Способы переработки токсичных отходов

Технологии «зеленой» химии для переработки растительного сырья

На территории России насчитывается большое число фабрик, заводов и производств, которые образуют огромное количество отходов.

Недобросовестные владельцы вывозят мусор на свалки, склады, пустыри, заброшенные полигоны и другие места. В больших городах существует проблема утилизации отходов, и это ощущается все острее.

Незаконная утилизация опасных отходов — одна из главных причин экологических проблем и загрязнения внешней среды и воздуха, вымирания живых организмов, заражения продуктов питания для животного мира и людей.

Токсичные отходы и что к ним относится

Токсичные отходы — это мусор, который имеет в составе вещества, несущие вред всему живому.

Из-за этого разложение токсичных отходов приводит к большому числу различных болезней, загрязняет и уничтожает окружающий мир.

Такие последствия могут возникать не только из-за контакта с отходами, при некомпетентной утилизации, но и из-за их неправильного хранения на территории. Токсичный мусор требует тщательной переработки и полного уничтожения.

Для утилизации данных ядовитых отработок используют специальное оборудование, которое является устойчивым к различной силе кислот и щелочей. Популярные ядовитые отходы: мышьяк, жидкая, или в твердом виде, ртуть. А также свинец, хром, отходы калия и натрия, и ряд других химически активных веществ.

Кроме того, токсичными отходами также могут служить:

• Лекарственные и фармацевтические препараты.
• Техника, с помощью которой создаются эти препараты.
• Заводы, занимающиеся переработкой нефти и газа.

Виды нефтяных отходов

Отходы образуются при нефтепереработке, разведке, добыче, хранении, транспортировке нефти и нефтепродуктов, а также при чистке резервуаров, обезвреживании сточных вод, авариях.

• нефтяные шламы: придонные, грунтовые, резервуарные;
• остатки бензина и керосина, использованные для удаления загрязнений автомобилей и его агрегатов вместо специальных моющих растворов;
• отработанные автомобильные фильтры;
• промасленные ветошь, опилки, песок, бумага, древесина.

Особенно трудно ликвидировать загрязнения окружающей среды, возникающие в результате аварий (например, прорыв нефтепровода, авария танкера) на море или на земле.

Один галлон маслянистой жидкости загрязняет миллион галлонов воды.

Класс опасности

Принято подразделять отходы по классам опасности, ориентируясь на саму токсичность отходов. От нее зависит степень причинения вреда человеку и планете.

Выделяют четыре основных класса отходов по степени опасности, которую они несут:

• I класс — крайне опасные отходы. Сюда входят наиболее токсичные отработки, при не правильной утилизации загрязняющие атмосферу, почву, подземные воды.
• II класс — высокая опасность. Это могут быть различные продукты химической промышленности и подобные вещества.
• III класс — средняя опасность. Например, шпалы из дерева, пропитанные химическими веществами и лакокрасочные материалы.
• IV класс — отходы, которые почти не наносят вреда. Сюда входят отходы, содержащие незначительное количество токсических веществ. Но в большом объеме они приносят вред. К данному классу также обычно относят обычный мусор, твердые бытовые отходы. Перед утилизацией такие отходы практически не подвергаются специальной обработке.

Токсичность — свойство отходов вызывать болезни у людей. До того, как начнется процесс утилизации токсичных отходов, необходимо правильно рассчитать степень токсичности.

Определяется она благодаря токсической дозе, которая в свою очередь подсчитывается через количество вещества, изменяющего процессы жизнедеятельности организма, соотнося его с массой живого организма.

Значение токсической дозы и токсичности отходов располагаются в обратной зависимости. Если токсическая доза меньше, то сама токсичность больше. Расчет токсичности отходов — обязательная процедура.

Есть два способа расчёта токсичности: экспериментальный метод и формульный. Каждый из них применяется при определенных условиях. Методы содержат различия между собой.

Выделяют три типа доз:

1. Минимально-смертельная — летальный исход возможен с вероятностью 0-10%.
2. Средне-смертельная — вероятность летального исхода — 50%.
3. Смертельная доза — в 90-100% случаях токсического воздействия люди умирают.
4. Кроме того, учитывают также концентрацию вещества.

