Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Промышленность и окружающая среда..pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
21.63 Mб
Скачать

3.2.4. ТЕХНОГЕННЫЕ РЕСУРСЫ

3 .2 .4 .1 . КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ РЕСУРСОВ

Человеческое общество в результате своей производственной дея­ тельности производит в конце концов только отходы. В связи с истоще­ нием природных ресурсов будущее цивилизации будет зависеть от того, как человек сможет распоряжаться этими, им же произведенными мате­ риалами: останутся ли они в категории бесполезных отходов, загрязняю­ щих окружающую природную среду, или перейдут в разряд техногенных

ресурсов.

Все техногенные ресурсы можно разделить на две группы:

-техногенные материалы;

-техногенные энергоносители, или вторичные энергоресурсы (ВЭР).

Всвою очередь, техногенные материалы подразделяются на:

-техногенные месторождения горных, металлургических, энергетиче­ ских, химических и других индустриальных комплексов (см. раздел 3.2.3);

-техногенное сырье. Техногенное сырье - это такой вид техногенных месторождений, переработка которого технологически обеспечена и эконо­ мически приемлема. Техногенное сырье является аналогом извлекаемого из недр сырья месторождений категории А + В;

- вторичные материалы. В основном представлены готовой продукцией, вышедшей из употребления. Являются аналогом полуфабрикатов промыш­ ленной продукции. Типичным представителем вторичных материалов явля­ ется лом черных, цветных, редких и драгоценных металлов;

- твердые бытовые отходы (ТБО); - осадки сточных вод; - перемещенные грунты; - вскрышные породы.

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) включают широкий спектр энергетических промышленных газов, газообразных и жидких агентов, по­ кидающих промышленные агрегаты с избыточным давлением, скрытое те­ пло полупродуктов и продуктов термических производств и т.п. Особенно­ стью использования подавляющего большинства ВЭР является необходи­ мость их утилизации в “темпе с процессом”, поскольку аккумулирование,

например, тепла или избыточного давления продуктов процесса будет при­ водить к большим потерям энергии. Удобнее в использовании и эффектив­ нее других ВЭР оказываются энергетические газы (например, коксохимиче­ ского или металлургического производства), химическая энергия которых может быть востребована в течение длительного времени после их произ­ водства (при условии, конечно, экономической целесообразности их хране­ ния в специальных сооружениях - накопителях).

Ранее остальных техногенных ресурсов человек начал использовать в своей деятельности вторичные материалы.

Вторичные материалы и металлы представляют собой продукты тех­ ногенной деятельности человека, которые в ходе эксплуатации в незначи­ тельной степени утрачивают свои потребительские качественные характе­ ристики и могут быть восстановлены в форме товарного продукта или пре­ образованы в новую форму товарного продукта в результате применения

простых экономически целесообразных и экологически чистых технологий. К вторичным металлам можно отнести практически все утратившие в ка­ кой-то момент времени свои эксплуатационные свойства драгоценные (зо­ лото, серебро, платиноиды), многие редкие и рассеянные металлы. Необхо­ димо отметить, что для некоторых редких металлов, применяемых, напри­ мер, в медицине, приборостроении, точном машиностроении и т.п., изна­ чально разрабатываются технологии восстановления потребительских свойств. В результате возникает техногенный кругооборот металла или ма­ териала, “подпитываемый” за счет природных ресурсов лишь в незначи­ тельной степени.

Другими примерами вторичных материалов могут служить:

-жидкости и газы, используемые в качестве рабочих тел в системах да­ вления, напорных и хладоагрегатах и т.п.;

-аккумуляторные жидкости и электролиты;

-травильные растворы;

-некоторые виды пластмасс (особенно жидкие термопласты);

-некоторые многократно используемые (после соответствующей вос­ становительной обработки) отделочные и декоративные материалы и т.п.

3.2.4.2. МЕТАЛЛОЛОМ

Металлический лом является одним из важнейших техногенных ресур­ сов современной цивилизации. Лом благородных и редких металлов рассма­ тривается в индустриально развитых странах мира в качестве национально­ го стратегического резерва. Из лома в настоящее время производится поч­ ти 30% всего получаемого в мире свинца и до 25% - алюминия. Особое зна­ чение имеет стальной металлолом. Уровень рециклинга стального лома до­ стиг в 1995-1999 гг. в среднем 40-43%, а в отдельных странах (Япония, США) превысил 50% общего объема производимой из железа продукции (см. табл. 3.33).

Металлолом принято подразделять на оборотный, лом металлообработ­ ки и амортизационный.

Оборотный лом (скрап) образуется на металлургических предприятиях в ходе производства стального проката и других видов стальных полупроду­ ктов в виде отходов. Оборотный лом практически полностью утилизирует­ ся в рамках производственного рециклинга, его количество непрерывно снижается за счет внедрения новых способов производства стали. Наиболее значительное снижение образования оборотного лома (в среднем с 250 до

Таблица 3.33

Изменение доли металлолома при производстве жидкой стали из шихтовых материалов,

 

 

масс. %

 

 

 

 

Страна

1975 г.

1980 г.

1985 г.

1990 г.

1995 г.

1998 г.

