Лекция 10. Промышленные отходы переработка и утилизация Методы обработки и утилизация жидких и пастообразных отходов

Из известных способов обработки и утилизации производственных жидких отходов, включая и пастообразные, в мировой практике наибольше применение нашли следующие методы: биологическое окисление и физико-химическая очистка, складирование в поверхностных хранилищах, захоронение в глубинные горизонты и подземные пустоты естественного и искусственного происхождения, сброс в глубинные части морей и океанов, термическая обработка, захоронения в наземных герметических резервуарах.

Сточные воды промышленных предприятий очищается механическими, физико-химическими и биологическими методами. Схемы очистки определяются рядом факторов, включающих показатели очищаемого стока, возможность утилизации примесей и повторного использования воды для производственных нужд, состояние водоема и качество воды в нем и т.д. В зависимости от зальщенного использование воды в каждом случае принятая схема очистки должна обеспечивать требования к качеству очищенной воды. Существует три основных типа очистных сооружений-локальные, заводские, районные или городские.

Назначение локальных очистных сооружений заключается в очистке сточных вод с излечением ценных компонентов после выхода воды из технологических установок или цехов.

Очистка от конкретных примесей на локальных установках осуществляется проще, дешевле и эффективнее, чем из их смесей, причем проще усиливать и регенерировать индивидуальные вещества и возвращать их в процесс. Для локальный очистки сточных вод применяют электродиализ, обратный осмос, сорбцию, экстракционных обмен и др. Многие крупные предприятия отрасли располагают собственными заводскими очистными станциями, наиболее совершенные из которых включают в себя сооружения механической, физико-химической и биологической очистки.

Районные или городские очистные сооружения предназначены для очистки бытовых и производственных сточных вод района. При совместной очистке к производственным стоках предъявляется ряд требований по содержанию взвешенных и всплывающих веществ, продуктов, способных разрушать или засорять коммуникации, взрывоопасных и горючих свойств и по температуре.

Степень очистки сточных вод, выпускаемых в водоемы, регламентировано «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Сточные воды перед повторным использованием должны быть очищены до степени, необходимой для дальнейшего их применения в том или ином производстве.

Наиболее широкое применение получили системы первичной, вторичной и третичной очистки сточных вод. Для доочистки воды применяют различные реагентные методы, фильтрование, асорбцию, ионный обмен и др. Все больше используются асорбционные методы очистки в сочетании с другими. Важной народнохозяйственной проблемой является обработка и утилизация осадков получаемых после очистки производственных бытовых сточных вод. Получившие широкое распространение способы переработки осадков в метантанках и на иловых площадках являются несовершенными, малопроизводительными, дорогими и требуются под них большие земельные участки. Перспективным направлением является обезвоживание сброшенных осадков с последующей их термической обработкой. Ввысушенные осадки можно использовать в качестве органо-минерального удобрения. Интерес представляют и другие методы утилизации осадков, например приготовление добавок к кормов сельскохозяйственных животных и зверей цепных пород, получение витамина В12, аммиакокислот, продуктов сухой переонки осадков. Многотонные жидкие, пастообразные и твердые отходы, не относящиеся к категории сильно токсичных часто складируют в поверхностных хранилищах. Этот метод вынужденный и экономически неоправданный, так как с этим связано отчуждение больших земельных участков и загрязнение поверхностных и подземных вод, поэтому он не рекомендуется для широкого внедрения.

При захоронении токсичных веществ ( резких и пастообразных ) в шурфы траншеи предварительно проходят стабилизацию, которая заключается в их фиксации различными связующими или цементирующими веществами. Этот способ используется во всем мире для захоронения, пример, радиоактивных отходов и различных сильно токсичных ввеществ (соединения Hg, As цианидов и др.) В 70-80 годы получило распространение закачивание жидких и пастообразных отходов в глубинные горизонты и подземные пустоты естественного и искусственного происхождения

(используются отработанные выработки рудников или шахт, пройденные в устойчивых породах ( это глины, гипсы, глинистые сланцы, каменная соль и т.д). Способы разработки подземных пустот разнообразными методам камуфлетных взрывов в пластичных глинистых породах, горным способом в устойчивых породах, путем выщелачивания или размывом а отложениях каменной соли и др. Применять этот метод следует при гарантированном исключении последствий, так как закачивание отходов в глубинные горизонты земли может привести к распространению загрязняющих ввеществ подземелей. Сброс отходов в глубинные части моря или океана применяется для захоронения радиоактивных отходов США и Англей. В Союзе этот метод не применяли.

