Минимизация воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат технических наук Горбунова, Вера Владимировна

• Горбунова, Вера Владимировна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горбунова, Вера Владимировна

Введение.

1. Проблема отработанных химических источников тока.

1.1. Основные типы используемых в быту ХИТ.

1.1.1. Классификация и обозначения ХИТ.

1.1.2. Первичные ХИТ.

1.1.3. Вторичные ХИТ.

1.2. Воздействие отработанных ХИТ на окружающую среду.

1.2.1. Использование ртути при производстве ХИТ.

1.2.2. Захоронение.

1.2.3. Термическое обезвреживание.

1.3. Законодательство зарубежных стран.

1.3.1. Директивы Евросоюза и законодательство Германии.

1.3.2. Законодательство США.

1.4. Системы сбора и переработки ХИТ в зарубежных странах.

1.4.1. Система сбора и переработки в Германии.

1.4.2. Система сбора и переработки в США и Канаде.

1.5. Технологические схемы и методы сортировки и переработки ХИТ.

1.5.1. Методы сортировки.

1.5.2. Технологии переработки различных типов ХИТ.

1.5.3. Переработка марганцево-цинковых источников тока.

1.5.4. Переработка никель-кадмиевых аккумуляторов.

1.5.5. Переработка никель-металлгидридных аккумуляторов.

1.5.6. Переработка литиевых источников тока.

2. Проблема отработанных ХИТ в России и Москве.

2.1. Оценка объемов потребления.

2.2. Оценка объемов образования отработанных ХИТ.

2.3. Обращение с отработанными ХИТ в соответствии с действующим законодательством.

2.4. Практический опыт сбора ХИТ.

3. Оценка воздействия отработанных ХИТ на окружающую среду.

3.1. Процесс выщелачивания отработанных ХИТ при захоронении на полигонах ТБО.

3.1.1. Оценка периода вскрытия ХИТ.

3.1.2. Выщелачивание в слабокислом растворе.

3.1.3. Выщелачивание в фильтрате ТБО.

3.1.4. Краткие выводы по результатам исследования.

3.2. Прогноз выщелачивания металлов из ХИТ в процессе их разложения на полигоне.

3.3. Оценка эколого-экономического ущерба от захоронения ХИТ на полигонах ТБО.

3.4. Содержание ртути в марганцево-цинковых ХИТ.

4. Система сбора и переработки отработанных ХИТ в России и Москве.

4.1. Социологическое исследование проблемы сбора ХИТ в Москве и Краснодарском крае.

4.1.1. Организация исследования.

4.1.2. Анализ результатов исследования.

4.2. Законодательные основы организации сбора и переработки в России и Москве.

4.3. Организация сбора, сортировки и переработки ХИТ в Москве.

4.3.1. Сбор отработанных ХИТ.

4.3.2. Сортировка и переработка ХИТ.

4.4. Оценка текущих затрат на осуществление сбора ХИТ и предотвращаемого ущерба от их захоронения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Минимизация воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду»

В целях устойчивого развития человеческого общества важнейшей задачей является исследование влияния продукции различных отраслей промышленности на окружающую среду для установления пределов устойчивости компонентов биосферы к техногенному воздействию и минимизации оказываемого воздействия.

Жизнь современного человека невозможна без использования большого количества разнообразных устройств, нуждающихся в автономных источниках энергии, которые представлены химическими источниками тока (ХИТ) - устройствами, преобразующими химическую энергию протекающих в них окислительно-восстановительных реакций в электрическую. В связи с этим ХИТ производятся, и будут производиться в больших количествах. Содержание в ХИТ в качестве основных компонентов цветных металлов, являющихся высокотоксичными для человека и окружающей среды, в совокупности с масштабами потребления, обуславливают потенциальную опасность отработанных ХИТ.

