МИНОБРНАУКИ РОССИИ РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И. М. ГУБКИНА ФАКУЛЬТЕТ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ И КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ Тетрадь для лабораторных работ по «Кинетике и катализу» Студентки: Группы ХЭ-19-08 Павловой Анастасии Преподаватель Доцент Бабаев С.Н. Москва 2020 Содержание: Введение ....................................................................................................................... 3 Глава 1. Экологические проблемы промышленности ............................................. 4 1.1 Классификация отходов ....................................................................................... 4 1.2. Общая характеристика отходов промышленности........................................... 7 1.3. Определение принадлежности к группе отходов ........................................... 11 Глава 2. Классификация по техническим характеристикам ................................. 12 2.1 Отходы легкой промышленности ...................................................................... 12 2.2 Отходы черной металлургии.............................................................................. 13 2.3 Отходы пищевого производства ........................................................................ 13 2.4 Атмосферные выбросы ....................................................................................... 13 Глава 3. Методы хранения отходов промышленности ......................................... 14 3.1 Использование хранилищ промышленных отходов ....................................... 14 Глава 4. Переработка отходов.................................................................................. 16 4.1 Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов ............. 16 4.2 Жидкофазное окисление..................................................................................... 16 4.3 Гетерогенный катализ ......................................................................................... 17 4.4 Пиролиз промышленных отходов ..................................................................... 18 4.5 Огневая переработка ........................................................................................... 20 4.6 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы .................. 21 Заключение ................................................................................................................ 23 Список литературы: .................................................................................................. 24 2 Введение Загрязнение окружающей природной среды отходами производства в первую очередь опасными отходами является одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время. Отходы являются источником загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почв и растительности. Технический прогресс, развитие промышленности и сельского хозяйства породили новые виды отходов, объемы которых растут с каждым годом. Газы, жидкости, твердые отходы, бытовой мусор и сточные воды пагубно влияют на состояние окружающей среды - ее загрязнение кое-где достигает опасных уровней. Практически любое промышленное изделие "начинается" с сырья, добываемого из недр планеты или вырастающего на ее поверхности. На пути к промышленным предприятиям сырье что-то теряет, часть его превращается в отходы. На современном уровне развития технологии 9% исходного сырья в конечном итоге уходит в отходы. В питьевой воде все чаще встречаются сложные химические соединения, которые пагубно влияют на гормоны, отвечающие в нашем организме за скорость обмена веществ и половые функции. Помимо угрозы здоровью людей загрязнение воздуха наносит огромный вред окружающей среде. Усиливается загрязнение природной среды твердыми промышленно-бытовыми отходами. Это вышедшие из употребления упаковочные материалы, бытовые и промышленные приборы, машины, бумага, консервные банки, бутылки, остатки пищи, строительный мусор и т. д.. Засилье отходов нарушает естественный баланс среды, что в будущем может иметь катастрофические последствия для мира животных, растений и климатических условий Земли. Объектами разных видов загрязнения становятся почва, реки и моря, а также воздушная среда. К загрязнениям относится и шум, уровень которого необходимо ограничить[6]. 