Основы промышленной экологии

Для очистки выбросов от газообразных и парообразных примесей применяют и интенсивную массообменную аппаратуру - пенные аппараты, безнасадочный форсуночный абсорбер, скруббер Вентури, работающие при более высоких скоростях газа. Пенные абсорберы работают при w_г = 1-4 м/с и обеспечивают сравнительно высокую скорость абсорбционно-десорбционных процессов; их габариты в несколько раз меньше, чем насадочных скрубберов. При достаточном числе ступеней очистки (многополочный пенный аппарат) достигаются высокие показатели глубины очистки: для некоторых процессов до 99,9 %. Особенно перспективны для очистки газов от аэрозолей и вредных газообразных примесей пенные аппараты со стабилизатором пенного слоя. Они сравнительно просты по конструкции и работают в режиме высокой турбулентности при линейной скорости газа до 4-5 м/с.

Примером безотходной абсорбционно-десорбционной циклической схемы может служить поглощение диоксида углерода из отходящих газов растворами моноэтаноламина с последующей регенерацией поглотителя при десорбции СО₂. На рисунке 12.15 приведена схема абсорции СО₂ в пенных абсорберах; десорбция СО₂ проводится также при пенном режиме. Установка безотходна, так как чистый диоксид углерода после сжижения передается потребителю в виде товарного продукта.

Рисунок 12.15 - Схема абсорбционной очистки газов от СО₂ с получением товарного диоксида углерода: 1 - холодильник; 2 - воздуходувка; 3 - пенный абсорбер; 4 - насос; 5 - теплообменник; 6 - пенный десорбер; 7 - кипятильник десорбера; I - газ на очистку; II - вода; III - очищенный газ; IV - диоксид углерода потребителю; V - пар

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов.

Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты, и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделения парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушки газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ. Адсорбционные методы основаны на избирательном извлечении из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов - твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью S_уд (S_уд - отношение поверхности к массе, м²/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активированый уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации.

Адсорбцию газовых примесей обычно осуществляют в полочных реакторах периодического действия без теплообменных устройств; адсорбент расположен на полках реактора. Когда необходим теплообмен (например, требуется получить при регенерации десорбат в концентрированном виде), используют адсорберы со встроенными теплообменными элементами или выполняют реактор в виде трубчатых теплообменников; адсорбент засыпан в трубки, а в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель.

Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с. После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка, состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так как одновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие - на стадиях регенерации, охлаждения и др. (рис. 12.16). Регенерацию проводят нагреванием, например выжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара, воздуха, инертного газа (азота). Иногдаадсорбент, потерявший активность (экранированный пылью, смолой), полностью заменяют. Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которые характеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем в периодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностью работы.

Рисунок 12.16 - Схема адсорбционной газоочистной установки: 1 - фильтр; 2, 3 - адсорберы; 4 - конденсатор; 5 - сепаратор; I - очищаемый газ; II - очищенный газ; III - водяной пар; IV - неконденсируемые пары; V- сконденсированный адсорбтив в хранилище; VI - водный конденсат

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов. Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях при наличии твердых катализаторов, т. е. на закономерностях гетерогенного катализа. В результате каталитических примесей в газе превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, наличие которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Трудно провести границу между адсорбционными и каталитическими методами газоочистки, так как такие традиционные адсорбенты, как активированный уголь, цеолиты, служат активными катализаторами для многих химических реакций. Очистку газов на адсорбентах-катализаторах называют адсорбционно-каталитической. Этот прием очистки выхлопных газов весьма перспективен ввиду высокой эффективности очистки от примесей и возможности очищать большие объемы газов, содержащих малыедоли примесей (например, 0,1-0,2 в объемных долях SO₂). Но методы утилизации соединений, полученных при катализе, иные, чем в адсорбционных процессах.

Адсорбционно-каталитические методы применяют для очистки промышленных выбросов от диоксида серы, сероводорода и серо-органических соединений. Катализатором окисления диоксида серы в триоксид и сероводорода в серу служат модифицированный добавками активированный уголь и другие углеродные сорбенты. При наличии паров воды на поверхности угля в результате окисления SО₂ образуется серная кислота, концентрация которой в адсорбенте составляет в зависимости от количества водяного пара при регенерации угля от 15 до 70 %.

