1.3. Обращение с отходами, техногенные ресурсы и месторождения.

«Обращение с отходами» - термин, охватывающий весь объем операций, связанных с мониторингом, хранением, переработкой отходов и законодательным оформлением этих действий /6…8, 43…48/. При самых совершенных технологиях предотвратить возникновение отходов невозможно. Утилизация основной массы отходов может осуществляться по следующим направлениям:

• уничтожение отходов с переводом их в безопасные продукты;

• консервация отходов в безопасном состоянии для их использования в ближайшем или отдаленном будущем;

• текущее использование «свежих» отходов в производственном цикле («внутренний» или «производственный» рециклинг);

• использование «свежих» отходов на предприятиях других отраслей промышленности («глобальный» рециклинг);

• использование «отложенных» отходов (продукции, потерявшей потребительские свойства) в собственной или других отраслях народного хозяйства («глобальный» рециклинг).

Вопросами методологии и логистики в обращении с отходами и вторичными техногенными материалами занимаются многие специализированные международные организации. Наиболее крупная - Международная ассоциация по переработке твердых отходов (ISWA, International Solid Waste Association) — насчитывает около 1100 членов из 70 стран. ISWA выпускает авторитетный журнал «Waste management world». Методологией рециклинга активно занимается Международное бюро по рециклингу отходов - (Bureau International Recycling). По положению на 2009 г. BIR включало свыше 1000 компаний и федераций из 80 стран мира. Основная специализация участников — переработка черных и цветных металлов, бумаги, текстиля.

Тем не менее, в методологии обращения с отходами до сих пор существуют спорные вопросы. Например, до настоящего времени остается дискуссионным вопрос о разграничении понятий «вторичный сырьевой материал» и «отходы». В частности, он подробно рассматривался на пленарной дискуссии конференции Федерального объединения немецких предприятий по рециклингу лома черных металлов и избавлению от отходов (BDSV е. V.). В Германии отработанную логистику в этом вопросе применительно к бытовым отходам предоставляет система DSD /49/.

До сих пор не разработано универсальное или общепринятое международное определение понятия «отходы» /49…51/. Основное определение отходов в ЕС дается в «Общей директиве ЕС по отходам 75/442/ЕЕС от 15 июля 1975 г.». Ее редакция была изменена специальной Директивой Совета 91/156/ЕЕС от 18 марта 1991 г.

Общая директива ЕС требует полного перечня отходов. Он был впервые опубликован в виде решения Комиссии ЕС 94/3/ЕС от 20 декабря 1993 года – Европейский каталог отходов (EWC). Каталог EWC является справочной номенклатурой, предусматривающей применение общей терминологии в масштабах всего Сообщества с целью улучшения эффективности деятельности по менеджменту отходов /50…52/.

Директива 92/689/ЕС от 12 декабря 1991 г. по «опасным» отходам ссылается на определение отходов в Общей директиве ЕС по отходам и дополнительно определяет «опасный отход как отход, который включен в Перечень опасных отходов (HWL)». Действующая вплоть до настоящего времени (несмотря на введение Директивы REACH) система каталогов EWC - HWL была утверждена решением Комиссии 94/904/ЕС от 22 декабря 1994 г. Оба каталога EWC и HWL регулярно обновляются (через 2 — 3 года) Комитетом по технической адаптации Комиссии ЕС. Классификация металлургических отходов, принятая в каталогах EWC и HWL ЕС приведена в таблице 3 /51/.

Таблица 3. Металлургические отходы в каталогах EWC и HWL ЕС /51/

В отличие от мировой практики российское законодательство дает точное определение понятиям «отходы», «утилизация и переработка отходов» и другим терминам, имеющим отношение к обращению с отходами. Они приведены в ФЗ «Об отходах производства и потребления» и Межгосударственном стандарте ГОСТ 30772-2001, введенном в действие в 2002 году /30/:

• Отходы - остатки продуктов или дополнительный продукт, образующиеся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью. Под определенной деятельностью понимается производственная, исследовательская и другая деятельности, в том числе, — потребление продукции. Отечественное законодательство дает определение отходов производства, потребления и бытовых отходов.

• Отходы производства и потребления - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, веществ, предметов, изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе производства или потребления продукции, выполнения работ (услуг) и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства.

• Бытовые отходы - отходы потребления, образующиеся в бытовых условиях в результате жизнедеятельности населения.

• Утилизация отходов - деятельность, связанная с использованием отходов на этапах их технологического цикла, и/или обеспечение повторного (вторичного) использования или переработки списанных изделий. В процессах утилизации перерабатывают отслужившие установленный срок и/или отбракованные изделия, материалы, упаковку, другие твердые отходы, а также жидкие сбросы и газообразные выбросы.

