Перспективные методы утилизации твердых промышленных отходов

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	3

	1.Общая классификация промышленных отходов	4

	2. Перспективные способы повышения экологической                                           безопасности  промышленности	6

	3. Утилизация твердых отходов различного происхождения	8

	3. 1. Переработка отходов в высокотемпературной шахте	8

	3. 2. Переработка отходов на основе сжигания в  барботируемом расплаве шлака	9

	3. 3. Высокотемпературная переработка отходов в  электротермическом реакторе	11

	3. 4. Огневая регенерация	13

	3. 5. Пиролиз промышленных отходов	14

	3. 6. Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы	15

	4. Утилизация жидких отходов	18

	4. 1. Механическая очистка	18

	4. 2. Физико-химические методы очистки сточных вод	20

	4. 3. Биологическая очистка сточных вод	21

		4.	4. Термическая обработка осадков сточных вод	22

	5. Очистка отходящих газов	24

	6. Утилизация отходов металлургических производств	27

	6. 1. Черная металлургия	27

	6. 1. 1. Выделение металла из иловых отвалов	29

	6. 1. 2. Переработка дисперсных твердых отходов	30

	6. 1. 3. Утилизация шлама железного купороса	31

	6. 2. Цветная металлургия	32

	6. 2. 1. Хлоридная и регенеративная переработка отходов цветной металлургии	33

	6. 2. 2. Утилизация отходов литейного производства	34

	6. 2. 3 Утилизация никеля из промышленных вод	35

	7. Воздействие на окружающую среду предприятий металлургии Пермской области	37

	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	40

	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	42




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]:

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.

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

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

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 SOХ, 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, NOХ не более 10 мг/м3[5].

3. 5. Пиролиз промышленных отходов



Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов.

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.[4] .

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

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 [4]:

		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.

		Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800° С) дает выход большего количества газа с меньшей теплотой сгорания и меньшего количества жидкого остатка и кокса.

		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. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.

Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

3. 6. 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. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды  необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ – диоксинов [13, 31]. Как утверждает автор работы [19], недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

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 [16]:

Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;

Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.

Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода – синтез-газ – и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена [19]. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % [16] с образованием CO2, H2O, HCl, HF, P4O10.

Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:

Конверсия отходов в воздушной среде;

Конверсия отходов в водной среде;

Конверсия отходов в паро-воздушной среде;

Пиролиз отходов при малых концентрациях.

Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу. 

Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем:  основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки [19]. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе [4]. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические  отходы, можно получить газы, содержащие 95 – 98 % по массе HCl и HF [13].

 Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния [19].

Переработка горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием  энергии  плазменных  струй  воздуха  с  введенным  активированным углеводородным сырьем, чистые, или  содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы – шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137Cs, 90Sr, 37Fe, 60Co)  [14]. 

Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям. 


4. Утилизация жидких отходов



Промышленные отходы, находящиеся в жидком агрегатном состоянии, обычно являются трудноутилизируемы, а зачастую представляют серьезную угрозу окружающей среде ввиду высокой токсичности. Жидкие отходы, по сравнению я твердыми отходами, технологически значительно более сложно изымать из производства, транспортировать

4. 1. Механическая очистка



Механическая очистка сточных вод, как правило, является предварительным этапом для очистки промышленных сточных вод. При этом обеспечиваются выделение незначительной доли взвешенных веществ и снижение загрязнения.

Высокая эффективность процесса достигается интенсификацией гравитационного отстаивания, затем пропуском сточных вод через слой различных зернистых материалов или через сетчатые барабанные, напорные фильтры или фильтры с плавающей нагрузкой и без добавления химических реагентов и с использованием фильтровальных материалов.

Метод целесообразно использовать при создании замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий. 

Существуют  различные варианты конструкций и модификаций аппаратов тонкослойного отстаивания.

На практике применяются две принципиально отличающиеся конструкции: с перекрестным движением потока воды и выделенного осадка и с противоточно-прямоточным. У конструкций блоков с перекрестной схемой существует некоторый перерасход фильтрующего материала. Блоки в противоточно-прямоточных схемах лишены данного недостатка. Поэтому могут изготавливаться практически из любого тонкого и пленчатого материала: листов алюминия, оцинкованного железа, дюраля, поливинилхлорида, стеклопластика, листового или пленчатого полиэтилена, лавсановой пленки. Особый интерес представляют пленочные материалы из-за их невысокой стоимости и небольшой массы, что облегчает их монтаж [26]. Несмотря на давность разработки данных устройств и простоту их изготовления и эксплуатации они пока не получили должного применения и распространения.

За рубежом давно применяется отстойник оригинальной конструкции финской фирмы «Larox». Данное очистное оборудование имеет высокую производительность: скорость восходящего потока составляет 5 – 8 м/ч. Вследствие подачи суспензии в фильтрующий слой мельчайшие частицы взвешенного вещества, направляющиеся вместе с восходящим потоком, остаются в этом слое. В итоге слив содержит (20 – 50) · 10-6 твердой фазы. Конструкция аппарата может быть модифицирована по степени концентрации осадка. [23]

Значительное распространение в отечественной и мировой практике получили фильтры с насыпной (зернистой) загрузкой, в качестве которой может использоваться кварцевый песок, мраморная крошка, антрацит, керамзит, кокс, древесные или полиэтиленовые опилки и другие материалы. Основным критерием, характеризующим эффективность данных конструкций, является их грязеемкость, которая увеличивается при смягчении фильтрующего материала. [38, 24]

Таблица 

Грязеемкость различных материалов [38]

Материал

Грязеемкость, кг/м3

Кварцевый песок

1,1

Синтетическое волокно

4,0 – 5,2

Плавающая загрузка

8 – 14

Отходы производства стройматериалов

10,2 – 12,4

Значительный интерес представляют фильтрующие материалы, которые не требуют регенерации и могут быть утилизированы после выгрузки их из фильтра, например в качестве топлива: антрацит, бурый уголь, коксовая крошка, торф [24].

В недавнем времени были разработаны фильтры непрерывного действия, в которых процессы фильтрации и промывки загрузки протекают непрерывно в разных оптимизированных по форме, конструкции и габаритам аппаратах. Широкое применение нашли фильтры непрерывного действия с насыпным слоем фильтрующего материала Дина-Сэнд (Швеция). Использование непрерывности процесса позволяет в 3 – 4 раза увеличить грязеемкость загрузки, в 1,5 – 3 раза сократить расход сбросных вод, фильтровать сильнозагрязненные и нефтесодержащие стоки. [8]

В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые проекты установок глубокой очистки сточных вод посредством фильтров с песчаной загрузкой и пропускной способностью 10, 17 и 25 тыс. м3/сут [38]. Особый интерес представляют конструкции каркасно-засыпных фильтров (КЗФ), обеспечивающих высокую эффективность процесса.

Челябинским ВНИИВОДГЕО разработана конструкция каркасно-засыпных фильтров с засыпкой из гравия с крупностью зерен 40 – 60 мм и песка, 0,8 – 1,0 мм. Скорость фильтрации – 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла – 20 ч при средней концентрации веществ до 20 мг/л. [38]

Фильтры с плавающей загрузкой из вспененного полистирола можно применять для очистки сточных вод предприятий металлургии, химической и легкой промышленности. Преимуществами данного способа очистки экономичность, простота конструкции, долговечность, надежность очистки [23].