Схема каталитического окисления H₂S во взвешенном слое высокопрочного активного угля приведена на рис. 12.17. Окисление H₂S происходит по реакции

H₂S + 1/₂O₂ = Н₂O + S.

Активаторами этой каталитической реакции служат водяной пар и аммиак, добавляемый к очищаемому газу в количестве ~ 0,2 г/м³. Активность катализатора снижается по мере заполнения его пор серой и когда масса S достигает 70-80 % от массы угля, катализатор регенерируют промывкой раствором (NH₄)₂S.

Промывной раствор полисульфида аммония разлагают острым паром сполучением жидкой серы.

Представляет большой интерес очистка дымовых газов ТЭЦ или других отходящих газов, содержащих SO₂ (концентрацией 1-2 SO₂), во взвешенном слое высокопрочного активного угля с получением в качестве товарного продукта серной кислоты и серы.

Другим примером адсорбционно-каталитического метода может служить очистка газов от сероводорода окислением на активном угле или на цеолитах во взвешенном слое адсорбента-катализатора.

Рисунок 12.17 - Схема каталитической очистки газа от сероводорода во взвешенном слое активного угля: 1 - циклон-пылеуловитель; 2 - реактор со взвешенным слоем; 3 - бункер с питателем; 4 - сушильная камера; 5 - элеватор; 6 - реактор промывки катализатора (шнек); 7 - реактор экстракции серы (шнек-растворитель); I - газ на очистку; II - воздух с добавкой NH₃; III - раствор (NH₄)₂S_n на регенерацию; IV - раствор (NH₄)₂S; V - регенерированный уголь; VI - свежий активный уголь; VII - очищенный газ; VIII - промывные воды

Широко распространен способ каталитического окисления токсичных органических соединений и оксида углерода в составе отходящих газов с применением активных катализаторов, не требующих высокой температуры зажигания, например металлов группы платины, нанесенных на носители.

В промышленности применяют также каталитическое восстановление и гидрирование токсичных примесей в выхлопных газах. На селективных катализаторах гидрируют СО до СН₄ и Н₂О, оксиды азота - до N₂ и Н₂O и т. д. Применяют восстановление оксидов азота в элементарный азот на палладиевом или платиновом катализаторе.

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9 %) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т. е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны. Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750-900 °С, а теплоту горения примесей можно утилизировать.

Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На начальных стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, больше всего подходят абсорбционные методы; а для доочистки - адсорбционные или каталитические.

Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству.

5. Утилизация твердых отходов

В химической промышленности и смежных отраслях образуется большое количество твердых отходов, сокращающих земельный фонд и отравляющих почву. Важным условием охраны почвы является строгое соблюдение научно обоснованных методик внесения удобрений и обработки растений ядохимикатами.

Одним из самых многотоннажных отходов химической промышленности является пиритный огарок, образующийся в производстве серной кислоты. На сернокислотных заводах накоплено около 40 млн т пиритных огарков, причем ежегодно добавляется 7 млн т. Огарок состоит из оксидов железа, сульфатов и оксидов других металлов, кварца, алюмосиликатов и неокисленного FeS₂. В огарке содержится около 58 % Fe, до 2 % Сu, небольшие количества серебра, золота и других ценных компонентов. Пиритные огарки могут быть использованы в цементной и стекольной промышленности. Наиболее перспективна комплексная переработка огарков с высоким содержанием Сu, Zn, Pb, Ag и S путем хлорирующего обжига, позволяющего извлечь и использовать ценные компоненты этого отхода. После извлечения ценных металлов хлорирующим обжигом огарок представляет собой сырье для получения железа. В качестве хлорирующего агента можно применить отход производства соды - раствор хлорида кальция. Огарок смешивают и гранулируют с этим раствором, и полученные гранулы обжигают при 1500 К. При этом происходят возгонка цветных металлов и образование прочных гранул - сырье для доменного производства чугуна.

