Министерство образования и науки украины

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

ГОСУДАРСТВЕННОГО ВЫСШЕГО УЧЕБНОГО ЗАВЕДЕНИЯ

"ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра «Э и БЖД»

Конспект лекций

по дисциплине «Техноэкология»

Характеристика отходов. Методы переработки отходов

Составил:

д.т.н., проф. С.П. Высоцкий

ГОРЛОВКА 2007

1. Управление отходами

ХАРАКТЕРИСТИКА ОПАСНЫХ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Определения различны в зависимости от:

страны

законов

отрасли промышленности

Твердые опасные отходы характеризуются по:

ФОРМЕ:

Как сыпучие сухие или полусухие материалы, которые могут быть плотными, гранулированными или порошкообразными по своей природе.

Как концентрация разрозненных частиц, которые могут переноситься или распространяться потоками воды, сбросами жидкостей.

Как шламы, пасты или масляные концентраты, в том числе смазочные материалы.

СВОЙСТВАМ:

Представляя явную и наличную опасность для здоровья, создавая угрозу пожара, взрыва,

Отравления,развития опухлевых процессов, неконтролируемых химических последствий

"Отходами" являются подвижные объекты без прямого использования и сброшенные навсегда".

"Опасными" являются токсичные, горючие, воспламеняющиеся, реактивные, взрывчатые, коррозийные, радиоактивные, заразные, раздражающие, чувствительные, бионакапливающиеся ..." (каждые из которых имеют свои собственные потенциальные определения и пусковые механизмы)

Опасными отходами не является

• Это не отходы, сброшенные непосредственно в воздух или воду

• Это не просто твердые отходы или набор твердых отходов

- высококонцентрированные и опасные твердые вещества, смешанные с водой

- опасные жидкости и газы, удаленные помещением в контейнеры

• Это не радиоактивные или заразные

- требующие совсем другого контроля

"ОПАСНЫМИ ОТХОДАМИ" являются отходы [твердые, шламы, жидкости и помещенные в контейнеры газы], отличающиеся от радиоактивных [заразных] отходов, которые по причине их химической активности или токсичности, взрывчатости, коррозийной способности или другим характеристикам создают опасность или скорее всего создадут опасность для здоровья или окружающей среды, либо сами по себе, либо вступая в реакцию с другими отходами..." (UNEP 1985, с изменением в книге Ла Грега и др., 1994)

Промышленные источники опасных отходов

• Отработанные материалы

• Побочные продукты

• Обезвреживание

• Коммерческие химические продукты

- Очистка технологического оборудования

- Несоответствие спецификациям

- Случайные разливы или утечки

- Остатки из контейнеров

- Превышение сроков хранения

Особые правила и исключения

• Смешанные/производные

• Остатков обезвреживания

• Малые источники

• Городские сточные воды

• Отложения городских сточных вод

• Отходы горнодобычи

• Сельскохозяйственные отходы

• Загрязненная среда

• Вторичные материалы

Отрасли промышленности Донецкой области в порядке выработки отходов

Угледобыча (29,6)) Черная металлургия (27,6) Коксовое производство (9,1) Обогащение угля (8,1) Производство электроэнергии (7,5) Коммунальные услуги (4,0) Строительные материалы (3,3) Машиностроение (3,2)

Химическая и нефтехимическая (1,5)

• Транспорт (1,4)

• Производство огнеупорных материалов и флюса (1,2)

• Цветная металлургия (1,2)

• Гражданское строительство (0,9)

• Различные отрасли легкой промышленности (0,8)

• Пищевая промышленность (0,4)

• Сельское хозяйство (0,1)

( ) - % выплат по штрафам за выбросы отходов/загрязнение

Типы определений и основ для классификации

• Проверка по критериям опасности

- Особые стандарты и методы проверки по каждому критерию

• Составление списка по особым статьям

По источнику — особые отрасли промышленности и особые процессы

- По отходам — Например, коммерческие химические продукты, оставленные как отходы (брак, остатки в резервуарах и разливах)

- По веществу — перечисленные отдельно или по классу, на основе концентрации и проверки на летучесть/щелочность

- По степени потенциальной угрозы, представляемой для здоровья людей и окружающей среды, если их не контролировать должным образом. Проблемы, связанные с определениями и системами классификации

• "Да/Нет" определения используют те же требования контроля ко всем отходам в одной из двух категорий, независимо от многих промежуточных ситуаций в реальности

• Оценка рисков и методы оптимального управления отходами зависят от:

- Типов и степени опасности

- Опасных структурных компонентов, их концентрации, способности к перемещению, других физических и химических характеристик

