Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы переработки бытовых и промышленных отходов. Учебное пособие
.pdf
1 КЛАССИФИКАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ
В Российской Федерации в 1997 году введен Федеральный
классификационный каталог отходов, в котором отходы расположены
по иерархическому принципу. Федеральный классификационный
каталог отходов (ФККО) – перечень образующихся в Российской
Федерации отходов, систематизированных по совокупности
приоритетных признаков: происхождению, агрегатному и
физическому состоянию, опасным свойствам, степени вредного
воздействия на окружающую природную среду.
Каталог предназначен для использования в системе
государственного управления в области обращения с отходами при
учете, контроле и нормировании, лицензировании деятельности,
выдаче разрешений на трансграничные перевозки и размещение
отходов, при оценке материального ущерба или риска возникновения
аварии при обращении с отходами.
Каталог отходов имеет пять уровней классификации,
расположенных по иерархическому принципу: блоки, группы,
подгруппы, позиции, субпозиции.
Высший уровень классификации (ФККО) – блоки, формируемые
по признаку происхождения отходов: органическое природное,
минеральное, химическое и коммунальное. В каждый блок входят
группы, которые подразделены на подгруппы с выделением в каждой
из них позиции и соответствующей субпозиции.
В основу выделения групп, подгрупп, позиций и субпозиций
положены следующие признаки:
• происхождение исходного сырья;
• принадлежность к определенному производству,
технологии;
• химический состав;
• агрегатное состояние и другие свойства.
Иерархически в каждом подразделении эти признаки
раскрываются более широко (от общего к частному). Позиция несет в
себе наиболее полную характеристику вида отходов в отличие от
верхних уровней классификации. Субпозиция заключает в себе
информацию об экологической опасности конкретного вида отхода.
Название виду отхода присваивается с учетом его происхождения и
химического состава.
Тринадцатизначный код определяет вид отхода,
характеризующий его классификационные признаки. Для каждого
отхода должен быть определен его вид. При поиске вида отхода в
11
каталоге отходов определяющим является код, а не наименование
отхода.
Кроме того, если имеются отходы, для которых в ФККО класс
опасности для окружающей среды не установлен, то в соответствии с
документом «Критерии отнесения опасных отходов к классам
опасности для окружающей природной среды» определяется их класс
опасности.
1.1 Классификация отходов по происхождению исходного
сырья
1.1.1Био- и хемогенные отходы
Био- и хемогенные отходы часто имеют сходные технологические
характеристики, связанные с образованием тонкодисперсной, с
высокой водоудерживающей способностью, структуры.
Эффективность использования этих высокоактивных материалов
существенно снижается из-за значительных структурных изменений,
связанных, в основном, с переходом от коагуляционно-тиксотропных
структур к конденсационно-кристаллизационным. Этот переход при
синтезе, например, строительных композитов может сопровождаться
значительными усадками, резким ухудшением физико-механических
характеристик готовой продукции. Поэтому для био- и хемогенных
продуктов в ряде случаев необходимы специальные приемы
переработки, например, гидротермальная либо термическая обработка,
или использование их как активной добавки в традиционные
технологии при строгом соблюдении дозировки. В последнем случае
оптимальными являются гидротермальный синтез (силикатные
бетоны) или обжиговые технологии (например, портландцементный
клинкер, керамические изделия).
В процессе промышленного производства, что особенно
характерно для химических биологических переделов, образуется
целый ряд техногенных отходов, характерной особенностью которых
является наличие аморфных составляющих. Эти отходы отличаются
чрезвычайным разнообразием по составу, свойствам, и поэтому для
каждого конкретного вида суспензий рекомендуется изыскивать свои
приемы обработки и утилизации. Наиболее часто для их утилизации
применяют термические способы обезвреживания и захоронение, что
неэффективно для столь крупнотоннажных отходов и, кроме того,
создает значительные трудности экологического характера. Более
эффективным для переработки шламовых отходов может быть
использование их в производстве строительных материалов. Однако
12
при этом следует выделить ряд общих свойств шламов:
‒ высокая водоудерживающая способность,
‒ наличие коагуляционных структур, ухудшающих их осаждение
и уплотнение,
‒нетехнологичность осадков (высокая вязкость) после
фильтрационного обезвоживания,
‒ снижение качества ряда композиционных материалов при
введении в их состав тонкодисперсных шламов.
