Пояснення нової теми. Тема «Безвідходні і маловідходні технології.Вторинна переробка сировини.Методи утилізації відходів.».

Тема «Безвідходні і маловідходні технології.Вторинна переробка сировини.Методи утилізації відходів.».

1 Безвідходні і маловідходні технології.

2. Вторинна переробка сировини. Методи утилізації відходів.

3. Міжнародна торгівля відходами.

þСуттєво:

Після вивчення матеріалу ви повинні:

Знати:

- безвідходні імаловідходні технології;

- вторинна переробка сировини;

- методи утилізації відходів.

Вміти:

- навести приклади вторинної переробки ресурсів;

- пояснити як на сучасному етапі утилізуються відходи з пластмаси, пластику, поліетилену.

Література:

1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. "Основи екологічних знань", Київ. "Либідь", 2000 р.

2. Запольський А.К., Салюк А.П. "Основи екології", Київ. "Вища школа", 2001 р.

Безвідходні та маловідходні технології

Європейською економічною комісією сформульовано визначення по­няття «безвідходна технологія». Безвідходна технологія — це практичне застосування знань, методів і коштів для того, щоб забезпечити в межах людських потреб якнайраціональніше використання природних ресурсів і енергії та захист навколишнього середовища. Під маловідходною технологією розуміють спосіб виробництва продукції, за якого частина сиро­вини і матеріалів переходить у відходи, однак шкідливий вплив на навко­лишнє середовище не перевищує санітарних норм. У широкому розумінні поняття «безвідходна технологія» охоплює й сферу споживання. Ця тех­нологія передбачає, щоб виготовлені вироби служили довго, легко могли бути відновлені (відремонтовані), а після закінчення терміну служби по­верталися в антропогенний ресурсний цикл після відповідної переробки або знешкоджувалися та захоронялися як неутилізовувані відходи.

За законом розвитку довкілля, будь-яка природна система розвиваєть­ся лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформа­ційних можливостей навколишнього середовища. Абсолютно ізольова­ний саморозвиток неможливий — це висновок із законів термодинаміки. Із цього закону випливає наслідок: абсолютно безвідходне виробництво неможливе. Тому поняття «безвідходна технологія» є умовним і напов­нюється змістом залежно від розвитку техніки на певному історичному етапі. У 1976 р. в Дрездені на Міжнародному симпозіумі з маловідходних та безвідходних технологій було виділено чотири основні напрями, за яки­ми розвиваються безвідходні технології:

1) розроблення різних видів безстічних технологічних схем і водооборотних циклів;

2) створення і впровадження систем перероблення відходів виробни­цтва та їх споживання як вторинних матеріальних ресурсів;

3) розроблення і впровадження принципово нових процесів добуван­ня речовин зі зменшеним обсягом відходів;

4) створення територіально-виробничих комплексів (ТВК) із замкне­ною структурою матеріальних потоків сировини та відходів у середині комплексу, включаючи комплексну переробку сировини.

До вищеназваних чотирьох напрямів варто додати (на думку авторів) п'ятий: раціональне використання енергоресурсів та енергозбереження.

Проблеми утилізації відходів. Методи утилізації відходів.

Через некероване зростання чисельності населення, активний розвиток виробництва й збільшення споживання, а також відсутність ефективних техно­логій переробки відходів сьогодні на нашій планеті нагромадила­ся така їх кількість, що це стало загрожувати здоров'ю людей і довкіллю. Уряди багатьох країн світу навіть не мають об'єктивної інформації щодо обсягів накопичених відходів і викидів, про ступінь їхньої токсичності та особливості впливу на живі організми.

▲ За даними ООН, щорічно 5,2 млн. чоловік, у тому числі 4 млн. дітей, умирають від хвороб, пов'язаних із неправильним або недостатнім вилученням відходів і стічних вод у районах ве­ликих міст.

▲ Активно збільшується кількість твердих побутових відходів. Так, у 80-х роках у колишньому СРСР за рік нагромад­жувалося понад 60 млн. т різноманітного міського сміття. Лише для того, щоб вивезти його з міст на звалища, витрачалося більш як 350 млн. крб. Кількість відходів рік у рік зростає на 5—6%. У США на збирання й перевезення твердих побутових відходів та на їх переробку щороку витрачаються мільярди доларів. Тільки в Нью-Йорку за рік накопичується стільки сміття, що ним можна вкрити площу в 341 га шаром завтовшки 4 м! У Німеччині що­року викидається стільки сміття, що ним можна було б заповнити товарний потяг завдовжки 1800 км.

