Классификация отходов и способы их обезвреживания.

 

Все отходы разделяются по своему морфологическому составу на следующие категории отходов, а именно:

· твердые бытовые отходы;

· жидкие бытовые отходы;

· древесные отходы;

· строительные отходы;

· отходы лечебно-профилактических учреждений;

· отходы потребления автотранспортных средств;

· отходы садово-дачных массивов;

· крупногабаритные отходы.

Данное разделение отходов на категории не соответствует точно классификаторам отходов, однако позволяет сгруппировать их по схожести подхода при удалении с территории города.

Твердые отходы классифицируются:

· твердые бытовые отходы (ТБО) - пищевые отходы, стекло, кожа, резина, бумага, отходы от текущего ремонта,

· дерево, текстиль, упаковочный материал, комнатный смет, т.е. отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности населения.

ТБО образуются от двух источников:

1) жилых зданий;

2) административных зданий, учреждений и предприятий общественного назначения (общественного питания, учебных, зрелищных заведений, гостиниц, детских садов и т.д.).

Крупногабаритные отходы (КО) - отходы в виде изделий, утративших свои потребительские свойства - мебель, бытовая техника,компьютеры, торговое оборудование, велосипеды, коляски и т.д.

Промышленные отходы (ПО) - отходы производственных предприятий, специфические отходы (древесина, текстильные отходы, кожа, резина, гипс, соли, шлаки, зола, металл, отходы строительных материалов и конструкций при новом строительстве и капитальном ремонте зданий, отходы животного происхождения и т.д.).

Смешанные отходы (СО) - отходы садово-дачных массивов, отходы потребления автотранспортных средств.

Жидкие отходы (ЖО) - разделяются по месту образования на:

· бытовые (нечистоты, помои, сточные воды);

· промышленные (жидкости, суспензии, сточные воды с производственными примесями и т.д.).

Отнесение отходов к классу опасности для ОПС может осуществляться расчетным или экспериментальным методами.

Класс I. Класс опасности отхода для ОПС - Чрезвычайно опасные.
Степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС - ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС - Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует.

Класс II. Класс опасности отхода для ОПС - Высоко опасные
Степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС - ВЫСОКАЯ
Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС - Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия.

Класс III. Класс опасности отхода для ОПС - Умеренно опасные
Степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС - СРЕДНЯЯ
Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС - Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника.

Класс IV. Класс опасности отхода для ОПС - Малоопасные
Степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС - НИЗКАЯ
Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС - Экологическая система нарушена. Период самовосстановления не менее 3-х лет.

Класс V. Класс опасности отхода для ОПС - Практически неопасные
Степень вредного воздействия опасных отходов на ОПС - ОЧЕНЬ НИЗКАЯ
Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС - Экологическая система практически не нарушена.

    Переработка и утилизация отходов является сложной и многофакторной экологической, технологической и экономической проблемой. Утилизация отходов - актуальная проблема для всех крупных городов. Например, в Париже и Санкт-Петербурге количество собираемых отходов составляет порядка 600 кг в год на одного жителя, в Москве превышает 1 тонну, в этих городах утилизация отходов является важнейшим фактором для их развития. Лишь незначительная часть твердых бытовых отходов (ТБО) большинства крупных городов перерабатывается на мусоросжигательных заводах, остальное вывозится на полигоны, расположенные за десятки километров от городов, причем площади для этих целей практически исчерпаны. Известно также, что свалки являются источником загрязнения окружающей среды (ПДК превышаются в 1000 и более раз). Захоронение отходов на свалках требует отчуждения больших территорий и их дорогостоящего обустройства. В США на свалки вывозят 73% отходов, в Великобритании - 90%, в ФРГ - 70%, в Японии - 30%, в Швейцарии - 25%. Во всем мире идет активный поиск технологий и оборудования для переработки и утилизации отходов при соблюдении современных требований экологии. В настоящее время в Москве утилизизацией отходов подвергается не более 5% собираемых твердых отходов. Переработка и утилизация отходов резино-технических изделий (РТИ), включая автопокрышки, особенно актуальны в промышленно развитых странах. Так, например, ежегодный объем изношенных автопокрышек составляет: США - 250 млн.шт., Германия - 100 млн.шт., Россия - 50 млн.шт. и т.д. Обострение экологической ситуации ставит промышленные предприятия в сложное положение. Расходы на предупреждение загрязнения окружающей среды производственными отходами растут. Некоторые предприятия вообще не имеют систем утилизации отходов и сбрасывают стоки после невысокой степени очистки на устаревшем оборудовании, перекладывая на город проблему переполненных отстойных сооружений. Прошедшие в них обработку сточные воды легально или самовольно сбрасываются в канализацию и далее, после городской станции поступают в отстойники, которые к настоящему времени переполнены и порождают серьезнейшую экологическую проблему. Утилизация отходов является актуальной проблемой в наше время. В ближайшем будущем утилизация отходов станет обязательным условием поддержки экологического состояния окружающей среды.

