Екологія - Васюкова Г.Т. - 4.5.2.1. Можливі напрямки використання відходів виробництва

4.5.2.1. Можливі напрямки використання відходів виробництва

Принципово можливе використання промислових відходів у наступних основних напрямках:

1. Рекультивація ландшафтів, планування територій, відсипання доріг, дамб і т.п., для чого використовують скельні породи, гальку, гравій, пісок, доменні шлаки й інші види твердих промислових відходів. Реалізація цього економічно вигідного напрямку утилізації відходів, проте, незначна - усього в цих цілях використовується приблизно 10% обсягу наявних відходів.

2. Використання відходів як сировини при виробництві будівельних матеріалів:

•як пористі заповнювачі бетону, будівельної кераміки (порожня гірська порода, галька, пісок);

•як сировина для виробництва білого цементу, будівельного вапна і скла (породи, що містять крейду), портландцементу (глинисті сланці), керамзиту (пластичної глини), силікатної і будівельної цегли (пилошлакові відходи теплових електростанцій і металургійних заводів) і т.д.

Промисловість будівельних матеріалів - єдина галузь, яка у значних масштабах використовує багатотоннажні відходи виробництва.

3. Вторинне використання відходів як вихідну сировину, оскільки деякі відходи по своїх властивостях близькі до природної сировини для одержання визначеної речовини чи сировини для одержання нових видів продукції.

У першому випадку реалізується принцип маловідходної чи безвідходної технології виробництва, наприклад, виробництво графіту з графітових руд і графітової кіптяви, яка при цьому виникає.

В другому випадку в такий спосіб можна, наприклад, одержувати сірчану кислоту: при збагаченні вугілля з метою зниження в ньому вмісту сірки утворюється сірчаний колчедан FeS₂ (наприклад, у "хвостах" збагачення Підмосковного вугільного басейну його запаси досягають 60 млн. т). Термічна обробка сірчаного колчедану разом з іншим багатотоннажним відходом - сульфатом заліза Fe0₄ - дозволяє одержати діоксид сірки:

Fe0₄+3Fe₂ + 80₂-7S0₂+2Fe₂0₃

і надалі ~ сірчану кислоту.

Цей напрямок використання відходів застосовується при переробці таких промислових відходів споживання, як чорний і кольоровий металобрухт. При переробці чорного металобрухту можна заощадити до 75% електроенергії, необхідної для одержання сталі з залізної руди. Повторне одержання алюмінію з брухту заощаджує до 90% електроенергії, необхідної для його виплавки з руди. Попутно зменшується забруднення атмосфери і кількість первинної сировини, що добувається, а отже, і кількість порожньої рудної породи.

4. Використання відходів у сільському господарстві як добрива або засоби меліорації. Наприклад, розроблені технологічні процеси одержання з фосфогіпсу (багатотоннажні відходи деяких хімічних виробництв, що містить у %: гіпс - 80-90, фосфорну кислоту - 0,5-0,6, глину - 5-6) корисного хімічного добрива - сульфату амонію (NH₄)2S0₄, а також вапна для хімічної меліорації солонцевих ґрунтів. Вапняні меліоранти (поглиначі) кислих ґрунтів одержують також із пилошлакових відходів металургії, відходів паперової, шкіряної та інших галузей виробництва. Застосування відходів промисловості в сільському господарстві має свої складності. Це пов'язано з тим, що в них у залежності від вихідної сировини можуть знаходитися важкі метали, миш'як, фтор, селен і інші шкідливі елементи.

5. Використання як палива в промисловості і побутових відходів лісової і деревообробної галузей промисловості, деяких відходів сільського господарства.

4.5.2.2. Утилізація промислових відходів

Звільнення від відходів ведеться в трьох напрямках:

1) складування або навіть захоронения таким чином, щоб вони не впливали негативно на навколишнє середовище;

2) знищення відходів шляхом їхнього спалювання;

3) очистка від шкідливих речовин, що становить найбільш складний процес, який здійснюється такими способами:

а) механічна очистка методом відстою в спеціальних відстійниках рідких стоків, фільтрування і т.п.;

б) хімічна очистка, при якій шкідливі компоненти відходів перетворюються в осад або розкладаються;

в) фізико-хімічна очистка, головним чином, методом елек- або іонообмінних смол;

г) біологічна очистка за допомогою бактерій або інших живих організмів, здатних розкладати шкідливі речовини в процесі життєдіяльності.

Відходи, що не використовуються (чи не підлягають використанню), направляються на поховання на полігони-смітники.

