1.3 Классификация основных и специальных способов переработки и утилизации отходов

Значительная часть образующихся отходов производства перерабатывается по схемам и на оборудовании, аналогичных применяемым для получения товарной про­дукции из первичного промышленного, сельскохозяйственного или про­мыслового сырья. Примерами перечисленного может служит использование металлолома в сталепла­вильных агрегатах, металлургических шлаков и железосодержащих отходов в производстве портландцемента, получение серной кислоты из отходящих газов конвертерного, обжигового и других переделов меде­плавильных заводов и т.д.

Все известнее и применяемые в настоящее время способы и технологии обезвреживания, переработки и утилизации отходов подразделяются на две группы.

Первая группа – это технологии переработки отходов, аналогичные применяемым для первичного сырья, которые называются индустриальными.

Вторая группа, включающие способы, получившие распространение только в процессах переработки вторичного сырья или защиты окру­жающей среды (воздушной, водной, почв). называются утилизационными.

Все процессы или методы переработки и обезвреживания отходов, в соответст­вии с принятой классификацией технологических процессов мож­но разделить:

1. механические,

2. физико-химические,

3. биохи­мические,

4. комбинированные.

К механическим методам переработки относятся процессы:

• дробление (дробилки);

• измельчение (мельницы);

• классификация (грохоты);

• смешивание (смесители),

• компактирование (таблеточное, прессовальное и валковое оборудование),

• гравитационное обогащение (сепараторы, шлюзы, обогатительные столы).

К физико-химическим методам переработки относятся процессы:

• флотация,

• магнитная сепарация,

• электрическая сепарация,

• грануляция.

К биохимическим методам переработки преимущественно относятся процессы:

• сбраживание в метантеках,

• отстаивание в иловых площадках,

• биоразрушение в биобарабанах.

Механические методы являются первой стадией или предварительным этапом переработки отходов, заключающее в классификации отходов по физическим параметрам, уменьшение их объемов и подготовки для последующей их переработки и утилизации. Данные методы широко применяются как для твердых отходов, так и пастообразных, сыпучих и жидких кубовых остатков с высоким содержанием ценных компонентов и практической возможностью их извлечения и утилизации во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Химические методы изменяют физические свойства исходного сырья и его качественный химический состав. Взаимодействие веществ в них осуществляется в стехиометрических соотношениях, определяе­мых уравнениями протекающих реакций. Важное место среди химических процессов занимают термические способы. Для ускорения обезвреживания загрязнителей или их извле­чения во всех типах термических превращений могут быть использова­ны катализаторы.

Физико-химические методы – это процессы, в которых в отличие от химических методов, реакция или процесс перевода одних веществ в другие вещества протекает нестехиометричны под влиянием внешних условий (давление, объем, температура и др.), в которых они реали­зуются. При этом могут существенно изменяться поверхностные, межфазные свойства, развиваются другие явления смешанного (физи­ческого и химического) характера.

Физико-химические процессы переработки отходов широко приме­няются в индустриальных технологиях металлургии, основных химиче­ских производств, органического синтеза, энергетики и особенно в природоохранных технологиях (пыле- и газоулавливание, очистка сточ­ных вод и т.п.).

В утилизационных способах они образуют наиболее представительную группу методов, используемых в основном не столь­ко для переработки и утилизации, сколько для обезвреживания про­мышленных и бытовых отходов. В этом плане можно назвать методы коагуляции и флокуляции, экстракции, сорбции, ионного обмена, фло­тации, ультрафиолетового излучения. Особую группу физико-химических методов составляют термические методы и методы комплексособразования.

Термические методы предусматривают тепловое воздействие на от­ходы, которое приводит к изменению их первоначального состава. И заключается в прямом сжигании, газификации, пиролизе, нагревание в воздухе, в вакууме и т.д. Их используют для удаления и обезврежи­вания органических веществ и некоторых цветных металлов, термиче­ской стабилизации грунтов, сжигания отходов и т.п.

Наибольшее распространение получили первые три метода. Их существенное отличие друг от друга заключается в разной степени окисленности атмосферы, в которой они реализуются. Так, сжигание горю­чих отходов проводят в окислительной атмосфере, газификацию — в частично окислительной, пиролиз — в неокислительной (без доступа воздуха): Окислительная, нейтральная, восстановительная атмосфера или ее отсутствие-(вакуум) характерны также и для термических спо­собов переработки негорючих отходов.

Сжигание — весьма распространенный метод термической перера­ботки отходов. Он реализуется при температурах не ниже 600°С и относится к окислительным термическим процессам автогенного харак­тера (теплоты, выделяемой при окислении, достаточно для поддержания горения без дополнительного топлива).

