Нормативная база работы с отходами

В.И. Вигдорович, Н.В. Шель, И.В. Зарапина

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ, ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

Тамбов 2008

Федеральное агентство по образованию

Тамбовский государственный технический университет

В.И. Вигдорович, Н.В. Шель, И.В. Зарапина

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ, ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

Учебное пособие для студентов технических

И классических университетов

Издательство ТГТУ

Тамбов 2008

УДК 541 + 577. 4

ББК 24 + 20. 1

В 95

Научный редактор:

доктор технических наук С.А. Нагорнов

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Н.Ц. Гатапова

доктор химических наук, профессор Г.В. Шаталов

Вигдорович В.И.

Теоретические основы, техника и технология обезвреживания, переработки и утилизации отходов: Учебное пособие / В.И. Вигдорович, Н.В. Шель, И.В. Зарапина; Федеральное агентство по образованию, Тамб. гос. технический ун-т. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2008. 250 с.

Настоящее учебное пособие написано для студентов химико-технологических факультетов технических университетов и обучающихся по специальности «Инженерная защита окружающей среды», а также классических университетов, специализирующихся по направлениям: «Химия окружающей среды» и «Охрана окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность», и «чистых» экологов.

В пособии на современном уровне и в то же время достаточно доступно изложены общетеоретические проблемы обезвреживания, техники и технологии переработки и утилизации отходов. Рассматривается нормативная база излагаемых вопросов и примеры расчета аппаратов механической очистки, фильтрации, биофильтров, полигона для захоронения твердых отходов.

УДК 541 + 577. 4

ББК 24 + 20. 1

ã В.И. Вигдорович, Н.В. Шель, И.В. Зарапина

ã Тамбовский государственный технический университет, 2008

Оглавление

Предисловие

Написание настоящего учебного пособия стимулировано чтением одним из его авторов семестрового курса «Техника и технология переработки и утилизации отходов» студентам 4-го курса специальности «Инженерная защита окружающей среды» Тамбовского государственного технического университета. Этот, несомненно, базовый для указанной специальности курс и одновременно специфический раздел предмета «Промышленная экология», в определенной мере перекликается с 2-х семестровым фундаментальным курсом «Процессы и аппараты химической технологии», читаемым студентам-химикам-технологам химико-технологических специальностей технических университетов. В ряде вопросов он пересекается и с предметом «Биотехнология», но уже студентов других специальностей университетов.

Однако у этих курсов есть и принципиальное различие, связанное с подбором излагаемого материала, а главное с задачами, которые должны решать пользователи. Дело в том, что перед инженерами – технологами стоят задачи синтеза продуктов, вопросы же защиты окружающей среды от антропогенного воздействия, к сожалению, сегодня для них являются второстепенными. Технократизм в этом случае давлеет над создаваемыми им экологическими проблемами. Задачи инженерной защиты окружающей среды, – прежде всего, обезвреживание токсичных отходов посредством деструкции содержащих их систем (отходящие газы, сточные воды различных производств и твердые бытовые и промышленные отходы), либо деструкция самих экотоксикантов (компонентов таких систем) с образованием малотоксичных или практически не токсичных продуктов (СО₂, Н₂О, N₂, Н₂ и др.). Отсюда и то внимание, которое получают в этом курсе методы сжигания всех видов отходов, подземная закачка высокотоксичных сточных вод, процессы биодеструкции, проблема захоронения твердых бытовых и промышленных отходов, т. е. те вопросы, которые в соответствующих общих курсах не находят отражения.

Другое отличие тех (названных выше) и других в том, что указанные общие курсы обеспечены многочисленными великолепными учебниками и учебными пособиями, как, например, учебник А.Г. Касаткина «Процессы и аппараты химической технологии» или У.Э. Виестура, И.А. Шмите и
А.В. Жилевича «Биотехнология. Биотехнологические агенты, технология, аппаратура». Однако эти издания выдержаны идеологически в ином плане, направленном, прежде всего на промышленный синтез (производство и применение), а не на инженерную или любую другую защиту окружающей среды. Возможно, именно поэтому современные технократы мало внимания уделяют этим вопросам, если их к этому не принуждают соответствующие органы, проводящие экологическую экспертизу. Да и сами инженеры-технологи чаще всего плохо представляют требования современных нормативных документов, касающихся вопросов защиты окружающей среды.

Кроме того, сегодня практически отсутствуют учебные пособия. которые бы в комплексе рассматривали проблемы всех блоков защиты экосистем: атмосферы, гидро- и литосферы.

