Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

и уnлотняемость

Рис 19 4 Основные свойства твердых отходов, затрудняющие технологические

процессы обращения с отходами

Структура системы управления отходами в странах Западной Ев­

ропы, США, Японии и других государствах аналогична структуре,

принятой в PcD. Однако реализация технологических процессов и циклов, входящих в общий процесс управления отходами, различна.

Так, в странах ЕЭС перерабатывается примерно 60% промышлен­

ных и около 95% сельскохозяйственных отходов, а в Японии пере­ рабатывается около 45% промышленных отходов.

Анализ обращения с ТБО в этих странах показывает, что в Ве­

ликобритании 90% ТБО вывозится на полигоны, в Швейцарии - 20%. Японии, Дании - 30%, сDранции, Бельгии - 35%. Осталь­

ные ТБО в основном сжигаются, и лишь небольшая часть ТБО под­

вергается компостированию

ВPcD эти показатели значительно ниже вследствие.

•недостаточной эффективности использования возможностей

структуры управления отходами;

•низкого уровня технологического оснащения;

•разобщенности служб и организаций, ответственных за про­

цессы, связанные с управлением отходами;

•слабой нормативно-правовой базы;

•отсутствия единой реГиональной и государственной информа­

ционной системы;

• отсутствия устойчивого финансирования.

19.2. Классификация отходов

Отсутствие общепринятой системы классификации отходов про­ изводства и потребления вынуждает специалистов использовать ряд

основных принципов разделения отходов (рис. 19 5).

640	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

Рис 19 5 Основные принципы разделения отходов

Вместе с тем достаточно широкое распространение в РФ полу­

чила классификация отходов по источникам их образования, осно­ ванная на отраслевом принципе. Эта классификация соответствует

ГОСТ 25-916-83 <<Ресурсы материальные вторичные•>. С учетом от­

раслевого принципа классификации отходы промышленного произ­ водства делятся на отходы черной и цветной металлургии; химичес­

кой, угольной, деревообрабатывающей и других отраслей промыш­

ленности.

Кроме того, в системе обращения с отходами применяется клас­

сификация отходов по агрегатному состоянию (рис 19 б) (твердые, жидкие, газообразные или ПЬ[легазовые), которая позволяет более

точно идентифицировать отходы, что является очень важным при вы­

боре способа и технологии обращения с отходами (сжигание, утили­ запия, захоронение). Cor ласно приведеиной классификации., к вод­

ным растворам и шламам принято относить· смешанные (органичес­

кие и неорганические), нейтральные, щелочные и кислые. К невод­

ным расrворам и шламам относятся: использованные смолы, жиры

и масла. органические растворители (сжигаемые и несжигаемые).

Промышленные отходы

Рис 19 6 Классификация отходов по агрегатному состоянию

Г J1 а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

641

В зависимости от агрегатного состояния отходов выбирается

способ хранения. Например, газообразные отходы хранятся в спе­

циальных емкостях или резервуарах, жидкие отходы - в герметич­

ных контейнерах. Способы накопления и хранения твердых отходов

достаточно разнообразны (контейнеры, площадки, полигоны и др.).

При определении технологии обращения с отходами пользуются

классификацией отходов по степени горючести, взрывоопасности и

токсичности.

В ряде случаев применяется система классификации отходов по

произведетвенным циклам, основанная на отраслевом принципе.

Такая система позволяет выявить операции (стадии), при которых

образуются побочные продукты, не предусмотренные основным тех­

нологическим циклом. Например, в химической промышленности

при синтезе органических продуктов образуются объемные остатки,

не предусмотренные целевым синтезом (при ректификации, пере­

гонке и др.). Иногда используются системы классификации отходов,

имеющие узко профессиональный или сугубо ведомственный харак­

тер.

Классификация отходов по физико-химическим свойствам и ха­

рактеристикам, которая в отличие 01 рассмотренных выше систем

классификации, оперирует качественными показателями, особенно

важна при оценке влияния отходов на окружающую среду, и в пер­

вую очередь это касается токсичных и опасных отходов. Одной из

основных характеристик токсичности вещества считается показа­

тель летальной дозы ЛД50, при которой у 50% подопытных живот­

ных наступает летальный исход. Значения токсичности, полученные

на опытах с животными, являются основой для законодательного

определения предельно допустимой концентрации вредных веществ.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) разработала

систему классификации опасных промышленных отходов, которая принята ООН Эта классификация включает в себя перечень ток­ сичных и опасных компонентов промышленных отходов. Среди них

такие вещества как: мышьяк и его соединения; фармацевтические

препараты; канцерогенные полициклические и ароматические гало­

генорганические соединения, за исключением полимерных матери­

алов; ртуть и ее соединения и многие другие. Степень опасности

отходов зависит не только от класса и концентрации токсичных ве­

ществ, содержащихся в отходах, но и от синергического эффекта

нескольких компонентов

В мировой практике существует несколько методов оценки опас­ ности промышленных отходов. Одним из наиболее удобных являет­

ся метод. разработанный Enviroпmeпtal Protectioп Аgепсу (ЕРА), 'по-

642	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

зволяющий определить наиболее рациональный способ обращения

с отходами. Идеология этого метода представлена в виде блок-схемы

(рис. 19.7). Подобный подход можно использовать в сочетании с раз­

личными классификациями (отраслевой, по агрегатному составу, по

степени горючести и др.) как в интересах отдельных ведомств, так

и в интересах государственных органов управления экологической

безопасностью. При этом необходимо руководствоваться требова-

Содержат ли отходы радиоактивные вещества в концентрациях, превышающих ПДК?

Нет Подвержены ли отходы биоконцентрированию?

Нет Существует ли опасность возникновения пожара?

Нет

Существует ли опасность возникновения взрыва?

Нет

Содержат ли отходы опасные вещества, вызывающие летальный исход?

Нет

Существует ли ингаляционная токсичность отходов в виде газа, тумана, nыли?

Нет

уществует ли оnасность летального исхода при проникновении отходов через кожу.

Нет

Существует ли реакция раздражения кожи отходами?

Нет

Вызывают ли отходы генетические изменения?

Нет

Остальные отходы

Оnасные отходы

Рис 19 7 Блок-схема оценки оnасности отходов в рамках классификационной

модели

Г J1 а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

643

ниями, нормами и предельно допустимыми концентрациями вредных

веществ, принятыми в РФ.

Среди большого многообразия задач производственной и ком­

мерческой деятельности особо следует выделить экономию сырье­

вых и энергетических ресурсов. В этой связи происходит сближение интересов производителей и потенциальных потребителей отходов,

владеющих современными технологиями и производственными мощ­

ностями по использованию отходов в качестве сырья При этом не­

обходимо учитывать то обстоятельство, что отходы, в отличие от

Гiервичного сырья, заранее не ориентированы на конкретную техно­

логию их использования. Например, одни и те же отходы могут быть

использованы в различных сферах производства и потребления.

Поэтому для обоснованного выбора системы классификации отходов

целесообразно принимать во внимание отличительные особенности

отходов в сравнении с кондиционными первичными сырьем и мате­

риалами. По отличительным признакам все отходы можно объеди­

нить в три группы.

• Отходы, которые в отличие от первичного сырья имеют небла­

гаприятные характеристики однородности, чистоты и состава. При­

чинами этого являются· различная степень износа, деструкции, за­

грязненности, климатические и другие факторы, вызывающие зна­

чительный разброс физико-химических характеристик и свойств вторичного сырья. Несмотря на то что эти характеристики стохас­ тические, они являются определяющими при выборе эффективных

технологий nереработки отходов с учетом качества материалов и

изделий, nолучаемых с использованием вторичного сырья (отходов).

• Отходы производства и потребления, для которых не опреде­ лено дальнейшее применение, хотя для первичного продукта запла­

нирована возможность использования его в качестве вторичного

сырья, т.е. заданы набор показателей и их значения, подлежащие

измерению и внесению в технические условия и другие норматив­

но-технические документы и отвечающие за эффективность перера­

ботки первичного продукта.

• Первичное сырье или продукты производства, которые в про­

цессе переработки или эксплуатации превращаются в отходы с одно­ временным ухудшением или потерей ими ряда потребительских ка­

честв и приобретением новых свойств, не характерных или Iюлнос­

тью отсутствующих у первоначального аналога.

В этой связи одной из важнейших задач при описании отхо­ дов является установление характеристик, которые подлежат измерению и определяют эффективные направления использо­ вания отходов.

644	Час т ь 1! Мониторинг и защита окружающей среды

характеристики

Характеристики отходов, необходимые для классификации их в качестве ВМР

Источникобразования		Состав; физико-химические
(отраслевой признак)		свойства, примеси и др.
Территориальный признак		Количественные оценки
Агрегатное состояние		Категория опасности
Направления		Вид производственного
использования	Степеньочередности	цикла
	и методы рекуперации,
	захоронения и др

Рис 19 8 Структура характеристиi,, необходимых nри классификации отходов как ВМР

С учетом изложенного выше технические характеристики кон­ кретных отходов могут быть условно объединены в две группы:

•группа свойств, являющихся важнейшими для данного вида отходов, измерение которых обязательно для нахождения традици­ онных путей его использования;

•группа вновь приобретенных свойств, измерение которых не­ обходимо для нахождения новых, нетрадиционных путей использо­

вания конкретного материала.

Определение свойств, объединенных в первую группу, может быть выполнено путем анализа нормативно-технической документа­ ции для данного виды сырья, материалов и изделий, из которых об­

разовался отход. Как правило, методики измерений этих характе­

ристик хорошо отработаны и унифицированы. Они отражены в

ГОСТах и другой научно-технической документации. Для группы вновь приобретенных свойств, как правило, требуется создание ори-

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

645

гинальных методик определения этих свойств. Такие методики тре­

буют унификации как методов измерений свойств отходов, особенно

<<НОВЫХ>>, так и методов выявления всех необходимых свойств кон­

кретных отходов, которые подлежат измерениям.

Имеющиеся отличия вторичного сырья указывают на его специ­

фику, что позволяет в ряде случаев рассматривать его как новый

вид сырья, подлежащий столь же детальному изучению, как это имеет место при исследовании добываемых или синтезируемых

сырья и материалов. Изучение вторичного сырья должно быть на­

правлено как на выявление его техногенных характеристик и

свойств, которые бы позволили использовать отходы в эффективных

технологических процесса.х их переработки, так и на детальное ис­ следование физико-химических свойств отходов, позволяющих оп­ ределить их воздействие на человека и окружающую среду, что яв­ ляется необходимым условием при обосновании решений об их скла­

дировании, захоронении, уничтожении.

Таким образом, параметры, по которым характеризуются отходы

как вторичные материальные ресурсы (ВМР), можно представить в

виде структуры, приведеиной на рис. 19.8.

19.3. Пасnортизация и сертификация отходов

Качественное проведение классификации отходов невозможно

без анализа их характеристик, составляющих основу паспорта от­

ходов. Не менее важно выявление оптимального набора входящих

в паспорт параметров, не только определяющих дальнейший поря­

док обращения с отходами, но и учитывающих различные экологи­

ческие факторы. Форма паспортизации отходов может соответство­

вать одному из трех видов:

•учетно-~татистическому;

•кадастровому;

•экологическому.

