Москва, г. Москва и Московская область, Россия
В статье рассмотрены виды и свойства твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО), представляющих угрозу экологическому равновесию природы и в тоже время являющихся бесплатными видами сырья для многих отраслей промышленности и сельского хозяйства, изложены различные методы переработки твердых отходов, позволяющие узнать и овладеть этими методами.
литосфера, твердые бытовые и промышленные отходы, дробление, грануляция, обогащение, классификация, кристаллизация, экстрагирование, утилизация, сжигание, пиролиз, выщелачивание, биологическая очистка, компостирование, силосование, вторичное использование ресурсов.
В литосферу Земли ежегодно поступает огромное количество твердых отходов. Отходы занимают огромные земельные площади, на их транспортировку и складирование расходуются значительные материальные средства. Поэтому не утрачивает актуальности вопрос защиты литосферы от твердых промышленных и бытовых отходов. Новое учебное пособие д-ра техн. наук, профессора А.В. Луканина «Процессы и аппараты защиты литосферы от твердых промышленных и бытовых отходов», готовящееся к выходу, способно обеспечить инженерно-технических работников необходимыми технологиями в этом процессе [1].
В книге рассмотрены виды и свойства твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО), представляющих угрозу экологическому равновесию природы и в тоже время являющихся бесплатными видами сырья для многих отраслей промышленности и сельского хозяйства [7, 16, 17, 18, 19].
По оценкам автора, в биосферу ежегодно поступает около 20–30 млрд т твердых отходов, из них 50–60% – органические соединения. Опасные отходы составляют 10–15%.
Многие твердые отходы производства наносят большой вред растениям, животным и человеку. Их можно разделить на две группы. Первую группу составляют отходы, вредное действие которых на окружающую среду нейтрализуют ликвидационными методами: разложением, складированием, захоронением и др. Во вторую группу входят отходы, которые утилизируют как вторичные материальные ресурсы [7, 10, 12, 13, 18].
Доля отходов, перерабатываемых в полезные продукты, составляет 10–20%. Во многих странах в соответствии с природоохранным законодательством отходы, содержащие более 5–10% органического вещества, не должны складироваться, а должны перерабатываться.
В настоящее время ежегодно мировое потребление минерального сырья достигает 100 млрд т. Интенсивное использование минерального сырья сопровождается образованием большой массы отходов и выбросов на различных стадиях его переработки – на горных предприятиях, в процессе транспортирования и на перерабатывающих предприятиях. Количество отходов во многих случаях превышает количество полученной продукции.
В учебнике отмечается, что главная масса промышленных отходов образуется на предприятиях следующих отраслей:
- горной и горно-химической промышленности (отвалы, шлаки, «хвосты» и т.д.);
- черной и цветной металлургии (шлаки, шламы, колошниковая пыль и т.д.);
- металлообрабатывающей промышленности (стружка, бракованные изделия и т.д.);
- лесной и деревообрабатывающей промышленности (лесозаготовительные отходы, отходы лесопиления, при изготовлении деревянных конструкций, мебели и т.д.);
- энергетического хозяйства – тепловых электростанциях (зола, шлаки);
- химической и смежных отраслей промышленности (фосфогипс, галит, огарок, шлаки, шламы, стеклобой, цементная пыль, отходы органических производств – резина, пластмассы и т.д.);
- пищевой промышленности (кость, шерсть и т.д.);
- легкой и текстильной промышленности.
Ежегодный объем отвалов горных предприятий РФ составляет более 2 млрд м3 горной массы. Заводы черной металлургии ежегодно дают около 70 млн т шлаков. Примерно столько же шлаков и золы образуется на электростанциях РФ. Для размещения этой массы отвалов ежегодно выделяются большие площади земельных угодий.
На горных предприятиях выход отвалов на I т получаемого продукта в связи с уменьшением концентрации извлекаемых компонентов в рудах непрерывно увеличивается. Так, в 1960 г. в США перерабатывали медную руду с содержанием 4% меди, а в настоящее время 0,6–0,8%. [20, 21, 22].
В последние десятилетия в связи с интенсификацией сельского хозяйства резко возросли отходы от полеводства и животноводства, поступающие в окружающую среду [5, 7, 11, 12, 16, 18, 19].
