества со специфическими токсичными свойствами, в том числе тяжелые металлы и биологически жесткие неразлагающиеся органические вещества.

Очистка сточных вод осуществляется: механическими, физико-химическими, химическими и биологическими методами.