3 Глава 1. Экологические проблемы промышленности 1.1 Классификация отходов Отходы классифицируются по своему дальнейшему применению. Возвратное сырьё после обработки используется в производстве уже в других целях. В основном это второстепенные процессы, которые не требуют высококачественных продуктов. Вторичное сырье после переработки не используется на том предприятии, где изначально применялось. Однако это сырьё не утилизируется, поскольку эти отходы производства используются в других сферах производства. Утилизируемое сырьё – это вещества, не применяющиеся в дальнейшем нигде. Вещества делятся на безвредные или опасные для экосистемы. Их вывозят с промышленных заводов на специально предназначенные склады и полигоны, где они впоследствии идут на утилизацию и захоронение. По классу опасности производственный мусор может относиться к любой категории — от первого класса, то есть чрезвычайно опасных отходов, необратимо воздействующих на экосистему и человека, до пятого — отходов, не наносящих значительного вреда. В Российской Федерации ежегодно образуется около 7 млрд. тонн отходов, при этом вторично используются только 2 млрд. тонн, т. е. около 28%. Из общего объема используемых отходов около 80% — вскрышные породы и отходы обогащения — направляется для закладки выработанного пространства шахт и карьеров; 2% — находят применение в качестве топлива и минеральных удобрений, и лишь 18% (360 млн. т.) используются в качестве вторичного сырья, из них 200 млн. т. в стройиндустрии. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. т. твердых отходов, при этом изымаются из хозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земель; сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах и свалках отходы являются источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, почв и растений. 4 Особую тревогу вызывает накопление в отвалах и свалках токсичных и экологически опасных отходов, общее количество которых достигло 1,6 млрд. то, что может привести к необратимому загрязнению окружающей среды. В России ежегодно образуется около 75 млн. т. высокотоксичных отходов, из них перерабатывается и обезвреживается лишь 18%. Общая площадь организованных хранилищ для токсичных отходов составляет 11 тыс. га, при этом не учитываются неорганизованные хранилища и свалки, на которые, по некоторым данным, вывозится около 4 млн. т. высокотоксичных отходов. Загрязнение атмосферы достигает максимума в больших городах и промышленных районах, в которых сосредоточена основная часть промышленности, энергетики и транспорта. Благодаря этому здесь в атмосфере скапливается большое количество токсичных газов, из которых основные — угарный газ, различные соединения серы, хлора и азота. Промышленные газовые выбросы и сточные воды загрязняют почву, поверхностные водоемы и подземные воды. В некоторых районах из-за нехватки воды или ее чрезмерной загрязненности уже не может развиваться промышленность. Загрязненных вод стало слишком много, и естественные процессы не справляются с их очисткой. Сточные воды, например, содержат моющие средства, не подвергающиеся биологическому разложению, Они образуют скопления плывущей по реке белой пены, которые иногда достигают толщины 1 м. Часть промышленных загрязнений накапливается в почвах, смывается поверхностными стоками в водоемы или попадает в горизонты подземных вод. Большая часть техногенных загрязнений либо аккумулируется в донных осадках рек и пресных водоемов, либо попадает в океаны и моря. В первую очередь загрязненными оказываются прибрежные зоны, эстуарии и дельты рек, т. е. места наибольшего скопления живых организмов, а также поверхностные слои других акваторий, где сосредоточена основная масса фитопланктона. Загрязнение и засорение вод не только нарушает привычную жизнь в океанах, но 5 и делает невозможным использование океанических и морских пляжей для отдыха людей. Главный источник загрязнения Мирового океана — это нефть. Она попадает туда в основном с терпящих аварии танкеров, с балластными водами, залитыми в танкеры после слива нефти, а также с морских нефтепромыслов. Одна тонна нефти загрязняет 12 км2 морской поверхности; Таким образом, авария танкера вместимостью 200 тыс. т может загрязнить поверхность моря ни площади 2,4 млн. км2. Усиливается загрязнение природной среды твердыми промышленнобытовыми отходами. Это вышедшие из употребления упаковочные материалы, бытовые и промышленные приборы, машины, бумага, консервные банки и, бутылки, остатки пищи, строительный мусор и т. д. По данным ООН, в городах такие отходы составляют ежегодно 500—600 кг на душу населения. Несанкционированные свалки вокруг