Промышленная экология. Утилизация крупнотоннажных отходов производс
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
К.Г. Пугин
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ. УТИЛИЗАЦИЯ КРУПНОТОННАЖНЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2016
УДК 504.064.47+658.567.1](075.8) П88
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор И.С. Глушанкова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет),
д-р техн. наук, профессор А.А. Кетов (Пермский государственный национальный исследовательский университет)
Пугин, К.Г.
П88 Промышленная экология. Утилизация крупнотоннажных отходов производства : учеб. пособие / К.Г. Пугин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – 96 с.
ISBN 978-5-398-01559-1
Представлены основные направления утилизации отходов производств металлургических, горнодобывающих, тепловых электростанций и основной химии.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» по профилю «Инженерная зашита окружающей среды».
УДК 504.064.47+658.567.1](075.8)
ISBN 978-5-398-01559-1 |
© ПНИПУ, 2016 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение ............................................................................................................ |
5 |
Глава 1. Общие сведения об отходах........................................................... |
7 |
1.1. Основные определения..................................................................... |
7 |
1.2. Классификация и группы отходов производств............................. |
7 |
1.3. Масштабы образования и накопления .......................................... |
12 |
1.3.1. Мировое количество отходов производства............................ |
12 |
1.3.2. Количество отходов производства на территории |
|
Пермского края........................................................................... |
16 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
19 |
Глава 2. Отходы металлургической промышленности......................... |
21 |
2.1. Классификация металлургических отходов.................................. |
21 |
2.2. Количество, химический состав и свойства |
|
металлургических отходов............................................................. |
24 |
2.3. Нормы образования металлургических отходов.......................... |
25 |
2.4. Основные пути утилизации металлургических отходов............. |
27 |
2.4.1. Изготовление строительных материалов................................. |
28 |
2.4.2. Использование шлаков в металлургических переделах......... |
35 |
2.4.3. Применение в сельском хозяйстве........................................... |
37 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
38 |
Глава 3. Отходы горнодобывающей промышленности......................... |
39 |
3.1. Классификация отходов горнодобывающей |
|
промышленности............................................................................. |
39 |
3.2. Количество, химический состав и свойства ................................. |
41 |
3.3. Нормы образования отходов горнодобывающей |
|
промышленности............................................................................. |
43 |
3.4. Основные пути утилизации отходов горнодобывающей |
|
промышленности............................................................................. |
45 |
3.4.1. Отходы добычи и обогащения железных руд......................... |
45 |
3.4.2. Отходы добычи и обогащения руд в цветной |
|
металлургии................................................................................ |
47 |
3.4.3. Отходы добычи и обогащения нерудных материалов............ |
48 |
3.4.4. Отходы добычи и обогащения угля ......................................... |
49 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
51 |
Глава 4. Отходы ТЭС и котельных ........................................................... |
52 |
4.1. Классификация отходов ТЭС......................................................... |
52 |
4.2. Количество, химический состав и свойства золошлаковых |
|
отходов............................................................................................. |
53 |
4.3. Нормы образования отходов ТЭС................................................. |
56 |
|
3 |
4.4. Основные пути утилизации отходов ТЭС.................................... |
58 |
4.4.1. Вяжущие композиции............................................................... |
58 |
4.4.2. Производство строительных материалов и изделий.............. |
58 |
4.4.3. Утилизация в металлургии....................................................... |
62 |
4.4.4. Использование в качестве адсорбента и наполнителя........... |
63 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
64 |
Глава 5. Отходы химических производств.............................................. |
65 |
5.1. Классификация отходов химических производств...................... |
65 |
5.2. Количество, химический состав и свойства................................. |
65 |
5.3. Нормы образования химических отходов.................................... |
69 |
5.4. Основные направления утилизации.............................................. |
72 |
5.4.1. Фосфогипс.................................................................................. |
72 |
5.4.2. Сернистый гипс ......................................................................... |
74 |
5.4.3. Пиритные огарки....................................................................... |
76 |
5.4.4. Отходы содового производства................................................ |
78 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
80 |
Глава 6. Нормативные документы, регламентирующие |
|
использование отходов производства в качестве компонентов |
|
строительных материалов...................................................................... |
81 |
6.1. Нормативные документы Европейского союза и США.............. |
81 |
6.2. Нормативные документы Российской Федерации....................... |
83 |
6.2.1. Федеральные законы и постановления РФ.............................. |
83 |
6.2.2 Санитарные нормы, методические указания |
|
и ведомственные строительные нормы.................................... |
84 |
6.2.3. Основные ГОСТы, используемые при изготовлении |
|
строительных материалов из промышленных отходов.......... |
88 |
6.3. Нормативные документы Пермского края................................... |
91 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
92 |
Заключение...................................................................................................... |
93 |
Список рекомендуемой литературы ............................................................ |
94 |
4
ВВЕДЕНИЕ
Глобальное техногенное вмешательство человека и техники в природную среду привело к накоплению на земной поверхности огромного количества отходов производства. В горнодобывающей, химической, металлургической и других отраслях промышленности образуется большое количество твердых отходов. В результате добычи и обогащения полезных ископаемых образуются десятки миллионов кубометров отвальных пород и шламов. Объем техногенных отходов только на стадии разработки месторождений в четыре-пять раз превышает объем добычи, а на стадии обогащения в тридцать и более раз превышает объем производства концентрата.
