С точки зрения современной науки, геофизическая оболочка Земли представляет собой ноосферу — сферу взаимодействия природы и общества, или систему — окружающая природная среда — человек — техника. Под ’’окружающей природной средой” или "окружающей средой” понимается совокупность естественных и измененных природных условий обитания человека и производственной деятельности общества.
Загрязнением окружающей среды можно назвать изменение качества среды, способное вызвать отрицательные последствия. Считается, что одинаковые агенты оказывают одинаковые отрицательные воздействия независимо от их происхождения, поэтому пыль, источником которой является природное явление (например, пыльные бури), должна считаться таким же загрязняющим веществом, как и пыль, выбрасываемая промышленным предприятием, хотя последняя может быть более токсичной в силу своего сложного состава.
В научно-технической литературе для показателей качества окружающей среды используют термин "индекс качества среды”(лучшему качеству соответствует больший индекс) и термин ’’индекс загрязнения среды” (большему загрязнению соответствует больший индекс). Можно считать, что индекс качества = 1/индекс загрязнения.
Классификация ПО, образующихся в результате производственной деятельности человека, необходима как средство установления определенных связей между ними с целью определения оптимальных путей использования или обезвреживания отходов.
Для всех видов продукции, получение которой из BMP или отходов экономически целесообразно, необходимо правильно рассчитать нормы сбора вторичных отходов. При оценке норм следует определить источники образования BMP, проанализировать влияние технологических, организационных, экономических факторов на объем отходов, степень их использования и, кроме того, рассчитать годовые и перспективные планы для различных источников образования и сфер применения вторичных ресурсов.
Учет отходов черных и цветных металлов ведется еженедельно и ежемесячно по формам 6 СН (лом). Учет нефтеотхо-дов производится Госкомнефтепродуктом СССР, с 1989 г. эти сведения поступают в Госкомстат СССР. Госснаб СССР осуществляет контроль ПО, используемых в качестве вторичного сырья.
Сжигание — наиболее распространенный способ термического обезвреживания ПО. Сжигание осуществляется в печах и топках различных конструкций.В основу классификации топочных устройств для сжигания отходов положены признаки аэродинамического характера как наиболее важные, так как ими определяется подвод окислителя к реагирующей поверхности, что в наибольшей мере влияет на удельную теплопроизводительность и экономичность топочного процесса. В этой связи различают топки слоевые -- для сжигания кускового топлива, например неиз-мельченных твердых бытовых отходов (ТБО), и камерные --для сжигания газообразных и жидких отходов, а также твердых отходов в пылевидном (или мелкодробленом) состоянии. Комбинированный способ сжигания реализуется в факельнослоевых топках. Особое место в этой классификации занимают барботажные и турбобарботажные топки для сжигания жидких отходов. Барботажные устройства иногда по традиции называют горелками.
Многочисленные исследования горящего слоя топлива (методами зонометрии, надслойного газового анализа, газообразования в слое, распределения температур в слое) позволили условно разделить весь процесс в нем на три основных периода: подготовка топлива (отходов) к горению, собственно горение (окислительная и восстановительная зоны),дожигание горючих и очаговых остатков. Некоторые авторы в периоде подготовки выделяют зону сушки и зону выхода летучих.
Жидкие отходы химической промышленности, нефтесодержащие сточные воды, растворители и пр. могут сжигаться двумя способами — в распыленном состоянии и над слоем (последнее преимущественно для жидких горючих отходов).
Общую схему пиролиза можно представить следующим образом: твердые отходы + ф —»-твердый остаток + жидкие продукты + газы ± <3 (где Я — дополнительное тепло, <2г --вторичное тепло).Следует отличать пиролиз от близкого к нему процесса газификации. Газификация является термохимическим высокотемпературным процессом взаимодействия органической массы или продуктов ее термической переработки с газифицирующими агентами, в результате чего органическая часть или продукты ее термической переработки обращаются в горючие газы. В качестве газифицирующих агентов применяют воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода, а также их смеси.
Сушка представляет собой процесс удаления влаги из твердого или пастообразного материала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалу тепла. Это термический процесс, требующий значительных затрат тепла.
Минерализованные отходы широко распространены в химических производствах, теплоэнергетике и других отраслях промышленности.Процесс разделения воды и минеральных веществ может осуществляться в две стадии: концентрирование исходного раствора и выделение из него сухого остатка. Если осуществляется первая стадия, то концентрированный раствор направляется на дальнейшую переработку или, в крайнем случае, на захоронение. Можно подавать сточные воды, минуя стадию концентрирования, непосредственно на выделение из них сухих веществ, например, в распылительную сушилку или в камеру сжигания, например циклонный реактор.
Термическому кондиционированию перед обезвоживанием подвергаются органические осадки городских и промышленных сточных вод, прошедших биологическую очистку. К методу термического кондиционирования относятся тепловая обработка, жидкофазное окисление, замораживание и оттаивание (последнее в основном для кондиционирования осадков водопроводных станций).
Очистка промышленных газообразных выбросов, содержащих токсичные вещества, в настоящее время является непременным требованием во всех производствах.Помимо механических, физико-химических и химических методов очистки газов широко применяют термические методы. Примерный состав продуктов, находящихся в промышленных газообразных выбросах, приведен ниже.
Измельчение отходов. Для тех промышленных отходов, утилизация которых не связана с необходимостью проведения фазовых превращений или воздействия химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, применяются два вида механической обработки: измельчение или компактирование (прессование). Это в равной степени относится к отходам как органического, так и неорганического происхождения.
В осадках содержатся соединения кремния, алюминия, железа, оксида кальция, магния, калия, натрия, никеля, хрома и др. Химический состав осадков оказывает большое влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагуляцию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотные соединения, волокнистые вещества, наоборот являются неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи.
Большинство осадков, образующихся в процессе очистки промышленных и городских сточных вод, гальванические шламы и пр. представляют собой трудноразделяемые суспензии. Для их успешного обезвоживания необходима предварительная подготовка — кондиционирование. Цель кондиционирования — улучшение водоотдающих свойств осадков путем изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирования зависит производительность обезвоживающих аппаратов, чистота отделяемой воды и влажность обезвоженного осадка. Кондиционирование может осуществляться несколькими способами, различающимися по своему физикохимическому воздействию на структуру обрабатываемого осадка. Наибольшее распространение из них получили: химическая (реагентная) обработка; тепловая обработка; жидкофазное окисление; замораживание и оттаивание.
Основные принципы задержания пыли. Пыли, содержащиеся в отходах промышленных производств, вследствие своей способности легко распространяются в атмосфере представляют особую опасность для окружающей среды. В то же время пыли в большинстве случаев содержат сырьевые компоненты, потеря которых приносит значительный ущерб для производства того или иного вида продукции.
Рост добычи природного газа и нефти, а также большой спрос на них в сферах промышленности и бытовых услуг привели к резкому повышению производства изделий из пластмасс и, соответственно, к увеличению отходов.
Одним из распространенных материалов в процессе производства является резина, которая получается путем вулканизации резиновой смеси или каучука горячим или холодным способом.В зависимости от содержания серы в резине ее называют мягкой (2--8 % серы), полутвердой (12—20 % серы), твердой или эбонитом (25--30 % серы). Резиновые отходы образуются в сфере производства -- в процессах изготовления резинотехнических изделий (РТИ), товаров народного потребления, в шинной промышленности и сфере потребления (изношенные покрышки, резиновая обувь и т.п.).
Отходы древесины образуются на всех стадиях ее обработки — от рубки леса (ветви, щепа) до получения столярных изделий из нее (опилки, щепа, стружка).Древесные отходы можно классифицировать: по сортаменту исходного сырья (отходы пиломатериалов, фанеры и древесно-волокнистых плит); по породам древесины (отходы хвойных пород, отходы лиственных пород); по влажности (сухие — до 15 %, полусухие — 16-30 %, влажные —31 % и выше, сверхвлажные — 100 % и выше); по структуре (кусковые крупные, кусковые средние, кусковые мелкие, сыпучие); по стадийности обработки (отходы первичные, отходы вторичные).
Основными видами картонно-бумажной продукции являются упаковочные материалы, бумага промышленного назначения, полиграфическая, санитарная и гигиеническая бумага,а также тарный картон. В настоящее время в СССР и за рубежом уделяется большее внимание повторному использованию бумаги и картона. Из 1 т макулатуры можно получить 0,7 т бумаги или картона, заменить ею 0,85 т целлюлозы и сэкономить 4,4 м3 древесины. Для населения, сдающего бытовую макулатуру, у нас в стране введена поощрительная система продажи абонементов для приобретения дефицитной литературы. Система стимулирования сбора вторсырья есть и в других странах.
В промышленности, строительстве, городском хозяйстве ежегодно образуются и накапливаются отходы в виде битого стекла, стеклопрофилита, битой посуды, стекловолокна и т.п. По данным Государственного института стекла, ресурсы стекольного боя в СССР достигают в настоящее время 650— 700 тыс. т в год при объеме централизованных заготовок около 400 тыс. т в год. Повторное использование стекольных отходов во Франции, например, достигает 11 % общего количества бывшего в употреблении стекла, или около 100 тыс. т в год. В будущем предполагается увеличить это количество до 600 тыс. т в год.
