Переработка отходов производства в системе экологической безопасности

      Аналогичная ситуация наблюдается и в других отраслях горнодобывающей отрасли промышленности, в металлургическом производстве и строительной индустрии, причем не только в нашей стране, но и во всем мире.

      Главной особенностью промышленных отходов  является их крупнотоннажность. Так, в России ежегодно образуются около 7 млрд т отходов, в том числе более 3 млрд т вскрышных пород – отходов горнодобывающей отрасли промышленности, сотни миллионов тонн шлаков и золы тепловых электростанций и металлургических комбинатов и др. В этом отношении «впереди планеты всей» выступают США, где ежегодно производится не менее 11 млрд т твердых отходов (44 т на каждого жителя страны), за ними Канада, Австралия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Возможные направления использования  отходов производства

      Принципиально возможно использование промышленных отходов в следующих основных направлениях:

      1. Рекультивация ландшафтов, планировка  территорий, отсыпка дорог, дамб  и т. п., для чего используют  скальные породы, галечник, гравий, песок, доменные шлаки и другие  виды твердых промышленных отходов.

Реализация  этого экономически выгодного направления  утилизации отходов тем не менее  незначительная – всего в этих целях используется примерно 10% объема имеющихся отходов.

      2. Использование отходов в качестве  сырья при производстве строительных материалов:

как пористые заполнители бетона, строительной керамики, кладочных растворов (пустая горная порода, галечник, песок);

как сырье  для производства белого цемента, строительной извести и стекла (породы, содержащие мел СаСО₃), портландцемента (глинистые сланцы), керамзита (пластичные глины), силикатного и строительного кирпича (золошлаковые отходы тепловых электростанций и металлургических заводов) и т. д. Промышленность строительных материалов – единственная отрасль, в значительных масштабах использующая многотоннажные отходы производства.

      3. Вторичное использование отходов  в качестве исходного сырья,  поскольку некоторые отходы по  своим свойствам близки к природному  сырью для получения определенного  вещества или сырья для получения  новых видов продукции.

 В первом случае реализуется  принцип малоотходной или безотходной  технологии производства (рис. 2), например производство графита из графитовых руд и образующейся при этом графитовой копоти. 
 Во втором случае таким образом можно, например, получать серную кислоту: при обогащении угля с целью снижения в нем содержания серы образуется серный колчедан FeS₂ (например, в «хвостах» обогащения Подмосковного угольного бассейна его запасы достигают 60 млн т); термическая обработка серного колчедана совместно с другим крупнотоннажным отходом – сульфатом железа FeSO₄ – позволяет получить диоксид серы:

FeSO₄ + 3FeS₂ + 8О₂ = 7SO₂ + 2Fe2O₃,

и в дальнейшем – серную кислоту.

      Это направление использования отходов  применимо при переработке таких промышленных отходов потребления, как черный и цветной металлолом. При переработке черного металлолома можно сэкономить до 75% электроэнергии, необходимой для получения стали из железной руды. Повторное получение алюминия из лома экономит до 90% электроэнергии, необходимой для его выплавки из руды. Попутно уменьшается загрязнение атмосферы и количество добываемого первичного сырья, а следовательно и количество пустой рудной породы.

      4. Использование отходов в сельском  хозяйстве в качестве удобрения или средства мелиорации. Например, разработаны технологические процессы получения из фосфогипса (крупнотоннажный отход некоторых химических производств, содержащий в %: гипс – 80–90, фосфорную кислоту – 0,5–0,6, глину – 5–6) ценного химического удобрения – сульфата аммония (NH₄)₂SО₄, а также извести для химической мелиорации солонцовых почв. Известковые мелиоранты (поглотители) кислых почв получают также из золошлаковых отходов металлургии, отходов бумажной, кожевенной и других отраслей производства.

      Применение  отходов промышленности в сельском хозяйстве имеет свои сложности. Это связано с тем, что в  них в зависимости от исходного  сырья могут находиться тяжелые  металлы, мышьяк, фтор, селен и другие вредные элементы.

7. Использование в качестве топлива в промышленности и быту отходов лесной и деревообрабатывающей отраслей промышленности, некоторых отходов сельского хозяйства.

Утилизация  промышленных отходов

      Отходы, которые не используются (или не подлежат использованию), направляются на захоронение на полигоны-свалки.

      Полигон для хранения твердых промышленных отходов представляет собой обычно заглубленный примерно на 10 м и огражденный  насыпью во избежание попадания  ливневых и талых вод земельный  участок площадью от нескольких до десятков гектаров. Для предотвращения загрязнения грунтовых вод дно хранилища покрывают противофильтрационным экраном (несколько слоев полимерной пленки). Для контроля работы этого экрана и качества грунтовых вод в районе полигона бурят скважины с целью отбора проб воды на химический анализ. Полигон, как правило, огораживают полосами из деревьев и кустарников. Твердые отходы после их обезвоживания на заводских очистных сооружениях засыпают в хранилище самосвалами со специальной эстакады или с гребня ограждающей насыпи. После заполнения хранилища на выровненной поверхности устанавливают противофильтрационный экран и засыпают его слоем песчаного и почвенно-растительного местного грунта. На этом в основном заканчивается рекультивация хранилища твердых нетоксичных промышленных отходов.

      В России из учтенных статистикой (в 2007 г.) 1112 мест организованного захоронения промышленных отходов, занимающих территорию в 14,5 тыс. га, 935 мест (84%) отвечало действующим нормативам захоронения отходов.

      Особое  внимание мониторинг окружающей среды уделяет токсичным отходам производства.