Для тех жидких и пастообразных отходов переработка которых не дает удовлетворительных результатов механическими, биологическими, физико-химическими и др. методами, применяется «огневое» обезвреживание при t 550-980 ⁰C и выше.

В современных агрегатах огневого обезвреживания, на электротехнической основе, наряду с различием органических примесей с получением безвредных веществ, созданы условия для извлечения ценных минеральных соединений, используемых дальше как производственные сырье.

Основными недостатками этого метода является большой расход топлива для полного окисления токсичных веществ и необходимость очистки отходящих газов. Однако при высокой концентрации горючих примесей процесс огневого обезврежены может быть практически автотермичным с минимальным расходом топлива на предварительный разогрев реактора.

Анализ известных методов обработки и закачивания жидких и пастообразных отходов показывает, что полностью они не решают вопросов охраны природы от производственных загрязнений. Наблюдается необходимость в ликвидации вторичных загрязнений, а часто например, при складировании и закачивании в подземные горизонтытрудно прогнозировать возможное последствия. Такая же картина наблюдается при обезвреживании газообразных захоронений твердых отходов.

По масштабам добычи и переработки сырья цветная металлургия сопоставима с угольной и железорудной отраслями промышленности. Добыча горной массы составляет свыше 2,1 млрд. т в год. В цветной металлургии естественный выход неиспользованных отходов в десятки и сотни раз выше чем в черной промышленности. Отходы добычи цветных металлов составляют ~ 80 %, отходы обогащения ~10 % добытой горной массы. Особенностью цветной металлургии, связанной с технологически сложным характером сырья, является большое число токсичных веществ, загрязняющих отходы. Это соединение S, As, Sb, Se, Te и другие. Токсичны и остаточные цветные металлы : (Pb, Zn, Cu, Cd, Hg и т. п.). Потребление воды в отрасли составляет ~ 10 % млрд. м³. Начиная с 1970 года, не смотря на рост производства, потребление свежей воды непрерывно сокращается. На 85 % предприятий осуществлен водооборот, на 20 % предприятий – бессточная технология. В целом на предприятиях цветной металлургии стран СНГ оборотные и повторно используемые воды составляли 80 % общего водопотребления (1985 г.). предприятия цветной металлургии сбрасывают загрязненные промышленные волы, содержащие от нескольких до десятков миллиграмм в литре: ксантогенаты, дитиофосфаты, фенолы, цианиды, вспениватели, органические кислоты и другие.

Потребление воды обогатительными фабриками отрасли составляет 1,5 млн. м³ в сутки или 450 – 500 млн. м³ в год. Объем шахтных вод в цветной металлургии составляет 450 млн. м³ в год. Они содержат Me (Cu до 12 г/л, Pb до 40мг/л, Ni до 40мг/л, Zn, Fe, Ag) их сульфиды и хлориды, F, минеральные соли, а также рудную мелочь и щепу.

На предприятиях цветной металлургии ежегодный выброс в воздух SO₂ составляет 18,5 % от общего выброса SO₂ в атмосферу. Это вторая величина после выбросов тепловых электростанций. Намечено решение для цветной металлургии проблемы улавливания и утилизации S из разбавленных газов, характерных для металлургии Cu, Ni, Pb. Отработана технология получения элементарной S из таких газов метановым способом по полной технологической схеме. Проведен комплекс работ по разработке методов очистки вентиляционных выбросов от вредных газообразных компонентов с помощью нетканых ионообменных полотен. Проведены поисковые исследования по очистке отходящих газов от As и по его использованию в народном хозяйстве.

Комплексное использование минерального сырья и утилизация отходов цветной металлургии.

Объем шахтных вод в цветной металлургии составляет 450 млн.м³ в год. Они содержат Me (Cu до 12г/л, Pb до 40мг/л, Ni до 40мг/л, Zn, Fe, Ag) их сульфиды и хлориды, F, минеральные соли, а также рудную мелочь и щепу.