В мировой практике для утилизации и обезвреживания ПО и ТБО используют термические, химические, биологические и физико-химические методы.

К термическим методам обезвреживания отходов относятся сжигание, газификация и пиролиз.

Сжигание - наиболее отработанный и используемый способ. Этот метод осуществляется в печах различных конструкций при температурах не менее 1200°С. В результате сгорания органической части отходов образуются диоксид углерода, пары воды, оксиды азота и серы, аэрозоль, оксид углерода, бензопирен и диоксины. Зола, имеющая в своем составе неподвижную форму тяжелых металлов, накапливается в нижней части печи и периодически вывозится на полигоны для захоронения или используется в производстве цемента.

Газификация - широко используемый в металлургии способ переработки некоксующихся углей - осуществляется в вихревых реакторах или печах с кипящим слоем при температурах 600-1100°С в атмосфере газифицирующего агента (воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода или их смесь). В результате реакции образуются синтез-газ (H2, СО), туман из жидких смолистых веществ, бензопирена и диоксинов. Реакция газификации протекает в среде с восстановительными свойствами, поэтому оксиды азота и серы практически не образуются. Масса тумана при 600°С может доходить до 30% от массы синтез-газа. При увеличении температуры газификации доля тумана в массе синтез-газа падает и при температуре более 1100°С близка к нулю.

Горючая смесь водорода и оксида углерода сжигается на горелках при 1400-1600°С или используется в каталитическом процессе синтеза метилового спирта. Зола, остающаяся после газификации, может содержать остаточный углерод и соли тяжелых металлов, растворимые в воде. После проверки золы на отсутствие бензопирена, диоксинов и тяжелых металлов в подвижной форме она может быть отправлена на захоронение.

Пиролиз - наиболее изученный процесс широко используется для производства активированного угля из древесины. Пиролиз нефтесодержащих отходов проводят при температуре 600-800°С с вакуумированием реактора. При этом протекают реакции коксо- и смолообразования, разложения высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные, жидкую и газообразную фракции, а если углеводородные отходы содержат серу, то образуются также сероводород и меркаптаны. Оксиды азота и серы практически не образуются.

Химические методы обезвреживания жидких и твердых нефтесодержащих отходов заключаются в добавлении к нейтрализуемой массе химических реагентов. В зависимости от типа химической реакции реагента с загрязнением происходит осаждение, окисление-восстановление, замещение, комплексообразование.

Методы осаждения основаны на ионных реакциях с образованием мало растворимых в воде веществ и особенно эффективны при нейтрализации тяжелых металлов и радионуклидов. Метод осаждения органических загрязнений основан на двух типах реакций: комплексообразование и кристаллизация. Осаждение используют для очистки грунта от полихлорированных бифенилов, пентахлорфенолов, хлорированных и нитрированных углеводородов. Реагенты могут быть как в жидкой, так и в газообразной фазах. Однако при этом происходит увеличение объема обезвреженной массы.

