Твердые токсичные отходы промышленности (стр. 2 из 4)

Высокие затраты энергии и сложность проблем, связанных с плазмохимической технологией, предопределяют ее применение для ликвидации только тех отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

Перспективно применение плазменного метода для переработки отходов в восстановительной среде с целью получения ценных товарных продуктов. В нашей стране, например, разработана технология пиролиза жидких хлорорганических отходов в низкотемпературной восстановительной плазме, позволяющая получать ацетилен, этилен, хлористый водород и продукты на их основе.

Рис. 3. Схема плазменного агрегата:

1 — плазмотрон; 2 — плазмо-химический реактор; 3 — закалочное устройство; 4— источник электропитания

Схема плазменного агрегата для переработки жидких хлорорганических отходов представлена на рис. 3. Плазмообразующий газ (водород, азотоводородная смесь и др.) нагревается электрической дугой в плазмотроне 1 до 4000-5000 °С. Образующаяся низкотемпературная плазма из сопла плазмотрона поступает в плазмохимический реактор 2, куда форсунками впрыскиваются хлорорганические отходы. При смешивании отходов с плазмой происходит их испарение, термическое разложение (пиролиз) с получением олефиновых углеводородов, хлористого водорода и технического углерода (сажи). Пиролизный газ подвергают скоростной закалке в закалочном устройстве 3, а затем охлаждают и очищают от сажи. Очищенный газ используется при синтезе хлорорганических продуктов. Процесс является замкнутым, безотходным и рентабельным. Себестоимость получаемых продуктов является сравнительно низкой за счет использования неутилизируемых отходов.

Представляет интерес использование плазменной технологии для утилизации фреонов, являющихся озоноразрушающими веществами и представляющих серьезную опасность для озонового слоя Земли.

Для плазмохимического разрушения фреонов целесообразно в качестве плазмообразующего газа использовать водород. В этом случае в результате взаимодействия плазмы с фреонами будут образовываться кислые газы HC1 и HF, а также хлор, фтор и диоксид углерода. Абсорбцию кислых газов необходимо проводить в скруббере с получением товарных продуктов — соляной и плавиковой кислот. Удаление галогенов может быть осуществлено с помощью щелочи.

4.2 Сжигание отходов

Огневой способ обезвреживания и переработки отходов является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими. Во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания промышленных и бытовых отходов. Способ применяется для утилизации отходов в любом физическом состоянии: жидких, твердых, газообразных и пастообразных. Наряду с сжиганием горючих отходов огневую обработку используют и для утилизации негорючих отходов. В этом случае отходы подвергают воздействию высокотемпературных (более 1000 °С) продуктов сгорания топлива.

Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, жидких или газообразных горючих отходов. При горении образуются диоксид углерода, вода и зола. Сера и азот, содержащиеся в отходах, образуют при сжигании различные оксиды, а хлор восстанавливается до HCl. Помимо упомянутых газообразных продуктов при сжигании отходов образуются и твердые частицы - металлы, стекло, шлаки и др., которые требуют дальнейшей утилизации или захоронения.

Этот способ характеризуется высокой санитарно-гигиенической эффективностью. Область применения огневого способа и номенклатура отходов, подлежащих огневому обезвреживанию, постоянно расширяются. К ним относятся отходы хлорорганических производств, основного органического синтеза, производства пластических масс, резины и синтетических волокон, нефтеперерабатывающей промышленности, лесохимии, химико-фармацевтической и микробиологической промышленности, машиностроения, радиотехнической и приборостроительной промышленности, целлюлозно-бумажного производства и многих других отраслей промышленности.

Способом сжигания можно обезвреживать и такие сложные с точки зрения утилизации отходы, как смесь органических и неорганических продуктов, а также галогенорганические отходы.

Одним из наиболее опасных отходов, основным методом переработки которых служит сжигание, являются галогено-органические отходы. Фтористые и бромистые отходы менее распространены, но их обрабатывают тем же способом, что и хлорсодержащие материалы. Хлорированные органические материалы могут содержать водную фазу или определенное количество воды. Отходы с высоким содержанием хлора имеют низкую теплоту сгорания, так как хлор, аналогично брому и фтору, препятствует процессу горения.

