Переработка и утилизация промышленных отходов

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ3
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ5
Основные понятия отходов5
Классификация отходов промышленности6
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ХРАНЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ10
Использование хранилищ промышленных отходов10
Разработка малоотходных и безотходных технологий и методов комплексного использования отходов промышленности13
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ХРАНЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ17
Пиролиз промышленных отходов17
Термическая переработка20
Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ28

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе. Так, лишь по прошествии несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор.
Цель же данной работы заключается в рассмотрении основных ныне существующих и перспективных способов утилизации и переработки промышленных отходов.
Достижение глобальной цели в процессе выполнения работы достигалось рассмотрением локальных задач:
Во-первых, дать понятие промышленных отходов и рассмотреть их классификацию по различным критериям: по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования и степени их токсичности.
Во-вторых, охарактеризовать способы утилизации, переработки и, при необходимости, условий их захоронения.
В-третьих, рассмотреть возможность комплексного использования отходов промышленности как в целом в промышленности, так и на примере металлургического, топливно-энергетического и химического комплексов.
Объект исследований: Промышленные отходы
Предмет исследований: Переработка и утилизация

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Негативное воздействие промышленности выражается в воздействии на конкретные части природы и на биосферу в целом отходов от процессов добычи и переработки природных ресурсов. Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.
Например, в СССР в год цветная металлургия потребляла около 2 млрд. т. горных пород, а товарная продукция составляла 1 % [22]. В Российской Федерации, так или иначе, переходят в отходы 90 – 95 % или от 80 млрд. т.8 до 120 млрд. т. из них более миллиарда токсичных и являющихся важными источниками экологических эксцессов с ежегодным приростом 10 млрд. т. или 9 – 10 % , ежегодно площади, занимаемые отходами, увеличиваются на 250 тыс. га. Основными поставщиками отходов являются горнодобывающая, химическая, металлургическая, топливно-энергетическая отрасли [21].
Основные понятия отходов
Отходами может быть все, что является нежелательным и непригодным материалом или продуктом. Это вещества, которые выбрасываются после их первичного использования. В основном отходы образуются от животных и людей. Кроме того, урбанизация и быстрое развитие отраслей промышленности способствуют увеличению процесса производства и потребления. Это приводит к огромному количеству отходов [1].
Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия [2].
Классификация отходов промышленности
В широком смысле отходы классифицируются в соответствии с их физическим состоянием, то есть:
Твердые отходы;
Жидкие отход;
Газовые отходы.
Затем каждая категория далее классифицируется на подкатегории [3].
Таблица 1
Классификация отходов по их физическому состоянию
Твердые отходы Отходы, которые находятся в твердом или полутвердом состоянии, являются твердыми отходами. Например - латекс, отходы шин, металлолом, краска, мебель, стекло и т. д.Жидкие отходы Отходы, которые находятся в жидкой форме жидких отходов. Также известный как канализация. Это в основном производится из бытовых стиральных машин, химикатов, масел и других вредных бытовых жидкостей.
Газовые отходы Отходы, образующиеся в газовой форме, являются газообразными отходами. Например, угарный газ, диоксид углерода, диоксид серы, диоксид азота,озон и т. д.
Классифицируются по источнику образования:
Отходы производства:
Представляют собой остатки материалов и сырья, полуфабрикаты, сформировавшиеся во время изготовления новых продуктов. Такое сырье частично или в полной мере утрачивает свои свойства и не имеет применения.
В классификации выделяют основные типы производственных отходов:
Отходы, образующиеся при добыче полезных ископаемых.
Остаточные продукты сельского хозяйства.
Отработанные конструкции и материалы.
Отходы потребления:
Согласно классификации, представляют собой остаточное сырье, полученное при износе или употреблении изначального продукта. К данной группе относится ТБО – твердые бытовые отходы.
Основные виды ТБО:
Пищевые отходы.
Текстиль.
Пластик.
Стеклянная тара.
Бумага.
Электроника.
Батарейки.
Лампы.
Металлические изделия.
