Основные технологические принципы утилизации, обезвреживания и захоронения отходов

Все процессы переработки и обезвреживания отходов разделяют на физические, химические, физико-химические, биохимические и комбинированные [8].

В физических процессах изменяется лишь форма, размеры и агрегатное состояние и некоторые другие свойства отходов при сохранении их качественного химического состава. Эти процессы доминируют, например, при дроблении и измельчении вскрышных пород, хвостов обогащения, шлаков и зол, при окомковании тонкодисперсных материалов, брикетировании рудной мелочи, строительных отходов, в магнитных и электрических методах сепарации смешанных отходов, в процессе сушки и испарения.

Химические процессыизменяют физические свойства исходного материала и его качественный химический состав. Взаимодействие веществ в них осуществляется в стехиометрическом соотношении, определенном уравнением химической реакции. Важное место среди химических процессов занимают нейтрализация, окисление, осаждение, обеззараживание и термические методы. Термические способы предусматривают тепловое воздействие на отходы, которые приводят к изменению их первоначального состава. Виды термического воздействия: сжигание, газификация, пиролиз.

Физико-химические процессы и основанные на них методы являются пограничными между физическими и химическими. Однако в отличие от химических методов, переходы одних веществ в другие нестехиометричны. К физико-химическим методам относятся: коагуляция, флокуляция, адсорбция, абсорбция, ионный обмен, экстракция, мембранные и каталитические методы.

Биохимические процессы представляют собой химические превращения, протекающие с участием субъектов живой природы, выполняющих роль биологического катализатора. Процессы основаны на способности различных микроорганизмов разлагать или усваивать многие органические соединения. Биохимические превращения составляют основу жизнедеятельности живых организмов растительного и животного мира. Продуктом этих превращений являются вещества неживой природы. На использовании биохимических превращений построены многие технологии, например методы переработки сельскохозяйственной продукции, а также отходов с получением биогаза, очистки сточных вод и др.

Реально технологии редко могут быть сведены только к какому-либо одному виду превращений. Как правило, имеют место комбинированные процессы, являющиеся сочетанием двух или более типов превращений, один из которых может быть преобладающим.

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 IV 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.

Часть отходов может быть размещена на полигонах. В состав полигона могут входить участки приемки и обезвреживания отходов гальванических производств, приемки и захоронения органических отходов, захоронения особо вредных отходов, приема и сжигания жидких горючих и других отходов.

Кроме полигонов для захоронения применяют различные накопители отходов. 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.

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.).

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

В настоящее время разработано достаточно много технологий по переработке и рекультивации отвалов руд и пород цветной металлургии, являющихся отходами III и IV 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. 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 две: 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.

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

Но все мероприятия, описанные выше, не гарантируют надежную защиту окружающей среды от загрязнения. Поэтому наиболее надежным средством охраны окружающей среды считается создание 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 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 дезактивировать.

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