Классификация опасности отходов производства

Расчетное значение Кz	Класс токсичности	Степень опасности отходов
Менее 2	1	Чрезвычайно опасные
От 2 до 16	П	Высокоопасные
От 16 до 30	Ш	Умеренно опасные
Более 30	1У	Малоопасные

Лекция 18. Основные технологические принципы утилизации, обезвреживания и захоронения отходов, в том числе радиоактивных

План лекции:

1. Размещение отходов.

2. Переработка отходов на месте складирования.

3. Переработка отходов пластических масс.

4. Сжигание отходов.

5. Обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов.

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 1У 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.

На рис. 70 показан план полигона «Красный бор» в Санкт-Петербурге. В составе полигона имеются участки приемки и обезвреживания отходов гальванических производств, приемки и захоронения органических отходов, захоронения особо вредных отходов, приема и сжигания жидких горючих и других отходов.

Рис. 70. Полигон «Красный бор» для переработки и захоронения промышленных отходов.

Кроме полигонов для захоронения применяют различные накопители отходов (рис. 71). 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.

Площадь земельного участка, занимаемого накопителем, изображенным на рис. 71, составляет 5 га и более, его глубина – до 10 м. Во избежание попадания ливневых и талых вод с площади водосбора устраивают ограждающую насыпь шириной до 4 м. Чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод, предусматривается противофильтрационный экран. Такой экран устраивают из двух слоев: нижнего (два слоя полимерной пленки толщиной по 2 мм) и верхнего (грунтополимерный слой толщиной до 0,5 м). Грунтополимерный слой получают разбрызгиванием по подготовленному слою грунта разогретого до 80^оС раствора синтетических жирных кислот.

В экологических целях для контроля за работой противофильтрационного экрана и качеством грунтовых вод в районе накопителя бурят и оборудуют гидрогеологические наблюдательные скважины для отбора проб воды.

Рис. 71. Схема накопителя твердых отходов:

1 - чаша; 2 - эстакада; 3 - откосы накопителя; 4 - лесопосадка; 5 - водоотводная канава.

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.). Однако эти стандарты в последнее время практически не выполняются.

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

В настоящее время, например, разработано достаточно много технологий по переработке и рекультивации отвалов руд и пород цветной металлургии, являющихся отходами Ш и 1У 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. Но 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 2: 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.

Схема высокотемпературного пиролизного реактора приведена на рис. 72. Отходы подаются в бункер 1 и под действием массовых сил поступают в зону сушки 2, где испаряется влага. В зоне пиролиза 4 высушенные отходы разлагаются при температуре 1640^оС с образованием смеси горючих газов и водяных паров, которая поднимается в зону сушки, проходит кольцеобразный отвод 3 и выбрасывается в атмосферу. Окончательная обработка пластмасс происходит в зоне сгорания 5, куда подается кислород через коллектор 7. Продукты пиролиза выгружаются через патрубок 6.

Рис. 72. Схема высокотемпературного пиролиза:

1 – бункер; 2 – зона сушки; 3 – кольцеобразный отвод; 4 – зона пиролиза; 5 – зона сгорания; 6 – патрубок для выгрузки продуктов пиролиза; 7 – коллектор для подачи кислорода.

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 диоксины, фураны и др. и попадание их в атмосферу.

Но все мероприятия, описанные выше, не гарантируют надежную защиту окружающей среды от загрязнения. Поэтому считается наиболее надежным средством охраны окружающей среды это создание безотходных, или, в крайнем случае, 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 в местах их образования 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 дезактивироваться.

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

Лекция 19. Утилизация и ликвидация осадков сточных вод

Осадки сточных вод, скапливающиеся на очистных сооружениях, представляют собой водные суспензии с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы от 0,5 до 10%. Поэтому прежде чем направить их на ликвидацию или утилизацию, их подвергают предварительной обработке для получения шлама, свойства которого обеспечивают возможность его или ликвидации с наименьшими затратами энергии и загрязнениями окружающей среды. Технологический цикл обработки осадков сточных вод, представленный на рис. 73, включает в себя все виды обработки, ликвидации и утилизации.

Рис. 73. Схема технологического цикла обработки осадков сточных вод

Уплотнение осадков сточных вод является первичной стадией их обработки. Наиболее распространены гравитационный и флотационный методы уплотнения. Гравитационное уплотнение осуществляется в отстойниках-уплотнителях; флотационное – в установках напорной флотации. Применяются также центробежное уплотнение осадков в циклонах и центрифугах. Перспективно вибрационное уплотнение путем фильтрования осадка через фильтрующие перегородки или с помощью погруженных в осадок вибраторов.

Стабилизация осадков используется для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушка на иловых площадках, использование в качестве сельскохозяйственных удобрений и т.п.). Для стабилизации осадков промышленных сточных вод применяют в основном аэробную стабилизацию – длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков, в результате чего происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подверженных гниению.

Кондиционирование осадков проводят для разрушения коллоидной структуры осадка органического происхождения и увеличения их водоотдачи при обезвоживании. В промышленности применяют в основном реагентный метод кондиционирования с помощью хлорного железа и извести. Стоимость такой обработки составляет до 40% стоимости всех затрат при обработке осадка, поэтому разрабатываются более экономичные методы: тепловая обработка, замораживание и электрокоагуляция.

Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения шлама с объемной концентрацией твердой фазы до 80%. Эту операцию осуществляют в основном путем сушки на иловых площадках. Однако из-за дефицита земельных участков применяют и другие методы сушки: фильтрованием на нутч- и фильтр-прессах, термической сушкой и др.

Ликвидация осадков сточных вод применяется в тех случаях, когда утилизация оказывается невозможной или экономически нерентабельной. Сжигание – один из наиболее распространенных методов ликвидации таких осадков. Предварительно обезвоженные осадки органического происхождения имеют теплотворную способность 167800 – 21000 кДж/кг, что позволяет поддерживать процесс горения без использования дополнительных источников теплоты. Осадки сжигают на станциях очистки сточных вод в многоподовых, циклонных печах, а также печах кипящего слоя.

На рис. 74. представлена схема установки с использованием теплоты, полученной от сжигания осадков. Дымовые газы, образующиеся при сжигании твердых отходов в печи 1 с температурой 900-1000^оС, поступают в камеру 3 для сжигания осадка сточных вод, в которой навстречу потоку дымовых газов с помощью насоса-дозатора 12, компрессора 13 и распределителя 2 подается осадок в распыленном состоянии. В камере 3 капли осадка подогреваются, подхватываются потоком дымовых газов, сгорают и поднимаются в верхнюю зону камеры. Температура дымовых газов в верхней зоне камеры за счет испарения влаги, содержащейся в осадках, снижается до 750-800^оС. В этой же зоне происходит дезодорация паров воды. Дымовые газы, содержащие минеральные частицы осадка, золу и пары воды, поступают в теплообменник. Одновременно из бака 4 в канал теплообменника 5 подается уплотненный осадок с влажностью 93-95%, который подсушивается до 84-89% и поступает в бак 10, оборудованный шнеком 11 для размельчения и подачи осадка к насосу-дозатору 12. Дымовые газы, охлажденные в теплообменнике до температуры 300-350^оС, поступают в фильтр 6, откуда отсасываются вентилятором 8 через трубу 7 в окружающую среду. Твердые частицы, осаждающиеся на фильтре, поступают в сборник 9, откуда периодически удаляются.

Установки такого типа не вызывают загрязнение окружающей среды, просты в эксплуатации. Они позволяют обезвреживать органические отходы с влажностью до 60% и объемным содержанием механических примесей до 10%.

К временным мероприятиям по ликвидации осадков относятся: сброс жидких осадков в накопители и закачка в земляные пустоты. Регенерация методов – один из способов утилизации осадков сточных вод на многих предприятиях. Основными методами регенерации металлов являются вакуумная кристаллизация и нейтрализация.

Рис. 74. Схема установки для сжигания осадков сточных вод и твердых отходов:

1 – печь; 2 – распылитель осадка; 3 – камера для сжигания осадков; 4 – бак для уплотненного осадка; 5 – теплообменник; 6 - воздушный фильтр; 7 – труба дымовых газов; 8 – вентилятор; 9 – сборник шлама; 10 – промежуточный бак; 11 – шнек для измельчения и подачи осадка; 12 – насос-дозатор; 13 – компрессор.