- Конкретных факторов территории, например, потенциальных путей перемещения, путей взрыва, дозировок, мер по уменьшению опасности

• Использование более реалистичных систем может быть менее полезнымТехнологическая классификация систем по опасным отходам

• Использована для региональных перечней опасных отходов для изучения потребностей и возможности очистки, хранения и уничтожения средств

• Основанная на:

- Форме отходов/этапе

- Органическом/неорганическом (составе)

- Химическом классе

- Опасных структурных компонентов, препятствующих очистке

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ПО ОПАСНЫМ ОТХОДАМ

Основная категория	Характеристика	Пример
Неоргани ческие водные отходы	Жидкие отходы, состоящие главным образом из воды, однако содержащие . кислоту /щелочь и/или концентрированные растворы неорганических опасных веществ (например, тяжелые металлы, цианиды).	- Отработанная серная кислота от гальванизации - Отработанные едкие растворы от обработки металла - Отработанные аммиачные травители от производства электронных компонентов - Моющие растворы от электрического нанесения гальванического покрытия - Отработанные концентраты от гидрометаллургии
Органиче ские водные отходы	Жидкие отходы, состоящие главным образом из воды, однако содержащие присадки или разбавленные концентраты органических опасных веществ (например, пестициды).	- Моющие растворы после мойки контейнеров с пестицидами - Промывка химических реакторов и рецептурных смесителей
Органиче ские жидкости	Жидкие отходы, состоящие главным образом из воды, однако содержащие присадки или концентрированные растворы органических опасных веществ.	- Отработанные галогеновые растворители после обезжиривания металла и сухой чистки - Остатки дистилляции после производства химических промежуточных продуктов
Масла	Жидкие отходы, состоящие главным образом из непроизводительных масел.	- Использованные смазочные масла из двигателей внутреннего сгорания - Использованные гидравлические и турбинные масла после работы тяжелой техники - Использованные смазочно-охлаждающиеся жидкости для обработки резанием в машиностроении - Загрязненный топочный мазут
Неоргани ческие шламы/ твердые вещества	Шламы, пыль, твердые вещества и другие нежидкие отходы, содержащие неорганические опасные вещества.	- Шламы очистки сточных вод ртутного процесса в производстве хлора - Пыль от газоочистки в производстве стали и стекла - Отходы песка при коксовании - Известковый шлам при коксовании - Пыль от снятия заусенцев с хромированных частей в производстве сборных металлических деталей
Органиче ские шламы/ твердые вещества	Смолы, шламы, твердые вещества и другие нежидкие отходы, содержащие органические опасные вещества.	- Шламы от покрасочных работ - Остатки смол в производстве промежуточных продуктов лакокрасочного производства - Отработанная фильтровальная лепешка при производстве фармацевтических препаратов - Дистилляционные осадочные смолы в производстве фенола - Почва, загрязненная разлитыми растворителями - Твердая часть эмульсий от перегонки нефти

Источник: Lagera, Buckingham, and Evans. Hazardous Waste Management, McGraw-Hill, Inc., 1994.

Потребность Украине, начале контроля за проблемы, связанные с отходами.

• Унифицированный набор определений того, что представляют собой твердые опаснее отходы

• Современная система классификации отходов или набор критериев

• Современные критерии для проведения экспертизы рисков

Понимание и принятие или разработка ограничений по технике безопасности

Кооперация промышленности и приверженность организации, аудит и выявление отходов

Разработка унифицированного подхода к контролю за отходами посредством установления систем природоохранного контроля

КАТСГОРИИ ОТХОДОВ В УКРАИНЕ -ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ

ККод	ОПИСАНИЕ КАТЕГОРИИ	ПРИМЕРЫ
01	Остатки, не определенные иначе ниже	Необходимо определить
02	Продукты, которые не отвечают техническим требованиям или условиям производства	Забракованные изделия, например, некондиционная сталь
03	Продукты с просроченным сроком хранения	Растворители или катализаторы с просроченным сроком хранения
04	Материалы, разлитые или потерянные вследствие неосторожных действии	Загрязненные продукты, материалы, оборудование, имущество, загрязненных в результате разлива (например, протекающие подземные резервуары-хранилища).
05	Продукты и материалы, загрязненные, разбавленные или использованные (израсходованные) во время производственного потребления	Остатки очистки, излишний упаковочный материал, пустые контейнеры и металлические бочки
06	Продукты, которые забракованы или и< использованы (израсходованы)	Аккумуляторные батареи, израсходованные катализаторы
07	Материалы, которые больше не будут использоваться в производстве	Загрязненные или израсходованные кислоты и растворители, израсходованные соли термической обработки
08	Остатки производственных операций	Шлак, зола, остатки в бочках
09	Побочные продукты и концентраты, полученные в результате операций по борьбе с загрязнением	Шлам из влажных газоочистителей, пыль из циклонов/тканевых фильтров/электростатических осадителей, фильтровочной лепешки
010	Отходы (остатки) от операций по обработке металла	Металлическая крошка и наполнители, нагар
011	Остатки сырья, полученного от операций по добыче и обогащению	Отходы горнодобычи, неосветленные нефтепродукты, концентрированные шламы и отстой
012	Продукты и материалы, разбавленные известными опасными веществами или канцерогенами	Масла, содержащие полихлорбифенилы (ПХБ)
013	Материалы, вещества или продукты, запрещенные для использования по закону или нормативным актам правительства	Требуют определения
014	Продукты, материалы, упаковки, считающиеся больше непригодными	Мусор - бытовые отходы, постоянных, коммерческие, сельскохозяйственные
015	Загрязненные материалы, вещества ил" продукты, появившиеся в результате мелиорации загрязненных земель	Почвы, загрязненные нефтью в результате утечки из резервуаров
016	Материалы, вещества, продукты, определенные как отходы	Требуют определения"
	Производителем или Экспортером

ОПЕРАЦИИ, КОТОРЫЕ ВЕДУТ ИЛИ МОГУТ ПРИВЕСТИ К УТИЛИЗАЦИМ

ОТХОДОВ

Дополнение На к Закону Украины "Об отходах"

(воспроизводство, переработка, восстановление, прямое повторное использование

или альтернативная утилизация)

Код	Операции
Ri	Утилизация в качестве топлива (за исключением полного сжигания) или любой другой вид утилизации с целью получения энергии
R2	Воспроизводство (восстановление) растворителей
R3	Восстановление переработка органических веществ, которые не используются в качестве растворителей
R4	Переработка металлов и их соединений
R5	Утилизация других неорганических веществ
R6	Воспроизводство (восстановление) кислот и щелочей
R7	Воспроизводство (восстановление) компонентов, которые могут j быть использованы для борьбы с загрязнением (выбросами)
R8	Воспроизводство (восстановление) компонентов катализаторов \
R9	Повторная обработка использованных нефтепродуктов или другая | технология повторного утилизация использованных нефтепродуктов |
R10	Обработка земель (внесение удобрений), которая ускорит их использование в сельскохозяйственных целях или улучшит

Rll	Использование остатков материалов (отходов), возникших, в результате операций, указанных в пунктах R1-R10
R12	Обмен отходами, которые затем могут быть использованы для операций, указанных от пункта R1 до указанного пункта R
R13	Накопление и хранение материалов, подходящих для любой из операций, перечисленных в данном Дополнении
R14	Другие технологии утилизации, которые не перечислены выше

ОПЕРАЦИИ ПО УНИЧТОЖЕНИЮ ОТХОДОВ

Дополнение 11б к Закону Украины "Об отходах"

(которые непригодны для утилизации -воспроизводства, переработки,

восстановления, прямого повторного использования или альтернативной

утилизации)

	Код	Операция
	D1	Складирование на земле (насыпь) или под землей. Например, на свалке и т.д.
	D2	Помещение на земляную очистку (мелиорация).
	D3	Конечные компоненты и смеси, которые затем уничтожаются посредством какой-либо операцией, указанной в настоящем Дополнении. Закачивание под землю. Например, закачивание отходов соответствующей консистенции через скважины в соляные куполы или естественные резервуары.
	D4	Сброс в водные объекты (как правило, искусственные). Например, помещение редких или ?????? отходов в котлованы под фундаменты, пруды, накопители, отстойники, отстойные пруды и т.д.
X	D5	Помещение в специально оборудованные земляные строения (полигоны). Например, помещение в отдельные отсеки, которые закрыты сверху и изолированы друг от друга и от окружающей среды.
X	D6	Сброс твердых отходов в водные объекты, за исключением морей и океанов.
X	D7	Сброс в моря и океаны, в том числе помещение (захоронение) на дне моря.
	D8	Биологическая очистка, не упомянутая в других статьях настоящего Дополнения и в результате которой появляются конечные составляющие и смеси, которые затем уничтожаются посредством какой-либо операцией, указанной в настоящем Дополнении. */ в соответствии со статьей Закона "Об отходах" отходы должны быть уничтожены при помощи технологий, технологических процессов и операций, которые не представляют угрозы здоровью людей или окружающей среде.
X	D9	Физическое и химическое содержание, которое не откосится а другим статьям настоящего Дополнения и в результате которого образуются конечные составляющие и смеси, которые затем уничтожаются посредством какой-либо операцией, указанной в настоящем Дополнении. Например, испарение, сушка, обжиг, нейтрализация, осаждение и т.д.
	D10	Сжигание (озоление) на земле.
X	D11	Сжигание (озоление) на море.
	D12	Постоянное хранение. Например, в специальных контейнерах, шахтах и т.д.
	D13	Смешивание перед осуществлением любой операции, определенной в настоящем Дополнении.
	D14	Предварительная упаковка перед осуществлением любой операции, определенной в настоящем Дополнении.
	D15	Хранение в ожидании любой операции, определенной в настоящем Дополнении.
	D16	Методики уничтожения, отличные от перечисленных выше.