Большинство исследований показали, что захоронение и сжигание отработанных ХИТ совместно с твердыми бытовыми отходами (ТБО) весьма опасно для окружающей среды. В связи с этим в развитых странах созданы системы сбора отработанных ХИТ, все или отдельные типы которых, согласно законодательству этих стран, подлежат сбору. Опыт зарубежных стран показывает, что спорным вопросом является опасность захоронения марганцево-цинковых ХИТ, являющихся наиболее распространенными в настоящее время. Данный вопрос, а также неясность поведения ХИТ на разных стадиях разложения ТБО при захоронении делают актуальной экспериментальную оценку воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду.

Минимизация воздействия, оказываемого отслужившей свой срок продукцией, в том числе отработанными ХИТ, на окружающую среду, является одним из механизмов, обеспечивающих устойчивое развитие человеческого общества при сохранении биоразнообразия и стабильного состояния природной среды, а также средством, обеспечивающим снижение промышленной опасности технологических процессов обращения с ТБО и предупреждения аварийных ситуаций.

Помимо проблемы воздействия отработанных ХИТ на окружающую среду, важной является и ресурсная задача, поскольку ХИТ, в связи с высоким содержанием цветных металлов, могут рассматриваться как их высококонцентрированный источник. Поскольку сбор отработанных источников тока в нашей стране практически не осуществляется, они, являясь частью бытовых отходов, отправляются вместе с ними на полигоны (свалки) ТБО и мусоросжигательные заводы, где по этой причине ежегодно оказываются сотни и тысячи тонн высокотоксичных цветных металлов. Организация сбора и дальнейшей переработки отработанных химических источников тока позволила бы решить одновременно и экологическую, и экономическую проблемы.

Представленная работа посвящена исследованию воздействия, оказываемого на окружающую среду отработанными химическими источниками тока при их удалении совместно с ТБО, а также разработке механизма его минимизации путем организации системы их сбора и переработки на примере г. Москвы.

Целью работы является изучение воздействия отработанных химических источников тока на окружающую среду и разработка механизма его минимизации.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

1. Анализ современного состояния проблемы воздействия отработанных ХИТ на окружающую среду за рубежом и в России;

2. Исследование воздействия, оказываемого отработанными ХИТ на окружающую среду при их захоронении на полигонах (свалках) ТБО;

3. Оценка ущерба, наносимого окружающей среде при захоронении ХИТ;

4. Оценка готовности населения к участию в сборе отработанных ХИТ и предпочитаемых условий сбора;

5. Разработка предложений для законодательного регулирования обращения с ХИТ в целях снижения их негативного воздействия на окружающую среду;

6. Разработка предложений по организации сбора, сортировки и переработки отработанных ХИТ в г. Москве.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Горбунова, Вера Владимировна

Выводы

1. Все химические источники тока из-за высокого содержания цветных металлов и большого объема потребления представляют собой серьезную опасность для окружающей среды и поэтому после использования требуют сбора и утилизации. В связи со значительным содержанием цветных металлов они должны перерабатываться с целью их извлечения, что позволит задействовать дополнительный источник цветных металлов.

2. Исследование влияния марганцево-цинковых ХИТ на окружающую среду при их захоронении на полигонах ТБО показало, что они оказывают значительное негативное воздействие из-за выщелачивания как цинка, так и марганца.

3. Наибольшее выщелачивание содержащихся в ХИТ цветных металлов происходит на аэробной стадии разложения отходов (после вскрытия ХИТ через 6-7 недель) и на стадии ацетогенеза. Несмотря на дальнейшее защелачивание фильтрата и осаждение металлов на стадии метаногенеза, загрязнение фильтрата выщелачивающимися из ХИТ цветными металлами продолжается в течение длительного времени после закрытия полигона.

4. Разработан способ оценки масс металлов, выщелачиваемых ежегодно из исследованных источников тока при их захоронении на полигоне ТБО, с учетом изменения условий выщелачивания в процессе разложения ТБО и ежегодного поступления ХИТ на полигон.