Фильтры с пенополиуретановой загрузкой могут применяться для очистки стоков от нефтепродуктов и масел в не эмульсионном состоянии. Скорость фильтрования 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла при оптимальном режиме 50 – 60 ч., при форсированном 27 – 36 ч. Грязеемкость при оптимальном режиме 8,8 – 17,0 кг/м3, при форсированном 6,8 – 9,6. [38]

Напорные  сверхскоростные  фильтры  позволяют  получить  эффективность  очистки 70 – 80 %. Значительными преимуществами обладают автоматические напорные сверхскоростные фильтровальные [38, 26, 24].

4. 2. Физико-химические методы очистки сточных вод



Физико-химические методы очистки сточных вод пригодны для использования на предприятиях различных отраслей и могут применяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими способами очистки и переработки сточных вод.

Методы коагуляции и флокуляции могут применяться на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, легкой промышленности. Сорбционные методы, с использованием в качестве сорбентов золу, торф, коксовую мелочь, селигатели, активированные угли различных марок, наиболее эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей переработкой и использованием, а очищенные воды пригодны для оборотного водоснабжения промышленных предприятий.  

В качестве одного из перспективных методов выделения из сточных вод взвешенных веществ могут быть использованы конструкции и методы флотации. Флотация применима для удаления ПАУ, нефтепродуктов и масел, волокнистых компонентов. Наиболее широкий диапазон в технологических схемах очистки сточных вод имеет принцип напорной флотации. Для очистки вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнителей и содержащих нефть и нефтепродукты целесообразно внедрение в эксплуатацию импеллерных установок, которые обеспечивают высокую эффективность очистки.

Очистка  стоков  методом  ионного  обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные  компоненты  сточных  вод:  цветные  металлы,  ПАУ,  радиоактивные  вещества – очищать сточные воды до ПДК  с последующим использованием вод в замкнутых технологических процессах предприятий. [23]

Одним из перспективных направлений очистки сточных вод является применение мембранных технологий: обратный осмос, ультра- и микрофильтрация – наиболее универсальные, экономически целесообразный и экологически безопасные методы обработки сточных вод [38, 37, 18]. Самым производительным из этих методов является способ ультрафильтрации, пригодный для очистки сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, металлургической, пищевой, пищевой, микробиологической отраслей промышленности и при гальванопроизводстве. Методы ультра- и микрофильтрации  обладают  высокой эффективностью очистки, невысокими энергозатратами, простотой и компактностью установок, автоматизацией и экологичностью процесса [37].

Существуют различные типы гиперфильтрационных и ультрафильтрационных аппаратов, отличающихся способами размещения мембран: с плоскокамерными, трубчатыми, рулонными или спиральными фильтрующими элементами и с мембранами из полых волокон малого диаметра. 

Таблица

Характеристика некоторых ультрафильтрационных мембран [37]

 

Области применения

Характеристика мембран



Диаметр пор, нм

Удельная

 произв-ть, л/м2

Жирная вода пищевых предприятий

20   2,5

33,5 – 57

Маслосодержащие воды автотранспортных

предприятий

30   5

66 – 132

Сточные воды масложирной промышленности,

эмульсии нефтепродуктов

50

100 – 200

Малоэмульсионные воды металлургических

предприятий,моющие растворители, промывные воды автомоек

50

100 – 600

Малоэмульсионные воды металлургических

предприятий

4,3

—

Маслосодержащие стоки автотранспортных и 

металлургических предприятий

45  5

186 - 294



4. 3. Биологическая очистка сточных вод

На современном этапе развития науки и техники биоочистка является основным  и наиболее перспективным методом удаления загрязнений из сточных вод, т.к. обеспечивает достаточно глубокий распад веществ и основан на использовании природных процессов и катализаторов.

Среди биологической очистки наибольшее распространение получил аэробный метод [23], который постоянно продолжает совершенствоваться. Постоянно разрабатываются новые типы агрегатов, модифицируются существующие конструкции.

Путем интенсификации процесса биологической очистки путем применения высоконагружаемых одноступенчатых систем, установок, совмещающих биоочистку с ионизацией и использования для аэрации чистого кислорода [24, 8].

В стране и за рубежом все более широкое распространение получают двухступенчатые биологические системы обработки сточных вод, т.к. обеспечивают более глубокую очистку вод, нежели одноступенчатые [23].

Для очистки сточных вод, содержащих токсичные вещества,  можно  использовать аэротенки-смесители [38].

Совсем недавно был разработан метод с использованием биокоагулянта – раствора трехвалентного железа в культуре Thibascillus Ferrooxidans, используемого для осаждения тяжелых металлов и фосфора из промышленных сточных вод. С помощью данной культуры их сточных вод биологических очистных сооружений возможно растворение металлической стружки. Полученный биокоагулянт с содержанием трехвалентного железа до 50 г/л использовался для доочистки производственных сточных вод от тяжелых металлов и фосфора. При этом количество фосфора уменьшается в 100, хрома в 40, меди в 10 раз и достигает ПДК. При переработке биокоагулянта можно получить железооксидные пигментные материалы, используемые в лакокрасочной промышленности [10].

Сложившаяся обстановка на промышленных предприятиях свидетельствует об исчерпании возможности традиционных экстенсивных способов развития очистных сооружений. В настоящее время необходим качественно новый подход к развитию и обновлению технологий очистки сточных вод и переработки осадков [10].

4. Термическая обработка осадков сточных вод

Проблема утилизации промышленных сточных вод сводится далеко не только к методам их очистки. Необходим и поиск совершенных технологий переработки осадков жидких отходов, обеспечивающих экологические требования.

До недавнего времени задачу обезвреживания осадка и избыточного активного ила в основном решали сооружения иловых картов, что вызывало вторичное загрязнения окружающей природной среды. Важной проблемой было и остается до сих пор присутствие в осадках неутилизируемых компонентов: концентрированных нелетучих веществ, токсичных веществ, тяжелых металлов. 

Анализ мирового опыта показывает, что в создавшихся условиях наиболее приемлемым методом остается депонирование осадков непосредственно на иловых картах (терм). 

Объем накопленных осадков можно сокращать за счет повышения их влагоотдачи и вследствие деструкции органической компоненты.

Для высокой эффективности технологического процесса целесообразно создавать полную герметизацию с помощью оболочки-покрытия из полимерного материала с откачиванием из-под него образующихся испарений и газов. Эластичное покрытие легко адаптируемо к реальной конфигурации существующих карт, таким образом, создает замкнутое технологическое пространство, в котором отходы можно подвергнуть обработке без контакта с окружающей средой. [7]

Наиболее перспективным методом обезвреживания таких отходов следует считать термический метод, гарантирующий наиболее полную деструкцию с образованием газовой фазы.

В результате термографических исследований осадков, накопленных на иловых картах БОС г. Стерлитамак, исследователям удалось выяснить, что в интервале температур 125 – 195 ºС происходит переход в газообразное состояние механически связанной воды в осадке. Наблюдалось уменьшение массы образца, происходящее с поглощением тепла.