Оценка влияния опасных отходов

® Исторические точки зрения

• Общее влияние на здоровье и окружающую среду

• Токсикология и факторы человеческого риска

• Действующая в настоящее время Система классификации опасности

- как она действует

- ее сильные и слабые места

• Концепции и термины, которые необходимо включить в разработку новых стандартов

Античная история

© Отравление свинцом и Римской империи (2 000 лет назад)

• Промышленная революция - потрясающий рост населения, промышленной продукции, добыча ископаемых и интенсивное сельское хозяйство

• Опасные составляющие части в отходах и продуктах

• Уничтожение в окружающей среды

• Воздействие на людей и окружающую среду

• Сначала свинец и ртуть, затем синтетические органические химикаты

Новейшая история плохо контролируемых опасных отходов

® ДДТ - США

® Ртуть - Нидерланды, Япония

® ПХБ - Тайвань, Япония, США

® Севезо - Италия

® Бхопал - Индия

® Лав Кэнэл - США

® Другие примеры международного значения

Развитие науки о опасных отходах

• Не знали о постоянстве и подвижности окружающей среды

• Не знали о долговременных последствиях при существующих средствах токсикологии и эпидемиологии

• Кратковременная экономия средств вела за собой долгосрочные экологические последствия

Методы аналитическом химии значительно улучшились для того, чтобы определять частиц 10^-9 и менее

• Затем токсикология и эпидемиология стали выявлять влияние на здоровье человека и окружающей среды

Физическое окружение Климат и погодные условия Воздушная диффузия Почва и грунтовые воды

Условия, влияющие на перемещение загрязняющих веществ в почве и грунтовых

• Тип почвы

• Поверхностные воды

• Пополнение грунтовых вод

• Глубина залегания грунтовых вод

Течение грунтовых вод

Влияние на здоровье

Врожденное уродство и наследственные болезни

рак

болезни иммунной системы

нарушение функции почек

респираторные заболевания и болезни легких

нейротоксичные заболевания

ЧТО ТАКОЕ ТОКСИКОЛОГИЯ?

* Предмет, имеющий дело с различными явлениями, вызванными воздействием химических веществ на живые организмы.

КАКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ СУЩЕСТВУЮТ?

* Открытия и рекомендации лишь частично получены от людей. В основном, информация основана на экспериментах над животными.

* Неточность/отсутствие точности в:

- толковании реакции на токсины между видами животных

- экстраполяции от высокой степени воздействия, используемой в исследованиях с животными, до ситуаций с низкими дозами для обычного населения.

Оценки риска могут различаться на порядки значений!

Механизмы токсикологии

ОСТРЫЙ

Химическое разложение тканей

Локализированное воспаление " Отсутствие кислорода

Аллергические реакции

ХРОНИЧЕСКИЙ

Факторы, которые вызывают заболевание раком

Факторы, которые повреждают гены и хромосомы Факторы, которые вызывают различную патологию плода

ВАЖНЫЕ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ

ПОЛУЧАТЕЛЬ/РЕЦЕПТОР -Получатель или в некоторых случаях конкретный орган, который может быть поврежден опасным химическим элементом

РЕАКЦИЯ - Реакция реципиента или конкретного органа на избыточное воздействие токсичного химического соединения или отхода. Степень токсического действия.