Щорічно лише в Західній Європі утворюється близько 150 млн. т шкідливих відходів. У 2000 р. приблизно 20 тис. промислових підприємств США виробили більш як 40 млн. небезпечних відходів. В Україні їх нагромаджено понад 25 млрд. т і при цьому близько 500 млн. т додається з кожним роком.

Основна маса відходів в Україні утворюється на підприємствах гірничопромислового, хіміко-металургійного, машинобудівного, паливно-енергетичного, будівельного, целюлозно-паперового та агропромислового комплексів. Найнебезпечнішими серед цих відходів є сполуки важких металів, нафтопродукти, непридатні до застосування пестициди.

Нині в Україні умови зберігання та утилізації відходів, як пра­вило, не відповідають санітарно-гігієнічним вимогам, що є одним із факторів інтенсивного забруднення поверхневих і підземних вод, ґрунту, повітря. В більшості областей України немає полігонів для централізованого зберігання та утилізації відходів. За браком коштів і вільних земель можливості для будівництва сучасних звалищ обмежені. Проте позитивним прикладом є нещодавно збудований полігон побутових відходів у Дніпропет­ровську. Він має ефективну систему захисту ґрунтових вод, до якої входять ізолювальні шари глини та спеціальної (завтовшки 2 мм) пластикової плівки, й обладнаний свердловинами для кон­тролю стану ґрунтових вод. Безпосередньо на полігоні здій­снюється попереднє сортування сміття, з якого відбираються ме­талобрухт, скло, папір та пластмаси. В майбутньому на полігоні передбачається добування біогазу.

Раніше більша частина відходів (крім скла й металобрухту) спалювалася. Тепер це заборонено, оскільки під час спалювання виділяється багато небезпечних для здоров'я людей речовин. У розвинених країнах переробляється від 30—50 % (Західна Європа) до 60—75 % (США, Японія) твердих побутових відхо­дів, у країнах, що розвиваються, — 7—10 %, у Росії та Україні — лише 3—-5 %. За прогнозами спеціалістів, до 2025 р. кількість відходів зросте в 4—5 разів, а вартість їх переробки та зберіган­ня — у 2—3 рази. Тому утилізація відходів стала глобальною екологічною проблемою.

Значну проблему становить забруднення твердими відходами морів. Італійські фахівці-екологи в 1999 р. надали таку інфор­мацію для природоохоронців: викинута в море скляна пляшка розкладатиметься 1000 років, папір — 3 місяці, сигаретні недо­палки — 5 років, поліетиленові пакети — 10—20, нейлонові вироби — 30—40, металеві банки — 500, полістирол — 1000 років!

Особливої актуальності набула проблема транспортування, зберігання, переробки й поховання радіоактивних відходів. Через те, що сьогодні її не вирішено, призупинився розвиток атомної енергетики: за останні 5 років у світі не введено в дію жодного ядерного реактора, і навіть Франція (як уже зазначалося, вона колись зробила основну ставку на розвиток саме ядерної енерге­тики) 5 лютого 1998 р. оголосила про закриття найближчим часом своєї найбільшої АЕС. Сьогодні у світі щорічно утворюється близь­ко 10 тис. м³ радіоактивних відходів. Проблемі їх переробки й поховання приділялася велика увага на Всесвітньому екологічно­му форумі в Ріо-де-Жанейро (1992), що ще раз підтверджує її злободенність.

Дедалі загострюється проблема відходів в Україні. Звалища навколо великих міст щороку поглинають близько 1500 га землі, яка внаслідок цього стає небезпечним джерелом отруєння довкілля. Зі звалищ у повітря та ґрунтові води потрапляє багато токсичних речовин — важких металів, продуктів розкладання лаків, фарб, гуми, пластмас. Звалища — це розсадник хвороботворних бактерій; тут утворюються токсичні гази, виникають небезпечні для природи пожежі.

Проблему звалиш можна вирішити, збудувавши сучасні відходопереробні заводи з ефективними технологіями утилізації, спалювання, виготовлення корисних речовин (хоча нині жодну з наявних технологій не можна вважати екологічно чистою). Дуже гостро постала проблема рекультивації звалищ і використання тисяч гектарів звільнених від сміття площ землі. Це можна здійснити лише за умови взаємодопомоги країн, співробітництва, взаємоконтролю й дотримання відповідних міжнародних угод і конвенцій.

Рекуперація і утилізація відходів та комплексна переробка сировини.

Згідно з другим напрямом безвідходності технологій відходи виробництва використовують як вторинні матеріальні ресурси, які після зби­рання та оброблення знову надходять у виробництво як вторинна матеріальна сировина. До останньої відносять:

7) залишки сировини і матеріалів, що утворюються в процесі виготовлення продукції;

8) продукти фізико-хімічної переробки сировини;

9) продукти, які отримують у результаті видобування й збагачення корисних копалин;

10) вироби і предмети, що вийшли з ужитку або морально застаріли;

11) продукти очищення газодимових викидів і стічних вод;

12) відпрацьована та побічна теплота, енергетичний потенціал якої може бути використаний в інших процесах (використання вторинних енергетичних ресурсів — ВЕР).

За орієнтовними даними, щорічні обсяги промислових відходів у США становлять понад 1 млрд. т. у країнах Європейського співробітництва — близько 0,5 млрд. т, у Японії— близько 300 млн. т. Уже на сучасному етані майже повністю переробляються металобрухт, склобій, макулатура та вироби з вовни, текстилю, частково — вироби з пластмас, гуми, шкіри тощо. Отже, рекуперація відходів — це основа раціонального використання сировини. Враховуючи виснаження резервів первинної сировини, дедалі більшого значення в усьому світі набуватиме проблема викорис­тання вторинної сировини. Виробництво паперу з макулатури взамін де­ревини потребує енергії на 60 % менше, зменшує забруднення повітря на 15 % і води на 60 %. Сталь, виготовлена з металобрухту, на 70 % дешев­ша від добутої з руди. При цьому на кожній тонні сталі економиться 1,5 т руди і 0,2 т коксу, зменшується величезна кількість відходів, що потрап­ляють у відвали.

На сучасному етапі розвитку техніки поки що незадовільно утилізуються відходи з пластмас. Останні природним шляхом розкладаються надзвичайно повільно або зовсім не розкладаються. Під час їх спалюван­ня відбувається сильне забруднення атмосфери отруйними речовинами. Нині утилізується незначна частка з 80 млн. т пластмас, які щороку виго­товляються в світі. Так, британські фірми переробляють тільки 50 тис. т (10 %) усієї виробленої поліетиленової плівки, близько 25 тис. т (7 %) щорічного виробництва поліетилену. Понад 70 % цих матеріалів станов­лять пластмасові пляшки та автомобільні акумулятори. Після переробки вони трансформуються в початковий матеріал.

У США рециклінг пластмас упродовж п'яти найближчих років передбачається збільшити від 1 до 25 %, а в підсумку становитиме 50—60 %. В Японії ще в 1988 р. за загального обсягу виробництва пластмас 11 млн. т обсяг продукції з вторинної сировини становив 4,87 млн. т. В Україні на сьогодні вироби з пластмас майже не утилізуються.

Оптимальним шляхом вирішення проблеми запобігання полімерним звалищам є створення екологічно чистих біодеградабельних пластмас. Перший крок на шляху отримання саморуйнівних пластмас змішуванням синтетичних матеріалів з полісахаридами або синтез біодеградабельних матеріалів, що руйнуються мікроорганізмами, вже зроблено. На наш погляд, більш раціональним шляхом вирішення цієї проблеми є застосуван­ня склотари, технологія утилізації якої добре розроблена й використову­ється в багатьох країнах.

Враховуючи обмеженість запасів кольорових та дорогоцінних мета­лів в Україні, особливо важливою є організація збирання та переробки металобрухту й відходів кольорових і дорогоцінних металів (міді, цинку, свинцю, кадмію, нікелю, золота, срібла, платини, родію та ін.). Потрібно розробити раціональні технології комплексної переробки відпрацьова­них електролітів та промивних вод гальванічних виробництв. Варто при цьому взяти до уваги, що в подальшому господарюванні людського сус­пільства утилізація й переробка відходів набуватимуть дедалі більшого значення і обсягу. Отже, з метою раціонального вирішення проблеми ути­лізації відходів рекомендують таку програму заходів:

· зменшення кількості відходів;

· повторне використання, рециклізація, використання вторинної сировини;

· обробка, детоксикація та інші деструктивні методи;

· скидання і захоронення в наземних звалищах.

Наведемо кілька прикладів переробки відходів різних виробництв. Так, колчеданні недогарки пропонують переробляти на залізо-оксидні пігменти високої якості, вилучати дорогоцінні (золото й срібло) та кольорові (мідь, цинк, олово, нікель та ін.) метали, а силікатний залишок використовува­ти у виробництві цементу. Великотоннажні відходи виробництва фосфор­них добрив — фосфогіпс запропоновано використовувати у виробництві будівельних матеріалів як наповнювач у виробництві паперу, після нейтралізації — для розкиснення ґрунтів у сільському господарстві, для до­бування сірки, сульфатної кислоти та будівельного вапна й цементу. При виробництві глинозему з бокситів на Миколаївському глиноземному заводі та Запорізькому алюмінієвому комбінаті утворюються величезні відходи червоних шламів, що містять глинозем, оксиди форуму та рідкісно­земельні елементи. Тому розробляють технології вилучення рідкіснозе­мельних елементів та використання шламів для виплавляння чавуну, до­бування глинозему й коагулянтів для очищення питних і стічних вод.

При видобутку й збагаченні ільменітових руд Іршанського родовища (Житомирська обл.) накопичено десятки мільйонів тонн піщаних та гли­нистих відходів, величезна кількість покривних порід. Останні пропону­ють використовувати як будівельний матеріал для будівництва доріг, пі­щані фракції — для виробництва будівельних конструкцій, скла та рубе­ройду. Глинисті відходи можна використовувати для виробництва цементу та спеціальних добавок для нього, цегли, коагулянтів тощо.

Побутове сміття переробляють і спалюють на спеціальних заводах. При цьому отримують скло, чорні та кольорові метали, добрива, етанол та будівельні матеріали. Таким чином, як бачимо, переробка й утилізація відходів дають змогу не тільки додатково отримати корисні продукти й вироби, а й зменшити видобуток та використання невідновних природ­них ресурсів (мінеральної сировини) й використання відновних (ліси, ба­вовна, льон тощо), а також запобігти забрудненню довкілля.

Слід також врахувати, що при використанні навіть передових техно­логій переробки відходів бувають такі відходи, які неможливо утилізува­ти й переробити, тому вони повинні бути детоксиковані й іммобілізовані до такої міри, щоб не створювати загрози для здоров'я людей і довкілля. Такі відходи вивозять на спеціальні полігони для захоронення. Найпрос­тіші й найпоширеніші споруди для знешкодження відходів — удоскона­лені звалища, де відбувається анаеробне саморозкладання відходів у їх товщі впродовж десятків років. У результаті розкладання утворюються токсичні гази і розчини, які забруднюють атмосферне повітря, водойми та ґрунтові води. Метан, гідрогенсульфід та вільний водень утворюють вибухонебезпечні суміші (вторинне забруднення). Особливо небезпечним є мікробне забруднення стоків звалищ. Тому облаштування полігонів має передбачати надійну гідроізоляцію.

В останні роки запропоновано прискорене знешкодження побутових відходів шляхом спеціального польового компостування впродовж 4— 18 міс. замість десятків років у звичайних полігонах або впродовж 1—3 тижнів на сміттспереробних заводах. Внаслідок анаеробних процесів ор­ганічні речовини розкладаються з утворенням легкозасвоюваного азоту. Температура в буртах досягає 50-70 °С. У цих процесах провідну роль відіграють бактерії, джерелом енергії для яких є органічні речовини відходів. У результаті сміття трансформується в цінні азотні добрива.

Усі способи знешкодження, утилізації та захоронення токсичних від­ходів, які використовують нині, можна розподілити на три групи; термічні, хімічні та методи іммобілізації. Кожну з трьох груп можна ще розподі­лити на підгрупи.

Термічні методи засновані на тепловій обробці відходів, під час якої відбувається окиснення або газифікація горючих компонентів, термічне розкладання чи відновлення деяких шкідливих речовин з утворенням нешкідливих або менш шкідливих.

