ОАНО  «Волжский университет имени  В.Н. Татищева»

институт

Экологический факультет 
 

Курсовая  работа по дисциплине:

Безопасное  обращение с отходами. 
 
 
 

Наименование  темы:

« Перспективные методы утилизации

  твердых промышленных  отходов.» 
 
 

Выполнил:

                                                   Студент  402 группы     Крушинина Е.А. 

Проверил:

                              Руководитель   Лебедева Л.А. 

                              Работа защищена с оценкой: 
 
 

Тольятти 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

    ВВЕДЕНИЕ

    Наука и техника начала третьего тысячелетия  развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе. Так, лишь по прошествию несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор.

1.Общая  классификация промышленных  отходов

    Негативное  воздействие промышленности выражается в воздействии на конкретные части природы и на биосферу в целом отходов от процессов добычи и переработки природных ресурсов. Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.

    В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства  являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия.

    Промотходы  зачастую являются химически неоднородными, сложными поликомпонентными смесями веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами,  представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность [20]. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования [21]. В нашей стране вредные вещества характеризуется по четырем классам опасности, от чего зависят затраты на переработку и захоронение [14]:

1. Чрезвычайно опасные. Отходы, содержащие ртуть и ее соединения, в том числе сулему (HgCl₂), хромовокислый и цианистый калий, соединения сурьмы, в том числе SbCl₃ – треххлорную сурьму, бенз-а-пирен и др. ПАУ, диоксиы и др.
2. Высоко-опасные. Отходы, содержащие хлористую медь, содержащие сульфат меди, щавелевокислую медь, трехокисную сурьму, соединения  свинца.
3. Умеренно-опасные. Отходы, содержащие оксиды свинца (PbO, PbO₂, Pb₃O₄), хлорид никеля,  четыреххлористый углерод.
4. Малоопасные. Отходы, содержащие сульфат магния, фосфаты, соединения цинка, отходы обогащения полезных ископаемых флотационным способом с применением аминов.

    Принадлежность  к группам определяется по классификатору промышленных отходов, расчетным путем, если известны гигиенические параметры вещества (например, ПДК)  или  экспериментальным  путем.

    Отходы  всех классов делятся на: твердые отходы, пастообразные, жидкие, пылевидные (газообразные).

    По  химической устойчивости отходы различаются: взрывоопасные, самовозгорающиеся, разлагающиеся с выделением ядовитых газов, устойчивые. Отходы могут быть растворимые и нерастворимые в воде. По происхождению различаются органические, неорганические, смешанные отходы.

2. Перспективные способы  повышения экологической                                           безопасности  промышленности

    При разработке новых ресурсосберегающих и экологичных технологических процессов, необходимо обезвреживание отходов на стадии вывода из технологического процесса, но при современном развитии науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию, не поддающихся нейтрализации токсичных отходов. В этом случае целесообразно захоронение отходов такого рода в специально создаваемых для этого хранилищах, где можно будет захоронить промышленные отходы для их использования в будущем. Однако открывается всё больше возможностей существенно сократить количество не утилизируемых отходов, которые имеют сложный химический состав, и, как правило, их переработка в полезные продукты до последнего времени или была весьма затруднительна, или экономически нецелесообразна.

    Важность  экономного и рационального использования природных ресурсов, как и охрана окружающей природной среды, не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Значительно целесообразней избегать образования отходов или, по крайней мере, существенно их сокращать уже на стадии первичной обработки природного сырья. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений [11].

    Не  менее пристальное внимание необходимо уделять и внедрению технологий  использования вторичных материальных ресурсов (ВМР). Вторичные материалы и ресурсы – отходы производства и потребления, которые на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве как на предприятии, где они были образованы, так и за его пределами [36]. К  ВМР не относятся возвратные отходы производства, используемые повторно в качестве сырья технологического процесса, в котором образуются.

    К вторичным ресурсам можно отнести  побочные продукты, которые, как и  отходы, являются возможным сырьем для других производств. Побочные продукты могут быть планируемыми и давать прибыль с их продажи или использования. Отходы – нежелательные, но неизбежные продукты [36].

    ВМР могут быть использованы в местах своего образования или в других отраслях хозяйства.

    Малоотходные  и безотходные промышленные технологии, как правило, ориентированы на наиболее важные отрасли народного хозяйства: производство и рациональное использование металлов, стройматериалов, древесины, полезных ископаемых.

    Многостороннее  и глубокое освоение безотходных  производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства.

3. Утилизация твердых отходов различного происхождения

    Проблема  переработки и утилизации твердых  отходов производства и потребления  продолжает оставаться одной из наиболее острых. Несмотря на большое количество проектов создания аппаратов по экологически чистой утилизации опасных веществ и их смесей у большинства из них рано или поздно обнаруживаются серьезные просчеты в конструкции. Различные компании-производители установок указывают на безупречность именно их конструкций.

