Промышленные твердые отходы, их токсическая характеристика, влияние на окружающую среду. Методы утилизации.

Содержание

Введение
1.Источники твёрдых промышленных отходов
2.Токсикологическая характеристика
3.Влияние на окружающую среду
4.Утилизация твердых промышленных отходов
4.1.Утилизация отходов металлургической промышленности
4.2.Технологии переработки твердых отходов
4.3.Переработка древесины
4.4.Авторециклинг
4.5.Переработка резиновых отходов
Заключение
Список использованной литературы

Промышленные твердые отходы, их токсическая характеристика, влияние на окружающую среду. Методы утилизации.

Данное положение требует разработки существенно нового механизма взаимодействия природы и человека в процессе его трудовой деятельности.
4. Утилизация твердых промышленных отходов
Переработка отходов – это одно из основных направлений в технологии ресурсосбережения. Утилизация отходов – это комплексная их переработка с целью получения промышленной или другой продукции. Переработка очень тесно связана с рациональным применением в своих целях природных ресурсов планеты.
Для успешного решения вопросов по утилизации отходов, необходимо взамен понятия «отходы производства» принять и осознать более правильное – «вторичное сырье». Это понятие имеет отношение не только к основному производству, но и к очистке промышленных выбросов и к системам регенерации.
Методы утилизации в основном основаны на физико-химических исследованиях свойств и структуры промышленных отходов, что позволяет определить принципиальную возможность их использования в каком-либо производстве.
Номенклатура вторичных материальных ресурсов химической промышленности состоит из 120 видов отходов, которые имеют промышленное значение. Перечислим наиболее важные:
1. Пиритные огарки, которые образуются в процессе сжигания колчедана для получения серной кислоты, в количестве 0,6 т на 1 т кислоты, и в процессе переработки сернистой кислоты в процессе производства сульфитной целлюлозы.
2. Фосфогипс, образующийся при переработки фосфорсодержащего сырья с целью получения комплексных удобрений на стадии сернокислотного разложения фосфатов в количестве 4-8 т на 1 т фосфорной кислоты.
3. Хвосты обогащения, которые образуются при производстве концентратов фосфорного сырья в количестве 1,7-2,0 т на 1 т готового сырья.
4. Хвосты флотации серных руд, которые содержат 70-80 % карбоната кальция.
5. Галитовые отходы, которые образуются на обогатительных фабриках калийных комбинатов в количестве 1,8—2,6 т на 1 т хлорида калия.
6. Шлаки, которые образуются в процессе производства желтого фосфора в количестве 11 т на 1 т товарного сырья.
Объем вторичных материальных ресурсов из отходов химической промышленности насчитывается десятками миллионами тонн в год.
Выбросы химической промышленности неблагоприятно влияют на окружающую среду, загрязняют атмосферный воздух, водоемы и почву. Примером этого служат технологические установки для производства серной кислоты, которые загрязняют атмосферный воздух диоксидом и триоксидом серы.
Второй пример – это производство фосфорных удобрений, фторсодержащие компоненты которых загрязняют атмосферу и литосферу, а при проведении стадий промывки соединения фтора попадают и в сточные воды.
Для сокращения количества не утилизируемых пиритных огарков необходимо выделять из них соединения цветных и редких металлов, получать железные окатыши для черной металлургии, потому как огарки содержат железо, сульфат кальция, медь, немного серебра, золота и некоторых других ценных химических элементов.
Пиритные огарки успешно используются в стекольной, строительной и цементной промышленности.
Использование огарка в виде одного из компонентов смеси для обжига цементного клинкера позволяет экономить значительные средства, которые раньше расходовались на добычу и переработку нерудных веществ и на строительство отвалов.
Фосфогипс используется с целью мелиорации солонцовых почв, для получения серной кислоты и извести, в производстве цемента и др.. Переработка фосфогипса в данные продукты дает возможность экономить традиционное сырье – природный гипс, известняк и колчедан, и уменьшить денежные расходы на постройку и содержание складов для фосфогипса.
Рост масштабов выпуска комплексных фосфорных удобрений указывает на то, что рациональное использование фосфогипса имеет колоссальное значение в народном хозяйстве.
Проблемой комплексного применения минерального сырья является переработка хвостов обогащения, из которых можно выделить нефелиновый, сфеновый, титаномагниевый и этриновый концентраты, служащие сырьем для получения цветных и редких металлов. Из фосфоритной рудной мелочи можно получить продукт, являющийся сырьем для синтеза желтого фосфора с хорошим выходом. Использование фосфато-кремниевых сланцев (отходов обогащения фосфатных руд) в процессе производства окатышей из желтого фосфора является экономически эффективным.