Классы опасности отходов:
Отходы 1-4 класса опасности для защиты как окружающей среды, так и человека и животных должны надлежащим образом храниться и утилизироваться. Все продукты, оказывающие негативное воздействие на экосистему, делятся на 5 классов, но первые четыре являются наиболее опасными, так как в пятый входят вещества, которые могут быть переработаны во второй раз.
5 класс имеет самую низкую степень опасности. Чаще всего речь идет о крупномасштабном бытовом мусоре: старой мебели и вещах, пластиковых или стеклянных изделиях, бумажных и пищевых отходах.
Отходы 1-4 классов опасности классифицируются независимо от степени вредного воздействия. Класс 4 включает продукты, представляющие небольшую опасность для окружающей среды. Восстановить ущерб от такого вреда можно в течение трех лет. Помимо крупномасштабного бытового мусора, в эту группу входят строительные отходы: остатки кирпича, гравий, металлы, битое стекло, отходы древесины.
К этому классу относятся нефтесодержащие продукты, которые появляются в связи со строительством скважин, разработкой месторождений. Утилизация отходов 4 класса опасности, в частности тех, в которых находятся нефтепродукты, должна осуществляться в соответствии с нормативными правовыми актами.
Класс 3 опасности присваивается тем продуктам и материалам, которые причиняют вред окружающей среде. Реставрация длится около 10 лет. К этому классу принято относить строительный мусор, отходы в виде вышедшего из строя оборудования, резиновые скаты, масла различного назначения, кислоты и щелочи. Источником загрязнения в этом случае являются строительные площадки, в том числе незавершенные стройки, промышленные предприятия.
Опасные отходы 1 - 4 классов утилизируются довольно долго - не менее трех лет. Высокая степень опасности присваивается товарам, продуктам, которые относятся ко второму классу. Эти отходы могут нарушить равновесие экосистемы, и восстановление загрязненных территорий займет не менее 30 лет. К этому классу относятся вредные продукты производства, оборудование, вышедшее из их состава, химические соединения - масла, щелочи, кислоты. Источником загрязнения являются промышленные предприятия. Ко второму классу опасности относятся аккумуляторные батареи, которые наносят непоправимый вред окружающей среде из-за отравления кислотой и свинцом. Сбор отходов, согласно правилам, должен осуществляться в специально отведенном контейнере.
1 класс крайне опасные вредные вещества, присутствие которых в природе может привести к печальным последствиям и разрушениям, восстановить которые практически невозможно. В эту группу входят промышленные отходы. Гальванические элементы, термометры, лампы на ртутной или люминесцентной основе, различные приборы - все это отходы 1-го класса опасности. В список входят в первую очередь ртутьсодержащие элементы, поскольку этот жидкий металл очень быстро попадает в окружающую среду и наносит непоправимый вред экосистеме.
Требования законодательства указывают на то, что отходы первого класса должны собираться отдельно от других продуктов в специальную тару. Как правило, он создается из оцинкованного металла, так как этот мусор не подлежит вторичной переработке. Утилизация отходов 1 класса опасности, особенно ртутьсодержащих и радиоактивных веществ и пестицидов, осуществляется только с применением специального оборудования. Сам процесс осуществляется различными методами: цементированием, СВЧ-энергией или консервацией на специальных диапазонах. А традиционные методы в виде сжигания, например, только еще больше загрязнят окружающую среду [4].

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ХРАНЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Использование хранилищ промышленных отходов
Для захоронения отходов промышленности целесообразно использовать резервуары в геологических формациях: гранит, вулканические породы, туфы, базальты, соляные толщи, гипс, ангидрит, доломит, глина, гнейсы [21]. Такого рода хранилища могут существовать как самостоятельно, так и совместно с горнодобывающими предприятиями на его шахтном поле [21].