В дальнейшем, при увеличении температуры до 300 – 415 ºС, происходило уменьшение массы осадка, вызванное выгоранием органики. В этом интервале температур протекали экзотермические процессы.

Дальнейший нагрев осадка происходил с выделением тепла при практически постоянном уменьшении массы образца в интервале 800 – 900 ºС. 

Далее осадок не претерпевал заметных изменений массы.

Аналогичные термографические исследования проводились и для влажного осадка, отобранного непосредственно на иловых картах. Основная потеря массы навески образца происходила за счет удаления влаги из осадка (75 – 175 ºС, при максимуме потери массы при 120 ºС. При 300 – 415 ºС практически не наблюдалась деструкция органики (в отличие от того же интервала при обработки сухого остатка), а при 800 ºС и выше масса навески перестала изменяться и прекратились превращения. Зольность осадка составила 9.9 % (на рабочую массу) или 55 % (на сухую массу). [6]

Учитывая размеры иловых карт и массу накопленных в них осадков, практически невозможно полностью переработать осадок в полном объеме. Однако есть возможность в различных участках карты наладить высокотемпературную обработку отходов, стремясь не достигать температур газовой фазы, опасных для гермопокрытия карты.

Технологически выгодно, организуя процесс термической деструкции отходов, проводить очистку отходящих газов  и по возможности использовать их в качестве тепла для энергоносителей [6].

Остающуюся золу целесообразно использовать в качестве сырья для производства стройматериалов [7].

Термическая обработка осадков сточных вод в изолированных картах позволяет существенно сократить их количество и снизить токсичность. Изолированные иловые карты приобретают свойства реакционных устройств по переработке осадков, шламов и илов. При достаточной степени переработки осадков сточных вод прекратится увеличение массы накапливаемых отходов. 


5. Очистка отходящих газов



Самыми распространенными соединениями, загрязняющими атмосферу, являются СО, SO2, NOx и твердые взвешенные частицы. Большинство из них токсичны, и превышения ими ПДК влечет за собой загрязнение окружающей среды, в частности наносит существенный вред живым организмам, обитающим как в близи источника загрязнений, так и на значительном удалении от него.

Перспективными для комплексной очистки отходящих газов от токсичных соединений признаны способы, использующие различные физические методы: электрические и магнитные поля, воздействие ультрафиолетового излучения. Наиболее перспективными для очистки отходящих газов признаны методы, использующие низкотемпературную плазму стримерного, коронного и барьерного разряда. Эти методы применяются для снижения токсичности отходящих газов, содержащих СО, SO2, NOx, пары органических соединений, твердые взвешенные частицы. Преимущества плазмохимического способа очистки состоит в том, что продукт, извлекаемый из плазмы, оказывается достаточно чистым и получается при незначительном числе стадий процесса.  Использование плазмы требует меньших производственных площадей и дает меньшее количество отходов [11]. 

Большие перспективы для промышленного применения представляют разряды, образующие низкотемпературную плазму: тлеющий и коронный (барьерный, как частный случай коронного разряда, подразумевающий наличие диэлектрика между электродами). Тлеющий разряд требует поддержания в плазменном реакторе пониженного давления.

 Барьерный разряд реализуется при атмосферном давлении и потому экономически выгоден, так как не требует средств откачки, что упрощает технологический процесс. Барьерный тип  характеризуется с одной стороны сравнительно высокой  энергией электронов (4 – 5 эВ), а с другой – низкой температурой газа, которая близка к температуре электродов. При этом энергия, вложенная в разряд, выделяется в короткоживущих, мало интенсивных искрах – микроразрядах [11]. Сочетание всех этих условий делает барьерный разряд эффективным для осуществления многих реакций: получение озона, проведение органических и неорганических синтезов, реакций полимеризации [16]. 

Одним  из главных недостатков плазмохимического метода очистки газообразных отходов является образование побочных продуктов, в частности озона и оксидов азота. 

Для повышения эффективности процесса был разработан реактор для более полной переработки отходящих газов производств.

 Реактор представляет собой два коаксиальных цилиндра, один из которых (внешний) выполнен из молибденового стекла (диэлектрический барьер), а второй (внутренний электрод) – из алюминиевого сплава.  Разряд возбуждается от высоковольтного трансформатора (50 Гц, 16 кВ). Удельная мощность, подводимая к реактору, составляет 0.22 Вт/см3.

Катализатор с размерами гранул 1.0 – 1.6 мм количестве 0.4 г располагался в зоне плазмы и занимал определенную долю плазменного объема путем фиксации его фторопластовыми кольцами с отверстиями для обеспечения потока газовой смеси. 

Выходящий из разрядника газ анализировался в хроматографе (СО, СО2) и отбирался в поглотительные сосуды (SO2, NOx), концентрация веществ определяется по стандартным методикам. Концентрация озона, образующегося в результате возбуждения разряда при обработке газовой смеси, определяется методом абсорбционной спектроскопии по поглощению света на длине волны (λ = 253,7 нм), приходящуюся на максимум сечения фотопоглощения О3 (σ = 7,8 · 10-18 см) [11]. 

Температура газа в условиях эксперимента температура не превышала 80 ºС [11].

В результате кинетического степень превращения СО  в гелии в плазме барьерного реактора в СО2 достигает 60 – 80 % [16]. 

Количество озона, обращающегося в плазме воздуха (2,5 · 1016 см-3), в среднем в 40 раз больше, чем в исследуемой газовой смеси. Среднее (для всех значений дозы плазменного воздействия) изменение концентрации озона, связанное с его расходованием на реакции окисления СО и SO2, равно 1,93 · 1016 см-3. Следовательно расход О3 на окисление СО и SO2 составляет 97 %.

Совокупность полученных данных позволяет, что имеется возможность создания таких условий плазменного окисления газовой смеси, при которых степень превращения SO2 составит на менее 98 %, а СО – не менее 44 % [11].

Совместные действия неравновесной плазмы на газовые смеси с активационными возможностями катализатора может дать выигрыш энергии, скорости процесса и степенях превращения указанных ингредиентов. 

В качестве катализаторов, способствующих ускорению окисления оксидов серы и углерода в воздушной среде, в зону плазмы вводились промышленные катализаторы следующих марок: V2O5 · K2O/SiO2, КДА + 1 % RuO2, G-56 (Ni), JCJ 22-6 (CuO, ZnO/Al2O3), SK “C-2” (БАСФ, V2O5, Pd) [11]. Они используются в промышленности при высокой температуре (выше 400 ºС). Выбор катализаторов обусловлен тем, что в окислительных процессах стабильно работают катализаторы, активными составляющими которых являются металлы платиновой группы (Pt, Pd и др.). Однако из-за дефицитности и дороговизны этих металлов, практически безвозвратные их потери являются причинами поиска катализаторов, работающих на основе более доступного и дешевого сырья, содерхащих в своем составе оксиды хрома и алюминия железа и алюминия, меди и марганца, меди и хрома [16].

Для обезвреживания SO2 плазменно-каталитическим методом характерно уменьшение объема плазменной зоны по сравнению с плазменным, т.е. повышается эффективность процесса, а влияние катализатора на конверсию СО менее эффективно (при использовании некоторых катализаторов даже снижается эффективность). 

