Відходи промислового виробництва та проблема їх утилізації

1. Поняття «відходи»

Відходами називаються продукти діяльності людини в побуті, на транспорті, у промисловості, що не використовуються безпосе­редньо в місцях свого утворення та можуть бути реально або потен­ційно використані як сировина в інших галузях господарства або в процесі регенерації.

Таблиця 6 - Відходи промислового виробництва

Відходами виробництва є залишки матеріалів, сировини, на­півфабрикатів, що утворилися в процесі виготовлення продукції та втратили цілком або частково свої корисні фізичні властивості. Відходами виробництва можуть уважатися продукти, що утвори­лися в результаті фізико-хімічної переробки сировини, видобуван­ня та збагачення корисних копалин, одержання яких не є метою певного виробництва. Відходи споживання — це не придатні для подальшого використання за безпосереднім призначенням і списані у визначеному порядку машини, інструменти, побутові вироби. За можливістю використання розрізняються відходи, що утилізуються й не утилізуються. Для перших існує технологія переробки йповернення в господарський обіг, для других такої технології наразі не існує.

2. Класифікація відходів промисловості

Промислові відходи найчастіше є хімічно неоднорідними, складними полікомпонентними сумішами речовин, що мають різні хіміко-фізичні властивості та становлять токсичну, хімічну, біоло­гічну, корозійну, вогне- й вибухонебезпечність. Існує класифікація відходів за їх хімічною природою, технологічними ознаками утворення, можливістю подальшої переробки та використання.

Шкідливі речовини характеризується за чотирма класами небезпеки, чого залежать витрати на їх переробку й поховання.

Надзвичайно небезпечні.Відходи, що містять ртуть та сполуки Меркурію, утому числі сулему (НgС1₂), калій гідрогенхлорид і кадій ціанід, сполуки Стибію, у тому числі SbСІ₃ —стибій хлорид, бензапірен та ін. Токсичність сполук Меркурію полягає в шкідливому впливі йона Нg²⁺. До організму ртуть потрапляє зазвичай у нейонній формі та вступає в реакцію з білковими молекулами в крові, у результаті чого утворюються більш або менш міцні комплек­си — металопротеїди. У разі гострого отруєння тварин сполука­ми Меркурію в них виникають утрата апетиту, спрага, слино­теча, блювота, загальне нездужання, а згодом — кривавий про­нос, катаракта на слизових оболонках очей, можливі судоми, раптова смерть у випадку ураження рухових вузлів серця та спинного мозку. В осіб, які вижили, через 1-2 години уражається шлунково-кишковий тракт, через п'ять діб — нирки, виникає переродження клітин печінки.

Високонебезпечні. Відходи, що містять хлориди й сульфіди Купруму, щавлевокислий Купрум, оксид Стибію, сполуки Плюмбуму. Сполуки Плюмбуму — отрута, що діє на все живе, особливо на нервову систему, кров, судини; меншою мірою діє на ендокрин­ну і травну системи. Активно впливає на синтез білків, енерге­тичний баланс клітини та її генного апарата, можлива денатуративна дія, пригнічення ферментативних процесів, вироблен­ня неповноцінних еритроцитів через ураження кровотворних органів і розлади обміну речовин.

Помірно небезпечні.Відходи, що містять оксиди Плюмбуму (РbО, Рb0₂, Рb₃0₄), нікель хлорид, карбон (ІV) хлорид. У разі гострого отруєння нікель хлоридом (NіС1₂) виникають збудження або пригнічення, почервоніння слизових оболонок і шкіри, пронос. Тривалий вплив спричиняє зниження кіль­кості еритроцитів, але багатьма тваринами це переноситься не дуже болісно.

Мало небезпечні.Відходи, що містять магній сульфат, фосфа­ти, сполуки Цинку, відходи збагачення корисних копалин фло­таційним способом із застосуванням амінів. Магній спричиняє зміни вмісту

SН-груп у внутрішніх органах, розлади нуклеїнового обміну. У людей уражається носова по­рожнина, випадає волосся. Дія МgSO₄ на шкіру призводить до дерматологічних захворювань.

3. Методизнешкодження відходів

Відомі наразі й застосовувані на практиці численні методи зне­шкодження відходів можна об'єднати в три групи.

1. Ліквідаційні,що застосовуються винятково з метою ізолювати й по можливості знищити масу відходів без використання цін­них речовин, що містяться в них. До цієї категорії належать дуже широко застосовуване сьогодні поховання сміття на різ­номанітних смітниках: як відкритих, так і вдосконалених (ба­гатоярусних, із земляним перекриттям), спалювання відходів у спеціальних печах, часто дуже потужних, використання сміт­тя як баласту для вирівнювання форм рельєфу тощо. До цієї ж групи методів належать застосовуване в багатьох районах зем­ної кулі скидання відходів у прибережні акваторії морів і на­віть внутрішні водойми, заповнення ними неробочих кар'єрів або шахт.

2. Частково ліквідаційні, що передбачають обов'язкове сортуван­ня маси відходів на спеціалізованих заводах для виокремлення категорій сміття, які найлегше утилізуються,— вторинної си­ровини, органічних частин. Переважна частина сміття спалю­ється.

3. Утилізаційніметоди, з допомогою яких використовуються всі складові сміття — вторинна сировина, горючі частини, органіч­ні речовини. Технологія такої переробки відходів ґрунтується на створенні високомеханізованих сміттєпереробних заводів (виробничі потужності яких неухильно зростають). Остаточна утилізація відходів досягається в результаті складного закінче­ного циклу виробничих процесів — сортування із застосуванням магнітної сепарації та дроблення, біологічної переробки, піролізу або газифікації органічних речовин зі спалюванням частин, що не утилізуються, для одержання пари або енергії, використання вторинної сировини.

Найбільший негативний вплив на якість навколишнього середовища чинять відходи, утилізовані ліквідаційними методами. Знешкодження відходів шляхом поховання їх на різних смітниках ґрунтується на явищі природного самоочищення забрудненого ґрунту. Закопування відходів та їх подальше, зазвичай, дуже тривале розкладання створюють, власне кажучи, новий ґрунтовий шар. Однак аж ніяк не всі види відходів можна ізолювати в ґрунті, причиняючи водночас погіршення якості природних компонентів. Токсичні речовини, металевий брухт, гума, шлами очисних споруджень і багато чого іншого не можна ховати на звичайних смітниках, вони вимагають організації особливих, спеціалізованих об'єктів для свого знешкодження, оскільки їх розкладання зумовлює різке забруднення ґрунтових вод і ґрунту.

Утехногенному кругообігу речовини ліквідаційні методи знешкодження відходів є кінцевою ланкою, що замикає цей кругообіг, оскільки речовина знову повертається в природне середовище. Але її фізичний стан докорінно відрізняється від тих форм, у яких вона існувала в природі до використання у виробництві. Основна частина елементів і сполук, що містяться в складованому смітті, на превелику силу, під впливом біохімічних реакцій, набуває міграційної здатності та знову залучається до кругообігу. Інтенсивність його цьому надзвичайно слабка. Багато компонентів відходів (скло, металобрухт, кераміка, кістки) можуть консервуватися в ґрунтах на багато століть,

а ,отже, взагалі вилучатися з кругообігу.

Переважна частина твердих відходів (60-90 %) наразі накопичується на відкритих смітниках, де вони збираються стихійно, без урахування їх походження, ступеня токсичності, умов природного знешкодження тощо. Антисанітарний стан таких місць та їх різко негативний вплив на якість повітряного басейну, ґрунтових і поверхневих вод і продуктивного ґрунтового шару загальновідомий. Неупорядковані смітники є ідеальним місцем для розмноження комах і гризунів, що сприяє виникненню інфекційно небезпечних вогнищ; вони поширюють пил, дим, сморід: для їхньої організації необхідне відчуження значних площ продуктивних земель. Відповідно до досліджень, з 1га смітника з потужністю шару до 10м щорічно в ґрунтові води вимивається до 2110 кг хлоридів і 1070 кг солей Натрію.

Досить простими за організацією й водночас набагато більш гігієнічними, удосконаленими є смітники, де сміття складається в кілька ярусів і пошарово засипається землею. Надалі на закритих смітниках можна проводити лісопосадки, повертаючи ландшаф­ту його естетичну привабливість. Але такі смітники створюються лише за наявності вільних земель, на певній відстані від житлових забудов, в умовах водонепроникних ґрунтів або низького заляган­ня підземних вод.

Використовувати перегниле сміття таких нагромаджень не­можливо, тому що воно виявляється надто засміченим. У резуль­таті виникає загострення дефіциту земельних угідь поблизу урбанізованих зон, а практично цілковита непридатність відходів до утилізації змушують розглядати вдосконалені смітники як хоча й дешевий, але нераціональний метод знешкодження.

Просте спалювання твердих, побутових і промислових відхо­дів, що часто диктується міркуваннями найшвидшої ліквідації їх чималої маси, виявляється нераціональним заходом не лише тому, що при цьому існує небезпека забруднення повітряного басейну. В умовах загострення дефіциту енергії сміття може виступати як додаткове енергетичне джерело, а тепло, що виділяється в резуль­таті його спалювання, має бути обов'язково використане. У цьому випадку очищенню й катралізації мають піддаватися продукти згоряння.

Утилізаційні методи знешкодження відходів наразі набувають усе більшого поширення. Будь-яка утилізація передбачає поперед­нє сортування гетерогенної за властивостями й видами маси відходів, а потім — диференційовану обробку.

На заводах з переробки відходів одночасно здійснюється кілька варіантів утилізації відпрацьованої сировини, що надходить: орга­нічна частина відходів компостується, вторинна сировина (метало­брухт, утильний папір, ганчір'я та ін.) регенерується; горючі, але не утильні частини сміття спалюються, а тепло, що при цьому виді­ляється, використовується для виробництва пари або електроенер­гії. Зола і шлаки надалі використовуються для створення асфаль­тових шляхових блоків, засипання ям та з іншими цілями.