3. 1. Переработка отходов  в высокотемпературной шахте

    Работниками НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология» Объединенного института высоких температур РАН и АОЗТ «Резонант» был разработан способ уничтожения твердых промышленных и бытовых отходов в шахтной печи типа доменной печи. Поскольку доменные печи могут работать только на дорогостоящем коксе, то для переработки отходов их необходимо реконструировать. Доменные печи оснащаются воздушными фурмами (3 – 5 шт.), подающими в печь горячий воздух на уровне жидкой металлической ванны, т. е. несколько выше обычного. Это позволяет значительно повысить температуру жидких продуктов в печи (на 200 – 300 ºС), позволяет вводить в шихту определенное количество угля (вместо кокса) и превращает обычную доменную печь в высокотемпературную шахтную печь. В приложении на основе работы [9] существует схема технологического комплекса высокотемпературной шахты.

    В  США  фирмой  «Андко-Торрекс»  в  г.  Буффало  в  течение 6 лет  эксплуатировалась шахтная печь на основе доменной печи с производительностью 2.8 т отходов в час (24000 т. в год). Ее экологические показатели соответствовали требованиям санитарных норм всех стран. В последствии аналогичные и более производительные установки стали появляться и в других странах, однако несбалансированность горючих компонентов в перерабатываемых отходах может привести к преждевременному выходу из строя установки. Для предотвращения, как выяснилось необходимо добавлять в шихту 50 – 100 кг низкосортного угля на тонну перерабатываемых отходов.[9]

    Для придания образующимся в печи шлакам большей легкоплавкости и меньшей  вязкости, повышении степени поглощения шлаками серы и гплогенов следует вводить в шихту небольшое количество известняка, что также способствует стабилизации работы печи при допустимых экологических и экономических показателях.

    При достижении определенного температурного запаса через горн (но не через засыпной аппарат) можно загружать в печь жирные и бурые угли, пластмассовые и хлорвиниловые отходы, отходы нефтепродуктов, автомобильные покрышки, лакокрасочные изделия и т. п. Степень очистки дымовых газов в системах обычных доменных печей достаточно высока и качество их проверено в промышленных условиях многих стран мира.

    Возможно  использования шлаков в качестве сырья для производства облицовочных плит, возможна попутная выплавка чугуна или стали. [9]

3. 2. Переработка отходов  на основе сжигания  в  барботируемом  расплаве шлака

    Институтом "Гинцветмет" (г. Москва)  совместно  с другими Российскими организациями была разработана технология переработки (утилизации) твердых бытовых и промышленных отходов, на основе так называемого принципа Ванюкова, превосходящей по экологическим и экономическим показателям широко распространенные в мире термические методы. 

    Существуют  четыре модификации установки, разработанных  компанией «Гинцветмет», для переработки отходов: МПВ – 30, МПВ – 60,   МПВ – 120, МПВ – 240 – отличающихся по производительности, количеству затрат различных ресурсов (например, электроэнергия, вода, при необходимости, топлива) [1].

    Суть  технологического процесса заключается  в высокотемпературном разложении компонентов рабочей массы в  слое барботируемого шлакового расплава при температуре 1250 – 1400 ºС и выдерживании их в течение 2 – 3 секунд, что обеспечивает полное разложение всех сложных органических соединений (в том числе дибензодиоксинов и дибензофуранов) до простейших компонентов. Экологическая эффективность подтверждена крупномасштабными испытаниями на полупромышленной барботажной печи при переработке обычного бытового мусора от жилых домов на опытном заводе Гинцветмета в г. Рязани: уже на выходе пылегазового потока из печи отсутствуют высокотоксичные соединения типа диоксинов, фуранов и др. Остающиеся вредные микропримеси (пылевозгоны, хлористый водород, сернистые соединения и др.) улавливаются и нейтрализуются благодаря высокоэффективной  пылегазоочистной  системе  оборудования,  широко  применяемого на заводах цветной металлургии.

    Заводы  имеют следующие  основные преимущества:

• Обеспечивают решение острейшей социально-экологической проблемы – очистку от ТБПО территорий промышленных районов и городов при полной экологической безопасности.
• Отличаются простой, в отличие от известных процессов не требуют предварительной сортировки и не имеет ограничений по исходной влажности отходов.
• Могут быть построены и введены в эксплуатацию в течение 1 – 2-х лет при небольших капитальных затратах, практически в любом районе России и за рубежом.
• Являются рентабельными и окупаются при оптимальной производительности в 4 – 5 лет с начала строительства (1 – 2 лет эксплуатации).
• Позволяют перерабатывать промышленные отходы, переработка которых либо не рентабельна, либо еще не разработана.
• При оптимальной производительности полностью обеспечивают себя электроэнергией, кислородом, сжатым воздухом и теплом.
• Избытки электроэнергии тепла и продуктов разделения воздуха от кислородной станции (кислород, аргон, азот) используются для нужд населения и города (других промышленных предприятий).
• Являются безотходными, не имеют требующего утилизации остатка и, следовательно, полигона для его захоронения.
• При проектировании и строительстве предусматривают применение типового оборудования и типовых строительных конструкций, в том числе полной заводской готовности.