Значительное количество твердых отходов образуется в производстве калийных удобрений из сильвинита (KClNaCl). На 1 т хлорида калия образуется 1,8-2,6 т так называемых галитовых отходов - хлорида натрия с примесями КCl и других солей. Складирование галитовых отходов занимает большие площади сельскохозяйственных угодий и ведет к засолению почвы, повышению содержания минеральных солей в подземных водах. Галитовые отходы можно перерабатывать на поваренную соль. Но в настоящее время на заводах калийных удобрений накоплено около 500 млн т галитовых отходов (ежегодно добавляется 50 млн т), а их использование составляет не более 5,6 млн т в год. Производят и планируют захоронение галитовых отходов в выработанные рудники.

В производстве фосфорных удобрений при обогащении фосфорного сырья флотацией образуется большое количество хвостов обогащения - 1,7-2 т на 1 т фосфора. Комплексная переработка этих отходов необходима с экологической точки зрения и с целью получения цветных и редких металлов (Al, Ti, V, Ga), а также ценных неметаллических продуктов - соды, поташа, цемента и т. д.

Другой из самых крупнотоннажных отходов химической промышленности - это фосфогипс, сбрасываемый предприятиями, вырабатывающими фосфорную кислоту и фосфорные удобрения. О некоторых путях утилизации фосфогипса говорилось выше.

Утилизация фосфогипса. Фосфогипс образуется как отход в производстве фосфорной кислоты из природных фосфатов. При разложении фосфатов серной кислотой в раствор переходит фосфорная кислота и образуется труднорастворимый сульфат кальция (фосфогипс):

Ca₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ = 5CaSO₄ + 3Н₃РО₄ + HF.

В зависимости от температуры и концентрации получаемой кислоты сульфат кальция выделяется в форме дигидрата CaSO₄·2Н₂О (гипс), полугидрата CaSO₄·0,5Н₂О или безводной соли CaSО₄ (ангидрит). При получении экстракционной фосфорной кислоты дигидратным способом образуется 7,5-8,4 т влажного фосфогипса в пересчете на дигидрат. Фосфогипс (в пересчете на сухое вещество) содержит до 94 % CaSО₄, а также в виде примесей - неразложившийся фосфат, неотмытую фосфорную кислоту, полуторные оксиды, соединения стронция, различные микропримеси (редкоземельные элементы, Mo, Co, Mn, Zn), соединения фтора и др.

Основными примесями, препятствующими прямому использованию фосфогипса вместо природного гипса в строительстве, являются соединения фтора и Р₂О₅.

В России и странах СНГ в настоящее время в отвалах находится более 40 млн т фосфогипса и ежегодно образуется около 10 млн т этого отхода. Фосфогипс помимо загрязнения окружающей среды наносит большой экономический ущерб, поскольку до 10 % себестоимости фосфорной кислоты приходится на затраты по его транспортировке и хранению. Шламохранилища занимают огромные площади земель, необходимых сельскому хозяйству.

Разработано несколько направлений использования фосфогипса, ниже приводится их экономическая эффективность в расчете на 1 т отхода:

Область использования Экономический эффект, усл. ден. ед./т

Производство гипсовых вяжущих+3,5

Производство портландцемента (в качестве добавок)+2,5

Производство серной кислоты и цемента-8.6

Производство серной кислоты и извести-6,6

Производство сульфата аммония-22,2

Сельское хозяйство+6,4

Процесс получения гипсовых вяжущих из фосфогипса обычно состоит из двух стадий: очистки фосфогипса от соединений фтора и фосфора и последующей дегидратации CaSO₄ · 2H₂O до CaSO₄ · 0,5Н₂О.

Дегидратацию осуществляют путем обжига в печах при температуре 150- 170 °С либо в автоклавах при температуре 120-170 °С. Технология получения вяжущих материалов освоена в промышленном масштабе, в настоящее время по этому методу перерабатывается в мире 3 млн т фосфогипса и производится 1,9 млн т вяжущих материалов.

На рисунке 12.18 представлена структурная схема технологического процесса получения строительного гипса из фосфогипса.