Суть вогневого способу полягає в спалюванні горючих відходів або вогневій обробці негорючих відходів високотемпературними продукта­ми палива (понад 1000 °С). Токсичні компоненти при цьому окиснюються, зазнають термічного розкладання та інших хімічних перетворень з утворенням газів (СО₂, H₂, N₂ тощо) і твердих залишків (оксидів металів і солей).

Рідкофазне окиснення ґрунтується на тому, що окиснення киснем повіт­ря органічних і елементоорганічних домішок в рідинах відбувається за те­мператури 150—350 °С в автоклавних умовах (за тиску 2 — 28 МПа). Гази­фікацію використовують для переробки твердих, рідких та пастоподібних відходів з отриманням горючих газів, смоли й шлаку. Утворені горючі гази та смоли можуть бути використані як паливо й хімічна сировина.

Термохімічний піроліз здійснюють у печах з непрямим нагріванням від­ходів з використанням систем для відведення й уловлювання продуктів піролізу (смол і важких масел). Утворені гази також очищають в електро­статичних фільтрах та кислотних і лужних промивниках.

Плазмовий метод заснований на тому, що за температур понад 4000 °С відходи трансформуються в гази та порошкоподібний матеріал, які не містять шкідливих речовин.

Іммобілізація токсичних відходів полягає у закріпленні, фіксації або хімічному зв'язуванні токсикантів. Для цього відходи обробляють спе­ціальними речовинами, в результаті чого відбувається хімічне перетво­рення шкідливих речовин на нетоксичні сполуки або трансформація ток­сикантів у нерозчинні міцні штучні утвори (гранули, моноліти тощо). Ви­користовують такі методи іммобілізації: компактування, локалізацію, де­понування.

Компактування токсичних і радіоактивних відходів ґрунтується на зв'язуванні їх за допомогою різних в'яжучих речовин у штучні утвори досить високої стійкості й непроникності для запобігання шкідливому впливу на довкілля. Як зв'язуючі матеріали можна використовувати термопластич­ні бітумні, органічні та неорганічні матеріали (полімери, бетони тощо). Оброблені таким чином відходи можна безпечно зберігати та транспор­тувати до місця їх подальшої переробки. Пропонують здійснювати компактування токсичних відходів за допомогою органомінеральних в'яжу­чих контактного твердіння, що забезпечує високу концентрацію відходів (до 90 %) у гранулах, повну водостійкість і непроникність.

У тому разі, якщо в токсичних відходах містяться цінні компоненти, використовують локалізацію.

Одним із найпростіших і найнадійніших способів знешкодження та захоронення токсичних відходів є їх депонування у виробництві будівель­них матеріалів (бетону, кераміки, скла тощо). Суть методу полягає в тому, що токсичні відходи вводять у сировинні суміші під час виробництва буді­вельних матеріалів. Захоронення токсичних відходів є надзвичайно склад­ним, оскільки потребує повного виключення можливості проникнення ток­сичних газів у атмосферне повітря, а розчинів — у природні води.

Комплексна переробка сировини спрямована не тільки на бережливі витрати природних ресурсів, а й на зменшення викиду розсіюваних відходів у природне середовище. При цьому передбачається максимальний вихід продукту на кожній стадії переробки, що підвищує ефективність вироб­ництва і зменшує утворення утилізованих та розсіюваних відходів. Прикладом комплексного використання сировини в хімічній промисловості може бути перероблення апатито-нефелінової руди, у харчовій промисловості — м'яса й молока.

Апатито-нефелінова руда Кольського родовища містить %: апатиту — 13, нефеліну — 30—40, титаномагнетиту — 2,2, егерину — 9,4, сфену —25 та ін. Добуту флотацією руду розділяють на апатитовий і нефеліновий концентрати. З апатитового концентрату виробляють фосфорні добри­ва, фосфатну кислоту та її солі, елементний фосфор та ін. У процесі вироб­ництва екстракційної фосфатної кислоти на 1 т 100 %-го Р₂О₅ у вигляді твердого відходу утворюється близько 4 т фосфогіпсу. Фтор з газової фази вловлюють абсорбційними методами, а з екстракційної кислоти виділяють осадженням, сорбцією або екстракцією. Фосфогіпс пропонують переробляти на гіпсові в'яжучі вироби, цемент, вапно й сульфатну кислоту, а та­кож крейду і сульфат амонію. Нефеліновий концентрат переробляють на глинозем, соду, поташ і портландцемент.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: