Проблема утилизации и переработки промышленных отходов. 3

  ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ   ………………………………………………………………………………..2 
1.   Общая характеристика отходов промышленности   ……………………..3                 1.1 Основные понятия отходов   ………………...……………………………….3 
1.2 Классификация отходов промышленности  ………………………………..3 
2.   Методы хранения отходов промышленности ……………………………...7                               
2.1 Использование хранилищ промышленных отходов ………...................7

2.1.1 Хранение взрывоопасных отходов ……………………………………………………8 

2.2  Наземные полигоны   …………………………………………………………………….8 
 
3. Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов   …………………. 9

3.3.1 Окислительный пиролиз   ………………………………………………….. 10

3.3.2 Сухой пиролиз   ………………………………………………………………………...  10 

3.4 Огневая переработка   ……………………………………………………………………  11 
 
3.5 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы ……………………...12

 
4. Разработка малоотходных и безотходных технологий и методов комплексного использования отходов промышленности …………………………………………………...14

 
4.1 Металлургия ……………………………………………………………………………….15

 
4.2 Топливно-энергетический комплекс ……………………………………………………..17

 
4.3 Химический комплекс ……………………………………………………………………18

 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………19

 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………..19

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.

  Цель  же данной работы заключается в рассмотрении основных ныне существующих и перспективных  способов утилизации и переработки  промышленных отходов. Достижение глобальной цели в процессе выполнения работы достигалось рассмотрением локальных задач. Во-первых, дать понятие промышленных отходов и рассмотреть их классификацию по различным критериям: по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования и степени их токсичности. Во-вторых, охарактеризовать способы утилизации, переработки и, при необходимости, условий их захоронения. В-третьих, рассмотреть возможность комплексного использования отходов промышленности как в целом в промышленности, так и на примере металлургического, топливно- энергетического и химического комплексов.

  1. Общая характеристика  отходов промышленности

  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. Основными поставщиками отходов являются горнодобывающая, химическая, металлургическая, топливно-энергетическая отрасли.

  1. Основные понятия  отходов

  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.

  По  возможности использования, различаются  утилизируемые и неутилизируемые  отходы. Для первых существует технология переработки и вовлечения в хозяйственный  оборот, для вторых в настоящее  время отсутствует.

  1.2. Классификация отходов промышленности

  Промышленные  отходы зачастую являются химически  неоднородными, сложными поликомпонентными  смесями веществ, обладающими различными физика- химическими свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность [7]. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования [8]. В нашей стране вредные вещества характеризуется по четырем классам опасности, от чего зависят затраты на переработку и захоронение [9]:  

  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. Токсичность соединений ртути заключается во вредном воздействии иона Hg 2+. В организм ртуть попадает, как правило, в неионой форме. Ртуть вступает в соединение с белковыми молекулами в крови, в результате чего образуются более или менее прочные комплексы – металлопротеиды. Страдают тиоловые энзимы и в организме возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, что приводит к инертности корковых процессов в мозге. Воздействие соединений ртути на животных при остром отравлении проявляется в потере аппетита, жажде, слюнотечение, рвота, общая слабость, позднее кровавый понос, катаракта на слизистой глаз, возможные судороги, внезапная смерть при поражении двигательных узлов сердца и спинного мозга. У выживших через 1 – 2 часа поражение желудочно- кишечного тракта, через 5 суток – поражение почек, перерождение клеток печени.

  У человека при отравлении сулемой  и другими солями ртути – головные боли, поражение десен, стоматит, набухание  лимфатических и слюнных желез, иногда повышенная температура. В тяжелых случаях нефроз в почках и через 5 – 6 дней смерть. В достаточно легких случаях – потеря аппетита, тошнота, рвота (иногда с кровью), слизистый понос (чаще с кровью), язва желудка и двенадцатиперстной кишки. Сначала может возникнуть усиленное мочеотделение, потом почти полное его прекращение. При хроническом отравлении у людей и животных поражается нервная система (резкая переменчивость активности), изменения в клетках коры больших полушарий мозга, ствола спинного мозга, периферийных нервах. Среди людей, больных туберкулезом, высокая смертность.

  Общее воздействие на организм цианистого калия (KCN) и других солей синильной  кислоты (HCN) вызывает нарушение дыхания, резкое понижение способностей тканей потреблять доставляемый кислород.

  При хроническом отравлении возможно нарушение  продуцирование гормона щитовидной железой, тяжелое поражение дыхательных  путей, головная боль, похудение, нарушение  потенции и либидо, снижение функции  половых желез развитие анемии, лейкопения, поражение почек, ухудшение зрения и слуха, на коже образуется хроническая экзема. Смертельная доза KCN для человека – 0.12 г, иногда переносятся большие дозы, замедление действия возможно при заполнении желудка пищей.

  Соединения  сурьмы вызывают раздражения слизистых дыхательных путей и пищеварительного тракта, кожи. При хроническом отравлении данные вещества способны вызывать нарушение обмена веществ, негативно влияющие на нервную систему и сердце.

  2. Высоко-опасные. Отходы, содержащие  хлористую медь, содержащие сульфат меди, щавелевокислую медь, соединения свинца.