США

43

49

48

49

52

55

Япония

26

30

32

35

46

52

Германия

37

33

33

35

42

44

(СССР) Россия

45

44

44

43

34

30

Т а б л и ц а 3 .3 4

Структура потребления ресурсов лома в некоторых странах на 1995 г., %

Вид металлолома

США

Япония

Германия

Россия

Оборотный

33

27

37

37

Металлообработки

21

21

11

17

Амортизационный

46

52

52

46

Т а б л и ц а 3 .3 5

Структура использования металлолома при производстве продукции из железа в 1998 г., млн т

 

 

Вид металлолома

Металлургический передел

 

 

 

оборотный

амортизационный и металло­

 

 

обработки

Доменное производство

4

0

Чугунное литье

13

27

Стальное литье

0

10

Мартеновское производство

5

10

Кислородно-конвертерное производство

63

14

Производство электростали

33

209

В с е г о

118

270

1 0 0 кг скрапа/т проката) было достигнуто в результате активного внедрения в 1960-1980 гг. технологии непрерывного литья стальных заготовок для проката.

Лом металлообработки образуется в процессах переработки стального проката в продукт (потребительский товар). Объем образования этого вида лома также непрерывно снижается за счет совершенствования процессов

металлообработки.

Амортизационный лом состоит из стальных, чугунных, железных про­ дуктов, выработавших срок их использования (списанных после окончания срока службы). Спектр амортизационного лома чрезвычайно широк>он включает в себя металлические приборы, автомобили, металлическую та­ ру, электроприборы и т.д. Химический состав амортизационного лома силь но разнится в зависимости от его происхождения и способа обра отки. Средний срок службы стальных конструкций в развитых индустриальных странах оценивается в 15 лет, а автомобилей и электрооборудования

3-5 лет. Поэтому количество амортизационного лома непрерывно

 

тает. Структура потребления ресурсов лома по состоянию на 1995

 

приведена в табл. 3.34, 3.35.

VDOB-

В 1998 г. в мире из лома было получено 334 млн т стали при обШеМ УР

не ее производства 775,5 млн т.

тоМ не

Необходимо отметить, что мощности по переработке лома при э

я

были задействованы полностью. В настоящий момент они оцени

 

Таблица 3 3 6

Объем заготовки лома в России, млн т/год

Объем заготовки лома

1985 г.

1991 г.

1995 г.

1997 г.

1999 г.

Общий

30,0

22,5

12,0

8,9

15,1

В том числе амортизационный

19,0

14,1

10,2

7,8

11,2

примерно в 420 млн т/год и сконцентрированы в основном в странах ЕЭС, США и Японии, которые в последние годы стабилизировали производство продукции из железа и имеют в связи с этим в черной металлургии значи­ тельный запас незадействованных мощностей.

В России объем заготовки железного лома после 1991 г. долгое время снижался, и лишь в 1998-1999 гг. эта негативная тенденция была преодоле­ на (табл. 3.36).

Однако значительная часть отечественного лома - до 40% общего объ­ ема заготовки - направляется на экспорт, главным образом в Италию, Гер­ манию, Турцию, Грецию, США, страны Скандинавии и Прибалтики. В ре­ зультате в последние годы расход чугуна на производство стали не только не уменьшился (как это имеет место в передовых индустриальных странах), а наоборот, значительно увеличился - с 615 кг/т стали в 1991 г. до 748 кг/т в 1998 г.

3.2.4.3. МЕТАЛЛОФОНД И ТЕХНОГЕННЫЕ РЕСУРСЫ ЖЕЛЕЗА

Под металлофондом понимается общее количество конкретного метал­ ла, накопленного на территории государства в виде изделий, машин, уст­ ройств, зданий, сооружений, коммуникаций и т.п. Совместно с металлом, на­ копленным в техногенных грунтах горно-металлургических регионов, металлофонд представляет собой техногенные ресурсы металла.

Основными причинами уменьшения металлофонда являются безвоз­ вратные потери металла в результате процессов коррозии (ржавления) и ис­ тирания металлических деталей в машинах и агрегатах в процессе эксплуа­ тации. Однако в целом как общие техногенные ресурсы металла, так и его общий металлофонд в настоящее время непрерывно возрастают. Об этом свидетельствует, в частности, мировой баланс железа, составленный нами по данным на 1996 г. (табл. 3.37).

Техногенные ресурсы железа можно подразделить на активную часть, которая может быть использована и используется с минимальными затрата­ ми на подготовку, и потенциальные ресурсы, использовать которые будет возможно только в будущем с применением новых технологий извлечения железа.

К активной части техногенных ресурсов железа следует относить (рис. 3.25):

-собственно металлоломом, накопленный в хранилищах и на поли­ гонах;

-машины, агрегаты, бытовые приборы и т.п.;

-легко демонтируемые железные строительные конструкции.

 

Металлофонд

 

 

____ ^ ____

 

Собственно

Ж елезосодерж ащ ие

Ж елезны е конструкции

Железосодержащие

зданий и сооруж ений

техногенные

м еталлолом

машины, агрегаты ,

 

грунты горноме­

(в хранилищ ах,

бы товы е приборы

 

 

таллургических

на полигонах

и т.п.

легкодемон- сплош ны е

регионов

и т.п.)