Отвалы фосфогипса, огарка галита загрязняют грунтовые воды. Ряд отходов производства содержит соединения хрома, свинца, мышьяка и некоторые другие ядовитые вещества.
Очень опасно выделение асбестовой пыли, обладающей канцерогенными свойствами, и мн. др. веществ и материалов.
Использование металла отслуживших изделий – автомашин, холодильников и т.д. позволяет получать значительное количество меди, цинка, олова. В США из отходов получают 45% стали, 40% меди, 25% цинка, 20% алюминия, 12% резины.
В настоящее время в значительной мере используется такое вторичное сырье, как отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности, макулатура, отработанные изделия из пластмасс и резины [7, 10, 11, 12, 17]. Резину частично возвращают в производство резиновых изделий, а частично используют для создания композиций дорожных покрытий и производства некоторых химических веществ. Начинают находить применение шлаки и золы, главным образом для изготовления строительных материалов.
Например, из шлака получают гранулят (идет в цементную промышленность), щебень, пемзу (легкий заполнитель в бетоне), шлаковату. Часть шлака применяют для известкования кислых почв.
Огромная урбанизация на нашей планете породила серьезную проблему утилизации выбросов городского хозяйства (бытовых отходов). На каждого жителя РФ, например, ежегодно приходится до 350 кг бытовых отходов, представляющих собой бытовое стекло, металлические изделия, бумагу, пластмассы, остатки пищи. Бытовые отходы возможно перерабатывать по нескольким направлениям: в удобрения, горючий газ и синтетическую нефть, строительные плиты и т.д. В Москве, Санкт-Петербурге и др. крупных городах работают предприятия по переработке бытовых отходов в удобрения и искусственные почвы [20, 21, 22]. Твердые бытовые отходы (ТБО) представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и гниющих продуктов, отличающихся по физическим, химическим и механическим свойствам и размерам. Перед переработкой их необходимо сортировать по группам и уже после сортировки каждую группу отдельно перерабатывать.
В связи с постоянным накоплением больших масс твердых отходов их следует рассматривать как важные вторичные ресурсы. Например, при разработке новой технологии переработки руд в настоящее время учитывают возможность микробиологического метода извлечения металлов. В ряде стран (РФ, США, Канада, Австралия, ФРГ и др.) накоплен опыт по биологическому выщелачиванию отдельных металлов, в частности цветных, драгоценных и редких металлов [2, 7]. Использование этого метода открывает возможности для переработки руд с низким содержанием извлекаемых элементов.
Наряду с решением задач, связанных с защитой литосферы, приходится решать и другие вопросы, в частности рекультивации земель в районах горных разработок. В некоторых случаях, когда восстановление земель из-за глубоких впадин затруднительно, в них создают озера, на берегах которых строят дома отдыха, лагеря и т.д.
Все части биосферы планеты – атмосфера, гидросфера и литосфера связаны между собой круговоротами веществ. В связи с этим инженерам необходимо решать проблему защиты литосферы с учетом того, что она тесно связана с атмосферой и гидросферой. Решая вопросы инженерной защиты литосферы, мы тем самым создаем условия, способствующие уменьшению влияния вредных твердых веществ на атмосферу, гидросферу, растительность, животный мир и человека [2, 5, 7, 8, 9, 15, 23].
Твердые промышленные отходы (ТПО) представляют собой, как правило, более или менее однородные продукты, которые не требуют предварительной сепарации по группам для их переработки.
Накопление значительных количеств твердых отходов во многих отраслях промышленности обусловлено существующим уровнем технологии переработки сырья и недостаточностью его комплексного использования. Удаление отходов и их хранение (отвалы и шламонакопители) являются дорогими мероприятиями. Например, на металлургических производствах, ТЭС и углеобогатительных фабриках затраты на них составляют 8–30% стоимости производства основной продукции.
В отвалы и шламохранилища ежегодно поступают огромные массы вскрышных пород, отходов обогащения и переработки минерального сырья, золошлаковых отходов ТЭС, металлургических шлаков, фосфогипса и значительные количества других материалов. В тоже время уровень утилизации отходов является низким: в хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шлаков цветной металлургии, 10–12% золошлаковых отходов и фосфогипса, менее 4% отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов.
Значительная часть твердых отходов промышленных предприятий может быть эффективно использована в народном хозяйстве. Так, строительная индустрия и промышленность строительных материалов ежегодно добывают и потребляют около 3,5 млрд т нерудного сырья, существенная часть которого может быть заменена промышленными отходами. Задача утилизации последних тем более актуальна, что организация производства продукции на их основе требует затрат в 2–3 раза меньших, чем для соответствующих производств на основе специально добываемого природного сырья. В РФ экономия 1% соответствующих видов минерального сырья равноценна дополнительному вовлечению в производство сырья, необходимого для получения около 1 млн т стали, примерно 6,5 млн т угля и 4,9 млн т нефти, до 6 млрд м3 природного газа и 15 млрд кВт · ч электроэнергии.
Существующие классификации твердых отходов весьма разнообразны. Так, твердые отходы классифицируют по отраслям промышленности (отходы химической, металлургической, топливной и др. отраслей), по конкретным производствам (например, отходы сернокислотного, содового, фосфорнокислотного н др. производств), по тоннажности, степени использования, ценностным показателям, воздействию на окружающую среду, пожароопасности, коррозионному воздействию на оборудование и т.п.
Для большинства основных видов крупнотоннажных твердых отходов разработаны экономически целесообразные технологии их утилизации на основе традиционных приемов процессов и аппаратов химической технологии [11, 16, 17, 18, 19, 23, 24, 26].
В учебном пособии изложены различные методы переработки твердых отходов, позволяющие узнать и овладеть этими методами. Механические способы подготовки включают измельчение, классификацию, дозирование, перемещение, смешение и укрупнение [10]. Освещены вопросы обогащения твердых отходов при помощи гравитации и флотации [4, 7, 8]. Рассмотрены физико-химические методы выделения веществ при участии жидкой фазы – выщелачивание (экстрагирование), включая биосорбцию, кристаллизация [10]. Описаны методы термической переработки промышленных и бытовых отходов – газификация, пиролиз, огневые методы [2, 10]. Подробно изложены вопросы биотехнологической переработки органических отходов, рассмотрены источники образования этих отходов [7, 10, 19, 23, 24]. Освещены вопросы получения белково-витаминных добавок, компостирования, анаэробного сбраживания и метаногенерации, силосования при утилизации органических отходов [2, 10, 25, 27]. Приведены примеры переработки хлорорганических отходов, кислых гудронов, металлсодержащих шламов, отходов газификации топлив, резинотехнических изделий, пластмасс, отходов горнодобывающей промышленности.
Даны подробные описания и расчеты оригинальных установок утилизации отходов, разработанных под руководством автора. Это установки:
– получения и использования вторичного щебня [20, 21, 22],
– пиролиза автомобильных шин [10, 17],
– производства белково-витаминной добавки (БВД) [3, 7, 10, 12, 13, 16],
– компостирования осадков сточных вод, твердых бытовых отходов и спилов деревьев [7, 10, 18, 19],
– получения, очистки, разделения и дезодорации биогаза [6, 9, 14].
Книга предназначена для студентов технических вузов, обучающихся по направлениям подготовки «Техносферная безопасность» и «Инженерная защита окружающей среды». Представленные материалы будут полезны инженерно-техническим работникам, аспирантам и преподавателям.
1. Луканин А.В. Процессы и аппараты защиты литосферы от твердых промышленных и бытовых отходов [Текст] / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2017.
2. Луканин А.В. Инженерная экология: Процессы и аппараты очистки сточных вод и переработки осадков [Текст]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2017.
3. Луканин А.В. Защита воздушного бассейна при крупнотоннажном производстве кормового белка [Текст] / А.В. Луканин // Журнал технических исследований. - 2017. - Т. 2. - №. 6. - С. 2-2.
4. Капитонова С.Н., Луканин А.В., Бондаренко А.В. Интенсификация биологической очистки сточных вод микробиологических производств [Текст] / А.В. Луканин // Естественные и технические науки. - 2017. - №2. - С. 23-24.
5. Луканин А.В. Защита воздушного бассейна при крупнотоннажном производстве кормового белка. Экология и промышленность России, март, 2017 г. - C. 4-11.
6. Луканин А.В. Инженерная экология: процессы и аппараты очистки газовоздушных выбросов [Текст]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2017.
