Техника защиты окружающей среды

Техника защиты окружающей среды

 

Вариант 29

 

 

Задание 1

Очистка отходящих  газов от аммиака

 

В настоящее время  разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов  очистки газов от технических  загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ.

Биохимические методы очистки  основаны на способности микроорганизмов  разрушать и преобразовывать  различные соединения. Разложение веществ  происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.

Биохимическую газоочистку  проводят либо в биофильтрах, либо в  биоскрубберах. В биофильтрах очищаемый  газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает  влажность, достаточную для поддержания  жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой (БП) из микроорганизмов.

Микроорганизмы БП в  процессе своей жизнедеятельности  поглощают и разрушают содержащиеся в газовой среде вещества, в  результате чего происходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газовый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее вновь подается на орошение.

В настоящее время  биофильтры используют для очистки  отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.

К недостаткам биохимических  методов следует отнести:

• низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования;
• специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей;
• трудоемкость переработки смесей переменного состава.

 

Способ очистки отходящих  газов от аммиака, включающий пропускание потока очищаемого газа через слой катализатора окисления аммиака в присутствии кислорода, отличающийся тем, что часть потока очищаемого газа, но не более его половины, отводят из участков слоя катализатора, отстоящих от входа в слой на расстоянии не более 45% длины этого слоя, и подают на участки слоя катализатора, отстоящие от выхода из слоя на расстоянии не более 45% длины слоя катализатора, причем направление пропускания потока очищаемого газа через слой катализатора периодически изменяют на противоположное.

 

 

Задание 2

Утилизация отходов  химической промышленности

 

В химической, горной, добывающей, металлургической промышленности образуется большое количество твердых отходов. Отвалы сокращают площади земельного фонда и отравляют почву и водные источники.

Одним из наиболее многотоннажных отходов  химической промышленности является пиритный огарок, образующийся и производстве серной кислоты. На сернокислотном производстве накоплено более 40 млн. т пиритных огарков. К имеющимся запасам  ежегодно прибавляется 7 млн. т. Огарок состоит из оксидов железа, сульфидов и оксидов других металлов, кварца, алюмосиликатов и пирита. В огарке содержится около 58% железа, до 2% меди, небольшие количества серебра, золота и других ценных металлов. Пиритные огарки могут быть использованы в цементной и стекольной промышленности. Ранее считалась наиболее перспективной комплексная переработка огарков с высоким содержанием меди цинка, свинца, серебра и серы путем хлорирующего обжига, позволяющего извлечь и использовать редкие и цветные металлы. Но такой процесс связан с применением очень токсичного хлора и требует огромных энергозатрат, не окупающихся извлеченным металлом. После извлечения ценных металлов хлорирующим обжигом огарок представляет собой сырье для получения железа. Железная руда достаточно дешева и огарок не может с ней конкурировать. В качестве хлорирующего агента можно применим раствор хлорида кальция, образующийся при производстве соды. Огарок смешивают и гранулируют с раствором хлористого кальция, полученные гранулы обжигают при 1500 К. Происходит возгонка цветных металлов и образование прочных агломератов - сырья для доменного производства чугуна.

Значительное количество твердых  отходов образуется в производстве калийных удобрений из сильвинита (смеси хлоридов натрия и калия). На 1 т хлорида калия образуется 1,8-2,6 т так называемых галитовых отходов - хлорида натрия с примесями хлорида калия и других солей. Складирование галитовых отходов требует больших площадей 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 в избытке более 500 млн. т галитовых отходов (ежегодно прибавляется 50 млн. т). Их использование составляет не более 5,6 млн. т в год. Захоронение галитовых отходов иногда проводят и в выработанные рудники, но таким способом решить проблему невозможно.

В производстве фосфорных удобрений  при обогащении фосфорного сырья  флотацией образуется большое количество хвостов обогащения до 1,7-2 т на 1 т фосфора. Комплексная переработка этих отходов необходима с экологической точки зрения. С целью получения цветных и редких металлов (алюминия, титана, ванадия, галлия, индия), а также ценных неметаллических продуктов , таких как сода, поташ, цемент. Наши технологии селективного выщелачивания позволяют извлечь редкие металлы, такие как индий, галлий, ванадий, очистить остаток для его применения в качестве руды для производства алюминия и титана.

Другой из самых крупнотоннажных отходов химической промышленности - это фосфогипс, сбрасываемый предприятиями, вырабатывающими фосфорную кислоту и фосфорные удобрения. О путях утилизации фосфогипса написано достаточно много. Качество фосфогипса и соответственно коммерческую выгоду от его применения можно значительно увеличить с применением технологии селективного выщелачивания.