Полігон для збереження твердих промислових відходів являє собою звичайно заглиблену приблизно на 10 м і обгороджену насипом, щоб уникнути потрапляння зливових і талих вод, земельну ділянку площею від декількох до десятків гектарів. Для запобігання забруднення ґрунтових вод дно сховища покривають протифільтраційним екраном (кілька шарів полімерної плівки). Для контролю роботи цього екрана і якості ґрунтових вод у районі полігона бурять шпари з метою добору проб води на хімічний аналіз. Полігон, як правило, огороджують смугами з дерев і чагарників. Тверді відходи після їхнього зневоднювання на заводських очисних спорудженнях засипають у сховище самоскидами зі спеціальної естакади чи з гребеня насипу, що огороджує полігон. Після заповнення сховища на вирівняній поверхні встановлюють протифільтраційний екран і засипають його шаром піщаного і ґрунтово-рослинного місцевого ґрунту. На цьому в основному закінчується рекультивація сховища твердих нетоксичних промислових відходів.

В Україні з врахованих статистикою (у 1997 р.) 1112 місць організованого поховання промислових відходів, що займають територію в 14,5 тис. га, 935 місць (84%) відповідало діючим нормативам поховання відходів.

Особливу увагу моніторинг навколишнього середовища приділяє токсичним відходам виробництва.

У доповіді "Про стан навколишньої природного середовища України в 1997 році" Державного комітету України по охороні навколишнього середовища відзначається, що на початок 1997 р. на підприємствах різних галузей промисловості накопичено 1431,7 млн. т. токсичних відходів. За 1997 р. на промислових підприємствах України утворилося 89,4 млн. т. токсичних відходів, з них використано у власному виробництві 39,1 млн. т., цілком знешкоджено 9,2 млн. т., тобто відповідно близько 44 і 10% загальної кількості відходів, що утворилися за рік.

Токсичні промислові відходи повинні вміщатися в герметичні металеві контейнери (особливо шкідливі — у куби з отверділого рідкого скла) і зберігатися у товщі глини. Іноді як полігони для збереження таких відходів використовують порожні геологічні виробки (кинуті вугільні чи соляні шахти, чи спеціально створені порожнини).

Однак, як і раніше, існує практика вивозу промислових відходів, у тому числі токсичних, у місця неорганізованого складування, що становить особливу небезпеку для навколишнього середовища. Кількість відходів на несанкціонованих смітниках постійно росте (рис. 4.2). Головні причини цього—переповненість існуючих полігонів, необхідність поховання токсичних відходів і відсутність фінансування нового будівництва. Крім того, при будівництві нових об'єктів знешкодження і поховання відходів виникає серйозна проблема - протиріччя між інтересами громадян, що проживають поблизу території передбачуваного будівництва даного об'єкта, і рішенням екологічних проблем регіону в цілому.

Рис.4.2. Кількість токсичних відходів, розміщених на несанкціонованих смітниках

Переробка промислових відходів повинна передувати їхньому похованню на полігонах-смітниках для забезпечення екологічної безпеки при їхньому збереженні, зменшення первісних обсягів.

Одночасно в процесі переробки з відходів можна витягти коштовні компоненти чи одержати нові матеріали.

Іншим способом знищення міських твердих відходів є спалювання. Найчастіше сміття спалюють на звалищах відкритим способом. Дефект спалювання полягає в накопиченні великої кількості попелу, який вміщує чимало токсичних речовин. Та й газоподібні викиди при спалюванні сміття небезпечні, часто виділяється діоксин. Особливо небезпечне відкрите спалювання пластмас. Однак, відкрите спалювання побутових та промислових відходів на міських звалищах йде у великих об'ємах.

Тверді міські відходи слід спалювати в спеціальних печах. Високо ефективне спалювання у шлаковому розплаві. У цьому випадку сміття без сортування надходить у розплав. Як побічний продукт від спалювання сміття отримують залізо і кольорові метали. Сучасні сміттєспалювальні установки дають тільки 0,1 кг. токсичних речовин на 1 м³ газів, що виходять, та мають продуктивність до 240 тисяч тонн сміття на рік. Але до 1990 року в країнах Західної Європи працювало тільки 595 установок для спалювання пластикового сміття, в США — 157, а в Японії - 1899.

Головний недолік термічної технології - велика енергоємність на одиницю відходів, що переробляються.

Різновидом термічного методу є плазмений, при якому високі температури (вище 3000°С) дозволяють знешкоджувати широкий спектр токсичних і особливо токсичних речовин, серед них різні отруйні речовини (у тому числі бойові), пестициди, діоксин и й ін.

Ще одним перспективним напрямком термічної технології є піроліз — розкладання відходів під дією високої температури без доступу повітря. Переваги цієї технології - можливість одержання газу для технологічних і побутових цілей, а в ряді випадків нових продуктів (олії, смоли), придатних до використання; різке скорочення витрат на систему очищення газів, що відходять, за рахунок зниження їхніх обсягів (у 3-4 рази); достатня екологічна чистота і безпека; низьке енергоспоживання на одиницю об'єму речовини, що переробляється, особливо у випадку застосування нагріву.

У результаті фізико-хімічної технології переробки деякі відходи використовуються як сировина для одержання корисного продукту.