Микроскопическое исследование таких шламов показало, что
чаще всего они представляют собой аморфно-кристаллические
конгломераты. Аморфная составляющая (отличающаяся высокой
водоудерживающей способностью) имеет различную природу.
Например, в асбестите (отход производства асбестоцементных
изделий) это, чаще всего, гидрооксиды кальция, хрома,
тонкодисперсные коллоидные частицы цемента и асбеста. В шламах,
отходах керамических производств это – гидрооксиды кальция,
железа или алюминия, которые используются в качестве коагулянтов,
полимерные композиции (флокулянты) и т.д.
1.1.2Механогенные отходы
На нестабильность свойств механогенных отходов оказывают
влияние не только условия их образования, но и характер
транспортирования и хранения в отвалах, хвостохранилищах и т.д.
Тонкодисперсные, более легкие компоненты одного состава часто
накапливаются в одних местах, а более тяжелые – в других. В этом
случае решением может быть простое усреднение отхода, например,
смешение материалов, взятых из определенных точек
хвостохранилищ.
Различия в структурной нестабильности (активности) этих
отходов могут быть связаны с генезисом горных пород, а при
использовании тонкого измельчения - с процессами механоактивации.
В этом случае следует учитывать условия помола: мокрый или сухой.
При мокром помоле (например, в шаровых мельницах), в
условиях действия эффекта Ребиндера имеет место преимущественно
диспергация. Разрушение идет по наиболее дефектным участкам
частиц и, как следствие, повышение поверхностной энергии
сопровождается снижением внутренней энергии частиц. При
интенсивном мокром помоле часть компонентов может переходить
даже в нанодисперсное состояние, что существенным образом
изменяет свойства техногенного сырья. В некоторых случаях оно
может приближаться по свойствам к высокодисперсным материалам
13
хемо- и биогенного происхождения.
При сухом помоле, особенно в агрегатах, обеспечивающих
высоко интенсивное разрушение структуры (мельницы струйного
помола, дезинтеграторы, вибромельницы и т.д.), наряду с увеличением
удельной поверхности происходит увеличение степени дефектности
материала, повышение его структурной нестабильности. Однако
подобные помольные агрегаты пока не нашли широкого применения
при переработке минерального и техногенного сырья, поэтому
вопросы учета и использования структурной нестабильности
активированных материалов будут более подробно описаны в
следующем разделе, посвященном пирогенным отходам.
1.1.3 Пирогенные отходы
Сложный характер нестабильности свойств наблюдается у
отходов пирогенного происхождения (рис. 2).
В этом случае имеются не только колебания химического и
минералогического состава, но и существенные различия в
реакционной способности, связанные со структурной нестабильностью
этого продукта. Если непостоянство состава устраняется усреднением
отхода, то структурная нестабильность имеет более сложный характер
и может быть устранена в результате первичной переработки или
эффективно использована в самой технологии синтеза строительного
материала. Однако в каждом конкретном случае необходимо знать
причины этой нестабильности. Учет структурной нестабильности
позволяет предложить более детальную классификацию отходов
пирогенного происхождения
Данный вид классификации основан на активационной модели
фазообразования и твердофазных превращений [10], согласно которой
материалы делятся на стабильные кристаллические, кристаллические и
аморфно-кристаллические активированные, а также метастабильные
стекловидные.
Возможность получения этих материалов определяется
условиями первичной и вторичной переработки пирогенных отходов.
Фазовый состав получаемых материалов может быть как
преимущественно стекловидный, так и кристаллический. При этом их
реакционная способность в ряде случаев может совпадать. Так,
например, вяжущие свойства (гидравлическая активность)
стекловидных гранулированных шлаков и закристаллизованной пемзы
могут оказаться сопоставимыми.
Возможность термоактивирования отходов высокотемпературных
технологий лучше всего рассмотреть на примере металлургических
14
Отходы низко
- и
жидкофазных процессов
шлаков, которые весьма разнообразны по химическому и
минералогическому составу. Кроме того, выход текущих шлаков в
нашей стране составляет десятки миллионов тонн, а используется
менее половины [5]. Все способы переработки шлаковых расплавов
можно разделить на 5 групп: грануляция, вспучивание, разливка и
кристаллизация, волокнообразование, переплав на вторичный продукт.
среднетемпературных
технологических переделов –
результат твердофазных реакций и
Продукты термической
твердофазных реакций,
превращений и т.д.