Оптимальное проведение процесса сжигания зависит от соблюдения технологических параметров: температуры в огневом реакторе, удельной нагрузки, рабочего объема реактора, дисперсности распыления, аэродинамической структуры и степени турбулентности газового потока в реакторе и др.

Сжигание производят в печах различной конструкции, основным элементом которых является колосниковая решетка, на которой собственно и протекает процесс. Пространство внутри печи разделено на несколько зон, где последовательно протекают процессы, в результате которых происходит сжигание отходов.

Процесс сжигания состоит из пяти стадий, которые, как правило, протекают последовательно, но могут проходить и одновременно. Это — сушка, газификация, воспламенение, горение и дожигание.

В зоне сушки влага, содержащаяся в отходах, превращается в пар. Общая потребность в энергии на этой стадии состоит из двух составляющих: энергии, необходимой для повышения температуры до 100°С при атмосферном давлении (для подъема температуры воды с 20 до 100 °С необходимо 334 кДж/кг), и энергии, необходимой для превращения воды в пар (2260 кДж/кг). Температура других компонентов отходов не может превышать 100°С до тех пор, пока вода не превратится в пар.

На следующей стадии в зоне газификации происходит превращение горючих веществ в летучие компоненты.

Летучие газы, проходя по топке, попадают в зону воспламенения и загораются при 250°С. Распространение горения увеличивается при росте плотности и объема газового потока. После воспламенения летучие компоненты сгорают, причем дополнительный подвод тепла уже не требуется. Важно, чтобы "постель" (слой) сжигаемого материала была равномерной и имела нужную высоту. Учитывая, что отходы обычно засыпают в устройство для сжигания слоями высотой 100—120 см и что их объем сразу же уменьшается, нужно так проводить засыпку, чтобы всегда обеспечивалась равномерная плотность и необходимая высота слоя отходов, предназначенных для сжигания.

В зоне сгорания повышается температура отходов. Для полного их сгорания и охлаждения колосников в этой зоне необходим подвод достаточного количества воздуха, причем необходимо, чтобы отходы долго находились в зоне высоких температур. Если утилизируются сырые необработанные отходы, то период их полного сгорания составляет не менее 3 ч.

В зоне дожигания происходит охлаждение раскаленного шлака воздухом или водой до 250—350 °С.

В процессе сгорания 1 т твердых отходов в среднем образуется до 4000 м³ газообразных продуктов (в пересчете на 0 °С), в которых содержится от 20 до 100 кг летучей золы.

Промышленные отходы перед сжиганием должны пройти ряд подготовительных операций: дробление, гомогенизацию, дегидратацию и др.

На рисунке 4 представлена промышленная установка сжигания токсичных отходов, предназначенная для одновременного сжигания как жидких, так и твердых отходов предприятий машиностроения, химической и лакокрасочной промышленности, в технологических циклах которых используются различные токсичные вещества, эмульсии, растворители и нефтепродукты. А также очистка металлической тары и металлолома от остатков красок, смол и клеевых материалов.

Преимущества данной установки состоят в следующем:

- Сжигание различного вида отходов в четырехкамерной печи особой конструкции;

- Оптимальное ведение процесса путем регулирования параметров теплообразования и сжигания;

- Полное сжигание отходов с различной теплотворной способностью до стерильной золы;

- Сокращение объема отходов в 50-100 раз;

- Возможность переработки жидких негорючих отходов;

- Особенности технологического процесса и конструкция установки обеспечивают отсутствие в сбросных газах вредных веществ;

- Наличие эффективной системы газоочистки обеспечивает соблюдение предельно допустимых выбросов в атмосферу;

- Безопасная эксплуатация оборудования с помощью системы блокировок и контроля процессов сжигания и газоочистки;

- Использование тепла от сжигаемых отходов для нагрева воды или пара.

Рис 4. Установка для сжигания токсичных отходов

А1 - камера прокалки металлической тары; А2 - камера сжигания твердых отходов; A3 - камера сжигания жидких отходов; А4 - камера дожигания дымовых газов; Б1 - Б5 - баки; H1 - Н6 - насосы; С1 - скруббер; AT1 - АТ2 - теплообменники; В1 - вентилятор; К1 - узел загрузки; Т1 - тележка; Р1 - рекуператор; Ф1 - фильтр рукавный.