Методы управления окислительно-восстановительной реакцией среды позволяют переводить соединения тяжелых металлов и радионуклидов в трудно растворимые в воде гидрооксиды, а также разрушать цианиды, нитраты, тетра-хлориды и другие хлорорганические соединения.

Для химической иммобилизации или компексообразования используют неорганические вяжущие типа цемента, золы, силикатов калия и натрия, извести и гелеобразующих веществ (бентонит или целлюлоза). Иммобилизацию используют для связывания тяжелых металлов, радиоактивных отходов, полициклических и ароматических углеводородов, трихлорэтилена и нефтепродуктов.

Недостатком комплексообразования является неустойчивость вяжущих веществ к атмосферной и грунтовой влаге, быстрым изменениям температуры, что приводит в результате к разрушению композиционного материала. Объем отходов после комплексообразования уменьшается только в 2 раза.

Биологические методы обезвреживания ПО и ТБО находят все более широкое применение в нашей стране и особенно за рубежом. Они основаны на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе многие органические загрязнители. В процессе биообезвреживания происходит вторичное загрязнение атмосферного воздуха продуктами гниения клеток микроорганизмов - сероводородом и аммиаком.

Биологическая очистка чаще всего используется для нейтрализации органических токсикантов и тяжелых металлов, а также азотных и фосфорных соединений в почвах и грунтах. Биологические методы можно условно подразделить на микробиодеградацию загрязнителей, биопоглощение и перераспределение токсикантов.

Микробиодеградация - это деструкция органических веществ определенными культурами микрофлоры, внесенными в грунт. Процесс биоразложения протекает с заметной скоростью при оптимальной температуре и влажности. Микробиодеградация может быть использована во всех случаях, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и видовое разнообразие. Хотя процесс идет крайне медленно, его эффективность высока.

Биопоглощение - это способность некоторых растений и простейших организмов ускорять биодеградацию органических веществ или аккумулировать загрязнения в клетках.

Физико-химические методы образуют наиболее представительную группу методов обезвреживания ПО и ТБО. При создании физических полей в пористых средах начинают протекать одновременно множество физико-химических процессов.

При наложении поля механических напряжений загрязненный грунт интенсивно перемешивается и происходит очистка частиц грунта от поверхностных загрязнений.

Гидродинамическое воздействие на грунт или почву сопровождается суффозией, выщелачиванием, адсорбцией, диффузией и выносом загрязнений из порового пространства грунтов.

Перспективен метод сверхкритической экстракции углекислым газом органических загрязнений.

Постоянное электрическое поле, приложенное к водонасыщенному грунту или почве, вызывает протекание электрохимических и электрокинетических процессов. К электрохимическим процессам относятся: электролиз, электрофлотация, электрокоагуляция, электродеструкция, электрохимическое обеззараживание, ионный обмен, электрохимическое окисление и выщелачивание, электродиализ, а к электрокинетическим - электроосмос, электрофорез и электромиграция.

Электролиз порового раствора загрязненных грунтов и почв - это окислительно-восстановительный процесс, в результате протекания которого происходит разложение химических соединений. Он используется для очистки грунтов от микроорганизмов и называется электрохимическим обеззараживанием. Эффективность метода доходит до 99%.

При электрофлотации удаление нефтепродуктов происходит пузырьками газа, образующимися при электролизе и поднимающимися к поверхности.

Электрокоагуляция - это процесс агрегации микрочастиц минерального происхождения и органических молекул. В методе электрокоагуляции используют железные и алюминиевые электроды, при растворении которых образуются гидрооксиды, адсорбирующие загрязнения и выпадающие затем в осадок.

Электрохимическое окисление применяется для очистки грунтов от хлорированных углеводородов и фенола. Эффективность окисления фенола 70-92%.

Электрохимическое выщелачивание - это метод очистки грунтов, основанный на высолаживании загрязнений или переводе тяжелых металлов в подвижную форму. Однако метод требует внесения дополнительных химических реагентов.