7. Луканин А.В. Инженерная биотехнология: основы технологии микробиологических производств [Текст]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2016.
8. Луканин А.В. Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод [Текст]: учебное пособие. / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2016.
9. Клюшенкова М.И., Луканин А.В. Защита окружающей среды от промышленных газовых выбросов [Текст]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2016. - 142 с.
10. Луканин А.В. Инженерная биотехнология: процессы и аппараты микробиологических производств [Текст]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: ИНФРА-М, 2016.
11. Луканин А.В. Экологическое совершенствование крупнотоннажных производств кормового белка [Текст] / А.В. Луканин // Экологический вестник России, №6, - 2016 г. - C. 46-56.
12. Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ получения белково-витаминной добавки для сельскохозяйственных животных и птицы / А.В. Луканин, Т.В. Тахтарова // Патент РФ №2592568 от 01.06.2016 г.
13. Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ получения белково-витаминной добавки для сельскохозяйственных животных и птицы А.В. Луканин, Т.В. Тахтарова // Патент РФ №2598553 от 01.09 .2016 г.
14. Луканин А.В., Тахтарова Т.В. Способ разделения биогаза А.В. Луканин, Т.В. Тахтарова // Патент РФ №2600379 от 28.09 .2016 г.
15. Луканин А.В. Процессы и аппараты биотехнологической очистки сточных вод [Текст]: учебное пособие / А.В. Луканин. - М.: Университет машиностроения, 2014.
16. Луканин А.В. Переработка отходов хлебопроизводства с получением белково - витаминной добавки [Текст] / А.В. Луканин // Экология и промышленность России, январь,2013 г., - C. 11-15.
17. Луканин А.В., Баринский Е.А., Баринская И.А., Баринский А.А. Ресурсосберегающая технология утилизации резинотехнических изделий с получением товарных продуктов и энергоресурсов [Текст] / А.В. Луканин // Экологический вестник России, №1, - 2013 г. - C. 44-51.
18. Луканин А.В. Компостирование твердых бытовых отходов городского хозяйства. [Текст] / А.В. Луканин // Экология и промышленность России, январь, 2012 г. - C. 8-11.
19. Луканин А.В. Получение компостов из коммунальных отходов. [Текст] / А.В. Луканин // Прикладная токсикология. Том III, - №2 (8), - 2012 г., - с. 46-54.
20. Луканин А.В. Утилизация мелких фракций вторичного щебня. [Текст] / А.В. Луканин // Экология производства, - №2, - 1012 г., - с. 46-52.
21. Луканин А.В. Утилизация бетонного лома в крупных городах. [Текст] / А.В. Луканин // Экологический вестник России, - №12, - 2011 г. - C. 34-43.
22. Способ утилизации бетонного лома. Луканин А.В., Лаврушина Ю.Т., Мартьянов А.А., Сахарова А.И., Тарасова Е.В. / А.В. Луканин, Ю.Т. Лаврушина, А.А. Мартьянов, А.И. Сахарова, Е.В. Тарасова // Патент РФ №2425723 от 10.09.2011г.
23. Луканин А.В. Модернизация промышленного ферментера АДР-900-76 для производства белковой кормовой добавки из растительного сырья [Текст] / А.В. Луканин // Биотехнология. - № 6. - 2003 г. - C. 84-88.
24. Луканин А.В. Новый высокоэффективный промышленный ферментер большой единичной мощности для производства белковой кормовой добавки [Текст] / А.В. Луканин // Наука и промышленность России, №2-3, (70-71) 2003 г. - C. 61-66.
25. Луканин А.В. Экологическое совершенствование крупнотоннажных производств кормового белка [Текст]: дис. д.т.н. / А.В. Луканин. - М., 1994.
26. Flow hydrodynanics and vass transfer in a bubbling liquid layer /a.v. lukanin Lukanin A.V., Solomakha G. [Текст] / А.В. Луканин // Теоретические основы химической технологии. - 1988. - Т. 22. - № 4. - С. 435.
27. Луканин А.В. Разработка массообменных аппаратов для систем производства микроводорослей, их гидравлические и массообменные характеристики [Текст]: дис. канд.т.н. / А.В. Луканин. - М., 1984.
