Техника и технология обращения с отходами жизнедеятельности. Часть 1. Системное обращение с отходами


А. Г. Ветошкин





ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Учебное пособие в двух частях



Часть I
СИСТЕМНОЕ ОБРАЩЕНИЕ С ОТХОДАМИ













Инфра-Инженерия Москва - Вологда 2019

УДК 628.5
ББК20.1
В39

ФЗ № 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке в соответствии сп. 1ч.4ст. 11

Рецензенты:
зав. кафедрой техносферной безопасности ИГУ, д. т. н., проф. Вершинин Н. Н.;
руководитель отдела НИИЭМ МГТУ им. Н. Э. Баумана, д. т. н., проф. МГТУ им. Н. Э. Баумана, член редакционных коллегий журналов «Безопасность жизнедеятельности» и «Экология промышленного производства»
Ксенофонтов Б. С.




      Ветошкин А. Г.
В 39 Техника и технология обращения с отходами жизнедеятельности: Учебное пособие.
      В 2-х частях. Ч. 1. Системное обращение с отходами / А. Г. Ветошкин.       М.: Инфра-Инженерия, 2019.- 440 с.

ISBN 978-5-9729-0233-0 (Ч. 1)
ISBN 978-5-9729-0243-9

      Рассмотрены принципы и способы реализации системы обращения с отходами, основные методы, технологии, процессы, аппараты и оборудование для защиты окружающей среды от промышленных и коммунальных отходов. Ириведены конструкции и принципы действия аппаратов, установок и сооружений для обезвреживания, обработки, утилизации и ликвидации вредных выбросов, сточных вод и жидких отходов, осадков сточных вод, твердых промышленных отходов и защиты от энергофизических полей и излучений. Особое внимание уделяется вопросам сбора, обработки и утилизации коммунально-бытовых отходов, включая их обезвреживание и захоронение на полигонах.
      Издание будет полезно студентам бакалавриата, магистратуры и аспирантуры экологического и инженерно-технического профилей при выполнении домашних заданий, контрольных и курсовых работ, для подготовки выпускных квалификационных работ. Может быть использовано также преподавателями экологических и технических дисциплин и специалистами проектных организаций.








© Ветошкин А. Г., автор, 2019
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2019


ISBN 978-5-9729-0233-0 (Ч. 1)
ISBN 978-5-9729-0243-9

ПРЕДИСЛОВИЕ


      Представленная книга о технике и технологии обращения с отходами жизнедеятельности как о неотъемлемой части экологической и промышленной безопасности не только отражает современное состояние среды обитания человека, но и, что особенно важно и ценно, дает представление об основных направлениях защиты окружающей среды от продуцируемых негативных факторов для сохранения жизни на Земле.
      Основное отличие и конкурентное преимущество этой книги — ее методологическая и практическая направленность в области инженерной экологии, ее технического обеспечения и оснащения для реализации защиты окружающей среды.
      Данная книга формирует у студента цельное и гармоничное представление о современном состоянии и перспективах развития обращения с отходами и инженерной экологии в целом — а это одна из важнейших отраслей экономики для обеспечения устойчивого развития и жизнедеятельности человека как субъекта природы, неразрывно связанного с окружающей средой.
      Книга будет полезна в первую очередь студентам бакалавриата экологического и инженерно-технического профилей при выполнении домашних практических заданий, контрольных и курсовых работ, для подготовки выпускных квалификационных работ. Также ее можно рекомендовать для методического оснащения преподавателей инженерной экологии и технических дисциплин.
      Практическая направленность этой книги позволяет успешно обеспечить основные компетенции при подготовке бакалавров-экологов и специалистов инженерного профиля.
      Кроме того, данная книга может быть с успехом использована при подготовке магистрантов и аспирантов экологического и инженерно-технического профилей.

