Промышленные отходы и их переработка

Функционально промышленные отходы подразделяют на три основные группы:

1. Отходы, которые складируются на свалках, сжигаются на открытых площадках, подвергают захоронению, сбрасываются в водоемы, т.е. загрязняют окружающую среду;

2. Отходы, которые находят применение в хозяйстве;

3. Отходы, которые используются на самом предприятии для получения товарной продукции.

В процессе производства образуется большое количество отходов, которые при соответствующей обработке могут быть вновь использованы как сырье для производства промышленной продукции. Все виды промышленных отходов делят на две группы: твердые и жидкие. Твердые – отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыли минерального и органического происхождения от очистных сооружений в системах очистки газовых выбросов промышленных предприятий, а также промышленный мусор. К жидким отходам относят осадки сточных вод после их обработки, а также шламы пыли минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов.

Критерием определения целесообразности переработки отходов в местах их образования является количество и степень их использования в производстве. Большая доля в общем объеме твердых отходов принадлежит металлическим отходам. Вторичные ресурсы металлов складываются из лома (43 %) и отходов (57 %). Основные операции первичной обработки металлических отходов – сортировка, разделка и механическая обработка. Пакетирование отходов организуется на предприятиях, на которых образуется 50 т и более отходов в месяц. На предприятиях, где образуется большое количество данных отходов, организуются специальные участки для утилизации вторичных металлов.

Отходы древесины широко используются для изготовления различных товаров, главным образом методом прессования. Переработанные древесные отходы применяются в производстве древесно-стружечных плит.

Переработку промышленных отходов производят на специальных полигонах, предназначенных для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, НИИ и учреждений. Приему на полигон подлежат:

- отходы, содержащие мышьяк неорганические твердые отходы и шламы;

- отходы, содержащие свинец, цинк, олово, кадмий, никель, сурьму, висмут, кобальт и их соединения;

-отходы гальванического производства;

-использованные органические растворители;

-органические горючие материалы; неисправные ртутные дуговые и люминесцентные лампы;

-формовочная земля, песок, загрязненный нефтепродуктами;

-испорченные баллоны с остатками веществ и др.

Жидкие токсичные отходы перед вывозом на полигон должны быть обезвожены на предприятиях.

Приему на полигон не подлежат: отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов и других веществ; нефтепродукты, подлежащие регенерации; радиоактивные отходы.

Переработка отходов на полигонах предусматривает использование физико-химических методов; термическое обезвреживание с утилизацией теплоты; демеркуризацию ламп с утилизацией ртути и других ценных металлов; прокаливание песка и формовочной земли; подрыв баллонов в специальной камере; затаривание отходов в герметичные контейнеры и их захоронение.

Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны: завод по обезвреживанию токсичных отходов мощностью 100 тыс. т отходов в год и более – 1000 м; завод мощностью менее 100 тыс. т. в год – 500 м; участок захоронения токсичных отходов – не менее 3000 м. Полигоны устраивают двух видов:

1. Для обезвреживания одного вида отходов только захоронением или химическим способом,

2. Комплексные.

Во втором случае территорию полигона разделяют на зоны приема и захоронения твердых несгораемых отходов; приема и захоронения жидких химических отходов и осадков сточных вод, не подлежащих утилизации; захоронения особо вредных отходов; огневого уничтожения горючих отходов.

Захоронение промышленных отходов осуществляют в котлованах глубиной до 10-12 м в специальной таре (стальные бочки). Их размещают в котлованах и железобетонных резервуарах (особо опасные отходы).

Земельные участки, выбранные для полигонов, должны отвечать следующим требованиям:

-размещаются с подветренной стороны по отношению к населенным пунктам и зонам отдыха;

-находиться ниже мест заборов питьевой воды, рыбных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы;

-состоять из слабо-фильтрующих грунтов;

-залегание грунтовых вод при их наибольшем подъеме должно быть не менее 2 м от нижнего уровня отходов.

Размещение токсичных промышленных отходов под землей является пока одним из наиболее перспективных способов избавления от тех из них, которые не могут быть утилизированы или полностью уничтожены путем сжигания, а при накоплении их на земной поверхности представляют реальную опасность для биосферы. Подземное размещение промышленных отходов должно производиться при соблюдении ограничений, относящихся к выбору места для создания подземных и заглубленных хранилищ (первая группа) и к их проектированию, строительству и эксплуатации (вторая группа).

Первая группа ограничений. Подземное размещение высокотоксичных промышленных отходов первого и второго классов может осуществляться только в геологических формациях, создающих природный барьер для выноса подземными водами размещаемых веществ и продуктов их взаимодействия с окружающим массивом в биосферу. Регион их размещения не должен быть сейсмоопасным.

Приемлемыми формациями для размещения жидких промышленных отходов являются массивы горных пород, представленные пористыми замкнутыми коллекторами.

Вторая группа ограничений. Для создания подземных и заглубленных хранилищ малотоксичных промышленных отходов могут использоваться выработанные пространства, вокруг которых по завершении эксплуатации хранилищ образуются водопроводящие каналы, если воды, проникшие в хранилища через эти каналы, после контакта с отходами остаются в нем и не мигрируют в водоносные горизонты. Подземные хранилища для высокотоксичных отходов могут эксплуатироваться только после того, как в них будут сооружены и опробованы средства изоляции выработанных пространств, позволяющие при необходимости оперативно и навечно отделить размещенные отходы от биосферы.

Минимизация отходов в различных отраслях промышленности может быть достигнута следующими способами:

1. Усовершенствование технологических процессов в направлении сокращения количества отходов;

2. Рециклизация отходов предпочтительно в процессе их образования;

3. Преработка отходов в полезные продукты;

4. Изменение свойств отходов, снижение их объема и токсичности для облегчения последующего удаления и переработки.

