Переработка отходов производства в системе экологической безопасности

3)      Уничтожение медицинских отходов путем системы LFB закрытого типа-5 - это передовая технология специфически конструирована для обработки медицинских отходов. Загрузка и разгрузка отходов полностью автоматизирована. Система поставляется в двух вариантах: стационарной и передвижной. Отличительной особенностью системы является то, что сжигание отходов не происходит, следовательно, нет выбросов в атмосферу. Обработанный материал является абсолютно безопасным и может транспортироваться на свалку для окончательного уничтожения. Остатки удовлетворяют всем международным требованиям. Пример системы LFB закрытого типа представлен на рисунке 4.

 

Каждый из перечисленных методов имеет свои недостатки. Так, химическая дезинфекция приводит к образованию хлорсодержащих отходов, а установки для сжигания (инсинераторы) при 100% гарантии экологически безопасного уничтожения отходов имеют высокую стоимость из-за наличия сложных систем газоочистки.

Конечно, рассмотрены не все варианты переработки медицинских отходов, на самом деле их намного больше, чем представлено. Так международным конгрессом по управлению отходами «WasteTech-2001» рассматривались следующие технологии: сжигание (озоление), стерилизация в автоклаве (паровая стерилизация), химическая дезинфекция, пиролиз, лазерная обработка, микроволновая дизинфекция, плазменная технология и др. Многие из этих методов являются очень перспективными в будущем и находятся пока на стадии развития.

.3 Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов

Количество промышленных токсичных отходов и их разнообразие сейчас предельно велико. Поэтому обезвреживание токсичных отходов экономически нецелесообразно производить на самих предприятиях. Такие отходы из-за их физико-химических особенностей не могут уничтожаться или обезвреживаться вместе с бытовыми отходами путем складирования на общих полигонах или сжигания. В связи с этим возникла необходимость специальных региональных полигонов, где будет производиться обезвреживание токсичных отходов и их захоронение.

На современном этапе открывается всё больше возможностей существенно сократить количество не утилизируемых отходов, которые имеют сложный химический состав, и, как правило, их переработка в полезные продукты или весьма затруднительна современном этапе, или экономически нецелесообразна.

.3.1 Жидкофазное окисление

Жидкофазное окисление токсичных отходов производства используется для обезвреживания жидких отходов и осадков сточных вод. Суть его заключается в окислении кислородом органических и элементоорганических примесей сточных вод при температуре 150 - 350° С и при давлении 2 - 28 МПа [10, 11]. Интенсивности окисления в жидкой фазе способствует высокая концентрация растворенного в воде кислорода, значительно возрастающая при высоком давлении. В зависимости от давления, температуры, количества примесей и кислорода, продолжительности процесса органические вещества окисляются с образованием органических кислот (в основном CH3 COOH и HCOOH) или с образованием CO2, H2 O и N2 [10]. Элементоорганические соединения в щелочной среде окисляются с образованием водных растворов хлоридов, бромидов, фосфатов, нитратов и оксидов металлов, а при окислении азотосодержащих веществ, помимо нитратов, образуется значительное количество аммонийного азота [11]. Таким образом, жидкофазное окисление требует меньше энергетических затрат, чем другие методы, но является более дорогостоящим, кроме этого к недостаткам метода относится высокая коррозионность процесса, образование накипи на поверхности нагрева, неполное окисление некоторых веществ, невозможность окисления сточных вод с высокой теплотой сгорания. Применение метода целесообразно при первичной переработке отходов.

.3.2 Гетерогенный катализ

Метод применим для обезвреживания газообразных и жидких отходов. Термокаталитическое окисление можно использовать для обезвреживания газообразных отходов с низким содержанием горючих примесей. Процесс окисления на катализаторах осуществляется при температурах меньших, чем температура самовоспламенения горючих составляющих газа. В зависимости от природы примесей и активности катализаторов окисление происходит при температуре 250 - 400° С и в установках различных размеров.

В термокаталитических реакторах успешно окисляются CO, H2, углеводороды (УВ), NH3, фенолы, альдегиды, кетоны, пары смол, канцерогенные и др. соединения с образованием CO2, H2 O, N2 . Степень окисления вредных веществ 98 - 99.9 %. Для увеличения удельной поверхности катализации используется пористые керамические устройства из Al2 O3 и оксидов других металлов, тоже обладающих каталитической активностью [12]. На рисунке 5 представлены общие схемы видов термокаталитических реакторов, где а - реактор без теплообменника (для обезвреживания вентиляционных выбросов); б- реактор с рекуперативным теплообменником (для обезвреживания инертных газов); в - реактор с регенеративным теплообменником, и цифрами отмечены: 1 - слой катализатора; 2 - горелочное устройство; 3 - рекуперативный теплообменник; 4 - слой инертного материала; 5 - перекидной клапан.