Рисунок 12.18 -Схема получения гипсовых вяжущих из фосфогипса (а, б, в - варианты)

В производстве цемента фосфогипс гранулируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания гигроскопической влаги около 5 %. Использование фосфогипса уменьшает расход топлива в производстве цемента, повышает производительность печей и качество цементного клинкера.

В производстве серной кислоты и цемента высушенный фосфогипс смешивают с глиной, песком и коксом и обжигают при 1200-1400 °С. При обжиге протекают следующие реакции:

CaSO₄ + 2С = CaS + 2СO₂,

CaS + 3CaSO₄ = 4СаО + 4SO₂.

Процесс может быть описан суммарной реакцией:

2CaSO₄ + С = 2СаО + 2SO₂ + СO₂.

В процессе применяют небольшой избыток углерода (20-30 % от стехиометрического) для компенсации его расхода на побочные реакции.

Образующийся диоксид серы направляется на окисление до SO₃, который далее абсорбируется водой с получением серной кислоты.

В производстве серной кислоты и извести фосфогипс восстанавливают коксом или продуктами конверсии природного газа:

CaSO₄ + 2C = CaS + 2CO₂,

CaSO₄ + 4СО = CaS + 4CO₂,

CaSO₄ + 4Н₂ = CaS + 4H₂O.

Сульфид кальция обрабатывают водой, а полученную суспензию - диоксидом углерода:

CaS + Н₂O + СО = H₂S + СаСО_э.

Полученный сероводород окисляется до диоксида серы:

H₂S + 1,5O₂ = SO₂ + Н₂O.

Разработаны способы, основанные на взаимодействии предварительно приготовленного (NH₄)₂CO₃ с фосфогипсом или на непосредственном контактировании газообразных NH₃ и СO₂.

Разработана схема комплексной переработки фосфогипса в сульфат аммония, оксид кальция и концентрат редкоземельных элементов (рис. 12.19). Метод основан на том, что СаО, полученный из осадка СаСО₃, растворяется в аммониевых солях, а редкоземельные элементы остаются в осадке. Прокаливание СаСО₃ проводят при 1000 °С, полученный оксид кальция обрабатывают раствором NH₄Cl с получением раствора СаСl₂ и осадка редкоземельных элементов. Аммонизированный раствор СаCl₂ насыщается СO₂ для выделения СаСО₃ и регенерации NH₄Cl.

В сельском хозяйстве фосфогипс используется для гипсования солонцовых почв. При внесении в такие почвы фосфогипса (6-7 т на 1 га) происходит образование сульфата натрия, который легко вымывается. Фосфогипс рекомендуется применять в качестве местных удобрений. Использование такого удобрения экономически оправданно при отсутствии дальних перевозок (до 500 км). Использование фосфогипса не требует очистки от Р₂О₅, поскольку эта примесь играет положительную роль при внесении в почву.

Рисунок 12.19 -Схема комплексной переработки фосфогипса

Потребность в серосодержащих удобрениях исчисляется в миллионах тонн за 1 год.

Среди других методов переработки фосфогипса перспективным является извлечение из него элементной серы путем восстановления при температуре 1100-1200 °С.

Большие количества твердых отходов сбрасывают предприятия азотной промышленности, производства высокополимерных материалов и многие другие химические производства. Отходы химической промышленности все в большей степени утилизируют как вторичное сырье.

Однако целый ряд химических заводов, построенных без учета требований экологии, до перевода их на замкнутый производственный цикл еще длительное время будут наращивать мощности и будут сбрасывать всевозрастающее количество твердых отходов. Необходимо в короткие сроки полностью утилизировать отходы, доводя их до товарной продукции как вторичное сырье.

Неутилизируемые твердые отходы необходимо обезвреживать и подвергать захоронению. Пахотные и лесные участки почвы, занятые ранее твердыми промышленными отходами, следует подвергать рекультивации, т. е. восстановлению для сохранения литосферы необходимо постоянно производить рекультивацию земель вокруг промышленных предприятий, а также при вскрытии земной поверхности с целью добычи полезных ископаемых, при прокладке газо- и нефтепроводов и др.

Существуют следующие методы обезвреживания и захоронения твердых промышленных отходов:

1) биологическое окисление в условиях, моделирующих естественные;

2) термическая обработка;

3) складирование отходов на поверхности земли;

4) захоронение особо вредных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения - овраги, карьеры, шурфы, траншеи, скважины.