закристаллизо-
композиционных
Рис. 2. Классификация пирогенных отходов поусловиям формирования,
свойствам и направлению использования при производстве строительных
превращений
диссоциации,
полиморфных
Стабильные
ванные
материалы
Заполнитель
(наполнитель)
при
производстве
материалов
Пирогенные отходы
Продукты
конденсац
ии
возгонов
Активированные
кристаллические и
стеклокристаллические
материалы
Активные компоненты
при производстве
вяжущих материалов,
керамических изделий,
силикатных бетонов,
ситаллов и др.
материалов
Отходы
высокотемпературных
технологических переделов –
результат паро- и
Продукты закалки и
кристаллизации
расплавов и продуктов
реакций с участием
жидкой фазы
метастабильной
структурой
Активные
компоненты при
производстве
аморфно-
кристаллических
композитов
Стекло с
15
При переработке шлака в любые виды продукции необходимо
учитывать активационные процессы, происходящие при его
охлаждении, которые оказывают существенное влияние на
реакционную способность шлака и на свойства получаемых на его
основе строительных материалов. С точки зрения исследования
термоактивации особое внимание следует уделить двум самым
распространенным способам — грануляции, а также разливке и
кристаллизации шлаков. В первом случае шлак в результате резкого
охлаждения водой, паром, воздухом может быть переведен в
остеклованные гранулы. Во втором — в результате медленного
охлаждения в шлаке формируется кристаллическая структура. В ряде
случаев могут применяться комбинированные способы, например,
естественное охлаждение до 600-900
охлаждением и т.д. При этом следует учитывать влияние среды, в
которой происходит процесс формирования структуры. Так,
воздействие воды, особенно при относительно невысоких
температурах, может быть весьма существенным вследствие эффекта
Ребиндера.
Основными причинами структурной нестабильности пирогенных
продуктов являются:
1. Кристаллизация и, в частности, предкристаллизационные
процессы, характерные, например, для шлаковых стекол. Это явление
достаточно изучено, так как в ряде случаев исследователи определяют
оптимальное содержание кристаллической фазы в стекле с целью
получения максимальной гидравлической активности
шлакосодержащих вяжущих.
2. Распад метастабильных фаз. В момент распада может
наблюдаться максимальная подвижность структуры, а значит и
активность материала. Например, распад метастабильной
кристаллической фазы – мервинита (3СаО.МgO.2SiO2), с образованием
стабильной фазы – окерманита (2CaO.MgO.2SiO2).
3. Синтез новообразований вследствие термохимических
реакций. Это явление может наблюдаться до начала процессов
рекристаллизации и дезактивации. В этом случае возможно
образование фаз нестехиометрического состава, формирование
минералогического состава, не соответствующего равновесному.
Подобная неравновесность наиболее характерна для пылей
высокотемпературных технологий (особенно в случае
высокоскоростного обжига), а для металлургических шлаков - лишь в
случае направленного изменения химического и минералогического
состава отхода на стадии первичной переработки, например, при
0
С с последующим водным
16
введении добавок, повышающих модуль основности.
4. Полиморфные превращения кристаллических фаз и
остаточная напряженность структуры, формирующаяся в результате
этого перехода. Примером может служить полиморфное превращение
двухкальциевого силиката, являющееся причиной силикатного распада
основных и высокоосновных шлаков.
5. Сульфидный (наличие CaS, FeS и MnS) и известковый
(наличие СаО
воздействием воды и образованием продуктов реакции, объем которых
существенно больше объема исходных фаз. Например, мартеновские
и конвертерные шлаки на некоторых заводах Австрии для
дальнейшего использования применяются только после 4-х летнего
вылеживания в отвалах.
Влияние вышеназванных причин структурной нестабильности на
свойства отхода может существенно меняться в зависимости от
условий осуществления термических превращений, градиентов
нагрева и охлаждения и т.д.
При выработке основных направлений использования и
переработки техногенных отходов следует объединить отдельные
группы отходов на основе общности химического состава, свойств,
технологий их получения и переработки. Это позволит разработать
более универсальные технологии переработки и получать отходы с
заданным комплексом свойств, а в дальнейшем и прогнозировать
свойства композиционных материалов на их основе. Классификация
отходов возможна по разным признакам, но самым главным из них
является степень опасности для человеческого здоровья.