• Переработка отходов - деятельность, связанная с выполнением технологических процессов по обращению с отходами для обеспечения повторного использования в народном хозяйстве полученных сырья, энергии, изделий и материалов. Цель реализации технологических операций с отходами — превращение их во вторичное сырье, энергию, продукцию с потребительскими свойствами.

Переработка отходов является основой направления, которое получило название «Recycling» («рециклинг») /5…8, 14/. Официальное определение понятиям «Recycling» - «оборотное использование», «Reuse» - «повторное использование» и «Recovery» - «восстановление» было впервые дано в Постановлении о переработке использованных автомобилей. Оно было принято Евросоюзом в 1997 году. В 2000 г. Европейская Комиссия одобрила проект новой директивы, в которой аспекты авторециклинга проработаны наиболее детально (Директива ЕС по утилизации отслуживших автомобилей (ELV) 2000/53/ЕС). Были поставлены «количественные задания по повторному использованию, рециклингу и утилизации автомобилей и их узлов, чтобы заставить автомобилестроителей изготавливать новые автомобили с учетом лучшей пригодности их для рециклинга» /17, 22, 50…54/.

В официальных документах РФ дается следующее определение /30/: «Рециклинг (рециклизация) - процесс возвращения отходов, сбросов и выбросов в процессы техногенеза». При этом оговариваются два варианта рециклинга отходов:

• повторное использование отходов по тому же назначению, например, стеклянных бутылок после их соответствующей безопасной обработки и маркировки (этикетирования);

• возврат отходов после соответствующей обработки в производственный цикл, например жестяных банок — в производство стали, макулатуры — в производство бумаги и картона.

Кроме того, особыми терминами обозначаются:

• рециклинг «совокупности отходов и сбросов» - рекуперация;

• рециклинг сбросов, порошкообразных и пастообразных отходов – регенерация;

• рециклинг сбросов и выбросов – рециркуляция /30/.

Рециклинг, осуществляемый в рамках собственной отрасли индустрии, наиболее предпочтителен, он эффективен с точки зрения экономики, энергопотребления и защиты окружающей среды. Однако практика показала, что более 70 % всех образующихся техногенных отходов не могут быть переработаны предприятиями, которые их производят. Это относится к энергетике, транспорту, машиностроению и др. /7, 8, 14/

Оригинальная классификация техногенных ресурсов предложена в работе /8/. Они подразделяются на две основные группы (рисунок 1):

• техногенные энергоносители или вторичные энергоресурсы (ВЭР);

• техногенные материалы.

Рис. 1. Техногенные ресурсы и месторождения.

В свою очередь в группе техногенных материалов выделяются следующие виды ресурсов:

• техногенные месторождения различных индустриальных комплексов;

• техногенное сырье (техногенные месторождения, переработка которых технологически обеспечена и экономически приемлема);

• вторичные материалы (в основном - вышедшая из употребления продукция - аналог полуфабрикатов промышленной продукции);

• твердые бытовые отходы (ТБО);

• осадки сточных вод;

• перемещенные грунты;

• вскрышные породы.

В настоящее время основное количество техногенных ресурсов накоплено в виде техногенных месторождений в горных и металлургических регионах мира.

Техногенные месторождения в отличие от природных месторождений возникли как «не планируемая» продукция и их запасы формировались стихийно. Долгое время в индустрии было выгодно использовать первичное сырье, и анализом техногенных месторождений практически никто не занимался. Поэтому выделим основные особенности техногенного сырья, отличающие его от природных ископаемых /55, 56/.

1. Техногенные месторождения - продукт «быстрого созревания», время их жизни - десятки лет вместо миллионов лет, характерных для природных месторождений. При этом запасы многих техногенных месторождений и в настоящее время пополняются за счет «свежих» отходов.

2. Малый срок жизни техногенного месторождения определяет более низкий уровень его однородности, большой разброс свойств по площади и глубине залегания.

3. «Созревание» техногенного месторождения означает изменение свойств техногенного сырья во времени и сильную зависимость свойств и скорости их изменений от параметров окружающей среды.

4. В техногенных отходах могут находиться опасные компоненты, на «дезактивацию» которых природе потребуется миллионы лет.

5. Техногенное сырье имеет, как правило, повышенную концентрацию редких и рассеянных элементов, прежде всего - металлов. С этой точки зрения техногенные материалы представляют собой первичное сырье, прошедшее стадию обогащения.

Из сказанного выше следует, что техногенное сырье принципиально отличается от природного сырья. Поэтому для определения качества и способов переработки техногенного сырья методы и технологии, разработанные для анализа и переработки природного сырья, применимы далеко не всегда. В настоящее время методология оценки качества техногенного сырья активно разрабатывается во всем мире. В частности, она включает создание банка данных по отходам всех видов деятельности человека.

Поскольку лишь некоторые отрасли индустриального общества могут частично или полностью перерабатывать собственные отходы, стратегия переработки техногенных ресурсов в рамках государства или сообществ государств должна строиться исходя из следующих базовых принципов:

• не допустимы потери компонентов, ресурсы которых в природе малы или уже исчезли;

• основными методами утилизации техногенных материалов всех видов должны быть высокотемпературные процессы их переработки, так как они обеспечивают максимально возможную в настоящее время степень извлечения ценных компонентов, в наибольшей мере гарантируют безопасность продуктов переработки и наиболее полное уничтожение экологически опасных отходов;

• функцию отрасли, ответственной за переработку отходов производства и потребления в целом наиболее полно может и должна выполнять металлургия.

Техногенные месторождения на территории металлургических предприятий и регионов имеют особую специфику. Их главными особенностями являются: расположение в промышленно развитых районах; размещение на поверхности; преимущественно мелкодисперсный состав. Техногенные месторождения, формирующиеся в регионах чёрной металлургии, образуются, главным образом, на базе золошламонакопителей, шлаковых отвалов и техногенных грунтов, использованных при перепланировках местности во время расширения и реконструкции производства.

Структура техногенных месторождений отечественных металлургических предприятий зависит от вида и условий складирования отходов. На крупных металлургических комбинатах отвалы формируют по видам производств (доменные и сталеплавильные шлаковые отвалы), а производственный мусор складируют раздельно по видам отходов. На малых заводах, как правило, устраиваются общие отвалы для всех видов техногенных материалов. При хранении техногенных материалов происходят процессы, изменяющие их исходные свойства: химический, минеральный и гранулометрический составы, а также физико-механические характеристики (прочность, плотность и пр.). Поэтому каждое техногенное месторождение является уникальным, также как уникальным является любое комплексное месторождение природных полезных ископаемых.

Возможности переработки ресурсов техногенных месторождений используются в настоящее время весьма ограниченно. Главной задачей разработки техногенных месторождений металлургических регионов, как правило, считается максимально полное извлечение металлических образований с целью использования в качестве оборотного лома. Наряду с включениями металлов практический интерес представляют вторичные огнеупоры и некоторые шлаки.

Опыт разработки шлаковых отвалов и шламонакопителей показывает, что на каждом предприятии сложились технологические приемы, которые учитывают специфику конкретных техногенных месторождений. Однако можно выделить и ряд уже сформировавшихся «типовых» технологических решений. В технологическую схему разработки техногенных месторождений в настоящее время, как правило, включаются следующие виды работ:

• рыхление, усреднение и перемещение техногенных масс на участки временного складирования;

• разрушение, дробление и сортировка прочных техногенных образований;

• извлечение металлических включений, лома огнеупоров и других техногенных материалов.

Процессы разработки техногенных месторождений на всех стадиях связаны с обработкой и перемещением больших объемов металлургических материалов. С точки зрения комплекса операций, входящих в производственный процесс разработки техногенных месторождений, их можно считать аналогичными горным работам открытого типа.

Практически все виды материалов, получаемых при переработке техногенных месторождений, находят применение в различных отраслях производства и успешно конкурируют с природными материалами. Характерными видами техногенных материалов являются щебень, песок и щебеночно-песчаные смеси для дорожного строительства, оборотный и магнитный продукты для доменного, сталеплавильного и литейного производств, удобрения для сельского хозяйства. Из отвальных шлаков производятся абразивные материалы для струйной обработки поверхностей, зернистые материалы для фильтров и защитных покрытий для мягких кровельных материалов, наполнители и пигменты для шпатлевок, красок, мастик и линолеума и т.п.

Возможности использования техногенных ресурсов, т.е. превращение техногенных отходов в техногенное сырье, зависят от их качества и способов его оценки. Важно знать о формах пребывания основных элементов в техногенном сырье. В литосфере минералы являются наиболее распространенной природной формой нахождения химических элементов. Изоморфные смеси в минералах представляют собой закономерные замещения аналогичных элементов друг другом в кристаллических решетках. Из изоморфных смесей добывается основная часть редких и рассеянных элементов. При существующих в настоящее время методах извлечения элементов значительная их часть попадает в атмосферу и промышленные стоки. Освобождаясь из кристаллических решеток, бывшие изоморфные примеси начинают самостоятельную (антропогенную) миграцию в биосфере.

Таким образом, основные сложности переработки отходов связаны с тем, что сложившаяся практика контроля технологий переработки вторичных ресурсов не предусматривает подробного анализа компонентов технологического процесса (сырья и продуктов) на содержание всех возможных элементов /8, 55, 56/.