Учетно-статистическая паспортизация отходов является

сводом отраслевых, региональных, государственных сведений об от­ ходах и выполняется в форме статистической отчетности.

Кадастровая форма паспортизации отходов предусматрива­

ет использование отходов в качестве ВМР.

Экологическая форма паспортизации отходов, проводимая в

соответствии с ГОСТ 17.0.0.04-90, является неотъемлемой частью

как экологического паспорта предприятий, так и всех остальных

форм паспортизации отходов.

646	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

Методология сертификации отходов, методы анализа и формы,

отражающие результаты этих анализов, требуют унификации, так как в паспорт отходов включается большое количество данных, ха­

рактеризующих отходы. В качестве примера рассмотрим схему сер­

тификации отходов в соответствии с методологией, предложенной

в [2] (рис. 19.9).

Предварительная стадия

Определение средств элиминирования

при срочных ситуациях

(отходы в опасных зонах)

Выбор метода

предварительной обработки

Рис 19 9 Порядок сертификации (паспортизации) отходов

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

647

Принципы, заложенные в порядок сертификации по приведеиной схеме, позволяют оформить результаты проведеиной работы по стан­ дартизованной форме, отражающей:

•аспекты идентификации производства и непосредственно от­

ходов;

•идентификацию условий образования отходов по технологии их образования,

•данные по безопасности отходов (природа и степень риска,

присутствие специфических составляющих, наличие инструкций);

•физические и химические параметры;

•известные свойства;

•способность к переработке.

Любая система сертификации отходов должна начинаться со

сбора информации об отходах, подлежащих сертификации. Причем

эту работу следует выполнять с момента генерации отдельных ком­

понентов отходов, так как в результате смешения их с другими про­

дуктами образуются сложные композиции, проведение аналИ3а ко­

торых значительно усложняется. Разнообразие характеристик, свойств, состояний и распоряжения отходов не позволяет вырабо­

тать унифицированную методику пробоотбора. Поэтому к оборудо­

ванию и приспособлениям для отбора проб предъявляются довольно

жесткие требования, наnример по обеспечению герметичности, по исключению воздействия света и излучения и т.п. Для сохранности

образцов проб отходов, содержащих органические соединения, ка­

тегорически запрещено применение консервантов Особо следует выделить строгое соблюдение правил техники безопасности. От ка­

чества выполнения работ, связанных с процессами отбора проб и их анализа, во многом зависят дальнейшие шаги по выбору оборудова­

ния, способов транспортировки и определению технологий перера­ ботки, хранения !JЛИ захоронения отходов Вместе с тем выбор по­

рядка отбора проб предопределяет выбор тактики обращения с про­ бами, т .е. технологии и оборудования пробоотбора, упаковки и

транспортировки проб, возможности совместного или раздельного анализа и многих других деталей, включающих технику безопаснос­

ТИ всех процессов отбора проб и их анализа.

Таким образом, пробоотбор, анализ и дальнейшее обращение с отходами - взаимосвязанные процессы. Однако следует отме­

тить, что единой системы отбора проб и их анализа в настоящее

время не существует. На рис. 19 10 в общем виде представлена

схема проведения работ по анализу образцов (проб) отходов. Зна­

чительный объем работы связан с определением свойств образцов

отходов (рис. 19.11).

648	Час т ь 1! Мониторинг и защита окружающей среды

Образец(проба)отходов

Скрининговый анализ

Полный анализ

Рис 19 1О Основные работы по анализу образцов (!lроб) отходов

Качественный анализ проб многих видов отходов требует выпол­ нения целого ряда дополнительных технологических операций,

таких как: измельчение, просеивание, высушивание, разделение,

растворение, фракционирование, экстракция, осаждение, корректи­

ровка рН и др. Эти операции могут привести к изменению некоторых

свойств и характеристик анализируемых образцов. Не следует за­

бывать, что при подготовке пробы необходимо учитывать адсорби­ руемость некоторых соединений на стенках сосудов или недостаточ­

ную десорбируемость при использовании в процессе анализа каких­

либо адсорбентов и т.д. Для исключения дополнительных ошибок

при проведении анализа промышленных отходов необходимо строго соблюдать правила и требования проведения аналитического про­

цесса, которые являются составными частями методик проведения

анализа, утвержденных в установленном порядке.

Предварительный и отчасти обзорный анализ, а также опре­ деление ряда физико-химических характеристик отходов не требуют

использования сложных аппаратуры и методов анализа.

Скринuнговый анализ относится к быстрым тестовым методам.

Такие тесты дают возможность, например, обнаружить наличие или

отсутствие неожиданных загрязнений, что позволяет вносить кор­ рективы в принятые решения по обезвреживанию отходов и право-

Г л а в а 19 Обращение с отходами прои.;водства и потребления			б49
Агрегатное состояние	летучих соединений	Содержание твердой фазы
Зольность		Вязкость
Элементный анализ		Теnлотворнаясnособность

Скрининговый анализ

Полный анализ

	Общее состояние образца	Специфические органические
	с количественной оценкой
		и неорганические компоненты
	основных компонентов

Рис 19 11 Примерный перечень работ по анализу состава образцов отходов

дить полуколичественные определения: высокое, среднее, низкое,

неопределяемое содержание.

Принимая во внимание тот факт, что классификация отходов производится в соответствии с какой-либо выбранной системой, не­

посредственно сертификация отходов отражает спектр характерис­

тик, лежащих в основе классификации и необходимых для процесса управления отходами. Как правило, существующие схемы класси­ фикации отходов базируются на сертификации отходов по ряду по­

казателей, среди которых большую роль играют физическое состо­

яние и химический состав отходов (рис. 19.12) Как правило, сер­

тификацию отходов по химическому составу провес1и в полном объеме не представляется возможным из-за сложности анализов и

их высокой стоимости Даже хорошо развитая лабораторно-анали­

тическая база не позволяет полностью выполнить эту работу, так как возникают труднос1 и отбора проб, подготовки образца к анализу

и проведения анализа

Особое внимание следует уделить оценке (ана:IнJу) взаимодей­

ствия отходов с окружающей средой, которое зависит от структуры

650

Час т ь

11

Мониторинг и защита окружающей среды

Пастообразные

1

Жидкая неводная, несмешивающаяся

1

фаза (содержание в отходак

по объему, по массе)

Твердые отходы

Жидкие ОТХОДЫ

Твердая фаза

Водная фаза

(разбивающиеся,

(водные, неводные,

(содержание

(содержание

крошащиеся,

смешанные,

в отходак

в отходак

Форма

---,

некрошащиеся,

несмешивающиеся

по объему,

по объему,

растворимые,

водная и

по массе)

по массе)

нерастворимые)

неводная фазы)

отходов

1

1

Соотношение

состояние, общий вид)

компонентов фаз

1 (

--)

Ф'""~~rой""'"""""'" <

(%)

1

Возможностьразделения

1

1

Визуальные и

1

1

компонентов фаз

органолептические методы

~~~~~~

~

~~~~

1 Самопроизвольное 1

методами

жидкие,гомогенные,

(в целом,

Стандартными

Вид отходов (твердые,

Цвет

l

(лабораторными)

гетерогенные)

по фазам)

Запак (без запака,

Мутность

а) твердые и пасто­

а)декантация,

образные отходы

б) фильтрация,

детектируемый

жидкойфазы

-

возможно разделение

в) центрифугирование

естественный,

1

жидкостью,

г) прессование,

интенсивный,

б) жидкие отходы

д) другие методы

переносимый,

-

выделение твердой

вредный,

фазы содиментацией

безвредный)

Идентификациякомпонентовфаз 1

Рис 19 12 Основные показатели физического состояния отходов, принимаемых

во внимание при сертификации

химических веществ и их соединений, входящих в отходы, способ­

ности этих веществ к миграции, скорости миграции в естественных

условиях и т д В этой связи немаловажной является работа по оп­

ределению с помощью тестов (табл 19 1) трансформации отходов в

условиях окружающей среды Полученные с помощью тестирования

характеристики отражают способность соединений, составляющих отходы, изменяться в различных условиях обработки вплоть до пол­

ного разложения

Г л а в а

19 Обращение с отходами производства и потребления

651

Таблица /9 1

Характеристика отхо

Основные своиства

Метод определения

дов, повышающая их

отходов, принимаемые

экологическую

во внимание

опасность

Мобильность отходов

Физическое состояние

Измерения

относительной

про

порции составляющих фаз (в

частности

жидкой)

Устойчивость отходов

Химическая

устойчи

Кинетика

превращений

отходов

вость

после перемешивания

с

почвои

(лабораторный тест)

Биологическая

устой

Изыерение

биоразлагаемости

чивость

определение

окончательного

со

стояния отходов

Загрязняющий

потен

Средний срокгенериро

Характеристика жидкой фракции

циал отходов

вания загрязнений

(анализ и определение критерия

общего загрязнения)

конечного

состояния отлодов (тесты

ИН!')'

бационный и во времени), потен

циально растворимой части (тес

ты ускоряющие выщелачивание)

Опасность

(токсич

Токсичность

Токсичность

по

отношению

к

ность)

генерируемого

живым организмам

растворимого

загряз

нения

Патогенность

Микробиологические анализы

Критерий качества раз

Анализы

(измерения

основных

личного вида

вод по

свойств, коррозионность, склон

отношению к их воз ность к образованию накипи и

можной утилизации

т д)

Данные по ограничениям утили

зации

Устойчивость

генери-

Аэробная и анаэробная

Измерения биологичес"ого по

руемого

растворимого

биоразлагаемость

требления кислорода (БПК)

рее

загрязнения

пирометрические,

полной

био

разлагаемости, тесты

биологи

ческой обработки

Абсорбируемость

Изотермы активированного угля

Способность к связыва

Изотермы поглощения глиной

нию ионным обменом

Таким образом, сертификацию (и более узкую классифика­

цию) отходов можно проводить по методам обработки При

этом основными характеристиками следует считать

при промежуточной обработке (жидкие отходы, отстой, влажные отходы) кислотность, редокс-нейтрализация (рН, редокс­

потенциал, энергия окисления или восстановления), филr;.трацион-

652	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

ные характеристики (сопротивление фильтрации, коэффициент сжи­

маемости, вязкость); способность к гравитационному уплотнению

(удельный вес и кривая седиментационного уплотнения); способ­

ность к отверждению - тест на обработку отходов (механическое

сопротивление относительного изгиба, давление, удар, способность

квысушиванию, замораживанию, тесты на выщелачиваемость);

•при сжигании отходов: теплотворная способность, содержа­

ние воды, точка воспламенения; безопасность и защита персонала

и установок (определение щелочей. серы, галоrенов, тяжелых ме­ таллов); предотвращение загрязнения атмосферы (пыль, способная к воспламенению или сублимации), токсичные газы. СО, HCN, га­

логены, галогеноводороды, S02, NOx, пары металлов и их оксиды

(ртути, молибдена и др.); остаток после сжигания (полный анализ,

растворимая часть);

• захоронение отходов в земле без дополнительного анализа

применяется для нетоксичных отходов (характеристики сельско­

хозяйственной ценности отходов и возможность их разложения в

почве, удобряющие элементы, органические гуминовые вещества, ле­

тучие вещества, окисляемые элементы и токсичные минералы. иден­

тификация патогенных микроорганизмов, вегетационные тесты).