Хвосты флотации серных руд успешно используются в виде удобрения для кислых почв.
Галитовые отходы используются с целью получения поваренной соли.
4.1. Утилизация отходов металлургической промышленности
На металлургических комбинатах с замкнутым циклом производства: чугун-сталь-прокат, твердые производственные отходы можно разделить на два вида – шлаки и пыль. Для того чтобы вместо пыли получать в качестве отходов шлам, необходимо применять в производстве мокрую газоочистку. Железосодержащие отходы такие как пыль, шлам и окалина, являются наиболее ценными для черной металлургии. В то время как шлаки в большинстве случае применяются в других отраслях промышленности.
В процессе работы основных металлургических агрегатов выделяется значительное количество тонкодисперсной пыли, которая состоит из оксидов различных химических элементов. Пыль задерживается газоочистными приборами с последующим попаданием в шламонакопитель или последующей переработкой, в большинстве случаев в качестве компонента аглошихты.
Производственные шламы можно разделить на:
- шламы агломерационных фабрик;
- шламы доменного производства;
- газоочисток доменных печей;
- подбункерных помещений доменных печей;
- шламы газоочисток мартеновских печей;
- шламы газоочисток конвертеров;
- шламы газоочисток электросталеплавильных печей.
А вот по характеристике содержания железа шламы подразделяют следующим образом:
- богатые железом (55-67 %) – это шлам конвекторов и газоочисток мартеновских печей, пыль;
- относительно богатые железом (40-55 %) – пыль и шламы аглодоменного производства;
- бедные железом (30-40 %) – пыль и шламы газоочисток электросталеплавильного производства.
Шламы имеют две основные характеристики: гранулометрический и химический состав. Но в процессе подготовки шламов к переработке необходимо учитывать следующие параметры: влажность, плотность, удельный выход и др. Также следует отметить, что пыль (шламы) металлургических производств по своему химическому и частично гранулометрическому составу отличаются друг от друга.
В трубах Вентури и скрубберах образуются шламы при очистке газов в пылеулавливающих устройствах доменных печей. Перед ними должны быть установлены тангенциальные или радиальные сухие пылеуловители. В них улавливается наиболее крупная колошниковая пыль, которая будет возвращена в аглопроизводство в качестве компонента шихты.
Технология подготовки шламов доменных газоочисток состоит из обезвоживания осаждением в отстойниках, фильтрования в аппаратах различного типа и термической сушки, при необходимости.
Главная особенность шламов доменных газоочисток – это высокое содержание цинка в них. При подготовке шламов к применению как компонента доменной шихты крайне необходимо провести обесцинкование. Это может проводиться гидрометаллургическими и пирометаллургическими способами. Если содержание цинка в шламах составляет более 12 % , то они могут быть использованы в качестве сырья для получения этого цинка.
В настоящее время единственным направлением в переработке шламов подбункерных помещений доменных печей является использование их в качестве компонента аглошихты. Это обусловлено тем, что данные шламы похожи по гранулометрическому и химическому составам на шламы аглофабрик. В этом случае подготовка шламов подбункерных помещений доменных печей предусматривает стандартные стадии обезвоживания; желательно, чтобы данный материал, который смешивается с другими компонентами аглошихты, имел зернистую структуру.
Данные процедуры улучшают окомкование аглошихты и приводят к увеличению газопроницаемости ее слоя. Это благотворно влияет на производительность агломашины и на качество агломерата.
Обезвоживание шламов. Пыли, образующиеся от металлургического производства, как правило не требуют какой-либо предварительной подготовки перед переработкой. Шламы же перед тем, как их утилизировать в качестве компонента шихты, обязательно необходимо подвергнуть обезвоживанию: сгущению, фильтрованию и сушке.
Сгущение – это процесс повышения концентрации твердой фазы в продукте (шлам, пульпа), который сгущают. Этот процесс протекает под действием центробежных и (или) гравитационных сил. В процессе сгущения шламов необходимо стремится получить не только осадок оптимальной плотности, но и более чистый слив. Это позволяет использовать слив в оборотном цикле и исключить потери твердого продукта. Практически невозможно использовать сгущаемый продукт в качестве добавки к аглошихте или окомковыватьего для получения окатышей по причине того, что количество воды в нем составляет 30-60 %. Таким образом, уже сгущенный продукт необходимо поддать фильтрованию с целью снижения в нем влаги до 8-10 %.
В процессе фильтрования шламов происходит процесс разделения жидкой и твердой фаз под действием давления или разжижения. Этот процесс сопровождается удалением влаги через пористую перегородку –фильтровальную ткань и осадок.
На фильтрование как правило подают шламы, которые имеют частицы размером менее 1 мм, потому что обезвоживание таких дисперсных систем другими методами является нецелесообразно по причине малой скорости удаления влаги и значительной влажности получаемого осадка.
Существует множество факторов, от которых зависит процесс фильтрования, вот некоторые из них:
- объем твердой фазы в шламе,
- степень крупности твердой фазы,
- степень разности давлений по обе стороны фильтрующей перегородки.
4.2. Технологии переработки твердых отходов
Утилизация опасных и твердых промышленных отходов осуществляется различными технологиям; основные из них это – термические, физико-химические и биотехнологические.
Физико-химические технологии переработки промышленных отходов не универсальны, однако с их помощью получают наилучший результат, при условии использования отходов в виде сырья для получения полезного продукта. Примером служит переработка резинотканевых отходов, резиновых рукавов, резины и автомобильных покрышек, шлангов и другой продукции резинотехнической промышленности. Конечной продукцией переработки является резиновая крошка, используемая для ковриков подрельсовых прокладок, добавок в битум и различных покрытий. Еще один пример: переработка полимерных материалов (полиэтилен, полиэтилентерефталат, полипропилен). В странах, с сильно развитой промышленностью, в которых потребление полимерных материалов существенно выше, чем в России, сформировалась целая отрасль по утилизации полимерных отходов, которые практически полностью перерабатывается в сырье для повторного использования.
Некоторые виды промышленных отходов перерабатываются в строительные и дорожные материалы, керамику, удобрения и др. при помощи физико-химических методов.
Это составляет целое поле деятельности для «экологической промышленности». Индивидуальный подход переработки любого вида промышленных отходов данным методом наводит на мысль, что создатели новых материалов и веществ, которые нашли широкое применение, должны одновременно разрабатывать и технологии по их утилизации, переработки, возврата в цикл, таким образом, создавая малоотходные и безотходные технологии производства. На данный момент остро стоит вопрос о создании легкоразлагающихся тарных и упаковочных материалов. Это можно назвать еще одним полем деятельности «экологической промышленности».
С целью утилизации многих видов твердых, жидких, растворимых и газообразных отходов применяются термические технологии. Суть данных технологий заключается в том, что отходы поддаются термической обработке с помощью высокотемпературного теплоносителя (бесконтактным или контактным методом), которым может быть продукт сгорания топлива: расплав металла или окисла, плазменная струя или СВЧ-нагрев отходов. Продукты терморазложения поддаются окислению, другим химическим взаимодействиям с образованием в течение процесса нетоксичных газообразных, твердых и жидких продуктов.
Термический метод состоит из определенных стадий:
- предварительная обработка, в том числе реагентная;
- высокотемпературная обезвреживание и обработка;
- многоступенчатая очистка газов;
- теплоиспользование;
- получение органических побочных (синтез-газ, жидкое топливо) или минеральных продуктов (оксиды, цемент, минеральные соли и т. д.).
Термические методы имеют определенную универсальность, потому как позволяют обезвреживать большинство органических и неорганических соединений. Этот процесс проходит при условии высоких температур в восстановительном или окислительном режиме с подачей воздуха, водорода, кислорода и других газов. Таким образом возможно создание регулируемых параметров с целью обезвреживания большинства веществ, включая пестициды, фреоны, диоксидины и отравляющие вещества.
Необходимо рассмотреть подробнее некоторые термические методы.
На сегодняшний день остро стоит вопрос об утилизации некоторых сильнодействующих ядовитых веществ – супертоксикантов, в том числе пестицидов, которые были запрещены или пришли в негодность. К данной категории относятся: РСВ, химическое оружие, запрещенные к использованию пестициды и др.
Согласно существующим нормативным документам для утилизации их рекомендованы две технологии: захоронение и сжигание.
Захоронение на полигонах и в океанах очень дорого и крайне опасно для будущего планеты.
Процессу сжигания требуется значительный расход топлива, охлаждения и очистки значительных объемов газов, которые содержат тяжелые металлы. Также сжиганию не могут быть подвергнуты смеси пестицидов неизвестного состава.
В свое время проводились исследования разнообразных методов жидкофазного окисления пестицидов с использованием озона, пероксида водорода и УФ-облучения. Но данные методы не получили широкого применения в промышленности по причине образования в процессе утилизации отходов вторичных загрязнителей и дороговизны.