  Свинец  – яд, действующий на все живое, в особенности на нервную систему, кровь, сосуды; в меньшей степени  действует на эндокринную и пищеварительную  системы. Активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генного аппарата, возможно денатуративное действие, подавление ферментативных процессов, выработка неполноценных эритроцитов из-за поражения кроветворных органов, нарушение обмена веществ.

  Медь  содержится в организме главным  образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в кроветворении. Во вредном действии избытка решающую роль, по-видимому, играет реакция Cu2+ с SH-группами ферментов. С колебаниями содержания Cu в сыворотке и коже связано появление депигментации кожи. Реакции соединений меди с белками тканей верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта.

  Попадание в желудок животных сульфата меди (CuSO4) вызывает анемию, язву желудка, изменения  в печени, кровоизлияние в почках и семенниках, смерть. При вдыхании – воспаление верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, поражение центральной нервной системы.

  У людей попадание CuSO4 или Cu(CH3COO)2 в  желудок вызывает тошноту, рвоту, боли в животе, понос, быстрое появление  гемоглобина в крови и моче, желтуха, анемия, при почечной недостаточности – смерть.

  3. Умеренно-опасные. Отходы, оксиды  свинца (PbO, PbO2, Pb3O4), хлорид никеля, четыреххлористый  углерод.

  При остром травлении хлоридом никеля (NiCl2) возникает возбуждение, угнетение; покраснение слизистых оболочек и кожи; понос. Длительное воздействие вызывает снижение числа эритроцитов, но многими животными это переносится не очень болезненно.

  4. Малоопасные. Отходы, содержащие  сульфат магния, фосфаты, соединения  цинка, отходы обогащения полезных  ископаемых флотационным способом с применением аминов.

  Mg способствует изменениям содержания SH-групп во внутренних органах,  нарушению нуклеинового обмена. У людей поражается носовая  полость, выпадают волосы. Действие  собственно MgSO4 на кожу приводит  к дерматологическим заболеваниям.

  Фосфаты – смеси различных веществ, среди  которых все или часть соединения фосфора; многие из них применяются  в качестве удобрений. Поскольку  анион фосфорной кислоты является физиологическим, общая токсическое  действие ее солей возможна лишь при весьма высоких дозах. При контакте с фосфатами у человека могут развиваться дерматиты: сыпь, жжение и зуд, отек кожи лица – жжение в глазах, слезоточивость, выпадение радужной оболочки, хотя быстро отходящие.

  Сульфат цинка или цинковый купорос (ZnSO4 · 7H2O) – раздражитель дыхательных путей животных, желудочно-кишечного тракта. Вызывает малокровие, задержку роста. У человека может развиться повышенная заболеваемость органов дыхания, пищеварения, кровообращения, кожи.

  Принадлежность  к группам определяется по классификатору промышленных отходов, расчетным путем, если известны гигиенические параметры вещества 
(например, ПДК) и экспериментальным путем. Отходы всех классов делятся на твердые, пастообразные, жидкие, пылевидные или газообразные. Твердые отходы: пришедшая в негодность тара из металлов, дерева, картона, пластмасс, обтирочные материалы, отработанные фильтроматериалы, обрезки полимерных труб, кабельной продукции [1]. Пастообразные: шламы, смолы, осадки с фильтров и отстойников от очистки емкостей теплообменников. 
Жидкие: сточные воды, содержащие органические и неорганические, не подлежащие приему на биоочистку ввиду высокой токсичности [1]. Пылевидные 
(газообразные): выбросы из участков обезжиривания, окраски продукции [1]. По химической устойчивости отходы различаются: взрывоопасные, самовозгорающиеся, разлагающиеся с выделением ядовитых газов, устойчивые. Отходы могут быть растворимые и нерастворимые в воде. По происхождению: органические, неорганические, смешанные отходы.

  2. Методы хранения отходов 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.

  2.1. Использование хранилищ  промышленных отходов

  Для захоронения отходов промышленности целесообразно использовать резервуары в геологических формациях: гранит, вулканические породы, туфы, базальты, соляные толщи, гипс, ангидрит, доломит, глина, гнейсы [3].  При размещении отходов необходимо соблюдать ряд определенных условий и ограничений [3]:

  1. Водонепроницаемость толщ и наличие  над и под ними обильных  водоносных толщ

  2. Полное исключение возникновения  деформаций, способных сделать толщу водопроводящей (сдвиг под действием собственной массы, динамические нагрузки, вызванные землетрясениями, газодинамическими явлениями, наземными взрывами и т.п.);

  3. Размещение вдали от населенных  пунктов, территорий возможных  появлений наводнений, селей, прорыва дамб и плотин, оседание земной поверхности в результате горных работ;

  4. Наличие способов и средств,  позволяющих при необходимости  оперативно и с полной гарантией  навечно перекрыть выработки,  через которые отходы будут  подаваться в выработанные пространства.

  Подземное захоронение отходов может осуществляться на различных глубинах и гидродинамических  зонах литосферы, согласно этому хранилища подразделяются :

• Неглубокие – В зоне аэрации и активного водообмена;
• Среднеглубокие – Ниже зоны активного водообмена, в пределах пластовых температур 50 – 70є С;
• Глубокие – на глубине свыше 2000 м.

