Утилизация отходов картона и бумаги

Во всем мире уделяется большое внимание повторному использованию бумаги и картона. Из 1 тонны макулатуры можно получить 0,7т бумаги или картона, заменить ею 0,85 тонны целлюлозы и сэкономить 4,4 м³ древесины. Во многих странах для населения, сдающего бытовую макулатуру введена система стимулирования.

Однако не все сорта бумаги и картона могут быть использованы в бумажной промышленности. Большой процент продукции технического назначения изготавливают с применением пластмасс и различных покрытий, окрашивают, проклеивают и пр. Прежде, чем направить эти виды бумаги и картона на переработку, от них отделяют инородные примеси. В качестве макулатуры в промышленности используют старые гофрированные ящики, бывшие тарой для упаковки изделий производственного и бытового назначения. Вторым по масштабу источников макулатуры являются старые газеты. Свыше 770% собираемой макулатуры используют при производстве многослойного картона.

Технология облагораживания макулатуры и освобождении ее от типографской краски позволяет увеличить количество печатной продукции, отпечатанной на бумаге полностью или частично выработанной из макулатуры: например, выпускаемый в США журнал «Уэйст Эйдж» («Отходы века») печатается только на бумаге, восстановленной из бумажных отходов.

Прогрессивные технологии утилизации отходов бумаги включают следующие основные этапы производственного процесса:

- первичную подготовку бумажных отходов к утилизации (измельчение до необходимых размеров);

- пакетирование бумажных отходов (прессование измельченной бумаги в прямоугольные кипы);

- увязку кип (создание снаружи кипы проволочного каркаса).

Для измельчения макулатуры используют специальные измельчители бумаги, наиболее мощными из которых являются машины типа Рино (Нидерланды). Они универсальны и предназначены для измельчения любых видов бумажных отходов (документов, газет и журналов, бумаги промышленного назначения и т.д.). Оборудование для переработки макулатуры выпускается в Финляндии, Швеции и других странах.

Ресурсы картонно-бумажных отходов в нашей стране огромны, а используются они далеко не полностью.

5.3. Утилизация и обработка отходов каучука и резины

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 эбонитовой (25-30% серы).

Резиновые отходы образуются:

- в сфере производства – в процессах изготовления резинотехнических изделий;

- в сфере потребления – изношенные шины (автомобильные, авиационные, тракторные и т.д.), резинотехнические изделия (транспортные ленты, рукава, приводные ремни, прорезиненные ткани, технические пластины и т.п.);

- предметы личного потребления (в основном обувь).

Выход из эксплуатации резиновых изделий обусловлен старением и конструктивными разрушениями: механический износ, расслоение, разрыв деталей.

Основную массу отходов производства резинотехнических изделий вывозят на свалки или сжигают, что приводит к загрязнению атмосферы.

Отходы производства резинотехнических изделий перерабатывают с помощью различных методов деструкции: термической, термокаталитической в присутствии соединений марганца, ванадия, меди, хрома, молибдена или вольфрама; с применением химических агентов (кислот Льюиса, нитрозосоединений, окислительно-восстановительных систем и др.); биохимической, механохимической, фотоокислительной, ультразвуковой и др.

Для деструкции отходов эластомеров и резины не требуются большие капитальные затраты. Получаемые при этом жидкие полимеры можно применять в качестве пленкообразующих, антикоррозионных покрытий. Пластификаторов и т.п. или вторично использовать в производстве основной продукции.

Для измельчения отходов синтетического каучука и резины применяют роторное измельчение, криогенный процесс переработки отработанной резины, дробилки ударного действия в сочетании с низкотемпературной обработкой отходов, растворение под давлением сжиженного газа в каучуке и последующее мгновенное его дросселирование. Диспергированные и активизированные отходы резины являются ценными порошковым наполнителем для полимеров.

Отходы шинной промышленности. Шинная промышленность – крупнотоннажная отрасль народного хозяйства: масса одной покрышки колеблется в пределах 2-7,5 кг (мотоциклетные и легковые покрышки) до 1000 кг (крупногабаритные покрышки). Кроме пневматических шин к изделиям шинной промышленности относятся: материалы для ремонта шин, пневматические муфты, пневмобаллоны и другие изделия.

Резиновые и резинотканевые отходы шинного производства перерабатывают на оборудовании, предназначенном для переработки резины, и по технологии традиционной для ее получения.

Все основные материалы, содержащиеся в изношенных покрышках, сохраняют структуру и свойства, сравнительно близкие к первоначальным. Резина как конструкционный материал подвергается незначительным структурным изменениям, что в определенной степени связано с присутствием в ней ингибитора, препятствующего старению и задерживающего процесс окисления.

Основными возможными направлениями комплексной переработки и использования покрышек являются: производство регенерата; получение резиновой крошки для строительства дорог с усовершенствованным покрытием и для производства гидроизоляционных, строительных и некоторых других технических материалов; получение технического углерода и других, необходимых для народного хозяйства продуктов методом пиролиза; получение тепла; укрепление откосов берегов морей и рек, создание искусственных рифов в морях, плавающих волнорезов, противоударных барьеров на дорогах.

Регенерация резины (восстановление до исходных продуктов) наиболее целесообразна в технико-экономическом отношении; сырьевые материалы, содержащиеся в резиновой части покрышек используются по прямому назначению, т.е. возвращаются в баланс резиновой промышленности. Для производства регенерата в отечественной промышленности применяются два метода: водонейтральный и термомеханический. Кроме того, ограниченно используют паровой метод, в основном при получении цветного регенерата.

Процесс регенерации резины, осуществляемые любым из методов, делится на три основных стадии: подготовка резинового сырья, девулканизация резины и механическая обработка девулканизата. Каркас покрышки обычно состоит из нескольких слоев специальной прорезиненной ткани (корда). Беговая часть покрышки протектор – образована из толстого слоя рифленой резины, борта служат для крепления покрышки на ободе колеса и имеют сцепление из стальной проволоки.

Технология переработки старых покрышек заключается в том, что от них отрезаются борта, а оставшиеся части разрезаются на куски размером 100-250 мм. После грубого измельчения куски подаются на двух- или трехкратное мелкое измельчение на измельчительных вальцах. Полученные фракции подаются на участок классификации, оснащенный виброситами (ячейки верхней сетки имеют размеры 3-5 мм, нижней – 1 мм); на верхней сетке остается волокнистый тканевый корд, а резиновая крошка, падая вниз, проходит через магнитный сепаратор, где от нее отделяются кусочки проволоки (в случае, если покрышка была с металлическим кордом).

Девулканизация резины является основным процессом регенератного производства, при котором происходит превращение резины в пластичный продукт под влиянием механической, тепловой и химической энергии цепного процесса окисления полимерного вещества вулканизата.

Деструкции резины способствуют определенные химические вещества – мягчители и активаторы. При водонейтральном методе девулканизация резины происходит в вертикальных автоклавах в водной среде при избытке жидкой фазы. Резиновая пульпа, находящаяся в автоклаве, в который добавляется мягчитель (25-30%), непрерывно перемешивается мешалкой. В зависимости от состава перерабатываемой резины температура процесса около 180ºС, длительность 6-8 часов. По окончании процесса девулканизат поступает на обезвоживание.

При термическом методе девулканизация резины в непрерывно действующем аппарате червячного типа. Перед поступлением в червячный девулканизатор резина смешивается смягчителем и активизатором в непрерывно действующем двухчервячном смесителе. При прохождении через девулканизатор обрабатываемая смесь подвергается действию механических усилий.

По методу диспергирования девулканизация осуществляется в результате сложного коллоидно - химического процесса: дробленая резина смешивается с эмульгатором (канифолью, песком, таловым маслом и др.), подвергается предварительной пластификации и обрабатывается в шнековом агрегате, где при непрерывном перемешивании и пластификации смеси резины с эмульгатором к ней добавляется водный раствор щелочи. По мере омыления эмульгатора щелочью происходит обращение фаз с образованием дисперсии резины в воде, которая может иметь самостоятельное применение для замены латексов. Коагулянт регенерата промывается водой на вибросите, обезвоживается при червячном процессе и подвергается механической обработке на рафинировочных вальцах, откуда выходит в виде полотна толщиной 0,15-0,17 мм.

Из изношенных шин вырабатывают бризол (для антикоррозионной защиты магистральны газопроводов), резинобитумную гидроизоляционную мастику (для изоляции трубопроводов), битумно-резиновый изол (рулонный кровельный материал), обрезиненную крафт- бумагу (прослойка для химически стойких бумажных мешков) и др. Из отходов шинного производства получают широкий ассортимент изделий: шифер, плита для покрытия полов в животноводческих помещениях, рулонная кровля, технические пластины и пр.

В настоящее время все большее распространение получает пиролиз резиновых покрышек. В результате термической переработки получают сажу для лакокрасочной промышленности, масла, энергетические газы, сталь. Газы, полученные в процессе пиролиза, служат топливом для установки. Таким образом, процесс может функционировать в автономном режиме. Твердый углеродный остаток может быть использован для получения сорбционных материалов или в металлургической промышленности в качестве заменителя аморфного графита в составах теплоизолирующих и защитно-смазывающих смесей.

5.4. Радиоактивные отходы

Радиоактивность всех отходов атомной промышленности со временем уменьшается. Все радиоизотопы, содержащиеся в РАО, имеют период полураспада — время, за которое радионуклид теряет половину радиоактивности; со временем все отходы распадаются на нерадиоактивные элементы. Некоторые элементы (например, плутоний-239) в отработавшем топливе останутся опасными для человека в течение сотен тысяч лет, другие — в течение миллионов лет. Таким образом, эти РАО должны быть изолированы от окружающей среды на сотни тысяч лет. Некоторые элементы, например йод-131, имеют короткий период полураспада (в случае йода — 8 дней), и поэтому перестанут представлять опасность гораздо быстрее, чем другие долгоживущие изотопы, однако их активность изначально гораздо выше.