Приведенный выше перечень характеристик отражает сложность и объемность процесса сертификации отходов производства и потреб­ ления. Однако данную проблему можно разрешить путем поэтапного анализа и классификации отходов. Особенно это касается анализа от­

ходов с целью выявления возможностей использования их в качестве

вторичных материальных ресурсов. При этом паспортные данные от­

ходов помогают определять эффективные, в том числе нетрадицион­

ные, пути использования вторичного сырья, планировать его наиболее

полное использование, решать другие вопросы экологии, экономики,

управления ресурсами, проводить ресурсосберегающую политику

Облегчить решение данных проблем может информация об от­

ходах, собираемая в банки данных (БД), которые в дальнейшем

могут использоваться при создании автоматизированных информа­

ционных систем. С целью унификации отходов в рамках любой от­

расли или ряда отраслей при отсутствии единого государственного БД по отходам целесообразно использовать принятую в ряде стран систему кодирования отходов. Такой подход позволяет создать еди­ ный банк данных по отходам как производства, так и потребления.

Полный код отходов включает первую букву (А, Б, В... ), обо­

значающую промышленность, в которой они получаются (химичес­ кая, металлургическая, нефтехимическая и т.д.), затем цифры ( 1, 2, 3, 4, ... ), указывающие основную группу отходов (кислые, щелочные,

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

653

цианасодержащие и т.д.), затем Подкод (01, 02, 03, ... ), обозначаю­

щий конкретное химическое соединение, преобладающее в этом от­

ходе, и, наконец, индекс агрегатного состояния (ж, г, т, ш). Напри­

мер, если код отхода А.2.01ж, то это означает, что отход произво­

дится в химической промышленности, представляет собой раствор, относящийся к группе щелочей и содержащий в качестве основного

компонента NaOH.

Инвентаризация и паспортизация промышленных токсич­ ных отходов в нашей стране производится объединениями, комби­

натами, предприятиями, организациями промышленности и сельско­

го хозяйства, на которых в производственных циклах образуются, складируются, захораниваются, используются, обезвреживаются

(уничтожаются) токсичные отходы. При этом заполняется форма 2

<<Токсичные отходЫ•>, в которую заносятся данные из паспорта от­

ходов предприятия.

Согласно ГОСТ 12.1.007-76 токсичные отходы классифицируют-

ся по четырем классам опасности:

1-й класс -	чрезвычайно опасные;
2-й класс -	высокоопасные;
3-й класс -	умеренно опасные;
4-й класс -	малоопасные.

Каждая группа и вид токсичных отходов кодируются; определя­ ются их физические характеристики и химический состав.

В учетной форме приводятся данные о наиболее токсичных ком­

понентах отходов и о применяемых и рекомендуемых методах ути­

лизации, обезвреживания и захоронения отходов.

19.4. Переработка отходов

как средство защиты окружающей среды

Переработка отходов является альтернативным направлением

по отношению к дорогостоящим методам захоронения отходов. На­ блюдающийся в мире рост объема перерабатываемых отходов и по­

пулярности этого направления свидетельствует о ее перспективнос­

ти. Полный цикл переработки отходов включает сбор, сортировку,

переработку и повторное использование отходов.

При разработке технологий переработки отходов следует учиты­

вать, что технологии должны:

• не только ориентироваться на существующие потребности

рынка, но и способствовать развитию Н9ВЫХ направлений реализа­

ции продуктов переработки;

654	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

быть гибкими и легко приспосабливаться к изменяющимся ус­

ловиям;

• обеспечивать сбалансированность критериев потребностей

рынка, прибыльности и экологичности, тем самым охватывать как можно больший объем и разнообразие отходов.

Существует несколько общепринятых организационных принци­ пав построения системы переработки отходов производства и потреб­

ления. При этом формы организации производста по переработке от­

ходов, могут быть различными. Наиболее часто используемые орга­ низационные формы приведеныв табл. 19.2. Каждая из форм, имеет

характеристики, позволяющие использовать их в различных случаях.

Таблица 19 2

Форма производ-

Описание

Преимущества

Недостатки

ства по перера-

ботке отходов

Государственное

Государственное

пред-

Не зависит от из

Обычно

высокая

муниципальное

приятие, входит в состав

менений

рынка

стоимость

(обре-

предприятие

муниципальных

пред-

Административно менительная

для

приятий по управлению

управляемое

бюджета) Тради-

отходами,

финансирует-

ционно

хроничес-

ся из бюджета

ка я

нехватка

средств

Государственное

Находится

в

государст·

Финансовая

неза-

Обычно

дорого-

муниципальное

венной

собственности,

висимость

Конт·

стоящее

хозрасчетное

самофинансирование, роль

со

стороны

предприятие

возможны

бюджетные государства

субсидии

и

налоговые

льготы

Частное предпри- Специализированные Финансовая неза

Тенденция

к

пе-

ятие

предприятия

Неком-

висимость

Как

реработке высоко·

мерческие организации

правило,

хорошая

nрибыльных м а-

организация

ра-

терналов

бот

Частное

субсиди-

Специализированные

Финансовая само-

Требует

коорди-

руемое

предпри-

коммерческие или не-

стоятельность

нации работы

му-

яти е

коммерческие предпри я-

Рычаги

управле-

ниципалитетов и

тия

Государственные

ни я

со

стороны

компании

субсидии, по"рывающие государства путем

переработкунеприбыл~ бюджетных

суб-

ных материалов

сидий

Основными методами переработки отходов являются биоразло­ жение, компостирование и сжигание. Сложные по составу промыш­

ленные отходы требуют применения дополнительных специальных

физико-химических методов переработки.

Г л а в а 19 Обращение с отходами nроизводства и nотребления

655

Компостирование отходов

Компостирование - форма переработка сырой органической от­ ходной массы. В табл. 19.3 привеДЕс'НЫ виды отходов, подвергающие­

ся компостированию.

	Таблица 19 3
Особенности отходов	Виды отходов
по отношению
к комnостированию
Предnочтительные	Растительные остатки, nищевые отходы, бумажные
	отходы, санитарно-гигиенические материалы
Обычные	Отходы животного nроисхождения, древесные отходы,
	отработанный ил
Непоощряемые	ПерерабатыБаемые материалы, инt>ртные комnоненты
Неnригодные	Металлы, опасные отходы, медицинские отходы

В практике промышленного компостирования можно выделить

следующие методы:

•компостирование в буртах без принудительной аэрации;

•компостирование в буртах с принудительной аэрацией,

•компостирование в установках с контролируемыми условия­

ми (вращающиеся бочки, горизонтальные или вертикальные силос­ ные башни и др.);

•смешанные системы.

Стоимость методов компостирования растет с применением спе­

циализированной техники и может быть значительной.

Выбор методов компостирования, определяется критерием

оптимального сочетания стоимости с достигаемым эффектом утилизации компостируемых отходов.

Потенциальный успех и экономическая эффективность примене­

ния компостирования зависят от наличия рынков сбыта продукта.

Компостирование - это биологический метод обезврежива­ ния ТБО. Иногда его называют биотермическим методом. Сущность процесса заключается в следующем. Разнообразные, в основном теп­

лолюбивые микроорганизмы активно растут и развиваются в толще мусора, в результате чего происходит его саморазогревание до бОоС.

При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные мик­ роорганизмы. Разложение твердых органических загрязнений в бы­

товых отходах продолжается до получения относительно стабильно­

го материала, подобного гумусу. Механизм основных реакций ком­ постирования такой же, как при разложении любых органических

веществ. При компостировании более сложн~;>Iе соединения разлага-

656	Час т ь II Мониторинг и защита окружающей среды

ются и переходят в более простые. К основным химическим показа­

телям, характеризующим мусор как материал для компостирования

и получения биотоплива и органических удобрений, относятся со­

держание органического вещества; зольность; содержание общего

азота, кальция, углерода.

Ежегодно увеличивающееся количество отходов повлекло за

собой разработку ускоренных, механизированных способов их пере­

работки. Для этого сооружаются специальные мусороперерабаты­

Бающие заводы. Схема работы мусороперерабатывающего завода

следующая. Законченный цикл обезвреживания ТБО состоит Из

трех технологических этапов:

•прием и предварительная подготовка мусора;

•собственно биотермический процесс обезвреживания и ком­

постирования;

• обработка компоста.

Оборудование для приема и предварительной подготовки отхо­ дов включает приемный бункер, питатели, транспортеры, магнитные

сепараторы. Процесс биотермического обезвреживания и компости­

рования происходит в горизонтальных вращающихся барабанах. Оборудование для обработки компоста состоит из контрольного гро­

хота, магнитного сепаратора и дробильного оборудования для из­

мельчения балласта. Кроме того, необходимо иметь склад готовой

продукции, т.е. площадку дозревания компоста, а также оборудова­

ние для взвешивания поступающих отходов и отпускаемого компос­

та и мойку для мусоровозов. На мусороперерабатывающих заводах

РФ применяется в основном отечественное оборудование, которое

дорабатывается и модернизируется с учетом свойств ТБО конкрет­

ного региона или города и в соответствии с требованиями создания оптимальных условий для их обезвреживания.

Переработка мусора должна обязательно сочетаться с вы­ дачей продукции, безопасной и в эпидемиологическом отноше­

нии. Обезвреживание отходов обеспечивается в первую очередь

высокой температурой аэробной ферментации. В ходе биотерми­ ческого процесса происходит гибель большей части патогенных мик­ роорганизмов. Однако компост, получаемый в результате био­

термического обезвреживания ТБО на мусороперерабатываю­ щих заводах, не должен быть использован в сельском и лесном хозяйствах, так как содержит примеси тяжелых металлов, ко­

торые через травы, ягоды, овощи или молоко могут причинить

вред здоровью человека. По этой же причине целесообразно несис­

тематическое применение таких компостов в городских скверах и

парках.

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

657

Недостатком компостирования является необходимость склади­ рования и обезвреживания некомпостируемой части мусора, объем

которой составляет значительную часть общего количества мусора.

Эта задача может быть решена путем сжигания, пиролиза или вы­

воза отходов на полигоны.

Биоразложение органических отходов

Общепризнанно, что биологические методы разложения органи­

ческих загрязнений считаются наиболее экологически приемлемы­ ми и экономически эффективными, о чем свидетельствуют показа­ тели р~зличных процессов переработки отходов, приведенные в

табл. 19.4.

									Таблица /9 4
Процесс переработ-			Удельные		Эксплуа-		Прибыль,		Чистые
ки отходов			капитальные		тационные		долл/т		затраты,
			затраты,		расходы,				долл/т
			долл/т		долл/т
Сжигание	измельчен-		6000	8000	5	8		3	2,5	5
ных отходов
Сжигание	в	котлах	8000	13 000	7	12	3	5	4	9
'утилизаторах
Пирализ			14 000	32 000	5	15	4,4	13,1	2,5	13,4
Биологическая		пере-	22 000		9,4		8,2		4,8
работка

В настоящее время многие разбавленные промышленные отходы

обрабатывают биологическими способами. Обычно используется

окисление, осуществляемое в аэротенках, биофильтрах и биопрудах

аэробной переработки стоков, самая обширная область контролиру­

емого использования микроорганизмов в биотехнологии.

