Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов

1. Низкотемпературный  пиролиз или полукоксование (450 - 550° С). Данному виду пиролиза  характерны максимальный выход  жидких и твердых (полукокс) остатков  и минимальный выход пиролизного газа с максимальной теплотой сгорания. Метод подходит для получения первичной смолы - ценного жидкого топлива, и для переработки некондиционного каучука в мономеры, являющиеся сырьем для вторичного создания каучука. Полукокс можно использовать в качестве энергетического и бытового топлива.

2. Среднетемпературный  пиролиз или среднетемпературное  коксование (до 800° С) дает выход  большего количества газа с  меньшей теплотой сгорания и  меньшего количества жидкого  остатка и кокса.

3. Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 - 1050° С). Здесь наблюдается минимальный выход жидких и твердых продуктов и максимальная выработка газа с минимальной теплотой сгорания - высококачественного горючего, годного для далеких транспортировок. В результате уменьшается количество смолы и содержание в ней ценных легких фракций.

Метод сухого пиролиза получает все большее  распространение и является одним  из самых перспективных способов утилизации твердых органических отходов  и выделении ценных компонентов из них на современном этапе развития науки и техники.

      3.4 Огневая переработка

      В основу огневого метода положен процесс  высокотемпературного разложения и  окисления токсичных компонентов  отходов с образованием практически  нетоксичных или малотоксичных дымовых газов и золы. С использованием данного метода возможно получение ценных продуктов: отбеливающей земли, активированного угля, извести, соды и др. материалов. В зависимости от химического состава отходов дымовые газы могут содержать SOХ, P, N2, H2SO4, HCl, соли щелочных и щелочноземельных элементов, инертные газы.

      Огневой метод переработки токсичных  промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов  и способам обезвреживания:

1. Сжигание  отходов, способных гореть самостоятельно - наиболее простой способ; горение происходит при температурах не ниже 1200 - 1300° С. (следует отметить, что данный способ не является целесообразным ввиду некоторой (большей или меньшей) ценности горючих отходов и возможности их использования в данное время или в будущем).

2. Огневой  окислительный метод обезвреживания  негорючих отходов - сложный физико-химический  процесс, состоящий из различных  физических и химических стадий. Огневое окисление применимо  в большей степени по отношению  к твердым и пастообразным отходам.

3. Огневой  восстановительный метод используется  для уничтожения токсичных отходов  без получения каких-либо побочных  продуктов, пригодных для дальнейшего  использования в качестве сырья  или товарных продуктов. В результате  образуются безвредные дымовые газы и стерильный шлак, сбрасываемый в отвал. Так можно обезвреживать газообразные и твердые выбросы, бытовые отходы и некоторые другие.

4. Огневая  регенерация предназначена для  извлечения из отходов какого-либо  производства реагентов, используемых в этом производстве, или восстановления свойств отработанных реагентов или материалов. Эта разновидность огневого обезвреживания обеспечивает не только природоохранные, но и ресурсосберегающие цели.

      Для достижения требуемой санитарно-гигиенической  полноты обезвреживания отходов необходимо, как правило, экспериментальное определение оптимальных температур, продолжительности процесса, коэффициента избытка кислорода в камере горения, равномерности подачи отходов, топлива и кислорода. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах.

      При сжигании на свалках пластмасс, синтетических  волокон, хлороуглеводородов в дымовых  газах могут образовываться токсичные  вещества: CO, бенз-а-пирен, фосген, диоксины.

3.5 Переработка и  обезвреживание отходов  с применением  плазмы

      Для получения высокой степени разложения токсичных отходов, особенно галоидосодержащих, конструкция сжигающей печи должна обеспечивать необходимую продолжительность пребывания в зоне горения, тщательное смешение при определенной температуре исходных реагентов с кислородом, количество которого также регулируется. Для подавления образования галогенов и полного их перевода в галогеноводороды необходим избыток воды и минимум кислорода, последнее вызывает образование большого количества сажи. При разложении хлорорганических продуктов снижение температуры ведет к образованию высокотоксичных и устойчивых веществ - диоксинов. Как утверждает автор работы, недостатки огневого сжигания стимулировали поиск эффективных технологий обезвреживания токсических отходов.