В течение последних 70-ти лет наша страна была и остается сейчас крупнейшим поставщиком разнообразных полезных ископаемых, при добыче которых образуются порядка нескольких миллиардов м3 пустот, непогашенных или постепенно погашаемых выработанных пространств, пригодных в большей или меньшей степени для захоронения промышленных отходов, в том числе радиоактивных [5]. При размещении отходов необходимо соблюдать ряд определенных условий и ограничений:
1. Водонепроницаемость толщ и наличие над и под ними обильных водоносных толщ;
2. Полное исключение возникновения деформаций, способных сделать толщу водопроводящей (сдвиг под действием собственной массы, динамические нагрузки, вызванные землетрясениями, газодинамическими явлениями, наземными взрывами и т.п.);
3. Размещение вдали от населенных пунктов, территорий возможных появлений наводнений, селей, прорыва дамб и плотин, оседание земной поверхности в результате горных работ;
4. Наличие способов и средств, позволяющих при необходимости оперативно и с полной гарантией навечно перекрыть выработки, через которые отходы будут подаваться в выработанные пространства [6].
Подземное захоронение отходов может осуществляться на различных глубинах и гидродинамических зонах литосферы, согласно этому хранилища подразделяются:
• Неглубокие – В зоне аэрации и активного водообмена;
• Среднеглубокие – Ниже зоны активного водообмена, в пределах пластовых температур 50 – 70º
• Глубокие – на глубине свыше 2000 м [7].
Необходим учет мощности зоны аэрации и фильтрационные свойства пород, интенсивность экзогенных геологических процессов (карст, эрозия, оползень и др.), влияющих на герметичность хранилищ.
Существуют предложения по нетрадиционным способам создания подземных емкостей посредством энергии камуфлетного взрыва и ядерного взрыва [19].
В итоге: хранилище токсичных промышленных отходов – сложная геотехническая система, составными элементами которой являются компоненты геологической среды (массив горных пород, подземные воды) и наземно-подземные инженерные сооружения (выработки, скважины, коммуникации) [8].
Хранение взрывоопасных отходов, представляющих некоторую ценность в будущем после создания технологий их переработки и использования, наиболее целесообразно в подземных хранилищах с повышенными мерами безопасности и возможной флегматизацией [21]. Уничтожение взрывоопасных отходов связано со значительными затратами на обеспечение безопасности процесса. Требования к размещению хранилищ взрывоопасных отходов аналогичны общим защитным мероприятиям для хранения промышленных отходов. Воздействиями, инициирующими возможный их взрыв, являются механические удары, трение, высокие температуры, электрическая искра или блуждающие токи, химическая реакция между компонентами, близкий взрыв [21]. Для предотвращения негативных последствий захоронения взрывоопасных отходов, помимо общих требований для изоляции промотходов из биосферы, необходимо:
1. Помещение взрывоопасных отходов в тару для предохранения от всех видов инициирующих воздействий;
2. Достаточное удаление от системы ЛЭП;
3. Использование качественной электропроводки для освещения подсобных помещений;
4. Предохранение от нежелательных химических реакций, в том числе путем низкой температуры хранения и уже упомянутой флегматизации;
5. Безопасные транспортировка, погрузки-разгрузки взрывоопасных отходов [9].
Взрывоопасные вещества и смеси:
1) Соли тяжелых металлов (СТМ) гремучей кислоты – фульминаты;
2) СТМ и органические производные азотоводородной кислоты – азиды, циниануразиды;
3) СТМ ароматических оксинитросоединений – пикраты, стивриаты (нитрорезорцинаты);
4) Производные 5-членного гетероциклического соединения тетразола;
5) Некоторые производные азотоводорода тетразена, например гунилнитрозоамингуанилтетразен;
6) Производные аминов ароматического ряда, соли диазопроизводных диазооксы, хинодизаиды;
7) Органические перекиси;
8) Ацетилениды некоторых тяжелых металлов;
9) Динитробензофуроксены тяжелых металлов;
10) Нитросоединения – тротил, тетрил, гексоген;
11) Нитроэфиры – тиланин, нитроглицерин и др.;
12) Нитропарафины – нитрометан;
13) Гидраты гликолей – этиленгликоль;
14) Хлораты и перхлораты щелочных металлов;
15) Нитраты целлюлозы, некоторых металлов и газов;
16) Смеси горючих элементов с окислителями;
17) Газово-воздушные смеси горючих летучих веществ;
2.2. Наземные полигоны [10].