3

            ВВЕДЕНИЕ



      Развитие цивилизации и современный научно-технический прогресс непосредственным образом связаны с природопользованием, т. е. с глобальным использованием природных ресурсов. Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, их охрана и инженерная защита окружающей среды (инженерная экология).
      Деятельность человека все глубже проникает в биосферу — область активной жизни оболочки Земли, включающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, заселенные живыми организмами. Воздействие человека на биосферу тесно связано со все возрастающими темпами научно-технического прогресса и необходимостью решения возникающих социально-экономических задач. Современная ускоренная деградация природной среды — результат развития урбанизации, резкого расширения масштабов хозяйственной деятельности человечества, его потребительского отношения к природе. Загрязнение, засорение и истощение всех ресурсов не только снижают качество жизни людей, но и нередко угрожают их жизни.
      Жизнедеятельность человека и животных, любая технологическая деятельность неизбежно приводят к образованию различных видов отходов, оказывающих то или иное воздействие на окружающую среду. Общая масса вещества, перемещаемого человеком на поверхности планеты, достигает 4 трлн. т в год. Из 120Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых в год мировой экономикой, только 9Гт (7,5 %) преобразуется в материальную продукцию в процессе производства.
      Постоянное техногенное воздействие отходов производства и жизнедеятельности на окружающую среду существенно снижает качество атмосферного воздуха, питьевой воды и продуктов питания, потребляемых человеком, а также ухудшает условия обитания животного мира и растительности. Современное состояние экосферы представляет собой значительную опасность для всего человечества, биосферы и техносферы Земли.
      В России, как и во всем мире, образуется огромное количество твердых отходов — десятки миллиардов тонн. В них содержится много ценных веществ, которые зачастую легче добыть из отходов, чем из первичного сырья. Они загрязняют атмосферу (при сжигании мусора), поверхностную и подземную воду и почву. По данным официальной статистики, в России ежегодно образуется от 2,7 до 3,9 млрд. т отходов: 2,6 млрд. т промышленных отходов, 700 млн. т жидких отходов птицеводства и животноводства, 35-40 млн. т твердых коммунальных отходов (ТКО), 30 млн. т осадков сточных вод, 3 млн. т медицинских отходов. Общий объем неутилизированных (накопленных) отходов — 82 млрд. т, из них более 1,5млрд.т высокотоксичных. Ежегодно в нашей стране образуется около Змлрд.т вскрышных (пустых) пород отходов при угледобыче и добыче руд для черной и цветной металлургии. Причем использование этих отходов составляет лишь около 10% всего их объема.
      Россия — одна из самых загрязненных в экологическом отношении стран на планете. Россия занимает 3-е место в мире по вредным выбросам (после США и Китая) и 74-е место по экологической чистоте. Более 100 млн. россиян проживают в экологически неблагоприятных условиях. По оценкам экспертов, на 15 % территории Российской Федерации состояние окружающей среды не соответствует нормам, обеспечивающим должный уровень безопасности людей.
      На встрече президиума Государственного совета России В. В. Путин однажды заявил: «До 15 % регионов России находятся в критическом или околокритическом состоянии в том, что касается экологии». Неблагоприятная экологическая ситуация в России становится препятствием на пути устойчивого социально-экономического развития страны.

4

ВВЕДЕНИЕ

      Основные причины загрязнения городов и окружающей природной среды — это выбросы промышленных предприятий и автотранспорта, свалки, полигоны бытовых и промышленных отходов.
      В связи с возобновлением работы промышленности с 2000 года произошло заметное ухудшение состояния воздушного бассейна страны. В 2000 году зафиксирован рост валовых выбросов более чем на 1 млн. т, что на 5,5 % больше, чем в 1999 году, и этот рост продолжается. Согласно оценкам специалистов, сегодня уровень загрязнения воздуха в 69 городах страны признан очень высоким, в некоторых из них ПДК опасных веществ превышена в 40-45 раз.
      В связи со значительным увеличением автомобильного парка постоянно возрастает его вклад в загрязнение атмосферного воздуха. Доля загрязнения от автотранспорта составляет 46 % общего выброса вредных веществ и доходит до 70-80 %.
      В результате техногенной деятельности многие водоемы загрязнены, причем уровень загрязненности по отдельным ингредиентам превышает допустимый в 10 раз и более. Непростая ситуация и в сфере очистки сточных вод: лишь 13 % из них подвергаются нормативной очистке, остальные поступают напрямую в водоемы. Две трети водных источников России непригодны для питья, многие реки превращены в сточные канавы. Основные реки оцениваются как «загрязненные», а местами — как «грязные» и «очень грязные».
      Огромное беспокойство ученых-экологов и общественности вызывает все возрастающее загрязнение почвы. Литосфера загрязняется жидкими и твердыми загрязняющими веществами и отходами. Установлено, что ежегодно на одного жителя Земли приходится одна тонна отходов, в том числе более 50 кг полимерных, трудноразлагаемых. Основными веществами, загрязняющими почву, являются соли тяжелых металлов, нефть и нефтепродукты, пестициды и гербициды, радиоактивные вещества, загрязнители атмосферы (за счет выпадания), загрязнители водоемов (за счет осаждения).
      Происходящие в России социально-экономические процессы приводят к резкому росту количества и разнообразия коммунально-бытовых отходов. В настоящее время в России ежегодно образуется около 150 млн. м³ (30 млн. т) твердых коммунальных отходов. Сегодня в России накоплено около 100 миллиардов тонн коммунально-бытовых и производственных отходов, которые занимают вышедшую из хозяйственного оборота площадь порядка четырех миллионов гектаров. В докладе «Что делать с мусором в России?», недавно опубликованном организацией Greenpeace, содержатся следующие цифры: только 4 % мусора в России перерабатывается, еще 2 % сжигается, остальные 94 % гниют на полигонах и свалках. Согласно докладу Счетной палаты, всего в России на 2015 год было устроено более тысячи полигонов ТКО, около 15тысяч санкционированных и 17тысяч несанкционированных свалок, а также около 13 тысяч несанкционированных мест размещения отходов.
      Президент России Владимир Путин, выступая на заседании Совета по стратегическому развитию и приоритетным проектам, призвал активнее заняться утилизацией накопленных в России отходов. Предполагаемые изменения в системе обращения с отходами потребуют громадных инвестиций. Международная финансовая корпорация (IFC) оценила затраты на увеличение уровня переработки отходов с 7 до 40 % в астрономические 43 млрд. евро.
      Экологическая ситуация в России требует скорейшего вмешательства. Внедрение малоотходных и энергоэффективных технологий на всех уровнях, от частных домовладений до крупных промышленных предприятий, — это приоритетная задача, которая должна быть решена в ближайшие годы.

5

            ГЛАВА 1. Генезис отходов жизнедеятельности



      В процессе жизнедеятельности при производстве и потреблении образуется большое количество отходов, которые при соответствующей обработке могут быть вновь использованы как сырье для производства промышленной продукции.
      К видам негативного воздействия на окружающую среду в виде техногенных и антропогенных отходов относятся: выбросы в атмосферный воздух загрязняющих и иных веществ; сбросы загрязняющих и иных веществ и микроорганизмов в поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на водосборные площади; загрязнение недр, почв; размещение отходов производства и потребления; загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитными, ионизирующими и другими видами физических воздействий; а также иные виды негативного воздействия на окружающую среду.


1.1. Классификация видов отходов

      Отходы — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые, не являясь конечной целью производственного процесса, образовались при получении готовой продукции или же полностью или частично утратили свои потребительские свойства.
      Классификация отходов весьма обширна, это обусловлено большим разнообразием их свойств, которые необходимо учитывать в процессе обращения с ними. Большая номенклатура отходов, образующихся на предприятиях различных отраслей экономики, затрудняет их классификацию, учет, сбор и переработку. Вследствие многих причин в настоящее время и у нас в стране, и за рубежом отсутствует общепринятая научная классификация твердых отходов промышленности, охватывающая все их многообразие. Существующие классификации твердых отходов весьма односторонни. Различные подходы к классификации отходов базируются на следующих классификационных признаках: место образования отходов (отрасль промышленности); стадия производственного цикла; вид отхода; степень ущерба окружающей среде и здоровью человека; направление использования; эффективность использования; величина запаса и объемы образования; степень изученности и разработанности технологий утилизации.
      В соответствии с принятой в РФ обобщенной классификацией (ГОСТ 25916-83) отходы делят на отходы производства и потребления.
      Соответственно, все образующиеся в результате жизнедеятельности человека твердые отходы также можно разделить на отходы производства и потребления (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Классификация основных видов твердых отходов