Биологическое окисление применяется для обезвреживания твердых отходов, в том числе осадков, образующихся в системах биологической очистки.

Термическая обработка - наиболее надежный способ обезвреживания и утилизации твердых отходов. Сжигание осуществляют в высокотемпературных химических реакторах - печах, обеспечивающих:

1) хорошее перемешивание для развития поверхности контакта фаз и для ускорения внешней и внутренней диффузий кислорода с целью максимального окисления органической части отходов;

2) высокую температуру, достаточную для полного обезвреживания токсичной части отходов.

Применяются чаще всего барабанные и камерные печи, а также циклонные и со взвешенным (кипящим) слоем твердого металла. В барабанных печах отходы проходят несколько температурных зон - подсушивания, подготовки к сжиганию, воспламенения, горения, дожигания.

В зоне подсушки применяют отходящие дымовые газы с температурой 800-1000 °С. В зоне подготовки твердого материала происходит частичная отгонка летучих органических продуктов; температура образующейся смолы достигает 300 °С - температура воспламенения отдельных составляющих отходов.

Горение твердой массы (во всех типах печей) начинается при ~ 600 °С. Температуру в зоне горения поддерживают в пределах 1100- 1500 °С. Наиболее полно и интенсивно происходит сжигание в циклонных печах и печах взвешенного слоя благодаря энергичному перемешиванию твердого материала с воздухом.

Весьма перспективна термическая обработка твердых отходов методом пиролиза; продукты пиролиза могут служить энергетическим топливом, а также сырьем для органического синтеза. Пиролиз проводят в вертикальных цилиндрических печах (ретортных). Нагрев обеспечивают с помощью электрической дуги, токов высокой частоты или применением твердых теплоносителей - расплавов солей, продуктов пиролиза твердого топлива (полукокс) и др. Пиролиз проводят при температуре 300-900 °С в зависимости от требуемого состава газообразных продуктов. Состав газов зависит от состава перерабатываемых отходов и от содержания кислорода в зоне пиролиза. Для предупреждения образования сажи и токсичных продуктов в реакционную зону вводят водяной пар.

Твердый остаток пиролиза может быть утилизирован как наполнитель для пластических масс и резин, как сорбент.

Твердые отходы перерабатывают также под высоким давлением, под действием которого образуются спрессованные спекшиеся материалы, которые может использовать промышленность строительных материалов; таким методом обрабатывают отходы древесины, отвалы золы, отходы обогащения минерального сырья. Захоронение твердых промышленных отходов в поверхностных хранилищах - наиболее распространенный пока способ их обезвреживания.

Такой способ приводит к отчуждению больших участков земли, которые могли бы полезно использоваться, и к загрязнению поверхностных и подземных вод. Ранее уже приводились сведения о хранилищах фосфогипса около суперфосфатных заводов, пиритного огарка сернокислотных предприятий, шламонакопителях дистиллерной жидкости содовых заводов, других свалках отходов. Основной тип поверхностных хранилищ - шламонакопители, которые строят по каскадному принципу. Шламохранилища включают чашу, берега, плотину и дренажную систему, защищающую грунты под сооружением от фильтрационных деформаций и отводящую из хранилища загрязненные стоки для обезвреживания.

Захоронение промышленных токсичных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения, производят после их стабилизации обработкой связующими или цементирующими веществами - жидким стеклом, цементными растворами, битумами. Полученные блоки закладывают в карьеры, скважины, шурфы и другие естественные или искусственные углубления в поверхностных слоях земли. Такой прием применяют для отходов, содержащих соединения ртути, мышьяка, цианидов, а также для слаборадиоактивных отводов.

Все способы консервации и захоронения твердых отходов отнюдь не безопасны, ведут к отчуждению полезных земель и связаны со значительными затратами. Такие приемы в дальнейшем нецелесообразны и должны заменяться полной утилизацией твердых отходов, в первую очередь в качестве вторичного сырья.

Одна из важных экологических проблем - удаление и использование твердых отходов крупных промышленных городов. Технически решен вопрос использования бытовых отходов.

Заводыпо переработке твердых бытовых отходов работают или строятся во многих городах страны и за рубежом.

Обезвреживание токсичных и радиоактивных отходов

Особотоксичные отходы. Следует обратить внимание, что во всех случаях стадия обезвреживания особотоксичных отходов является заключительной, и ей предшествует извлечение из отходов полезных компонентов. В регенерации ценных веществ используются различные физико-химические методы - выпарка, адсорбция, ионообмен, экстракция, осаждение, ультрафильтрация и др. В большинстве методов физико-химической обработки отходов образуются новые твердые или шламообразные остатки, которые не представляют ценности и должны быть ликвидированы как особотоксичная часть отходов.

Среди методов ликвидации особотоксичных отходов наибольшее распространение получили полигоны захоронения, шламохранилища, захоронение или закачка в глубинные подземные скважины и сжигание.

Полигоны захоронения отходов представляют собой наземные сооружения, в задачу которых входит предварительная подготовка высокотоксичных отходов и захоронение их земляной засыпкой. В состав полигонов могут включаться печи сжигания с утилизацией тепла. Полигоны захоронения располагаются вдали от населенных пунктов. При их размещении учитывают состав и физико-химические свойства отходов и применяют меры по предотвращению загрязнения фунтовых вод (бетонирование, гидроизоляция накопителей отходов).

Распространенным методом обезвреживания являются нейтрализация и обработка одних отходов другими с получением труднорастворимых соединений. Такой прием используют при обработке отходов, содержащих соединения мышьяка, сульфидными отходами с образованием нерастворимых сульфидов мышьяка.

Используют обезвреживание особотоксичных отходов отверждением, которое включает в себя превращение токсичных компонентов в нерастворимые соединения и формирование блоков (агломератов), из которых токсичные примеси не могут выщелачиваться водой. Отверждение используется для обезвреживания отходов, содержащих тяжелые металлы, ртуть, токсичные шламы и осадки. Отверждение отходов обеспечивает их безопасное хранение на полигонах и предотвращает загрязнение грунтовых вод; осуществляется оно добавкой вяжущих компонентов (цемента, извести), битума, парафинов, органических полимеров, силикатных материалов.

Получил распространение также метод капсулирования, когда токсичный отход покрывается пленкой инертного материала (например, остекловывание). Материал капсул должен иметь высокую коррозионную стойкость в среде отходов фунтовых вод и способствовать длительному хранению на полигоне захоронения.

При захоронении отходов в глубинных горизонтах используют существующие скважины или бурят специально на глубину от нескольких сот метров до 4000 м. Закачку осуществляют ниже уровня грунтовых вод в водоносные слои рассолов, не имеющих практической ценности. При выборе места скважин учитывается геологическая характеристика поглощающего горизонта (пористость, проницаемость, герметичность и т. д.). Разрабатываются также меры по защите артезианских вод и формы контроля эксплуатации скважин.

Сжигание и пиролиз применяют для ликвидации жидких и твердых особотоксичных отходов. В этих методах достигается уменьшение объема отходов до 85 %. Для сжигания используют промышленные печи различных конструкций: камерные, шахтные, барабанные, циклонные и с псевдоожиженным слоем.

Радиоактивные отходы представляют собой самостоятельную группу отходов. Главное отличие их состоит в том, что они находятся в состоянии ядерной нестабильности и испускают ионизирующие излучения, которые действуют на живые организмы и другие биологические материалы.

Радиоактивные отходы принято классифицировать по ряду признаков.

По агрегатному состоянию различают жидкие, твердые и газообразные радиоактивные отходы. К жидким отходам помимо истинных растворов относят коллоидные растворы, суспензии и пульпы. К газообразным, кроме собственно газов, относят аэрозоли, дымы и туманы.

К твердым отходам помимо собственно радиоактивных веществ относят материалы, содержащие поглощенные ими радиоактивные вещества или подвергшиеся облучению с появлением у них так называемой вторичной, или наведенной, радиоактивности.

По уровню удельной активности радиоактивные отходы разделяют на три категории: низкой, средней и высокой удельной активности.

В радиохимической промышленности распространены первые две категории отходов, отходы высокой активности характерны для атомных электростанций (АЭС).

Отходы первой категории радиационно опасны только при попадании внутрь организма человека, и поэтому должны быть локализованы таким образом, чтобы в результате миграции по биологическим цепям они не могли попасть в организм человека в опасных количествах. Вторая категория отходов опасна и как источник внешнего облучения, в связи с чем необходима также защита от проникающего излучения.

По источникам происхождения различают: технологические отходы радиохимических производств, имеющие сравнительно постоянные количественные и качественные характеристики (объем, состав, активность); отходы не технологические, к которым относят стоки санпропускников, стоки от дезактивации помещений и т. п.

В радиохимической технологии имеет место образование всех видов отходов: газообразных, жидких и твердых. Радиоактивные газы и аэрозоли возникают в результате облучения газов и аэрозолей воздуха. Источником жидких радиоактивных отходов являются любые растворы, рудные пульпы, содержащие радиоактивные элементы. К твердым радиоактивным отходам относятся шламы, тара для хранения и перевозки радиоактивных веществ, подвергшиеся воздействию радиоактивного облучения, отработанные ионообменные смолы и адсорбенты.

В настоящее время разработаны технологические схемы переработки радиоактивных отходов с различной степенью активности, которые гарантируют безопасность для человека и окружающей среды.

Для очистки воздуха от радиоактивных газов и аэрозолей используются методы: фильтрация на тканях из тонковолокнистых полимеров (волокна перхлорвинила 1,5-2,5 мкм) и насадочных фильтрах, абсорбция растворами, адсорбция на твердых сорбентах. Эффективность очистки газовых потоков достигает 99,9 %.

Выбор схемы переработки жидких радиоактивных отходов зависит от их удельной активности, объема и качественного состава как по радиоактивным элементам, так и по другим компонентам. Наиболее распространены такие методы, как дистилляция, осадительные методы, коагуляция и ионный обмен. Простым и надежным методом обработки жидких отходов является упаривание, позволяющее концентрировать радиоактивные вещества в небольшом объеме кубового остатка. Многократное выпаривание позволяет снизить активность жидкости на 99,9 %.

Удаление радиоактивных взвешенных веществ осуществляется коагуляцией, при которой активность жидкости уменьшается на 97-98 %.

В последние годы используются для очистки радиоактивных отходов методы электродиализа, кристаллизации, флотации.

Для переработки жидких высокоактивных отходов наиболее рациональными признаны выпаривание, отверждение (остекловывание) и захоронение в геологические формации. Жидкие неактивные отходы подвергают отверждению по методу битумирования (с предварительным выпариванием растворов) и направляют на захоронение. Низкоактивные отходы обрабатываются с помощью химического осаждения, выпаривания и цементирования с последующим захоронением.

Пункты захоронения формируются на достаточном удалении от населенных мест на территории, не имеющей перспектив хозяйственного или другого использования. Наиболее благоприятна для этих целей холмистая местность, так как исключается попадание радиоактивных веществ в фунтовые воды. Надежность захоронения радиоактивных отходов обеспечивается строительством "саркофагов" из железобетонных конструкций.

Список литературы

экологический химический очистка

Бесков В. С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии : учеб. для вузов / В. С. Бесков, В. С. Сафронов. - М. : Химия, 1999. - 472 с.

Кутепов А. М. Общая химическая технология : учеб. для техн. вузов / А. М. Кутепов, Т. И. Бондарева, М. Г. Беренгартен. - М. : Высш. шк., 1990. - 520 с.

Мухленов И. П. Основы химической технологии : учеб. для студ. хим.-технол. спец. вузов / И. П. Мухленов, А. Е. Горштейн, Е. С. Тумаркина ; под ред. И. П. Мухленова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1991. - 463 с.

Химическая технология неорганических веществ : учеб. пособие : в 2 кн. / Т. Г. Ахметов, Р. Т. Порфирьева, Л. Г. Гайсин и др. ; под ред. Т. Г. Ахметова. - М. : Высш. шк., 2002. - Кн. 1. - 688 с.

Химическая технология неорганических веществ : учеб. пособие : в 2 кн. / Т. Г. Ахметов, Р. Т. Порфирьева, Л. Г. Гайсин и др. ; под ред. Т. Г. Ахметова. - М. : Высш. шк., 2002. - Кн. 2. - 533 с.

Соколов Р. С. Химическая технология : учеб. пособие : в 2 т. / Р. С. Соколов. - М. : Владос, 2000. - Т. 1. - 368 с.

Соколов Р. С. Химическая технология : учеб. пособие : в 2 т. / Р. С. Соколов. - М. : Владос, 2000. - Т. 2. - 448 с.

Общая химическая технология и основы промышленной экологии : учеб. для химико-технологических специальностей / В. И. Ксензенко, И. М. Кувшинников, В. С. Скоробогатов и др. ; под ред. В. И. Ксензенко. - М. : Химия, 2001. - 328 с.

Технология важнейших отраслей промышленности / под ред. А. М. Гинберга. - М. : Высш. шк., 1985. - 496 с.

10. Технология важнейших отраслей промышленности / под ред. Н. В. Ченцова. - Минск : Вышэйш. шк., 1977. - 374 с.

Общая химическая технология : учеб. : в 2 т. / под ред. И. П. Мухленова. - М. : Высш. шк., 1984. - Т. 1. - 256 с.

Общая химическая технология : учеб. : в 2 т. / под ред. И. П. Мухленова. - М. : Высш. шк., 1984. - Т. 2. - 263 с.

Общая химическая технология / И. П. Мухленов и др. - М. : Высш. шк., 1964. - 629 с.

Бондалетова Л. И. Процессы переработки сырья и рациональное использование природных ресурсов : учеб. пособие / Л. И. Бондалетова, В. Г. Бондалетов. - Томск : Изд-во ТПУ, 2006. - 160 с.

Пенный режим и пенные аппараты / Э. Я. Тарат, И. П. Мухленов, А. Ф. Туболкин, Е. С. Тумаркина. - Л. : Химия, 1977. - 304 с.

Интенсивные аппараты со стабилизированным слоем пены для очистки отходящих газов : монография. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2003. - 228 с.

Ткач Г. А. Оборудование химических производств : учеб. пособие / Г. А. Ткач, А. С. Мочаев, О. Ф. Пичахчи. - К. : НМК ВО, 1992. - 312 с.

Тарат Э. Я. Интенсивные колонные аппараты для обработки газов жидкостями / Э. Я. Тарат. - Л. : Изд-во Ленинград. университета, 1976. - 240 с.

Крашенинников С. А. Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия / С. А. Крашенинников. - М. : Высшая школа, 1969. - 324 с.

Ткач Г. А. Производство соды по малоотходной технологии : монография / Г. А. Ткач, В. П. Шапорев, В. М. Титов. - Харьков : ХГПУ, 1998. - 429 с.

Амелин А. Г. Технология серной кислоты / А. Г. Амелин. - М. : Химия, 1983.

Атрощенко В. Л. Технология азотной кислоты / В. Л. Атрощенко, С. Л. Каргин. - М. : Химия, 1970.

Богдановский Г. А. Химическая экология / Г. А. Богдановский. - М. : Изд-во МГУ, 1994.

Бутт Ю. М. Химическая технология вяжущих веществ / Ю. М. Бутт, М. М. Сычев, В. В. Тимашев. - М. : Высшая школа, 1980. - 472 с.

Производство и применение аммофоса / А. Н. Дохолова. - М. : Химия, 1977.

Производство синтетического аммиака / С. В. Иваненко. - М. : Высшая школа, 1981.

Комплексное использование сырья и отходов / под ред. Б. М. Равина. - М. : Наука, 1988.

Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности / под ред. В. М. Орловского. - М. : Химия, 1985.

Харлампович Г. Д. Безотходные технологические процессы в химической промышленности / Г. Д. Харлампович, Р. И. Кудряшова. - М. : Химия, 1978.

Энциклопедия неорганических материалов. - Киев : Изд-во Укр. энцикл., 1977. - Т. 1; Т. 2.

Размещено на Allbest.ru

...