7.3 Радиоактивные отходы: проблемы локализации, консервации, захоронения, переработки

По агрегатному состоянию радиоактивные отходы (РАО) делят на группы: жидкие, твердые и газообразные. Все жидкие РАО по степени активности подразделяют на три класса:

1. Слабоактивные отходы, удельная активность которых не превышает 3,7·10⁷ Бк/м³;

2. Отходы средней степени активности (удельная b-активность в пределах 3,7·10⁷ – 3,7·10¹³ Бк/м³);

3. Высокорадиоактивные отходы (удельная активность превышает 3,7·10¹³ Бк/м ³).

Типичными жидкими отходами первого класса являются сточные воды дезактивационных пунктов, санпропускников, прачечных и т.д. Высокоактивные РАО, содержащие преимущественно искусственные радионуклиды, образуются на конечных звеньях производственного цикла, а также в некоторых научных лабораториях. Особую опасность в экологическом аспекте представляют отходы заводов, на которых перерабатываются облученные тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) АЭС с целью извлечения из них невыгоревшего ядерного топлива или выделения вновь образовавшегося плутония.

Твердые РАО подразделяют на три группы:

1.Удельная активность находится в пределах 3,7·10⁴-3,7·10⁶ Бк/кг;

2.Удельная активность в пределах 3,7·10⁶-3,7·10⁹ Бк/кг;

3.Удельная активность более 3,7·10⁹ Бк/кг.

К твердым РАО относятся:

-негорючие отходы: металлы, стекло, керамика, строительный мусор.

-горючие отходы: дерево, пластмасса, резина, полихлорвиниловые изделия, текстиль.

Количество и объемы средне- и низкоактивных РАО велики. В 2000 г. в России их накоплено около 1,5 млн. м³, в США – около 3,6 млн. м³. Почти 98,5 % ядерного топлива АЭС идет в отходы, представляющие радиоактивные продукты расщепления (плутоний, цезий, стронций), которые нельзя уничтожить, а можно вечно хранить на спецскладах. Загрузка одного реактора мощностью 1000 МВт составляет около 180 т, чего хватает на три года, то за это время на территории АЭС с 4 реакторами скапливается до 700 т отработанного топлива.

Образующийся в активной зоне ядерных реакторов тритий, углерод-14, криптон-85 и йод-129 практически полностью выделяются в биосферу. Выброс трития атомной энергетикой бывшего СССР за 1985 г. в 3,5 раза превзошел равновесное содержание его в атмосфере и более чем в 2 раза – содержание во всех реках континентов. Криптон-85, содержащийся в атмосфере, имеет в основном искусственное происхождение. За 1985 г. его выброс на всех АЭС в 500 тыс. раз превзошел равновесное содержание в атмосфере криптона-85 естественного происхождения.

Захоронение и переработка РАО. Свалки РАО в морях возникли вслед за появлением атомного флота. Сбросы РАО, начавшиеся в 1959 г., систематически продолжались до 1992 г. в некоторых районах Балтийского, Баренцева, Белого, Карского, Охотского и Японского морей, а также в прибрежных водах архипелага Новая Земля и полуострова Камчатка. В период с 1964 по 1991 г.г. в северных морях затоплено 4900 контейнеров с твердыми РАО низкой и средней степени активности. У восточных берегов России, в Японском и Охотском морях за 1986-1991 г.г. было захоронено 6868 контейнеров со средне- и низкоактивными твердыми РАО, а также 38 судов и более 100 крупногабаритных объектов. Их суммарная активность оценивается в 22,2 тыс. кюри. За 30 лет эксплуатации атомного флота в экосистемы северных морей поступило около 100 тыс. м³ жидких РАО с активностью более 24 тыс. кюри.

Общее количество РАО, сброшенных в море США, в 1946-1970 г.г. составило более 86 тыс. контейнеров с суммарной радиоактивностью около 95 тыс. кюри. В 1971-1983 г.г. РАО предприятий военной и мирной атомной промышленности регулярно сбрасывали в море Бельгия, Англия, Германия, Швеция, Япония, Южная Корея.

К настоящему времени выработаны следующие технологии захоронения РАО:

1. Для больших количеств высокоактивных РАО – концентрирование и последующее хранение – консервация – посредством стеклования, бетонирования и складирования в глубоких шахтах;

2. Для небольших количеств высокоактивных РАО – переработка – извлечение долгоживущих изотопов с высокой токсичностью перед удалением остаточной активности;

3. Для отходов средней степени активности – хранение до достижения распада короткоживущих изотопов и последующее рассеивание в той или иной среде;

4. Для относительно небольших количеств слабоактивных отходов – разбавление и последующее рассеивание.

Длительное хранение высокоактивных РАО. Хранение высокоактивных жидких отходов (обычно это водные азотнокислые растворы) осуществляется в баках из нержавеющей стали с двойными стенками объемом от нескольких десятков до нескольких сотен кубометров. Устанавливают их в бетонных камерах. Резервуар непрерывно продувают воздухом. Отработанный воздух в дальнейшем очищают от радиоактивных аэрозолей в специальных фильтрах. Содержимое баков постоянно перемешивают, так как выпадение твердых частиц плутония или урана может привести к накоплению критической массы. Современное хранилище высокорадиоактивных отходов состоит из вертикальных шахт, горизонтальных коридоров (штреков) и помещений для захоронения, сооружаемых в соляных породах на глубине 600 м. В полу помещения бурят шурфы для хранения канистр с растворами отходов высокой удельной активности. Между шурфами выдерживают расстояние 10-50 м.