У промислово розвинених країнах цю технологію застосовують для переробки:

• відходів гумовотехнічної промисловості (автомобільні покришки, гумові шланги і рукави й ін.) у гумову крихту, використовувану в дорожньому будівництві (наприклад, шумопоглинальний " асфальт, що шепоче", яким покриті багато автомагістралей Австрії");

• широко використовуваних полімерних матеріалів (нова галузь промисловості по переробці такого виду відходів забезпечує їх 100%-у переробку в сировину для повторного використання);

• визначених видів промислових відходів у добрива, будівельні матеріали.

При переробці кожного виду відходів цим методом доводиться розробляти індивідуальну технологію. У зв'язку з цим з погляду екологізації промислового виробництва при створенні нового матеріалу, що знаходить широке застосування, бажано одночасно розробляти і технологію його утилізації. Теоретично найперспективнішою технологією переробки промислових відходів є біотехнологія. Жива речовина планети в ході еволюції переробила первісну літосферу, гідросферу і атмосферу, перетворивши їх у біосферу. Енергетичний потенціал біоти не зрівняти ні з якою технічною установкою, що виконує ту ж функцію, щоправда, швидкість протікання біологічних процесів невелика. У лабораторних умовах здійснюються технології витягу з відходів Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg, Co, Ag і інших металів, у тому числі радіоактивних ізотопів, деякими бактеріями і грибами. У промислових умовах біотехнологію вже використовують для виробництва білкових продуктів з відходів лісової і деревообробної галузей промисловості.

Біотехнологічні методи повинні виявитися дуже корисними й ефективними при переробці відходів харчової галузі промисловості, агропромислового комплексу, а також комунального господарства — областях, де утилізація відходів розвинута в найменшому ступені.

Схема переробки міських відходів подана на рисунку 4.3.

Рис. 4.3. Схема переробки міських відходів, що знижує екологічну шкоду від них.

Існують можливості знешкодження рідких промислових та побутових стоків. Вони повинні проходити хімічну та біологічну очистку. Використовуються різні методи. Звичайно, будь-який з них складається з таких етапів:

1) попередня очистка, метою якої є звільнення стоків від крупного сміття. Вона полягає в проціджуванні стоків крізь грати та відстоювання;

2) первинна очистка в спеціальних відстійниках до отримання мулу-сирцю;

3) вторинна очистка, при якій використовуються живі організми для остаточної очистки стоків від органічної речовини.

Високоефективний метод крапельного фільтрування, який полягає у виведенні стічних вод на шар піску завтовшки до 1,5 метра за годину до 6 годин. Потім протягом 18 годин здійснюється продувка киснем або повітрям, що створює сприятливі умови для роботи мікроорганізмів, які знешкоджують органічну речовину таких стоків. Як модифікація цього методу може застосовуватися розбризкування на шар щебеню.

Інший непоганий метод — це метод активного мулу, що застосовується з 1914 року. Для його реалізації створюється система неглибоких біологічних ставків, в котрих йде змішування стічних вод з мулом, що утворився при попередньому окисленні стічних вод. В активному мулі багато мікроорганізмів, які завершують знешкодження стоків.

Деякі види стічних вод настільки токсичні, що їх не можна зберігати в ставках-накопичувачах. У таких випадках доводиться вдаватися до глибинного поховання, використовуючи відпрацьовані нафтові та газові свердловини. Але в таких свердловинах нерідко зберігаються ще не вилучені нафта й газ. Тому була запропонована технологія створення спеціальних підземних порожнин методом ядерних вибухів потужністю в декілька кілотонн. Такі порожнини найбільш придатні для закачування токсичних речовин.

На полігонах твердих побутових відходів іноді намагаються вирощувати рослини, втому числі навіть лікарські (Н.Ю. Бойків, 1993, в Донецьку), але це дуже небезпечний шлях. Склад побутових відходів досить строкатий, часто невідомий, їхні токсичні компоненти можуть включатися до складу тканини рослин та завдавати шкоди здоров'ю людини при використанні їх як лікарських засобів чи при вживанні в їжу. Для України прикладом ефективного вирішення проблеми боротьби зі сміттям та стічними водами може бути Франція. Майже в усіх містах усієї країни є спеціальні сміттєспалювальні засоби, а сміття проходить попереднє сортування. Є велика кількість компостних підприємств, що утилізують побутові відходи та виробляють компост для виноградників та біогаз. Виходить на цей рівень боротьби за чисте екологічне середовище міст і Японія.

Уряді країн Західної Європи вже відмовляються від упаковки молочних продуктів в пластиково-картонні пакети і віддають перевагу тарі — скляним пляшкам та банкам. З утворенням Європейського Союзу почалася своєрідна "війна упаковок" між Німеччиною, Францією та Великобританією, оскільки знищення тари та повернення її виробнику однаково дороге. У США розгорнулася ціла політична кампанія "пляшкових законів", тобто законів, що зобов'язують виробників товарів повернутися від одноразових упаковок до багаторазової тари, зокрема до пляшок.