      Применение  низкотемпературной плазмы - одно из перспективных  направлений в области утилизации опасных отходов. Посредством плазмы достигается высокая степень обезвреживания отходов химической промышленности, в том числе галлоидосодержащих органических соединений, медицинских учреждений; ведется переработка твердых, пастообразных, жидких, газообразных; органических и неорганических; слаборадиоактивных; бытовых; канцерогенных веществ, на которые установлены жесткие нормы ПДК в воздухе, воде, почве и др.

Плазменный  метод может использоваться для  обезвреживания отходов двумя путями:

- Плазмохимическая  ликвидация особо опасных высокотоксичных  отходов;

- Плазмохимическая переработка отходов с целью получения товарной продукции.

      Наиболее  эффективен плазменный метод при  деструкции углеводородов с образованием CO, CO2, H2, CH4. Безрасходный плазменный нагрев твердых и жидких углеводородов  приводит к образованию ценного газового полуфабриката в основном водорода и оксида углерода - синтез-газ - и расплавов смеси шлаков, не представляющих вреда окружающей среде при захоронении в землю, а синтез-газ можно использовать в качестве источника пара на ТЭС или производстве метанола, искусственного жидкого топлива. Кроме этого, путем пиролиза отходов возможно получение хлористого и фтористого водорода, хлористых и фтористых УВ, этанола, ацетилена [15]. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % [12] с образованием CO2, H2O, HCl, HF, P4O10.

Разложение  отходов происходит по следующим  технологическим схемам:

- Конверсия  отходов в воздушной среде;

- Конверсия  отходов в водной среде;

- Конверсия  отходов в паро-воздушной среде;

- Пиролиз  отходов при малых концентрациях.

      Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному  соотношению реагентов позволяют  оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу.

Существуют  самые разнообразные модификации  плазмотронных установок, принцип  их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95 - 98 % по массе HCl и HF.

      Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния.

      Переработка горючих радиоактивных отходов  была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха  с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Такой способ получил широкое применение при сжигании органических отходов низкой и средней активности, что позволяет перевести опасные отходы в инертную форму и уменьшить их объем в несколько раз; образуется коксовый остаток и негорючие материалы - шлак, относящийся к категории кислых и улавливающий до 98 % радионуклидов (137Cs, 90Sr, 37Fe, 60Co).

      Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для  переработки только отходов, огневое  обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.  
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      Подводя итог всему вышесказанному, можно  сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов по-прежнему не ведется на должном уровне.

      Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

      Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды  сжигание токсичных бытовых и  промышленных отходов, при котором  исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных  дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным направлениям:

* Технологическое - повышение экологической безопасности производства;

* Экозащитное  - стабилизация и изоляция опасных  отходов от природной среды.

      Многостороннее  и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов - длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Багрянцев  Г.И., Черников В.Е. Термическое  обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

2. Байкулатова  К.Ш. Вторичное сырье - эффективный  резерв материальных ресурсов. Алма-Ата, Казахстан, 1982.

3. Безотходная  технология. М., Знание, 1983.

4. Бернадинер  М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка  и обезвреживание промышленных  отходов. М., Химия, 1990.

5. Вредные  вещества в промышленности. Л., Химия, 1967.

6. Глоба  В.Н., Яковлев Е.И., Борисов В.В. Строительство и эксплуатация подземных хранилищ. Киев: Будивельник, 1985.

7. Дмитриев  В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И.  Термическое обезвреживание отходов  хлорорганических производств // Химическая технология, 1996, №5.

8. Избавление биосферы от токсичных отходов. Проблемы и пути ее эффективного решения. Соликамск, 1995.

9. Инструкции  о порядке единовременного учета  образования и обезвреживания  токсичных отходов. М, 1990.

10. Комплексное  использование сырья в промышленности. Хайбулина Н.Е. Челябинск, Южноуральское книжное издательство, 1986.

11. Комплексное  использование сырья и отходов.  Равич Б.М., Окладников В.П., Лыгач  В.Н. и др. М., Химия, 1988.

12. Крапивина  С.А. Плазмохимические технологические  процессы. Л., Химия, 1981.

13. Ласкорин Б.Ч и др. Безотходные технологии переработки минерального сырья. М., Недра, 1984.

14. Литвинов  В.К., Дмитриев С.А., Киярв Ч.А. и  др. Плазменная шахтная печь для  переработки радиоактивных отходов  средней и низкой активности. Магнитогорск, Магнитогорский горно-металлургический институт, НПО "Радон", 1993.