Существенными недостатками аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются энерго­

затраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утили­

зациеи большого количества образующегося избыточного ила (до

1... 1,5 кг биомассы микроорганизмов на каждый удаленный кило­

грамм органических веществ). Исключить указанные недостатки по­

могает анаэробная обработка сточных вод методом метанового сбра­

живания. При этом не требуется затрат электроэнергии на аэрацию·,

что играет большую роль в условиях энергетического кризиса, уменьшается объем осадка и, кроме того, образуется ценное орга­

ническое топливо - метан.

658	Час т ь 11 Мониторинг и зашита окружаюшей среды

Анаэробные процессы микробиологической конверсии органи­

ческих веществ представляют собой комплексную и весьма слож­ ную группу явлений, многие фундаментальные аспекты которых стали понятными только в последние годы. Тем не менее промыш­ ленные технологии анаэробной очистки уже в 1980-е гг. достигли

достаточно высокого уровня и получили широкое распространение

за рубежом.

В нашей стране интенсивные анаэробные технологии пока не ис­

пользуются, что наносит значительный ущерб состоянию окружаю­ щей среды, так как методы генной инженерии позволяют получать штаммы, способные обезвреживать экологически опасные органи­

ческие вещества и другие материалы

На рис. 19.13 представлена классификация конструкций анаэ­

робных реакторов, нашедших широкое применение в различных

странах

Следует отметить, что микроорганизмы по разному реагируют

на раз.тшчные вещества, входящие в отходы. Поэтому необходимы

проверка отходов на биоразлагаемость анаэробной микрофлорой, а

также определение оптимальных условий обработки. Наиболее под­ ходящим тестом в таком случае является биохимический метановый

потенциал (БМП) При этом образец отходов смешивают с анаэроб­

ной культурой в определенной среде, выдерживают в анаэробных

условиях (закрытая емкость) и периодически измеряют объем обра­

зующегося газа. Количество метана, образующегося в контролируе­ мый период, отнесенное к количеству углерода в отходах, оценивае­

мое как химически потребляемый кислород (ХПК), показывает био-

Рис 19 13 Классификация конструкций анаэробных реакторов

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

659

обрабатываемость испытуемого образца отходов. Процесс метаново­ го брожения протекает при неизменной общей массе ХПК, который

распределяется в процессе очистки на ХПК метана (как правило,

более 90%) и ХПК образующейся биомассы. Вариантом теста оп­ ределения ХПК (или конвертируемости отходов) является оценка

токсичности отходов, т.е. измерение относительной скорости, с ко­ торой простой ортанический субстрат типа сахарозы конвертирует­

ся в биогаз в присутствии испытуемого образца отходов и без него.

Этот тест полезен для определения обрабатываемости отходов и для оценки условиИ метаногенеза.

Большое число тестов может быть выполнено за достаточно ог­

раниченный период времени и при небольшом объеме образца. Это

позволяет определять варианты стратегии биообработки отходов,

варианты включения в технологию стадий предварительной и со­ вместной обработки, а также подбор микробиоценоза и условий его

оптимальной акклиматизации во времени.

В перечень веществ, биоразлагаемых анаэробным способом, вхо­

дят органические соединения различных классов· спирты, альдеги­

ды, кислоты алифатического и ароматного рядов. В то же время, как

показали исследования, некоторые органические соединения в ан­

аэробных условиях разлагаются неполностью. Таким образом, <<обрабатываемость•> отходов в анаэробных условиях зависит от спо­ собности определенной микрофлоры к деградации соединений, вхо­ дящих в состав отходов, а также от устойчивости микроорганизмов к токсичной органике и неорганике. Следует отметить, что биооб­ рабатываемость в анаэробных условиях перечисленных органичес­ ких соединений была выявлена в результате многих исследований.

Последовательное многоступенчатое разрушение молекул орга­

нических веществ возможно благодаря уникальным способностям определенных групп микроорганизмов осуществлять катаболичес­ кий процесс - расщепление сложных молекул до простых - и

существовать за счет энергии разрушения сложных молекул, не

имея доступа ни к кислороду, ни к другим, предпочтительным в энер­

гетическом отношении акцепторам электронов (нитрат, сульфат, сера и др.) Микроорганизмы используют для этой цели углерод ор­

ганических веществ. Следовательно, в процессе восстановительного

расщепления сложные органические молекулы разрушаются до ме­

тана и углекислого газа.

На рис. 19.14 представлена схема метаногенеза, отражающая по­

токи углерода при деградации сложных органических веществ.

Стадия гидролиза - это процесс расщепления сложных био­

полимерных молекул (белков, липидов, полисахаридов и других ор-

660	Час т ь II Мониторинг и защита окружающей среды

Органические вещества (полимеры), 100% ХПК

Рис 19 14 Общая схема метаногенеза

ганических молекул) на более простые олиго- и мономеры (амино­

кислоты, углеводы, жирные кислоты).

Стадия фермента4ии - процесс брожения образовавшихся мономеров до еще более простых веществ - низших кислот и спир­

тов, при этом также образуются углекислота и водород.

В npo4ecce а4етогенной стадии образуются предшественники

метана - ацетаты, водород, углекислота.

Метанагенная стадия ведет к конечному продукту расщепления сложных органических веществ - метану. В сложном процессе

превращений участвуют многие виды микроорганизмов (до несколь­

ких сотен), среди которых преобладают бактерии. В разложении ус­

тойчивых таксикантов окружающей среды полихлорированных фе­

нолов важную роль играют штаммы Rhodo coccus и Mycobacterius,

широко распространенные в природе.

Механизм разложения заключается в парагидроксилировании и

последующем дехлорировании пара-хлорированных фенолов, на­

пример, из пентахлорфенола сначала образуется тетрахлоргидро­

хинон, затем трихлоргидроксибензол, далее 1, 2,4-григидроксибен-

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

661

зол, завершается процесс деструкцией ароматического кольца

(таб.л. 19.5).

			Таблица 19 5
Органические соединения		Результаты анаэробного разложения
2,4-динитрофенол, бис(2-этилгек-		При концентрации 20	мг/л выход	метана
силен)фталат, 2,4-диметилфенол,		составляет 1О'}{, теоретичесf\ого
4-хлор-м-крезол, 4,6-динитро-о-кре-
зол
Тетрахлорэтилен,	1,1, 1-трихлор-	Разлагаются медленно	и только в	присут­

этан, хлороформ, четыреххлорисствии другого метаболита, который может

тый углерод	поддерживать рост микроорганизмов как ис­
	точник углерода

Альдрин, а-гексахлорциклогексан,			Трансформируется в дильдрин, дехлорирует­
у-rексахлорциклогексан			ся до пентахлорщ1клоrексана + HCI Транс­
			формируется до 1, 3, 4, 5, 6-пентахлорцикло­
			гексана
ддт			Дехлорируется частично
Токсафен			Восстанавливается и дихлорируется
1, 1-дихлорэтан,	1,2-диллорэтан		Подвергаются биоразложению
Карбаматы (N-метил)			Деградация зависит от разрушения мономе­
			тилаJV!Ина
Галогенизированные		бензоаты	Раз,1агаются ДО со2 и сн4 ТОЛЬhО 3-2, 3- и
(иод-, хлор-, бром-)			4-замещенные соединения
Бензол, изопропилбензол, этилбен-			Разрушается до СО2 и СР4	Анаэробные
зол, толуол			микроорганизмы катализируют также гидро­
			ксилирование,деметилирование,декарбоhси­
			и деметоксилирование
3,4-, 2,5- и 3,5-дихлорбензоат, 2,4,5-			Анаэrобные ыикроорганизмы	вызывают
триллорфеноксиацетат, 5-бром-2			деrалоrенированаие
хлорбензоат,	4-амино-3,5-дихлор-

бензоат

В метановом биоценозе основными являются гидролитичес­ кие, бродильные, синтрофные и метановые группы микроорганиз­ мов, которые последовательно в тесной и сложной взаимосвязи

между собой и другими микроорганизмами осуществляют все стадии

анаэробного разрушения веществ Постадийно процесс метаногене­

за органических веществ, а также типы реакторов, используемых ~

разработанных в разных странах техноJюгиях, достаточно подробно

описаны в отечественной и зарубежной .литературе. Основными

факторами, влияющими на производительность анаэробных реакто­ ров, являются: реакционная способность; фазовый и химический со­ став; размер загружаемого субстрата, время удержания жидкости в

662	Час т ь II. Мониторинг и защита окружающей среды

реакторе; концентрация микроорганизмов внутри реактора; эффек­ тивность массаобмена реакционной среды; скорость загрузки реак­ тора; эффективность массаобмена реакционной среды; температур­ ный режим; рН; наличие питательных и токсических веществ.

Реакторы для метаногенеза делятся на реакторы первого и вто­

рого поколения. Реакторы первого поколения - герметичные ем­

кости с перемешиванием периодически загружаемой на бисобработ­

ку массы. Отличительным признаком реакторов второго nоколения

_ служит использование принципа удержания биомассы. Классифика­

ция современных реакторов основана на форме метанагенной био­

массы в реакторах. По этому принципу все конструкции разделены

на реакторы со взвешенно-седиментирующей биомассой (илом) и

прикрепленной биомассой.

Как видно из рис. 19.13, к реакторам со взвешенно-седименти­ рующей биомассой относятся анаэробные лагуны, контактный ре­

актор, реактор с восходящим потоком сточной воды через слой анаэ­

робного ила, перегородочный реактор. Реакторами с прикрепленной

биомассой являются биофильтр с восходящим и биофильтр с нис­

ходящим потоком сточной воды и неподвижно закрепленной бис­

пленкой (DSFF-peaктop); реактор с расширенным и взвешенным

·слоем частиц носителя - вращающиеся биоконтакторы. Четких границ между различными конструкциями реакторов нет. Это

подтверждают разработки и исследования последних лет, в которых,

например, конструкция САSВЕR-процесс сочетает в себе особеннос­

ти и черты контактного реактора и реактора псевдосжиженным

слоем и т.д.

Приведем коммерциализированный перечень промышленных технологий анаэробной очистки, разработанных и используемых в

настоящее время (табл. 19.6).

		Таблица 19.6
Тип реактора	Технология	Фирма-разработчик
	аэробной очистки

сточных вод

Контактный с отстаива-

ни ем с улырафилыра-

цией

ANAMET	АС. Biotecnics АВ (Швеция)
BIOENERGY	Biomethanics Ltd (США)
IRIS	Institut de Recherches de I'industrie
MARS	sucrerie (Франция)
	Dorr-Ollver Inc. (США)

Анаэробный биофильтр	CTLROBIC	Badger (США)
	ANDXAL	L'air liquide (Франция)
	BIOFAR	Degremont (Франция)
	BIOMASS	Biomass International

Г л а в а	19. Обращение с отходами производства и потребления			663
			Продолжение табл. 19.6
с нисходящим потоком		DSFF	National Rechearch. Councll (Канада)
		Bacardi	Bacardi Corp& (США)
		FIJM FJXE	Societe Generals pour les Techniques
			Nouvelles (Франция)
UASB		LARAN	Linde AG (Германия)
		BIOPAG	Paques BV (Нидерланды)
		BIOTHANE	CSM (Нидерланды)
		TAMAN	Tampella Ltd (Финляндия)
		BIOТIM	ESMIL (Бельгия)
			· Biotim N.V. (Бельгия)
с псевдоожиженным		ANIТRON	Dorr-Ollver Inc. (США)
(расширенным)	слоем	НУ FLO	Ecotrol Inc. (США)
носителя		GIST-BROCADES	Gist-Brocades N.Y (Нидерланды)
Вращающийся	биокон-	AnRBS	Autotral (США)
тактор
Анаэробная лагуна		ADI-BVF	ADI International Ltd. (Канада)
В качестве примера в табл. 19.7 приведена информация об ис­
пользовании	некоторых промышленных установок анаэробной

очистки для различных типов сточных вод в целлюлозно-бумажной

промышленности [3]. В меньшей степени эти технологии применя­

ются для обезвреживания высококонцентрированных и пастообраз­

ных отходов.