      Токсичные промышленные отходы должны помещать в герметичные металлические  контейнеры (особо вредные – в  кубы из отвердевшего жидкого стекла) и захоранивать в толще глины. Иногда в качестве полигонов для  хранения таких отходов используют пустые геологические выработки (брошенные угольные шахты, соляные копи или специально созданные полости).

      Однако  по-прежнему существует практика вывоза промышленных отходов, в том числе  токсичных, в места неорганизованного  складирования, что представляет особую опасность для окружающей среды. Количество отходов на несанкционированных свалках постоянно растет. Главные причины этого – переполненность существующих полигонов захоронения токсичных отходов и отсутствие финансирования нового строительства. Кроме того, при строительстве новых объектов обезвреживания и захоронения отходов возникает серьезная проблема – нахождение баланса между интересами граждан, проживающих вблизи территории предполагаемого строительства данного объекта, и решением экологических проблем региона в целом.

      Переработка промышленных отходов должна предшествовать их захоронению на полигонах-свалках  для обеспечения экологической  безопасности при их хранении, уменьшения первоначальных объемов.

      Суть  термической технологии заключается  в обработке отходов высокотемпературным  теплоносителем, в частности продуктами сгорания топлива, СВЧ-нагревом и др. Высокотемпературная обработка  происходит в окислительном или  восстановительном режиме с подачей воздуха, кислорода, водорода или других газов. Этот способ обладает определенной универсальностью, позволяя обезвреживать неорганические и органические соединения. Главный недостаток термической технологии – большая энергоемкость на единицу перерабатываемых отходов.

      Разновидностью  термического метода является плазменный, при котором высокие температуры (выше 3000 К) позволяют обезвреживать  широкий спектр токсичных и особотоксичных веществ, среди них различные  отравляющие вещества (в том числе  боевые), пестициды, диоксины и др.

      Еще одним перспективным направлением термической технологии является пиролиз  – разложение отходов под действием  высокой температуры без доступа  воздуха. Преимущества этой технологии – возможность получения газа для технологических и бытовых целей, а в ряде случаев новых продуктов (масла, смолы), пригодных к использованию; резкое сокращение затрат на систему очистки отходящих газов за счет снижения их объемов (в 3–4 раза); достаточная экологическая чистота и безопасность; низкое энергопотребление на единицу объема перерабатываемого вещества, особенно в случае применения СВЧ-нагрева.

      В результате физико-химической технологии переработки некоторые отходы используются как сырье для получения полезного  продукта.

      В промышленно развитых странах эту технологию применяют для переработки:

отходов резинотехнической  промышленности (автомобильные покрышки, резиновые шланги и рукава и др.) в резиновую крошку, используемую в дорожном строительстве (например, шумопоглощающий «шепчущий асфальт», которым покрыты многие автомагистрали Австрии);

широко используемых полимерных материалов (новая отрасль  промышленности по переработке такого вида отходов обеспечивает их 100%-ю  переработку в сырье для повторного использования);

определенных  видов промышленных отходов в удобрения, строительные материалы.

      При переработке каждого вида отходов  этим методом приходится разрабатывать  индивидуальную технологию. В связи  с этим с точки зрения экологизации промышленного производства при  создании нового материала, находящего широкое применение, желательно одновременно разрабатывать и технологию его утилизации.

      Теоретически  самой перспективной технологией  переработки промышленных отходов  является биотехнология. Живое вещество планеты в ходе эволюции переработало косную литосферу, гидросферу и атмосферу, превратив их в биосферу. Энергетический потенциал биоты не сравним ни с какой технической установкой, выполняющей ту же функцию, правда, скорость протекания биологических процессов невелика. В лабораторных условиях осуществляются технологии извлечения из отходов Fe, Сu, Zn, Сd, Рb, Нg, Со, Аg и других металлов, в том числе радиоактивных изотопов, некоторыми бактериями и грибами. В промышленных условиях биотехнологию уже используют для производства белковых продуктов из отходов лесной и деревообрабатывающей отраслей промышленности.

      Биотехнологические  методы должны оказаться очень полезными  и эффективными при переработке  отходов пищевой отрасли промышленности, агропромышленного комплекса, а  также коммунального хозяйства  – областях, где утилизация отходов развита в наименьшей степени. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Бытовые отходы

     Твердые бытовые отходы (ТБО) являются отходами сферы потребления, образующимися  в результате бытовой деятельности населения. Они состоят из изделий  и материалов, непригодных для дальнейшего использования в быту.

      Бытовые отходы могут находиться как в  твердом, так и в жидком и реже – в газообразном состояниях. ТБО  – совокупность твердых веществ (пластмасса, бумага, стекло, кожа и  т.д.) и пищевых отбросов, образующихся в бытовых условиях. Жидкие бытовые отходы представлены в основном сточными водами хозяйственно-бытового назначения. Газообразные – выбросами различных газов.

     Это отходы, которые накапливаются в  жилом фонде, учреждениях, предприятиях общественного назначения (школах, зрелищных и детских учреждениях, гостиницах, столовых и т.п.).

     Норма накопления ТБО изменяется, отражая  состояние снабжения населения товарами и в тоже время она в значительной мере зависит от местных условий.

     Состав  и объем бытовых отходов чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности, но и от времени года и от многих других факторов. Объемы бытовых отходов для некоторых стран приведены в таблице. Бумага и картон составляют наиболее значительную часть ТБО (до 40% в развитых странах). Вторая по величине категория в России – это так называемые органические, в т.ч. пищевые, отходы; металл, стекло и пластик составляют по 7-9% от общего количества отходов. Примерно по 4% приходится на дерево, текстиль, резину и т.д. Количество муниципальных отходов в России увеличивается, а их состав, особенно в крупных городах приближается к составу ТБО в западных странах с относительно большой долей бумажных отходов и пластика.

Таблица : Производство бытовых  отходов