       Отходы производства и потребления — это остатки материалов, полуфабрикатов и иных продуктов, которые образовались в процессе производства и потребления и со временем утратили свои потребительские свойства.


6

ГЛАВА 1. Генезис отходов жизнедеятельности

       Обобщенным систематизированным классификатором образующихся в РФ отходов является Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО), используемый для удобства сбора и обработки данных на территории РФ (утвержден приказом МПР РФ от 02.12.02 № 786 «Об утверждении ФККО»),
       Этот каталог предназначен для использования при учете, контроле и нормировании в области обращения с отходами, лицензионной деятельности, выдаче разрешений на трансграничные перевозки и размещение отходов, при проектировании природоохранных сооружений и проведении средозащитных мероприятий, при оценке материального ущерба или риска возникновения аварий при обращении с отходами.
       Классификация отходов по ФККО весьма обширна, это обусловлено большим разнообразием их свойств, которые необходимо учитывать в процессе обращения с ними. В классификаторе отражены большинство отходов различных отраслей хозяйственной и производственной деятельности.
       Федеральный классификационный каталог отходов — перечень образующихся в РФ отходов, систематизированных по совокупности приоритетных признаков:
       • происхождению;
       • агрегатному и физическому состоянию;
       • опасным свойствам;
       • степени вредного воздействия на окружающую природную среду.
       Высшим уровнем классификации являются блоки, сформированные по признаку происхождения отходов:
       • отходы органические природного происхождения (животного и растительного);
       • отходы минерального происхождения;
       • отходы химического происхождения;
       • отходы коммунальные.

       В основу выделения каждого иерархического подразделения положены следующие признаки:
       • происхождение исходного сырья;
       • принадлежность к определенному производству, технологии;
       • компонентный состав;
       • агрегатное состояние и другие свойства.
       В каталоге выделяются пять уровней классификации: группы, подгруппы, позиции, субпозиции.
       Первый уровень — блоки, которые делятся по признакам происхождения отходов: отходы органического, минерального и химического происхождения, отходы коммунальные (включая бытовые).
       Второй и третий уровни — по происхождению исходного сырья, по принадлежности к определенному производству или используемым технологиям.
       Четвертый уровень — по химическому составу и агрегатному состоянию.
       Последний, пятый уровень — по классу опасности (для токсичных) или другим признакам неблагоприятного воздействия (отходы легковоспламеняющиеся, пожароопасные, взрывоопасные, самовозгорающиеся, вызывающие инфекционные заболевания, коррозионные и выделяющие токсичные газы).
       Наименование виду отхода присваивается с учетом его происхождения и химического состава.
       Структура ФККО. Код каждого вида отходов имеет 11-значную структуру.
       Блок 1. Отходы сельского, лесного хозяйства, рыбоводства и рыболовства:
       1 00 000 00 00 0.
       Блок 2. Отходы добычи полезных ископаемых:
       2 00 000 00 00 0.