Твердые отходы промышленных производств в значительной части относятся к числу крупнотоннажных, поэтому проблема их переработки является актуальной в связи с проблемами по их складированию. Отвалы уменьшают площади фонда земли и загрязняют почву и водные источники, оказывая негативное воздействие на окружающую среду.
На территории Российской Федерации находится более 85 млрд т твердых отходов, для размещения такого количества отходов занято более 300 тыс. га земли. Их ежегодное увеличение составляет около 2,6 млрд т. По данным Министерства природных ресурсов Пермского края, общий объем отходов в 2012 г. составил 37 млн т.
Отходы можно рассматривать с двух точек зрения: как главный загрязнитель окружающей среды и как ценный продукт для вторичного применения и переработки в качестве аналогов первичного сырья. Во всем мире все более актуальным становится нестандартное использование первичных материалов, совершенствование технологий, а также разработка новых направлений утилизации и переработки крупнотоннажных техногенных отходов.
5
Создание и широкое применение безотходной технологии является наиболее эффективным путем решения проблемы промышленных отходов. Данная технология подразумевает использование систем с замкнутым циклом и комплексную (многократную) переработку отходов с получением полезного продукта. При таком использовании материалов промышленные отходы одних производств будут являться сырьем для других.
Актуальность утилизации крупнотоннажных отходов определяется следующими факторами. Во-первых, утилизация отходов позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду, сократить накопление отходов в отвалах и хранилищах, а в ряде случаев совсем исключить, уменьшить воздействие на атмосферу за счет снижения вредных выбросов в окружающую среду. Вовторых, производство полезного продукта из техногенных отходов уменьшает потребность в природном сырье. В-третьих, комплексное использование сырья является экономически выгодным производством за счет снижения удельных капитальных затрат и сокращения периода окупаемости.
6
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТХОДАХ
1.1. Основные определения
Отходы производства и потребления – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства.
Опасные отходы – это отходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной способностью), или возбудителей инфекционных болезней либо представляют непосредственную или потенциальную опасность для окружающей среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами.
Крупнотоннажные отходы – это отходы производства, количество которых во много раз превышает количество целевых продуктов при добыче, обогащении и использовании.
Состав и количество отходов регламентируется государственным кадастром, включающим такие разделы, как государственный реестр объектов размещения отходов, федеральный классификационный каталог и банк данных об отходах.
1.2. Классификация и группы отходов производств
Техногенные отходы выделяют по совокупности приоритетных признаков, представленных в табл. 1.1.
ВРоссии существует Федеральный классификатор отходов,
вкотором каждому виду отходов в зависимости от источника его происхождения присваивается идентификационный код.
Расчет класса токсичности опасных отходов производства и потребления осуществляется согласно методике СП 2.1.7.1386–03.
7
|
|
|
Таблица 1.1 |
Классификация и группы отходов производств |
|||
|
|
|
|
По происхождению |
По агрегат- |
По химическому |
По экологи- |
|
ному состоя- |
составу (учитыва- |
ческой опас- |
|
нию |
ется процентное |
ности |
|
|
содержание хими- |
|
|
|
ческого вещества |
|
|
|
в отходах) |
|
Отходы органическо- |
Твердые |
Кремнистые |
I класс |
го природного (жи- |
|
отходы (свободного |
|
вотного и раститель- |
|
SiO2>50%) |
|
ного) происхождения |
|
|
|
Отходы минерального |
Жидкие |
Силикатные |
II класс |
происхождения |
|
(Са, MgS) |
|
Отходы химического |
Газообразные |
Карбонатные |
III класс |
происхождения |
|
(CaCО3, MgCО3) |
|
Отходы коммунально- |
|
Сульфатные |
IV класс |
го (включая бытовые) |
|
(CaSО4×2H2O) |
|
происхождения |
|
|
|
1.Отнесение отхода к классу опасности расчетным методом осуществляется на основании величины суммарного индекса опасности К, рассчитанного по сумме показателей опасности веществ, составляющих отход (Кi).
2.Перечень компонентов отхода и их количественное содержание устанавливаются по результатам качественного и количест-
венного химического анализа или по составу исходного сырья
итехнологии его переработки.
3.Показатель опасности компонента отхода Ki рассчитывается как отношение концентрации компонента отхода Сi (мг/кг) и коэффициента степени опасности компонента Wi.
Кi = Ci / Wi,
lg Wi = 1,2 (Xi – 1),
где Xi – усредненный параметр опасности компонента отхода.
8
4.Алгоритм определения усредненного параметра опасности компонента отхода Xi.
5.На основе качественного состава отхода проводится информационный поиск токсикологических, санитарно-гигиенических и физико-химических показателей опасности каждого его компонента.
Показатели опасности выбирают из перечня табл. 1.2, а их значения – из нормативных документов и литературных источников, при этом приводятся полные библиографические данные использованного источника информации.
Таблица 1.2
Токсикологические, санитарно-гигиенические и физико-химические показатели компонентов отхода
№ |
Показатели |
Уровни и критерии опасности |
||||
п/п |
опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
ПДКп |
неорга- |
< 5 |
5–50 |
51–1000 |
> 1000 |
|
(ОДК) |
ниче- |
|
|
|
|
|
химиче- |
ские |
|
|
|
|
|
ских ве- |
органи- |
< 1 |
1–9,9 |
10–99,9 |
> 100 |
|
ществ, |
ческие |
|
|
|
|
|
мг/кг |
|
|
|
|
|
2 |
ПДКв (ОДУ), мг/л |
< 0,01 |
0,01–0,1 |
0,11–1 |
> 1 |
|
3 |
ПДКр.з, мг/м3 |
< 0,1 |
0,1–1 |
1,1–10 |
> 10 |
|
4 |
мгПДК/м3с.с.(м.р) (ОБУВ), |
< 0,01 |
0,01–0,1 |
0,11–1 |
> 1 |
|
5 |
Класс опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
в воде |
|
|
|
|
|
6 |
Класс опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
в рабочей зоне |
|
|
|
|
|
7 |
Класс опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
в атмосферном |
|
|
|
|
|
|
воздухе |
|
|
|
|
|
8 |
Класс опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
в почве |
|
|
|
|
|
9 |
DL50 (мг/кг) перо- |
< 15 |
15–150 |
151–5000 |
> 5000 |
|
|
рально |
|
|
|
|
|
10 |
CL50 (мг/м3) |
< 500 |
500–5000 |
5001–50000 |
> 50000 |
|
9
Окончание табл. 1.2
№ |
Показатели |
Уровни и критерии опасности |
|||
п/п |
опасности |
1 |
2 |
3 |
4 |
11 |
Канцерогенность |
Доказана |
Доказана |
Есть веро- |
Неканце- |
|
|
для челове- |
для жи- |
ятность для |
роген (до- |
|
|
ка |
вотных |
животных |
казано) |
12 |
Lg (S, мг/л/ПДКв) |
> 5 |
5–2 |
1,9–1 |
< 1 |
13 |
Lg (Снас, |
> 5 |
5–2 |
1,9–1 |
< 1 |
|
мг/м3/ПДКр.з) |
|
|
|
|
14 |
ПДКвр, мг/л |
< 0,001 |
0,001– |
0,011–0,1 |
> 0,1 |
|
|
|
0,01 |
|
|
15 |
DL50skin, мг/кг |
< 100 |
100–500 |
501–2500 |
> 2500 |
16 |
CL50w, мг/л/96 ч |
< 1 |
1–5 |
5,1–100 |
> 100 |
17 |
Lg (Снас, мг/м3/ |
> 7 |
7–3,9 |
3,8–1,6 |
< 1,6 |
|
ПДКсс/мр) |
|
|
|
|
18 |
КВИО |
> 300 |
300–30 |
29–3 |
< 3 |
19 |
Log Kow (окта- |
> 4 |
4–2 |
1,9–0 |
< 0 |
|
нол/вода) |
|
|
|
|
20 |
Персистентность: |
Образова- |
Образо- |
Образова- |
Образова- |
|
трансформация в |
ние более |
вание |
ние про- |
ние менее |
|
окружающей среде |
токсичных |
продук- |
дуктов, |
токсич- |
|
|
продуктов, |
тов с бо- |
токсич- |
ных про- |
|
|
в т.ч. обла- |
лее вы- |
ность ко- |
дуктов |
|
|
дающих |
ражен- |
торых |
|
|
|
отдален- |
ным |
близка к |
|
|
|
ными эф- |
влиянием |
токсично- |
|
|
|
фектами |
других |
сти исход- |
|
|
|
или новыми |
критери- |
ного веще- |
|
|
|
свойствами |
ев вред- |
ства |
|
|
|
|
ности |
|
|
21 |
Биоаккумуляция: |
Накопление |
Накопле- |
Накопле- |
Нет нако- |
|
поведение в пище- |
во всех |
ние в не- |
ние в од- |
пления |
|
вой цепочке |
звеньях |
скольких |
ном из |
|
|
|
|
звеньях |
звеньев |
|
22 |
Мутагенность |
Обнару- |
Есть воз- |
Есть воз- |
Отсутст- |
|
|
жена |
можность |
можность |
вует (до- |
|
|
|
проявле- |
проявления |
казано) |
|
|
|
ния для |
для живот- |
|
|
|
|
человека |
ных |
|
23 |
ПДКпп в продуктах |
< 0,01 |
0,01–1 |
1,1–10 |
> 10 |
|
питания |
|
|
|
|
|
Балл |
1 |
2 |
3 |
4 |
10