заводов отнимают земли, портят ландшафты, содержат токсичные вещества и патогенную микрофлору. Также научно-техническая революция ознаменовалась усилением эффективности использования по существу предприятий, переработкой дополнительного количества сырья и выпуском значительно большего числа и ассортимента продукции. Но имевшиеся на Предприятиях сооружения и механизмы для очистки отходов оказались неспособными справиться с резко возросшими нагрузками. Даже при наличии современных или модернизированных очистных сооружений очистная аппаратура позволяет улавливать экологически вредные вещества, как правило, лишь до 98%. Остальное проходит все преграды и оказывается «на свободе»[1]. 6 1.2. Общая характеристика отходов промышленности В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия. По возможности использования, неутилизируемые отходы. Промотходы неоднородными, сложными различаются: зачастую поликомпонентными утилизируемые являются смесями и химически веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования. В нашей стране вредные вещества характеризуется по четырем классам опасности, от чего зависят затраты на переработку и захоронение: 1. Чрезвычайно опасные Отходы, содержащие ртуть и ее соединения, в том числе сулему (HgCl2), хромовокислый и цианистый калий, соединения сурьмы, в том числе SbCl3 – треххлорную сурьму, бенз-а-пирен и др. Токсичность соединений ртути заключается во вредном воздействии иона Hg2+. В организм ртуть попадает, как правило, в неионой форме. Ртуть 7 вступает в соединение с белковыми молекулами в крови, в результате чего образуются более или менее прочные комплексы – металлопротеиды. Страдают тиоловые энзимы и в организме возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, что приводит к инертности корковых процессов в мозге[13]. У человека при отравлении сулемой и другими солями ртути – головные боли, поражение десен, стоматит, набухание лимфатических и слюнных желез, иногда повышенная температура. В тяжелых случаях нефроз в почках и через 5 – 6 дней смерть. В достаточно легких случаях – потеря аппетита, тошнота, рвота (иногда с кровью), слизистый понос (чаще с кровью), язва желудка и двенадцатиперстной кишки. При хроническом отравлении у людей и животных поражается нервная система (резкая переменчивость активности), изменения в клетках коры больших полушарий мозга, ствола спинного мозга, периферийных нервах. Среди людей, больных туберкулезом, высокая смертность. Общее воздействие на организм цианистого калия (KCN) и других солей синильной кислоты (HCN) вызывает нарушение дыхания, резкое понижение способностей тканей потреблять доставляемый кислород. При хроническом отравлении возможно нарушение продуцирование гормона щитовидной железой, тяжелое поражение дыхательных путей, головная боль, похудение, нарушение потенции и либидо, снижение функции половых желез развитие анемии, лейкопения, поражение почек, ухудшение зрения и слуха, на коже образуется хроническая экзема. Смертельная доза KCN для человека – 0.12 г, иногда переносятся бóльшие дозы, замедление действия возможно при заполнении желудка пищей. Соединения сурьмы вызывают раздражения слизистых дыхательных путей и пищеварительного тракта, кожи. При хроническом отравлении данные вещества способны вызывать нарушение обмена веществ, негативно влияющие на нервную систему и сердце. 8 2. Высоко-опасные Отходы, содержащие хлористую медь, содержащие сульфат меди, щавелевокислую медь, трехокисную сурьму, соединения свинца. Свинец – яд, действующий на все живое, в особенности на нервную систему, кровь, сосуды; в меньшей степени действует на эндокринную и пищеварительную системы. Активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генного аппарата, возможно денатуративное действие, подавление ферментативных процессов, выработка неполноценных эритроцитов из-за поражения кроветворных органов, нарушение обмена веществ. Медь содержится в организме главным образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в кроветворении. Во вредном действии избытка решающую роль, по-видимому, играет реакция Cu2+ с SHгруппами ферментов (фриден). С колебаниями содержания Cu в сыворотке и коже связано появление депигментации кожи. Реакции соединений меди с белками тканей верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Попадание в желудок животных сульфата меди (CuSO4) вызывает анемию, язву желудка, изменения в печени, кровоизлияние в почках и семенниках, смерть. При вдыхании – воспаление верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, поражение центральной нервной системы. При хронической интоксации медью и ее солями – функциональное расстройство нервной системы, нарушение функции печени и почек[14]. 