7

Ветошкин А. Г. Техника и технология обращения с отходами жизнедеятельности

Часть 1

      Блок 3. Отходы обрабатывающих производств:
      3 00 000 00 00 0.
      Блок 4. Отходы потребления. Производственные и непроизводственные; материалы, изделия, утратившие потребительские свойства и не вошедшие в блоки 1-3, 6-9:
      4 00 000 00 00 0.
      Блок 5. Резервный:
      5 00 000 00 00 0.
      Блок 6. Отходы обеспечения электроэнергией, газом и паром:
      6 00 000 00 00 0.
      Блок 7. Отходы при водоснабжении, водоотведении, деятельности по сбору, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов:
      7 00 000 00 00 0.
      Блок 8. Отходы строительства и ремонта:
      8 00 000 00 00 0.
      Блок 9. Отходы при выполнении прочих видов деятельности, не вошедшие в блоки 1-3, 6-8:
      9 00 000 00 00 0.
      Первые восемь знаков кода используются для кодирования происхождения вида отходов и их состава.
      Девятый и десятый знаки кода используются для кодирования агрегатного состояния и физической формы вида отходов.
      Одиннадцатый знак кода — для кодирования класса опасности вида отходов в зависимости от степени негативного воздействия на окружающую среду.
      В 11-м знаке кода цифра 0 используется для блоков, типов, подтипов, групп и подгрупп; для видов отходов значащая цифра обозначает класс опасности, от I до V соответственно.
      Рассмотрим некоторые классифицирующие признаки, отраженные в структуре ФККО.
      По происхождению и составу отходы делят на 4 группы:
      •  отходы производства и потребления — остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства;
      •  радиоактивные отходы — не подлежащие дальнейшему использованию материалы и вещества, а также оборудование, изделия (в том числе отработавшие источники ионизирующего излучения), содержание радионуклидов в которых превышает установленные уровни;
      •  биологические отходы — трупы животных и птиц, ветеринарные конфискаты (мясо, рыба, другая продукция животного происхождения), другие отходы, получаемые при переработке пищевого и непищевого сырья животного происхождения;
      •  отходы лечебно-профилактических учреждений — материалы, вещества, изделия, утратившие частично или полностью свои первоначальные потребительские свойства в ходе лечения или обследования людей в медицинских учреждениях.
      По источнику образования отходы подразделяют на:
      •  производственные, образующиеся при производстве промышленной продукции;
      •  бытовые, образующиеся в быту;

8

ГЛАВА 1. Генезис отходов жизнедеятельности

       • отходы лечебно-профилактических учреждений, образующиеся в результате их деятельности.
       Отходы производства — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые, не являясь конечной целью производственного процесса, образовались при производстве готовой продукции или выполнении работ и не соответствуют стандартам; а также образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения в данном производстве. К ним относят: отходы, образующиеся при механической и физико-химической переработке сырья и материалов; вскрышные породы — отходы, образующиеся при добыче и обогащении полезных ископаемых; отходы сельского хозяйства; вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод и т. д.
       Эти остатки после предварительной обработки, а иногда и без нее, могут быть использованы в сфере производства или потребления, в частности, для производства побочных продуктов. Побочные продукты образуются наряду с основными, но не являются целью производственного процесса. Они в большинстве случаев бывают товарными, на них имеются ГОСТ, ТУ, их производство планируется предприятием. Производственные отходы являются следствием несовершенства технологических процессов, неудовлетворительно организованного производства, а также несовершенного экономического механизма.
       К отходам потребления относятся остатки веществ, материалов, предметов, изделий, товаров (продукции или изделий), частично или полностью утративших свои первоначальные потребительские свойства для использования по прямому или косвенному назначению в результате физического или морального износа в процессах общественного или личного потребления, использования или эксплуатации, причем восстановление свойств экономически нецелесообразно.
       Отходами потребления считаются, например, изношенные или морально устаревшие машины, изделия производственного назначения, комплектующие детали и материалы, которые по тем или иным причинам не пригодны для дальнейшего использования (отходы производственного потребления), а также пришедшие в негодность или устаревшие изделия домашнего обихода и личного потребления (отходы бытового потребления).
       Отходы производства и потребления подразделяют на: промышленные, твердые бытовые (ТБО), медицинские, биологические, радиоактивные, древесно-растительные, крупногабаритный мусор, строительные отходы и грунты, осадки очистных сооружений водопровода и канализации, осадки ливневых очистных сооружений.
       Особую группу составляют энергетические отходы: тепло, шум, радиация, электромагнитное, ультрафиолетовое излучение и т. п.
       Отходы производства классифицируют по отраслям промышленности (отходы химической, металлургической, электротехнической и других отраслей) и по видам производств (отходы сернокислотного, автосборочного, подшипникового производств и др.).
       Отходы производства можно разбить на две группы — основные и побочные.
       Основными являются отходы материалов, использованных непосредственно для изготовления товарной продукции. Это металлические, металлсодержащие (окалина, шламы, шлаки и пр.) и неметаллические (древесина, пластмассы, резина, клеи, текстиль, стекло и др.) отходы.
       К побочным относятся отходы технологических материалов и веществ, использованных или образующихся при проведении технологических процессов. Побочные отходы могут быть твердыми (зола, абразивы, огнеупоры), жидкими (смазочно-охлаждающие жидкости, минеральные масла и другие нефтепродукты, отходы гальванопроизводства) и газообразными (отходящие газы).
       Все виды отходов производства и потребления по возможности использования в качестве сырья для выпуска полезной продукции можно разделить на вторичные материальные ресурсы (BMP) и отходы, которые на данном этапе развития экономики перерабатывать нецелесообразно.