5. Определен ежегодный ущерб водным объектам при захоронении отработанных ХИТ на полигоне ТБО на примере подмосковного полигона, используемого для размещения образующихся у населения отходов. Среднегодовой ущерб при этом составляет (в зависимости от свойств подстилающих грунтов) от 4,1 млн. руб. до 40,8 млн. руб. на 1 га полигона, а через 50 лет после закрытия полигона - от 330 млн. руб. до 3,26 млрд. руб. на 1 га. При средней площади полигона, равной 40 га, среднегодовой ущерб составит от 164 млн. руб. до 1,6 млрд. руб., а через 50 лет после закрытия полигона - от 13,2 до 130,4 млрд. руб.

6. Результаты социологического исследования показали, что осуществление сбора отработанных ХИТ как в Москве, так и в Краснодарском крае (а значит, и во многих других регионах России) возможно уже на сегодняшний момент. Основная часть потребителей готова участвовать в сборе ХИТ, значительная доля - на безвозмездной основе, при организации достаточного количества пунктов сбора в удобных для потребителей местах (в частности, в местах совершения покупок). Использование залоговой стоимости, а также поддержка системы сбора информационно-рекламными программами увеличат долю собираемых источников тока.

7. Для минимизации воздействия отработанных ХИТ на окружающую среду необходим комплексный подход, включающий создание законодательных основ (что имеет первоочередное значение), учет возможности их переработки на действующих металлургических производствах, а также массовые информационно-рекламные программы. Система обращения с отработанными ХИТ для г. Москвы должна иметь не менее 1 тыс. пунктов приема ХИТ и центр по сбору и сортировке ХИТ. При этом текущие затраты оцениваются величиной около 13 млн.руб./год, а предотвращаемый среднегодовой ущерб водным объектам (в зависимости от свойств подстилающих грунтов) - от 1,2 до 12,2 млн.руб./год с 1 га полигона, а при средней площади полигона, равной 40 га - от 48 до 488 млн. руб./год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горбунова, Вера Владимировна, 2011 год

1. Современные источники питания / В.Р. Варламов. 2-е изд., испр. и доп. М.: ДМК Пресс, 2001. 224 с.

2. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы. Способы и устройства заряда / А.А. Таганова и др.. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Химиздат, 2002. 176 с.

3. Лебедев О.А., Шкуряков Н.П., Лебедев А.О. Химические источники тока: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. 56 с.

4. Орлов С. Элементы питания ХИТы // Электронные компоненты. 2000. №4. С. 54-63.

5. Ефремов Б. Что нужно знать пользователю химических источников тока (марганцево-цинковых гальванических элементов) // Электронные компоненты. 2001. №1. С. 56-61.

6. Коровин Н.В. ХИТ с воздушными электродами // Электрохимическая энергетика. 2001. № 1,2. С. 16-23.

7. Скундин А., Нижниковский Е. Литиевые первичные элементы // Электронные компоненты. 2001. № 4. С. 27-31.

8. Кедринский И.А., Дмитренко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоатомиздат, 1992. 240 с.

9. Коровин Н. Никель-кадмиевые аккумуляторы // Электронные компоненты. 2001. № 6. С. 51-54.

10. Коровин Н. Никель-металлгидридные аккумуляторы // Электронные компоненты. 2002. №4. С. 99-103.

11. Нижниковский Е., Скундин А. Литиевые вторичные источники тока // Электронные компоненты. 2002. № 7. С. 117-118.

12. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика. 2001. № 1,2. С. 5-15.

13. J.L. Fricke, N. Knudsen. Disposal of portable batteries. Gemeinsames Riicknahmesystem Batterien, 2002. P. 21.

14. C.C.B.M. Souza, D.C. Oliveira, J.A.S. Tenorio. Characterization of used alkaline batteries powder and analysis of zinc recovery by acid leaching //Journal of power sources. 2001. Vol. 103. P. 120-126.

15. L. Pietrelli, B. Bellomo, D. Fontana, M.R. Montereali. Rare earth recovery from NiMH spent batteries // Hydrometallurgy. 2002. Vol. 66. Pp. 135-139.