Комплексная переработка руд

Основные месторождения руд цветных металлов комплексные. К ним относятся: сульфидные медно – никелевые гидротермальные; медные, свинцово – цинковые, сульфидные касситеритовые. Cd, Ga, Ti, Pb встречаются в – Zn-вых и полиметаллических рудах. Галлий более всего концентрируется в пирите, сфалерите и галените. Касситеритовые полиметаллические руды являются источником получения индия. Свинцово – цинковые руды содержат главным образом индий и талий. Бокситы и нефелины являются носителями галлия. В цветной металлургии производится комплексное извлечение цветных металлов из руд, осуществляется производство серной кислоты, соды, мин. удобрений, закладочного материала и стройматериалов. Причем, общая стоимость попутной продукции составляет ~30 % стоимости всех товаров выпуска отрасли. В настоящее время на предприятиях цветной металлургии из минерального сырья сложного состава извлекается > 70 элементов и производится ~700 различных видов продукции. На обогатительных фабриках отрасли освоены новые комплексные схемы обогащения многих типов руд цветных, редких и благородных металлов и выпускается ~30 наименований продукции. Наибольшее число видов продукции получают в редкометалльной подотрасли. В медной подотрасли получают 7 видов концентратов: медный, цинковый, баритовый. На фабриках Pb – Zn-вой подотрасли, кроме Pb-го и Zn-го концентратов, получают медный, пиритный, баритовый, оловянный концентраты и золотосодержащий продукт. Оловянная вольфрам-молибденовая подотрасли получают по 6 видов продукции, в том числе концентраты: Cu, Zn, Pb, W, Sn – й, флюоритовый (оловянная подотрасль) и Cu, Mo, W, Sn, Bi – й (вольфрамово-молибденовая подотрасль). Металлы, элементы и соединения их в рудах, подвергаемых обогащению подразделяются на 3 категории по следующим признакам:

1) 1 категория – основные для подотрасли металлы, которые могут быть выделены при обогащении в самостоятельные концентраты. Главная задача – повышение извлечения их в соответствующие концентраты.

2) 2 категория – сопутствующие элементы – цветные металлы, не основные для данной подотрасли, которые также могут быть выделены в виде самостоятельных концентратов или полупродуктов. Обычно содержание в рудах сопутствующих металлов ниже, чем основных и эти руды относятся, как правило, к труднообогатимым.

3) 3 категория – некоторые редкие металлы, элементы – спутники (благородные, редкие, редкоземельные элементы), извлечение которых тесно связано с повышением извлечения тех или других основных металлов в соответствующие концентраты, поскольку они не выделяются в виде самостоятельных концентратов.

Выделение сопутствующих элементов, например, меди из свинцово – цинковых руд в концентраты или полупродукт возможно при низких содержаниях этих элементов в исходных рудах. Au и Ag в большинстве случаев концентрируется в Cu, Pb и Zn-вых концентратах. Медь в основном теряется с отвальными хвостами и пиритными концентратами. Значительны потери цинка с медными концентратами. Потери Sn с сульфидами составляют 10 – 14 %. Пиритные концентраты используются как сырье для получения серной кислоты, при этом проблемы переработки их с целью извлечения всех ценных компонентов еще не решены и содержащиеся в них цветные , редкие и благородные металлы теряются безвозвратно. Недостаточно высокое содержание Fe в пиритных огарках и наличие в них вредных примесей (Zn,Pb,As и другие) сдерживают использование их в железорудной промышленности. В настоящее время из пиритных концентратов извлекают в основном серу, остальные ценные компоненты (Fe, Cu, Pb, Zn, Au, Ag, Se, Te, Cd, Ti) извлекают при обогащении и металлургии неполно и в ограниченном масштабе. Попутно с цветными металлами предприятиями производят химическую продукцию - минеральные удобрения, серную кислоту, кальцинированную соду и другие. Многие полезные компоненты находятся в таких специфических минералах, которые ни в отечественной, ни в мировой практике не извлекались. Примером комплексного использования сырья за рубежом может служить организация обогащения на фабриках «Сулливан» (Канада), «Клаймакс» (США), «Палабора» (ЮАР), «Экстол» (Канада). На фабрике «Сулливан» флотацией выделяют свинцовый (извлечение 90%), цинковый (извлечение 83,3%), сульфидный (пирит – пирротиновый) концентраты. Из хвостов флотации на специально гравитационной установке получают оловянный концентрат (извлечение – 38-43 %). Сопутствующие элементы – Ag, Bi, Cd, Sb, In - извлекаются в основном в концентраты.