Методы переработки отходов

Все известные технологии переработки отходов по методам переработки можно разделить на следующие группы:

• термические — сжигание в открытых амбарах, печах различных типов,

• механические — перемешивание и физическое разделение отходов;

• химические — экстрагирование с помощью растворителей, отвердение с применением добавок;

• физико-химические — применение специально подобранных реагентов, изменяющих физико-химические свойства, с последующей обработкой на специальном оборудовании;

• биологические — микробиологическое разложение в почве непосредственно в местах хранения, биотермическое разложение.

К термическим методам

обезвре­живания отходов относятся сжигание, газификация и пиролиз.

— наиболее отработанный и используемый способ. Этот метод осущест­вляется в печах различных конструкций при температурах не менее 1200 °С. В результате сгорания органической части отходов образуются диоксид углерода, пары воды, оксиды азота и серы, аэрозоль, оксид углерода, бензопирен и диоксины. Зола, имеющая в своем составе неподвиж­ную форму тяжелых металлов, накаплива­ется в нижней части печи и периодически вывозится на полигоны для захоронения

— осуществляется в вихревых реакторах или печах с кипящим слоем при температурах
600-1100°С
в ат­мосфере газифицирующего агента (воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода или их смесь). В результате реакции образуются синтез-газ (Н2, СО), туман из жидких смолистых веществ, бензопирена и диоксинов. Зола, остающаяся после газификации, может содержать остаточ­ный углерод и соли тяжелых металлов, растворимые в воде. После проверки золы на отсутствие бензопирена, диоксинов и тяжелых металлов в подвижной форме она может быть отправлена на захоронение.

— наиболее изученный про­цесс, широко используется для произ­водства активированного угля из древе­сины. Пиролиз нефтесодержащих отходов проводят при температуре 600-800°С с вакуумированием реактора. При этом протекают реакции коксо- и смолообразо­вания, разложения высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные, жидкую и газообразную фракции, а если углеводородные отходы содержат серу, то образуются также сероводород и меркап­таны. Оксиды азота и серы практически не образуются. На практике невозможно создать совершенно бескислородную ат­мосферу; реальные пиролизные установки работают с количествами кислорода мень­ше стехиометрических. Поскольку некото­рое количество кислорода присутствует в любой пиролизной установке, происходит незначительное окисление. Если летучие или малолетучие вещества присутствуют в отходах, также происходит термическая десорбция. Процесс очень чувствителен к влажности нефтешламов и размерам находящихся в них абразивных частиц, что сказывается на стоимости переработки тонны отходов и возможности применения данного процесса.

очистки заключаются в перемешивании и физичес­ком разделении. В связи с возрастающей проблемой охраны окружающей среды и дефицитом энергоемкого сырья наиболее перспективным направлением переработ­ки и утилизации отходов является извлечение из них воды и твердых остатков с последующим исполь­зованием в системе повышения пластового давления, а твердых остатков в химической или дорожно-строительной промыш­ленности в качестве сырья.

обезвреживания жидких и твердых нефтесодержащих отходов заключаются в добавлении к нейтрализуемой массе химических ре­агентов. Растворители должны полно и достаточно просто регенерироваться с небольшими энергозатратами. В зависимости от типа химической реакции реагента с загрязнением происходит осаждение, окисление-восстановление, замещение, комплексообразование.

Недостатком комплексообразования является неустойчивость вяжущих ве­ществ к атмосферной и грунтовой влаге, быстрым изменениям температуры, что приводит в результате к разрушению ком­позиционного материала. Объем отходов после комплексообразования уменьшается только в 2 раза.

образу­ют наиболее представительную группу методов обезвреживания отходов. Физи­ко-химические технологии переработки отходов не обладают универсальностью, однако могут дать наивысший результат, используя отходы как сырье для получения полезного продукта. Примером является переработка резины, резинотканевых отхо­дов, автомобильных покрышек, резиновых рукавов и шлангов и другой продукции резинотехнической промышленности. Конечной продукцией переработки является резиновая крошка, используемая для покрытий, ковриков подрельсовых прокладок, добавок в битум и др.

Отдельную группу составляют элек­тромагнитные методы, основанные на термическом эффекте при взаимодейс­твии электромагнитного излучения с веществом.

В сверхвысокочастотных полях про­исходит быстрый и равномерный прогрев грунта и при этом протекают дегидратация, диссоциация карбонатов, окисление и даже плавление. Десорбирующиеся орга­нические соединения обезвреживаются, например, каталитическим методом.

Обезвреживание отходов с помощью ультрафиолетового и лазерного излучений относится также к электромагнитным ме­тодам. Активация ароматических молекул УФ и лазерным излучениями приводит к диссоциации молекул с образованием ра­дикалов и активных комплексов, быстрому окислению и полимеризации.

Эффективен для очистки грунта от нефтепродуктов ультразвук. Начиная с критического значения звукового давления акустических волн, в жидкости возникает кавитация. При схлопывании кавитацион-ных полостей образующиеся микроструи с линейными скоростями 300-800 м/с срывают с поверхности твердых частиц нефтяные загрязнения. Эффективность очистки может достигать 99,5-99,8 %. При кавитационных разрывах жидкости про­исходит ионизация и активация молекул, стимулирующие окисление и полимериза­цию углеводородных молекул.

Рассмотренные выше методы являются базой для уже созданных технологий обезвреживания ПО и ТБО или техно­логий, разрабатываемых в настоящее время. Каждый метод обезвреживания отходов и технология на его основе имеют определенную нишу, т.е. есть совокупность физико-химических параметров отходов и возможностей метода, оптимальное сочетание которых позволяет достичь наибольшей прибыли или минимальных затрат на обезвреживание определенного вида отходов при наименьшем экологичес­ком ущербе природе

обезврежива­ния отходов находят все более широкое применение в нашей стране и особенно за рубежом. Они основаны на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе многие органические загрязнители. В процессе биообезвреживания происходит вторич­ное загрязнение атмосферного воздуха продуктами гниения клеток микроорга­низмов — сероводородом и аммиаком.

Биологические методы можно условно подразделить на микробиодеградацию загрязнителей, биопоглощение и перерас­пределение токсикантов.

Микробиодеградация — это деструкция органических веществ определенными культурами микрофлоры, внесенными в грунт. Процесс биоразложения протекает с заметной скоростью при оптимальной температуре и влажности. Микробиоде­градация может быть использована во всех случаях, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и видовое разнообразие. Хотя процесс идет крайне медленно, его эффективность высока.

Биопоглощение — это способность не­которых растений и простейших организ­мов ускорять биодеградацию органических веществ или аккумулировать загрязнения в клетках.

Полученные методами генной инженерии штаммы псевдомонад утилизируют сырую нефть, что делает возможной очистку раз­ливов нефти на суше. Данная технология предусматривает периодический полив земель водой до полной утилизации нефти бактериями. Недостатком биотехноло­гических процессов является невысокая скорость протекания процессов, что сильно увеличивает капитальные вложения при сооружении промышленных объектов. Важнейшей задачей ученых является подбор микроорганизмов, бактерий, грибов для переработки конкретных отходов или компо­зиций отходов. Ведутся работы по ускорению роста бактерий в соответствующей среде и регулированию параметров среды в целях сокращения цикла переработки отходов.

СП 2.1.7.1386-03

Согласно п. 1.4 СП 2.1.7.1386-03 Постановления об утверждении Положения о передаче радиоактивных отходов на захоронение, умением классифицировать химические отходы по группам должны обладать все ИП и ЮЛ, которые занимаются обращением с отходами производства и потребления.

Понятие «обращение с отходами» включает действия по сбору, накоплению, транспортировке, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов.

Накопление отходов — это складирование отходов сроком не более 11 месяцев, для их дальнейшей обработки и утилизации. Хранятся они в предназначенных для этого контейнерах, помещениях, на специальных площадках.

Во время проверок иногда требуются паспорта на токсичные отходы и их утилизацию. Сотрудники предприятия должны обосновать, почему отнесли мусор к определенному классу опасности.

Проверки паспорта требуют биологические, медицинские и радиоактивные вещества, оставленные в виде мусора после производства.