16. P. Zhang, Т. Yokoyama, O. Itabashi e.a. Hydrometallurgical process for recovery of metal values from spent nickel-metal hydride secondary batteries // Hydrometallurgy. 1998. Vol. 50. P. 61-75.

17. C.K. Lee, K.-I. Rhee. Preparation of LÍC0O2 from spent lithium-ion batteries // Journal of power sources. 2002. Vol. 109. P. 17-21.

18. Critical review of the literature regarding disposal of household batteries: final report, 2007 / CalRecovery, Inc. Concord, California, 2007. 184 p.

19. Вайсман Я.И., Глушанкова И.С. Условия образования и очистка фильтрационных вод полигонов захоронения твердых бытовых отходов / Пермь: ПГТУ, 2003. 168 с.

20. Slack R.J., Gronow J.R, Voulvoulis N. Household hazardous waste in municipal landfills: contaminants in leachate // Science of the Total Environment. 2005. № 337. P. 119-137.

21. Agourakis D.C., Camargo I.M.C., Cotrim M.B., Flues M. Behavior of zinc and manganese from alkaline batteries in a soil column // Química Nova. 2006. Vol. 29. № 5. P. 960-964.

22. Xará S.M., Delgado J.N., Almeida M.F., Costa C.A. Laboratory study on the leaching potential of spent alkaline batteries // Waste Management. 2009. Vol. 29. № 7. P. 2121-2131.

23. S. Karnchanawong, P. Limpiteeprakan. Evaluation of heavy metal leaching from spent household batteries disposed in municipal solid waste // Waste Management. 2009. Vol. 29. № 2. P. 550-558.

24. National electrical manufacturers association. Batteries and the environment / Rosslyn, VA: National electrical manufacturers association, 2001.

25. National electrical manufacturers association. Button cell battery collection: why it does not make sense / Rosslyn, VA: National electrical manufacturers association, 2003.

26. Высокинская P.B. Возможности минимизации негативного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду в условиях Среднего Урала: автореф. дис. . канд. г.-м. наук. М., 2006. 25 с.

27. Кабанова Т.С., Зайцев В.А., Ягодин Г.А. Экологические проблемы термической переработки твердых бытовых отходов // Экология и промышленность России. 2010. Февраль. С. 47-49.

28. Almeida M.F., Xará S.M., Delgado J.N., Costa C.A. Laboratory study on the behaviour of spent AA household alkaline batteries in incineration // Waste Management. 2009. Vol.29. № 1. P. 342-349.

29. Genest W. Situation in the European Community and Germany concerning regulations about used batteries with an outlook on other countries // Journal of power sources. 1995. Vol. 57. P. 13-17.

30. European Portable Battery Association: сайт. URL: http://www.epbaeurope.net (дата99обращения: 10.03.2009).

31. A.M.Bernardes, D.C.R. Espinosa, J.A.S. Tenorio. Collection and recycling of portable batteries: a worldwide overview compared to the Brazilian situation // Journal of Power Sources. 2003. Vol. 124. P. 586-592.

32. Decree Regarding the Collection and Disposal of Used Batteries and Accumulators (German Battery Decree BattV), Federal Law Gazette: 09.07.2001. Vol. I. № 33.

33. German Battery Decree // Federal Law Gazette: 03.02.2007. Vol. I. № 15.

34. United States Environmental Protection Agency: сайт. URL: http://www.epa.gov (дата обращения: 10.03.2009).

35. Portable Rechargeable Battery Association: сайт. URL: http://www.prba.org/ (дата обращения: 10.03.2009).

36. Mercury-Containing and Rechargeable Battery Management Act // Public Law. 1996. № 104142. P. 1329-1337.

37. Rechargeable battery recycling corporation: сайт. URL: http://www.rbrc.org (дата обращения: 10.03.2009).

38. Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien: сайт. URL: http://www.grs-batterien.de (дата обращения: 10.03.2009).

39. Горбунова В.В., Зайцев В.А. Сбор и переработка отработанных химических источников тока // Химическая технология. 2005. № 9. С. 33-41.100

40. S. Frohlish, D. Sewing. The Batenus process for recycling mixed battery waste // Journal of Power Sources. 1995. Vol. 57. P. 27-30.

41. P. Ammann. Economic considerations of battery recycling based on the Recytec process // Journal of Power Sources. 1995. Vol. 57. P. 41-44.

42. R. Burri, A. Weber. The Wimmis project // Journal of Power Sources. 1995. Vol. 57. P. 31-35.

43. Способ утилизации отработанных химических источников тока: пат. 2164955 Рос. Федерация. № 99115669/02; заявл. 14.07.1999; опубл. 10.04.2001.

44. Method for separating and recovering valuables from waste dry battery: JP 61261443. Опубл. 1986.

45. Михайличенко А.И., Свердел E.C., Ягодин Г.А. Извлечение цинка из агломерата отходов отработанных сухих гальванических элементов // Химическая промышленность сегодня. 2009. № 7. С. 24-30.

46. A.L. Salgado, A.M.О. Veloso, D.D. Pereira e.a. Recovery of zinc and manganese from spent alkaline batteries by liquid-liquid extraction with Cyanex-272 // Journal of Power Sources. 2003. Vol. 115. P. 367-373.

47. N.B. Devi, K.C. Nathsarma, V. Chakravortty. Extraction and separation of Mn (II) and Zn (II) from sulphate solutions by sodium salt of Cyanex 272 // Hydrometallurgy. 1997. Vol. 45. P. 169179.

48. M. Bartolozzi, G. Braccini, S. Bonvini, P.F. Marconi. Hydrometallurgical recovery process for nickel-cadmium spent batteries // Journal of power sources. 1995. Vol. 55. P. 247-250.

49. C.A. Nogueira, F. Delmas. New flowsheet for the recovery of cadmium, cobalt and nickel from spent Ni-Cd batteries by solvent extraction // Hydrometallurgy. 1999. Vol. 52. P. 267-287.

50. P. Zhang, T. Yokoyama, O. Itabashi e.a. Recovery of metal values from spent nickel-metal hydride rechargeable batteries // Journal of power sources. 1999. Vol. 77. P. 116-122.

51. Method for the neutralization of hazardous materials: US 5345033. № 995802; заявл. 23.12.1992; опубл. 06.09.1994.

52. M.J. Lain. Recycling of lithium ion cells and batteries // Journal of power sources. 2001. Vol. 97-98. P. 736-738.

53. P. Zhang, T. Yokoyama, O. Itabashi e.a. Hydrometallurgical process for recovery of metal values from spent lithium-ion secondary batteries // Hydrometallurgy. 1998. Vol. 47. P. 259-271.

54. Численность постоянного населения Электронный ресурс. // Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по г. Москве: [сайт]. URL: http://moscow.gks.ru/moskva/nasel/naselDoc/l3.htm (дата обращения: 10.02.2011).

55. Статистика Электронный ресурс. // Управление Федеральной миграционной службы по101г. Москве: сайт. URL: http://www.fmsmoscow.ru/stat.php (дата обращения: 10.02.2011).

56. Леденева Л. И., Донец Е.В. Масштабы привлечения труда маятниковых мигрантов в Московском регионе (по данным опроса работодателей) // Социальная и демографическая политика. 2007. № 4. С. 4-11.

57. Об утверждении федерального классификационного каталога отходов: Приказ МПР РФ от 02 декабря 2002 г. № 786 // Рос. газ. 2003. - 23 января.

58. О лицензировании отдельных видов деятельности: Федеральный закон от 04 мая 2011 г. № 99-ФЗ // Рос. газ. 2011. - 06 мая.

59. Об отходах производства и потребления в городе Москве: Закон г. Москвы от 30 ноября 2005 г. № 68 // Вестник Мэра и Правительства Москвы, 2005. - 28 декабря.