ДОЗА - Количество химического соединения или его концентрация, воздействующего на получателя/рецептора на протяжении отрезка времени

СВЯЗЬ МЕЖДУ ДОЗОЙ И РЕАКЦИЕЙ - Частота определенного токсичной конечной точки среди населения

ПРИМЕР - LD50 ПАРАРЕНТАЛЬНО УКРЫС

Химический элемент	LD50 (мг/кг)
Этанол	13 000
Поваренная соль	3 800
Инсектициды	2 800
Аспирин	1 500
Никотин	50-50
Диоксин (TCDD)	0,02-0,05

ПЕРИОД ВОЗДЕЙСТВИЯ

Средства характеристики воздействия

Вид воздействия	Время реакции
Острое	Один день или менее
Подострое	10 дней или менее
Подострое хроническое	Две недели - семь лет
Хроническое	Семь лет - в течение всей жизни

ПРИМЕРЫ РАЗЛИЧНЫХ ЯВЛЕНИЙ, ВЫЗЫВАЕМЫХ СВЕРХ ДЛИТЕЛЬНЫМ

ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТОКСИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Канцерогенные химические вещества	Потенциальный канцерогенный эффект	Потенциальный неканцерогенный эффект
Мышьяк	Рак легких	Повреждение печени, фиброз легких, неврологические отклонения
Кадмий	Рак легких	Повреждение почек, остеопороз, анемия
Хр ом	Рак легких	Бронхит, повреждение печени и почек
Фосфорооргани ческие пестициды		Нейротоксичность, общее отравление
Хлорные органические соединения	Рак печени	Повреждение печени, неврологически е отклонения
Полихлорные ароматические углеводы	Рак легких, рак желудка, рак печени	Повреждение печени, дерматит

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОКСИЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В БЫВШЕМ

СССР

ПОДХОД

• Данные классификаторов по типам токсичных отходов сводятся в таблицу и излагаются в алфавитном порядке согласно классам токсичности.

• Базируется на расчетах коэффициента токсичности

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ:

• Возможное влияние отходов на окружающую среду и здоровье

• Включает в себя санитарные (по здоровью) уровни воздействия и параметры токсичности попытки определить воздействие токсичности через состав смешанных отходов

• Ограниченные критерии оценки класса токсичности (Форма анализа риска)

• Классы токсичности основываются на допустимых концентрациях (ДК) нехарактерных химических соединений в почве (в США эквивалентная терминология -разрешенные концентрации)

КОЭФФИЦИЕНТ ТОКСИЧНОСТИ -СССР

Кi=АС/(S + Cb)і

АС = Допустимая (разрешенная) концентрация в почве

S = Фактор растворимости в воде для химикатов

СЬ = Концентрация химического компонента в почве (тонн на тонну)

і = Вид химиката

КРИТЕРИИ КОЭФФИЦИЕНТА ТОКСИЧНОСТИ - СССР

Ki рассчитывается на основе 3 наиболее токсичных компонентов. Эти виды химикатов отбираются на основе наиболее низких значений K_t

Условие ограничений расчетов:

kі <кі+1< kі+2

2 kі ≥ kі+2

Общий коэффициент токсичности для твердых отходов:

К∑=1/n²∑ kі

Округление K_z до ближайшей имеющей значение цифры и применение критериев классификации степени опасности.

КРИТЕРИИ КЛАССИФИКАЦИИ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ - СССР

Коэффициент токсичности Ik,	Класс токсичности	Степень опасности
<2	I	Очень опасные
2-16	II	Высокоопасные
>16-30	III	Обычно или умеренно опасные
>30	IV	Незначительно опасные

КРИТЕРИИ КЛАССИФИКАЦИИ ОПАСНОСТИ (СССР) С ДРУГИМИ СИСТЕМАМИ

Министерство транспорта использует критерии оценки для определения опасности материала (не только отходов).

Вот обозначение паковочных групп:

Обозначение	Степень опасности
I	Чрезвычайно опасные или очень опасные
II	Обычно или умеренно опасные
III	Незначительно или малоопасные

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РИСКА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА БЫВШИЙ СССР

ЗА:

Оценка степени опасности или риска на основе отдельных коэффициентов токсичности.

Включает в себя несколько общепризнанных токсикологических принципов, таких как:

- Смертельная доза (LD 50)

- Смертельная концентрация (LC 50)

- Связь между дозой и реакцией

ПРОТИВ:

- Отсутствуют многие принципы, по которым оценивается опасность с точки зрения органов, которые подвергаются риску.

- Отсутствуют определения и указания по приемлемым критериям для разных уровней воздействия.

- Не признаны общественными международными органами и странами с давно установившимися стандартами охраны окружающей среды и охраны здоровья.

ДРУГИЕ РАЗДЕЛЫ, РАЗРАБОТАННЫЕ МИНИСТЕРСТВОМ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ БЫВШЕГО СССР

• Критерии оценки класса токсичности для неуказанных допустимых концентраций (ДК) для почв на основе LD 50.

• Критерии для ДК на основе вдыхания частиц загрязненной почвы на основе LC 50.

• Критерии для оценки пределов допустимых концентраций в общих количествах токсичных отходов. Используются данные о растворимости и коэффициенты токсичности.