Большие количества твердых  отходов сбрасывают предприятия  азотной промышленности, производства полимерных материалов и многие другие химические производства. Отходы химической промышленности во все большей степени утилизируют как вторичное сырье. Однако ряд химических заводов, построенных без учета требований экологии, до перевода их на замкнутый производственный цикл еще длительное время будет наращивать мощности и сбрасывать все возрастающее количество твердых отходов. Даже сейчас на любом химическом предприятии отходы просто невозможно скрыть. Необходимо в короткие сроки полностью утилизировать отходы, вернув их в хозяйственный оборот 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 природных ландшафтов. Подробно об этом написано в статьях на нашем сайте. Для сохранения литосферы необходимо постоянно производить рекультивацию земель вокруг промышленных предприятий. Нужны искусственные экологические системы, предотвращающие миграцию токсичных веществ в окружающую среду. При вскрытии земной поверхности с целью добычи полезных ископаемых, при прокладке газо- и нефтепроводов отчуждаются и загрязняются земли, которые также нуждаются в восстановлении на них природной среды.

Полагают, что существуют следующие методы обезвреживания и  захоронения твердых промышленных отходов: биологическое окисление  в условиях, моделирующих естественные; термическая обработка; складирование  отходов на поверхности земли; захоронение особо вредных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения: овраги, карьеры, шурфы, траншеи, скважины.

Биологическое окисление  применяют для обезвреживания твердых  отходов, в том числе осадков, образующихся в системах биологической  очистки. При этом теряется ценный органический углерод и теплотворная способность органических соединений, в атмосферу поступают парниковые газы. Наш метод электрохимического окисления дает возможность превратить органический углерод в стандартную форму солей карбоновых кислот (интересную для химической промышленности) и утилизировать теплоту электрохимической реакции.

Термическая обработка - наиболее надежный, но устаревший способ обезвреживания и утилизации твердых  отходов. Сжигание осуществляют в высокотемпературных химических реакторах - печах, обеспечивающих хорошее перемешивание для развития поверхности контакта фаз и для ускорения внешней и внутренне и диффузии кислорода с целью максимального окисления органической части отходов и высокую температуру, достаточную для полного обезвреживания токсичной части отходов. Чаще всего применяют барабанные и камерные печи, но 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 подсушивания применяют отходящие дымовые газы с температурой 800-1000 0С. В зоне подготовки твердого материала происходит частичная отгонка летучих органических продуктов; температура образующейся смолы достигает 300 °С - температуры 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 взвешенным слоем благодаря энергичному перемешиванию твердого материала с воздухом. Выбросы вредных веществ при этом неприемлемо велики.

Весьма перспективной  считается термическая обработка  твердых отходом методом пиролиза, продукты которого могут служить энергетическим носителем, 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 ведут при 300-900 °С в зависимости от требуемого состава газообразных продуктов. Состав газов зависит от состава перерабатываемых отходов и 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 довольно посредственный наполнитель для пластических масс и резин, как малоэффективный сорбент.

Твердые отходы перерабатывают под высоким давлением. Под его  действием образуются спрессованные, спекшиеся материалы, которые может  использовать промышленность строительных материалов. Таким методом обрабатывают отходы древесины, отвалы золы, отходы обогащения минерального сырья.

В дополнение к вышеперечисленному списку следует дополнить его  современными методами огневым с  взрывным горением, в ходе которого отход претерпевает химическую трансформацию  во фронте детонационной волны. В условиях до десяти тысяч градусов температур и давлениях до 7 тыс. атмосфер любые самые токсичные примеси претерпевают окисление мгновенно. При этом соответственно можно уничтожать отходы с огромной производительностью. При этом можно получать тепло или электроэнергию.

Захоронение твердых  промышленных отходов в поверхностных  хранилищах - наиболее распространенный пока способ их изоляции и частичного обезвреживания. Такой способ приводит к отчуждению больших участков земли, которые могли бы полезно использоваться, и к загрязнению поверхностных и подземных вод. Ранее приводились сведения о хранилищах фосфогипса около суперфосфатных заводов, пиритного огарка сернокислотных предприятий; о шламонакопителях дистиллерной жидкости содовых заводов, о других свалках отходов. Основной тип поверхностных хранилищ - шламонакопители, которые строят по каскадному принципу. Шламохранилища включают в себя 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, проводят после их стабилизации обработкой связующими или цементирующими веществами - жидким стеклом, цементными растворами, битумами. Полученные иммобилизированные отходы в виде блоков 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 отходов. При этом зачастую токсичные металлы и вещества продолжают мигрировать в окружающую среду. Все способы консервации и захоронения твердых отходом отнюдь не безопасны, ведут к отчуждению полезных площадей и связаны со значительными затратами. Их нужно заменить полной утилизацией твердых отходов, в первую очередь в качестве вторичного сырья. Методы выщелачивания, гидратации успешно решают эту задачу.

 

 

Список использованной литературы

 

1. Ляпков А.А. Технология производств очистки промышленных выбросов. – Томск: 2002. – 250с.

2. Родионов А.И., Клушин В.Н. Техника  защиты окружающей среды. –  М: Химия, 2002. – 512 с.