В настоящее время проводятся исследования по возможности анаэробного обезвреживания твердых органических отходов. Хотя лабораторные и опытно-промышленные разработки пока не нашли

широкого применения, этот подход следует рассматрива>ь как весь­

ма перспективный. Как правило, биотехнологические методы реко­

мендуются для использования в сочетании с различными химичес­

кими и физическими методами обработки отходов. При этом может быть достигнута высокая эффективность при относительно неболь­

ших затратах.

Следует отметить, что в лабораторных условиях изучены осо­

бенности первой стадии микробиологического процесса анаэробного

разложения твердых органических отходов. На этой стадии в реак­

торе слегка влажные отходы подвергаются ферментативному гидро­

лизу с образованием летучих жирных кислот (ЛЖК), которые на

второй стадии с помощью других бактерий в отдельном реакторе,

куда ЛЖК переносятся потоком циркулирующей жидкости, превра­

щаются В метан И СО2. В качестве образца ДЛЯ отрабоТКИ ТеХНОЛО­

ГИЧеСКИХ параметров процесса использовалась измельченная соло­

ма. Показано, что для максимальной утилизации органической фрак­ ции твердых муниципальных отходов при· анаэробной переработке

О> О> >~'>

										Таблица 19 7
Источник	Место-	Тиn	Рас>. од	Загряз-	Объем	Т. "С	Н<ЗГ(6ЗКJ Время			Эффеk	Год
СТОЧНЫХ БОД	нахождение	реактора	CTOJ,~,	ненность	реактора,		по	в.	обра-	тивность	ввода
			мЗ/сут	стока	мЗ		КГ ХПК		ботки,	по хпк
				(ХПК/БПК),			М$	сут	ч	(rю БПК),
				мr/JJ						%
UБП	Швеция	Контактный	8700	3500/1300	12000	30 40	2,5		34	67 (нет	1983
										данны>.)
ЦБП	ФРГ	UASD	1500	15000/7500	1500	Нет	1,5		24	80 (90)	1987
						данных
ЦБП	Франция	UASD	2300	3600/1700	1000	То же	8,5		10,2	75 (85)	1987
Произuодство Нидер.~анды		UASD	470	30000/нет	1280	-))-		ll	65	95 (нет	1987
феноJJа				данных						данных)
Производство Исnания		Анаэробныи	ll70	16000/нет	1800	37	10,2		37	80 (нет	1986
3НТИбИОТИ\\ОВ		биофиJJьтр		данных						данных)

.с

"'n

__,

.,..

::::

3:

о

:с

"',

о

"'d

:s:

...:с,

:s: w

"'

Е

"',

"'

о

:>:

"'d

'-<

~

"'

о

Е

(!>

"''

n

"'d

~

g:

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

665

с целью получения энергии и удобрений для сельского хозяйства в

обрабатываемую массу не должна добавляться вода. Удельный

выход газа - 500 .л на килограмм сухого органического материала

Получаемый газ на 60% состоит из метана. Удельная нагрузка аrу­

парата для анаэробной переработки - 1О кг органического сухого

материала на 1 мз газа в сутки.

Продолжается поиск эффективных способов бисразложения полимерных отходов. Для ускорения продвижения в этом направле­

нии необходимо расширять производство биораз.лаrаемых полиме­ ров и одновременно вести разработки эффективных систем сбора и

сортировки такого рода отходов.

В последнее время растет интерес к использованию биотехноло­

гий, особенно для обработки наиболее токсичных и опасных отхо­ дов. Это касается бисразложения пестицидов, нефти, фенолов для

обезвреживания отходов в почвах и в подземных водоисточниках.

Нельзя забывать, что сущестJзует общественный интерес к при­

менению генетически модифицированных микроорганизмов для

обезвреживания отходов, особенно в почвах окружающей среды.

Нет уверенности в том, что биотехнология является надеж­

ным и безопасным способом обеспечения экологической чистоты.

Поэтому при обсуждении перспектин эффективного использования

биотехнологии для обезвреживания различных отходов, в том числе особо опасных, всегда необходим контроль степени микробного за­

грязнения объектов окружающей среды и очищенных субстратов.

Использование отходов

в качестве вторичных материальных ресурсов

Рассмотрим возможности использования отходов производства и

потребления в качестве вторичных материальных ресурсов на при­

мере нефтехимической промышленности (НХП). В НХП так назы­

ваемыи материальный индекс, т.е. суммарный расход сырья и вспо­

могательных материалов на единицу массы готовой продукции (обыч­

но на 1 т), весьма велик, особенно в производствах органического

синтеза. Например, при производстве красителей он может состав­ лять от 5 до 35 т и более. Это обусловлено тем, что процесс произ­

водства красителей состоит из большого количества технологичес­

ких циклов. Естественно, что в таких случаях особенно остро стоит

вопрос о сокращении количества отходов, в том числе и об исполь­

зовании отходов в качестве вторичного сырья. Отходы могут быть

использованы в качестве вторичных материальных ресурсов (ВМР)

в народном хозяйстве как на предприятиях, где эти отходы образу-

666	Час т ь Il. Мониторинг и защита окружающей среды

ются, так и за их пределами. К ВМР не относятся возвратные отходы

производства, которые могут быть использованы повторно в качестве

сырья в том же технологическом процессе, где они образуются.

На предприятиях органического синтеза обычно идет комплекс­

ная физико-химическая переработка сырья, в результате которой по­ мимо готового целевого продукта образуются побочные продукты и

отходы производства. Побочные продукты - продукты физико-хи­

мической переработки сырья - не являются целью основного про­

изводства. Они образуются параллельно с основным продуктом и могут быть использованы в качестве как исходного сырья на других производствах, так и готовой продукции. Побочные продукты неред­

ко являются товарными, т.е. имеют нормативные документы и цену.

Нередко производитель планирует их получение и сбыт наряду с основным продуктом. Отходы производства следует рассматривать как продукты физико-химической переработки сырья, не являющие­

ся целью основного производства, но они могут быть использованы

в качестве исходного сырья (или готовой продукции) после их пере­

работки.

Побочные продукты и отходы могут получаться как из-за содер­

жания в сырье компонентов, не используемых в данном технологи­

ческом процессе, так и в результате нежелательных, но неизбежных

в данном процессе физико-химических преобразований. По-настоя­ щему эффективным использование ВМР может стать при двух ус­ ловиях: во-первых, при наличии достаточно полной и легко доступ­ ной информации по источникам и накоплению реализуемых отходов; во-вторых, при выгодной экономической конъюнктуре.

Особенно широко отходы используются в химической промыш­

ленности. Например, на предприятиях фирмы <<Дюпон•>, исполь­

зующих процессы органического синтеза отходов производства ак­

рилонитрила и адипиновой кислоты, выпускается 15 различных

химических продуктов, а отходы, содержащие двухосновные эфиры,

ацетонитрил, 2-метилпентаметилендиамин, находят применение в качестве растворителей в химчистках.

Отходы производства диметилтерефталата используются для синтеза алкидных олигомеров, находит применение кубовый остаток от дистилляции после первой перекристаллизации. Олигомеры син­

тезируются из глицерина (14 ... 20%), таллового масла (40 ... 50%) и

КОДФ (36...43%). Отходы катализаторов при производстве моно­

меров (катализатор синтеза стирола КС-4) используются для полу­

чения пигментов в строительных лакокрасочных композициях. От­

ходы меламина в виде осадка от сульфирования с формальдегидом

используютсS! в производстве ПАВ-диспергаторов, а в производстве

Г л а в а 19. Обращение с отходами производства и потребления

667

катализаторов алкилирования бензола используют отходы кабель­ ной промышленности, содержащие алюминий. Не меньший интерес

вызывает использование отходов производства капролактама и про­

межуточных продуктов его получения.

Серьезной проблемой для нефтепереработки является утилиза­ ция отработанных катализаторов, особенно в Гидракренинге и кре­

нинге в псевдоожиженном слое. Например, в США ряд широко ис­

пользовавшихся ранее в дорожном строительстве отходов не приме­

няются в связи с законом, принятым в 1990 г., по которому любые опасные отходы, имеющие стандартные методики переработки, за­ прещены к захоронению; при этом требуется выделение активных металлических компонентов: трисульфида молибдена; пентоксида

ванадия; тригидрата оксида алюминия и др.

Наглядный пример использования вторичных материальных ре­

сурсов на рис. 19.15, где показана схема применения реклобоя в

различных отраслях промышленности.

Особенности термических методов переработки ТБО

Твердые бытовые отходы представляют собой гетерогенную смесь, в которой присутствуют почти все химические элементы в

виде различных соединений. Наиболее распространенными элемен­

тами являются углерод, на долю которого приходится около 30%

(по массе) и водород (4% по массе), входящие в состав органичес­

ких соединений. Теплотворная способность отходов во многом оп­ ределяется именно этими элементами. В промышленно развитых ев­

ропейских регионах теплотворная способность ТБО составляет

(7955 ... 10 045) · 103 Дж/кг, а в ряде случаев достигает 13816. 103

Дж/кг, и прогнозируется дальнейший рост теплотворной способ­

ности отходов, что окажет влияние на конструктивные особенности элементов термического оборудования.

Сжигание ТБО, как правило, является окислительным процес­ сом. Поэтому и в камере сжигания превалируют окислительные ре­ акции. Главными продуктами сгорания углерода и водорода являют­ ся соответственно С02 и Н20. При непалнам сгорании (условия не­

дожога) образуются нежелательные продукты: монооксид углерода

СО; низкомолекулярные органические соединения; полицикличес­

кие ароматические углеводороды; сажа и др. Аналогичные соедине­ ния могут быть продуктами реакций, происходящих в зоне более

холодных элементов оборудования (например, на выходе из печи,

на станции газоочистки и т.п.). При сжигании необходимо учиты­

вать, что в ТБО присутствуют потенциально опасные элементы, ха-

	Промышленность строительных и	1.	.1	Стекольная nромышленность
1	теnлоизоляционных материалов	1	1	1

~ J,

J,

~

"'

"'

Облицовоч·

Строитель-

Бетон

Пеностекло

Варка стекла

Стекловолокно

ная nлитка

1

1

1

ные кирnичи

(до60%

(до95%

(до 100%

(70%несор-

несорти-

несорти-

несорти-

тированного

рованного

рованного

Полубелое

Зеленое

рованного

Листовое

Жгуты

стеклобоя)

стеклобоя)

стеклобоя)

стеклобоя)

(20%

(до40%

(до 100%

(100%

возврат-

nокуnного

nокуnного

стеклобоя)

Отходы

ного боя)

боя)

боя)

стекла

Дорожное строительство

1

L-----

.j,

--------..