3. Умеренно-опасные Отходы, оксиды свинца (PbO, PbO2, Pb3O4), хлорид никеля, четыреххлористый углерод. При остром отравлении хлоридом никеля (NiCl2) возникает возбуждение, угнетение; покраснение слизистых оболочек и кожи; понос. Длительное воздействие вызывает снижение числа эритроцитов, но многими животными это переносится не очень болезненно. 9 4. Малоопасные Отходы, содержащие сульфат магния, фосфаты, соединения цинка, отходы обогащения полезных ископаемых флотационным способом с применением аминов. Mg способствует изменениям содержания SH-групп во внутренних органах, нарушению нуклеинового обмена. У людей поражается носовая полость, выпадают волосы. Действие собственно MgSO4 на кожу приводит к дерматологическим заболеваниям[8]. Фосфаты – смеси различных веществ, среди которых все или часть соединения фосфора; многие из них применяются в качестве удобрений. Поскольку анион фосфорной кислоты является физиологическим, общая токсическое действие ее солей возможна лишь при весьма высоких дозах. Попадание пыли фосфатов в организм развивает пневмосклероз, сокращение бронхов и кровеносных сосудов. Токсичность многих фосфоритов зависит от примеси фтора. Наиболее ядовита нитрофоска – смесь моно- и диаммония фосфатов с KNO3[15]. При контакте с фосфатами у человека могут развиваться дерматиты: сыпь, жжение и зуд, отек кожи лица – жжение в глазах, слезоточивость, выпадение радужной оболочки, хотя быстро отходящие. Течение в целом благоприятное, но при осложнениях возможно развитие пневмонии бронхита[16]. Хлорид цинка (ZnCl2), используемый для консервирования древесины и в целлюлозно-бумажной промышленности, у животных вызывает развитие злокачественных опухолей в легких и половых органах, нарушение твердости костей и зубов. У человека поражаются дыхательные пути, иногда желудочно-кишечный тракт, реже язва желудка. ПДК хлорида цинка – 1 мг/м2[7]. 10 1.3. Определение принадлежности к группе отходов Принадлежность к группам определяется по классификатору промышленных отходов, расчетным путем, если известны гигиенические параметры вещества (например, ПДК) и экспериментальным путем. Отходы всех классов делятся на: Твердые, пастообразные, жидкие, пылевидные или газообразные. 1. Твердые отходы: пришедшая в негодность тара из металлов, дерева, картона, пластмасс, обтирочные материалы, отработанные фильтроматериалы, обрезки полимерных труб, кабельной продукции. 2. Пастообразные: шламы, смолы, осадки с фильтров и отстойников от очистки ёмкостей теплообменников. 3. Жидкие: сточные воды, содержащие органические и неорганические, не подлежащие приему на биоочистку ввиду высокой токсичности. 4. Пылевидные (газообразные): сдувки от дыхательных трубок емкостного оборудования, выбросы из участков обезжиривания, окраски продукции. По химической устойчивости отходы различаются: взрывоопасные, самовозгорающиеся, разлагающиеся с выделением ядовитых газов, устойчивые. Отходы могут быть растворимые и нерастворимые в воде. По происхождению: органические, неорганические, смешанные отходы. В промышленно развитых странах доля расходов на реализацию экологичных способов производства от стоимости конечной продукции 30 – 50 %. В нашей стране до сих пор экономика промышленного производства недостаточно учитывает или не учитывает совсем убытки от деградации природной среды, себестоимость продукции определяется без учета стоимости природы[2]. 11 Глава 2. Классификация по техническим характеристикам 2.1 Отходы легкой промышленности Отходы, образующиеся на предприятиях легкой промышленности, составляют четверть всего перерабатываемого текстиля, поэтому они часто выступают в качестве возвратного сырья. Это могут быть куски ткани, лоскуты, пряжи, спутанные волокна. Классифицируются эти технические отходы по нескольким признакам: 1. По природному происхождению волокна — это могут быть отходы из хлопка, шерсти, шелка, синтетики или различных растений. 2. По виду материала и технологическому методу его переработки — тканевые, трикотажные и нетканые отходы. 3. По стадии производства — волокнистые отходы, запутанные волокна, пряжи, лоскуты и куски тканей. 4. По цвету — белые, темные, разноцветные материалы. 5. По чистоте делятся на: чистые (в том числе обработанные очищающими средствами) и грязные соответственно. 