 

 

тируем ы е

 

 

v

Активные

Потенциальные

техногенные ресурсы

техногенные ресурсы

Рис. 3.25. Схема техногенны х ресурсов ж елеза

Потенциальные ресурсы железа включают:

—железные составляющие специальных строительных конструкций (на­ пример, железо в железобетонных конструкциях);

- техногенные железосодержащие грунты в горно-металлургических регионах, содержание железа в которых находится ниже уровня, позволяю­ щего в настоящее время производить его экономически целесообразное из­

влечение.

Известно, что в среднем 70% произведенных стальных изделий возвра­ щаются в материальный цикл через 20 лет после их производства. Осталь­ ные 30% теряются в основном из-за ржавления стали. Например, мировой объем образования амортизационного лома в 1994 г. составил 272 млн т, что составляет 70% произведенных стальных товарных продуктов в 1974 г. Тем не менее существуют предметы потребления, которые перерабатываются очень скоро после их изготовления и таким образом снова возвращаются в производственный цикл.

Металлофонд железа США в настоящее время оценивается на уровне 3,5 млрд т, Японии - 1,3 млрд т. Выход ежегодно утилизируемого лома при этом составляет в США примерно 1,5%, а в Японии - 2,6-2,8 %. На рис. 3.26 показана динамика образования железного лома в Японии и перспективные оценочные значения.

Важнейшей проблемой, с которой сталкивается современная метал­ лургия, является проблема присутствия в амортизационном ломе примес­ ных микроэлементов. Последними исследованиями в индустриально раз­ витых странах установлена сложная взаимосвязь между количеством ми­ кропримесей в металлоломе, уровнем образования амортизационного ло­ ма и жизненным циклом стальных товаров народного потребления. Япон­ скими учеными была обработана статистическая информация за период 1967-1997 гг.

Ими было установлено, что при современном уровне загрязнения метал­ лолома примесными микроэлементами к 2015 г. будет накоплено до 300 млн т амортизационного стального лома, который нельзя будет переработать в товарную продукцию при сохранении существующего уровня требований к качеству изделий из железа. Такой металлолом придется выбрасывать как

Таблица 3.37

Мировой баланс добычи и производства железа (по данным на 1996 г.)

Статья баланса

Количество железа, млн т

Затрачено ресурсов:

 

Природных минеральных (извлечено из недр с железной рудой,

1005,0*

коксующимися углями и флюсами, а также со вскрышной

 

породой)

 

Техногенных (лом амортизационный и металлообработки)

245,0

И т о г о

1250,0

Рециклинг оборотного лома (внутри металлургических

125,0

предприятий - производственный рециклинг)

 

Расход ресурсов:

 

Товарная стальная продукция (прокат и метизы)

750,8**

Литые изделия из чугуна и стали

88,3

Металлургические шлаки

8,2

Вскрышная порода (на закладку выработанных пространств и в

200,0*

отвалы в местах добычи руды)

 

Техногенные грунты (хвостохранилища обогатительных

176,0*

фабрик и золошламонакопители в металлургических регионах)

 

Выбросы в виде пыли (при добыче, транспортировке,

26,7*

обогащении, подготовке сырья, производстве полупродуктов и

 

продуктов из железа)

 

*Оценочные показатели.

**В том числе 101,25 млн т стали произведено в электропечах, что составляет 33% всего переработанного металлолома.

отходы (точнее, он перейдет в категорию потенциальных техногенных ре­ сурсов). Для предотвращения образования и аккумулирования перерабаты­ ваемого металлолома необходимо довести к 2 0 1 0 г. степень извлечения из стального лома (за счет внедрения новых технологий его выработки): меди до 55% и олова до 30%, или разработать новые технологии производства ка­ чественной продукции из железа с высоким содержанием примесных микро­ элементов.

Металлофонд России по состоянию на 1998 г. оценивается в 1,55 млрд т железа. Из них 47% находится в виде конструкций зданий, сооружений и коммуникаций (в значительной степени в виде различных трубопроводов), 53% приходится на оборудование, машины, бытовые приборы и другую тех­ нику. Средний срок службы оборудования в тяжелой индустрии превышает 28 лет (в 2,3 раза выше нормативного), а уровень износа достигает 45%. Почти 50% наличных основных фондов выведены из эксплуатации и прак­ тически представляют собой склады металлолома на рабочих местах. В свя­ зи с этим годовые ресурсы амортизационного лома в России оцениваются:

-для условий 2001-2005 гг. в 40-45 млн т (ежегодно);

-для условий 2006-2010 гг. в 50-60 млн т (ежегодно).

Вдальнейшем потенциальные ресурсы амортизационного лома в стране

должны стабилизироваться на уровне около 30 млн т/год, что обеспечит простое воспроизводство накопленного металлофонда.

П 2 ffl3 S 4

Рис. 3.26. Динамика образования железного лома в Японии и ее перспективная оценка

1 - оборотный лом; 2 - отходы металлообработки; 3 - амортизационный лом; 4 - импортировании лом

По оценкам отечественных исследователей, ежегодные безвозвратные потери железа от коррозии составляют 0,6% металлофонда, еще 0,4% теря­ ется в результате истирания трущихся стальных поверхностей в машинах и агрегатах.

