Проблема бытовых отходов

оксидов металлов, а при окислении  азотосодержащих веществ, помимо  нитратов,

образуется значительное количество аммонийного азота [23].

    Для жидкоплазменного  окисления требуется меньше энергетических  затрат,

чем  другие  методы,  но  является  более  дорогостоящим,  кроме   этого   к

недостаткам метода относится высокая  коррозионность  процесса,  образование

накипи  на  поверхности  нагрева,  неполное  окисление  некоторых   веществ,

невозможность окисления сточных вод с высокой теплотой сгорания [4].

    Применение метода целесообразно  при первичной переработке отходов.

 

                          3.2. Гетерогенный катализ

    Метод  применим  для   обезвреживания  газообразных  и   жидких  отходов.

Существуют три разновидности гетерогенного катализа промышленных отходов.

    Термокаталитическое окисление   можно  использовать  для   обезвреживания

газообразных  отходов  с  низким  содержанием  горючих   примесей.   Процесс

окисления на катализаторах  осуществляется  при  температурах  меньших,  чем

температура самовоспламенения горючих  составляющих газа.  В  зависимости  от

природы  примесей  и  активности  катализаторов  окисление  происходит   при

температуре 250 - 400° С и в установках различных размеров [4].

    В термокаталитических  реакторах успешно окисляются CO, H2, углеводороды

(УВ), NH3,  фенолы,  альдегиды,  кетоны,  пары  смол,  канцерогенные   и  др.

соединения с образованием CO2, H2O, N2. Степень  окисления  вредных  веществ

98 – 99.9 %. Для увеличения удельной  поверхности  катализации  используется

пористые керамические устройства из Al2O3 и оксидов  других  металлов,  тоже

обладающих каталитической активностью [24].

    Современные   промышленные   катализаторы   глубокого   окисления   при

температуре до 600 – 800° С не  следует  применять  при  большом  содержании

пыли  и  водяных  паров.  Неприменим  метод  и  для   переработки   отходов,

содержащих  высококипящие  и   высокомолекулярные   соединения,   вследствие

неполноты окисления и забивания поверхности катализаторов. Нельзя  применять

термокаталитическое  окисление  при  наличии  в  отходах  даже  в  небольших

количествах P, Pb, As, Hg,  S,  галогенов  и  их  соединений,  так  как  это

приводит к дезактивации и разрушению катализаторов [4].

    Термокаталитическое   восстановление  используется  для   обезвреживания

газообразных отходов, включающих в себя  нитрозные  газы  –  содержащие  NOX

[4].

    Профазное каталитическое  окисление применимо для перевода  органических

примесей  сточных  вод в парогазовую   фазу   с   последующим   окислением

кислородом. При  содержании  в  сточных  водах  неорганических  и  нелетучих

веществ возможно дополнение данного  процесса  огневым  методом  или  другими

видами обезвреживания отходов [4].

    В целом методы гетерогенного катализа  нецелесообразно  использовать  в

качестве  самостоятельного  способа  обезвреживания  токсичных  отходов,   а

только как отдельную ступень  в общем, технологическом цикле.

 

                      3.3 Пиролиз промышленных отходов

 

    Существует два различных  типа пиролиза токсичных промышленных  отходов.

 

                         3.3.1 Окислительный пиролиз

 

 

    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

возгарают 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.

 

                             3.3.2 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).

          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

[4]:

       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  [1].

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.

    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[1].

    По мнению авторов  [15] огневое обезвреживание (чисто термическое или  с

применением катализаторов)  промышленных  отходов   приводит  к  уничтожению

органических  веществ,  которые  могли  бы  явиться  ценным  сырьем  целевых

продуктов.

 

 

 

        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 [7, 26].  Как

утверждает автор работы [15],  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 [12]:

     - 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,