Влияние токсичных отходов на окружающую среду

В каждой развитой стране стоят заводы, на которых образуются отходы производства. Из-за того, что при неправильной утилизации данные отходы могут нанести непоправимый вред человеку, на предприятиях действуют строгие правила химической безопасности.

По расчётам Institute of Chemical Waste Management, примерно 15% отходов остаются токсичными для человека. То есть они подвергаются утилизации незаконно, либо смешиваются с обычными бытовыми отходами.

Это значит, что остальная часть, а вернее 85%, является безопасной и правильно утилизируется. Для кого-то это может показаться нормальным, но в этих цифрах не учитывается общее количество производимых отходов за год.

Это миллионы тонн токсических отходов, которые подвергаются разложению и окислению, они просто остаются на поверхности земли, загрязняя все больше и больше территорий.

Токсические отходы часто бывают выброшены на непригодные для жизни территории. Они медленно проникают в почву, доходят до подземных вод. Проникая в воды, отходы начинают распространяться на огромные расстояния.

Растения и животные, находящиеся неподалеку от этой территории начинают погибать. Те, кто пьют уже зараженную воду, также подвергаются отравлению ядохимикатами. Таким образом, человек начинает употреблять в свой рацион отравленную воду и мясо, и это влечет к его смерти.

Обращение с токсичными отходами

Утилизация токсичных отходов может проводиться только при наличии лицензии, подтверждающей право на эту работу.

Непосредственно при утилизации специалист должен быть одет в специальный костюм в целях безопасности. За несоблюдение этих правил, организация несет огромный штраф.

По мере распределения по классам, отходы каждого типа хранятся в индивидуальных условиях, предусмотренных конкретно для этого класса. Обычно, хранение и транспортировка их происходит в специальных контейнерах.

Материал, из которого изготовлены стенки контейнеров, не разъедается щелочами и кислотами.

Утилизация

Процесс утилизации требует знаний о размере отходов, составе, объеме, способе транспортировки, и оборудование для транспортировки.

Сначала измеряют токсичность отходов. При низкой токсичности их хранят в шламохранилищах — сооружениях в земле, с подключенными системами водоснабжения. Производственные заводы имеют такие помещения на территории.

Если сырье твердое, не растворимое, его в несколько слоев располагают на полигонах, а сами токсичные отходы помещают в специальные металлические контейнеры.

Жидкие отходы стараются сделать твердыми под действием распылителя, связующих средств и обжига с участием тигеля. Один из наиболее популярных — консервационный метод. При этом происходит процесс смешивания сахара и мусора. Смесь, которая получилась в итоге, помещают в огонь и соединяют с мелкими стеклянными осколками. Ждут охлаждения и полного застывания.

Часть такого мусора нейтрализуется сжиганием при высокой температуре. Для такого способа ставятся специальные печи, называемые камерами сжигания. Эти камеры способны к уничтожению различных видов отходов.

Основные способы переработки

Утилизировать бытовые и промышленные отходы могут предприятия, имеющие соответствующую сертификацию. В процесс переработки получают вторсырье, из которого изготавливается различная продукция, используемая в быту и на производствах.

Существует несколько способов переработки сырья.

Нейтрализация. В процессе такой переработки токсичные вещества нейтрализуются путем соединения с различными реагентами. К методам нейтрализации относятся:

• щелочной гидролиз;
• хлорирование с окислением.

Нейтрализация отходов

Алкоголиз. Данный способ позволяет полностью обезвреживать отходы химического происхождения путем термической обработки с последующей очисткой газов.

Термическая обработка отходов

Метод дистилляции. Данный способ применяется для разделения жидких элементов, которые в процессе обработки принимают первичное состояние и становятся пригодными для повторного использования. Таким образом, предприятию удается сократить расходы на закупку материалов. Метод дистилляции находится в стадии разработки, поэтому его используют только для переработки небольших объемов жидких отходов.

Схема дистилляции отходов

Утилизация полимеров. Данный способ позволяет получить вторсырье для производства пластиковой тары, сувениров и игрушек. Процесс переработки заключается в измельчении пластмассы и последующем гранулировании.

Из отработанной резины можно получить множество полезных компонентов, одним из которых является каучук. Но старые резинотехнические изделия в большинстве случаев вывозятся на свалку.

Утилизация полимерных материалов

Источник