У процесі виробництва утворюється велика кількість відходів, які при відповідній обробці можуть бути знову використані як сировина для виробництва промислової продукції. В майбутньому велика частка потреб у сировині буде поповнюватися продуктами переробки відходів промислового виробництва.
Все, види промислових відходів діляться на тверді та рідкі. До твердих відходів відносяться відходи металів, дерева, пластмас та інших матеріалів, пилу мінерального і органічного походження від очисних споруд в системах очищення газових викидів промислових підприємств, а також промислове сміття, що складається з різних органічних і мінеральних речовин: гуми, паперу, тканин, пескi1 , шлаку і т. п. до рідких відходів відносяться осади стічних вод після їх обробки, а також шлами пилу мінерального і органічного походження в системах мокрого очищення газів.
Для повного використання відходів як вторинної сировини розроблена їх промислова класифікація.
Критерієм визначення доцільності переробки відходів в місцях їх утворення є кількість і ступінь використання відходів у виробництві. При термічній обробці відходів пластмас витрачається велика кількість кисню і виділяється багато високотоксичних продуктів (вуглеводні, хлористий водень і ін.).
Таблиця 1 Класифікація відходів
Найбільш раціональним методом ліквідації пластмасових відходів служить високомолекулярний нагрів без доступу повітря (піроліз).
Основними напрямками ліквідації та переробки твердих промислових відходів (крім металовідходів) є вивезення та захоронення на полігонах, спалювання, складування і зберігання на території промислового підприємства до появи нової технології переробки їх в корисні продукти (сировина).
1. Переробка твердих промислових відходів
Обробку доцільно проводити в місцях утворення відходів, що скорочує витрати на вантажно-розвантажувальні роботи, знижує безповоротні втрати при їх перевалки і транспортування і вивільняє транспортні засоби. На більшості підприємств хімічної промисловості відходи входять до складу промислового сміття підприємств, при цьому поділ сміття на окремі його компоненти виявляється економічно недоцільним. В даний час розроблені і впроваджені в промисловому масштабі технології обробки, утилізації та ліквідації промислового сміття. Якісний і кількісний склад промислового сміття будь-якого підприємства приблизно стабільний протягом року, тому технологія переробки сміття розробляється стосовно до конкретного підприємства і визначається складом і кількістю промислового сміття, що утворюється на території.
Наприклад, в Запоріжжі розроблена система переробки промислового сміття в будівельні матеріали і комбіновані добрива. Зола стає основним матеріалом для виготовлення штучного гравію, з якого створюються стінові панелі та несучі конструкції житлових і виробничих будівель.
У ФРН розроблений спосіб безвідходної переробки відходів в печі електродуги. При високій температурі (1500-1700С) в печі мінеральна частина (силікати і метал) плавиться і розділяється на метал і шлак. В результаті переробки 1 т відходів утворюється близько 140 кг феррометалла.
Переробку твердих побутових і промислових відходів в Москві, Санкт-Петербурзі і Єревані виробляють на спеціальних заводах. У промисловій зоні Браїлів (Москва) працює завод для спалювання більше 2 млн. М 3 в рік твердих відходів. У Санкт-Петербурзі працює завод по знешкодженню і переробці 400 тис. М 3 на рік твердих відходів, який виробляє на рік тис. Т сільськогосподарського компосту широко використовуваного в теплицях.
Захоронення відходів - має проводитися в спеціально відведених місцях за погодженням з органами державного санітарного нагляду. Пункт захоронення відходів необхідно розташовувати на незатоплюваними території з низьким рівнем грунтових вод, з наявністю водотривкому глинистого шару. Відстань від місця поховання відходів до населених місць і відкритих водойм рибогосподарського призначення встановлюється в кожному конкретному випадку за погодженням з органами державного санітарного нагляду.
2. Переробка твердих комунальних відходів
В даний час весь світ і, зокрема, наша країна перебуває в стадії стрімкого зростання міст. Стосовно до Росії урбанізація проходить на тлі значного розшарування населення і масової міграції сільського населення у великі міста. Зростання населення міст супроводжується різким збільшенням кількості побутових відходів. Стабілізація економічної ситуації в країні також веде до зростання споживання і відповідно збільшення кількості твердих комунальних відходів (ТКО). Таким чином, завжди існувала проблема ТКО стає сьогодні ще більш актуальною. Основним способом переробки ТКО є біотехнологічні процеси і спалювання. На жаль, відсутність достатньої кількості сучасних біотехнологічних виробництв призводить до того, що основна маса відходів ховали на полігонах або спалюється. Від згоряння органічної частини твердженнями прихильників методу, не скорочує, а збільшує їх масу (на 1 кг вуглецю витрачається більше 2,5 кг кисню) і переводить в газоподібний стан; при цьому утворюється токсична і супертоксичним діоксини. Відбувається втрата органічних речовин, які можна переробити в добрива і використовувати для озеленення та сільського господарства. Очевидно, що найбільш екологічно і економічно перспективним є біотехнологічний спосіб переробки, при якому знезараження ТКО відбувається без витрат енергоносіїв (за рахунок активності термофільних мікроорганізмів), а органічні компоненти переробляються в компост.
2.1 Матеріали і методи переробки ТКО
Експерименти проводилися на базі підприємства «Дослідний завод механізованої переробки побутових відходів» (ОЗ МПВО) з використанням штатного обладнання. Для приготування та внесення в ТКО розчинів поживних речовин була розроблена і виготовлена спеціальна установка. Вимірювання температури ТКО в біобарабана проводили пірометром з урахуванням поправки (коректувалася раз в зміну), температуру компосту в буртах на глибині 0,5 м - максимальним термометром, фізико-хімічні параметри компосту - за стандартними методиками.
Якщо розглянути процес механізованого компостування з точки зору кінетики росту мікроорганізмів, то стає зрозумілим, що при компостуванні відходів - періодичному культивуванні мікроорганізмів, що містяться у вихідних ТКО - живильним середовищем виступає органічна частина відходів.
Зазвичай все 4 фази протікають в одному реакторі. На заводі МПВО ці стадії розділені. Лаг-фаза і фаза експоненціального зростання, а також частина стаціонарної фази протікає в біобарабане. По суті справи лаг-фаза і фаза експоненціального зростання - це вихід процесу на температурний режим, а власне санація ТКО протікає на початку стаціонарної фази. Зрозуміло, це відноситься лише до домінуючої на кінцевому етапі биотермической санації, цільовій групі мікроорганізмів - термофіли. Мікроорганізми мезофильной групи, які домінують на початковому етапі, забезпечують розігрів маси ТКО до температур, коли в справу вступають термофіли, в подальшому і гинуть в біобарабане. Роль мезофіл і швидкість виходу процесу на температурний режим різні в залежності від вихідної температури ТКО. У плані відзначити, що мезофіл не встигають перейти в стаціонарну фазу росту - при підвищенні температури вони відразу переходять у фазу лізису. Чисельність мікроорганізмів сильно залежить від умов в біореакторі, які неоднакові по його довжині. У таблиці 2 наведено кількість мікроорганізмів в різних ділянках біореактора.
В умовах різкого зниження інтенсивності перемішування і аерації мікроорганізми продовжують руйнувати залишкові органічні субстрати і підтримувати температуру компосту. Ця стадія називається «дозрівання». У міру вичерпання запасів речовин мікроорганізми переходять у фазу лізису, що супроводжується охолодженням компосту. Процес триває від 8 місяців до 1,5 років. Протягом цього часу завершуються процеси розкладання органічних речовин, відбувається падіння температури до 30 0 С і нижче. Мікробне число знижується з 9 * 10 10 до 4 * 10 7. рН стабілізується на рівні 8,13-8,17. По завершенні стадії дозрівання кількість мікроорганізмів падає і стабілізується до моменту охолодження компосту на рівні 10 7. відповідно до таблиці 3
Таблиця 3 - Зміна мікробіологічних показників компосту при дозріванні в штабелях
Дослідники даної проблеми прийшли до висновку, що співвідношення вуглець / азот / фосфор потрібно довести до 20/5/1 на всю масу відходів і то, що робити це потрібно за допомогою інших відходів, головним чином, гною або мулового осаду станцій аерації. Другий стереотип - для активації потрібно вносити ззовні мікроорганізми деструктори (класичні дозування - 106 к.о.е. на г (см3) або 5-15% від обсягу інокуліруемой середовища). Розроблена на основі стереотипного підходу технологія прискорення компостування ТКО [1, 2], незважаючи на хороші результати, так і не була впроваджена у виробництво з економічних міркувань.
Але, головною перешкодою для зростання мікроорганізмів, які в достатку містяться в ТКО, є низька розчинність поживних речовин субстрату. Цим і пояснюється тривала лаг-фаза процесу і низька фізіологічна активність мікрофлори сміття, яка і є рушійною силою процесу розігріву відходів. Передбачається наступне:
- необхідно вносити в якості активаторів тільки найдоступніші джерела живлення (цукру і білковий гідролізат) у вигляді водних розчинів, що дозволить до мінімуму скоротити лаг-фазу процесу;
- кількість поживних речовин повинно бути еквівалентно тій кількості, яке буде витрачено на приготування інокулюму, виходячи з класичних дозувань - 1 * 106 к.о.е. / см 3.
За логікою, для експериментів варто було б взяти стандартний склад середовища для визначення ОМЧ, але було створено два варіанти середовища:
перша - суміш сусла з пептоном і сахарозою (найбільш легкодоступні джерела живлення), другий варіант був стереотипну живильне середовище (вуглець / азот / фосфор = 20/5/1) на основі сахарози і мінеральних добрив; до складу середовища був також включений в якості активатора Лігногумат. Склад середовищ на одне завантаження біобарабана (300 тонн ТКО):
Однак фізіологічна активність вихідної мікрофлори низька, а її кількість мало, тому процес переходить в експонентну фазу лише через 8 годин після розігріву до оптимальних температур. У разі активатора, створеного на основі сусла і пептона, процес починається відразу після штучного розігріву.
Фізико-хімічними характеристики представлені в таблиці 4.
При дозріванні в штабелях показали, що добавки, як і передбачалося, впливають лише на інтенсивність протікання процесів. Особливості зміни температури, рН та органічної речовини однакові для обох добавок і контролю, однак швидкість протікання різна. Отримані результати дозволяють говорити про те, що внесення активаторів скорочує час дозрівання компосту в буртах в 2 рази, а терміни перебування ТКС в біобарабане (за рахунок скорочення часу виходу на температурний режим) - на 20-38%.
1. При пошуку способів оптимізації біотехнологічних процесів слід уникати стереотипів і розглядати перебіг процесу з точки зору фундаментальних основ біотехнології.
2. Лимитирующей стадією процесу біотехнологічної переробки твердих комунальних відходів фаза адаптації до джерел живлення. Ця стадія процесу є лимитирующей інших процесів деструкції важко розчинних речовин, а, отже, метод запропонований може бути використаний і при активації інших біотехнологічних процесів.
3. Впровадження методу дозволило без капіталовкладень збільшити продуктивність підприємства на 20%.
1. Лекційний матеріал
2. Синтетичні хіміко-фармацевтичні препарати. / М.В. Рубцов, А.Г. Байчіков. - М. Хімія, 1971.-304с.
3. Шкідливі речовини в промисловості. Довідник для хіміків, інженерів і лікарів. Том II. Органічні речовини. / Под ред. Н.В. Лазарева і Е.Н. Льовіной. - Л. Хімія, 1976.-624с.
4. Шкідливі речовини в промисловості. Довідник для хіміків, інженерів і лікарів. Том II. Органічні речовини. / Под ред. Н.В. Лазарева і Е.Н. Льовіной. - Л. Хімія, 1976.-592с.
6. Пожежна безпека речовин і матеріалів, що застосовуються в хімічній промисловості. Довідник. / За редакцією І.П. Рябова. - М. Хімія, 1970.-336с.