Разработка технологии переработки нефтешламов, промышленных и бытовых отходов в нефтепродукты

Нетрадиционный взгляд на проблему, состоит в том, что гораздо проще контролировать то, что попадает на свалку, чем то, что попадает со свалки в окружающую среду. В качестве аксиомы следует всегда помнить, что отходы состоят из различных компонентов, которые не должны в идеале смешиваться между собой, а должны утилизироваться отдельно друг от друга наиболее экономичными и экологически приемлемыми способами. Только комбинация нескольких взаимодополняющих программ и мероприятий, а не одна технология, пусть даже самая современная, может способствовать эффективному решению проблемы утилизации ТБО [1].

Рассмотрим основные вопросы, изучение которых является первостепенной задачей:

качественный состав и вредность отходов;

способы сбора и хранения;

способы переработки и утилизации.

1.1. Качественный состав и вредность отходов

Твердые промышленные отходы (ТПО) представляют собой более или менее однородные продукты, которые не требуют предварительной сепарации по группам для их переработки.

В таблице 1 приведены данные по объемам образования и размещения промышленных отходов за 2000 г [2], отражаемые в различных формах отчетности и инвентаризации.

Из общего объема используемых отходов около 80% составляют вскрышные породы и отходы обогащения, которые направляют для закладки выработанного пространства шахт и карьеров. 2% находят применение в качестве топлива и минеральных удобрений. 18% (360 млн. т) используются в качестве вторичного сырья, из них 200 млн. т в стройиндустрии.

Отходы в зависимости от токсичности химических веществ, содержащихся в них, проявляют различную степень воздействия на окружающую среду и могут быть чрезвычайно опасными (относятся к I классу токсичности), высокоопасными (II класс), умеренно опасными (III класс) и малоопасными (IV класс). Экологическая обстановка в местах образования и размещения отходов может быть классифицирована следующим образом: относительно удовлетворительная, напряженная, критическая, кризисная и катастрофическая.

Твердые бытовые отходы представляют собой грубую механическую смесь самых разнообразных материалов и гниющих продуктов, отличающихся по физическим, химическим и механическим свойствам и размерам. ТБО перед их переработкой необходимо обязательно подвергнуть сепарации по группам, если таковая имеет смысл, и уже после сепарации каждую группу ТБО следует подвергнуть переработке.

Таблица 1.

Отходы	Объем образования отходов, млн. т/год	Объем использования отходов, млн. т/год	Объем складирования, млн.т	Уровень использования, %
•Вскрышные породы (отвальные, шахтные)	4200	1600-1650	65000	38
•В том числе от:
добычи угля	900-1000	400-500	16000	47
черной металлургии	800	200-250	15000	28
цветной металлургии	300	70	9000	23
стройиндустрии	1700-1800	700-800	10000	43
горной химии	160	80	1200	50
прочие	200-300	50	3000	20
•Отходы обогащения:
угольной отрасли	60	10-11	1500	17
черной металлургии, цветной металлургии	369	31,4	4800	12
горной химии	80	9	1000	11
•Отходы производства и использо
вания строительных материалов	- 50 •	10	1200	20
•Золошлаковые отходы	,55	3,4	920	6
•Шлаки:
доменные	18,4	18,4	150	100
сталеплавильные	11	7,1	325	65
ферросплавные	1,7	1	25	59
медного производства	1,5	0,7	77	47
никелевого и свинцово-цинкового произ-ва	13,2	5,3	295	40
•Шламы глиноземных производств
алюминиевой промышленности	0,044	0,035	0,27	78
•Мышьяксодержащие отходы
цветной металлургии	10,9	4,2	157	38
•Ртутьсодержащие промышленные отходы	0,093		1,9	-
•Фосфогипс (в том числе вторгипс,
борогипс, титаногипс)	13	-	~	~
•Пиритные огарки	4	2	65	15
•Галитовые отходы	25	3,2	15-20	80
•Отходы хроматного производства	0,4	3	300	12
•Нефтяные шламы	0,6	-	ю	-
•Гальваношламы	1	0,34	7	57
•Шламы после металлообработки	1,2	0,05	10	5
•Макулатура	2	0,06	~	5
•Шины изношенные	0,14	1,6	-	80
•Стеклобой	0,46	0,09	-	64
•Твердые бытовые отходы1	140	0,37	-	80
•Осадки сточных вод **	80	5	-	3,6
•Осадки водоподготовки **	150	0,8-1,2	-	1-1,5
•Осадки промышленных сточных вод **	30-35	1,5		1
•Ртутьсодержащие отработанные
гальваноэлементы и батареи2	250	0,4	1,2

 

Источниками бытовых отходов согласно таблице 2 в населенных пунктах будут являться [3]:

Таблица 2.

Жилые	индивидуальные и многоквартирные дома
Хозяйственные	учреждения; магазины; культурные заведения; предприятия; гостиницы; предприятия общепита
Коммунальные службы	снос и строительство зданий; уборка улиц; зеленое строительство
Учреждения	школы; больницы; тюрьмы
Промышленность	Производственные предприятия города; автобазы
Сельское хозяйство	Дачные участки, фермерские хозяйства

 

 

В таблице 3 приведены примеры категорий отходов и основные отходы, входящие в данную категорию.

Таблица 3

Бумага	газеты; офисная; глянцевые журналы; бумага для компьютеров; картон, тетроупаковка
Пластик	PET (бутылочный); смешанный; пенопласт; др. пластик (полиэтилен, ПВХ)
Металл	ферромагнетики, алюминий; др. неферромагнетики
Стекло	прозрачное; коричневое (янтарное); зеленое; др. (лампы, оконное и т.д.)
Растительные отходы	листья; трава; ветки
Деревянные отходы
Покрышки, РТИ
Кожа
Пищевые отходы
Неорганика	камни; керамика
Мелкие материалы	проходящие через 15 см сетку
Текстиль
Строительный мусор

 

1.2. Классификация ТП и Б О по физико-химическим, биологическим свойствам

Если мы возьмем за основу классификации ТП и БО по физико- химическим, биологическим, биохимическим и токсикологическим свойствам, то тем самым определим способ дальнейшей переработки этих отходов.

Начнем с промышленных отходов, которые, как правило, не требуют сепарации по группам [4].

Итак, все твердые промышленные отходы следует подразделить на следующие группы:

отходы металлоперерабатывающих производств;

отходы металлургических производств;

отходы стекольных и керамических производств;

отходы при производстве полимерных материалов синтетической химии (в том числе отходы резины и резинотехнических изделий;

отходы из природных полимерных материалов (отходы древесины, картона, целлюлозно-бумажные отходы, отходы фиброина, кератина, казеина, коллагена);

отходы отопительных систем;

отходы нефтедобычи, нефтепереработки, нефтехимии (нефтешламы);

радиоактивные отходы ;

отходы медицинских учреждений, ветеринарных и исследовательских организаций.

Твердые бытовые отходы после сепарации следует подразделять на следующие группы [5].

А - Отходы из природных материалов (ОПМ)

Пищевые (гниющие) отходы.

Отходы медицинских, лечебных, научно-исследовательских организаций, в том числе хирургии и стоматологии, а также отходы лечебных ветеринарных учреждений.

Полимерные отходы из природных материалов, в том числе отходы древесины, картона, целлюлозно-бумажные, оберточные материалы.

Б - Производственные отходы

Металлические отходы.

Отходы отработанных химических источников тока (ОХИТ).

Бой стекла и стеклопосуды.

Отходы полимерных материалов синтетической химии, в том числе резина и резинотехнические изделия, все оберточные материалы и полимерная тара из продуктов синтетической химии.

Радиоактивные отходы.

1.3. Твердые промышленные отходы (ТПО) и их использование в качестве сырья для производства различных товарных продуктов

1.3.1. ТПО металлоперерабатываюгцих производств и их переработка

ТПО металлоперерабатывающих производств следует подразделять на следующие виды:

ТПО из черных металлов;

ТПО из нержавеющей стали;

ТПО из полиметаллов;

ТПО из цветных металлов.

Для отделения отходов разных металлов можно использовать магнитные свойства отходов железа. Притягиваясь к магниту, стальные опилки отделяются от других металлических отходов и собираются отдельно в соответствующей таре. Далее они направляются на переработку. В частности, из однотипной стружки можно способом горячей штамповки при температуре 1000-1200°С получить монолитную деталь, не требующую дальнейшей обработки. Преимущество горячей штамповки - работа при более низких температурах (огромная экономия энергетики), отсутствие потерь, 100% использование ТПО.

ТПО из нержавеющей стали собираются в отдельную тару и направляются на переработку. [6].

ТПО цветных металлов и полиметаллов являются наиболее ценным вторичным сырьем. Это относится в первую очередь к ТПО от радиоэлектронных изделий, некоторых типов контрольно-измерительных приборов, некоторых электротехнических агрегатов. ТПО такого вида подвергаются переработке в гальваническом производстве, где производится снятие металлических покрытий послойно электрохимическим способом [6].

Следует отметить, что коэффициент использования металла в бывшем Советском Союзе, по данным 1990г., составлял всего 0,7, то есть 70%. Таким образом приблизительно 30% металла шло, по данным 1990г., в так называемые отходы. Сейчас, очевидно, этот коэффициент только снизился для всех видов металла. Использование ТПО черных и цветных металлов вместо руды дает значительную экономию энергетики:

производство алюминия	95%;
производство меди	83%;
производство свинца	64%;
производство цинка	60%;
производство стали	74%.

 

1.3.2. ТПО стекольных и керамических производств и их переработка

Исходя из технологии получения стекла и стеклоизделий, главными компонентами стекла являются диоксид кремния 8Ю2, содержание которого составляет от 40 до 80% (по массе), в кварцевых стеклах от 96 до 100% и ряд других неорганических оксидов.

Для правильного понимания свойств ТПО стекольных производств рассмотрим химический состав различного вида стекла.

Таблица 4.

Вид стекла	Химический состав (% по весу)
	8Ю2	N320	к2о	СаО	ВаО	MgO	гпо	РЬО	А12о3	Ге203	В203
Обычное	75,3	13,0	-	11,7	-	-	-	-	-	-	-	-
Оконное	71	16	-	8	-	3,3	-	-	1,5	0,2	-	-
Бутылочное	70	15	2,8	10 .	-	-	-	-	3,0	2,0	-	-
Электроламповое	71	И	3	5	-	3	-	3,5	0,3	0,2	-	-
Лабораторное	69,8	8,8	5,6	8,2	- ' .	-	-	-	4,9	-	2,7	-
Иенское	65,3	-	-	-	12,0	-	4,2	-	3,5	-	15,0	-
Пи реке	80,5	4,4	0,2	0,4	-	-	-	-	2,1	-	11,9	0,5

 

ТПО стекольных производств включают разнообразные виды твердых отходов [7]. Это отходы, образующиеся при производстве стекла и стеклоиз- делий, и ТПО от готовой продукции. Итак, твердые промышленные отходы, образующиеся в процессе производства стекла и стеклоизделий, включают следующие основные виды:

Смесь солей Са и Эта смесь состоит из 30-50% Са804; 20-30% СаР2; ~Ю% СаО; 15-25% М§0.

Производственный брак - стеклобой.

Осадок из отстойников, шлам, соли Ыа, Са, 81.

Древесные опилки, срезки и т.п. в качестве побочных сопутствующих вспомогательных отходов.

Кроме того, в производстве кварцевого стекла образуется ряд ТПО в виде соединений 81С14, ОеС14, РОС13.

Рассмотрим первый вид ТПО. Смесь солей Са и главными компонентами из которых являются сульфат кальция, фторид кальция, оксид кальция и магния. Больше всего в этой смеси содержится сульфата кальция - Са804. Сульфат кальция в виде кристаллогидрата есть гипс - Са804-2Н20.

2Са804 Н20 + 2Н20 -»2 [Са804-2Н40].

ТПО второго вида, а именно брак и стеклобой, следует использовать на переплавку. Обычно стеклобой идет на переплавку в количестве от 40 до 100% от первичного сырья. Возможно применение стеклобоя в качестве наполнителя в дорожном строительстве.

В производстве кварцевого стекла образуются также ТПО особого вида, а именно ОеС14, 81С14 и РОС13. Из трех соединений особое внимание заслуживает четыреххлористый германий ОеС14, так как германий принадлежит к рассеянным элементам [8,9]. Четыреххлористый германий ОеСЦ при обычных условиях [9] жидкость, которую можно подвергнуть гидролизу в водной среде. Последнее свойство германия можно использовать для получения элементарного германия по схеме :

СеСЦ + 4Н+ + 40Н ^ Се(ОН)4 -Н4Се04 = 2Н+ + Се032 + Н20.

1.3.3. ТПО производства полимерных материалов синтетической химии и резины.

Здесь следует подчеркнуть, что вторичной переработке могут быть подвергнуты только ТПО из термопластичных синтетических материалов - материалов, которые под воздействием температуры приобретают свойство пластичности и могут формоваться в различные изделия.

Термореактивные синтетические материалы и, соответственно, ТПО из них не могут повторно переходить в пластичное состояние ввиду их химической природы.

Для правильной и четкой переработки ТПО из пластмасс в первую очередь они должны отвечать двум главным принципам: однотипность и чистота.

Наиболее часто встречающимся процессом является процесс автоокисления [10]. Он применим для переработки искусственных материалов, получаемых химическим путем из клетчатки и для сложных эфиров целлюлозы (ацетатов целлюлозы)[11].