Концентрация озона в плазменно-каталитическом процессе ниже, чем а плазменном, не зависит от времени контакта, и продолжает оставаться выше ПДК в несколько раз. Для деструкции озона используется марганец-цементный катализатор марки ГТТ, не содержащий благородных металлов. Степень его превращения составляет 75 – 95 % при высоких скоростях и до 99 % при низких. Диапазон рабочих температур катализатора составляет 25 – 110 ºС [16].

Известно, что возбуждение барьерного разряда в воздухе сопровождается образованием оксидов азота. Их концентрации на выходе из реактора при обработке газовой смеси составляют NO – 10.9 мг/м3; NO2 – 333.57 мг/м3. Введение V2O5 · K2O/SiO2 в зону плазмы не влияет на изменение NO на выходе из реактора. При высокой дозе плазменного воздействия (0.6 мА · с/см2) и максимальном времени контакта газовой смеси с зоной плазмы выход NOx, а эффективность превращения СО и SO2 максимальна.

В результате применения реактора достигаются следующие результаты [11]:

степень превращения SO2 не менее 90 %;

СО – не менее 44 %;

Минимальный выход нежелательных побочных продуктов (NOx, O3).










6. Утилизация отходов металлургических производств



Переработка руд черных и цветных металлов, их обогащение, литье, прокат, металлообработка – источник  колоссального количества отходов.

Задача комплексного использования отходов в металлургии – рациональная полнота извлечения основных и сопутствующих элементов, утилизация отходов добычи, обогащения руд без нанесения урона окружающей среде. Кроме этого металлургия является весьма земле- и водоемкой отраслью [11]. Несмотря на наличие технологий извлечения ценных попутных компонентов из железной руды на большинстве комплексных месторождений, полезные материалы сбрасываются в отвалы. Среди ценных компонентов руд черных металлов (Fe, Mn, Cr) встречаются W, Ti, Co, Ni, Zn, Cu, редкие металлы [11]  При обогащении и обработке руд большое количество отходов при соответствующей обработке может стать товарными продуктами. Часто в попутно извлекаемой породе (особенно при открытом способе добычи) содержатся многие нерудные полезные ископаемые, среди них [10, 11]: мел, пригодный для известкования почв и наполнителя при производстве красок; сланцы для изготовления щебня; глины и суглинки – сырье для фаянсовой промышленности и изготовления технической керамики, эмалей, цветного стекла; кварцевые пески для стекольной промышленности; мергель, являющийся сырьем для изготовления извести и цемента; граниты и гнейсы.

Во всех металлургических процессах образуется значительное количество пыли, которую необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды.

Для этого применимы системы сухого и мокрого пылеулавливания. Основная проблема при улавливании металлургической пыли – повышенное содержание цинка и свинца, которые нарушают процессы пылеулавливания и собственно выплавки.

Отходы металлургических производств можно условно подразделить на 2 группы: 

Отходы черной металлургии. 

Отходы цветной металлургии. 

6. 1. Черная металлургия

Отходы в черной металлургии образуются уже на стадии добычи руды. При этом около 70 % [индустри] вскрытых пород и отходов обогащения можно использовать для производства строительных материалов. 

Агломерационные производства также дают большой процент отходов. Так очистка агломерационных газов от пыли, которая содержит железосодержащий компонент осуществляется сухим или мокрым способом. Очистка газа с использованием электрофильтров и способ сухой транспортировки сорбируемой пыли позволяет устранить почти полностью сброс сточных вод. 

Важным шагом использования шламов, содержащих железо и улавливания всеми способами пыли является присадка этих шламов к агломерационной шихте. Кроме того, необходимо, чтобы все шлаки и пыль, улавливаемые всевозможными способами полностью утилизировались по прямому назначению. Из мировой практики известно, что в ряде стран Европы пыль из рукавных фильтров ферроплавленных печей используется для выплавки углеродистого ферромарганца. Применяется также пыль магнетизирующего обжига железоборитовой руды на одном из производств Европы. Пыль аморфного кремнезема, который получается как отход ферросилиция, можно применять при получении ряда пластических масс в качестве наполнителя. 

В черной металлургии применяется большое количество огнеупорных материалов, которые сравнительно быстро изнашиваются. Поэтому для того, чтобы использовать их повторно, предложена технология применения этих изношенных состарившихся огнеупорных материалов в производстве огнеупорного бетона в строительной отрасли производства. Для этого огнеупорные состарившиеся материалы дробятся, а затем смешиваются с высокими марками цемента, и замешивается обычный цементный раствор в 2-х лопастном смесителе Вернера-Пфлейдерера. Раздробленные огнеупорные материалы служат наполнителем в таком строительном растворе. Из полученного раствора формуется огнеупорный бетон или отдельные огнеупорные изделия. 

В металлургическом производстве 80% от общего количества ТПО составляют шлаки. Шлаки определяют практически сущность организации безотходного металлургического производств. Доменный шлак широко применяется для массового производства широкого ассортимента строительных деталей (блоков, плит и т.п.). Главными товарными изделиями для реализации из ТПО металлургии являются следующие (в процентах)[нидустри]: 

Различные виды гранулированного шлака - 54, 

Щебень - 35, 

Шлаковая пемза - 3,6, 

Обратный продукт для металлургии - 4. 

В значительной степени используются и перерабатываются доменные шлаки. Все нормальные серьезные металлургические производства имеют участки по переработке доменных шлаков. Особенно важным товарным продуктом, получаемым на основе доменных шлаков, есть гранулированный шлак. У нас в 90-х годах около 30% цемента производилось на основе шлаков. При условии введения в шихту до 30% шлака энергетические затраты на производство особых видов шлакоцемента снижается на 20%. 

Широко применяется шлак для получения такого продукта, как шлаковая пемза. Шлаковая пемза используется как пенистый наполнитель ряда конструкционных бетонов. При этом старение таких бетонов в отличие от наполнителей на основе синтетических полимерных материалов не сопровождается выделением каких-либо продуктов синтетической химии. Тяжелые фракции шлаковой пемзы применяются для получения минеральной ваты. Шлаковый щебень, получаемый медленным охлаждением шлака, способствует образованию кристаллической структуры. Щебень получается из жидких шлаков, из остывших шлаков и из отвалов. Широкое применение шлакового щебня позволяет избежать строительства новых карьеров. В металлургических производствах работают установки по производству минеральной ваты из огненно-жидких шлаков. Использование жидких шлаков позволяет не только экономить сырье, но и снизить энергетические затраты. Трудоемкость производства минеральной ваты на основе жидких доменных шлаков ниже, чем изделий из щебня. За последние десятки лет возросла переработка шлаков сталеплавильного производства.   

Конвертерные шлаки, содержащие 40-50% CaO; 25% Fe2O3; 8% MnO2; ~ 8% Fe используются для выплавки чугуна в аглошихте. Это восстанавливает имеющееся в шлаках содержание марганца, а дополнительное металлическое железо позволяет уменьшить потребность во флюсе. В 90-е годы возросла переработка ферросплавных шлаков. Они перерабатываются на оборотный продукт для металлургии, для производства щебня, гранулированного шлака для стройиндустрии. При переработке шлаков из них извлекаются металлические включения различными способами в том числе магнитными сепараторами. 

Ферросплавные шлаки, содержащие значительный процент ценнейших элементов и большой процент железа целесообразно использовать в самой металлургии. Использование при выплавке чугуна, содержащего существенный процент углерода, шлаков ферросилиция, смеси силикатов – 40 –  60 %; корольков – 30 – 45 %; и карбида кремния от 3 до 16 % позволяет существенно увеличить производительность доменной печи и снизить расход кокса, при одновременном уменьшении расхода кварцита. 

Шлаки от производства марганцовых сплавов применяются при их производстве и при плавке чугуна. Это позволяет значительно экономить марганец в металлургическом производстве. 

Примером безотходного производства в черной металлургии является бездоменный способ получения железа на Оскольском электрометаллургическом комбинате на основе высокосортных железных руд КМА. Применение бездоменной (бескоксовой) технологии получения стали обеспечивало в течение ряда лет отечественные предприятия высококачественной металлургической продукцией. Одновременно такая технология является более прогрессивной, так как наносит меньше вреда окружающей природной среде.

В приложении на основе работы [33] существует схема дезотходной технологии в металлургии.

6. 1. 1. Выделение металла из иловых отвалов

Пермским Университетом, и ОГГУ (г. Оренбург) рыла разработана структура технологической линии безотвальной переработки илов металлургической промышленности, сбрасываемых после очистных сооружений на открытые площадки. Структурно линия выполняется в виде двух замкнутых блоков: кислотного и щелочного. Основой кислотного блока является реактор оригинальной конструкции, в котором в слабокислом растворе происходит вымывание металла. Металлосодержащий раствор отделяется и обрабатывается в высокочастотном электролизере, где выделяются металлы в виде конгломерата, пригодного для дальнейшего использования. Регенерированный раствор поступает для повторного использования. Нерастворимый очищенный от металлов шлам после кислотного реактора увлажняется и поступает в щелочной реактор, где после высокотемпературной окислительно-щелочной деструкции получившийся остаток можно перерабатывать в экологически чистое сельскохозяйственное удобрение.

Режим работы технологической линии непрерывный, оптимальная производительность 100 тыс. м3 в год, что реализуется на реакторах объемом 10 м3 каждый. При таком производстве не образуются вредные отходы, используются неограниченные запасы бесплатного сырья. Ценные вторичные ресурсы обуславливают высокий уровень прибыли и быструю окупаемость предзатрат. 



6. 1. 2. Переработка дисперсных твердых отходов

Большинство стадий технологических процессов металлургии черных металлов сопровождается образованием твердых дисперсных отходов, представляющие собой, в основном, остатки рудного и нерудного минерального сырья и продуктов его переработки. По химическому составу они подразделяются на металлические и неметаллические (в основном представленные кремнезем, глинозем, кальцит, доломит, с содержанием железа не более 10 – 15 % массы [33]). Данные отходы относятся к наименее утилизируемой группе твердых отходов и зачастую складируются в отвалах и шламохранилищах.

Локализация твердых дисперсных отходов, особенно металлосодержащих, на объектах складирования вызывает комплексное загрязнение природной среды по всем ее компонентам вследствие рассеивания высокодисперсных частиц ветрами, миграции соединений тяжелых металлов в почвенном слое и грунтовых водах. 

В то же время данные отходы относятся к вторичным материальным ресурсам и по своему химическому составу могут быть использованы как в самом металлургическом производстве, так и в других отраслях хозяйства.

В  результате анализа системы управления дисперсными отходами на базовом металлургическом комбинате ОАО «Северсталь» было выяснено, что основные накопления металлосодержащих шламов наблюдаются в системе газоочисток конвертерного, доменного, производств и теплосилового хозяйства, травильных отделений прокатного производства, флотационного обогащения углей коксохимического производства и гидрошлакоудаления [33]. 

Типовая схема потоков твердых дисперсных отходов замкнутого производства в общем виде представлена на рис. 3. 

Практический интерес имеют шлам систем газоочисток, шлам железного купороса травильных отделений прокатного производства, шлам разливочных машин доменного производства, отходы флотационного обогащения у, предложенным ОАО «Северсталь» (г. Череповец), предусматривает использование всех компонентов и не сопровождается образованием вторичных ресурсов [33].

Складируемые  металлосодержащие дисперсные отходы металлургических производств, являющиеся источником ингредиентного и  параметрического загрязнения  природных систем, представляют собой невостребованные материальные ресурсы и могут рассматриваться как техногенное сырье. Подобного рода технологии позволяют сократить объемы накопления отходов путем утилизации конвертерного шлама, получением металлизированного продукта, производство железооксидных пигментов на основе техногенного шлама, комплексного использование отходов для получения портландцемента. 

6. 1. 3. Утилизация шлама железного купороса

 Среди опасных металлосодержащих отходов существуют шламы, содержащие ценные, дефицитные и дорогостоящие компоненты невозобновимых рудных сырьевых ресурсов. В связи с этим разработка и практическая реализация ресурсосберегающих технологий, нацеленных на утилизацию отходов этих производств, является приоритетной задачей в отечественной и мировой практике. Однако в ряде случаев внедрение технологий, эффективных с точки зрения ресурсосбережения, вызывает более интенсивное загрязнение природных систем, нежели утилизация данных отходов складированием.

С учетом этого обстоятельства необходим анализ широко используемых в производственной практике методов утилизации техногенного шлама железного купороса, выделенного при регенерации отработанных травильных растворов, образующихся в кристаллизационных устройствах флотационных сернокислотных ванн, после декапирования листовой стали.

Безводные сульфаты применяются в различных отраслях хозяйства, однако практическая реализация методов утилизации техногенного шлама железного купороса ограничена его составом и объемами. Шлам, образующийся в результате данного процесса, содержит серную кислоту, примеси цинка, марганца, никеля, титана и др. Удельная норма образования шламов составляет свыше 20 кг/т проката [32].

Техногенный шлам железного купороса не желательно использовать в сельском хозяйстве и в текстильной промышленности. Более целесообразно использовать его при производстве серной кислоты и в качестве коагулянта для очистки сточных вод, кроме очистки от цианидов, т. к. образуются комплексы, не подвергающиеся окислению даже хлором или озоном. 

Одним из наиболее перспективных направлений переработки техногенного шлама железного купороса, образующегося при регенерации отработанных травильных растворов, использование его в качестве исходного сырья для получения различных железо-оксидных пигментов. Синтетические железо-оксидные пигменты имеют широкую область применения. 

Утилизация содержащегося в топочных газах прокалочной печи диоксида серы, образующегося при получении пигмента «Капут-Мортум», осуществляется по известной технологии аммиачным способом с образованием раствора аммония, используемого при производстве минеральных удобрений. Технологический процесс получения пигмента «Венецианская красная» включает операции смешения исходных компонентов, прокаливания исходной смеси, размол и упаковку и исключает операцию обезвоживания исходной шихты, промывки, сушки пигмента и утилизацию отходящих газов [32].

При использовании  качестве исходного сырья техногенного шлама железного купороса физико-химические характеристики продукта не снижаются и отвечают требованиям для пигментов.