60. Об утверждении Перечня вторичных материальных ресурсов, подлежащих переработке (обработке) во вторичное сырье: Постановление Правительства Москвы от 22 мая 2007 г. № 391-ПП // Вестник Мэра и Правительства Москвы, 2007. - 07 июня.

61. О Сводном кадастре отходов производства и потребления города Москвы: Постановление Правительства Москвы от 14.10.2003 N 865-ПП // Вестник Мэра и Правительства Москвы, 2003. - 05 ноября.

62. Кодекс города Москвы об административных правонарушениях: Закон г. Москвы от 21 ноября 2007 г. № 45 // Вестник Мэра и Правительства Москвы, 2007. - 12 декабря.

63. О целевой среднесрочной экологической программе города Москвы на 2006-2008 годы: Постановление Правительства Москвы от 28 марта 2006 г. № 219-ПП // Вестник Мэра и Правительства Москвы, 2008. - 28 октября.

64. Лучший защитник планеты Электронный ресурс. // Государственный Биологический музей им. К. А. Тимирязева: [сайт] URL http://www.gbmt.ru/ru/museum/newsdetail. php?ID=2676&sphraseid=5252 (дата обращения 09.04.2011).

65. Довгань С.А. Проблемы очистки фильтрата // Экология и промышленность России. 2009. Апрель. С. 22-23.

66. Миташева Н.И., Николайкина Н.Е., Гонопольский А.М. Очистка фильтрата полигонов твердых бытовых отходов. Безопасность в техносфере. 2008. № 5. С. 35-40.

67. Скворцов JI.C., Варшавский В.Я., Камруков A.C., Селиверстов А.Ф. Очистка фильтрата полигонов твердых бытовых отходов. Чистый город. 1998. № 2. С. 2-7.

68. Ларионов Н.С. Эколого-аналитическая оценка состояния компонентов природной среды в зоне влияния объектов размещения твердых бытовых отходов: автореф. дис. . канд. хим. наук. Архангельск, 2009. 22 с.

69. Афанасьева H.H. Исследование процессов образования и миграции фильтрата полигонов твердых бытовых отходов для разработки практических мер охраны живой природы: автореф. дис. . канд. техн. наук. Тула, 2005. 20 с.

70. Предельно допустимые концентрации веществ в окружающей среде / Г.П. Беспамятное, Ю.А. Кротов. Л.: Химия, 1985. 528 с.

71. Линник П.И. Формы существования, основные закономерности превращений и биологическая роль соединений тяжелых металлов в природных водах // Водные ресурсы. 1987. №5. С. 84-94.

72. Линник П.И. Формы нахождения тяжелых металлов в природных водах составная часть эколого-токсикологической характеристики водных экосистем // Водные ресурсы. 1989. № 1.С. 123-133.

73. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. М., 1986.

74. Тарасова Н.П., Ермоленко Б.В., Зайцев В.А., Макаров С.В. «Охрана окружающей среды» в дипломных работах и проектах: учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. 218 с.

75. ГОСТ Р 51768-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Методика определения ртути в ртутьсодержащих отходах. Общие требования: утв. Постановлением Госстандарта РФ от 28 июня 2001 № 251-ст. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.

76. ГОСТ 12.3.031-83. Система стандартов безопасности труда. Работы со ртутью. Требования безопасности. М.: Издательство стандартов, 2001.

77. ПоТ-РМ-001-93 Правила по охране труда при работе с ртутью. Минтруда России, 1993.

78. Ядов В.А. Социологическое исследование: Методология. Программа. Методы. М.: Изд-во ИНФРА-М, 2002. 328 с.

79. Ядов В.А. Стратегия социологического исследования. М.: Добросвет, 1998. 595 с.

80. Московский метрополитен Электронный ресурс. // ГУП Московский метрополитен: [сайт] URL http://old.mosmetro.ru/pages/page0.php?idpage=2 (дата обращения 09.04.2011).

81. Фролов H.H., Напхоненко Н.В., Колоскова Л.И., Ильинова A.A. Экономика предприятий автомобильного транспорта: учебное пособие. М.: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2008. 480 с.