1

Стеклянные шарики (100% стеклобоя)

Гласфальт

Герметизирующий

Нижние слои

~

IL""_

_..у

~

-

дорожного по-

Насадки

Детали

(45...73%

состав

<1

(до 60% стеклобоя)

крытия (20...30%

реакционных

Укра- -~

1

Теле- и

dll

11 Мелющие

стеклобоя)

микро-

тела

стеклобоя)

аnnаратов

шения

1киноэкраны

оnтики

l

~

Прочие области nрименения

1

\11

\11

'111

'111

\11

Сенеуnоры

Абразивные материалы

Электротехническая

Стеклосмазка

Стеклокрошка

nромышленность

(до90%

(до 80% очищенного

(до 100% nромышленных

( 100% несортированного

(90... 95% nромышленных

nироnnавкого стекла)

стеклобоя)

отходов стекла)

стеклобоя)

отходов стекла)

1

Наnолнители (90...96% nромышленных отходов стекла) J

---

Наnолнители nластмасс

----

J,

....

1

Наnолнители красок

1

1 1 Наnолнители резины

1

Рис. 19.15 Основные направпения использования стеклобоя

со

со

00

...с

"'(")

-1

о-

:s:

о

:r:

:::

....,

о

-о

:::

:r:

....,

"'

"'

;g

:::

-1

"'

о

:>:

-о

'<

~

"'о

~

"''

(")

-о

р"'

S!:

Г л а в а 19. Обращение с отходами nроизводства и nотребления

669

рактеризующиеся высокой токсичностью, высокой летучестью. На­

пример, различные соединения галогенов (фтора, хлора, брома),

азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова,

ртути). .

В табл. 19.8 приведено сравнительное содержание в ТБО и зем­

ной коре ряда опасных элементов 15]. Из таблицы видно, что содер­

жание в ТБО галогенов, серы и тяжелых металлов на 1... 2 порядка выше, чем в земной коре.

			Таблица 19.8
Оnасных элемент		Содержание, г/т
	в ТБО		в земной коре
Хлор	5000... 8000		150
Бром	30	... 200	2,4
Сера	1000... 3000		500
Медь	200	... 1000	60
Uинк	600	... 2000	70
Свинец	400	... 1000	14
Ртуть	0,5 ... 5		0,1
Кадмий	5	... 15	0,15

Вусловиях сжигания ТБО галогены преимущественно находятся

вформе их соединений с водородом (HCL, НВг, HF), яв.ляющихся

наиболее устойчивыми продуктами сгорания. Сера преимуществен­

но (до 70%) переходит в нелетучие сульфаты, попадающие в шлак,

и в .летучий диоксид серы S02. Все летучие продукты реакций по­ падают в дымовые газы. В неочищенных дымовых газах примерные

концентрации выбросов, мг1мз, составляют: HCL - 300... 1000;

HBr- 100... 500; HF- 2... 10; S02 - 100... 500. Сухие ТБО содер­

жат около l% азота (по массе), основным продуктом окисления ко­

торого является монооксид азота NO. Его обычная концентрация в

неочищенном газе 200:..400 мг1мз. Некоторые содержащиеся в ТБО

тяжелые металлы (железо, хром, никель) не образуют летучих про­

дуктов при сжигании и в основном переходят в шлак. Из летучих

металлов свинец и кадмий образуют хлориды, уносящиеся с дымо­

выми газами. При охлаждении дымовых газов до 200оС они конден­ сируются и улавливаются вместе с золой на стадии газоочистки. В то же время один из наиболее токсичных металлов - ртуть, и ее соединения остаются г.лавным образом в газовой фазе и при более

низких температурах.

За последнее десятилетие содержание в ТБО тяжелых металлов

резко повысилось за счет отработанных сухих гальванических эле-

670	Час т ь II Мониторинг и защита окружающей среды

ментов, аккумуляторов, ламп накаливания, люминисцентных ламп,

синтетических материалов (красители, стабилизаторы), металли­

ческих покрытий кожи и др. Например в Германии в одной тонне ТБО в среднем содержится 300 г сухих батарей, в результате чего

в городах с населением 0,5 млн человек накапливается ежегодно около 50 т лома сухих бат~рей. Содержание ртути в этом ломе ко­

леблется в пределах 1...25%, а в ломе никель-кадмиевых аккумуля­

торов содержится около 15% кадмия. Общее содержание кадмия в ТБО Германии составляет 10.. .15 мг/кг. Основными источниками

кадмия являются синтетические материалы и батарейки. При сжи­

гании ТБО 90% кадмия попадает в дымовые газы и осаждается в основном на мелких (менее 2 мкм) частицах летучей золы. Поэтому

при газоочистке задача во многом евадеится к максимально полному

улавливанию летучей золы, которая характеризуется высоким со­ держанием не только кадмия, но и свинца и других металлов. По

данным практики, концентрация металлов в отходящих газах при

сжигании исходных ТБО в 10... 100 раз превышает концентрацию

металлов в отходящих газах энергетических установок, работающих на каменном угле, т.е. тяжелые металлы являются специфичес­ кими выбросами мусорасжигательных заводов.

В процессе сжигания ТБО, особенно в условиях недожога, об­

разуются весьма токсичные соединения - полихлордибензодиокси­

ны и полихлордибензофураны, структурные формулы которых при-

ведены на рис. 19.16.

'

Существует два принципиальных механизма образования днок­

синов и фуранов:

•из углерода в процессе его окисления при избытке кислорода

вприсутствии соединений хлора и соединений меди как катализа­

торов (в реакции практически участвуют углеродсодержащие час­

тицы летучей золы, хлориды, источником которых могут быть хлор­

содержащие пластмассы типа ПВХ, и соединения меди);

• из соединений, которые уже имеют похожую структуру, на­

пример из хлорбензолов и хлорфенолов (содержание, например, гек­ сахлорбензола в ТБО обычно невелика - 0,0005 г1т, но иногда до­

стигает 0,014 г1т)

Рис 19 16 Структурные формулы токсичных соединений

Г л а в а \9 Обращение с отходами производства и потребления

671

Можно отметить два основных пути образования диоксинов и фуранов при термической переработке ТБО:

•первичное образование в процессе сжигания ТБО при темпе­

ратуре 300... бооос;

•вторичное образование на стадии охлаждения дымовых газов,

содержащих HCI, соединения меди (железа) и углеродсодержащие

частицы при температуре 250.. .450°С (реакция гетерогенного оксих­

лорирования частиц углерода).

Температура начала распада диоксинов 700°С, нижний темпера­

турный предел образования диоксинов 250... 350°С.

Для того чтобы при сжигании на стадии газоочистки обеспечить

снижение содержания диоксинов и фуранов до требуемых норм

(О,1 нг/мз), должны быть реализованы так называемые первичные

мероприятия, в частности <<правило двух секунд>>, - геометрия печи

должна обеспечить продолжительность пребывания газов не менее

2 с в зоне печи с температурой не менее 850°С (при концентрации

кислорода не менее 6%).

Стремление к достижению при сжигании максимально высоких температур и созданию каких-либо дополнительных зон дожигания не решает полностью проблему снижения концентрации диоксинов

в отходящих газах, так как не учитывает способности диоксинов к новому синтезу при снижении температуры. Высокие температуры приводят к увеличению выхода летучих компонентов и росту выбро­

сов опасных металлов.

Теоретически возможны два способа подавления образования

диоксинов:

• связывание образующегося при сжигании ТБО HCI с помо­

щью соды, извести или гидроксида калия;

•перевод в неактивную форму ионов меди и железа, например

связывание меди в комплексы с помощью аминов.

В заключение приведем ряд положений относительно переработ­

ки ТБО.

1. В промышленной практик.е в настоящее время применя­

ют два .метода термической переработки ТБО, основанные на

принудительном пере.мешивании и пере.мещении .материала:

•слоевое сжигание на колосниковых решетках при температу­

ре 900.. .1000°С;

• сжигание в кипящем слое при температуре 850... 950°С (этот

режим сжигания является экологически и технологически обосно­

ванным).

На подавляющем ~ольшинстве заводов в различных странах

мира используется технология слоевого сжигания с использованием

672	Час т ь II Мониторинг и защита окружающей среды

в основном переталкивающих решеток. Такую технологию можно назвать традиционной.

Сжигание в кипящем слое, требующее обязательной подготовки

отходов к такому процессу, распространено значительно меньше

(Япония, отдельные заводы в США, Норвегии, Испании), хотя в на­

стоящее время проектируются и строятся заводы в России, Италии,

Германии.

Основными преимуществами современных методов термической переработки являются·

•снижение объема отходов в 10 раз;

•эффективное обезвреживание отходов;

•попутное использование энергетического потенциала органи­

ческих отходов

Эффективность термической переработки ТБО определяется

технологией процесса, составом отходов и степенью их подготовки

к сжиганию.

При прочих равных условиях большое значение имеет количе­

ство и распределение дутьевого воздуха, зависящее от площади жи­

вого сечения колосниковых решеток. Наиболее эффективную аэра­

цию, судя по результатам практического использования, обеспечи­

вают топочные устройства германской фирмы Steinmuller с площа­

дью живого сечения решетки 1,5 .. 2,5%. Для сравнения следует от­

метить, что площадь живого сечения решеток германской фирмы

Martin- 1,2 ... 1,7%, а швейцарской фирмы Von Roll- 1,5%. То­

почные устройства фирмы' Steinmuller наряду с аналогичными уст­

ройствами германской фирмы Noell наиболее Приспособлены для

сжигания отходов nеременнога состава с переменной теплотворной

способностью, при этом стабилизация состава сжигаемого сырья во всех случаях улучшает термический процесс.

Оригинальность системы распределения воздуха в топке и кон­ структивных решений путем объединения колосников в решетку по­

зволило фирме Steinmuller получить технико-эксплуатационные ха­

рактеристики, превосходящие результаты других ведущих фирм. До­

стоинства конструкции заключаются еще и в простоте конструкции;

высокой надежности в работе, легкости обслуживания и ремонта;

относительно низких эксплуатационных расходах; малом пылевыно­

се, малом выходе недожога. Не случайно более трети всех заказов на строительство новых заводов в Германии получила именно фирма Steinmuller. Германия как страна с наиболее жестким природаохран­

ным законодательством может служить своеобразным эталоном для

оценки применения прирадоохранных технологий. Фирма Stein-

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

673

muller производит не только топочную технику, но и котельное обо

рудование. Он'а частично размещает заказы на изготовление cuoeJ·o

оборудования на российских заводах с целью снижения его стои

мости.

Взаимодействие с фирмой Steinmuller при решении в России 1111

просов комплектных технологических поставок для термическо11

переработки ТБО представляется обоснованным и целесообразным 2. Основные недостатки традиционных процессов сжигаiЩ/1

ТБО, получивших распространение в мировой практике:

• большой объем отходящих газов (4500 ... 6000 м3 /т сжИГIН'

мых отходов);

•образование значительного количества шлака (25% по мас1 1

исходного);

•образование токсичной летучей золы (выход 3 ... 5% по массr)

Для снижения количества отходящих газов и одновременно ДJIII

улучшения их состава и, следовательно, сокращения затрат на ве<·t.