Электродеструкция осуществляется при электрохимическом разложении токсичных органических соединений на электродах с образованием нетоксичных веществ. Преимущество метода в низкой стоимости и высокой эффективности.

При электродиализе порового раствора грунтов и почв происходит очистка от загрязнений в коллоидной форме, обессоливание в средней части межэлектродного пространства.

Электрокинетические методы начали широко применяться с 60-х годов. Электрокинетическая обработка применяется для очистки глинистых и суглинистых грунтов. Электрокинетические явления, наблюдающиеся в пористых средах при протекании постоянного электрического тока, подразделяются на электроосмос и электрофорез.

При электроосмосе ионы, содержащиеся в жидкости, перемещаются относительно неподвижной заряженной поверхности минеральных частиц грунта, увлекая при этом загрязнения в растворенном или жидком состоянии. Электроосмотическая скорость потока пропорциональна произведению силы потока на величину дзетта-потенциала и на удельную поверхность пористой среды.

При протекании электрофореза в поровом пространстве грунта, заполненном полностью или частично водой, перемещаются минеральные частицы. Это явление имеет крайне незначительную роль в электрокинетическом переносе загрязнений в диссоциированной форме, но определяющую в переносе коллоидных и заряженных минеральных частиц Электрофоретическое перемещение коллоидных и микрочастиц наблюдается в макропористых грунтах (песчаник, супесь).

Под действием напряжения, приложенного к электродам, которые погружены в скважины, вода и экотоксиканты в коллоидном состоянии перемещаются к электродным резервуарам, из которых затем вода с загрязнениями извлекается на поверхность и очищается одним из физико-химических методов. Эффективность очистки может доходить до 99%.

Отдельную группу составляют электромагнитные методы, основанные на термическом эффекте при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

В сверхвысокочастотных полях происходит быстрый и равномерный прогрев грунта, и при этом протекают дегидратация, диссоциация карбонатов, окисление и даже плавление. Десорбирующиеся органические соединения обезвреживаются, например, каталитическим методом.

Обезвреживание ПО и ТБО с помощью ультрафиолетового и лазерного излучения относится также к электромагнитным методам. Активация ароматических молекул УФ и лазерным излучениями приводит к диссоциации молекул с образованием радикалов и активных комплексов, быстрому окислению и полимеризации.

Эффективен для очистки грунта от нефтепродуктов ультразвук. Начиная с критического значения звукового давления акустических волн, в жидкости возникает кавитация. При схлопывании кавитационных полостей образующиеся микроструи с линейными скоростями 300-800 м/с срывают с поверхности твердых частиц нефтяные загрязнения. Эффективность очистки может достигать 99,5-99,8%. При кавитационных разрывах жидкости происходит ионизация и активация молекул, стимулирующие окисление и полимеризацию углеводородных молекул.

Рассмотренные выше методы являются базой для уже созданных технологий обезвреживания ПО и ТБО или технологий, разрабатываемых в настоящее время. Каждый метод обезвреживания отходов и технология на его основе имеют определенную нишу, то есть совокупность физико-химических параметров отходов и возможностей метода, оптимальное сочетание которых позволяет достичь наибольшей прибыли или минимальных затрат на обезвреживание определенного вида отходов при наименьшем экологическом ущербе природе.

Список литературы

 

1. Арустамов Э.А. Безопасность жизнедеятельности. Учебное посо­бие ч.1 и 2. -М.: ИВЦ «Маркетинг», 2001.

2. Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2003.

3. Владимиров В.В. Инженерная подготовка и благоустройство городских территорий. - М.: Архитектура С, 2004.

4. Денисов В. Н., Лукманов Ю. Х. Благоустройство территорий жилой застройки. – СПб.: МАНЭБ, 2006.

5. Полишко В.В., Буянов Н.А. Основы безопасности жизнедеятельности. Смоленск, 2005.

6. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие для ВУЗов. - СПб, 2001.

7. Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник. -  М.: Стройиздат, 1990.