Рисунок 5. Общие схемы термокаталитических реакторов.

В целом методы гетерогенного катализа нецелесообразно использовать в качестве самостоятельного способа обезвреживания токсичных отходов, а только как отдельную ступень в общем, технологическом цикле.

.3.3   Пиролиз промышленных отходов

Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов.

·        Окислительный пиролиз

Окислительный пиролиз - процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгарают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др.. Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

·        Сухой пиролиз

Этот метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.

Сухой пиролиз - процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.

В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается :

−       Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450 - 550° С);

−       Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800° С) ;

−       Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 - 1050° С).

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

.3.4   Огневая переработка

В основу огневого метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. С использованием данного метода возможно получение ценных продуктов: отбеливающей земли, активированного угля, извести, соды и др. материалов. В зависимости от химического состава отходов дымовые газы могут содержать SOХ, P, N2, H2 SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

Огневой метод переработки токсичных промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов и способам обезвреживания :

·        Сжигание отходов, способных гореть самостоятельно - наиболее простой способ;

·        Огневой окислительный метод обезвреживания негорючих отходов - сложный физико-химический процесс, состоящий из различных физических и химических стадий. Огневое окисление применимо в большей степени по отношению к твердым и пастообразным отходам;

·        Огневой восстановительный метод используется для уничтожения токсичных отходов без получения каких-либо побочных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в качестве сырья или товарных продуктов;

·        Огневая регенерация предназначена для извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов.

Для достижения требуемой санитарно-гигиенической полноты обезвреживания отходов необходимо, как правило, экспериментальное определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода [13].

.3.5   Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы

Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ - диоксинов. Недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов[14]. Применение низкотемпературной плазмы - одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный метод используется для обезвреживания отходов двумя путями [15]:

Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;

Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.

Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4 . Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода - синтез-газ - и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % с образованием CO2, H2 O, HCl, HF, P4 O10 .

Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар(представлена на рисунке 6). В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния.

Для переработки горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы - шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137 Cs, 90 Sr, 37 Fe, 60 Co) [16].

Рисунок 6. Принцип работы плазмотронных установок

Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

.4      Переработка биологических отходов производства

Биологическими отходами являются[17]:

·        трупы мертвых животных;

·        признанные непригодными для употребления и переработки продукты питания биологического происхождения: мясо и мясные полуфабрикаты с истекшим сроком реализации или пришедшие в непригодность в результате неправильного сбережения;

·        отходы рыбы и рыбного производства;

·        отходы предприятий по переработке мяса и птицы.

Биологические отходы становятся замечательной средой обитания для размножения насекомых, грызунов и источником неприятного запаха. Отсюда получают свое распространение болезнетворные микробы. Именно поэтому необходимо помнить, что все отходы такой промышленности обязаны сохраняться в замороженном состоянии и утилизироваться в соответствии с графиком. Так, биологические отходы утилизируют путем переработки на ветеринарно-санитарных утилизационных заводах (цехах) в соответствии с действующими правилами, обеззараживают в биотермических ямах(камерах), уничтожают сжиганием (криматории) или в исключительных случаях захоранивают в специально отведенных местах. На рисунке 7 показан общий вид биотермических камер.

 

Утилизация трупов скота и животных, просто закапывая их в почвенный слой земли, категорически запрещается. Неправильное захоронение погибших от различных инфекционных заболеваний животных, обычно всегда становится источником вспышки самых разнообразных инфекционных заболеваний. Особое внимание уделяется массовому падежу животных. Для их утилизации используются специальные ветеринарные утилизационные предприятия, перерабатывающие останки животных и опасные отходы производства в мясокостную муку, используемую в будущем для корма таких же животных. В особых случаях, при стихийных бедствиях, которые привели к массовому падежу скота, тела закапывают непосредственно в землю, но такое сложное решение принимает только главный санитарный врач РФ, так как нужно понимать угрозу, представляющейся для окружающей среды при такого рода утилизации.

Также важно помнить о том, что выкидывать в мусорные контейнеры останки животных или птиц категорически запрещено. Об этом всегда много говорится в СМИ на самых различных уровнях, однако всегда при этом необходимо предупреждать население. Подобные деяния могут привести не только к ухудшению эпидемиологической ситуации, но и стать главной и существенной причиной вспышки инфекционных болезней.

