Промышленные и бытовые отходы → Утилизация отходов, виды утилизацииПромышленные и бытовые отходы → Утилизация отходов, виды утилизацииПромышленные и бытовые отходы → Утилизация отходов, виды утилизацииИспользуется значительное число технологий; по утилизации отходов.
Термические технологии применимы для утилизации любых видов твердых, растворимых, жидких и газообразных отходов. Суть метода заключается в термической обработке материалов высокотемпературным теплоносителем, т.е. продуктами сгорания топлива (плазменная струя, расплав металла или окисла, СВЧ нагревом отходов) контактным или бесконтактным способом. Продукты терморазложения подвергаются окислению или другим химическим воздействиям с образованием нетоксичных газообразных, жидких или твердых продуктов.
Термический метод обычно состоит из стадий:
Термический метод позволяет обезвреживать любые химические соединения при высоких температурах (выше 3000К) в окислительном или восстановительном режиме с подачей воздуха, кислорода, водорода или других газов, т.е. имеется возможность регулировать параметры обеззараживания любого вещества (соединения), в том числе и химического оружия. Таким образом, токсичные вещества I и II класса опасности, т.е. ОБ (в том числе и бинарные), пестициды, диоксины можно обезвредить только плазменным методом со степенью переработки до 99,9999%. Плазмохимический метод предпочтительно применять для обезвреживания трудногорючих и негорючих соединений.
Принцип работы плазмохимической установки: в струю низко-температурной плазмы (более 3000К) подается исходное вещество в жидком, пастообразном или порошковом виде. Оно в реакторе разлагается до атомов, молекул и ионов. Плазмообразующий (водород, азот, кислород) газ обеспечивает появление окислов, соединений галогенов с водородом, нейтральных молекул и атомов, т.е. тот состав, который образуется в соответствии с термодинамическими параметрами процесса. Необходимо четко представлять, чтов отличие от сжигания отходов в топке (в смеси с топочными, газами и воздухом), плазменный процесс строго регулируется по давлению, температуре и составу газа. При этом одним из условий процесса является закалка газа, т.е. резкое уменьшение до 1000К в секунду температуры газа, чтобы не допустить вторичного образования нежелательных соединений. Для уничтожения 1 кг отходов необходимо затратить до 3 кВт ч энергии.
Появились технологии, при которых плазмохимический процесс обезвреживания отходов осуществляется с использованием ванны расплава (металла, оксида), через которую проходят образующиеся при терморазложении газы. Их недостаток — неудовлетворительная экологическая безопасность.
Термические технологии дают твердые отходы в малых объемах и позволяют использовать вторичное тепло для коммунальных нужд. Они имеют большую энергоемкость на единицу перерабатываемых отходов. Примером термического процесса может служить электрофизическая технология полной переработки железной стружки, опилок, чугунной дроби. В результате получаются железно-окисные пигменты (железный сурик), т.е. товарный продукт, имеющий широкое применение. Технология реализует плазмохимический способ получения высокодисперсных оксидов металлов, основанный на плазменной переработке диспергированного сырья.
Электроэрозионное диспергирование в зернистом слое ведет к разрушению металлических гранул под воздействием импульрного тока с образованием частиц металла размером 700-1000А, обладающих высокой реакционной способностью и легко до окисляющихся с образованием оксидов и гидроксидов. Кроме получения пигментов отходы других металлов могут перерабатываться в сырье для керамики, в адсорбенты, теплоизоляционные материалы.
Не менее перспективным является направление термического безокислительного пиролиза. Его преимуществом является получение технологического газа или минерального продукта — сорбента. Полученный газ может быть использован для технологических и бытовых целей, при этом обеспечивается значительное уменьшение объема твердого остатка, экологическая чистота и безопасность процесса.
Использование мощного СВЧ нагрева снижает энергопотребление на единицу объема перерабатываемого вещества, что позволяет разработать передвижные комплексы для переработки токсичных отходов.
Физико-химические технологии переработки отходов не обладают универсальностью, они позволяют использовать отходы как сырье для получения полезного продукта, например, из использованных автомобильных шин, полимерных материалов. Возможна переработка отходов в удобрения, строительные и дорожные материалы, керамику (приведены в других главах). При этом используется индивидуальный подход в выборе технологии. В настоящее время остро стоит вопрос создания безотходных и малоотходных технологий, легкоразлагающихся (под воздействием определенных веществ) упаковочных и тарных материалов.
Наиболее перспективным процессом обезвреживания и переработки отходов является биотехнология. Живые компоненты биоты земли за миллиарды лет переработали неживую геосферу, гидросферу, атмосферу, превратив все это в биосферу. Созданные природой микроорганизмы методами генетической биологии приспосабливаются учеными для выполнения новых функций.
Большую перспективу имеет переработка бытовых отходов после их сортировки. Переработка тонны органического остатка ТБО может дать 500 м3 биогаза, содержащего до 70% метана и окиси углерода с теплотворной способностью до 6000 ккал/м3. Живые компоненты биоты имеют энергетический КПД неизмеримо выше, чем в технических системах, выполняющих те же функции. Например, бактерия Thiobacillus ferroxydans выщелачивает железо, медь, цинк, окисляя их серной кислотой (кислоту вырабатывает сама бактерия из сульфида металла). Грибная биомасса может концентрировать из раствора свинец, цинк, ртуть, никель, кобальт, золото. Есть группа бактерий, очищающих сточные воды от нефтепродуктов.
Биотехнология используется при производстве белковых продуктов из древесины, нефтяных парафинов, метилового и этилового (технических) спиртов, природного газа и даже из водорода.
К недостаткам биотехнологий можно отнести лишь медленное протекание процессов, что их удорожает.
Существующие системы утилизации недостаточно отвечают современным требованиям эпидемической и экологической безопасности, хотя обнадеживает опыт Германии, где добились успехов в сортировке отходов на самой ранней стадии их появления — в домах, дворах. Для сбора металлолома, стекла, одноразовой упаковки предусмотрены отдельные специальные емкости. В настоящее время и в Москве внедряется сортировка, прессование и брикетирование отходов.
При обеззараживании стоков часто целесообразно применять физические методы: термические; радиационные; электрогидравлический удар; электрофотокоагуляцию, токи высокой частоты, высокое напряжение; а отходы и трупы животных, зараженные возбудителями контагенозных заболеваний (сибирская язва, паратуберкулезный энтерит, сап, бешенство, чума), сжигают или захоранивают на скотомогильниках. Это наиболее надежная мера уничтожения стойких возбудителей болезней. Недостатком метода являются огромные затраты энергии. Приготовление из зараженных отходов брикетов и их сушка недопустимы из-за опасности рассеивания возбудителей инфекции в окружающей среде, особенно в атмосфере.