Методы переработки отходов

Все известные технологии переработки отходов по методам переработки можно разделить на следующие группы:

• термические — сжигание в открытых амбарах, печах различных типов,

• механические — перемешивание и физическое разделение отходов;

• химические — экстрагирование с помощью растворителей, отвердение с применением добавок;

• физико-химические — применение специально подобранных реагентов, изменяющих физико-химические свойства, с последующей обработкой на специальном оборудовании;

• биологические — микробиологическое разложение в почве непосредственно в местах хранения, биотермическое разложение.

К термическим методам обезвре­живания отходов относятся сжигание, газификация и пиролиз.

Сжигание — наиболее отработанный и используемый способ. Этот метод осущест­вляется в печах различных конструкций при температурах не менее 1200 °С. В результате сгорания органической части отходов образуются диоксид углерода, пары воды, оксиды азота и серы, аэрозоль, оксид углерода, бензопирен и диоксины. Зола, имеющая в своем составе неподвиж­ную форму тяжелых металлов, накаплива­ется в нижней части печи и периодически вывозится на полигоны для захоронения

Газификация — осуществляется в вихревых реакторах или печах с кипящим слоем при температурах 600-1100°С в ат­мосфере газифицирующего агента (воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода или их смесь). В результате реакции образуются синтез-газ (Н₂, СО), туман из жидких смолистых веществ, бензопирена и диоксинов. Зола, остающаяся после газификации, может содержать остаточ­ный углерод и соли тяжелых металлов, растворимые в воде. После проверки золы на отсутствие бензопирена, диоксинов и тяжелых металлов в подвижной форме она может быть отправлена на захоронение.

Пиролиз — наиболее изученный про­цесс, широко используется для произ­водства активированного угля из древе­сины. Пиролиз нефтесодержащих отходов проводят при температуре 600-800°С с вакуумированием реактора. При этом протекают реакции коксо- и смолообразо­вания, разложения высокомолекулярных соединений на низкомолекулярные, жидкую и газообразную фракции, а если углеводородные отходы содержат серу, то образуются также сероводород и меркап­таны. Оксиды азота и серы практически не образуются. На практике невозможно создать совершенно бескислородную ат­мосферу; реальные пиролизные установки работают с количествами кислорода мень­ше стехиометрических. Поскольку некото­рое количество кислорода присутствует в любой пиролизной установке, происходит незначительное окисление. Если летучие или малолетучие вещества присутствуют в отходах, также происходит термическая десорбция. Процесс очень чувствителен к влажности нефтешламов и размерам находящихся в них абразивных частиц, что сказывается на стоимости переработки тонны отходов и возможности применения данного процесса.

Механические процессы очистки заключаются в перемешивании и физичес­ком разделении. В связи с возрастающей проблемой охраны окружающей среды и дефицитом энергоемкого сырья наиболее перспективным направлением переработ­ки и утилизации отходов является извлечение из них воды и твердых остатков с последующим исполь­зованием в системе повышения пластового давления, а твердых остатков в химической или дорожно-строительной промыш­ленности в качестве сырья.

Химические методы обезвреживания жидких и твердых нефтесодержащих отходов заключаются в добавлении к нейтрализуемой массе химических ре­агентов. Растворители должны полно и достаточно просто регенерироваться с небольшими энергозатратами. В зависимости от типа химической реакции реагента с загрязнением происходит осаждение, окисление-восстановление, замещение, комплексообразование.

Недостатком комплексообразования является неустойчивость вяжущих ве­ществ к атмосферной и грунтовой влаге, быстрым изменениям температуры, что приводит в результате к разрушению ком­позиционного материала. Объем отходов после комплексообразования уменьшается только в 2 раза.

Физико-химические методы образу­ют наиболее представительную группу методов обезвреживания отходов. Физи­ко-химические технологии переработки отходов не обладают универсальностью, однако могут дать наивысший результат, используя отходы как сырье для получения полезного продукта. Примером является переработка резины, резинотканевых отхо­дов, автомобильных покрышек, резиновых рукавов и шлангов и другой продукции резинотехнической промышленности. Конечной продукцией переработки является резиновая крошка, используемая для покрытий, ковриков подрельсовых прокладок, добавок в битум и др.

Отдельную группу составляют элек­тромагнитные методы, основанные на термическом эффекте при взаимодейс­твии электромагнитного излучения с веществом.

В сверхвысокочастотных полях про­исходит быстрый и равномерный прогрев грунта и при этом протекают дегидратация, диссоциация карбонатов, окисление и даже плавление. Десорбирующиеся орга­нические соединения обезвреживаются, например, каталитическим методом.

Обезвреживание отходов с помощью ультрафиолетового и лазерного излучений относится также к электромагнитным ме­тодам. Активация ароматических молекул УФ и лазерным излучениями приводит к диссоциации молекул с образованием ра­дикалов и активных комплексов, быстрому окислению и полимеризации.

Эффективен для очистки грунта от нефтепродуктов ультразвук. Начиная с критического значения звукового давления акустических волн, в жидкости возникает кавитация. При схлопывании кавитацион-ных полостей образующиеся микроструи с линейными скоростями 300-800 м/с срывают с поверхности твердых частиц нефтяные загрязнения. Эффективность очистки может достигать 99,5-99,8 %. При кавитационных разрывах жидкости про­исходит ионизация и активация молекул, стимулирующие окисление и полимериза­цию углеводородных молекул.

Рассмотренные выше методы являются базой для уже созданных технологий обезвреживания ПО и ТБО или техно­логий, разрабатываемых в настоящее время. Каждый метод обезвреживания отходов и технология на его основе имеют определенную нишу, т.е. есть совокупность физико-химических параметров отходов и возможностей метода, оптимальное сочетание которых позволяет достичь наибольшей прибыли или минимальных затрат на обезвреживание определенного вида отходов при наименьшем экологичес­ком ущербе природе

. Биологические методы обезврежива­ния отходов находят все более широкое применение в нашей стране и особенно за рубежом. Они основаны на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе многие органические загрязнители. В процессе биообезвреживания происходит вторич­ное загрязнение атмосферного воздуха продуктами гниения клеток микроорга­низмов — сероводородом и аммиаком.

Биологические методы можно условно подразделить на микробиодеградацию загрязнителей, биопоглощение и перерас­пределение токсикантов.

Микробиодеградация — это деструкция органических веществ определенными культурами микрофлоры, внесенными в грунт. Процесс биоразложения протекает с заметной скоростью при оптимальной температуре и влажности. Микробиоде­градация может быть использована во всех случаях, где естественный микробиоценоз сохранил жизнеспособность и видовое разнообразие. Хотя процесс идет крайне медленно, его эффективность высока.

Биопоглощение — это способность не­которых растений и простейших организ­мов ускорять биодеградацию органических веществ или аккумулировать загрязнения в клетках.

Полученные методами генной инженерии штаммы псевдомонад утилизируют сырую нефть, что делает возможной очистку раз­ливов нефти на суше. Данная технология предусматривает периодический полив земель водой до полной утилизации нефти бактериями. Недостатком биотехноло­гических процессов является невысокая скорость протекания процессов, что сильно увеличивает капитальные вложения при сооружении промышленных объектов. Важнейшей задачей ученых является подбор микроорганизмов, бактерий, грибов для переработки конкретных отходов или компо­зиций отходов. Ведутся работы по ускорению роста бактерий в соответствующей среде и регулированию параметров среды в целях сокращения цикла переработки отходов.