2.2 Отходы цветной металлургии При производстве цветных металлов отходы превышают количество получаемого продукта в 10-200 раз. Они отличаются повышенной токсичностью. Классифицируются по типу перерабатываемого металла — медные, цинковые, свинцовые, никелевые. Также мусор делится по виду сырья — стружка и опилки, шлаки, шламы, золы, пыли, изгари, катализаторы и прочие. Способ утилизации опасных веществ зависит от различных свойств: их вязкости, плавкости, фазового состава, структуры, электропроводности. 12 2.2 Отходы черной металлургии В черной металлургии отходы не представляют такой сильной опасности в плане токсичности, но все равно незамедлительно утилизируются, так как их объемы сопоставимы с отходами в цветной металлургии. Отходы черной металлургии разделяют по способам выплавки сырья. Это доменные, электроплавильные, ваграночные, сталеплавильные и другие промышленные виды отходов. По фазовому состоянию классифицируются на жидкие, твердые и газообразные. Это могут быть сухая или замасленная окалина, керамика и прочие материалы, также встречаемые в черной металлургии. 2.3 Отходы пищевого производства Для пищевой индустрии мусор составляет 70-85% исходных объемов используемого сырья, что достаточно много. Однако почти все отходы производства используются как возвратное или вторсырье из-за высокого содержания в них значимых веществ. Классифицируются на жидкие и твердые, а также возможно деление по направленности производства — мясные, молочные, хлебные и так далее[3]. 2.4 Атмосферные выбросы Промышленное производство и использующиеся в этом процессы предполагают выброс в атмосферу газов, вредных, загрязняющих веществ. В промышленности они определяются как организованные загрязнения. Классифицируются в основном по уровню высоты попадания в атмосферу и степени токсичности. Согласно первой классификации отходы делятся на: 13 1. Низкие, которые попадают в атмосферу через вентиляцию помещений и накапливаются на низком уровне. 2. Промежуточные — поднимающиеся на 15-20% выше зоны аэродинамической тени зданий. 3. Высокие — выходящие через трубы и выхлопы и попадающие в высшие слои атмосферы. Во втором случае делятся на классы: малотоксичные, умеренно токсичные, высокотоксичные и смертельно опасные. Глава 3. Методы хранения отходов промышленности 3.1 Использование хранилищ промышленных отходов При разработке новых ресурсосберегающих и экологичных технологических процессов, необходимо обезвреживание отходов на стадии вывода из технологического процесса, но при современном развитии науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию, не поддающихся нейтрализации токсичных отходов. В этом случае целесообразно захоронение отходов такого рода в специально создаваемых для этого хранилищах, где можно будет захоронить промышленные отходы для их использования в будущем. Для захоронения отходов промышленности целесообразно использовать резервуары в геологических формациях: гранит, вулканические породы, туфы, базальты, соляные толщи, гипс, ангидрит, доломит, глина, гнейсы. Такого рода хранилища могут существовать как самостоятельно, так и совместно с горнодобывающими предприятиями на его шахтном поле. В течение последних 70-ти лет наша страна была и остается сейчас крупнейшим поставщиком разнообразных полезных ископаемых, при добыче которых образуются порядка нескольких миллиардов м3 пустот, непогашенных 14 или постепенно погашаемых выработанных пространств, пригодных в большей или меньшей степени для захоронения промышленных отходов, в том числе радиоактивных. При размещении отходов необходимо соблюдать ряд определенных условий и ограничений: 1. Водонепроницаемость толщ и наличие над и под ними обильных водоносных толщ; 2. Полное исключение возникновения деформаций, способных сделать толщу водопроводящей (сдвиг под действием собственной массы, динамические нагрузки, вызванные землетрясениями, газодинамическими явлениями, наземными взрывами и т.п.)[12]; 3. Размещение вдали от населенных пунктов, территорий возможных появлений наводнений, селей, прорыва дамб и плотин, оседание земной поверхности в результате горных работ; 4. Наличие способов и средств, позволяющих при необходимости оперативно и с полной гарантией навечно перекрыть выработки, через которые отходы будут подаваться в выработанные пространства. Подземное захоронение отходов может осуществляться на различных глубинах и гидродинамических зонах литосферы, согласно этому хранилища подразделяются: 1. Неглубокие - В зоне аэрации и активного водообмена; 2. Среднеглубокие - Ниже зоны активного водообмена, в пределах пластовых температур 50 – 70°С; 3. Глубокие - на глубине свыше 2000 м. Необходим учет мощности зоны аэрации и фильтрационные свойства пород, интенсивность экзогенных геологических процессов (карст, эрозия, оползень и др.), влияющих на герметичность хранилищ. Существуют предложения по нетрадиционным способам создания подземных ёмкостей посредством энергии камуфлетного взрыва и ядерного взрыва. 15 В итоге: хранилище токсичных промышленных отходов - сложная геотехническая система, составными элементами которой являются компоненты геологической среды (массив горных пород, подземные воды) и наземноподземные инженерные сооружения (выработки, скважины, коммуникации)[4]. Глава 4. Переработка отходов 4.1 Термическое обезвреживание токсичных промышленных отходов С каждым годом отходы занимают всё большие территории на всех уголках нашей планеты. Сегодня переработка мусора – самая острая, глобальная и наиболее актуальная экологическая проблема. Уровень загрязненности окружающей среды из-за отходов и их утилизации увеличивается катастрофически быстрыми темпами. Именно поэтому необходимо внедрять технологии по переработки мусора, которые позволили бы минимизировать риски уничтожения природы. На современном этапе открывается всё больше возможностей существенно сократить количество не утилизируемых отходов, которые имеют сложный химический состав, и, как правило, их переработка в полезные продукты или весьма затруднительна современном этапе, или экономически нецелесообразна. 4.2 Жидкофазное окисление Жидкофазное окисление токсичных отходов производства используется для обезвреживания жидких отходов и осадков сточных вод. Суть его заключается в окислении кислородом органических и элементоорганических примесей сточных вод при температуре 150-350° С и при давлении 2-28 МПа. Интенсивность окисления в жидкой фазе способствует высокая концентрация растворенного в воде кислорода, значительно возрастающая при 16 высоком давлении. В зависимости от давления, температуры, количества примесей и кислорода, продолжительности процесса органические вещества окисляются с образованием органических кислот (в основном CH3COOH и HCOOH) или с образованием CO2, H2O и N2. Элементоорганические соединения в щелочной среде окисляются с образованием водных растворов хлоридов, бромидов, фосфатов, нитратов и оксидов металлов, а при окислении азотосодержащих веществ, помимо нитратов, образуется значительное количество аммонийного азота. 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. Применение метода целесообразно при первичной переработке отходов. 4.3 Гетерогенный катализ Метод применим для обезвреживания газообразных и жидких отходов. Существуют три разновидности гетерогенного катализа промышленных отходов: 1. Термокаталитическое окисление можно использовать для обезвреживания газообразных отходов с низким содержанием горючих примесей. Процесс температурах окисления меньших, чем на катализаторах температура осуществляется самовоспламенения при горючих составляющих газа. В зависимости от природы примесей и активности катализаторов окисление происходит при температуре 250-400°С и в установках различных размеров. 17 2. Термокаталитическое восстановление используется для обезвреживания газообразных отходов, включающих в себя нитрозные газы содержащие NOX. 3. 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. В целом методы гетерогенного катализа нецелесообразно использовать в качестве самостоятельного способа обезвреживания токсичных отходов, а только как отдельную ступень в общем, технологическом цикле[11]. 4.4 Пиролиз промышленных отходов Существует два различных типа пиролиза токсичных промышленных отходов: 1. 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 возгораются при нормальных температурах сжигания, отработанные шины, кабели в измельченном состоянии, автомобильный скрап и др. Метод окислительного пиролиза является перспективным направлением ликвидации твердых промышленных отходов и сточных вод. 18 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: 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. 19 4.5 Огневая переработка Огневой метод переработки токсичных промышленных отходов классифицируется в зависимости от типа отходов и способам обезвреживания: 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. При сжигании на свалках пластмасс, синтетических волокон, хлороуглеводородов в дымовых газах могут образовываться токсичные вещества: CO, бенз-а-пирен, фосген, диоксины. Огневое обезвреживание (чисто термическое или с применением катализаторов) промышленных отходов приводит к уничтожению органических веществ, которые могли бы явиться ценным сырьем целевых продуктов[10]. 