Технико-экологическая эффективность использования техногенного шлама железного купороса для получения железооксидных пигментов обусловлена следующим [32]:

Не предъявляется жестких требований к составу шлама;

Не требуется предварительной подготовки шлама, как, например, при использовании его в качестве флокулянтов;

Возможна переработка  как свежеобразованных, так и накопленных в отвалах шламов;

Объемы потребления не лимитируются, а определяются программой сбыта;

Возможно использование имеющегося на предприятии оборудования;

Технология переработки предусматривает использование всех компонентов шлама, процесс не сопровождается образованием вторичных отходов.



6. 2. Цветная металлургия

При производстве цветных металлов также образуется немало отходов. Обогащение руд цветных металлов расширяет применение предварительной концентрации в тяжелых средах, и различных видов сепарации. Процесс обогащения в тяжелых средах позволяет комплексно использовать сравнительно бедную руду на обогатительных фабриках, которые перерабатывают никелевые, свинцово-цинковые руды и руды других металлов. Легкая фракция, получаемая при этом, используется в качестве закладочного материала на рудниках и в строительной индустрии. В Европейских странах используются отходы, образующиеся при добыче и обогащении медной руды, для закладки выработанного пространства и опять таки в производстве строительных материалов, в дорожном строительстве[3]. 

При условии переработки бедных низкокачественных руд широкое распространение получают гидрометаллургические процессы, которые используют сорбционные, экстракционные и автоклавные аппараты. Для переработки ранее выбрасываемых трудноперерабатываемых пирротиновых концентратов, которые являются сырьем для получения никеля, меди, серы, драгоценных металлов существует безотходная окислительная технология, проводимая в аппарате-автоклаве и представляющая собой экстракцию всех основных вышеназванных компонентов. Эта технология используется на Норильском горно-обогатительном комбинате.[3] 

Из отходов заточки твердосплавного инструмента, шлаков при производстве алюминиевых сплавов также извлекаются ценные компоненты. 

Нефелиновые шламы при производстве цемента также используются и позволяют повысить производительность цементных печей на 30% при снижении расхода топлива. 

Почти все ТПО цветной металлургии можно использовать для производства строительных материалов. К сожалению, пока еще не все ТПО цветной металлургии используются в строительной индустрии [3]. 

6. 2. 1. Хлоридная и регенеративная переработка отходов цветной металлургии

В ИМЕТ РАН были разработаны теоретические  и технологические основы хлорно-плазменной технологии переработки вторичного металлосырья. Технология отработана в укрупненно-лабораторном масштабе. Она включает хлорирование металлических отходов газообразным  хлором и последующее восстановление хлоридов водородом в ВЧИ-плазменном  разряде. В случае переработки монометаллических отходов либо в тех случаях, когда не требуются разделения извлекаемых металлов, оба процесса совмещаются в одном агрегате без конденсации хлоридов. Это имело место при переработке отходов вольфрама. 

Отходы твердых сплавов после сортировки, дробления и очистки от внешних загрязнений перед хлорированием окисляются кислородом или кислородосодержащими газами (воздух, СО2, водяной пар), в результате чего выгорает углерод, а вольфрам и кобальт превращает в оксиды с образованием рыхлой, легко размалываемой массы, которая восстанавливается водородом или аммиаком, а затем активно хлорируется газообразным хлором. Извлечение вольфрама и кобальта составляет 97 % и более [12].

В развитии исследований по переработке отходов и отслуживших свой срок изделий из них разработана  альтернативная технология регенерации карбидосодержащих отходов твердых сплавов. Сущность технологии состоит в том, что исходный материал подвергается окислению кислородосодержащим газом при 500 – 100 ºС,  а затем подвергается восстановлению водородом или аммиаком при 600 – 900 ºС. В образующуюся рыхлую массу вводится сажистый углерод и после размола получается однородная смесь для карбидизации, проводимой при 850 – 1395 ºС, а с добавлением одного или нескольких металлических порошков (W, Mo, Ti, Nb, Ta, Ni, Co, Fe), что позволяет получать ценные сплавы. [12]

Метод решает первоочередные ресурсосберегающие задачи, обеспечивает реализацию технологий рационального использования вторичных материальных ресурсов.

6. 2. 2. Утилизация отходов литейного производства

Утилизация отходов литейного производства – актуальная проблема производства металла и рационального ресурсопользования. При плавке образуется большое количество отходов (40 – 100 кг на 1 т), определенную часть которых составляют донные шлаки и донные сливы,  содержащие хлориды, фториды и другие соединения металлов, которые в настоящее время не используются как вторичное сырье, а вывозятся в отвалы.  Содержание  металла в  подобного  рода  отвалах  составляет    15 – 45 %. Таким образом, теряются тонны ценных металлов, которые должны быть возвращены в производство. Кроме этого, происходит загрязнение и засаливание почв [39]. 

В России и за рубежом известны различные способы переработки металлсодержащих отходов, но только некоторые из них получили широкое применение в промышленности. Сложность заключается в нестабильности процессов, их длительности малом выходе металла. Наиболее перспективными являются:

Плавление богатых металлом отходов с защитным флюсом, перемешивание полученной массы для диспергирования на мелкие, однородные по величине  и равномерно распределенные по объему расплава капли металла с последующей коанселяцией;

Разбавление остатков защитным флюсом и разливка через сито расплавленной массы при температуре ниже температуры данного расплава;

Механическая дезинтеграция с сортировкой пустой породы;

Мокрая дезинтеграция путем растворения или флюса и отделения металла;

Центрифугирование жидких остатков плавки.

Опыт проводился на предприятии магниевого производства.

При утилизации отходов предлагается использование действующего оборудования литейных цехов.

Суть метода мокрой дезинтеграции заключается в растворении отходов в воде, чистой или с катализаторами. В механизме переработки растворимые соли перезодят  в раствор, а нерастворимые соли и оксиды теряют прочность и рассыпаются, металлическая  часть донного слива освобождается и легко отделяется от неметаллической. Данный процесс является экзотермическим, протекает с выделением большого количества тепла, сопровождаясь бурлением и выделением газов. Выход металла в лабораторных условиях составляет 18 – 21.5 %.

Более перспективным является способ плавки отходов. Для утилизации отходов с содержанием металла не менее 10 % сначала необходимо обогащение отходов магнием с частичным отделением солевой части. Отходы загружаются в подготовительный стальной тигель, добавляется флюс (2 – 4 % массы шихты) и плавится. После плавления отходов производится рафинирование жидкого расплава специальным флюсом, расход которого составляет 0,5 – 0,7 % от массы шихты. После отстаивания выход годного металла составляет 75 – 80 % от содержания его в шлаках. 

После слива металла остается густой остаток, состоящий из солей и оксидов. Содержание металлического магния в нем не более 3 – 5 %. Цель дальнейшей переработки отходов  состояла в извлечении из неметаллической части оксида магния путем обработки их водными растворами кислот и щелочей.

Так как в результате процесса происходит разложение конгломерата, после просушивания и прокаливания можно получить оксид магния с содержанием до 10 % примесей.  Часть оставшейся неметаллической части можно использовать в производстве керамики и стройматериалов.

Данная опытная технология позволяет утилизировать свыше 70 % массы отходов, ранее сбрасываемых в отвалы.[39]

6. 2. 3 Утилизация никеля из промышленных вод

Нижегородским государственным техническим университетом был разработан метод утилизации никеля методом одновременных ионного обмена и электролиза.

Ионы никеля промывных вод являются серьезным источником загрязнения окружающей среды и способны вызывать аллергические реакции, оказывать общетоксикологическое, канцерогенное и мутагенное воздействие, кроме того, с промывными водами безвозвратно теряется до 70 % никеля. Для очистки вод от ионов никеля рекомендуется применять ионный обмен или электролиз. При несомненных достоинствах оба метода имеют серьезные недостатки. Ионный обмен сопровождается образованием требующих утилизации растворов солей тяжелых металлов (элюатов), а электролиз не всегда позволяет проводить глубокую очистку и высоким расходом химикатов и требует больших затрат электроэнергии. Поэтому, целесообразней применять оба указанных метода совместно.

Объектом исследования промывные воды после сернокислого никелирования в электролите следующего состава (г/л): 230 – 320 NiSO4 · 7H2O; 30 – 60 NiCl · 6H2O; 30 – 40 H2BO3; 0,027 – 0,135 1,4-бутиндиола; 0,3 – 2,0 сахарина. Наиболее токсичным и ценным компонентом являются ионы никеля. Для их извлечения и последующей утилизации необходима предварительная очистка от сопутствующих веществ, следовательно, технологическая схема должна включать фильтрацию для удаления механических примесей и взвесей.[25]

Никель в промывных водах после металлизации находится в виде катионных комплексов [Ni(OH)n]2+, где n = 1 – 6. Для извлечения никеля (II) использовалась катионная смола для предотвращения образования сильнокислых элюатов, что значительно затормаживает процесс.

На регенерацию катиона существенное влияние оказывает концентрация регенерирующего раствора и скорость его пропускания через ионит. Регенерация проводилась растворами Na2SO4.  Насыщенный ионами никеля катионит промывается водой и высушивается до постоянной массы.

Методом эксперимента для получения плотных никелевых покрытий были установлены следующие интервалы факторов: катодная плотность тока 0,5 –  4,0 А/дм2; температура 45 – 60 ºС; рН 1,7 – 2,3. Параметры электролиза наиболее чувствительны к изменению плотности тока. [25] 

По завершению эксперимента было выяснено, что наибольшая степень извлечения никеля  в  результате  процесса  достигается  при  плотности  тока  4,0 А/дм2, температуре 60 ºС и рН = 2,2, что позволяет за 12 ч электролиза извлекать металл из элюатов до остаточной концентрации 0,29 – 0,59 г/л.[25]



Металлургический комплекс – одна из самых развитых отраслей промышленности России, потребляющая огромное количество исчерпаемых природных ресурсов, которые, даже несмотря на значительные их запасы в недрах нашей страны, необходимо бережно и рационально использовать. В тоже время, металлургия – весьма широкий плацдарм для внедрения прогрессивных идей и новаций, направленных как на совершенствование технологий производства новых, все более ценных материалов для самого разнообразного их применения, так и для сохранения окружающей природной среды и ее богатств.








7. Воздействие на окружающую среду предприятий металлургии Пермской области

В Пермской области металлургическая промышленность существует уже не одно столетие. За этот период данная отрасль претерпевала серьезные изменения. Черная металлургия зародилась значительно раньше и была приурочена к природно-ресурсному фактору размещения: на территории Пермской области раньше существовали залежи железной руды. Они, впрочем, достаточно быстро иссякли, но накопленные технологические мощности было неразумно ликвидировать, и поэтому отрасль продолжала и продолжает до сих пор работать на привозном сырье из месторождений Свердловской области (главным образом Качканара и Нижнего Тагила). Топливо, каменный уголь, поставлялся как из местных месторождений (Кизел, Губаха), так и из Кузбасса. В недавнее время запасы местных углей также истощились, поэтому отрасль в настоящее время испытывает серьезные трудности. 

На территории Пермской области существуют Чусовской металлургический завод (производит ценные феррованадиевые сплавы), Лысьвенский металлургический комбинат, Нытвенский металлургический комбинат, Губахинский коксохимический завод, шахта «Рудная» (хромовая руда).

Цветная металлургия развилась на территории Соликамско-Березниковского месторождения титано-магниевых руд. Отрасль бурно развивается, отсюда постоянно возрастает степень негативного воздействия на окружающую среду.

По массе выбросов в природную среду металлургия в Пермской области традиционно занимает одно из «лидирующих» мест (в 1998 году с 4.41 % от общего выброса находилась на третьем месте). За последние годы количество выбросов было не одинаковым.[28]



Таблица 7.1 Динамика выбросов металлургических предприятий, тыс. т/год [28]

Предприятие

1994г

1995г

1996г

1997г

1998г

Чусовской металлургический к-т

18,082

19,713

19,824

19,722

21,058

«Ависма» Титано-магниевый к-т

1,718

1,835

1,925

2,143

2,286

Соликамский магниевый з-д

1,248

1,204

1,249

0,664

0,626

Лысьвенский металлургический к-т

1,474

1,935

0,762

0,812

0,561

Нытвенский металлургический к-т

2,922

1,854

0,690

0,563

0,475

Губахинский коксохимический з-д

0,701

0,906

1,186

0,262

0,107

Всего:

26,145

27,447

25,636

24,166

25,113

Доля дот всех отраслей %:

4,3

4,8

3,8

4,0

4,4



Ежегодно в отрасли образуется около тысячи тонн отходов, в основном металлургические шлаки. В таблице приведены сведения о движении отходов по некоторым предприятиям, тыс. т.

Таблица 7.2 Движение отходов по предприятиям металлургии, тыс. т [28]

Предприятие

Образовано

% использования

Размещено в среде

Наличие на конец года

Чусовской метзавод

584,962

163,9

486,109

12121,773

Ивакинский карьер

216,923

46,33

128,490

158,463

«Ависма»

91,516

67,13

37,008

83,809



В 1998году на калийных предприятиях образовалось 18.6 млн. т отходов, в том числе на  «Уралкалий»  -  9.598 млн. т, что на 155 тыс. т больше прошлого года. На «Сильвините» - 9.001 млн. т, т.е. на 929 тыс. т больше. В течение последних лет происходит увеличение массы образования отходов на калийных предприятиях области из-за возрастания объемов выпускаемой продукции.

Переработка руд на обогатительных предприятиях сопровождается образованием галитовых и глинистосолевых отходов в объемах, превышающих в три раза выход полезной продукции.

Калийными предприятиями области проводится определенная  работа по частичному использованию отходов для выработки товарной поваренной соли (3 – 5 % от объема образования) и продажи отходов для использования в Тюменской области (5 – 6%), закладки солевых отходов в выработанные горные пространства и шахты (38 – 51 %).[28]

В общем, использование и закладка отходов проводится низкими темпами и не успевает за ростом их образования. Более 8.9 млн. т растворимых калийных солей ежегодно размещается на поверхностных солеотвалах и шламохранилищах. В 1998 году в отвалах накоплено  396 млн. 367 тыс. т отходов, из них «Уралкалий» - 237.733 млн. т, «Сильвинит» - 163.634 млн. т. На тот период размещение отходов на поверхности земли производилось на 14 объектах размещения отходов (7 – на солеотвалах, и 7 – на шламохранилищах).  Общая площадь, занятая накопленными отходами калийных предприятий, составляла – 1236 га. 