9

Ветошкин А. Г. Техника и технология обращения с отходами жизнедеятельности

Часть 1

      1. Вторичные материальные ресурсы (BMP) — совокупность отходов производства и потребления, которые могут быть использованы в качестве сырья для выпуска полезной продукции (они уже перерабатываются или переработка их планируется).
      2. Отходы, которые на данном этапе экономического развития перерабатывать нецелесообразно, образуют безвозвратные потери. Их предварительно обезвреживают в случае опасности и захоранивают на спецполигонах.
      По приведенной схеме (рис. 1.2) отходы классифицируют по сфере их использования.


Рис. 1.2. Классификация отходов по утилизации

      Исходя из возможностей использования BMP, их можно подразделить на реальные и потенциальные ресурсы. К реальным следует отнести BMP, для использования которых созданы эффективные методы и мощности для переработки, а также обеспечен рынок сбыта; к потенциальным — все виды BMP, не входящие в группу реальных. К потенциальным BMP относятся также побочные продукты, которые в настоящее время используются недостаточно полно и представляют собой резерв материальных ресурсов для промышленности.
      Отходы могут быть использованы до или после обработки. Утилизируемые отходы перерабатываются на месте их образования или на других предприятиях, имеющих соответствующую технологию. Некоторые неутилизируемые отходы в силу потери потребительских свойств в настоящее время не могут найти применения в современном производстве. Эти отходы захоранивают, если они не представляют опасности для окружающей среды.
      От состава отходов зависит способ их обезвреживания даже при использовании простейших методов — например, обезвреживание на полигонах. Так, летучая зола, шлак промышленных предприятий и мусоросжигательных установок и т. д. могут быть приняты на полигоны. В отличие от них, некоторые отходы химических предприятий — токсичные, образующие опасные соединения, взрывоопасные; отходы больниц, атомных электростанций и т. д. — требуют особых мер предосторожности при вывозе в места обезвреживания. С практической точки зрения, если известна конечная ступень технологии переработки и утилизации отходов, то их следует классифицировать, основываясь в первую очередь на этой технологии. Конечным этапом обезвреживания большинства неутилизируемых городских отходов (исключая особо токсичные, а также инертный строительный мусор и т. п.) в настоящее время является сжигание.
      По агрегатному (фазовому) состоянию отходы подразделяют на:
      •  газовые отходы;
      •  твердые отходы;
      •  жидкие отходы.
      К газовым отходам относятся неоднородные газовые системы: аэрозоли (пыль, дым, туман) и гомогенные газовые выбросы, содержащие вредные вещества.
      Твердые — это отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыли минерального и органического происхождения от очистных сооружении в системах очистки газовых выбросов промышленных предприятий, а также промышленный мусор, состоящий из различных органических и минеральных веществ (резина, бумага, ткань, песок, шлак).

10