Наземные полигоны для хранения промышленных отходов являются и должны использоваться в качестве временных, промежуточных пунктов на пути в хранилища [11]. Согласно действующим положениям по проектированию и созданию наземных полигонов их размещение запрещено:
- Вблизи месторождений пресных подземных вод и их водо-охранных зон;
- Вблизи месторождений минеральных лечебных и промышленных вод;
- На территории зон охраны курортов
- На территории заповедников
- В пределах селитебных и рекреационных зон населенных пунктов [12].
Разработка малоотходных и безотходных технологий и методов комплексного использования отходов промышленности
Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений [13].
Вторичные материалы и ресурсы (ВМР) – отходы производства и потребления, которые на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве как на предприятии, где они были образованы, так и за его пределами [28]. К ВМР не относятся возвратные отходы производства, используемые повторно в качестве сырья технологического процесса, в котором образуются.
Побочные продукты и отходы – возможное сырье для других производств. Побочные продукты могут быть планируемыми и давать прибыль с их продажи или использования. Отходы – нежелательные, но неизбежные продукты [28].
Классифицируются ВМР по следующим критериям:
1. По отраслям промышленности или откуда исходят отходы;
2. По технологическим процессам;
3. По видам ресурсов;
4. По степени и возможности использования;
5. По агрегатному состоянию [14].
В зависимости от возможности использования ВМР подразделяются:
1. Реально возможные к использованию, т.е. существуют эффективные условия переработки и использования;
2. Потенциально возможные к использованию, ВМР, использование которых пока экономически и технически нецелесообразно [15].
По источникам своего появления существуют ВМР:
1. Отходы промышленного производства и строительства – остатки сырья, материалов или полуфабрикатов, пригодные к использованию в качестве сырья, вспомогательных материалов или готовой продукции [15].
2. Отходы сферы потребления:
1) Отходы средств производства, потерявшие непригодность для дальнейшего использования,
2) Отходы предметов потребления – изделия непригодные для использования по назначению, но потенциально годные как вторичное сырье,
3) Твердые бытовые отходы, образующиеся у населения в процессе жизнедеятельности и вряд ли имеющие пригодность;
3. Отходы сферы обращения, т.е. материалы, пришедшие в негодность из-за неосторожной транспортировки, складирования и погрузки-разгрузки.
Кроме этого ВМР могут быть использованы в местах своего образования или в других отраслях хозяйства.
Малоотходные и безотходные технологии (МБТ), как правило, ориентированы на наиболее важные отрасли народного хозяйства: производство и рациональное использование металлов, стройматериалов, древесины, полезных ископаемых. Существует несколько основных направлений по осуществлению МБТ:
1) Создание и внедрение процессов комплексной переработке сырья без образования отходов;
2) Переработка всех видов отходов производства и потребления с получением товарной продукции;
3) Выпуск новых видов продукции с учетом требований ее повторного использования;
4) Применение замкнутых систем промышленного водоснабжения с использованием осадков очистных сооружений;
5) Организация безотходных территориально-промышленных комплексов и экономических регионов [16].
При этом необходимо соблюдать ряд условий:
1) Самоочевидное использование всех компонентов того или иного сырья, которые обычно не находят применения вследствие отсутствия необходимых производственных условий и навыков обработки, и причисляются к отходам;
2) Взаимосвязь с экологической обстановкой, в которой реализуются проекты (выбросы в атмосферу, водоемы, почву, отчуждение пахотных или пригодных для других целей земель под захоронение или складирование);
3) Возможность вовлечения в хозяйственный оборот ресурсов, ранее не использовавшихся;
4) Применение одной или минимума прогрессивных операций в общей технологической цепи приводит к необходимости переводить всю технологическую систему на новый уровень;
5) Возможность получения новых материалов с необходимыми характеристиками;
6) Улучшение условий труда за счет сокращения процессов, сопровождаемых выделением вредных газов и пыли. Устранение вредных компонентов в качестве промежуточных продуктов и катализаторов [3].
Многостороннее и глубокое освоение безотходных производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства [17].

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ХРАНЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
3.1. Пиролиз промышленных отходов
Пиролиз - это термохимическая обработка, которая может применяться к любому органическому (на основе углерода) продукту. Это можно делать как с чистыми продуктами, так и со смесями. При такой обработке материал подвергается воздействию высокой температуры и в отсутствие кислорода проходит химическое и физическое разделение на различные молекулы. Разложение происходит благодаря ограниченной термостабильности химических связей материалов, которая позволяет им разрушаться с помощью тепла.
Термическое разложение приводит к образованию новых молекул. Это позволяет получать продукты с другим, часто более превосходным характером, чем исходный остаток. Благодаря этой особенности пиролиз становится все более важным процессом для современной промышленности, поскольку он позволяет повысить ценность обычных материалов и отходов.
Пиролиз часто ассоциируется с термической обработкой. Но в отличие от процессов сгорания и газификации, которые включают полное или частичное окисление материала, пиролиз основан на нагревании в отсутствие воздуха. Это делает его преимущественно эндотермическим процессом, обеспечивающим высокую энергоемкость получаемых продуктов.
Продукты пиролиза всегда производят твердые (древесный уголь, биоуголь), жидкие и неконденсируемые газы (H2, CH4, CnHm, CO, CO2 и N). Поскольку жидкая фаза извлекается из пиролизного газа только во время его охлаждения, в некоторых применениях эти два потока могут использоваться вместе при подаче горячего синтез-газа непосредственно в горелку или камеру окисления.
Влияние процесса пиролиза:
Состав обработанного материала - каждый из основных компонентов биомассы и отходов имеет разную температуру термического разложения, что означает, что они по-разному влияют на результаты процесса. Из-за большого разнообразия состава материалов всегда рекомендуется проводить пилотные испытания для наиболее точного прогноза характеристик процесса пиролиза.
Температура процесса - имеет большое влияние на результаты лечения. Более высокие температуры пиролиза обеспечивают получение большего количества неконденсируемых газов (синтез-газ, синтетический газ), в то время как более низкие температуры способствуют производству высококачественного твердого продукта (древесный уголь, биоуголь, торрефицированное топливо).
Время пребывания материала в камере пиролиза - влияет на степень термической конверсии полученного твердого продукта, а также на время пребывания пара, который влияет на состав паров (конденсируемая / неконденсируемая фаза). Время пребывания можно точно контролировать в процессе, изменяя скорость вращения винтового конвейера, транспортирующего материал вдоль реактора.
Размер частиц и физическая структура - влияет на скорость, с которой материал подвергается пиролизу. Как правило, материалы с меньшим размером частиц быстрее подвергаются термическому разложению, что может привести к большему количеству пиролизного масла, чем в случае частиц большего размера.
Окислительный пиролиз – процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгарают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап [4].
Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод.
Сухой пиролиз – это метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов.
Сухой пиролиз – процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток.
В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается:
1. Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450 - 550° С). Данному виду пиролиза характерны максимальный выход жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальный выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы – ценного жидкого топлива, и для переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива.
2. Среднетемпературный пиролиз или среднетемпературное коксование (до 800° С) дает выход большего количества газа с меньшей теплотой сгорания и меньшего количества жидкого остатка и кокса.
3. Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 - 1050° С). Здесь наблюдается минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания – высококачественного горючего, годного для далеких транспортировок. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.
Метод сухого пиролиза получает все большее распространение и является одним из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.
3.2. Термическая переработка
Термическая переработка отходов это всесторонний обзор сжигания твердых бытовых отходов.
Большинство стран борются с управлением отходами и их удалением. Большинство стран также нуждаются в обеспечении стабильных поставок электроэнергии для жителей и промышленности. Термическая обработка отходов с использованием сжигания и пиролиза, например, может решить обе проблемы: она обеспечивает энергию из отходов.
В то время как мы обычно думаем об отходах как о чем-то, от чего нужно избавиться, большая часть отходов, которые мы называем твердыми коммунальными отходами (ТБО), имеет большую ценность в качестве топлива. Автор приводит примеры мусоросжигательных заводов в Детройте, Сингапуре, Японии и других, описывает, как они работают, и углубляется в эффекты сжигания и введения углерода в атмосферу.
Другие источники топлива включают древесные отходы, сельскохозяйственные отходы, такие как рисовая шелуха, нефтеперерабатывающий шлам, пластик и утиль шин. Помимо сжигания, такие методы, как пиролиз и газификация, также потребляют твердые бытовые отходы и вырабатывают электроэнергию. Даже радиоактивные отходы можно перерабатывать термически.
В основу огневого метода положен процесс высокотемпературного разложения и окисления токсичных компонентов отходов с образованием практически нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. С использованием данного метода возможно получение ценных продуктов: отбеливающей земли, активированного угля, извести, соды и др. материалов. В зависимости от химического состава отходов дымовые газы могут содержать SOХ, P, N2, H2SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.
Огневой метод переработки токсичных промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов и способам обезвреживания:
1. Сжигание отходов, способных гореть самостоятельно – наиболее простой способ; горение происходит при температурах не ниже 1200 - 1300° С. (следует отметить, что данный способ не является целесообразным ввиду некоторой (большей или меньшей) ценности горючих отходов и возможности их использования в данное время или в будущем).
2. Огневой окислительный метод обезвреживания негорючих отходов – сложный физико-химический процесс, состоящий из различных физических и химических стадий. Огневое окисление применимо в большей степени по отношению к твердым и пастообразным отходам.
3. Огневой восстановительный метод используется для уничтожения токсичных отходов без получения каких-либо побочных продуктов, пригодных для дальнейшего использования в качестве сырья или товарных продуктов. В результате образуются безвредные дымовые газы и стерильный шлак, сбрасываемый в отвал. Так можно обезвреживать газообразные и твердые выбросы, бытовые отходы и некоторые другие.
4. Огневая регенерация предназначена для извлечения из отходов какого-либо производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов. Эта разновидность огневого обезвреживания обеспечивает не только природоохранные, но и ресурсосберегающие цели [4].
Для достижения требуемой санитарно-гигиенической полноты обезвреживания отходов необходимо, как правило, экспериментальное определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода [1]. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах.
При сжигании на свалках пластмасс, синтетических волокон, хлороуглеводородов в дымовых газах могут образовываться токсичные вещества: CO, бенз-а-пирен, фосген, диоксины.
Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» разработаны камерные, барабанные, циклонные, комбинированные печи, используемые в зависимости от состава, физико-химических свойств и агрегатного состояния отходов. Дополнительно был разработан дожигатель, предназначенный для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м3. После полного обезвреживания содержание в выбросах СО не более 40 мг/м3, NOХ не более 10 мг/м3 [1].
По мнению авторов огневое обезвреживание (чисто термическое или с применением катализаторов) промышленных отходов приводит к уничтожению органических веществ, которые могли бы явиться ценным сырьем целевых продуктов [15].
3.3. Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы
Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ – диоксинов [26].
Применение низкотемпературной плазмы – одно из перспективных направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.
Плазменный метод может использоваться для обезвреживания отходов двумя путями:
- Плазмохимическая ликвидация особо опасных высокотоксичных отходов;
- Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции [12].
Наиболее эффективен плазменный метод при деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода – синтез-газ – и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена [15]. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % с образованием CO2, H2O, HCl, HF, P4O10 [12].
Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам:
— Конверсия отходов в воздушной среде;
— Конверсия отходов в водной среде;
— Конверсия отходов в паро-воздушной среде;
— Пиролиз отходов при малых концентрациях.
Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу.
Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок, принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки [15]. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе [4]. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95 – 98 % по массе HCl и HF [27].
 Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния [15].
Переработка горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы – шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137Cs, 90Sr, 37Fe, 60Co) [14].
Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов промышленности по-прежнему не ведется на должном уровне.
Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.