3.2.4.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ЖЕЛЕЗНОГО ЛОМА (НА ПРИМЕРЕ ЯПОНИИ)

Оборотное использование стальных банок. Как показано на рис. 3.27, коэффициент оборотного использования стальных банок значительно по­ высился за последние несколько лет и в 1997 г. достиг примерно 80%. Одним из факторов, которые способствовали этому, послужила система раздельно­ го сбора отходов, принятая в интересах эффективного оборотного исполь­ зования природных ресурсов. В 1995 г. был принят закон о рециркуляции емкостей, который также стимулировал введение селективного сбора стальных банок, но определяющую роль в этом сыграла деятельность спе­ циально созданного Центра по рециркуляции при финансовой поддержке Ассоциации по переработке порожних банок, а также активное приобрете­ ние и использование лома металлургическими фирмами.

Стальные банки составляют значительную (порядка 1,1 млн т) часть всей массы лома, и их отдельное использование позволяет контролиро­ вать поступление олова, которое не поддается удалению в сталеплавиль­ ном переделе.

В настоящее время основная масса стальных банок изготовляется из бе­ лой луженой жести, однако благодаря успешным разработкам не содержа­ щей олова “безоловянной” жести этот продукт уже составляет существен­ ную часть всего материала для банок. Жесть обладает высокими эксплуата­ ционными свойствами, но с учетом необходимости оборотного использова­ ния материала несомненна целесообразность применения для банок в основ­ ном сталей без металлопокрытий.

Оборотное использование автомобильного лома. Отслужившие свой срок автомобили обычно перерабатываются по схеме, показанной на

%

Годы

Рис. 3.27. Динамика оборотного использования стальных банок

утилизации шреддинг-пыли в доменном производстве путем подачи ее в фурмы доменных печей в количестве до 50 кг легкой фракции на тонну чугуна.

3.2.4.5. ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ

Ежегодно в мире на каждого человека образуется около 300 кг твердых бытовых отходов. По различным странам и населенным пунктам этот пока­ затель колеблется от 150 до 650 кг/год. По состоянию на 1996 г. образова­ ние ТБО (млн т/год) и структура их утилизации в некоторых странах Евро­ пы, США, Канаде и Японии приведены в табл. 3.39.

Общий объем образования ТБО в странах ЕЭС в 1996 г. превысил 150 млн т, хотя еще в 1975 г. он не превышал 100 млн т. Прирост образования ТБО увеличивается очень быстрыми темпами - от 3 до 12% в год в различ-

Таблица 3.39

Образование ТБО и структура их утилизации в некоторых странах мира (данные на 1996 г.)

 

 

 

Способы утилизации, масс. %

 

Страна

Образование

 

 

 

 

ТБО,

 

 

 

 

 

млн т/год

складирова­

сжигание

компостиро­

утилизация в

 

 

 

 

ние на полиго­

промышлен­

 

 

нах

 

вание

ности

 

 

 

 

Австрия

5,0

62

8

30

0

Бельгия

6,6

44

47

9

0

Болгария

2,1

100

0

0

0

Великобрита­

20,2

81

8

9

2

ния

 

 

 

 

 

Венгрия

5,1

88

12

0

0

Германия

28,5

66

24

7

3

Дания

3,8

25

70

2

3

Испания

17,1

86

12

2

0

Италия

19,7

50

27

12

11

Канада

8,2

78

17

5

0

Нидерланды

7,4

44

40

15

1

Польша

8,1

95

0

5

0

Россия

46,9

94

4

2

0

США

305,5

82

13

3

2

Финляндия

1,5

100

0

0

0

Франция

20,8

47

36

8

9

Чехия

2,1

88

9

3

0

Швейцария

1,6

18

80

2

0

Швеция

2,4

32

56

10

2

Япония

45,5

22

71

3

4

Таблица ЗАО

Характерный состав мелких упаковочных отходов, собранных в 1995-1996 гг. в Германии в рамках системы ДСД

(Duales System Deutchland)

Составляющие отходов

Массовая доля

Жесть

25,1

Алюминий

2,3

Картон и бумага

8,3

Полимеры

36,0

Текстиль

28,3

ных странах. В ТБО непрерывно возрастает доля:

-бумаги;

-пластмасс (прежде всего полиэтилена);

-синтетических пленок;

-боя люминесцентных ртутьсодержащих ламп;

-остатков пищевых продуктов.

Виндустриально развитых странах наиболее быстро повсеместно увели­

чивается количество отходов упаковочных материалов, прежде всего растет доля крупных упаковочных материалов - главным образом бумага, пласт­ массы и дерево. Она уже превысила по объему 50%, а по массе 30% общего уровня образования ТБО. Среди отходов мелких упаковочных материалов по-прежнему высока доля черных металлов (жести), однако быстро увели­ чивается количество пластмасс (табл. 3.40).

Существенное влияние на структуру ТБО оказывает эмансипированность женского населения: в странах, где женщины играют большую роль в управленческом аппарате и промышленности, в домашнем хозяйстве увели­ чивается доля полуфабрикатов и готовых к употреблению товаров. В ре­ зультате в ТБО снижается количество пищевых отходов, но существенно возрастает доля упаковочных материалов и увеличивается общее количест­ во отходов. В целом прослеживается тенденция к снижению плотности ТБО и увеличению их энергетической ценности.

По данным немецких исследователей, 1 т ТБО, собираемых в городах Германии, содержит в среднем до 7 кг хлора и фтора, 5 кг серы, до 3 кг цвет­ ных металлов (в том числе свыше 0,7 кг свинца, более 1,5 кг цинка, до 600 г меди, около 100 г хрома, 50 г никеля, 20 г кадмия).

По данным фирмы “Гаррет”, из 1 т ТБО США можно извлечь до 63,5 кг черных металлов, 9,1 кг цветных металлов, около 54,4 кг стекла. В общей сложности металлы, извлеченные из ТБО США, могут обеспечить нацио­ нальную потребность в железе на 7%, алюминии на 8 %, олове на 19%. Пос­ ле извлечения стекла и металла низшая теплота сгорания ТБО достигает 16,5 МДж/кг при зольности 20-30 масс. %.

Морфологический и химический состав ТБО в России существенным образом зависит от климатических зон страны (табл. 3.41 и 3.42).

Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением со­ держания пищевых отходов с 20-25% весной до 40—55% осенью, что свя­ зано с большим употреблением овощей и фруктов в рационе питания (особенно в городах южной зоны). Зимой и осенью сокращается содер-

Таблица 3.41

Химический состав ТБО, масс. %

Пределы изменения для климатической зоны

Показатель

 

 

 

 

средней

южной

северной

Органическое вещество

56-72

56-80

55-60

Зольность

28-44

20-44

40-45

Общий азот

0,9-1,9

1,2- 2,7

1,2- 1,6

Кальций

2-3

4-5,7

2,1-4,8

Углерод

30-35

28-39

28-30

Фосфор

0,5-0,8

0,5-0,8

0,4-0,5

Общий калий

0,5-1

0,5-1,1

0,4-0,5

Сера

0,2-0,3

0,2-0,3

0,2-0,3

pH

5-6,5

5-6,5

5-6,5

Влажность, % общей массы

45-55

40-60

43-48

Таблица 3.42

Морфологический состав ТБО для различных климатических зон России, масс. %

 

 

Климатическая зона

 

Компонент

 

 

 

 

средняя

южная

северная

Бумага, картон

25-30

20-28

21-24

Пищевые отходы

30-38

35-45

28-36

Дерево

1,5-3

1-2

2-4

Металлы черные

2-3,5

1,5-2

3-4,5

Металлы цветные

0,2-0,3

0,2- 0,3

0,2- 0,3

Текстиль

4-7

4-7

5-7

Кости

0,5-2

1-2

2-4

Стекло

5-8

3-6

6-10

Кожа, резина

2-4

1-3

3-7

Камни

1-3

1-2

1-2

Пластмассы

2-5

1,5-2,5

2-4

Уличный смет

8-15

11-20

8-16

жание уличного смета с 20 до 7% в городах южной зоны и с 1 1 д о 5 % в средней зоне.

Главным источником ТБО являются крупные промышленные города с большим количеством жителей. Для нормального функционирования горо­ да с населением в 1 млн человек необходимо ежесуточно тратить 11-13 тыс. т топлива, 300-350 тыс. т чистой воды и свыше 2 тыс. т продовольствия. При этом город выделяет свыше 300 тыс. т загрязненных стоков, 25-30 тыс. т С02 и до 1,8 тыс. т ТБО.

Несмотря на развитые системы сбора и утилизации ТБО, большая их часть по-прежнему складируется на полигонах и свалках. Даже в странах

ЕЭС этот показатель в среднем превышает 60%. Таким образом, всего в Ев­ ропе, исключая страны СНГ и Балтии, под свалками занято более 200 тыс. га земель, а загрязняющее воздействие свалок распространяется на терри­ торию еще около 150 тыс. га.

Технология захоронения отходов на полигонах и санкционированных свалках сводится к засыпке карьеров, оврагов и других понижений рельефа, имеющих водоупорный замок, в качестве которого обычно выступает есте­ ственный глиняный слой. Складируемый мусор пересыпается слоями песка или глины. При закрытии полигонов толщина запирающего грунта обычно составляет около 1 м, а мощность свалочных отложений может достигать десятков метров. Органических компонентов в таких объектах содержится до 50-60 масс. %. Из-за этого закрытые свалки и полигоны функционируют как анаэробные реакторы геологического масштаба, образуя биологиче­ ский газ, состоящий из метана и углекислоты. Образование метана и диок­ сида углерода на объектах захоронения бытовых отходов настолько велико, что они считаются в настоящее время одними из основных антропогенных источников парниковых газов.

3.2.4.6. МЕДИЦИНСКИЕ ОТХОДЫ

Особым видом ТБО являются отходы медицинских учреждений. Они от­ носятся к отходам риска, представляющим инфекционную опасность для па­ циентов, обслуживающего персонала лечебно-профилактических учрежде­ ний и окружающей среды. Отходы отличаются от твердых бытовых отхо­ дов большим разнообразием морфологического состава (табл. 3 .4 3 ).