При сгорании органической части отходов образуются СО и СО₂, пары воды, NO₂ и SO₂, аэрозоли. Методы сжигания не нуждаются в организации шламового хозяйства, имеют компактное, простое в обслуживании оборудование, низкую стоимость очистки отходящих газов. Однако область их применения ограничива­ется свойствами продуктов реакции. Их нельзя использовать для пере­работки отходов, если последние содержат Р, S, галогены. В этом случае могут образовываться продукты реакции, например диок­сины и фураны, по токсичности во много раз превосходящие исходные газовые выбросы. Твердые продукты сгорания отходов, как правило в виде золы, накапливаются в нижней части печи и периодически вывозятся на захо­ронение или используются в производстве вяжущих веществ. Основным полезным продуктом сжигания отходов является обычно тепло отходящих газов, используемых как ВЭР для выработки пара, электроэнергии, горячей воды для производственных и бытовых нужд.

Газификация заключается в обработке углеродсодержащего вещества (угля) при 600-1100°С водяным паром, О₂ (воздухом) или СО₂ и как индустриальная технология применяется для переработки твердых, жидких и пастообразных отходов (в металлургии для получения горючих газов из бурого высокозольного угля).

В результате соответственно па­ровой, кислородной, углекислотой или комбинированной конверсии угля образуется равновесная смесь вновь образованных (водород, ок­сид углерода) и исходных газов. Эта смесь (генераторный газ, синтез-газ), включающая продукт неполного окисления угля (оксид углерода), а также водород, обладает восстановительным потенциалом и исполь­зуется как газообразное топливо. Синтез-газ может содержать туман жидких смолистых веществ, однако его восстановительный потенциал практически исключает наличие в нем оксидов серы и азота.

Пиролиз как способ нагревания органических веществ до относи­тельно высоких температур без доступа воздуха сопровождается раз­ложением высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные, жидкую и газообразную фракции, коксованием и смолообразованием. В индустриальных технологиях его используют при сухой перегонке дерева, коксовании угля, крекинге нефти и в других случаях.

В зависимости от температуры реализации различают три вида пиро­лиза:

1. низкотемпературный, или полукоксование (не более 450-550°С);

2. среднетемпературный, или среднетемпературное коксование (до800°С);

3. высокотемпературный, или коксование (900-1050°С).

С повышением температуры снижается выход жидких и увеличивается —газообразных продуктов. Поэтому низкотемпературный пиролиз обычно проводят для получения первичной смолы — наиболее ценного источника жидкого топлива и различных химических продуктов. Основная задача высоко­температурного пиролиза — получение высококачественного горючего газа. Твердый остаток (пиролизный кокс) используют в качестве заме­нителя природных и синтетических углеродсодержащих материалов, сор­бента при очистке питьевых и сточных вод и т.д.

Методы осаждения основаны на обменных ионных реакциях с добавлением химических реагентов к нейтрализируемой массе с образованием малорастворимых в воде веществ, выпадающих в виде осадков. Они особенно эффективны при нейтрализации нерадиоактив­ных тяжелых металлов (Сг, Pb, Hg, Cd) и радионуклидов в грунте. В почве после ее обработки фиксируется более 90% указанных элементов. Осаждение также применяют для очистки грунта от хлорированных и нитрированных углеводородов.

Технологии комплексообраэования используют для связывания (иммобилизации) тяжелых металлов, полициклических и ароматических углеводородов, хлорорганики, нефте- и радиоактивных отходов. Комплексообразователями служат неорганические вяжущие типа портланд­цемента, зольных, силикатов калия и натрия (жидкое стекло), извести и др.

Недостаток метода — невысокая стойкость некоторых комплексобразователей к воздействию атмосферной и грунтовой влаги, изменению температурного режима, приводящая к разрушению композицион­ного материала. Эти способы химической переработки твердых отходов нашли широкое применение при стабилизации, очистке и восстановле­нии почв.

Применительно к переработке и утилизации отходов невозможны как понятие биологические процессы. По существу биологический процесс представляет собой совокупность множества физических, химических, физико-химических и биохимических превра­щений, одновременно протекающих в субъекте живой природы, кото­рые в течение определенного времени обеспечивают жизнедеятельность этого субъекта, включающую и воспроизводство потомства.

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

Каждый из перечисленных методов имеет преимущества и недостатки, поэтому выбор конкретного метода переработки отходов следует вести с учетом многих факторов и показателей, наиболее важными из которых являются:

- капитальные и эксплуатационные затраты,

- технико-экономические показатели работы оборудования и неизменность себестоимость производимых работ или продукции с учетом вносимых изменений в технологию производства,

- экологические показатели конкретного метода переработки,

- реальная возможность внедрения данного метода в условиях конкретного производства;

- возможность утилизации образующихся побочных продуктов от утилизации основного первоначального отхода на самом предприятии без увеличения негативной техногенной нагрузки на окружающую среду,

- сведение к минимуму практической вероятности аварийного или опасного состояния работы предприятия.