Компостування є біотермічним способом знешкодження від­ходів. У природних умовах сміття зазнає впливу особливих термо­фільних мікроорганізмів, які окиснюють органічні речовини, виділяючи при цьому значну кількість тепла. Перероблювана маса саморозігрівається до температури близько

60-70 °С. 3 1кг сміття може виділятися до 1260 кДж тепла, що знешкоджує відходи. У резуль­таті ферментації відбуваються не лише загибель хвороботворних бактерій, але й розкладання складних органічних сполук на більшості, зате більш стійкі й такі, що не гниють. Отже, органічна речовина відходів перетворюється на компост, близький за складом і властивостями до гумусу. Він є найціннішою сировиною для проведення меліорації, оскільки містить за масою 2,5-3,0 % Нітрогену, Фосфору й Калію, 6 % вапна й 25-30 % Карбону (розраховуючи на суху речовину). У результаті внесення 30 т компосту на 1га угідь у ґрунт додатково вноситься до 435 кг поживних речовин (N,Р,К) і до 1000 кг вапна. За вмістом мінеральних добрив компост лише трохи поступається гною, а за вмістом вапна навіть перевершує його. Крім того, унаслідок компостування виділяються значні кількості газів (Н₂, Н₂S), які використовуються як паливо. Компостування здійснюється як в особливих штабелях на відкритому повітрі, так і в спеціальних біотермічних закритих камерах. Дефіцитність багатьох традиційних видів органічного палива змушує більш серйозно оцінювати енергетичні можливості відходів.

У деяких європейських країнах використання енергії в результаті спалювання сміття здійснюється вже багато років. В Амстердамі впродовж 60 років сміття спалюють у парових генераторах енергоблоків високого тиску. При цьому виробляється близько 6 % електроенергії, що споживається містом. Застосування цього методу в Німеччині дозволяє покривати понад 20 % побутового споживання електроенергії в цілому по країні.

Загалом у світі щорічно промисловим способом спалюється близько 6 % побутового сміття

(50 млн т), що дає світовому господарству 7,5 млрд кВт енергії та 500 т пари.

Останніми роками розроблено технологію виробництва з органічних частин відходів газу й нафти з допомогою піролізу. Технологія переробки сміття на піролізних установках здійснюється за такою схемою: після дроблення й висушування сміття з нього видаляються всі неорганічні частини, а решта маси нагрівається до температури понад 485°С без доступу кисню. Як показали експериментальні дані, з 1т органічних відходів у процесі піролізу можна одержати 160 л нафти з низьким умістом Сульфуру, 70 кг вугілля, що за теплотворністю не поступається кам'яному вугіллю, і деяку кількість газу. Однак одержувана при цьому нафта має досить низьку теплоту згоряння (близько 58 % від природної) і її не можна використовувати для виробництва бензину, мазуту й мастил. Доти, поки не буде розроблено більш досконалу технологію піролізу відходів, газ і нафту, одержані з відходів, можна буде використовувати лише як добавки до палива на сміттєспалювальних заводах. Сьогодні вартість переробки відходів шляхом піролізу набага­то менша, ніж просте їх спалювання на спеціалізованих заводах. Водночас цей спосіб більш сприятливий щодо навколишнього середовища.

Сміттєспалювальні заводи, на яких здійснюється ліквідація відходів без попереднього поділу їх на категорії для наступної ути­лізації, широко створюються в СНД. Вони мають високу виробничу потужність, майже повністю механізовані, а отже, цілком відпові­дають вимогам очищення навколишнього середовища від непотріб­них і шкідливих накопичень. Для запобігання витоку під час спа­лювання сміття газоподібних полютантів на заводах створюються особливі газоочисні пристрої (електрофільтри та ін.). Тепло, що ви­діляється, використовується для опалення.

Величезні маси вторинної сировини сконцентровані в старих автомобілях. Лише в США щорічно на смітник потрапляє близько 7 млн старих автомобілів, у яких консервується приблизно 23 млн т різноманітних речовин. Загалом наразі в країні можна пустити в пе­реробку до 20 млн застарілих автомобілів і машин, що знаходяться на смітниках, тобто близько 65 млн т вторинної сировини. Звичай­ний метод утилізації викинутих автомобілів — розбирання деталей або пакетування — досить трудомістка й дорога операція. У Німеч­чині в Інгольштадті створено спеціальний завод, що переробляє до 200 тис. автомобілів на рік. Тут застосували цілком нову техноло­гію, що різко скорочує втрати металу й час на утилізацію одного автомобіля. У Бельгії для переробки машин застосовують рідкий азот, під впливом якого залізо і сталь стають ламкими й піддаються дрібному дробленню і сепарації; у Японії було спроектовано високо­температурну піч (карбек'ю), у якій досягається диференційована виплавка цинку, свинцю, алюмінію та слабкоокисненої сталі.