Таблица 3.43

Пример морфологического и элементарного состава медицинских отходов отечественной больницы, рассчитанной на одновременное обслуживание 1000 больных

Компоненты

Количе­

% от общей

Элементарный состав на рабочую массу, %

 

ство, т/год

массы

ср

нр

о р

 

 

 

Бумага, картон

484,6

30,32

8,65

1,15

8,82

Пищевые отходы

103,4

6,47

0,81

0,12

0,52

Текстиль

885,6

55,41

8,21

0,99

4,72

Полимерные

100,6

6,29

3,02

0,35

0,01

материалы

 

 

 

 

 

Стекло

12,43

0,78

0

0

0

Операционные отходы

3,84

0,24

0,05

0,02

0,02

Резина

2,58

0,16

0,12

0,01

0,01

Дезакционные агенты

1,88

0,12

0,03

0,01

0,03

Отработанные

 

 

 

 

 

лекарства

 

 

 

 

 

Металл

1,8

0,11

0

0

0

Гипс

1,6

0,10

0

0

0

Общее содержание

1598,33

100

20,89

2,65

14,13

А зольность отходов; W р влажность отходов; Q - удельная теплота сгорания.

3.2.4.7.ОТХОДЫ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Внастоящее время пластические материалы являются лидером по уров­ ню ежегодного прироста производства продукции. Он составляет от 5 до 20% для различных стран. В 1995 г. мировое производство пластмассы пре­ высило 170 млн т/год (в том числе около 9 млн т природного каучука). Из этого количества около 40 абс. % идет на производство упаковочных мате­ риалов, почти 30% - на изготовление различных пленок, 5% - в мебельную промышленность, 3% - в техническую. Остальные 2 2 % используются в ка­ честве конструкционных материалов, в составе многослойных покрытий и для отделочных работ. По типу полимерного компонента большую часть производимых пластмасс составляют термопласты - 87 масс. %, на долю реактопластов приходится 13 масс. %.

Более четверти от общего количества производимых пластмасс прихо­ дится на долю США. В 1994 г. отрасль промышленности США, в которой занято свыше 3% всей рабочей силы, произвела 34 736 тыс. т пластических материалов (табл. 3.44). Производство пластмасс в странах ЕЭС в 1998 г. превысило 40 млн т. Крупнейшими производителями являются: Германия (около 35%), Италия (18%), Франция (14%), Англия (13%). В России в насто­ ящее время ежегодно производится лишь около 6 млн т пластмасс. Безу­ словное лидерство США в производстве пластмасс предопределило то об­ стоятельство, что именно в этой стране сосредоточены основные организа­ ции, проводящие международные выставки и конференции и координирую­ щие основные исследования в области разработки новых материалов и со­ вершенствования технологии их производства. Именно в США разработана

 

Элементарный состав на рабочую массу, %

 

Выход летучих

ЙН.

 

 

 

 

 

Np

sp

С1р

Ар

wp

Vе , %

Ккал/кг

 

0,05

0,04

0

4,55

7,06

23,6

688

0,06

0,01

0

0,29

4,66

4,67

53

0,71

0

0

4,43

36,35

42,70

2083

0

0

2,08

0,16

0,67

4,80

327

0

0

0

0,73

0,05

0

0

0,01

0,01

0

0,01

0,12

0,23

20

0

0,01

0

0,01

0

0,13

53

0

0,01

0

0,01

0,03

0,09

8

0

0

0

0,11

0

0

0

0

0

0

0,11

0

0

0

0,83

0,08

2,08

10,4

48,94

76,22

3232

. Сокращенное, Полное название международное

обозначение

Полиэтилен

РЕТ

термопластичный

 

Полиэтилен

HDPE

высокой плотности

 

Поливинилхлорид

PVC

Полиэтилен низкой

LDPE

плотности

 

Полипропилен

РР

Полистирол

PS

Полистирол-

ЕРЕ

волокно

 

Таблица 3.45

Система кодирования основных видов промышленных пластмасс

Химическая формула

[-СН2-С Н 2-]„

[-СН 2-СН 2- ] Л с добавками S, Cl, N

[-СН2-СС12-]„ [-СН2-С Н 2—]„

[-СН2-СН(СН)3-]„

[-СН2-СН(СбН5Н п

[-СН2-СН(С6Н5Н „

 

Номер

Особенности и внешний вид

в кодовой

 

эмблеме

Высокая прочность, упругий, с гладкой поверх­

1

ностью, блестящий, не тонет в воде

2

Матовый или полупрозрачный, без блеска,

консистенция воска, теряет форму после

 

сильного растворения, не тонет в воде

 

Химически устойчив, плотный, с очень гладкой

3

поверхностью, тонет в воде

4

Светопроницаемый, упругий, пластичный при

изгибе, при растяжении рвется, не тонет в воде

 

Твердый, блестящий, упругий, с гладкой

5

поверхностью, не растягивается, не тонет в воде

6

Жесткий, с сильным блеском, гладкая трудно-

повреждаемая поверхность, хорошо оптичен,

 

тонет в воде

 

Матовый, с плотной пленкой, термоустойчив,

7

легкий и ворсистый, гладкая легкоповреждаемая

 

поверхность, не тонет в воде

 

Полное название

Сокращенное

Химическая формула

наименование

 

 

 

Полиуретан (полимер)

PU

[-N H -C 0-0-]„

Стирол-акрилонитрил

SAN

[-CH2-CH(C6H5H 'i-[-C H r . CH(CNHm

(сополимер)

ABS

[-CH2-CH(C6H5H n-[-C H 2-CH=CH-CH2-]m-

Акрилонитрил -

бутадиен-стирол

 

-[-CH 2-CR(C6H5) - L

(термополимер)

 

где R - H или СНз

Таблица 3.47

Образование и использование отходов пластмасс с 1989 по 1993 г.

Количество отходов

1989 г.

1990 г.

1991 г.

1992 г.

1993 г.

и использование

 

 

 

 

 

Общее количество отходов

11 433

13 594

14 637

15 230

16 211

пластмасс

 

 

 

 

 

Материальный рециклинг

846*

958

1080

1043

915

 

7,4

7,0

7,4

6,8

5,6

Энергетический рециклинг

1675

2108

2138

2422

2425

 

14,7

15,5

14,6

15,9

15,0

Общее использование отходов

2521

3066

3218

3465

3340

 

21,1

22,5

22,0

22,7

20,6

числителе в тыс. т, в знаменателе в %.

Таблица 3.48

Сопоставление химического состава пластмасс с ископаемыми топливами, масс. %

Составные

 

Виды ископаемого топлива

 

Пластмассы

 

 

 

элементы топлив

природный газ

уголь энергетический

мазут

 

 

 

Углерод

70-75

75-80

85-87

75-80

Водород

22-26

4-5

10-12

10-14

Зола

0

8-12

0,05-0,10

4-6

Сера

До 0,001

0,6- 1,2

2,0- 2,5

0,5-1,5

Хлор

0

0,1-0,3

До 0,05

До 1,5

Фтор

0

До 0,01

До 0,001

До 1,5

Калий

0

0,2- 0,3

До 0,001

0,03-0,06

Натрий

0

До 0,1

До 0,001

0,08-0,12

Материал

Теплота сгорания, МДж/кг (м3)

Полиэтилен, полипропилен

43,0-45,0

Нефтепродукты, мазут

40,0-42,5

Полистерин

38,0-40,0

Природный газ

30,0-38,5

Кокс

28,0-32,5

Антрацит

26,0-28,0

Энергетические угли

13,0-20,5

Поливинилхлорид

16,0-18,0

Коксовый газ

15,0-17,0

Дерево и бумага

13,0-16,5

Твердые бытовые отходы

12,0-18,0

Таблица 3.50

Структура обращения с отходами пластмасс в Японии и Германии в 1996-1998 гг., масс. %

Страна

Рециклинг для производства

Сжигание для производства

Захоронение

 

вторичных полимеров

энергии

на полигонах

Япония

20-25

35-40

35-40

Германия

35-40

15-20

40-45

ся рециклингу, 20-40% сжигается, а остальное (35-70%) складируется на по­ лигонах, свалках или просто закапывается в землю.

Основными источниками отходов пластмасс в настоящее время являются:

-бытовые отходы - 6 6 ,8 %;

-торговля и промышленность - 16,3%;

-транспорт - 5,2%;

-строительство - 4,6%;

-сельское хозяйство - 3,9%;

-электротехника и электроника - 3,2%.

Важнейшей характеристикой отходов пластмасс (как, впрочем, и самих пластмассовых изделий) является их энергетическая ценность. И по химиче­ скому составу, и по полноте сгорания пластмассы подобны основным иско­ паемым топливам - природному газу, нефти, углям (табл. 3.48 и 3.49)

Однако прямая утилизация отходов пластмасс путем сжигания в энерге­ тических установках, как правило, невозможна из-за присутствия примесей, приводящих к образованию при сжигании токсичных соединений.

Структура обращения с отходами пластмасс в Японии и Германии, т.е. в странах, где организована четкая структура их сбора и сортировки, по поло­ жению на 1996-1998 гг. приведена в табл. 3.50.

3.2.4.8. ВСКРЫШНЫЕ ПОРОДЫ

На многих угольных и рудных месторождениях вскрышные породы верхних горизонтов представлены рыхлыми отложениями, к которым отно­ сятся, в частности, различные глины, пески, меловые и мергельные породы. Объем образования вскрышных пород на открытых рудных разработках колеблется от 0 ,3 - 0 , 5 т/т руды для богатых железорудных месторождений Австралии и Южной Америки до 20 т/т руды для богатых месторождений

цветных металлов.

Глинистое сырье вскрышных пород часто бывает представлено глинами девонского и юрского периодов и четвертичными суглинками. Эти матери­ алы могут использоваться для изготовления цемента, красного строитель­ ного кирпича, керамзита, дренажных труб, минеральной ваты и минераль­ ных пигментов, а также аглопорита.

Песчаные отложения, как правило, приурочены к юрской, каменноуголь­ ной, девонской и меловой системам орогенеза. Пески могут применяться для производства силикатных стеновых материалов, строительных растворов, железнодорожных и автодорожных балластов, формовочных смесей и т.п.

Карбонатные породы, сложенные различными известняками и доломи­ тами, пригодны для получения сухих минеральных красок, цемента, извести, различных сортов мела. В свою очередь, технический мел является сырьем для производства лакокрасочных, резинотехнических, электрических изде­ лий, бумаги, соды, минеральных кормов и удобрений.

Важнейшим ресурсом для огнеупорной промышленности и строитель­ ной индустрии является мергель - плотный материал зеленовато-серого цвета во влажном и светло-серого в сухом состоянии. Мергели представля­ ют собой своеобразный конгломерат обломков фауны (конкометафоритов), порошкового кальция, кварца и глинистых гидрослюд. Перспективно использование мергелей в качестве связующих компонентов при подготов­ ке железорудных материалов к доменному переделу.

При открытой разработке рудных месторождений в добычу часто во­ влекаются также сопутствующие нерудные скальные породы, являющиеся потенциальным ресурсом строительных материалов - щебня и песка.

Вцелом уровень использования вскрышных пород повсеместно остает­ ся очень низким и, как правило, не превышает 3 6 % общего количества их добычи.

3.2.4.9.ЗОЛОШЛАКОВЫЕ ОТХОДЫ СЖИГАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ

Впроцессе формирования в недрах Земли твердые и жидкие углеводо­ родные топлива за счет химической активности составляющего их вещест­ ва аккумулируют многие химические элементы из пронизывающих их рас­ творов и флюидов. С учетом того, что многие элементы были уже накопле­ ны в живом органическом веществе растений, являющихся исходным мате­ риалом для процессов углефикации и нефтеобразования, энергетически по­ лезные ископаемые —угли и нефти, как правило, содержат в значимых ко­ личествах подавляющее большинство известных в природе элементов. В ре­ зультате процессов сжигания в остающихся золе и шлаке концентрация

Рис. 3.29. Комплекс порфирина с железом

Рис. 3.30. Комплекс порфирина с магнием

многих химических элементов оказывается существенно выше кларковой, поэтому золошлаковые отходы (ЗШО) сжигания углей и нефтепродуктов можно рассматривать в качестве комплексного техногенного сырья для из­ влечения многих металлов, в том числе (и прежде всего) редких и рассеян­ ных. Покажем это на примере ванадийсодержащих высокосернистых тяже­ лых нефтей.

Таблица 3.51

Пределы содержания в ЗШО ТЭС, работающих на мазуте, основных химических элементов

Химический элемент

Предельное количество, масс. %

Алюминий

0,006

-0,008

Ванадий

14,00-27,5

Железо

1,31

-1,68

Калий

0,072

-0,21

Кальций

0,75

-0,88

Кобальт

0,005

-0,006

Кремний

0,09

-0,11

Магний

2,31

-8,05

Марганец

0,004

-0,005

Молибден

0,072

-0,088

Натрий

0,054

-0,27

Никель

0,83

-5,5

Сера

18,7

-20,5

Стронций

0,063

-0,077

Титан

0,19

-0,23

Углерод

1,10

-3,29

Фосфор

0,001

-0,002

Хлор

0,003

-0,005

Цирконий

0,004

-0,005

Как известно, по химическому составу нефть представляет собой смесь углеводородов. Считается, что в среднем в ней содержится до 8 6 % углерода, 11-13% водорода, на долю остальных гетероэлементов N, О, S и до 50 мик­ роэлементов (V, Ni, Fe, Mg, Al, Na, К, P, Zn, Ca, Си, Mn и др.) приходится от

1 Д ° 3 % -

_2

В самой нефти содержание ванадия колеблется в пределах. 10 —10 %, а

никеля на порядок меньше. В процессе нефтеобработки основная часть ми­ кроэлементов концентрируется в мазуте —высококипящей, высокомолеку­ лярной фракции нефтеперегонки. По некоторым данным, содержание пентаксида ванадия V2 O5 в топливных мазутах колеблется в пределах 1 2 0 — 180 г/л. До сих пор достоверно не выяснена точная химическая структура ни одного содержащего микроэлементы нефтяного вещества, за исключением порфириновых комплексов ванадия (ванадийпорфиринов) и никеля. Порфириновые комплексы или просто порфирины - это широко распространен­ ные в живой природе пигменты, в основе которых лежат порфирины —стру­ ктуры из 4 колец пиррола. Природные порфирины отличаются заместите­ лями - R, среди которых распространены метальная (СН3)-, этильная (С2 Н5)- и винильная (СН=СН) группы.

Биологически особенно важны комплексы порфиринов с железом и магнием (рис. 3.29, 3.30). Комплекс порфиринов с железом - это красный пигмент крови - гемоглобин, переносящий кислород. Зеленый пигмент рас­ тений - хлорофилл - это магниевые порфирины.

В золошлаковых отходах ТЭС, использующих мазут, содержание вана­ дия может достигать 27,5 масс. %, никеля - 5,5 масс. % (табл. 3.51). Кроме того, ЗШО содержат большие количества магния, железа и серы. Известны случаи повышенных содержаний в ЗШО молибдена, кобальта и титана.

Учитывая дефицит природных источников ванадия и никеля, а также не­ сомненную ценность и незаменимость этих металлов для ряда отраслей про­ мышленности, ванадий и никельсодержащие ЗШО уже сейчас можно отне­ сти к важнейшим техногенным ресурсам цивилизации. Однако отметим при этом, что эффективность переработки ЗШО связана с комплексным извле­ чением из них, помимо ванадия и никеля, также серы, магния, железа и не­ которых примесных металлов.

3.2.4.10. ДВИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ РЕСУРСОВ

На основе проведенного выше анализа техногенных ресурсов можно построить принципиальную схему их движения, учитывающую особенности

образования, использования, накопления, преобразования различных видов ресурсов (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Движение техногенных ресурсов

Стрелки сплошные - существующие связи, пунктирные - перспективные связи