    Модули  топок, кроме МПВ-30, работают в автогенном режиме (т. е. без дополнительного  топлива) за счет теплотворности самих  отходов. Теплом отработанного пара турбогенератора в зависимости  от мощности модуля можно отапливать от 3 до 30 гектаров тепличных хозяйств. Получаемый шлак, используется для изготовления строительных изделий (минеральная вата, декоративная керамическая плитка, фундаментные блоки и др.), а также для строительства дорог. Из газов топки возможно получение товарной угольной кислоты (сухого льда) и метанола (сырья для получения высокооктанового бензина). Условная экономия земельных площадей при переработке 120 тыс. тонн отходов (базовый модуль МПВ-120) за счет высвобождения ее при ликвидации или сокращении полигонов составит 150 га при продолжительности эксплуатации модуля в течение 30 лет. [ГЦМ]

    Барботаж  осуществляется за счет подачи через  стационарные дутьевые устройства окислительного дутья. Отходы рассматривается как  топливо с теплотворной способностью 1500 – 1800 ккал на кг при влажности 51,7 %. Переработка осуществляется автогенно без добавления топлива на дутье, с обогащением кислородом до 50 – 70 %. Комплекс по утилизации отходов позволяет перерабатывать шихту без предварительной сортировки и сушки со значительными колебаниями по химическому и морфологическому составу.

    Экологическая безопасность достигается за счет отсутствия на выходе из печи высокотоксичных соединений и применения системы очистки газа, имеющей запас по пропускной способности и рассчитанной на улавливание практически всех возможных вредных соединений, встречающихся в бытовых и промышленных отходах и образующихся при их переработке.

    Отходы  и флюсы поступают на завод  автотранспортом. Материалы взвешиваются и проходят дозиметрический контроль. В результате переработки образуются: газы, содержащие продукты сгорания и разложения отходов, и шлак, состоящий из силикатов и оксидов металлов. Возможно образование донной фазы, содержащей черные и цветные металлы. Шлак после водной грануляции поступает на предприятия стройиндустрии или на строительство автодорог. Донная фаза отливается в слитки и отправляется на переработку на предприятия черной и цветной металлургии. Газы охлаждаются в газоохладителе с получением пара энергетических параметров, очищаются от пыли, возгонок, вредных примесей и сбрасываются в дымовую трубу. Пылевынос не более 2 – 3 %. Крупная пыль до 60 % по массе возвращается в печь. Мелкая пыль: концентрат тяжелых цветных металлов (цинк, свинец, кадмий, олово) отправляется потребителю. Кроме этого, в качестве товарной продукции можно получать электроэнергию, тепло (отработанный пар), азот жидкий, аргон жидкий, аргон газообразный. Рис. 1 [1].

    Независимо  от мощности в состав модуля входят следующие  объекты:

• Автомобильные платформенные весы.
• Дозиметрический пункт контроля уровня радиации.
• Главный корпус в составе:

- приемного  склада ТБПО;

- отделения  переработки; 

- отделения  очистки газов; 

- отделения  грануляции шлаков;

- турбогенераторной  станции. 

• Кислородная станция.
• Газорегуляторный пункт.
• Узел оборотного водоснабжения.
• Очистные сооружения промливневой канализации.
• Насосная станция бытовых сточных вод.
• Главная понизительная подстанция.

    Унифицированные модули являются рентабельными и  окупаются при оптимальной производительности в условиях средней полосы России за 4-5 лет с начала строительства.

3. 3. Высокотемпературная  переработка отходов  в  электротермическом  реакторе

    Высокотемпературная переработка твердых отходов - это  единственная гарантия уничтожения опаснейших биологических, биохимических, химических продуктов и супертоксикантов - диоксинов и диоксиноподобных веществ [2].

    Во  Владимире и Владимирской области (г. Александров, Миронов А.В.) ведутся  работы по переработке твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО), в том числе отходов лечебных учреждений. С помощью электротермического способа с получением синтез-газа для его последующего использования в качестве дешевого топлива с высокой теплотворной способностью. Сущность технологии заключается в электротермическом нагреве массы реактора до температуры от З00 до 2000 ºС, с подачей в зону реактора твердых отходов и воды. В перспективе создание промышленной установки для ликвидации таких отходов.