Наибольший удельный вес среди ПО занимают шлаки и зола. По характеру происхождения шлаки можно разделить на два вида — металлургические и топливные. Металлургический шлак — это расплав, после затвердения образующий камневидное или стекловидное вещество и покрывающий при плавильных процессах, например при выплавке стали, поверхность жидкого металла. Он состоит из специально вводимых в печь флюсов, из всплывших продуктов металлургических реакций, а также из подлежащих удалению примесей к металлу и золы топлива. В зависимости от преобладания тех или иных оксидов шлак может быть основным, нейтральным или кислым. Шлак играет важную роль в металлургических процессах: защищает покрываемый им металл от вредного воздействия газовой среды печи, усваивает всплывающие примеси и выполняет другие разнообразные физико-химические функции. Топливные шлаки -- это очаговые остатки, образующиеся при сжигании твердого топлива в топках паровых котлов; а также частицы золы, спекшиеся или сплавленные в куски.
Общие сведения. В технологических циклах большинства машиностроительных, металлообрабатывающих, приборостроительных, ремонтных и других предприятий широко применяют гальванические покрытия — электроосаждаемые металлические покрытия, наносимые на поверхность металлических изделий, а также полуфабрикатов-листов, труб, проволоки и т.п. Гальванические покрытия применяются для повышения коррозионной стойкости, износоустойчивости и улучшения декоративного вида изделий. Гальванические покрытия наносят водными растворами или растворами расплавленных солей с помощью электрического тока. При этом неизбежно образуются токсичные сточные воды, которые нельзя сбрасывать без очистки в водоемы и канализацию, а очистка их обычными механическими и биохимическими методами невозможна.
На многих предприятиях производственные процессы связаны с применением растворителей и промывочных жидкостей. Они выполняют свою роль только на определенных стадиях технологических работ, после чего сливаются, выбрасываются в атмосферу, сжигаются и т.д. Общее количество органических растворителей (исключая промывочные жидкости), расходуемых ежегодно народным хозяйством страны, превышает 1 млн. т/год. Эти отходы представляют собой легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), которые пожаровзрывоопасны. Их неконтролируемый сброс в водоемы и канализацию представляет угрозу окружающей среде, нарушает нормальную работу очистных сооружений.
Лакокрасочные отходы. На многих предприятиях машиностроительной, судостроительной и других отраслей промышленности образуется большое количество отходов лаков, красок, эмалей, шпатлевок и растворителей. Нанесение лакокрасочных покрытий на изделия может осуществляться электростатическими методами, распылением из пистолетов-краскопультов, окунанием и т.п.
В процессе производства пластмасс, салициловой и пикриновой кислот, ПАВ, присадок к маслам и бензинам и т.п. образуются отходы фенола (С6Н50Н). Фенол получают из каменноугольного дегтя и синтетически. Он является токсичным веществом, при попадании на кожу вызывает ожоги; предельно допустимая концентрация его в воздухе 5 мг/м3, в сточных водах 1—2 мг/м3. Фенол служит основным сырьем при получении феноло-формальдегидных пластмасс. Отходами производства являются фенольная смола и фенольная вода. Образование фенольной смолы идет на стадии кислотного разложения гидроперекиси изопропилбензола на фенол и ацетон.
Одними из массовых видов ПО являются тепловые выбросы в атмосферу и воду из промышленных печей, теплоэнергетических установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, систем охлаждения и пр. Тепловые выбросы бывают жидкие и газообразные. С одной стороны, они являются огромным источником вторичных энергоресурсов, с другой стороны, отрицательно влияют на атмосферные процессы и климат регионов, изменяют биоценоз в водоемах и т.д.
На пути от нефтеперерабатывающего завода до потребителя имеют место потери от испарения, утечек, проливов, разбрызгивания, неполноты слива нефтеналивных судов, железнодорожных и автомобильных цистерн, смешения, обводнения, зачистки, аварий. Таким образом, часть свежих нефтепродуктов, не пройдя еще стадию технологического использования, переходит в отходы.
Нефтесодержащие отходы и загрязнения относятся к токсичным ПО органического происхождения с возможными минеральными примесями. Они могут быть горючими (жидкие горючие отходы), негорючими или ограниченно горючими (нефтешламы, осадки из очистных сооружений, мазутная земля и т.п.). Одним из самых крупных источников загрязнения окружающей среды являются жидкие отходы. Под жидкими горючими отходами имеются в виду продукты углеводородного состава, отработавшие в технологическом цикле, с ухудшенными вследствие этого физико-химическими свойствами, способные гореть самостоятельно или в смеси с дополнительным топливом.
С целью уменьшения объема при складировании и повышения эффективности сжигания механическое обезвоживание нефтесодержащих загрязнений, уловленных на локальных очистных сооружениях промышленных и автотранспортных предприятий, может осуществляться экстенсивными и интенсивными методами. Экстенсивные методы применяют при обезвоживании в различного рода уплотнителях и разделочных резервуарах, интенсивное же сгущение и обезвоживание производится при помощи фильтрования, гидроциклонирова-ния, центрифугирования и т.п. Процессы, происходящие при обезвоживании этими методами, кратко описаны в гл. 2.
Для термического обезвреживания твердых нефтесодержащих отходов (осадки из очистных сооружений промпредприя-тий, шламы НПЗ и т.д.), основным компонентом которых являются минеральные примеси, применяются печи с кипящим слоем, а также многоподовые и барабанные печи.
Одним из возможных способов обезвреживания твердых и жидких нефтесодержащих отходов является химический. Этот способ позволяет полностью обезвреживать отходы, а полученные продукты в ряде случаев использовать. Например, отходы подвергают обработке оксидом щелочно-земельного металла, предварительно обработанного ПАВ в отношении: отходы-реагент (1:1-10). После смешения с отходами оксид щелочно-земельного металла образует с водой гидроксид, в результате чего отходы равномерно им адсорбируются.
Подобно тому, как происходит под воздействием микроорганизмов и кислорода самоочищение водоемов от попавших туда нефтепродуктов, происходит в естественных условиях и самоочищение почвы. Однако этот процесс идет гораздо медленнее.
Нефтесодержащие осадки некоторых промышленных предприятий могут быть успешно использованы при производстве строительных материалов. Конструкторским технологическим бюро ’’Мосгорстройматериалы” была проведена работа по изучению возможности использования осадков из очистных сооружений завода им. Лихачева для производства кирпича.
Основную часть нефтеотходов, собираемых и накапливаемых на промышленных и транспортных предприятиях, составляют отработанные масла. В настоящее время в мире вырабатывается свыше 30 млн. т минеральных масел. Около половины этого количества безвозвратно теряется в процессе использования, а свыше 15 млн. т ежегодно сливается из машин и механизмов как полностью или частично потерявшие эксплуатационные свойства и требующие замены. Подсчитано, что на долю отработанных масел приходится более 60 % всех потерь нефтепродуктов .
К третьей группе относятся эмульсии, содержащие в своем составе как ионогенные, так и неионогенные органические соединения, не являющиеся эмульгаторами, но придающие эмульсии связывающие и антикоррозионные свойства (канифоль, хлорированный парафин, осерненное хлопковое масло). В качестве эмульгаторов там присутствуют калиевые мыла жирных кислот, ОП-4, нефтяной сульфонат натрия и синтомид-5.
Кислые гудроны получаются при сернокислотной очистке масел, парафинов, керосино-газойлевых фракций от ароматических углеводородов, а также при получении сульфонатных присадок на стадии сульфирования. Они представляют собой высоковязкие смолообразные массы разной степени подвижности, состав которых приведен в табл. 4.10.
В процессе переработки и очистки нефти и нефтепродуктов на заводах образуется значительное количество механических примесей: продукты коррозии, загрязнения, вносимые или образующиеся в самом процессе переработки и очистки, загрязнения, образующиеся при ремонте и обслуживании аппаратов и оборудования, а также механические примеси, попадающие через неплотности оборудования, загрязнения в виде пыли из окружающего воздуха и т.д.
Твердые отходы нефтехимических предприятий включают в свой состав разнообразные вещества органического происхождения. К твердым отходам нефтехимического синтеза относятся: ветошь, пропитанная органическими веществами, активный уголь, иониты и другие адсорбенты, смолы, тяжелые металлы, их соли и оксиды, сульфиды, сульфаты, твердая часть нефтяных шламов, избыточный активный ил станций биологической очистки и осадки сточных вод.
Большой опыт в области сбора, транспортирования и обработки отходов по заводской технологии накоплен в странах Западной Европы и США [6, 26, 35, 36, 37]. Одной из первых стран, внедривших комплексную централизованную систему сбора, транспортирования, переработки и утилизации ПО и загрязнений в масштабах всей страны, стала Дания, которая является сравнительно небольшой, развитой в промышленном отношении европейской страной с населением более 5 млн. человек. Большое количество промышленных предприятий, в технологических процессах которых образуются значительные отходы, создают опасность загрязнения окружающей среды, что для Дании, являющейся одним из крупных поставщиков сельскохозяйственной продукции для многих европейских стран, совершенно недопустимо. Указанные обстоятельства вынуждают правительственные органы принимать строгие меры в области охраны окружающей среды и обезвреживания ПО в масштабе страны.