ма дорогостоящую газоочистку работы ведутся в двух направлениях

•сокращение с помощью сортировки количества отходов, 1111

правляемых на термическую переработку, и оптимизация их состав,,

с точки зрения гомогенизации, повышения и стабилизации тенло

творной способности, снижения содержания вредных и балластных

компонентов и др.;

•совершенствование собственно термического процесса и обо­

рудования, т.е. оптимизация подачи дутьевого воздуха, а также со­

вершенствование конструкции топочных устройств, использование обогащенного кислородом дутья и разработка новых термических процессов и оборудования.

3. Из новых разработок в области слоевого сжигания наибо­ лее перспективен процесс паравоздушной газификации при тем­ пературе /200оС в плотном слое кускового материала, разрабо­

танный ИХФЧ РАН в Черноголовке и отрабатываемый в Фин­

ляндии.

Преимущества новой технологии весьма существенны:

•простота оборудования для реализации технологии; пиролиз

игазификация отходов осуществляются в одном аппарате, nричем

не требуется устройств для перемешивания и перемещения мате­

риала;

•высокий тепловой КПД реактора газификации;

•экологические преимущества благодаря малому золоуносу;

низкой температуре синтез-газа на выходе из реактора и, как след­

ствие, отсутствию в нем летучих металлов; очень низкой вероятное-

674	Час т ь II Мониторинг и защита окружающей среды

ти образования дибензодиоксинов и дибензофуранов в восстанови­ тельной среде,

• возможность реализации упрощенной газоочистки по сравне­

нию с традиционным слоевым сжиганием.

4. В стадии опытно-экспериментальной апробации и техни­

ческих предложений находятся высокотемпературные процес­

сы термической переработки ТБО, реализуемые при температу­

рах выше температуры плавления шлака ( IЗОООС) и позволяющие

получить в остеклованной форме экологически безвредный шлак и в ряде случаев снизить объем отходящих газов.

Для высокотемпературной термической переработки ТБО в Рос­

сии предложено использовать металлургические процессы: процесс

Ванюкова; фьюминг-процесс; процесс <<Пироксэл•>; доменный про­ цесс. В зарубежной практике изучаются комбинированные техноло­

гии: пиролиз-сжигание (процесс Siemens); пиролиз-газифика­ ция-сжигание (процессы Noell и Thermoselekt). В металлургичес­

ком процессе Ванюкова, процессах Noell и Thermoselekt использу­

ется обогащенное кислородом дутье, что обеспечивает снижение объема отходящих газов и дает возможность упрощения газоочист­

ки. Ни один из высокотемпературных методов пока не нашел про­

мышленного применения.

Как показывает анализ, механический перенос металлургичес­

кого оборудования, предназначенного для плавки минерального сырья, на процессы термической переработки ТБО, содержащих

60... 70% органических фракций, неправомерен, так как он недоста­

точно отработан и не имеет никаких технологических и экологичес­ ких преимуществ. Исключение представляет процесс электроплав­

ки, который уже находит практическое применение, но не для сжи­

гания всей массы исходных ТБО, а для переплавки шлаков слоевого сжигания с целью их обезвреживания. По-видимому, практика при­ менения электропечей для обезвреживания шлаков от сжигания

ТБО может расширяться Что касается комбинированных термических технологий, разра­

батываемых в европейских странах, то возможность их широкого

практического применения зависит от чисто практических критери­

ев, поскольку никаких существенных экологических и экономичес­

ких преимуществ такие технологии по сравнению с хорошо отрабо­

танными традиционными термическими процессами не имеют.

Все технологии, разрабатываемые в западных странах и связан­

ные с газификацией отходов, уступают отечественным разработкам в этой области.

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потреблени11

171

5. Основная тенденция развития мусорасжигания заключа ется в переходе от прямого сжигания ТБО к оптимизирова11ному

сжиганию выделенной из ТБО горючей (топливной) фракции н 11

переходе сжигания как процесса ликвидации ТБО к сжиганию как

процесс.у, обеспечивающему наряду с обезвреживанием отходов Гt>

нерирование тепловой и электрической энергии.

Крупные мусорасжигательные заводы являются также достато•1

но крупными производителями тепловой и электрической энерпш. Однако дорогостоящая газоочистка ухудшает экономические пока·

затели таких заводов. В связи с этим повышается роль прямого вое· становления материалов, попадающих в отходы путем: обогащения

отходов, реализации первичных мероприятий, облегчающих гаэоо·

чистку; уменьшения потока отходов, направляемых на сжигание за

счет селективного сбора и сортировки; стабилизации состава отхо·

дов; выделения перед сжиганием не только полезных, но и опасных

компонентов и др.

Современные промышленные термические процессы экологичеt·· ки безопасны при условии сжигания подготовленных на основе се­ лективного сбора или механизированной сортировки ТБО и при ис·

пользовании современных технологий газоочистки.	1

б. При выборе технологий и оборудования для переработки

российских ТБО необходимо учитывать различие в составе и свойствах ТБО России и зарубежных стран. Как показывает опыт

эксплуатации построенных на территории СНГ и укомплектованных импортным оборудованием мусорасжигательных заводов, механи­ ческий перенос европейского оборудования в условия СНГ не явля­

ется оптимальным решением, так как практически отсутствует раз­

дельный сбор ТБО, а также далеки от совершенства технологии сбора и вывоза отходов, что в конечном счете приводит к высокому

содержанию в ТБО влаги, негорючих и опасных в экологическом

отношении компонентов.

19.5.Роль безотходных и малоотходных технологий

вnроцессе обращения с отходами

Создание безотходных производств относится к весьма сложно­

му и длительному процессу, промежуточным этапом которого явля­

ется малоотходное производство. Уровень воздействия продуктов

таких производств на окружающую среду не превышает уровня, до­

пустимого санитарно-гигиеническими нормами. При этом по техни­

ческим, экономическим, организационным или другим причинам

676	Час т ь П Мониторинг и защита окружающей среды

часть сырья и материалов может переходить в отходы и направлять­

ся на длительное хранение или захоронение.

В соответствии с действующим в России законлдательст­ вом предприятия, нарушающие санитарные и экологические

нормы, должны быть реконструированы или закрыты, иными

словами, все современные предприятия должны быть малоот­ ходными и безотходными.

При организации производственных процессов, обеспечиваю­

щих условия малоотходного производства, предприятия вынуждены

часть сырья направлять на длительное хранение или захоронение.

Возникает необходимость количественной оценки этого сырья.

В ряде отраслей промышленности России такие количественные по­

казатели уже приняты. Например, в цветной металлургии применя­

ется коэффициент комплектности, который определяется по фор­

муле

(19.1)

где Mn - количество полезного вещества, извлекаемого из пере­ рабатынаемого сырья, т; Мвколичество всего перерабатываемого

сырья, т.

Этот показатель колеблется в зависимости от уровня техноло­ гических процессов и организации производства. Так, на ряде пред­

приятий отрасли он равен 80% и более.

В угольной промышленности применяется коэффициент безот­

ходности, который определяется по формуле

kб = 0,33 (k п + k ж + k;),		(19.2}
6	6

rде k~1 - коэффициент использования породы, образующейся при

горных выработках; k6ж - коэффициент использования попутно за­

бираемой воды при добыче угля (сланца); kt- коэффициент исполь­

зования пылегазовых отходов.

Добыча угля является одним из наиболее материалоемких и экологически сложных производств народного хозяйства. Для этой

отрасли установлено, что производство будет малоотходным, если k6 = 75%. Этот показатель может быть значительно повышен,

если наряду с добываемым сырьем используются отвалы, образовав­

шиеся в предыдущие годы.

В первом приближении, если значение коэффициента безотход­

иости или коэффициента комплектности превышает 75%, то произ­

водство может быть отнесено к категории малоотходных, а если зна­

чения этих коэффициентов больше или равны 95%, производство

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

677

можно считать безотходным. Такой подход справедлив и для других

материалоемких отраслей.

Создание безотходных производств требует решения сложных

организационных, технических, технологических, экономических

задач. Однако в настоящее время есть предприятия, которые смело можно отнести к безотходным производствам. Например, отдельные

глиноземные заводы (Волховский, Пикалевский) перерабатывают

нефелин в глинозем, соду, поташ и цемент практически по схеме

безотходных производств. При этом эксплуатационные затраты на

производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из

нефелинового сырья, на 10... 15% ниже затрат при получении этих

продуктов другими промышленными способами. Для разработки и

внедрения безотходных производств можно выделить ряд взаимо­

связанных принципов.

Например, принцип системности, лежащий в основе создания

безотходных производств, позволяет учесть усиливающуюся взаи­

мосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и при­

родных проце<;сов. Это подтверждается тем, что каждый отдельно взятый процесс или производство необходимо рассматривать как элемент динамично развивающейся эколого-экономической систе­

мы, включающей, кроме материального производства и другой хо­ зяйственно-экономической деятельности человека, природную среду

(популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека.

Другим важнейшим принц!-!по:vt создания безотходного производ­

ства является комплексность uспользования ресурсов, основан­

ныи на максимальном использовании сырьевых компонентов и энер­

гетического потенциала. Все сырье практически является комплекс­

ным, и в среднем более трети его количества составляют сопутст­

вующие элементы, которые могут быть извлечены то~ько при ком­ плексной его переработке. Например, в настоящее время почти все

серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20% золота

получают попутно в процессе переработки комплексных руд. Прин­ цип комплексного экономного использования сырья в России возве­

ден в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде

постановлений правительства. Конкретные формы его реализации

зависят от уровня организации безотходного производства.

Не менее важным принципом создания безотходного производ­ ства является цикличность материальных потоков. К цикличным

материальным потокам можно отнести замкнутые водо- и газаобо­

ротные циклы. Последовательное применение этого принципа долж-

678	Час т ь 1! Мониторинг и защита окружающей среды

но привести к формированию сознательно организованного и регу­

лируемого техногеиного круговорота вещества и связанных с ним

превращений энергии. Такой процесс развивается поэтапно, начи­

ная с регионов и распространясь на всю техносферу. Следует отме­ тить, что при разработке технологических процессов, обеспечиваю­

щих малоотходиость или безотходиость производства, необходимо выполнить требования по ограничению воздействия производства на

окружающую природную и социальную среды с учетом планомерно­

го и целенаправленного роста его объемов и экологического совер­

шенства. Это в первую очередь связано с сохранением таких природ­

ных и социальных,ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверх­ ность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Подчерк­

нем, что реализация такого подхода осуществима лишь в сочетании

с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормирова­

нием и многозвенным управлением природопользованием.

Еще одним определяющим принципом создания безотходного

производства является рациональность организации производст­

ва. Определяющими здесь выступают требования:

•разумного использования всех компонентов сырья;

•максимального уменьшения энерго- и трудоемкости производ­

ства;

• поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энерге­ тических технологий.

