Маловідходна та безвідходна технологія виробництва

---

Маловідходна та безвідходна технологія виробництва

Знешкодження твердих відходів

5.1.    3.3. Проблеми відходів людської діяльності

Відходи виробництва – це залишки сировини, матеріалів і напівфабрикатів, що утворюються в процесі виробництва, частково або повністю втратили свою якість і не відповідають стандартам виробництва.

Виробник відходів – фізична або юридична особа, чия діяльність зумовлює утворення відходів.

Причиною утворення відходів є переважно господарська діяльність людини, внаслідок якої порушені складні взаємозв’язки між компонентами біосфери, що здійснюються в рамках колообігу хімічних елементів та обміну енергією, і формувалися впродовж тривалого часу.

Цікаві цифри

Судячи з наведених нижче цифр, зрозуміло чому В.Вернадський назвав людську діяльність геологічною силою.

Нині людина

• використовує 13% річкових вод, повертаючи їх у довкілля у вигляді стічних вод;
• вирубує щороку 20 млн. га лісів;
• видобуває з надр і піднімає на поверхню близько 100 млрд. т мінеральних руд;
• виплавляє понад 800 млн. т різних металів;
• спалює 7 млрд. т у.п.;
• вносить на поля понад 500 млн. т добрив і 4 млн. м пестицидів, значна частина яких розсіюється у довкіллі і через високу стійкість накопичується по ланцюгах живлення.

Найбільшими постачальниками відходів є гірничодобувний і гірничо-збагачувальний комплекси, металургійна, хімічна та енергетична галузі промисловості.

У результаті спалювання кам’яного вугілля із золою та димовими газами у довкілля потрапляє окремих хімічних елементів більше, ніж видобувається з надр:

• • магнію                                – у 1,5 раза;
• • урану і титану                             – у 10 разів;
• • меркурію                           – у 50 разів;

•      літію, ванадію, стронцію,

цирконію                             – у сотні разів;

•….. германію і галію                   – у тисячі разів.

Щороку кородує 10-25% виплавленого заліза.

Дані про відходи різних галузей народного господарства України наведені в табл. 8.1.

Таблиця 8.1.. Утворення і використання відходів окремих видів виробництва в Україні за 1987-1992 рр.

На підприємствах країни протягом 2007р. утворилось 2,6 млн.т відходів I-III класів небезпеки, що на 214,3 тис.т більше порівняно з 2006р. Основна частина утворених відходів (2,1 млн.т, або 81% від загального обсягу) належить до III класу небезпеки. Відходи І та II класів небезпеки склали відповідно 12,8 тис.т та 430,7 тис.т.

Із загальної кількості утворених відходів 990,6 тис.т (38%) розміщено у місцях видалення, а саме: на полігонах, у спеціально відведених комплексах, спорудах, ділянках надр.

Частка відходів, що були повністю використані для одержання тієї чи іншої продукції, або знешкоджені, у загальному обсязі утворених склала 41% (у 2006р. вона становила 38%, а у 2000р. – 53%). Найбільш гострою залишається проблема знешкодження та утилізації небезпечних відходів у Автономній Республіці Крим, Житомирській, Запорізькій, Харківській, Черкаській областях та М.Севастополі, де частка оброблених та перероблених відходів становила менше 10% від загальної кількості утворених. А в Донецькій, Кіровоградській, Одеській, Хмельницькій та Чернівецькій областях частка відходів, що були використані або знешкоджені, у загальному обсязі утворених відходів не перевищує 20%, що вдвічі менше, ніж у середньому по країні.

Станом на 1 січня 2008р. у місцях видалення відходів та на території підприємств країни накопичилось 20,1 млн.т небезпечних відходів, з них 36,2 тис.т (0,2% до загальної кількості) належать до І класу небезпеки і 2,1 млн.т (10%) – до II класу небезпеки.

На території шести регіонів країни зберігається 95% відходів, що належать до І-Ш класів небезпеки, зокрема, в Запорізькій (39%, або 7,8 млн.т), Донецькій (31%, або 6,2 млн.т), Сумській (9%, або 1,8 млн.т), Дніпропетровській і Луганській (по 5%, або 0,9 млн.т) областях та в Автономній Республіці Крим (7%, або 1,3 млн.т). Понад 70% відходів І класу небезпеки знаходяться у місцях видалення в Івано-Франківській та Луганській областях.

У загальній кількості відходів, що зберігаються у місцях видалення та на території підприємств, найбільшу питому вагу становлять відходи, що містять метали та їхні сполуки (10429,7 тис.т, або 52% до загального обсягу), відходи, що містять неметали та їхні сполуки (5350,2 тис.т, або 27%), відходи, що містять корозійні речовини (1548,0 тис.т, або 8%), відходи виробництва і застосування органічної хімії, або відходи, що містять інші органічні сполуки (535,9 тис.т, або 3%), відпрацьовані нафтопродукти, нафтошлами та нафтовідходи (468,2 тис.т, або 2%).

Крім того, надзвичайно небезпечними є відходи, що містять гексахлорбензол (11,1 тис.т), та відходи пестицидів і агрохімікатів, непридатні чи заборонені пестициди (7,9 тис.т).

Динаміку плказників щодо утворення, утилізацію, знешкодження, поводження з відходами, наявності та розміщення твердих побутових відходів на полігонах та звалищах наведено у додатку.

Під час добування та переробки металевих руд з них вилучають переважно один компонент, вміст якого коливається в широких межах (у залізній руді концентрація феруму досягає 60%, тоді як уранові руди мають промислове значення за вмістом урану лише 0,1%), а решта добутої руди – відходи, що скидаються у відвали. Зокрема, на 1 т металу припадає така кількість відходів, т:

заліза                          – 1

міді                             – 200

молібдену і вольфраму       – до 2000.

За даними Міністерства охорони природного середовища, відвали в Україні займають площу близько 55 тис. га, в яких зосереджено понад 20 млрд. т промислових відходів. Багато з них містять цінні компоненти (у відходах гальванічних, радіотехнічних, електроннотехнічних виробництв вміст окремих металів вищий, ніж у сировині; крім того, покладів їх в Україні немає), тому ці метали доцільно вилучатиі повторно використовувати (у відходах Черкаського заводу “Хімреактив” міститься 18-65% нікелю, в шлаках Черкаського БО “Хімволокно” – 4% цинку).

Гірничорудна промисловість України використовує лише 12% добутої гірської маси, тоді як у розвинених країнах – приблизно 66%.

У Кривбасі накопичилося понад 4 млрд. м³ відходів гірничої промисловості, з яких отруйні речовини потрапляють навіть у Чорне море.

Загальне скидання забруднених вод (мінералізація шахтних вод – 20 кг/т, кар’єрних – 0,7 кг/т) досягає 60 млн. м/рік; вилучено з обігу 70 тис. га родючих земель, підтоплено і засолено 100 км² прилеглих до місць розробок корисних копалин територій. Кожна тонна видобутої гірської маси супроводжується тут

• • відчуженням 0,04 м² земель;
• • підтопленням 0,03-0,05 м² території;
• • скиданням 1,05 м³ шахтних і 0,106 м³ кар’єрних високомінералізованих вод;
• • надходженням в атмосферу 2,0 кг пилу і 1,8 кг отруйних газів. Значний внесок у збільшення кількості відходів дає місто.

Спектр відходів різний за кількістю, агрегатним станом, хімічним складом, токсичністю, впливом на біосферу, рослинний і тваринний світ, здоров’я людини.

Накопичення відходів небезпечні для людства, оскільки у відходах зростає частка матеріалів, які дуже повільно руйнуються в довкіллі;

• • скло зберігається                                 – до 1000 років;
• • пластмаса                                    – 500 років;
• • поліетилен                                   – 200 років;
• • консервні металеві бляшанки    – до 100 років;
• • папір                                            – 2-10 років.

5.2. Класифікація відходів

Єдиної класифікації відходів немає, тому їх розподіляють за кількома принципами:

• • за галузями, де вони утворюються (побутові, сільськогосподарські, промислові, каналізаційні);
• • за конкретними виробництвами (відходи ТЕС, трикотажної фабрики, коксохімічного заводу тощо);
• • за агрегатним станом (газоподібні, рідкі, тверді);
• • за тоннажністю (велико чи малотоннажні);
• • за ступенем використання;
• • за цінністю компонентів;

•      за впливом на довкілля.

Найчастіше відходи класифікують на основі джерела утворення та з урахуванням їх особливостей: побутові; промислові; сільськогосподарські; будівельні; відходи споживання – вироби і машини, які втратили свої споживчі властивості внаслідок фізичного чи морального спрацювання; радіоактивні; токсичні.

5.3. Токсичність відходів

Токсичність – це міра несумісності речовин з життям; вона обернено пропорційна смертельній (летальній) дозі (1/ЛД₅₀) чи смертельній концентрації (1/ЛС₅₀).

Нині існує багато класифікацій небезпечності і токсичності відходів та інших екотоксикантів:

• • за показниками небезпечності (чотири класи);
• • за небезпекою при різних шляхах потрапляння в організм (8 класів);
• • за силою подразнювальної дії (10 класів);
• • за ступенем кумуляції (5 класів);
• • за видом дії (4 класи) тощо.

З метою оцінки небезпечності відходів використовують класи небезпечності;

I      клас – вибухові речовини (тринітротолуол, піроксилін);

II     клас – вогненебезпечні гази і пари;

ІІ клас – вогненебезпечні рідини (бензин, бензол, діетиловий ефір);

ІV клас – вогненебезпечні тверді речовини, що мають здатність до самозаймання (вугільний пил, тирса); сюди ж належать речовини, які виділяють під час взаємодії з водою вогненебезпечні гази (карбіди – метаніди та анетиленіди металів утворюють горючі вуглеводні – відповідно метан та ацетилен:

А1₄С1₃ + 12НОН = 4А1(ОН)₃↓ + ЗСН₄↑;

СаС₂ + 2НОН = Са(ОН)₂ + С₂Н₂↑;

V клас – речовини, які виділяють кисень і можуть спричинити чи сприяти займанню інших матеріалів, наприклад нітрат, хлорат та перманганат калію:

2КNО₃ → 2КNО₂ + O₂↑;

2КМnO₄ → К₂МnO₄ + МnO₂ + O₂↑;

органічні пероксиди;

VI клас – отруйні та інфікуючі речовини (сполуки арсену, меркурію);

VII клас – речовини або відходи, що в разі витікання спричинюють корозію інших вантажів чи транспортних засобів (неорганічні та органічні кислоти; солі сильних слабких основ, що у водних розчинах гідролізують, зокрема хлориди алюмінію і феруму (ІІІ);

VIII клас – речовини, здатні при контакті з повітрям чи водою виділяти токсичні речовини і викликати гострі чи хронічні захворювання в разі потрапляння в організм людини:

NaCN + НОН ← NaОН + НСN↑;

А1₂S₃ + 6НОН ← 2А1(ОН)₃↓ + 3Н₂S↑.

Екотоксичні речовини, що в природному середовищі здатні до біоакумуляції негативно впливають на живі організми (важкі метали, пестициди) класифікують згідно з ГОСТ 12.1.007-76.

Короткі характеристики різних типів відходів

5.4. Побутові відходи

Побутові відходи – це все те, що викидається з житлових будинків і установ харчові відходи, спрацьована техніка, старі газети і журнали, консервні бляшанки, старий мотлох тощо.

Кількість відходів та їх склад залежить від багатьох чинників і можуть значно відрізнятися навіть на сусідніх вулицях міста. Структура відходів визначається рівнем розвитку країни, специфікою і розміщенням промислових та господарських об’єктів тощо. Приблизний склад міських твердих відходів, %:

• • папір                        – 41
• • харчові відходи                 – 21
• • скло                          – 12
• • залізо та його сплави        – 10
• • пластмаса                 – 5
• • деревина                   – 5
• • гума та шкіра                    – З
• • текстиль                    – 2
• • алюміній                   – 1
• • інші матеріали                   – 0,3.

Щороку на кожного жителя припадає така кількість побутових відходів, кг: США – понад 720, Канади – 380, Франції – 300-360, Великої Британії – 240-300, Голландії – 165-190, Японії – 340-440, Австралії і Фінляндії – понад 620. Майже до 1960-х років більшу частину побутових відходів вивозили за межі міст і спалювали на відкритих майданчиках; згодом звалища сміття влаштовували в природних кар’єрах, заболочених низинах, що потім засипали землею і асфальтували, влаштовуючи рекреаційні зони (території для відпочинку людей). Однак при цьому не лише втрачаються цінні компоненти твердих побутових відходів (ТПВ) – метали, скло, папір, а й забруднюються повітря, ґрунти, поверхневі і підземні води, створюються епідеміологічно небезпечні зони. Пізніше почали вводити в експлуатацію сміттєспалювальні заводи, що забруднювали повітря через відсутність очищення димових газів.

Сортування відходів (скло, метали, папір, пластмаси) дає змогу отримати після переплавлення корисні продукти і збільшити теплотворну здатність побутових відходів.

Перша фабрика для спалювання сміття була збудована в 1870 р. у Лондоні, де з’явилася й електростанція, яка працювала на енергії, що виділяється внаслідок спалювання сміття.

У 1997 р. у німецькому місті Вюрті побудований сміттєспалювальний завод, в якому відбувається практично безвідходний і екологічно чистий процес: нагрівання, до 400° С і подальше спалювання при 1300° С, за якого 90% відходів згоряє, а 10% (твердий залишок) містить кольорові (немагнітні) метали, переважно алюміній, залізо, камені, скло, кераміку, гранульований шлак. Лише 0,3% початкової кількості побутових відходів захоронюють на сміттєвих полігонах. Димові гази зазнають багатоступінчастого очищення і вміст шкідливих речовин значно нижчий від європейських норм. Теплота переробляється на електроенергію.

Ще в 1990 р. в Японії спалювали 74% ТПВ, у Данії-54%. У 1997 р. в Німеччині працювало 57 сміттєспалювальних заподів, у Великій Британії – 23.

Останніми десятиліттями частка ТПВ, що спалюють з утилізацією матеріалів і теплоти, неухильно зростає.

Теплоту від спалювання ТПВ можна використовувати для одержання:

•  гарячої води чи водяної пари (утилізаційні котельні),

•  електроенергії за рахунок роботи водяної пари (утилізаційні електричні станції),

•  теплоти та електроенергії (утилізаційні теплоелектроцентралі).

У разі використання ТПВ як палива беруть до уваги два основні принципи: їх теплотворну здатність та вплив на стан природного середовища продуктів згоряння. Враховують і доступність для масового використання та необхідну активність, яка забезпечує горіння ТПВ.

Теплота згоряння ТПВ (для порівняння) та окремих видів палива така, МДж/кг: тверді побутові відходи – 4-10; горючі сланці Санкт-Петербурга – 4,6-6,0; буре вугілля тресту “Олександріявугілля” – 5-6,5; торф – 8-9.

Питому теплоємність ТПВ визначають за формулою:

С_{п ТПВ} = 21,9 W+ 2000 (Дж/кг · град),

де W – вологість ТПВ, %.

Питома теплоємність основних компонентів ТПВ така, Дж/кг · град:

• • вода                          – 4190
• • дерево, картон, папір        – 2000-2500
• • скло, каміння,           – 800-1000
• • алюміній                   – 860
• • залізо                        – 860.

Відходами сміттєспалювальних заводів є тверді відходи (золи та шлаки), рідкі (стічні води), газоподібні (димові гази, серед яких найнебезпечнішим складником, що утворюється в значних кількостях, є оксид сульфуру (IV)). Нижче наведено вміст SO₂ у газоподібних викидах при спалюванні ТПВ та палива, %:

• • топкові мазути                                      – 0,3-3,5
• • горючі сланці                                       – 1,6-3,8
• • буре вугілля Підмосков’я                    – 8.0
• • донецьке вугілля                                  – до 4,0
• • тверді побутові відходи США             – 0,1-0,15

тверді побутові відходи країн Європи – 0,1-0,3.

Отже, ТПВ, як за теплотворною здатністю, так і за впливом на довкілля можуть бути використані як джерело енергії.

Внаслідок спалювання полімерних матеріалів, що містять хлор, у димових газах з’являються токсичні речовини – діоксини й фурани, тому гази обов’язково очищають від шкідливих домішок, пилу, золи.

Захоронюючи сміття на полігонах, слід враховувати компресійні властивості відходів – зменшення їх об’єму при ущільненій (під тиском 0,1 МПа об’єм зменшується в 3-4 рази).

Полігони ТПВ становлять значну небезпеку для довкілля, оскільки

• • у разі їх розмивання атмосферними опадами в ґрунт, ґрунтові води й повітря потрапляють забрудники, що містились у відходах (важкі метали, пестициди, мийні засоби тощо) чи утворилися під час їх зберігання;
• • в них можуть міститися збудники гепатиту, туберкульозу, шкірних захворювань, тощо;
• • під час гниття виділяються сморідні і токсичні гази: меркаптани, гідрогено-сульфур, оксиди карбону, сульфуру, нітрогену;
• • на них розмножуються гризуни, живляться інші тварини, які є збудниками чи носіями небезпечних захворювань;
• • забруднення може потрапляти в рослини, а потім з ними – в організм людини.

Вчені Лос-Аламоської національної лабораторії США запропонувати знешкоджувати побутові стічні води, опромінюючи їх скануючим електронним променем. При цьому руйнуються бензол, фенол, трихлоретилен та інші органічні сполуки, що важко окиснюються хімічними методами.

У Німеччині один раз на квартал дозволяють влаштовувати біля будинку звалище громіздких речей за 8 год до приїзду машини, що збирає сміття. Непотрібний одяг і взуття збирають благодійні організації.

Експорт відходів – найдешевший спосіб позбавлення від них: якщо переробка хімічних відходів у Європі коштує 160-200, то експорт в Африку – всього 2,5-40 доларів за тонну.