Поэтому на данный момент происходит постоянный поиск новейших способов, которые позволяли бы обезвреживать супертоксиканты до нетоксичных соединений с соблюдением всех экологических требований: обеспечение безотходности процесса, исключение из технологического цикла стадии сжигания, отсутствие вторичных загрязняющих веществ.
В этом плане перспективным методом является глубокое жидкофазное окисление металлоорганических пестицидов в мягких условиях в среде окислителя, который генерируется электрохимическим процессом.
Этот метод состоит из нескольких процессов:
- синтез окислительной системы, участвующей в жидкофазном окислении органических составляющих пестицида;
- анодное окисление и катодное восстановление части органических фрагментов пестицида;
- осаждение металла на катоде.
Наиболее перспективно уничтожать именно плазмохимическим методом такие супертоксичные вещества, как бифенилы (ПХБ), полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ).
За счет повышения температуры при помощи энергии электрической дуги до 2 000-2 500° С процесс разложения диоксинов завершается в течение 0,05-0,1 с, это позволяет уменьшить габариты реактора. Отсутствие разбавления продуктов сгорания топочными газами снижает нагрузку на систему газоочистки и уменьшает размеры системы и абсолютный выброс вредных веществ в атмосферный воздух.
Главным отличием существующих систем плазмохимической утилизации является устройство плазмохимического реактора.
Плазменные методы позволяют создать передвижные установки по переработке токсичных отходов. Сегодня бытует устойчивое мнение в мировой практике, что соединения I и II класса опасности, такие как отравляющие вещества (исключая бинарные отравляющие вещества), диоксины, пестициды и др., могут быть обезврежены только плазменными методами.
Регулирование состава плазмообразующих газов, высокие температуры и регулирование давления дают возможность проводить процесс со степенью переработки 99,9 %. Плазмохимический метод предпочтительно применяется для обезвреживания негорючих и трудногорючих соединений.
Таким методом может обезвреживаться широкий класс токсичных и особо токсичных веществ: органические, хлор-, фтор-, фосфор-, сероорганические, металлоорганические, неорганические.
Основные принципы работы плазмохимической установки это - когда в струю низкотемпературной плазмы поступает исходное вещество в жидком, порошковом или пастообразном виде. При высоких температурах в реакторе вещество распадается до атомов, молекул и ионов. Благодаря регулируемому составу плазмообразующего газа (водород, азот, воздух, кислород, пары воды) образуются окислы, соединения галогенов с водородом, нейтральные молекулы и атомы, то есть состав, образующийся в соответствии с термодинамическими параметрами процесса производства. Стоит еще раз подчеркнуть, что плазменный процесс строго регулируется по температуре, составу газа и давлению. Это является основным отличием данного метода от сжигания отходов в смеси с топочными газами и воздухом.
Процесс закалки газа или резкого уменьшения температуры газа с целью избегания вторичного образования нежелательных веществ является одним из необходимых условий плазменной технологии. Закалка газа, высокие температуры газа в реакторе, возможность остановить процесс в любой нужный момент (выключив энергию при минимальном последействии), системы нейтрализации, регенерации, фильтрации, делают данную технологию безопасной с экологической точки зрения, хотя и энергоемкой. Для утилизации 1 кг вещества необходимо затратить 0,5-3 кВт/ч энергии.
В настоящее время имеются разработки, при которых плазмохимический процесс утилизации отходов происходит с применением ванны расплава (оксида, металла). Образующиеся при данном термическом разложении газы проходят через слой расплава. Этим система позволяет увеличить давление в процессе, улучшить массогабаритные и энергетические показатели. Однако она обладает меньшей экологической безопасностью.
4.3. Переработка древесины
Древесная кора широко используется в качестве удобрения. Для этого ее необходимо предварительно измельчить до частиц размером 5-10 мм, смешать с минеральными азотсодержащими добавками и сформировать компостные бурты. Основными добавками являются суперфосфат и аммиачная вода. Также кора обладает ионообменными фильтрующими свойствами, что позволяет использовать ее как фильтрующий материал на фильтрах с целью осветления сточных вод.
Из коры можно получать дубильные вещества. А отработанная щепа из пневого осмола (отход канифольно-экстракционной промышленности) используется с целью выработки целлюлозы.
Также из древесных опилок в гидролизном производстве получают спирт и дрожжи, фурфурол. А вторичный отход (лигнин) сжигается или компостируется.
Селен, который используется в радиотехнической, приборостроительной и других отраслях промышленности, производится из кислотного шлама.
Отходы тонкого сортирования и сучки размалываются с целью получения древесно-волокнистых плит и оберточной бумаги.