Понятие об отходах и их классификация

4.4. Огневая регенерация

 
В основу этого 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. 
 
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 [5]. Протекание процесса обезвреживания в неоптимальных условиях приводит к появлению компонентов в продуктах сгорания и, в первую очередь, в дымовых газах. 
 
Сибирским филиалом НПО «Техэнергохимпром» разработаны камерные, барабанные, циклонные, комбинированные печи, используемые в зависимости от состава, физико-химических свойств и агрегатного состояния отходов. Дополнительно был разработан дожигатель, предназначенный для обезвреживания газовых выбросов, содержащих органические вещества с концентрацией не более 10 г/м3. После полного обезвреживания содержание в выбросах СО не более 40 мг/м3, NOХ не более 10 мг/м3 [5]. 
продолжение

4.5. Пиролиз промышленных  отходов

 
Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов. 
 
Окислительный пиролиз – процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Данный метод применим для обезвреживания многих отходов, в том числе «неудобных» для сжигания или газификации: вязких, пастообразных отходов, влажных осадков, пластмасс, шламов с большим содержанием золы, загрязненную мазутом, маслами и другими соединениями землю, сильно пылящих отходов. Кроме этого, окислительному пиролизу могут подвергаться отходы, содержащие металлы и их соли, которые плавятся и возгорают при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др. [4]. 
 
Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод. 
 
Сухой пиролиз. Этот метод термической обработки отходов обеспечивает их высокоэффективное обезвреживание и использование в качестве топлива и химического сырья, что способствует созданию малоотходных и безотходных технологий и рациональному использованию природных ресурсов. 
 
Сухой пиролиз – процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате образуется пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток. 
 
В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, различается [4]:

1.  
   Низкотемпературный пиролиз или полукоксование(450 – 550 °С). Для данного вида 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.

4.6. 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 [12, 40]. Как утверждает автор работы [17], 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 [16]:

•  
  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 [17]. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998 % [16] 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 [17]. 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 [4]. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95 – 98 % по массе HCl и HF [12]. 
 
Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния [17]. 
 
Для переработки 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) [15].  
 
Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

5. Утилизация жидких отходов

 
Промышленные отходы, находящиеся в жидком агрегатном состоянии, обычно являются трудноутилизируемы, а зачастую представляют серьезную угрозу окружающей среде ввиду высокой токсичности. Жидкие отходы, по сравнению я твердыми отходами, технологически значительно более сложно изымать из производства, транспортировать.

5.1. Механическая очистка  сточных вод

 
Механическая очистка сточных вод, как правило, является предварительным этапом для очистки промышленных сточных вод. При этом обеспечиваются выделение незначительной доли взвешенных веществ и снижение загрязнения. 
 
Высокая эффективность процесса достигается интенсификацией гравитационного отстаивания, затем пропуском сточных вод через слой различных зернистых материалов или через сетчатые барабанные, напорные фильтры или фильтры с плавающей нагрузкой и без добавления химических реагентов и с использованием фильтровальных материалов. 
 
Метод целесообразно использовать при создании замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий.  
 
Существуют различные варианты конструкций и модификаций аппаратов тонкослойного отстаивания. 
 
На практике применяются две принципиально отличающиеся конструкции: с перекрестным движением потока воды и выделенного осадка и с противоточно-прямоточным. У конструкций блоков с перекрестной схемой существует некоторый перерасход фильтрующего материала. Блоки в противоточно-прямоточных схемах лишены данного недостатка. Поэтому могут изготавливаться практически из любого тонкого и пленчатого материала: листов алюминия, оцинкованного железа, дюраля, поливинилхлорида, стеклопластика, листового или пленчатого полиэтилена, лавсановой пленки. Особый интерес представляют пленочные материалы из-за их невысокой стоимости и небольшой массы, что облегчает их монтаж [25]. Несмотря на давность разработки данных устройств и простоту их изготовления и эксплуатации они пока не получили должного применения и распространения. 
 
За рубежом давно применяется отстойник оригинальной конструкции финской фирмы «Larox». Данное очистное оборудование имеет высокую производительность: скорость восходящего потока составляет 5 – 8 м/ч. Вследствие подачи суспензии в фильтрующий слой мельчайшие частицы взвешенного вещества, направляющиеся вместе с восходящим потоком, остаются в этом слое. В итоге слив содержит (20 – 50) · 10-6 твердой фазы. Конструкция аппарата может быть модифицирована по степени концентрации осадка. [23] 
 
Значительное распространение в отечественной и мировой практике получили фильтры с насыпной (зернистой) загрузкой, в качестве которой может использоваться кварцевый песок, мраморная крошка, антрацит, керамзит, кокс, древесные или полиэтиленовые опилки и другие материалы. Основным критерием, характеризующим эффективность данных конструкций, является их грязеемкость, которая увеличивается при смягчении фильтрующего материала [24, 43]. 
 
Таблица 2.  
 
Грязеемкость различных материалов [43]

 
Значительный интерес представляют фильтрующие материалы, которые не требуют регенерации и могут быть утилизированы после выгрузки их из фильтра, например в качестве топлива: антрацит, бурый уголь, коксовая крошка, торф [25]. 
 
В недавнем времени были разработаны фильтры непрерывного действия, в которых процессы фильтрации и промывки загрузки протекают непрерывно в разных оптимизированных по форме, конструкции и габаритам аппаратах. Широкое применение нашли фильтры непрерывного действия с насыпным слоем фильтрующего материала Дина-Сэнд (Швеция). Использование непрерывности процесса позволяет в 3 – 4 раза увеличить грязеемкость загрузки, в 1,5 – 3 раза сократить расход сбросных вод, фильтровать сильнозагрязненные и нефтесодержащие стоки [8].  
 
В ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны типовые проекты установок глубокой очистки сточных вод посредством фильтров с песчаной загрузкой и пропускной способностью 10, 17 и 25 тыс. м3/сут [43]. Особый интерес представляют конструкции каркасно-засыпных фильтров (КЗФ), обеспечивающих высокую эффективность процесса. 
 
Челябинским ВНИИВОДГЕО разработана конструкция каркасно-засыпных фильтров с засыпкой из гравия с крупностью зерен 40 – 60 мм и песка, 0,8 – 1,0 мм. Скорость фильтрации – 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла – 20 ч при средней концентрации веществ до 20 мг/л [43]. 
 
Фильтры с плавающей загрузкой из вспененного полистирола можно применять для очистки сточных вод предприятий металлургии, химической и легкой промышленности. Преимуществами данного способа очистки экономичность, простота конструкции, долговечность, надежность очистки [23]. 
 
Фильтры с пенополиуретановой загрузкой могут применяться для очистки стоков от нефтепродуктов и масел в не эмульсионном состоянии. Скорость фильтрования 10 м/ч, продолжительность фильтроцикла при оптимальном режиме 50 – 60 ч., при форсированном 27 – 36 ч. Грязеемкость при оптимальном режиме 8,8 – 17,0 кг/м3, при форсированном 6,8 – 9,6. [38] 
 
Напорные сверхскоростные фильтры позволяют получить эффективность очистки 70 – 80 %. Значительными преимуществами обладают автоматические напорные сверхскоростные фильтровальные [24, 25, 43].