  В итоге: хранилище токсичных промышленных отходов – сложная геотехническая система, составными элементами которой  являются компоненты геологической  среды (массив горных пород, подземные воды) и наземно-подземные инженерные сооружения (выработки, скважины, коммуникации).

  2.1.1 Хранение взрывоопасных  отходов

  Хранение  взрывоопасных отходов, представляющих некоторую ценность в будущем  после создания технологий их переработки и использования, наиболее целесообразно в подземных хранилищах с повышенными мерами безопасности и возможной флегматизацией [21]. Уничтожение взрывоопасных отходов связано со значительными затратами на обеспечение безопасности процесса. Требования к размещению хранилищ взрывоопасных отходов аналогичны общим защитным мероприятиям для хранения промышленных отходов. Воздействиями, инициирующими возможный их взрыв, являются механические удары, трение, высокие температуры, электрическая искра или блуждающие токи, химическая реакция между компонентами, близкий взрыв. Для предотвращения негативных последствий захоронения взрывоопасных отходов, помимо общих требований для изоляции промотходов из биосферы, необходимо :

1.Помещение  взрывоопасных отходов в тару для предохранения от всех видов инициирующих воздействий; 2. Достаточное удаление от системы ЛЭП; 5. Безопасные транспортировка, погрузки-разгрузки взрывоопасных отходов.

  Взрывоопасные вещества и смеси:

1. Соли тяжелых металлов (СТМ) гремучей кислоты – фульминаты;
2. Органические перекиси;
3. Ацетилениды некоторых тяжелых металлов;
4. Нитросоединения – тротил, тетрил, гексоген;
5. Нитроэфиры – тиланин, нитроглицерин и др.;

  2.2. Наземные полигоны

  Наземные  полигоны для хранения промышленных отходов являются и должны использоваться в качестве временных, промежуточных пунктов на пути в хранилища. Согласно действующим положениям по проектированию и созданию наземных полигонов их размещение запрещено [7]:

• - Вблизи месторождений пресных подземных вод и их водо-охранных зон;
• - Вблизи месторождений минеральных лечебных и промышленных вод;
• - На территории зон охраны курортов
• - На территории заповедников
• - В пределах селитебных и рекреационных зон населенных пунктов.

  3. Термическое обезвреживание  токсичных промышленных  отходов

  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 [2, 11]. Интенсивность 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 CH3COOH и HCOOH) или с образованием CO2, H2O и N2 [2]. Для жидкоплазменного окисления требуется 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 [2].

  Применение  метода целесообразно при первичной  переработке отходов.

  3.2. Гетерогенный катализ

  Метод применим для обезвреживания газообразных и жидких отходов. 
Существуют три разновидности гетерогенного катализа промышленных 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 [4].

  Термокаталитическое восстановление используется для обезвреживания газообразных отходов, включающих в себя нитрозные газы – содержащие NOX 
[2].

  Профазное каталитическое окисление применимо  для перевода органических примесей сточных вод в парогазовую  фазу с последующим окислением кислородом. При содержании в сточных водах неорганических и нелетучих веществ возможно дополнение данного процесса огневым методом или другими видами обезвреживания отходов [2].

  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.

  3.3.1 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.[2] .

  Метод окислительного пиролиза является перспективным  направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.

  3.3.2 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 [2]:

  1. Низкотемпературный пиролиз или  полукоксование (450 - 550° С).

  Данному виду пиролиза характерны максимальный выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход  пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы – ценного жидкого топлива, и для переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива.

  2. Среднетемпературный пиролиз или  среднетемпературное коксование (до

  800°  С) дает выход большего количества  газа с меньшей теплотой сгорания  и меньшего количества жидкого  остатка и кокса.

  3. Высокотемпературный пиролиз или  коксование (900 - 1050° С). Здесь наблюдается минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания – высококачественного горючего, годного для далеких транспортировок.

  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 и др. материалов. Огневой метод переработки токсичных промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов и способам обезвреживания 
[2]:

  1. Сжигание отходов, способных гореть  самостоятельно – наиболее простой способ; горение происходит при температурах не ниже 1200 -1300° С. (следует отметить, что данный способ не является целесообразным ввиду некоторой (большей или меньшей) ценности горючих отходов и возможности их использования в данное время или в будущем).

  2. 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.

  3. Огневой восстановительный метод  используется для уничтожения  токсичных отходов без получения  каких-либо побочных продуктов,  пригодных для дальнейшего использования  в качестве сырья или товарных  продуктов. В результате образуются  безвредные дымовые газы и стерильный шлак, сбрасываемый в отвал. Так можно обезвреживать газообразные и твердые выбросы, бытовые отходы и некоторые другие.

  4. 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.

  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. 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 может использоваться для  обезвреживания отходов двумя путями:

  - Плазмохимическая ликвидация особо  опасных высокотоксичных отходов;

  - Плазмохимическая переработка отходов  с целью получения товарной продукции.

    Разложение отходов происходит  по следующим технологическим  схемам: