Образование и размещение отходов

Процесс РОМЕЛТ был  применен для обезвреживания ТБО. При  финансировании фирмой «SAMSUNG HEA INDUSTRIES» (Южная Корея) была построена установка производительностью 1 т ТБО/ч. На этой установке была опробована переработка отходов стеклянного боя, золы от сжигания угля, "горелой" (литейной) земли. В качестве топлива использовались измельченные изношенные шины. Общие капитальные вложения на строительство комплекса РОМЕЛТ для утилизации ТБО составляют 300 долл. на тонну годовой мощности [16]. 

В 1994 г. на заводе "Электростальтяжмаш" (г. Электросталь Московской области) была пущена в эксплуатацию установка  экологически безопасного обезвреживания остатков закалочных масел. Технология и конструкция установки была разработана в Институте химической физики (г. Черноголовка Московской области). Реактор шахтного типа с наружным диаметром 2 м внутри выложен тремя рядами шамотного кирпича, внутренний диаметр ~ 1,5 м, его высота - 13 метров. Свободный объем реактора заполняется некондиционным (битым) шамотным кирпичом инертным материалом для создания режима адиабатического горения. В процессе газификации, протекающей в узкой зоне в средней по высоте части реактора, инертный материал в смеси с отходами перемещается в нижнюю часть реактора, где после отсева золы и шлака вновь возвращается в верхнюю часть реактора, и через специальный люк загружается вместе с отходами. 

В 1998 году такая же установка, но для утилизации ТБО, введена  в эксплуатацию в Финляндии в  городе Лаппсенранта. Синтез-газ, получаемый от установки, подается в один из котлов ТЭЦ. Зола после газификации ТБО  вывозится на захоронение. Рабочая  температура в зоне газификации - 1000-1100°С, температура на наружной стенке реактора не более 50°С, КПД использования тепла - 70% Управление температурой в зоне газификации осуществляется подачей пара, а на случай перерыва в подаче пара установка оборудована аварийной автоматической системой продувки азотом для предотвращения расплавления инертного материала. Установка не имеет вредных газовых выбросов, и поэтому газоочистное оборудование не требуется. Производительность установки - 2-4 тонны ТБО в час. Капитальные затраты без газоочистного оборудования - 2,5 млн. долл. США [17]. 

Процесс пиролиза нефтеотходов и иловых осадков активно исследовался, начиная с 1985 г., в России во Всероссийском  научно-исследовательском институте  железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), а в Германии - в Тюрингенском университете и научном секторе фирмы ALFA LAVAL (Франция) 

По технологии OFS, разработанной в Тюбингенском университете, осадки вначале высушиваются при  температуре 100-120°С, а затем подвергаются пиролизу при температуре 450°С. В  результате образуется масляная фракция, близкая по составу к дизельному топливу Процесс экологически безопасный и рентабельный. Отходящие газы установок содержат в сотни раз меньше оксидов азота и серы, аэрозоля и легких углеводородов по сравнению с отходящими газами печей сжигания. 

В Германии, Австралии  и Канаде уже несколько лет  успешно работают установки пиролиза (процесс OFS), перерабатывающие до 1 тонны  сухого илового осадка в сутки  в низкосортное топливо. Срок окупаемости  установки - 4-7 лет. Если построить установку на производительность 6 тонн сухого илового осадка в сутки, то срок окупаемости уменьшается до 1-2 лет, по мнению авторов, в технологии OFS 

Установка пиролизного  обезвреживания нефтеотходов ВНИИЖТ оборудована  гидросепаратором для сортировки нефтеотходов (мусор, загрязненный нефтепродуктами, ветошь, нефтешлам моечных машин, отработанные масла и смазки и так далее). Производительность пиролизной установки 50 кг/ч по исходному сырью. Температура в первой секции реактора при приготовлении углеродного адсорбента 900°С. Выход нефтяного конденсата от исходного количества нефтешлама - 20%, выход пиролизного газа - 10%, выход адсорбента - 50%. Стоимость основного оборудования установки 50 тыс. долл. США. Срок окупаемости - 1,5-2 года [18]. 

В 1998 году фирма ALFA LAVAL начала продавать пиролизную печь для регенерации загрязненных нефтью грунтов, аналогичную по технологии и близкую по конструкции установке ВНИИЖТ. Производительность по исходному сырью - 2,5 т/ч. Стоимость установки - 2,65 млн. долл. США, стоимость обезвреживания одной тонны загрязненного грунта ~ 50-70 долл. [19]. 

На основе пиролиза фирма "MAN GUTENJHFNUNGAHUTТЕ AG" (г Оберхаухаузен, Германия) разработала ряд установок  для обезвреживания загрязненных нефтепродуктами  грунтов. Загрязненный грунт после сушки и измельчения с помощью загрузочного шнека подается в реактор, где при температуре 600-750°С образуется нефтяной газ и происходит коксование грунта. Остаток после пиролиза в зависимости от содержания кокса либо отправляется на захоронение, либо возвращается на прежнее место. 

Многокамерные печи наиболее часто используются для  сжигания отходов благодаря их простоте, надежности и легкости изменения  режимов горения [5,6,8]. Печь представляет собой стальную конструкцию, защищенную внутри термостойким материалом. Твердые отходы или частично обезвоженный ил подаются сверху, зола разгружается снизу. Рабочая температура в первой камере многокамерных печей составляет обычно 800-900°С, последовательно возрастая до 1100°С в третьей камере. При достижении температуры 1050-1100°С в первой камере печь автоматически переключается на режим охлаждения. Многокамерные печи оборудуются зональными горелками с автоматическим поддержанием рабочей температуры и форсунками с автоматической регулировкой подачи жидких ПО. Таким образом, многокамерные печи позволяют обезвреживать ТБО, твердые и жидкие ПО. Влажность не должна превышать 60%. В Таблице 3 приведены эксплуатационные параметры многокамерных печей различных фирм. 

Рассмотренные выше технологии позволяют не только обезвреживать отходы, но и утилизировать образующееся тепло.

Технологии, основанные на химических методах обезвреживания 

Технология химического  осаждения тяжелых металлов (Сr, Pb, Нg, Сa) и радионуклидов в грунтах  осуществляется введением реакционно-способной смеси (100 ррm сероводорода в азоте) в реактор, заполненный загрязненным грунтом [20-23]. Технология химического осаждения применима для грунтов с разным химико-минеральным составом и проницаемостью. После химической обработки фиксируется в породе более 90% тяжелых металлов. 

Технология обработки  загрязненных грунтов реагентами (известь, сульфат натрия, оксиды железа, органический углерод) [24-26]. Эффективность очистки  зависит от реакционной способности  реагента и экотоксиканта. Водный реагентный раствор смешивают с грунтом и перемешивают, в результате получается гидрофобный порошок Преимущество технологии - в разрушении хлорированной органики и нефтепродуктов и фиксации тяжелых металлов. 

Фирмой "MEISSNER GRUNDBAU" разработана технология химической обработки нефтесодержащих отходов [27]. По технологии этой фирмы одновременно с обезвреживанием нефтепродуктов проводится рекультивация. Получаемый при обработке гидрофобный продукт используется в качестве строительного материала для создания дорожных покрытий. По данным фирмы, стоимость обработки одной тонны нефтеотходов составляет 30 долл. США [27]. 

Компания "VEST ALPINE" разработала установку для химического  отверждения нефтесодержащих отходов, лаков, красок, смол и так далее. В  результате смешения отходов с реагентом на основе извести получается порошковый гидрофобный материал. Установка состоит из бункера для отходов, реактора-смесителя, емкости для реагента, дозатора и шнекового конвейера. Компания производит установки "Леко" в мобильном и стационарном исполнении. Стоимость обезвреживания одной тонны отходов - 30-40 долл. США [3]. 

Общий недостаток реагентных технологий - это зависимость степени  обезвреживания от эффективности перемешивания  и чистоты реагента. Образующийся порошок не обладает абсолютными гидрофобными свойствами, и при попадании в поровое пространство воды аборигенная микрофлора постепенно разлагает органические вещества, входящие в состав порошка, что приводит к вторичному загрязнению окружающей природной среды. 

В технологиях химического окисления экотоксикантов в почве используются следующие окислители: кислород, воздух, озон [25], перекись водорода [28] и перманганат калия [29,30]. Эта технология наиболее часто применяется для очистки грунтов от хлорированных углеводородов (трихлорэтилен, трихлорамин, полихлорэтилен) в диапазоне концентраций от 0.2 мкг/кг до 12 г/кг. Эффективность очистки почвы с исходным содержанием трихлорэтилена 250 мг/ кг достигает 74-79% при обработке 3.6 и 7.3%-ными растворами перекиси водорода и выше 98% -при применении 1.5, 3.0 и 6.0%-ных растворов перманганата калия. 

Вышеописанные технологии химической иммобилизации (связывания) используют, кроме того, для связывания тяжелых металлов, полициклических  и ароматических углеводородов, хлорорганики. Недостатком метода является неустойчивость образующихся композитов к грунтовой и атмосферной воде. При иммобилизации происходит утрачивание нефтепродуктов как источника энергии.

Технологии биологического обезвреживания 

Технологии биологического обезвреживания органических экотоксикантов основаны на активации аборигенной микрофлоры или внесении в грунт определенных культур микроорганизмов, создании оптимальной среды для развития микроорганизмов. 

Простейшими способами  активации микрофлоры являются механические рыхление, вспашка, дискование [31]. Необходимым условием размножения микроорганизмов является создание оптимального температурного диапазона. Для ускорения миграции микрорганизмов в последние годы используют электрокинетическую активацию биодеградации [32]. Ультразвук также способствует ускорению биодеградации экотоксикантов [31]. 

Другим широко распространенным способом биоактивации является аэрация  или продувка грунта воздухом. Эффективность  биоразложения летучих углеводородов, дизельного топлива и других подобных загрязнителей составляет от 45 до 94% [33, 34]. Стоимость обработки почвы не превышает 13-20 долл. США за 1 м³. 

Необходимым условием биодеградации нефтяных загрязнений  является внесение минеральных удобрений [31]. Идеальной для биоразложения  является среда с нейтральной кислотностью. Для нейтрализации щелочных грунтов вносят гипс, для нейтрализации кислых грунтов - известь [31]. 

Одним из методов, обеспечивающих диспергирование нефтяных загрязнений  и улучшающих контакт с микроорганизмами, является внесение ПАВ [31,33]. Моющие вещества вымывают из грунтов нефтепродукты вместе с водой. Сочетание применения ПАВ с внесением минеральных удобрений ускоряет биодеструкцию [31]. 

Внесение культур  микроорганизмов используется только при аварийных загрязнениях или при отсутствии развитого естественного биоценоза. Однако иногда происходит вырождение микроорганизмов до достижения требуемого уровня очистки, а также их применение может нарушать естественные биоценозы [31] Обычно для очистки используют сообщества бактерии Bakterium, Actinomyces, Artrobactes, Thiobacterium, desullfotomasilium Pseudomons, Hydiomonas, Bacillus и другие, а также низшие формы грибов [31] 

Различные виды дрожжей Candida разлагают ароматические соединения с концентрацией до 1% в грунтах  за 120-200 суток, Candida sp. поглощает керосин [35], Candida liprolytica - сырую нефть [36] Нефть на поверхности почвы уничтожают Actmomycor elegans и Geotrichum marium [31] 

Использование Actmebacter sp. дает 80%-ный эффект очистки от ароматических  соединений по истечении пяти недель [37] Деградацию ароматических углеводородов осуществляют Tycobactenum [31] и Pseudomonus alcahgenes, которые разлагают также галогенуглеводороды [38] Для биоочистки почв и грунтов от хлорфенолов используют штаммы Rhodococcus erutropolis [39], s Rochei [40] Концентрация хлорфе-нолов не должна превышать 200 мг/кг 

Фенолы в почве  разлагаются Pseudotnonas auieofacms, P Fluorescens, Pseudomonas sp при эффективности около 70% [41], а также различными штаммами Bacillus, Flavobactenum, Artiobactenum [42] Оптимальная температура -30-40°С Для разложения в почве мазута, дизельного топлива, керосина, бензина, фенолов и формальдегидов широко используют препараты "Naggies", "Hydrobac", снижающие концентрацию экогоксиканта на 60% за пять дней Биопены фирмы "Biodetox" позволяют очистить слой почвы или грунта на 30-40 см вглубь, разлагая нефтепродукты, готовые биогены очень долго хранятся 

В России для очистки  почв от нефтепродуктов используют бактериальные  препараты "Деворойл" (РАН), "Биоприн (Олеоворин)" (ВНИИСинтезбелок), "Путидойл" (ЗапСибНИГ-НИ), "Руден" (НИИ Генетики), "Сойлекс" (фирма "Полиинформ", С -Петербург) Препараш эффективно окисляют нефтепродукты, ароматические углеводороды в температурном диапазоне 15-45°С при значительных начальных концентрациях загрязнений в грунтах Проведенные исследования препарата "Олеоворин" на промплощадках Северной железной дороги показали, что через 3 месяца грунт был очищен на 78% Препарат "Путидойл" эффективно очищает грунты от фенолсодержащих осадков шпалопропиточных заводов на 90% Бактериальный препарат "Сойлекс" обладает более широким спектром применения рН==4 5-8 5, температура 10-42°С Через 20 дней грунт, содержащий до 1% нефти, очищается на 90% 

Технологии биопоглощения  используют способности бобовых  и трав поглощать и способствовать биодеградации нефти С этой целью выращивают сорго, кормовой горох, люцерну, донник, ячмень и овес [31] Показана достоверность снижения загрязнения почвы 

благодаря жизнедеятельности  дождевых червей [3 1] Биотехнологии  имеют ряд недостатков Биодеструкция -достаточно медленный процесс, 

кроме того, при гниении  биомассы возникает вторичное загрязнение  окружающей среды из-за выделения  аммиака, сероводорода, выделяется значительное количество углекислого газа, вызывающего  парниковый эффект, безвозвратно рассеивается тепловая энергия.

Технологии основанные на электрохимических методах