Серьезную опасность представляет фильтрация легкорастворимых солей. Противофильтрационные экраны не обеспечивают своей функции, ежегодный дренаж рассолов в природную среду составляет 1.8 млн. м3 или 348 тыс. т солей. Треть всех сбросов загрязняющих веществ принадлежит предприятиям г. Березники. Данные рассолы включают в себя токсичные соединения тяжелых металлов: ванадий, свинец, никель, медь, цинк, марганец, титан. [28]

Для размещения неиспользуемых отходов калийных предприятий были разработаны проекты и построены специальные сооружения размещения галитовых и глинистых шламов. Проектирование произведено без учета существующих требований к строительству данных объектов. Все солеотвалы и шламохранилища не обеспечивают защиту окружающей природной среды от загрязнения. 

Все это не вызывает сомнения о негативном влиянии отходов отрасли на объекты природной среды.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и  переработка  отходов  промышленности  по-прежнему не ведется на должном уровне. 

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

Несмотря на длительную ориентацию промышленности нашей страны на ресурсосберегающие технологии, отображало это скорее экономические цели производства, нежели предотвращение вредного воздействия на природу. В СССР на уровне Госснаба была разработана система сбора вторичных ресурсов: макулатуры, текстиля, пиломатериалов, битого стекла, пищевой кости, металлолома и др. –  главным образом бытовых отходов. 

Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию.

Однако в последние годы все большее количество ученых, работающих в металлургическом комплексе, стали, осознавая значимость неуклонно обостряющейся проблемы, с большим вниманием относиться к сохранению окружающей среды и ее богатств. Разрабатываются прогрессивные идеи повышения экологичности промышленности в целом и металлургии в том числе. Хотя далеко не все перспективные методы снижения негативного влияния промышленности на окружающую среду на современном этапе могут быть воплощены в жизнь, ввиду недостаточного пока развития науки и техники. Пройдут годы, возможно десятилетия, пока мировая индустрия не станет в полной мере экологически чистой.

Что касается Пермской области, следует отметить, что при относительной развитости отрасли в Прикамье, должного внимания проблеме не уделяется, и даже с учетом некоторого экономического роста, степень вредного воздействия металлургии на природу неуклонно возрастает, осложняя тем самым ее развитие в будущем.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

http://www.gintsvetmet.ru

http://www.ecoms.ru 

http://www.technjlogy.ru/.industry.

Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М., Химия, 1990.

 Бикбулатов И.Х., Шарипов А.К. Термическая обработка осадков сточных вод в изолированных иловых картах / Инженерная экология. 2001. №1. С. 16 – 21. 

Бикбулатов И.Х., Шарипов А.К. Хранилищереактор для избыточного активного ила, сырых остатков и шламов // Инженерная экология. 2000. №5. С. 47 – 52. 

Водоподготовка. Процессы и аппараты / Под редакцией Мартыновой О.Н. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с. 

Воловик А.В., Шелков Е.М., Долгоносова И.А. Переработка бытовых и промышленных отходов в высокотемпературной шахтной печи // Экология и промышленность России. – 2001, октябрь, с. 9 – 12. 

Гаев А.Я., Герценштейн Ф.Э., Шагивалеева Р.Г. Радикальный путь решения проблема иловых отвалов // Экология и безопасность населения Урала. Сборник статей. – Пермь. 1995.

Гриневич В.И., Иванова Н.В., Костров В.В. Экологические технологии: использование низкотемпературной плазмы для очистки отходящих газов // Инженерная экология. 2002. №2. С. 38 – 44. 

Дейнека С.С., Трусова В.Г., Хазан А.З. Хлоридная и регенеративная переработка отходов металлического вольфрама и твердых сплавов // Цветные металлы. 1995. №10. С. 17 – 19.

Дмитриев В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И. Термическое обезвреживание отходов хлорорганических производств // Химическая технология, 1996, №5.

Инструкции о порядке единовременного учета образования и обезвреживания токсичных отходов. М, 1990.

Комплексное использование сырья и отходов. Равич Б.М., Окладников В.П., Лыгач В.Н. и др. М., Химия, 1988.

Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л., Химия, 1981.

Литвинов В.К., Дмитриев С.А., Киярв Ч.А.  и др. Плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов средней и низкой активности. Магнитогорск, Магнитогорский горно-металлургический институт, НПО "Радон", 1993.

Лукашев Е.А., Смагин В.Н., Лукашева Г.Н. Перспективы использования мембранных методов в очистки сточных и природных вод: Обзорная информация // ВИНИИТПИ. – М., 1990. – 68 с.

Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы. //Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

Максимов И.Е. Состояние и перспективы использования экозащитных систем в решении проблем отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов технологии органических веществ. М.: Химия, 1984

Отстойник «Ларокс» с фильтрующим слоем: Проспект фирмы «Ларокс», 1988.(Б5)

Перспективные технологии очистки сточных вод промышленных предприятий. – Алма-Ата. КазНИИТИ. 1991.

Пилат Б.В., Якунин А.И., Звонкова Е.Е. Новые методы и аппараты для очистки сточных вод: Аналитическая обзорная информация. – Алма-Ата.: КазНИИТИ. 1990.

Плохов С.В., Кузин Д.В., Плохов В.А., Михайленко М.Г. Утилизация никеля из промывных вод // Экология и промышленность России. 2001. Апрель. С. 11 – 13.

Пономарев В.Г., Кедров Я.А., Михайлов А.Н., Шафи-Заде И.Г. Анализ конструктивных решений тонкослойных отстойников: Обзорная информация / ЦНИИТЭнефтехим – М. 1989. Серия Охрана окружающей среды. Выпуск 3.

Соболев И.А., Дмитриев С.А. и др. Автоматизированные комплексы для переработки РАО // Экология и промышленность России. 2001. Декабрь. С. 4 – 8.

Состояние и охрана окружающей среды Пермской области в 1998 г. – Пермь. 1999.

Торопкина Г.Н., Калинкина Л.И. Технико-экологические показатели промышленной очистки газообразных выбросов органических веществ. М., 1983.

Федоров Л.А.. Диоксины, как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. – М. Наука, 1993, 267с.

Фокин А.В., Коломиец А.Ф. Диоксины - проблема научная или социальная? // Природа, 1985, №3.

Фоменко А.И. Утилизация шлама железного купороса // Экология и промышленность России. 2002. Январь. С. 14 – 17.

Фоменко А.И. Экологическая безопасность предприятий металлургического комплекса // Инженерная экология. 2001. №6. С.46 – 54.

Фролов К.И., Шайдуров В.С. Химическая и технологическая защиты окружающей среды. Л., ГИПХ, 1980.

Хайбулина Н.Е. Комплексное использование сырья в промышленности. Челябинск, Южноуральское книжное издательство, 1986.

Хмельницкий А.Г. Использование вторичных материальных ресурсов в качестве сырья для промышленности // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

Хосид Е.В. Опыт внедрения новых мембранных методов водообработки стоков. Л.: ЛДНТП, 1989.

Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Ворнов Ю.В. Водоотводящие системы промышленных предприятий. – М.: Стройиздат, 1990. 

Мухина И.Ю. и др. Утилизация отходов литейно-магниевого производства // Цветные металлы 1995 №10.















2