Технологические процессы обезвреживания твердых отходов. Защита лито- и педосферы

Строение, состав и свойства литосферы

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, постепенно переходящая с увеличением глубины в сферы с меньшей прочностью вещества (расплавленного) и включающая в себя земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы колеблется и составляет от 5 до 200 км, в том числе на континентальных платформах толщина земной коры достигает до 50–70 км и на океанических – 5–10 км.

Литосфера – важнейшая часть окружающей природной среды, характеризующаяся площадью, глубинным строением, недрами, морфоскульптурой и геоморфологическим строением (расчлененностью) рельефа, почвенным покровом, растительностью. Она служит также пространством для размещения городов и населенных пунктов, предприятий, зданий, сооружений, коммуникаций.

Литосфера как компонент глобальной экосистемы находится в тесной взаимосвязи с атмосферой, гидросферой. На нее при самоочищении атмосферы поступают загрязняющие вещества выбросов, переносимых во время глобальной циркуляции на значительные расстояния от источников.

Состояние литосферы меняется во вре­мени под воздействием природных (геологических, географических, экологических) и антропогенных факторов, связанных с различными видами деятельности человека. Природные факторы (тепло, влага, ветер, радиация, биологическое и физическое выветривание горных пород и т. д.) и вызываемые ими геологические явления (вулканические извержения, землетрясения, наводнения и т. д.) существенно изменяют характер литосферы как в целом, так и в отдельных регионах.

Почва – самый верхний слой литосферы. Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, горных пород, растений, животных, микроорга­низмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты. Одновременно почва является трехфазной средой, включающей твердые, жидкие и газообразные составляющие.

В результате перемещения и превращения веществ органического и неорганического происхождения почва по мере формирования обычно расчленяется на отдельные слои, называемые почвенными горизонтами: самый верхний – растительный опад А₀, гумусовый А₁, выщелачивания В, которые залегают на материнской породе С.

Соотношение и протяженность горизонтов по глубине зависят от типа почвы. Горизонт А₁, содержащий продукты перегнивания органических веществ, – самый плодородный. Он называется гумусовым, или перегнойным, имеет зернисто-комковатую или слоистую структуру. Гумус представляет собой растительные и животные остатки, разложившиеся под действием микроорганизмов, разрушающие крахмал, целлюлозу, белковые соединения. Его мощность в среднем составляет 10–15 см, хотя бывают отклонения в ту или иную сторону. Наиболее мощными (до 3,5–4,0 м) являются гумусовые горизонты почв экосистем степного биома. Бывают и экосистемы вообще без выраженных горизонтов почвы, например, в биоме тропических дождевых лесов, где из-за повышенных темпов минерализации гумусовый слой не образуется.

Над гумусовым горизонтом располагается слой растительного опада А₀, который называют подстилкой. Он состоит из еще не до конца разложившихся растительных остатков.

Ниже гумусового горизонта расположен малоплодородный белесый слой толщиной 10–12 см. Питательные вещества вымыты из него водой или органическими кислотами, поэтому его называют горизонтом вымывания, или выщелачивания. Далее залегает материнская порода, из которой по мере физического и биологического выветривания складывается минеральная часть почвы.

Одним из важнейших свойств почвы является ее плодородие, т. е. способность обеспечивать органическое и минеральное питание растений. Плодородие зависит от физических, химических и биологических свойств почвы, оптимальности соотношения почвенной влаги и воздуха.

Свыше 50 % минерального состава почвы образует кремнезем ( Si О₂). До 25 % приходится на глинозем (А l ₂ О_з), 10 % – на оксид железа ( F е₂О₃) и от 0,1 до 5 % – на оксиды магния, калия фосфора, кальция (М n О; К₂О; Р₂О₅; СаО).

ОБРАЩЕНИЕ С ОТХОДАМИ

Человечество, согласно В. И. Вернадскому, по своему воздействию на природу превратилось в величайшую геологическую силу. По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья (100 ∙ 10⁹ т/год) хозяйственная деятельность человека приблизилась к деятельности биоты биосферы (1000 ∙ 10⁹ т/год) и превзошла вулканическую деятельность (10 ∙ 10⁹ т/год) [1, 3].

При этом загрязнение окружающей среды промышленными отходами, бытовым мусором и отбросами увеличивается быстрее, чем население планеты.

В мире ежегодно при перепашке полей, строительных и других работах перемещается более 4000 км³ почвы и грунта, извлекается из недр земли 120 млрд т руд, горючих ископаемых, строительных материалов (20 т сырья на каждого жителя планеты); общая площадь разрушенных земель составляет примерно 20 млн км², что больше совокупной площади, используемой сегодня в мире в сельскохозяйственных целях [5].

По разным расчетам от 2 до 50 % добываемых природных материалов вовлекается в промышленное производство, остальное становится отходами. Эти цифры свидетельствуют о появлении и накоплении огромного количества вещества, изъятого из естественных условий нахождения в геосфере, преобразованного и превращенного в отходы.

Улучшение качества жизни при увеличении численности населения ограничено предельными возможностями экосистем и биосферы. Согласно разработанным биосферной и ресурсной моделям мировой системы, допустимая для Земли численность населения составляет соответственно 1–2 и 7–8 млрд человек. При численности населения в 6 млрд человек с точки зрения биосферной модели мир находится в закритическом состоянии, а с точки зрения ресурсной – близок к потери устойчивости развития.

С учетом демографической ситуации в мире и ее тенденции мир идет не к выходу из кризисной ситуации, а к углублению глобального экологического кризиса, составной частью которого является «кризис отходов». Увеличение отходов производства и потребления – одна из актуальнейших экологических проблем современного мира.

Термины и определения основных понятий, необходимых для регулирования, организации, проведения работ, а также нормативно-ме­то­ди­че­ского обеспечения при обращении с отходами согласно ГОСТ 30772–2001 относятся к следующим аспектам:

– ресурсному (касающиеся непосредственно подлежащих ликвидации отходов производства и потребления, в том числе любой продукции, бракованной и (или) вышедшей из эксплуатации по истечении сроков службы, вторичной продукции, включая специальные возвратные ресурсы, сырье и материалы из них, а также мест хранения отходов в качестве вторичных техногенных полигонов, которые имеют ресурсное и сырьевое значение);

– производственному (касающиеся процессов обращения с отходами, включая их документирование);

– экологическому (касающиеся требований и ограничений при обращении с опасными отходами);

– социальному (касающиеся субъектов деятельности – юридических лиц и индивидуальных предпринимателей).

Классификация отходов

Отходы производства – все то, что образуется в процессе производства или после завершения его цикла, кроме продуктов в виде энергии или веществ – предметов производства.

Согласно этому определению к отходам производства относятся остатки многокомпонентного природного сырья после извлечения из него целевого продукта, например, пустая рудная порода, вскрышная порода горных разработок, шлаки и зола тепловых электростанций, доменные шлаки и горелая земля опок металлургического производства, металлическая стружка машиностроительных предприятий и т. д. Кроме того, к ним относятся значительные отходы лесной, деревообрабатывающей, текстильной и других отраслей промышленности, дорожно-строительной индустрии и современного агропромышленного комплекса (навозохранилища, неиспользованные химические удобрения и пестициды, необустроенные кладбища погибших во время эпидемий животных и др.).

В принципе отходами производства являются и вещества, содержащиеся в отходящих технологических газах (дымовые) или сточных водах предприятий, использующих воду в технологических процессах. Эти газообразные и жидкие виды отходов обычно рассматриваются в рамках экологических проблем загрязнения атмосферного воздуха и водного бассейна Земли и их охраны.

В промышленной экологии под отходами производства понимают отходы, находящиеся в твердом агрегатном состоянии (некоторые газообразные и жидкие отходы могут переходить в твердую фазу, например в фильтрах или отстойниках). То же относится и к отходам потребления – промышленным и бытовым.

Отходы потребления – изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического (материального) или морального износа.

Промышленные отходы потребления – машины, станки и другое устаревшее оборудование предприятий.

Бытовые отходы – отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности людей и удаляемые ими как нежелательные или бесполезные.

К твердым бытовым отходам относят картон, газетную, упаковочную или потребительскую бумагу, всевозможную тару (деревянную, стеклянную, металлическую), вышедшие из употребления или утратившие потребительские свойства предметы и изделия из дерева, металла, кожи, стекла, пластмассы, текстиля и других материалов, сломанные или устаревшие бытовые приборы – мусор, а также сельскохозяйственные и коммунальные пищевые отходы – отбросы.

Особую категорию отходов (главным образом промышленных) составляют радиоактивные отходы (РАО), образующиеся при добыче, производстве и использовании радиоактивных веществ в качестве горючего для атомных электростанций, транспортных средств (например, атомные подводные лодки) и других целей.

Большую опасность для окружающей среды представляют токсичные отходы, в том числе часть неопасных на стадии их появления отходов, которые приобретают токсичные свойства во время хранения.

Промышленные отходы (ПО) классифицируются по агрегатному состоянию: твердые (строительный мусор, пустая горная порода, шлак, зола, металлы, пластмассы, резина и т. п.); пастообразные (шламы очистных сооружений сточных вод, краски, смолы, загущен­ные нефтепродукты) и жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости, растворители, отходы гальванопроизводства и т. п.). По токсичности их разделяют на два вида: нетоксичные (неопасные, нейтральные для окружающей среды и человека) и токсичные.

Токсичные ПО подразделяют на четыре класса:

I класс – чрезвычайно опасные (нали­чие в отходах ртути, хромовокислого калия, оксида мышьяка и других токсичных веществ);

II класс – высокоопасные (наличие хлористой меди и никеля, азотокислого свинца, сурьмы и др.);

III класс – уме­ренно опасные (наличие, например, сернокислой меди, оксида свин­ца, четыреххлористого углерода);

IV класс – малоопасные.

Класс опасности ПО определяется природопользователем расчетным путем по нормативному документу «Методические рекомендации и порядок определения класса опасности отходов».

Классы опасности отходов

Класс опасности отходов устанавливается по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду при непосредственном или опосредованном воздействии опасного отхода на нее в соответствии с критериями, приведенными в табл. 3.

Таблица 3 Критерии оценки опасности отходов

Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды разработаны в соответствии со статьей 14 федерального закона «Об отходах производства и потребления».

Критерии предназначены для индивидуальных предпринимателей и юридических лиц, в процессе деятельности которых образуются опасные отходы для окружающей природной среды и которые обязаны подтвердить отнесение данных отходов к конкретному классу опасности для окружающей природной среды.

Отнесение отходов к классу опасности для окружающей природной среды может осуществляться расчетными или экспериментальными методами.

В случае отнесения производителями отхода расчетным методом к
V классу опасности необходимо его подтверждение экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения V класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к IV классу опасности.

Технологические процессы обезвреживания твердых отходов. Защита лито- и педосферы