В связи с этим коллектив авторов и взял на себя смелость заполнить этот пробел. В предлагаемом вниманию читателей учебном пособии большое внимание уделяется нормативной базе защиты окружающей среды именно с позиций оценки токсичности и требований к обезвреживанию и переработке. Далее излагаются некоторые теоретические основы используемых методов. И лишь после этого рассматриваются техника и технология обезвреживания, переработки и захоронения отходов в виде газовой, жидкой и твердой фаз.

Последний раздел посвящен расчетам некоторых аппаратов, используемых в процессах инженерной защиты окружающей среды, включая и расчет полигона для захоронения ТО, хотя, его, конечно, аппаратом назвать никак нельзя. Многие детали подобных расчетов читатели смогут найти в литературе, список которой приводится в конце книги.

Предлагаемое учебное пособие будет полезно студентам технологических специальностей технических университетов, включая и будущих специалистов по инженерной защите окружающей среды. Оно представляет интерес для студентов-химиков классических университетов, специализирующихся по направлениям «Химия окружающей среды» (магистерская программа) и «Охрана окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность» и будущих «чистых» экологов.

Учитывая, что крайне малый отечественныйопыт написания подобных комплексных учебных пособий неизбежно ведет к наличию значительных, а, возможно, серьезных недостатков и упущений научного, технологического и методического характера, в частности, в подборе излагаемого материала и его интерпретации, авторы заранее благодарны за все критические замечания. Их просим направлять по адресу: 392000, Тамбов, ул. Советская, 106, технический университет, кафедра «Химия», секция «Химия наноматериалов», Вигдоровичу В.И.

Одновременно авторы выражают свою искреннюю благодарность научному редактору книги, заведующему лабораторией ВИИТиН, доктору технических наук С.А. Нагорнову и рецензентам – заведующей кафедрой «Процессы и аппараты химической технологии» Тамбовского государственного технического университета, доктору технических наук, профессору Н.Ц. Гатаповой и заведующему кафедрой коллоидной химии и ВМС Воронежского государственного университета, доктору химических наук, профессору Г.В. Шаталову.

Введение

Любая материальная система существует при наличии постоянных внутренних и внешних связей. Первые проявляются во взаимодействии между ее фазовыми и структурными составляющими, внешние – определяются наличием энергетического и материального обмена между рассматриваемой системой и окружающей природной средой (ОПС). Совершенно очевидно, что невозможно существование системы без ОПС и ОПС без фиксированной конкретной экологической системы. Несомненно, что антропогенная составляющая экосистемы также не может существовать без взаимодействия с ОПС. Результат такой ситуации - неизбежное образование твердых, жидких и газообразных отходов, интегральная опасность и токсичность которых весьма различна, как и их компонентов.

Сложившаяся в Российской Федерации ситуация с использованием, хранением и захоронением отходов в целом ряде случаев ведет к загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов, значительному экономическому ущербу. Она же представляет реальную угрозу здоровью людей, а, следовательно, нарушает конституцию РФ. На территории нашей страны в отвалах и хранилищах накоплено 85 млрд. т. только твердых отходов. Из них – 80 млрд. т. горнопромышленных. Их количество возрастает со скоростью dm_отх/dt до 2 млрд/год.

Полигонами для складирования, шламонакопителями и хвостохранилищами занято свыше 3 × 10⁵ га земли. В том числе 2900 мест захоронения токсичных продуктов с площадью 22000 га. Часто складирование отходов ведется в неподготовленных местах, т. к. не хватает специальных полигонов. Крайне плохо перерабатываются бытовые отходы. Для их размещения ежегодно отчуждается 10000 га пригодных для использования земель.

В хранилищах, накопителях, могильниках и полигонах, свалках накоплено более 2 млрд. т. токсичных отходов, из которых 94-95 % имеют промышленное происхождение. Развитие ядерных технологий ведет к возрастанию массы радиоактивных отходов, одними из важнейших источников риска для человека и биосферы. Только на предприятиях ядерного комплекса суммарное количество радиоактивных отходов составляет 8,2 × 10¹⁹ Бк или
2,2 × 10⁹ Кюри (Ки). Отметим, что 1 Ки = 3,7 × 10¹⁰ Бк. Общий объем жидких радиоактивных отходов – 600 млн. м³, что по уровню активности составляет 85 % их общей суммы.

Ситуация с общей массой отходов усугубляется в Российской Федерации тем, что в стране в 2–3 раза выше энергоемкость единицы конечной продукции, чем в передовых промышленноразвитых странах. Затраты лесных ресурсов на производство единицы массы бумаги в 4–6 раз больше. Из-за снижения технологической дисциплины в последние 10 лет наблюдается рост на 20-60 % энерго- и ресурсоемкости выпускаемой продукции. Потребление электроэнергии на единицу ВВП возросло на 25 %, водопотребление – на 20 %. Выбросы SO₂ в РФ в 20 раз выше, чем в Японии и Норвегии (в том числе и кислотные дожди), в 6-7 раз больше, чем в Германии и Франции.

В рамках самой общей классификации отходы можно разделить на два больших класса:

- отходы производства (ОПР);

- отходы потребления (ОПОТ).

Принято считать, что первые характеризуются заметно большей однородностью, чем вторые. Решение проблемы обезвреживания, захоронения и утилизации отходов, как ОПР, так и ОПОТ является одной из важнейших и сложнейших задач в борьбе за сохранение окружающей среды или окружающей природной среды, между которыми, как будет показано выше, имеются определенные различия. Вместе с тем, все производимое человеком и природой, рано или поздно превращается в отходы. Однако, эти продукты – индивидуальные вещества или многокомпонентные смеси, существенно различаются по уровню опасности и токсичности.

Разработаны многочисленные нормативные документы, классифицирующие отходы по этим показателям, условиям образования и путям захоронения, переработки и утилизации. К таким документам, прежде всего, следует отнести следующие.

Безусловно, основополагающим документом является Конституция Российской Федерации. Именно она представляет собой юридическую базу всех последующих нормативных документов, определяющих обезвреживание, переработку и утилизацию отходов, независимо от того являются они промышленными или бытовыми. (В последнем случае, чаще всего, речь идет о твердых бытовых отходах (ТБО)).

В 1-й части статьи 20 Конституции РФ указывается, что граждане России имеют право на жизнь. Сохранение жизни и обеспечение благоприятных ее условий включают множество составляющих, в том числе, соответствующую среду обитания, устранение причин экологических катастроф. И в том, и в другом случае отходы – промышленные и бытовые играют в них далеко не последнюю роль. При этом нужно иметь в виду не только непосредственную опасность часто многочисленных компонентов ОПР и ОПОТ, их водно- и воздушно–миграционные способности, но и химическое превращение под воздействием окружающей природной среды. Причем, изменение природы компонентов отходов, в частности, под влиянием атмосферного или растворенного кислорода, кислотных дождей может приводить как к снижению (например, переход в процессе окисления в Н₂О и СО₂), так и резкому повышению опасности образующихся соединений. В частности, практически нерастворимые оксиды никеля (II) и меди (II) в результате взаимодействия с составляющими кислотных дождей (НCl, H₂SO₄ и др.) образуют хорошо растворимые соли, дающие в результате электролитической диссоциации высокотоксичные ионы Cu²⁺ и Ni²⁺. Подобные примеры весьма многочисленны.

В соответствии со статьей 42 Конституции РФ ее граждане имеют право не только на благоприятную среду обитания, но и на достоверную информацию о ее состоянии, на возмещение ущерба, причиненного экологическим правонарушением их здоровью и имуществу.

Развивает установки статей Конституции РФ закон «Об охране окружающей среды» № 6 – ФЗ от 10. 01. 2002. Он определяет правовые основы государственной политики в области окружающей природной среды (ОПС), обеспечивающие сбалансированное решение социально – экономических и экологических задач, сохранение благоприятной ОПС, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений и обеспечения экологической безопасности.

Статья 1 закона «Об охране окружающей среды» определяет благоприятную окружающую среду как способную обеспечить устойчивое функционирование естественных экологических систем, объектов природного и антропогенного происхождения. Она дифференцирует понятия «природная среда» и «окружающая среда». Окружающая среда в трактовке этой статьи – совокупность компонентов природной среды и антропогенных объектов. Понятие «природный объект» относится к земле, недрам, почве, водам различного типа, атмосферному воздуху, растительному и животному миру, околоземному космическому пространству. Для последнего, кстати, также существенно понятие «отходы». Природно–антропогенный объект – это нечто иное. Под ним понимается природный объект, но измененный в результате антропогенной (хозяйственной или иной) деятельности человека.

Нормативная база работы с отходами

Разработаны многочисленные нормативные документы, касающиеся непосредственно отходов производства и потребления, касающиеся уровня их опасности и токсичности, условий образования и путей захоронения, переработки и утилизации. К таким документам, прежде всего, следует отнести следующие. Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» № 89 – ФЗ от 24 июня 1998 г. В его редакции ОПР и ОПОТ – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства и потребления, а также товары, утратившие свои потребительские свойства. В порядке дифференциации и уточнения закон определяет понятие опасных отходов. К ним он относит соответствующие продукты, характеризующиеся одним или совокупностью опасных свойств – токсичностью, взрыво- и пожароопасностью, высокой реакционной способностью, наличием возбудителей инфекционных болезней. Наличие развитого понятийного аппарата крайне необходимо для единой трактовки этих понятий различными производителями отходов и контролирующими государственными органами.

Продолжая тему, отметим, что на оценку характера отходов не накладываются ограничения по агрегатному состоянию, в целом, либо отдельных компонентов, в частности, или по химическому и элементному составу. Закон определяет общие требования к обращению с отходами, их нормирование, учет и систему отчетности. Он формулирует единые принципы регулирования работы с отходами, контроля в этой области и определяет ответственность за нарушение законодательства. Вместе с тем, в нем вводятся, но остаются неопределенными понятия «токсичность, взрыво- и пожароопасность, высокая реакционная способность». Это приводит к сужению или просто недостаточности определений, даваемых различными авторами. Так, О. Федосеенко (2004) определяет высокую реакционную способность отходов как содержание органических пероксидов (наличие группировки –О–О–). Однако, нельзя сводить все к органическим составляющим отходов. Ограниченность такого подхода следует, хотя бы из того, что высокая реакционная способность воды несомненна. Вместе с тем, Н₂О – постоянная составляющая любых отходов, не только не представляет собой угрозы, но и просто необходима биоценозу.

Детализации требований закона об отходах производства и потребления посвящены последующие нормативные документы. В частности, приказ Министерства природных ресурсов России № 511 от 15. 06. 2001 и «Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления» от 30. 06. 2003. Основные федеральные нормативные документы РФ, разработанные и введенные в действие до 2002 г включительно, систематизированы в издании «Сборник законодательных актов, нормативно–методических документов «Обращение с отходами производства и потребления в Российской Федерации». Среди них отметим Федеральный закон «О лицензировании отдельных видов деятельности» № 128 – ФЗ от 08. 08. 2001, Федеральный закон «Об экологической экспертизе» № 174 – ФЗ от 23. 11. 1995, Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха»
№ 96 – ФЗ от 04. 05. 1999, Федеральный закон «О ратификации Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением» № 49 – ФЗ от 25. 11. 1994, Постановление правительства РФ
№ 461 от 16. 06. 2001 «О порядке ведения государственного кадастра отходов и проведения паспортизации опасных отходов» и другие. Остановимся на Базельской концепции. В ее преамбуле отмечается, что, учитывая риск нанесения ущерба здоровью человека и окружающей среде опасными и другими отходами и их трансграничной перевозкой, они должны уничтожаться в государстве, где эти продукты произведены. В приложениях к конвенции приводится перечень веществ, подлежащих международному регулированию. В их числе:

- отходы производства и переработки фармацевтической продукции;

- ненужные минеральные масла, непригодные для первоначального применения;

- отходы в виде смесей и эмульсий масло / вода; углеводороды / вода;

- карбонилы металлов;

- соединения Cr (VI); меди, цинка, селена, мышьяка, кадмия, ртути, таллия, свинца;

- фенолы, фенольные соединения, включая хлорфенолы;

- любые материалы типа полихлорированного дибензофурана;

- любые продукты типа полихлорированного дибензодиоксина.

Большой интерес представляют рекомендуемые конвенцией операции для удаления отходов. В их числе:

- операции, ведущие к возможной рекуперации, рециркуляции. утилизации, прямому, повторному или альтернативному использованию;

- захоронение в земле, сброс на землю (свалки и т.п.);

- закачка на большие глубины (скважины, соляные купола, естественные резервуары);

- сброс в поверхностные водоемы (котлованы, пруды, отстойные бассейны);

- сброс на специально оборудованные свалки;

- биологическая обработка;

- физико – химическая обработка (выпаривание, сушка, прокаливание, нейтрализация, седиментация и др.);

- сжигание;

- использование в виде топлива.

Подобные нормативные документы или их сборники являются настольными для работников экологических служб промышленных предприятий, комитетов муниципального и регионального уровня, а многие – и хозяйственных руководителей различных форм собственности. Именно в них сформулированы и обобщены необходимые требования к наработке и обращению с отходами – захоронению, переработке, утилизации. Словом всему тому, что составляет содержание инженерной защиты ОПС от накопления и негативного воздействия на нее ОПР и ОПОТ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: