Механическая переработка твердых отходов

Опасные свойства отходов. Определение класса опасности отходов для ОС

Классификация отходов

Защита литосферы

Г л а в а 4

В соответствии с действующим законодательством отходы классифицируются на отходы производства и потребления.

В соответствии с Федеральным законом от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ "Об отходах производства и потребления" отходы - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства.

Отходы производства также называют промышленными, а отходы потребления - коммунально-бытовыми.

Отходы могут также классифицироваться по агрегатному состоянию:

твердые;

жидкие;

газообразные;

по классу опасности:

Отходы в зависимости от степени негативного воздействия на окружающую среду подразделяются на пять классов опасности:

I класс - чрезвычайно опасные отходы (экологическая система необратимо нарушена; период восстановления отсутствует);

II класс - высокоопасные отходы (экологическая система сильно нарушена; период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия);

III класс - умеренно опасные отходы (экологическая система нарушена; период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника);

IV класс - малоопасные отходы (экологическая система нарушена; период самовосстановления не менее 3-х лет);

V класс - практически неопасные отходы (экологическая система практически не нарушена).

В РФ существует Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО), в котором каждому виду отходов в зависимости от происхождения, агрегатного и физического состояния, опасных свойств, степени вредного воздействия на окружающую среду присваивается идентификационный номер. ФККО применяется при лицензировании, учете и отчетности, а также при определении платы за размещение отходов и установлении лимитов на размещение отходов.

Промышленные отходы - это отходы технологических процессов, полученные в результате химических и физических преобразований материалов природного происхождения.

Часть отходов, которая может быть использована в том же производстве, называется возвратными отходами.

Сюда входят остатки сырья и других видов материальных ресурсов, образовавшиеся в процессе производства товаров (выполнения работ, оказания услуг). Из-за частичной утраты некоторых потребительских свойств, возвратные отходы могут использоваться в условиях со сниженными требованиями к продукту, или с повышенным расходом, иногда они не используются по прямому назначению, а лишь в подсобном производстве (например, автомобильные отработанные масла — для смазки неответственных узлов техники). При этом остатки сырья и др. материальных ценностей, которые передаются в другие подразделения в качестве полноценного сырья, в соответствии с технологическим процессом, а также попутная продукция, получаемая в результате осуществления технологического процесса, не относятся к возвратным отходам.

Отходы, которые в рамках данного производства не могут быть использованы, но могут применяться в других производствах, именуются вторичным сырьём.

В составе ТБО в настоящее время преобладают следующие компоненты:

- бумага;

- полимеры;

- пищевые и растительные отходы;

- металлы (цветные и чёрные);

- стекло;

- текстиль.

Состав ТБО отличается в разных странах, городах. Состав ТБО зависит от многих факторов, включая благосостояние населения, климат и благоустройство. Он может меняться в зависимости от сезона, погодных условий.

Опасность отходов определяется их физико-химическими свойствами, а также условиями их хранения или размещения в окружающей среде.

Опасные отходы - отходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней.

Опасные отходы также представляют непосредственную или потенциальную опасность для окружающей среды и здоровья человека при вступлении в контакт с другими веществами.

Опасные свойства отхода устанавливаются в соответствии с требованиями приложения III к Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением, ратифицированной Федеральным законом от 24 ноября 1994 года № 49-ФЗ «О ратификации Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением», и (или) требованиями соответствующих ГОСТов.

Токсичность - способность вызывать серьезные, затяжные или хронические заболевания людей, включая раковые заболевания, при попадании внутрь организма через органы дыхания, пищеварения или через кожу.

Пожароопасность определяется по соответствующим ГОСТам, устанавливающим требования по пожарной безопасности и (или) наличием хотя бы одного из следующих свойств:

- способностью жидких отходов выделять огнеопасные пары при температуре не выше 600⁰ С в закрытом сосуде или не выше 65,5⁰ С в открытом сосуде;

- способностью твердых отходов, кроме классифицированных как взрывоопасные, легко загораться либо вызывать или усиливать пожар при трении;

- способностью отходов самопроизвольно нагреваться при нормальных условиях или нагреваться при соприкосновении с воздухом, а затем самовозгораться;

- способностью отходов самовозгораться при взаимодействии с водой или выделять легковоспламеняющиеся газы в опасных количествах.