Чем быстрее радиоизотоп разлагается, тем более он радиоактивен. Энергия и тип ионизирующего излучения, испускаемые чистым радиоактивным веществом, являются важными для определения степени его опасности. Химические свойства радиоактивного элемента определяют, насколько легко он сможет попасть в окружающую среду и поразить человеческий организм. Этот вопрос усложняется тем, что многие радиоизотопы распадаются не до стабильного состояния, а превращаются в радиоактивный продукт распада, образуя тем самым цепочку распадов.

В зависимости от формы распада и биохимии элемента, опасность от воздействия радиоизотопов различна. Например, йод-131 — короткоживущий бета- и гамма-излучатель, но, поскольку он накапливается в щитовидной железе, он способен вызвать больше повреждений, чем TcO₄, который, будучи растворимым в воде, быстро выводится с мочой. Аналогично, альфа-излучающие актиноиды и радий являются крайне вредными, так как они имеют большие биологические полупериоды существования, и их радиация имеет высокий уровень линейной передачи энергии. Из-за подобных различий правила, определяющие вред, причиняемый организму, сильно различаются в зависимости от радиоизотопа, и иногда от природы химического соединения, содержащего радиоизотоп.

Классификация РАО

Малоактивные РАО

Малоактивные РАО — результат деятельности больниц, промышленных предприятий, а также ядерного топливного цикла. К ним относятся бумага, ветошь, инструменты, одежда, фильтры и т. д., содержащие малое количество преимущественно короткоживущих изотопов. Обычно эти предметы определяют как малоактивные отходы в качестве меры предосторожности, если они находились в любой области т. н. «активной зоны», часто включающей офисные помещения с крайне незначительной возможностью заражения радиоактивными веществами. Малоактивные РАО обычно обладают не большей радиоактивностью, нежели те же предметы, отправленные на свалку из нерадиоактивных зон, например, обычных офисов. Данный тип отходов не требует изоляции во время транспортировки и пригоден для поверхностного захоронения. Чтобы уменьшить объем отходов, их обычно прессуют или сжигают перед захоронением. Малоактивные РАО делятся на четыре класса: A, B, C and GTCC (самый опасный).

Среднеактивные РАО

Среднеактивные РАО обладают большей радиоактивностью и в некоторых случаях нуждаются в экранировании. К данному классу отходов относятся смолы, химический осадок, металлические оболочки тепловыделяющих элементов реакторов, а также загрязненные вещества из выведенных из эксплуатации АЭС. При транспортировке эти отходы могут закатываться в бетон или битум. Как правило, отходы с коротким периодом полураспада (в основном вещества из реакторов, не имеющие отношения к топливу) сжигают в поверхностных хранилищах, отходы с долгим периодом полураспада (топливо и продукты его переработки) размещают в глубоких подземных хранилищах. Законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс; термин в основном используется в странах Европы.

Высокоактивные РАО

Высокоактивные РАО — результат работы ядерных реакторов. Они содержат продукты деления и трансурановые элементы, полученные в ядре реактора. Эти отходы крайне радиоактивны и часто имеют высокую температуру. На долю высокоактивных РАО приходится до 95 % общей радиоактивности, образующейся в результате процесса генерации электрической энергии в реакторе.

Трансурановые РАО

По определению законодательства США к этому классу относятся отходы, загрязненные альфа-излучающими трансурановыми радионуклидами, с периодами полураспада более 20 лет и концентрацией большей 100 нКи/г, вне зависимости от их формы или происхождения, исключая высокоактивные РАО. Элементы с атомными числами, большими, чем у урана, получили название «трансурановых». В связи с долгим периодом распада трансурановых отходов их захоронение проходит тщательнее, чем захоронение малоактивных и среднеактивных отходов. В США трансурановые РАО образуются в основном в результате производства оружия, к ним относится одежда, инструменты, ветошь, побочные продукты химических реакций, различного рода мусор и другие предметы, загрязненные небольшим количеством радиоактивных веществ (главным образом, плутония).

В соответствии с законодательством США, трансурановые РАО подразделяются на отходы, допускающие контактное обращение и отходы, требующие дистанционного обращения. Деление основывается на уровне радиации, измеренном на поверхности контейнера с отходами. Первый подкласс включает отходы с поверхностным уровнем радиации не более 200 миллибэр в час, второй — более опасные отходы, радиоактивность которых может достигать 1000 миллибэр в час. В настоящее время постоянное место захоронения трансурановых отходов деятельности силовых установок и военных заводов в США — первая в мире опытная установка для изоляции РАО.