.5      Переработка промышленных отходов производства

Отходы вырабатываются практически на каждой стадии промышленного технологического процесса[18]. Степень опасности промышленных отходов изменяется от таких безвредных материалов, как песок, и до диоксинов, являющихся одними из самых токсичных веществ. Удаление вредных отходов, угрожающих как здоровью человека, так и состоянию окружающей среды, - неотложная задача мирового масштаба. Хотя вредные отходы составляют только примерно 15% всех промышленных отходов, крайняя степень наносимого некоторыми из них вреда требует, чтобы они удалялись правильно и тщательно. Вредные отходы получаются в результате таких видов деятельности, как горные работы, металлургическое производство, добыча и переработка нефти, обычная и ядерная энергетика, а также изготовление бесчисленных материалов и изделий, включая пестициды и гербициды, химические защитные средства и растворители, краски и красители, взрывчатые вещества, резина и пластмассы, целлюлоза и бумага, аккумуляторы, лекарства, ткани и кожа. Отходы образуются в виде твердых материалов, жидкостей, газов и полужидкой массы. Они включают вещества, которые могут быть токсичными, воспламеняемыми, вызывающими коррозию, химически активными, инфекционными или радиоактивными.

Утилизация отходов.

Под утилизацией подразумевается переработка промышленных отходов в полезные сырьевые материалы и энергию. Например, теплота, выделяющаяся при сжигании опасных отходов, может быть использована для создания пара, приводящего в движение генератор электроэнергии, а свинец, извлеченный из отслуживших автомобильных аккумуляторов, - в производстве новых аккумуляторов. Значительное снижение издержек производства и расхода энергии может быть достигнуто путем утилизационной переработки таких материалов, как лом металлов (в частности, железа, стали, алюминия, меди, свинца и магния), макулатура, древесные отходы, стеклобой и пластмассовые отходы. На свалках, существующих в течение ряда лет, образуются большие количества метана по мере того, как сброшенные в них органические материалы разлагаются; на многих свалках теперь проводится отбор метана, который используется как топливо для отопления и приготовления пищи. Теоретически путем утилизационной переработки можно было бы удалять все вредные промышленные отходы. На самом деле, однако, понадобятся десятилетия для того, чтобы только приблизиться к реализации этой цели, поскольку в проектах большинства заводов не предусматривается утилизация отходов и нет отлаженных процессов переработки. Тем не менее некоторые химические предприятия уже перерабатывают часть своих вредных отходов.

Комплексные системы переработки отходов.

Комплексные системы переработки промышленных отходов объединяют в себе несколько упомянутых выше технологий. Горючие органические жидкие отходы сжигаются в печи, топочная камера которой имеет вместимость около 28 м3 и обеспечивает время сгорания примерно 2 с при 1370° С. После двухступенчатой скрубберной системы очистки вода из скрубберов подается на очиститель сточных вод для нейтрализации. Очень мелкие частицы твердых неорганических веществ удаляются из газообразных продуктов сгорания электростатическим осаждением. Вода из отстойника также подается на очиститель сточных вод. Твердые химически активные материалы, которые не сгорают и не растворяются в воде, упаковываются в стальные бочки и отправляются на свалку. На свалке они покрываются большой массой полужидких отходов, образующихся в очистителе сточных вод. Свалка обычно состоит из трех примыкающих друг к другу двухгектарных котлованов (выемок) с плоским дном, имеющим наклон 1%. На дно укладывают слой песка, а на откосы - специально отобранную непроницаемую глину. Дно и откосы полученной таким образом выемки застилаются армированным изолирующим покрытием на основе синтетического каучука (типа гипалона). Поверх этого покрытия насыпается слой гравия и песка, а затем настилается аналогичное изолирующее покрытие. Слой гравия и песка между двумя покрытиями служит в качестве системы обнаружения протечек, а также помогает предотвратить накопление жидкостей на нижнем покрытии. Верхнее покрытие засыпается 30-см слоем гравия, накрываемым полипропиленовой пленкой тайпар. Засыпка фильтрует полужидкие отходы, сбрасываемые позднее, обеспечивая тем самым свободный сток фильтрата в отстойник. Позже фильтрат перекачивается в установку химической нейтрализации сточных вод для обработки. Заполненная отходами свалочная выемка закрывается непроницаемым уплотненным 60-см слоем глины. Верхний 30-см слой почвы, засеянный травой для предотвращения эрозии, завершает укрытие свалки. Во время заполнения выемки, а также после ее укрытия с помощью контрольных скважин ведется наблюдение за грунтовыми водами на предмет попадания в них загрязняющих веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

·        Технологическое - повышение экологической безопасности производства;

·        Экозащитное - стабилизация и изоляция опасных отходов от природной среды.

Продолжая многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов по данным направлениям, нужно понимать, что это длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     ЭкоПолигон.