Это позволит снизить отрицательное воздействие на окружаю­ щую среду и уменьшить нанесенный ей ущерб. Конечной целью в

данном случае следует считать оптимизацию производства одновре­

менно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим

параметрам. Основным путем достижения этой цели является раз­

работка новых и усовершенствование существующих технологичес­

ких процессов и производств.

Совокупность работ, связанных с охраной окружающей среды и рациональным освоением природных ресурсов, позволяет сформули­ ровать главные направления создания мало- и безотходных про­

изводств к ним относятся.

•комплексное использование сырьевых и энергетических ре­

сурсов;

• усовершенствование существующих и разработка принципи­

ально новых технологических процессов и производств и соответст­

вующего оборудования;

• внедрение водо- и газаотборных циклов на базе эффективных

газо- и водоочистных методов;

Г л а в а 19 Обращение с отходами производства и потребления

679

•кооперация производств с использованием отходов одних про­

изводств в качестве сырья для других и создание безотходных тер­

риториально-произведетвенных комплексов.

При совершенствовании существующих, а также при разработке принципиаль!i.о новых технологических процессов необходимо со­ блюдение ряда общих требований:

•осуществление произведетвенных процессов с использовани­

ем минимально возможного числа технологических стадий (аппара­

тов), так как на каждой из них образуются отходы и теряется сырье;

•применение непрерывных процессов, позволяющих наиболее эффективно использовать сырье и энергию;

•увеличение единичной мощности агрегатов до оптимальных значений;

•интенсификация произведетвенных процессов, их оптимиза­

ция и автоматизация;

•создание энерготехнологических процессов, позволяющих

полнее использовать энергию химических превращений, экономить

энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производитель­

ность агрегатов.

Примерам таких производств служит крупнотоннажное произ­ водство аммиака по энерготехнологической схеме.

При организации безотходных производств большое значение

имеет кооперирование предприятий различных отраслей промыш­

ленности.

Рациональная переработка минерального сырья предполагает ис­

пользование его исходных компонентов, так как по количеству от­

ходов, образующихся в том или ином технологическом процессе, в

значительной мере можно судить об эффективности использования

первичного сырья. В то же время образование отходов является

одним из основных факторов, определяющих масштабы вредного

воздействия производства на окружающую среду. Следовательно, в

качестве показателя экологичности технологического процесса

может использоваться такой критерий, как количество отходов. Кроме количественной оценки отходов возникает необходимость

учета их качества, позволяющего определить токсичность компонен­

тов отходов и их опасность для окружающей среды. Хотя в настоя­

щее время нет единой типовой методики оценки экологического со­

вершенства технологии посредством учета количества отходов, тем

не менее в ряде отраслей промышленности такая оценка проводится

по конкретным видам производства.

Например, оценку экологического совершенства химических процессов и удельного образования отходов целесообразно прово-

680	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

дить по методике, разработанной В. Ремезом, А. Шубиным и др., в

которой критерий экологичности Кэк предлагается считать по фор­

муле

		С ж		С'	С т	(19.3)
К	"ж	t	"'	t "т	t
	эк= LJ т,	ПДК	+ LJ т,	ПДК' + LJ т,	пдкж•
		1		1	1

где т,ж, т,", т,т- количество i-го токсичного компонента жидких,

газообразных и твердых отходов соответственно; с,ж, С,', с,т- кон­

центрация i-го компонента в жидких, твердых, мг1дмз, и газооб­ разных мг1мз, отходах;ПДК,ж - предельно допустимая концентра­

ция i-го компонента в воде рыбахозяйственных водоемов, мг1дмЗ;

пдк;- предельно допустимая концентрация i-го компонента в воз­

духе населенных мест, мг1мз.

Для оценки токсичности твердых отходов предполагается ис­

пользование Пдкж, так как при хранении твердых отходов возмож­ но их растворение в атмосферных осадках, сточных и грунтовых

водах.

Как видно из (19.3), критерий экологичности учитывает жидкие,

газообразные, твердые отходы. При этом количество i-го компонента

в жидких отходах

		2		4		сжQп
ж	-		,		.	1о-5 - '--	,	(19.4)
т,						р

где Q - количество жидких отходов, мЗ1ч; n -число рабочих дней

в году; Р - количество выпускаемой продукции, т1год

При расчете первых двух слагаемых в (19.3) учитываются все

источники жидких и газообразных отходов. Так, для газообразных выбросов для каждого j-го источника количество i-го токсичного

компонента рассчитывается по формуле

т'1 = C'JV · lQ-6			,	(19.5)
t	l	1

где с;1 - концентрация i-го компонента в j-м источнике, мг1мЗ; V1 - объем выбросов в j-м источнике, мз1ч.

Количество i-го токсичного компонента, выбрасываемого с газо­

образными отходами j-м источником (т;), определяется суммирова­

нием т,'J по i-му компоненту с учетом рабочего времени:

г 2	.	т'J n
		10-2 - ' -	( 19.6)
т,=		р .

Средняя концентрация i-го компонента в газообразных отходах

рассчитывается по уравнению

Г л а в а 19 Обращение с отходами nроизводства и nотребления

681

r	L С{ v/
с..	= L v ,	(19.7)
	1

где L v/ - общий объем вредных выбросов, мЗ1ч.

Количество i-го токсичного компонента в твердых отходах

( 19.8)

где Тт - количество твердых отходов, т1год; r1 - содержашн• {-ro токсичного компонента (элемента) в твердых отходах, %

В идеале, т.е. при безотходной технологии, коэффициt'lll' К,к

равен нулю.

Предложенный критерий имеет четкую экологическую !IIOЧII

мость, так как его значение зависит от количества отходов и от 1111

токсичности, определяющих воздействие технологического процrt

са на окружающую среду. Следовательно, он может быть иcriOJJI>~o

ван для сравнения традиционных технологических процессов полу

чения товарной продукции с перспектинными безотходными и MaJto отходными технологнями, что существенно облегчает оценку б~:iО 1

ходности.

Совершенствование технологических процессов основного прон:~ водства и применение передовых технологий селективного разделе

ния и взаимопревращения различных веществ способствуют уме111. шению отходов, т.е. позволяют получить безотходное или M8JI•t

отходное производство. Однако необходимо отметить, что с нaчiiJt.t 1990-х гг. доля таких производств не увеличилась, так как в ряде о 1 раслей ваблюдался значительный спад производства. В этих услон11

ях ни о каких новых технологиях не могло быть и речи. Ситуациsr yry губляется еще и тем, что Россия переживает сложные в экономичt'l

ком отношении годы. Доля износа производственных фондов стрем11

тельно увеличивается и в отдельных производствах составлн{' 1

80... 85%. Практически приостановилось технологическое перевоору

жение в ряде отраслей. Сложившаясн ситуация в народном хозяйст1н·

свидетельствует о том, что именно в данный момент необходимо BHt'JI рять малоотходные и безотходные технологии, так как при нарастшо

щих темпах накопления отходов население может оказаться заваЛt'llо

свалками промышленных и бытовых отходов и остаться без питьеnо11

воды, достаточно чистого воздуха и плодородных земель

Рассматривать все возможные направления создания малоотход

ных и безотходных производств по всем отраслям промышленност11

682	Час т ь 11 Мониторинг и защита окружающей среды

нет необходимости, так как многие процессы находят применение в

десятках отраслей. Поэтому в качестве примеров приведем возмож­

ные направления такой работы применительно к отдельным отрас­

лям и производствам.

Например, в энергетике для снижения отходов до уровня, со­

ответствующего малоотходному или безотходному производству, це­ лесообразно шире внедрять современные технологии сжигания топ­

лива, например, в кипящем слое, при котором снижается содержа­

ние загрязняющих веществ в отходящих газах. Необходимо приме­ нять пылеочистное оборудование с максимально возможным КПД. Полученную золу можно эффективно использовать в качестве

сырья, например, при производстве строительных материалов.

В горной nромышленности необходимо:

• внедрять разработанные технологии по полной утилизации от­

ходов как при открытом, так и при подземном способе добычи по­

лезных ископаемых;

• шире применять геотехнологические методы разработки мес­

торождений полезных ископаемых, стремясь при этом к извлечению

на земную поверхность только целевых компонентов;

•использовать безотходные методы обогащения и переработки природного сырья на месте его добычи;

•шире применять гидрометаллургические методы переработки

руд

В черной и цветной металлургии при создании новых и рекон­ струкции действующих производств необходимо внедрять техноло­

гии, обеспечивающие экономное и рациональное использование руд­ ного сырья и снижение отходов до уровня безотходных производств

Это может быть обеспечено:

• вовлечением в переработку газообразных, жидких и твердых отходов производства и снижением выбросов и сбросов вредных ве­

ществ с отходящими газами и сточными водами,

•широким внедрением многотоннажных отвальных твердых от­

ходов горного и обогатительного производства в качестве строитель­ ных материалов и закладкой выработанного пространства шахт, до­

рожных покрытий, стеновых блоков и т.д. вместо специально добы­

ваемых минеральных ресурсов;

•переработкой в полном объеме всех доменных и ферросплав­

ных шлаков, а также существенным увеличением масштабов пере­

работки сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии;

•резким сокращением расходов свежей воды и уменьшением сточных вод путем дальнейшего развития и внедрения безводных

технологических процессов и бессточных систем водоснабжения;

Г л а в а 19 Обращение с отходами nроизводства и nотребления

683

• повышением эффективности существующих и вновь создава­ емых процессов улавливания побочных компонентов из отходящих

газов и сточных вод;

•широким внедрением сухих способов очистки газов от пыли во все виды металлургических производств и изысканием более со­ вершенных способов очистки отходящих газов;

•утилизацией слабых (менее 3,5%) серосодержащих газов

переменнаго состава путем внедрения на предприятИях цветной ме­

таллургии эффективного способа - окисления сернистого ангидри­

да в нестационарном режиме двойного контактирования;

• ускорение внедрения ресурсосберегающих автогенных про­

цессов и в том числе плавки в жидкой ванне, что позволит не только интенсифицировать процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоресурсов, но и значительно оздоровить воздушный бассейн в районе действия предприятий за счет резкого сокращения объема

отходящих газов и получить высококонцентрированные серосодер­

жащие газы, используемые в производстве серной кислоты и эле­

ментарной серы;

• разработкой и широким внедрением на металлургических

предприятиях высокоэффективного очистного оборудования, а

также аппаратов контроля разных параметров загрязненности окру­

жающей среды;

• быстрейшей разработкой и внедрением новых прогрессивных

малоотходных и безотходных процессов, имея в виду бездоменный

и бескоксовый процессы получения стали, порошковую металлур­ гию, автогенные процессы в цветной металлургии и другие перспек­

тивные технологические процессы, направленные на уменьшение

выбросов в окружающую среду;

• расширение применения микроэлектроники, АСУ, АСУТП в

металлургии в целях экономии энергии и материалов, а также кон­

троля образования отходов и их сокращения.

Вхимической и н.ефтеперерабатывающей промышлен.н.ости

вболее крупных масштабах необходимо использовать·

•окисление и восстановление с применением кислорода, азота

ивоздуха;

•электрохимические методы;

•мембранную технологию разделения газовых и жидкостных

смесей,

•биотехнологию, включая производство биогаза из остатков

органических продуктов;

• методы радиационной, ультрафиолетовой, элеюроимпульс­

ной и плазменной интенсификации химических реакций.