Несмотря на длительную ориентацию промышленности нашей страны на ресурсосберегающие технологии, отображало это скорее экономические цели производства, нежели предотвращение вредного воздействия на природу. В СССР на уровне Госснаба была разработана система сбора вторичных ресурсов: макулатуры, текстиля, пиломатериалов, битого стекла, пищевой кости, металлолома и др. – главным образом бытовых отходов.
Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным направлениям:
• Технологическое – повышение экологической безопасности производства;
• Экозащитное – стабилизация и изоляция опасных отходов от природной среды.
Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов – длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 2015. – 218 с.
Байкулатова К.Ш. Вторичное сырье - эффективный резерв материальных ресурсов. Алма-Ата, Казахстан, 2012. – 381 с.
Безотходная технология. М., Знание, 2013. – 191 с.
Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М., Химия, 2020. – 612 с.
Вредные вещества в промышленности. Л., Химия, 2017. – 211 с.
Глоба В.Н., Яковлев Е.И., Борисов В.В. Строительство и эксплуатация подземных хранилищ. Киев: Будивельник, 2015. – 181 с.
Дмитриев В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И. Термическое обезвреживание отходов хлорорганических производств // Химическая технология, 2016. – 551 с.
Избавление биосферы от токсичных отходов. Проблемы и пути ее эффективного решения. Соликамск, 2015. – 412 с.
Инструкции о порядке единовременного учета образования и обезвреживания токсичных отходов. М, 2020. – 131 с.
Комплексное использование сырья в промышленности. Хайбулина Н.Е. Челябинск, Южноуральское книжное издательство, 2016. – 191 с.
Комплексное использование сырья и отходов. Равич Б.М., Окладников В.П., Лыгач В.Н. и др. М., Химия, 2018. – 211 с.
Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л., Химия, 2011. – 318 с.
Ласкорин Б.Ч и др. Безотходные технологии переработки минерального сырья. М., Недра, 2014. – 491 с.
Литвинов В.К., Дмитриев С.А., Киярв Ч.А. и др. Плазменная шахтная печь для переработки радиоактивных отходов средней и низкой активности. Магнитогорск, Магнитогорский горно-металлургический институт, НПО "Радон", 2013. – 101 с.
Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы. //Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 2015. – 125 с.
Максимов И.Е. Состояние и перспективы использования экозащитных систем в решении проблем отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 2015. – 181 с.
Мамин, Р.Г. Инновационные механизмы управления отходами / Р.Г. Мамин. - М.: МГСУ, 2018. - 530 c.
Малоотходные и безотходные технологии. Материалы конференции. М.: Секретариат, 2020. – 210 с.
Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов технологии органических веществ. М.: Химия, 2014. – 155 с.
Подземные ядерные взрывы… для улучшения экологической обстановки. Васильев А.П., Приходько Н.К., Симоненко В.А. // Природа, 2020. – 219 с.
Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов. М.: Минздрав СССР, 2015. – 98 с.
Размещение промышленных отходов в подземных хранилищах. Пермь, ПГТУ, 2015. – 71 с.
Снуриков А.П. Комплексное использование сырья в цветной металлургии. М.: Металлургия, 2016. – 31 с.
Термические методы обезвреживания отходов. Беспамятнов Г.П., Ботушевская К.К., Зеленская Л.А. Л., Химия, 2015. – 210 с.
Торопкина Г.Н., Калинкина Л.И. Технико-экологические показатели промышленной очистки газообразных выбросов органических веществ. М., 2013. – 311 с.
Управление процессами обработки производственных отходов. М. 2019. – 171 с.
Фокин А.В., Коломиец А.Ф. Диоксины - проблема научная или социальная? // Природа, 2015. – 612 с.
Фролов К.И., Шайдуров В.С. Химическая и технологическая защиты окружающей среды. Л., ГИПХ, 2020. – 223 с.
Хмельницкий А.Г. Использование вторичных материальных ресурсов в качестве сырья для промышленности // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 2015. – 91 с.
Шпирт М.Л. Безотходные технологии. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. М., Недра, 2016. – 102 с.