20 4.6 Переработка и обезвреживание отходов с применением плазмы 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: - 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. Степень разложения в плазмотроне таких особо токсичных веществ как полихлорбифенилы, метилбромид, фенилртутьацетат, хлор- и фторсодержащие пестициды, полиароматические красители достигает 99.9998% с образованием CO2, H2O, HCl, HF, P4O10. Разложение отходов происходит по следующим технологическим схемам: — Конверсия отходов в воздушной среде; 21 — Конверсия отходов в водной среде; — Конверсия отходов в паровоздушной среде; — Пиролиз отходов при малых концентрациях. Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному соотношению реагентов позволяют оптимизировать работу установки для широкого спектра отходов по их химическому составу. Существуют самые разнообразные модификации плазмотронных установок. Принцип их конструкции и порядка работы заключается в следующем: основной технологический процесс происходит в камере, внутри которой находятся два электрода (катод и анод), обычно из меди, иногда полые. В камеру под определенным давлением, в заранее установленных количествах поступают отходы, кислород и топливо, может добавляться водяной пар. В камере поддерживается постоянное давление и температура. Возможно применение катализаторов. Существует анаэробный вариант работы установки. При переработке отходов плазменным методом в восстановительной среде возможно получение ценных товарных продуктов: например, из жидких хлорорганических отходов можно получать ацетилен, этилен, HCl и продуктов на их основе. В водородном плазмотроне, обрабатывая фторхлорорганические отходы, можно получить газы, содержащие 95-98% по массе HCl и HF. Для удобства возможно брикетирование твердых отходов и нагрев пастообразных до жидкого состояния[6]. Переработка горючих радиоактивных отходов была разработана технология с использованием энергии плазменных струй воздуха с введенным активированным углеводородным сырьем, чистые, или содержащим галениды. Высокая энергоемкость и сложность процесса предопределяет его применение для переработки только отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям[9]. 22 Заключение Под промышленной переработкой отходов понимают удаление бесполезных либо вредных материалов, образующихся в ходе промышленного производства. Вредные отходы получаются в результате таких видов деятельности, как горные работы, металлургическое производство, добыча и переработка нефти, обычная и ядерная энергетика, а также изготовление бесчисленных материалов и изделий, включая пестициды и гербициды, химические защитные средства и растворители, краски и красители, взрывчатые вещества, резина и пластмассы, целлюлоза и бумага, аккумуляторы, лекарства, ткани и кожа. Отходы образуются в виде твердых материалов, жидкостей, газов и полужидкой массы. При неправильном или небрежном захоронении вредные отходы могут отравить почву и водные источники. В настоящее время наиболее экономичным методом удаления вредных нерадиоактивных промышленных отходов является захоронение их на свалках. Однако в некоторых случаях используются более эффективные методы, такие, как термообработка и утилизация. Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов - длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. 23 Список литературы: 1. http://www.ecocoop.ru/monitor/messages/1478.html 2. http://www.napton.ru/ 3. http://www.ssa.ru/norms/documents/2156AB34E 4. Вредные вещества в промышленности. Л., Химия, 1967. 5. Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы. // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология. 6. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. «Экология, здоровье и природопользование в России» - М., «Финансы и статистика», 1995. 7. Учебник «Экология 10 – 11 классы» (автор: А. Т. Зверев, использовался материал со страниц 72-76, стр. 95 – 100, стр. 142 146) 8. https://my-health.ru/content/322-vozdeystvie-soedineniy-kadmiya-na-organizmcheloveka 9. Измерова, Москва, “Медицина”, 1983. 10. https://scicenter.online/ekologiya-pochv-scicenter/tyajelyie-metallyipochvah.html 11. https://studopedia.ru/6_160611. html 12. https://universal-inf.livejournal.com/80672.html 24