    Многие  специалисты считают, что решение  проблемы использования ТП и БО невозможно без того, чтобы их переработке предшествовала сепарация по группам с использованием каждого компонента в качестве сырья. Однако, если сепарация экономически нецелесообразна, то их следует перерабатывать на установках под воздействием высокой температуры. В то же время, такое воздействие не может не вызвать образование вредных веществ, в частности образование одного из опаснейших классов веществ, которые все чаще стали упоминаться экологами и другими специалистами, - галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ [31] (ДО). ДО - это супертоксиканты, особо вредные и опасные продукты синтетической химии, побочные продукты ряда химических производств и попутные микровыбросы промышленности и хозяйственной деятельности человека. ДО - практически нигде не упоминающийся до 90-х годов в учебной и научной литературе класс опаснейших веществ. В отличие от простейших диоксинов, галоидсодержащие диоксины (ДО) представляют собой хлорированные или бромированные бензольные кольца, соединенные кислородными мостиками. Это так называемые полихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны и соответственно полибромдибензодиоксины и полибромдибензофураны. Особую опасность диоксины представляют в связи с тем, что, несмотря на свою нерастворимость в чистой воде и в чистом воздухе, эти опасные вещества легко растворяется в воде, содержащей гуминовые кислоты или фульвокислоты из почвенного гумуса ввиду их высокой способности к комплексообразованию с составными частями гумуса. С аэрозолями воздуха ДО образует комплексные соединения и благодаря их высокой способности к прилипанию они хорошо переносятся не только по земле, но и по воздуху. В почве ДО разлагаются в течение 20 – 30 лет и более, в воде разложение ДО длится от 2-х лет и более. Находясь в сфере обитания, ДО накапливаются в тканях живых организмов ввиду их большого сродства с белком. [30]

    Основными источниками диоксинов  являются:

• Химическая промышленность - 86%;
• Целлюлозно-бумажная промышленность - 6%;
• Цветная металлургия - 2-3%;
• Коммунальное хозяйство - 3%;
• Переработка промышленных и бытовых отходов - до 3%.

    В химической промышленности главным  источником поступления ДО в сферу  обитания является производство хлор- и бромсодержащих препаратов. Наблюдается рост загрязнения ДО вследствие беспрепятственного переноса их по многим пищевым цепям, особенно продуктами мясного и молочного характера. Действие диоксинов, находящихся в природной среде в следах, опасно тем, что оно практически не обнаруживается обычными способами анализа. В то же время, накапливаясь в живом организме, диоксины являются причинами возникновения многих онкологических заболеваний, гиперхолестеринемии и т.п.

    При всей актуальности анализа на ДО природных  объектов для его проведения требуются специальные методы анализа (концентрирование и отделение от фоновых веществ, определение с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии с высокой разрешающей способностью).

    В последние годы типичным источником заражения галоидированными ДО природной  среды кроме названных производств  является низкотемпературное сжигание ТП и БО. Специальные испытания ряда зарубежных специалистов показали, что диоксины устойчивы к воздействию высокой температуры. Более того, при температуре 800 ºС происходит образование бромсодержащих ДО, а не их разрушение. Исследования последних лет показали, что только при температуре 1200 – 1400 ºС в течение 4 – 7 часов происходит необратимое разрушение галоидированных ДО. Следовательно, именно переработка опасных отходов при таких условиях является наиболее экологически безопасной и экономически оправданной. При таких условиях разрушаются также и другие вредные вещества.

      Реализация промышленной установки по высокотемпературной переработке промышленных и бытовых отходов позволит полностью решить проблему отходов в крупных городах и тем самым обезопасить население от распространения вредных химических, биохимических и биологических отходов.

    Пуск  и работа промышленной установки  по утилизации отходов позволит получать в процессе утилизации синтез-газ, который может быть использован в качестве топлива с высокой теплотворной способностью.

    Пуск  и промышленная работа установки  по высокотемпературной переработке твердых отходов (1500 ºС) и получению синтез-газа – это наиболее экономически оправданный и экологически безопасный и надежный способ ликвидации многих токсичных веществ и одного из типичных путей распространения галоидированных диоксинов и диоксиноподобных веществ, опаснейших ядов, чрезвычайно опасных для человека и других организмов.

3. 4. Огневая регенерация

    В основу этого 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 SO_Х, P, N₂, H₂SO₄, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

    Огневая регенерация предназначена для  извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов. Эта разновидность огневого обезвреживания обеспечивает не только природоохранные, но и ресурсосберегающие цели.

    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 [5]. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах.

    Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» разработаны  камерные, барабанные, циклонные, комбинированные печи, используемые в зависимости от состава, физико-химических свойств и агрегатного состояния отходов. Дополнительно был разработан дожигатель, предназначенный для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м³. После полного обезвреживания содержание в выбросах СО не более 40 мг/м³, NO_Х не более 10 мг/м³[5].

3. 5. Пиролиз промышленных  отходов

    Существует  два различных типа пиролиза токсичных  промышленных отходов.