Вредными отходами считаются инфекционные, токсичные и
радиоактивные. Их сбор и ликвидация регламентируется
специальными санитарными правилами.
Согласно ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация
и общие требования безопасности» по степени воздействия на
организм вредные вещества разделяются на четыре класса опасности:
• Первый класс – чрезвычайно опасные (наличие ртути,
хромовокислого калия, трёххлористой сурьмы, оксида мышьяка);
• Второй класс – высоко опасные (хлористая медь,
азотнокислый свинец и др.);
• Третий класс – умеренно опасные (сернокислая медь,
оксид свинца(III), четырёххлористый углерод, хлористый никель);
) распады пирогенных продуктов, связанные с
св
1.2 Классификация отходов по химическому составу
17
• Четвёртый класс – мало опасные (сернокислый
марганец, оксид фосфора (V), хлорид цинка, сульфат цинка и др.).
Класс опасности определяется по нормам и ПДК для каждого
класса по следующим характеристикам (табл.1):
Таблица 1
Классы опасности вредных веществ
Характеристика 1 2 3 4
ПДК в воздухе рабочей
зоны вредных в-в, мг/м3
Ср. смертельная доза
при попадании в
желудок, мг/кг
Ср. смертельная доза
при попадании на кожу,
мг/кг
Ср. смертельная
концентрация в воздухе,
мг/м3
Коэффициент
возможного
ингаляционного
отравления (КВИО)
Зона острого действия Менее 6 6,0-18,0 18,1-54,0 Более 54
Зона хронического
действия
Менее 0,1 0,1-1,0 1,0-10,0 Более 10
Менее 15 15-150 150-500 Более 500
Менее
100
Менее
500
Более 300 300-30 29-3 Менее 3
Более 10 10-5 4,9-2,5 Менее 2,5
100-500 501-2500 Более
2500
501-5000 5001-
50000
Более
50000
Коэффициент КВИО – отношение максимально достижимой
концентрации вредного вещества в воздухе при температуре 200С к
средней смертельной концентрации для мышей.
Зона острого действия – отношение смертельной концентрации
вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей
изменение биологических показателей на уровне целостного
организма, выходящих за пределы приспособительских
физиологических реакций.Зона хронического действия – то же, но в
хроническом эксперименте по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении не
менее 4 месяцев.
Классификация твердых техногенных отходов, в зависимости от
их химического состава представлена на рис. 3.
18
ОТХОДЫ
ТВЕРДЫЕ
Неорганические отходы
Органические отходы
Металлические отходы Неметаллические отходы
Лом цветных металлов
Рис. 3. Классификация твердофазных техногенных отходов по
химическому составу
Лом черных
металлов
Органические отходы (высокомолекулярные соединения и
пластмассы, резинотехнические, древесные, бумажные и целлюлознотканевые отходы) могут быть, как правило, полностью утилизированы
в тех отраслях, где были произведены. Кроме того, они могут быть
использованы, например, как наполнители для производства
облегченных строительных материалов (арболита, гипсоволокнистых
изделий, полимербетонов и т.д.). Объемы образования этих отходов
часто невелики и при нормальной организации процесса утилизации
могут оказаться даже в дефиците. Органические отходы
сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности
могут и должны перерабатываться с использованием уже
существующих экологически чистых, безотходных биотехнологий.
Из неорганических отходов в отдельную группу следует выделить
весьма ценные металлосодержащие отходы. В основном, это лом
цветных и черных металлов, который может быть переработан лишь в
регионах, обладающих достаточно мощными металлургическими и
машиностроительными производственными комплексами. При этом
существенные проблемы могут возникнуть только при переработке
малогабаритного, многокомпонентного лома. В этом случае требуется
разработка систем разделения, концентрирования отдельных металлов
на основе пиро-, гидро- и электрометаллургических методов.
На рис.4, 5 представлена классификация газообразных и жидких
отходов.
19
промышленных газов
В настоящее время пользуются классификацией вс
по методам их переработки
учитывающих их физические, химические, физико
Основную часть отходов как по тоннажу (иногда
миллионов тонн в год), так и по ассортименту
неорганические неметаллические отходы. Классификация
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГАЗЫ
Рис. 4. Классификация
Рис. 5. Классификация жидких отходов
зависимости от фазового состояния,
свойства (рис.6, 7, 8).
20
ех отходов,в
-химические
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]