Взрывоопасность определяется как способность твердых или жидких отходов (либо смеси отходов) к химической реакции с выделением газов таких температуры и давления и с такой скоростью, что вызывает повреждение окружающих предметов, либо по соответствующим ГОСТам, устанавливающим требования о взрывоопасности.

Высокая реакционная способность определяется как содержание органических веществ (органических пероксидов), которые имеют двухвалентную структуру -О-О- и могут рассматриваться в качестве производных перекиси водорода замещены органическими радикалами.

Содержание возбудителей инфекционных болезней определяется как наличие живых микроорганизмов или их токсинов, способных вызвать заболевания у людей или животных.

Класс опасности отходов назначается в соответствии с идентификационным номером отхода, указанным в ФККО (утвержден приказом МПР России от 2 декабря 2002 г. №786 (ред. от 02.02.2010)). Тринадцатизначный код определяет вид отходов, характеризующий их общие классификационные признаки. Первые восемь цифр используются для кодирования происхождения отхода; девятая и десятая цифры используется для кодирования агрегатного состояния и физической формы (0 - данные не установлены, 1 - твёрдый, 2 - жидкий, 3 - пастообразный, 4 - шлам, 5 - гель, коллоид, 6 - эмульсия, 7 - суспензия, 8 - сыпучий, 9 - гранулят, 10 - порошкообразный, 11 - пылеобразный, 12 - волокно, 13 - готовое изделие, потерявшее потребительские свойства, 99 - иное); одиннадцатая и двенадцатая цифры используются для кодирования опасных свойств и их комбинаций (0 - данные не установлены, 1 - токсичность (т), 2 - взрывоопасность (в), 3 - пожароопасность (п), 4 - высокая реакционная способность (р), 5 - содержание возбудителей инфекционных болезней (и), 6 - т+в, 7 - т+п, 8 - т+р, 9 - в+п, 10 - в+р, 11 - в+и, 12 - п+р, 13 - п+и, 14 - р+и, 15 - т+в+п, 16 - т+в+р, 17 - т+п+р, 18 - в+п+р, 19 - в+п+и, 20 - п+р+и, 21 - т+в+п+р, 22 - в+п+р+и, 99 - опасные свойства отсутствуют); тринадцатая цифра используется для кодирования класса опасности для окружающей природной среды (0 - класс опасности не установлен, 1 - I-й класс опасности, 2 - II-й класс опасности, 3 - III-й класс опасности, 4 - IV-й класс опасности, 5 - V-й класс опасности).

В случае отсутствия отхода в ФККО определение класса опасности осуществляется двумя методами: расчётным и экспериментальным (приказ МПР РФ от 15 Июня 2001 г. N 511 "Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды").

В случае отнесения производителями отходов отхода расчетным методом к 5-му классу опасности, необходимо его подтверждение экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения 5-го класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к 4-му классу опасности.

Отнесение отходов к классу опасности для окружающей среды расчетным методом осуществляется на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода, рассчитанного по сумме показателей опасности веществ (компонентов), составляющих отход (К_i).

Перечень компонентов отхода и их количественное содержание устанавливаются по составу исходного сырья и технологическим процессам его переработки или по результатам количественного химического анализа.

Показатель степени опасности компонента отхода (К_i) рассчитывается как соотношение концентраций компонентов отхода (C_i) с коэффициентом его степени опасности (W_i); коэффициентом степени опасности компонента отхода является условный показатель, численно равный количеству компонента отхода, ниже значения которого он не оказывает негативного воздействий на окружающую среду.

Для определения коэффициента степени опасности компонента отхода по каждому компоненту отхода устанавливаются степени их опасности для различных природных сред в соответствии с табл. 4.1.

В перечень показателей, используемых для расчета W_i, включается показатель информационного обеспечения для учета недостатка информации по первичным показателям степени опасности компонентов отхода для ОС.

Таблица 4.1

Степень опасности компонентов отхода для различных природных сред

Первичные показатели опасности компонента отхода	Степень опасности компонента отхода для ОС по каждому компоненту отхода
ПДКп (ОДК),мг/кг	<1	1-10	10,1-100	>100
Класс опасности в почве				-
ПДКв (ОДУ, ОБУВ), мг/л	<0,01	0,01-0,1	0,11-1	>1
Класс опасности в воде хозяйственно - питьевого использования
ПДКр.х. (ОБУВ), мг/л	<0,001	0,001-0,01	0,011-0,1	>0,1
Класс опасности в воде рыбохозяйственного использования
ПДКс.с. (ПДКм.р., ОБУВ), мг/м^3	<0,01	0,01-0,1	0,11-1	>1
Класс опасности в атмосферном воздухе
ПДКпп (МДУ, МДС), мг/кг	<0,01	0,01-0,1	0,11-1	>1
Lg (S, мг/л /ПДКв, мг/л)	>5	5-2	1,9-1	<1
Lg (Снас, мг/м^3 /ПДКр.з)	>5	5-2	1,9-1	<1
Lg (Снас, мг/м^3 /ПДКс.с. или ПДКм.р.)	>7	7-3,9	3,8-1,6	<1,6
lg Kow (октанол /вода)	>4	4-2	1,9-0	<0
LD50, мг/кг	<15	15-150	151-5000	>5000
LC50, мг/м^3	<500	500-5000	5001-50000	>50000
LC50 водн., мг/л /96 ч	<1	1-5	5,1-100	>100
БД = БПК5 / ХПК 100%	<0,1	0,1-1	1-10	>10
Персистентность (трансформация в окружающей среде)	Образова-ние более токсичных продуктов, в т.ч. обладающих отдаленными эффектами или новыми свойствами	Образование продуктов с более выраженным влиянием других критериев опасности	Образование продуктов, токсичность которых близка к токсичности исходного вещества	Образование менее токсичных продуктов
Биоаккумуляция (поведение в пищевой цепочке)	Выраженное накопление во всех звеньях	Накопление в нескольких звеньях	Накопление в одном из звеньев	Нет накопления
БАЛЛ

Показатель информационного обеспечения рассчитывается путем деления числа установленных показателей (n) на N (N=12 - количество наиболее значимых первичных показателей опасности компонентов отхода для ОС).

Баллы присваиваются следующим диапазонам изменения показателя информационного обеспечения:

ДИАПАЗОНЫ изменения показателя информационного обеспечения (n / N)	Балл
<0,5 (n<6)
0,5-0,7 (n=6-8)
0,71-0,9 (n-9-10)
>0,9 (n>11)

По установленным степеням опасности компонентов отхода для ОС в различных природных средах рассчитывается относительный параметр опасности компонента отхода для ОС (X_i) делением суммы баллов по всем параметрам на число этих параметров.

Коэффициент W_i рассчитывается по одной из следующих формул:

	lg Wi = 4 - 4/Zi,	для 1 < Zi < 2;
=	lg Wi = Zi,	для 2 < Zi < 4;
	lg Wi 2 + 4/(6-Zi),	для 4 < Zi < 5;

где Z_i = 4 X_i/3 - 1/3.

Показатель степени опасности компонента отхода для ОС K_i рассчитывается по формуле:

K_i = C_i / W_i,

где C_i - концентрация i-го компонента в опасном отходе (мг/кг отхода);

W_i - коэффициент степени опасности i-го компонента опасного отхода для ОС (мг/кг).

K = K₁ + K₂ +... + K_n, где

K - показатель степени опасности отхода для ОС;

K₁, K₂,... K_n - показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для ОС.

Компоненты отходов, состоящие из таких химических элементов как кислород, азот, углерод, фосфор, сера, кремний, алюминий, железо, натрий, калий, кальций, магний, титан в концентрациях, не превышающих их содержание в основных типах почв, относятся к практически неопасным компонентам со средним баллом (X_i), равным 4, и, следовательно, коэффициентом степени опасности для ОС (W_i), равным 10⁶.

Компоненты отходов природного органического происхождения, состоящие из таких соединений как углеводы (клетчатка, крахмал и иное), белки, азотсодержащие органические соединения (аминокислоты, амиды и иное), то есть веществ, встречающихся в живой природе, относятся к классу практически неопасных компонентов со средним баллом (X_i), равным 4, и, следовательно, коэффициентом степени опасности для ОС (W_i),равным 10⁶.

Отнесение отходов к классу опасности расчетным методом по показателю степени опасности отхода для ОС осуществляется в соответствии с табл. 4.2.

Экспериментальный метод отнесения отходов к классу опасности для ОС осуществляется в специализированных аккредитованных для этих целей лабораториях.

Таблица 4.2

Отнесение отхода к классу опасности по степени опасности

Класс опасности отхода	Степень опасности отхода для ОС, К
I	10^6 ≥ K > 10^4
II	10^4 ≥ K > 10^3
III	10^3 ≥ K > 10^2
IV	10^2 ≥ K > 10
V	K ≥ > 10

Экспериментальный метод используется в следующих случаях:

- для подтверждения отнесения отходов к 5-му классу опасности, установленного расчетным методом;

- при отнесении к классу опасности отходов, у которых невозможно определить их качественный и количественный состав;

- при уточнении по желанию и за счет заинтересованной стороны класса опасности отходов, полученного расчетным методом.

Экспериментальный метод основан на биотестировании водной вытяжки отходов.

В случае присутствия в составе отхода органических или биогенных веществ, проводится тест на устойчивость к биодеградации для решения вопроса о возможности отнесения отхода к классу меньшей опасности. Устойчивостью отхода к биодеградации является способность отхода или отдельных его компонентов подвергаться разложению под воздействием микроорганизмов.

С учетом класса опасности отходов, а также объемов их образования на предприятии и порядка обращения с ними, предприятия делятся на три категории (группы):

I категория (группа) - предприятия, имеющие технологические циклы образования (обращения) отходов производства I и II классов опасности и/или применяющие в своей деятельности технологические операции по приему, сортировке, захоронению, обезвреживанию, рекуперации отходов и прочие способы их утилизации.

II категория (группа) - предприятия, имеющие технологические циклы (участки), где образуются производственные отходы III и IV классов опасности, и не отнесенные к I и III категориям.

III категория (группа) - организации непроизводственной сферы, отвечающие следующим критериям:

суммарное количество образующихся отходов не превышает 30 т в год;

основную массу отходов составляют отходы V и IV классов опасности;

масса отходов III класса опасности не превышает 1% от общей массы образующихся отходов;

обустроенность мест размещения отходов исключает их вредное воздействие на ОС;

у организации имеются в наличии договоры на передачу отходов сторонним организациям, занимающимся (по оформленной лицензии) их размещением, обезвреживанием, утилизацией;

отдельно предусмотрен порядок сбора и экологически безопасного размещения люминесцентных ламп.

Соответствие предприятия той или иной группе природопользователей по обращению с отходами подтверждается экспертом Отдела нормирования территориального органа.

Утилизация твердых отходов приводит к необходимости либо их разделения на компоненты с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида.

Для тех промышленных отходов, утилизация которых не связана с необходимостью проведения фазовых превращений или воздействия химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, применяются два вида механической обработки: измельчение или компактирование (прессование). Это в равной степени относится к отходам как органического, так и неорганического происхождения.

После измельчения, за которым может следовать фракционирование, отходы превращаются в продукты, готовые для дальнейшего использования. Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и различными комбинациями этих способов.

По размеру кусков исходного сырья и конечного продукта измельчение условно делят на несколько классов, исходя из которых выбирают измельчающее оборудование. Приблизительная характеристика принятой классификации измельчения приведена в табл. 4.3.

Один из недостатков, возникающих при измельчении вязких, упругих и вязкоупругих материалов (резина, некоторые виды термопластов и др.), заключается в том, что при комнатной температуре энергозатраты на их переработку очень велики, хотя непосредственно на измельчение расходуется не более 1 % энергии, основная же ее часть преобразуется в теплоту. Поэтому в последние 15…20 лет все большее применение находит техника криогенного измельчения, которая позволяет охлаждать материал ниже температуры хрупкости. Как правило, в качестве охлаждающего агента используют жидкий азот, имеющий температуру - 196°С, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов. При таком способе дробления резко возрастает степень измельчения, повышается производительность процесса, снижаются удельные энергозатраты, предотвращается окисление продукта.

Таблица 4.3

Классификация методов измельчения

Дробление. Интенсивность и эффективность химических диффузионных и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. Метод дробления используется для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью до 5 мм. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость дробления.

Измельчение. Метод измельчения используют для получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм.

При переработке твердых отходов используют агрегаты грубого и тонкого измельчения: стержневые, шаровые и ножевые мельницы, дезинтеграторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны. В качестве несущей среды при сухом измельчении чаще всего применяют воздух, реже дымовые или инертные газы, а при мокром - воду. Измельчение отходов пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение).

Работа A, затраченная при дроблении или измельчении на разрушение исходного материала прямо пропорциональна вновь образованной поверхности F:

A = k₁ ΔF,

где k₁ – коэффициент пропорциональности;

ΔF – приращение поверхности.

Классификация и сортировка (сепарация) отходов.

В ряде случаев переработка измельченных отходов должна сопровождаться их разделением на фракции по крупности.

Для разделения кусковых и сыпучих материалов применяют различные способы:

- просеивание или грохочение;

- разделение под действием гравитационно-инерционных сил;

- разделение под действием гравитационно-центробежных сил.

Г рохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях (колосниковых решетках, решетах, проволочных сетках, щелевидных ситах).

Основным показателем грохочения является его эффективность Е, определяемая отношением количества подрешетного продукта к его общему количеству в исходном материале (в %):

Е = 104(α – υ)/α(100 - υ),

где α и υ – содержание нижнего класса в исходном материале и надрешетном продукте, %.

Для разделения твердых материалов в виде пульп используются классификаторы грубой и тонкой классификации.

Полноту разделения при классификации характеризуют коэффициентом разделения:

K_E = β – υ,

где β и υ – содержание данного класса в сливе и песках, %.

При гравитационном и центробежном способах разделение измельченных продуктов на классы или выделение целевого продукта осуществляется методом раздельного высаживания частиц из несущей среды под действием гравитационно-инерционных или гравитационно-центробежных сил.

Разделение сыпучих материалов под действием гравитационно-инерционных сил производится в газовых осадителях и гидравлических классификаторах, а под действием гравитационно-центробежных сил - в сепараторах циклонного типа, с вращающимися лопастями и т.п.

В том случае, если отходы могут содержать металлические включения, их обычно пропускают через магнитный сепаратор (например, с движущейся лентой). В магнитном поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных металлов от органической части отходов.

Окускование отходов. Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности в рекуперационной технологии твердых отходов распространены методы, связанные с укрупнением мелкодисперсных частиц, использующие приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.

Гранулирование – процесс формирования агрегатов шарообразной или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах обработки материалов: окатывание, прессование порошков в дисперсных потоках, гранулирование расплавов. Способность гранулируемых материалов к уплотнению и формованию характеризуют значениями коэффициентов их гранулируемости:

K₁ = (γ/γ₀)Р_пл; K₂ = σ/Р_пл,

где γ и γ₀ – текущая и исходная плотность гранулируемого материала, т/м³;

σ – предел прочности гранул при сжатии, Па;

Р_пл – давление уплотнения, Па.

Величины K₁ и K₂ позволяют обоснованно рекомендовать метод гранулирования для данного материала: чем больше значения K₁ и K₂, тем меньшими усилиями обеспечивается заданная степень уплотнения материала.

Брикетирование – подготовительные и самостоятельные операции в практике утилизации твердых отходов. Брикетирование дисперсных материалов проводят без связующего при давлениях прессования Рпл > 80 МПа и с добавками связующих при давлении Рпл ≤ 15…25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материалов существенное влияние оказывают состав, влажность и крупность материала, температура, удельное давление и продолжительность прессования. Необходимое удельное давление прессования обычно находится в обратной зависимости от влажности материала.

Прессование при высоких давлениях - один из способов улучшения условий эксплуатации полигонов (свалок). Уплотненные отходы дают меньшее количество фильтрата и газовых выбросов, при этом снижается вероятность возникновения пожаров, эффективнее используется земельная площадь полигона.

Дата добавления: 2015-05-07