Тема 10. Сбор, переработка и утилизация отходов. Твердые промышленные и бытовые отходы. Методы переработки твердых отходов

В химической и нефтехимической промышленности образуется большое количество различных отходов, которые можно классифицировать по агрегатному состоянию:

1. Твердые отходы – это отходы, получаемые в виде порошков, пыли, слитков или затвердевшей массы. К этой группе отходов относятся: зола, отработанные катализаторы, частицы пыли и сажи, отходы пластмасс и резита, твердые органические остатки, некондиционные твердые продукты (каучук, волокна), остатки после обогащения руды др. При выборе метода переработки отходов существенную роль играет их состав и количество

2. Жидкие отходы состоят в основном из жидкого растворителя, содержащего растворенные в нем соли, кислоты, щелочи, а также примеси частиц. Жидкие отходы обладают хорошей подвижностью, поэтому их можно перекачивать насосами. К этой группе отходов относятся: производственные сточные воды загрязненные ядовитыми и токсичными соединениями и требующей специальной обработки, отработанные органические жидкости (в т.ч. растворители), отработанные технические масла и т.д.

3. Газообразные отходы – это газовые выбросы промышленных печей и вентиляционных установок или сушилок, а также отходящие газы технологических установок. К этой группе отходов относятся дымовые газы печей и парогенераторов; газы, содержащие вредные соединения (С_nН_m, NO_X, SO₂, HC1, HF и др.), вещества с сильным запахом, содержащие твердые дисперсные частицы (пыль), паровоздушные смеси, загрязненные токсичными примесями.

4. Шламы – это аморфные или мелкокристаллические массы веществ, содержащие от 20 до 80% воды и плохо транспортируемые без предварительной подготовки методами сушки, фильтрования, вымораживания и т.д. К этой группе отходов относятся: остатки процессов фильтрации и осаждения (седиментации); илы и шламы, получаемые в процессе биохимической очистки сточных вод; шламы, получаемые при нейтрализации или спецобработке жидких отходов; нефтяные шламы и кислые гудроны и т.д.

По воздействию на окружающую среду химические отходы подразделяются на: особотоксичные, токсичные и нетоксичные. Под термином "воздействие на окружающую среду" подразумевают те негативные последствия, которые вызывают промышленные отходы при контакте с человеком, животными, растениями, а также с физической (неживой) средой.

К особотоксичным отходам относятся отходы, содержащие в своем составе: ртуть, свинец, кадмий, олово, мышьяк, сурьму и некоторые другие элементы и их соединения; цианиды, хлор-, фтор- и фосфорорганические соединения; полихлориды дифинилов, полициклические ароматические углеводороды, пестициды, радиоактивные отходы и др.

К токсичным отходам относятся отходы, содержащие оксиды и другие соединения серы и азота, оксид углерода и некоторые другие вещества в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые.

К нетоксичным отходам относятся отходы, не содержащие вещества, входящие в первые две группы отходов. К ним относятся: отходы производства кальцинированной соды, шлаки производства фосфора, фосфогипс и др., которые требуют для своего складирования большие земельные участки.

В химической и нефтеперерабатывающей промышленности образуется многочисленные твердые отходы, различающиеся по своему происхождению и составу.

Пиролиз отходов заключается в термическом разложении отходов без доступа кислорода воздуха. При пиролизе органических веществ происходит не только распад но и синтез других продуктов(реакции изомеризации, полимеризации). Отходы при пиролизе: пластмасса, резина, ТБО.

Уравнение пиролиза:

Твердые отходы + Q = Газообразные продукты + жидкие продукты + твердые продукты + Q

В основу классификации пиролиза положены температуры процесса, т. к. они определяют состав полученного вещества. В зависимости от температуры делится на три вида:

– низкотемпературный 450–550 ^оС; максимальный выход жидкого продукта, минимальный выход газообразного продукта;

– средний до 800 ^оС, максимальный выход газообразного продукта, минимальный выход газообразного и жидкого продукта;

– высокий до 1050 ^оС максимальный выход газообразного продукта, минимальный выход жидкого продукта..

Процесс проводят в вертикальных шахтных печах. Газовая фаза: H₂, NH₄, CO, CH₄. Жидкая фаза: изомеры и полимеры, используемые как химическое сырье. Твердая фаза: кокс – используется в различных целях в зависимости от его состава и физических свойств; сажа – идет на производство резины.

Сжигание – наиболее распространенный метод, контролируемый процесс окисления отходов. Образуются: CO₂, Н₂О + зола + шлаки. Этот метод наиболее универсален, эффективен, иногда единственный.

Утилизируют отходы хлорорганического производства, основного органического производства, нефтеперебатывающей промышленности, лесохимии, машиностроительной промышленности.

Утилизация шлаков. Электротермическая возгонка фосфора сопровождается образованием больших количеств огненно-жидких шлаковых расплавов, содержащих в среднем 38–43% SiО₂, 2–5% А1₂0₃, 44–48% СаО, 0,5–3% Р₂0₅, 0,5–1% MgO, 0,5–1% Fe₂O₃ и другие компоненты

Однако оно осложняется особенностями химического состава таких шлаков. Присутствие в них фтора (примерно до 3,6% в виде CaF₂), фосфора (примернодо3,6% в виде Р₂О_б), серы не дает возможности непосредственно применить для утилизации этих шлаков ряд методов, используемых, в частности, при переработке доменных шлаков.

Применяется метод переработки расплавленного фосфорного шлака в шлаковую пемзу с применением струйных вододутьевых аппаратов. Для проведения данного процесса не требуется разработки новой аппаратуры, так как для этой цели можно использовать оборудование, проверенное и применяемое при переработке доменных шлаков. Вспучивание расплавленных фосфорных шлаков для производства шлаковой пемзы вододутьевым способом может быть организовано на установках, выполненных в различных вариантах.

Наиболее легкую шлаковую пемзу получают при переработке расплавленных шлаков бассейновым способом. Однако сложность герметизации опрокидных бассейнов существующих типов и отвода выделяющихся в них газов и паров заставляет отказаться от их применения для переработки фосфорных шлаков.

Технологические отходы пластических масс и эластомеров образуются в отраслях, занимающихся синтезом и переработкой этих продуктов. По статистическим данным, в производстве этих отходов образуется от 5 до 35%. Длительное время захоронение в почву и сжигание были наиболее распространенным методом. Тепло выделяющееся при сжигании использовалось для генерирования водяного пара. однако при сжигании происходит образование сажи от неполного сгорания полимеров, выделение токсичных газов. Разработаны процессы пиролиза при температуре 800–1000С, позволяет получить высококалорийное топливо используемые в различных технологических процессах. Разработаны процессы гидрокрекинга для превращения в бензин и масла. Наиболее эффективным способом утилизации отходов полимерных материалов является их вторичная (многократная) переработка.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Сбор, переработка и утилизация отходов.

2. Твердые промышленные и бытовые отходы.

3. Методы переработки твердых отходов